溫度控制器課程設(shè)計報告11291064教材

1、電氣工程學(xué)院溫度控制器 課程設(shè)計設(shè)計題目：溫度控制器學(xué) 號：11291064姓 名：周琳同 組 人：朱龍勝( 11291065)指導(dǎo)教師：季曉恒設(shè)計時間：2014 年 3 月 21 日設(shè)計地點：電氣學(xué)院實驗中心溫度控制器 課程設(shè)計成績評定表姓名周琳 學(xué) 號 11291064課程設(shè)計題目：溫度控制器課程設(shè)計課程設(shè)計答辯或提問記錄：成績評定依據(jù)： 課程設(shè)計預(yù)習(xí)報告及方案設(shè)計情況（ 20）：課程設(shè)計考勤情況（ 5）：電路焊接情況（ 15%）課程設(shè)計調(diào)試情況（ 40）：課程設(shè)計總結(jié)報告與答辯情況（ 20）：最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)教師簽字：溫度控制器 課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：

2、 周琳 指導(dǎo)教師： 季曉衡一、課程設(shè)計題目：溫度控制器顯示課程設(shè)計二、課程設(shè)計要求1. 根據(jù)具體設(shè)計課題的技術(shù)指標(biāo)和給定條件，獨立進(jìn)行方案論證和電路設(shè)計，要求概念清 楚、方案合理、方法正確、步驟完整；2. 查閱有關(guān)參考資料和手冊，并能正確選擇有關(guān)元器件和參數(shù)，對設(shè)計方案進(jìn)行仿真；3. 完成預(yù)習(xí)報告，報告中要有設(shè)計方案，設(shè)計電路圖，還要有仿真結(jié)果；4. 進(jìn)實驗室進(jìn)行電路調(diào)試，邊調(diào)試邊修正方案；5. 撰寫課程設(shè)計報告最終的電路圖、調(diào)試過程中遇到的問題和解決問題的方法。三、進(jìn)度安排1時間安排序號內(nèi)容學(xué)時安排（天）1方案論證和系統(tǒng)設(shè)計12完成電路仿真，寫預(yù)習(xí)報告13電路調(diào)試24寫設(shè)計總結(jié)報告與答辯1合

3、計5設(shè)計調(diào)試地點：電氣樓 4102執(zhí)行要求 微機(jī)原理與接口技術(shù)課程成績 80 分以上的同學(xué)可以自擬題目，其余的同學(xué)都是指定題目。 每組不得超過 2 人，要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下， 獨力完成所設(shè)計的詳細(xì)電路 （包括計算和器 件選型）。嚴(yán)禁抄襲，嚴(yán)禁兩篇設(shè)計報告雷同。摘要本設(shè)計主要設(shè)計了一個基于 STC90C51 單片機(jī)的溫度控制器， 并在數(shù)碼管上 顯示相應(yīng)的溫度。通過溫度傳感器 AD590和 AD 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832 將采集的溫 度傳送給單片機(jī)，并判斷該溫度與設(shè)定的溫度的大小從而控制繼電器開關(guān)熱機(jī)與 風(fēng)機(jī)，實現(xiàn)溫度的控制與調(diào)節(jié)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，溫度控制器，繼電器AbstractIn this

4、 project, we designed a temperature controller based on STC90C51. And display the corresponding temperature in the digital tube. The temperature sensor AD590 and AD will convert the acquired temperature to send to the microcontroller, and compare the real time temperature and the set temperature so

5、as to control the relay to turn on and turn off the heater and the motor, to meet the temperature control specification.Key words: microcontroller ，Temperature controller，Relay,analogue and digital convertion目錄第一章 系統(tǒng)方案設(shè)計 11 第二章 仿真 15 第三章 調(diào)試 第四章 結(jié)論 第五章 心得體會 . 參考文獻(xiàn) . 附錄 1 元器件清單第一章 系統(tǒng)方案設(shè)計【題目】溫度控制器【要求】1

6、采用 1 路模擬輸入，電壓范圍為 0 5V，控制溫度變化范圍為 0 99.9。 C 。2使用 2 個繼電器分別控制加熱器和風(fēng)機(jī)，用來加熱和降溫。3目標(biāo)溫度保持在 60 度。4系統(tǒng)中加一個滯環(huán)，當(dāng)溫度低于 50 度，開始加熱；當(dāng)溫度高于 55 度時，關(guān)加熱器； 當(dāng)溫度高于 70度時，開風(fēng)機(jī)；當(dāng)溫度低于 65 度時，關(guān)風(fēng)機(jī)。5使用 3 個數(shù)碼管作為輸出顯示電壓值或溫度值?！绢A(yù)習(xí)及準(zhǔn)備 】1課題背景電子技術(shù)的發(fā)展， 特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生， 給人們的生活帶來了根本性的變 化。在現(xiàn)代社會中，溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了各個方面。而本次設(shè)計就是要通過以 MCS-51 系列單片

7、機(jī)為控制核心，實現(xiàn)溫度控制器的設(shè)計。2系統(tǒng)原理及流程圖的初步設(shè)計本課設(shè)主要設(shè)計了一個基于 STC90C51 單片機(jī)的溫度控制器， 并