基于溫度控制的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書指導(dǎo)老師：王偉 趙文祥 姓 名: 李 龍 專 業(yè): 自動(dòng)化0801 學(xué) 號(hào): 所在學(xué)院: 電氣學(xué)院 二一一年7月6日目錄設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)溫度控制系統(tǒng)3（1）設(shè)計(jì)任務(wù)3（2）背景知識(shí)3（3）系統(tǒng)組成3（4）硬件結(jié)構(gòu)4（5）控制原理5（6）程序流程7（7）調(diào)試步驟10課程設(shè)計(jì)心得11參考文獻(xiàn)11設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)溫度控制系統(tǒng)（1）設(shè)計(jì)任務(wù) 編制和調(diào)試單片機(jī)溫度控制程序。 要求通過鍵盤設(shè)定溫度給定值，使鋁塊溫度保持在該溫度的1范圍內(nèi)。溫度給定值（37 50 ）基本內(nèi)容n 熟悉單片機(jī)溫控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和溫控原理。了解常用的溫控算法。n 編制測(cè)溫程序。A/D轉(zhuǎn)換值在LED顯示器上顯示，鋁

2、塊溫度由插入鋁塊深孔中的溫度計(jì)讀數(shù)反映。實(shí)測(cè)鋁塊在升溫和降溫過程中的溫度/A/D轉(zhuǎn)換關(guān)系表。n 編制單片機(jī)溫控程序，在PC機(jī)上編譯后，經(jīng)串行口下載到單片機(jī)，并調(diào)試。 （2）背景知識(shí)溫度是工業(yè)生產(chǎn)中主要的被控參數(shù)之一, 像冶金、機(jī)械、化工、食品各類工業(yè)中, 廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等, 對(duì)工件的處理溫度要求嚴(yán)格控制。計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)使溫度控制指標(biāo)得到大幅度提高。 除了這些部門之外, 溫度控制系統(tǒng)還廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域, 是用途很廣的一類工業(yè)控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)常用來(lái)保持溫度恒定或者使溫度按照某種規(guī)定的程序變化。在現(xiàn)代社會(huì)中, 溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面, 其作用也體現(xiàn)到了人們

3、生活的各個(gè)方面。隨著人們生活質(zhì)量的提高, 酒店廠房及家庭生活中都會(huì)見到溫度控制的影子, 溫度控制將更好地服務(wù)于社會(huì)。溫度控制過程是單片機(jī)定時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè), 經(jīng)A /D轉(zhuǎn)換芯片得到相應(yīng)的數(shù)字量, 經(jīng)過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換, 得到應(yīng)有的控制量, 去控制加熱功率, 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。（3）系統(tǒng)組成圖1：?jiǎn)纹瑱C(jī)溫度控制系統(tǒng)框圖 電熱絲為普通電烙鐵用電熱絲，用2根，固定在鋁塊的左右兩側(cè)深孔內(nèi)，使鋁塊加溫。 熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，其阻值隨周圍的溫度升高而減小。熱敏電

4、阻嵌入鋁塊內(nèi)部來(lái)感知鋁塊溫度，通過R/V轉(zhuǎn)換電路，將鋁塊溫度轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓。 ADC0809為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，將R/V轉(zhuǎn)換電路的模擬輸出電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，送單片機(jī)。 SSR為過零觸發(fā)固態(tài)繼電器，只有在交流電壓的過零點(diǎn)附近才能使雙向晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。該器件能對(duì)交流電進(jìn)行控制的最小周期為半個(gè)周波，即10ms。 （4）硬件結(jié)構(gòu)溫度控制系統(tǒng)的硬件電路包括溫度檢測(cè)電路、LED顯示電路和鍵盤控制電路等部分。AD0809是一種8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和微機(jī)直接接口。AD0809硬件接線圖如圖2所示。圖中模擬通道的地址為地址總線中的低三位，ALE及START信號(hào)由地址選中及寫信號(hào)提供，在產(chǎn)生地址信

5、號(hào)時(shí)，地址總線的低3位A2、A1、A0不參加譯碼，編程時(shí)，低三位地址將代表所選中的模擬通道號(hào)。本系統(tǒng)采用通道0。圖2：ADC0809硬件接線圖本系統(tǒng)采用48的鍵盤，顯示原理圖見圖3。CPU對(duì)鍵盤的掃描采取程序控制方式，通過延時(shí)來(lái)解決按鍵抖動(dòng)問題。掃描原理1、判斷鍵盤中有無(wú)鍵按下 將全部列線置低電平，然后檢測(cè)行線的狀態(tài)。只要有一行的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有行線均為高電平，則鍵盤中無(wú)鍵按下。2、判斷閉合鍵所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將列線置為低電平，即在置某根列線為低電平時(shí)，其它線

6、為高電平。在確定某根列線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各行線的電平狀態(tài)。若某行為低，則該行線與置為低電平的列線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。表1：鍵碼分配表7894561230圖3：LED及鍵盤顯示原理圖LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖4所示。LED的字形碼和字位口表分別見表2和表3。本系統(tǒng)采用共陽(yáng)極八段數(shù)碼管，采用動(dòng)態(tài)顯示方式，可以節(jié)省I/O口。圖4：LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖表2：LED的字形碼顯示字符共陰極共陽(yáng)極0123456789ABC表3：字位口表（從高位起）位置數(shù)值（5）控制原理本溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng),將所得的溫度值與預(yù)設(shè)值相比較得到偏差，通過對(duì)偏差的處理獲得控制信號(hào)，去調(diào)節(jié)加熱器的通斷時(shí)間

7、，從而實(shí)現(xiàn)溫度的顯示與控制。通過熱敏電阻可以對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行溫度檢測(cè)。經(jīng)過R/V變換將熱敏電阻阻值變化轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量交由CPU處理。溫度控制采用晶閘管調(diào)功方式。雙向晶閘管串在50Hz交流電源和加熱器電路中，只要在給定周期里改變晶閘管開關(guān)的接通時(shí)間即可。這可以用一條I/O線，通過程序輸出控制脈沖。為了達(dá)到過零觸發(fā)的目的，需要交流電過零檢測(cè)電路。此電路輸出對(duì)應(yīng)于50Hz交流電壓過零時(shí)刻的脈沖，作為觸發(fā)雙向晶閘管的同步脈沖，使晶閘管在交流電壓過零時(shí)刻導(dǎo)通。周波控制法： 為實(shí)現(xiàn)溫度控制，以某一時(shí)間間隔（例如200ms）為1個(gè)控制周期Tc，調(diào)整每個(gè)控制周期中加到固態(tài)繼電器輸入端的控制信號(hào)

8、uc的寬度tp，即可改變加到電熱絲上的電壓uo和平均功率。圖5：周波控制示意圖系統(tǒng)內(nèi)存分配表見表4。表4：內(nèi)存分配表RAM地址功能50HADC轉(zhuǎn)換后的溫度值51H溫度預(yù)設(shè)值79H-7EH顯示緩沖區(qū)LED的內(nèi)容將隨著溫度變化而相應(yīng)變化，實(shí)際讀出鋁塊在升溫和降溫過程中的溫度，即可建立溫度A/D轉(zhuǎn)換值關(guān)系表見表5。表5：測(cè)量溫度與A/D對(duì)應(yīng)表A/D數(shù)值測(cè)量溫度A/D數(shù)值測(cè)量溫度8D509F438E49.6A042.68F49A1429048.8A241.89148.6A341.69248.2A441.29348A5419447.6A640.89547A740.69646.8A8409746.6A93

9、9.69846AA399945.6AB38.89A45AC38.69B44.8AD389C44.6AE37.69D44AF379E43.6（6）程序流程單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)程序主要由主程序、T0中斷服務(wù)程序、顯示子程序、鍵盤掃描子程序及溫度檢測(cè)子程序組成。T0中斷服務(wù)程序是溫度控制的主體程序，用于采集熱敏電阻檢測(cè)到的溫度值，進(jìn)行均值濾波，控制P1.0輸出高低電平以便接通或斷開繼電器。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的晶振頻率為6MHz。定時(shí)器T0的中斷服務(wù)程序入口地址是000BH，選用方式1。主程序主程序在清暫存單元、清顯示緩沖區(qū)、設(shè)置有關(guān)標(biāo)志、完成T0初始化、開中斷后，循環(huán)地進(jìn)行鍵盤掃描和溫度顯示，等待T0中斷。圖6

10、：主程序流程圖顯示子程序 在8032RAM存儲(chǔ)器中設(shè)置六個(gè)顯示緩沖單元79H-7E H，分別存放6位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。 顯示譯碼：程序存儲(chǔ)器中建立字形碼常數(shù)表，查表得出對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)和字符的字形碼。 輸出顯示：輸出字形碼到顯示端口。 采用動(dòng)態(tài)顯示方式，即一位一位地輪流點(diǎn)亮6位顯示器。程序流程圖見圖7。圖7：顯示子程序框圖鍵盤掃描子程序n 鍵盤的行線通過電阻接+5V，當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時(shí)所有的行線和列線都斷開，行線都為高電平。當(dāng)鍵盤上某一鍵閉合時(shí)，則該鍵所對(duì)應(yīng)的行線和列線都短路。n CPU逐行逐列地檢查鍵盤的狀態(tài)，可判斷鍵盤上有無(wú)鍵閉合。CPU對(duì)鍵盤上閉合鍵的鍵號(hào)確定，可根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計(jì)算求得，

11、也可以根據(jù)行線和列線的狀態(tài)查表求得。 其程序流程圖見圖8。圖8：鍵盤掃描子程序框圖T0中斷服務(wù)程序n T0設(shè)定10ms定時(shí)中斷一次，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行采樣。n 調(diào)節(jié)周期定為0.5秒 其程序流程圖見圖9。圖9：T0中斷服務(wù)程序溫度檢測(cè)電壓信號(hào)輸入至0809的0通道轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，CPU讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，查表即可得到鋁塊當(dāng)前溫度值。圖10：溫度檢測(cè)子程序（7）調(diào)試步驟n 第一天編寫并調(diào)試顯示子程序，成功后將它封裝，便于調(diào)用。n 第二天編寫并調(diào)試鍵盤掃描子程序，由于準(zhǔn)備充分，進(jìn)行的比較順利。n 通過A/D采樣程序，在鋁塊溫度下降過程中讀取溫度值和A/D采樣值，得到了測(cè)量溫度與A/D的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，為下一步的進(jìn)行

12、做好了準(zhǔn)備。n 采用周波控制法，對(duì)于不同的溫差采用不同的加熱時(shí)間，取得了較好的控制效果。n 各個(gè)子程序調(diào)試成功后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)調(diào)，通過修改參數(shù)，使控制結(jié)果最優(yōu)化。n 最后對(duì)程序進(jìn)行了完善，對(duì)輸入范圍進(jìn)行了限制，增加了手動(dòng)停止功能，并且能多次輸入溫度預(yù)設(shè)值。n 運(yùn)行程序后輸入溫度預(yù)設(shè)值如45，在LED顯示器左邊3位顯示，右邊3位顯示當(dāng)前鋁塊溫度值，如果當(dāng)前溫度值小于預(yù)設(shè)值，P1.0為低，控制加熱器對(duì)鋁塊進(jìn)行加熱，同時(shí)指示燈亮。相差小于1度時(shí)停止加熱，誤差小于1。n 我們采用模塊化編程，思路清晰，使程序簡(jiǎn)潔、可移植性強(qiáng)。 課程設(shè)計(jì)心得為期一周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，縱觀整個(gè)設(shè)計(jì)過程，可以說(shuō)我收

13、獲很大。通過理論分析與實(shí)踐論證，許多問題都有了較好的解決方案。這次設(shè)計(jì)提高了我的動(dòng)手和動(dòng)腦能力，更讓我們體會(huì)到了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，使我在單片機(jī)的基本原理以及編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都向前邁了一大步。通過這次課程設(shè)計(jì)，我更加看清了自己的不足。為了搞好這次課程設(shè)計(jì)，我查閱了許多資料。在老師和同學(xué)的幫助下，最終完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。通過實(shí)踐，鞏固了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高了實(shí)際應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，還積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。特別是老師嚴(yán)謹(jǐn)冶學(xué)的態(tài)度給了我很大啟發(fā)。單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)綜合運(yùn)用了微機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、鍵盤顯示技術(shù)等諸多方面的知識(shí)，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次綜合測(cè)試?？傊ㄟ^這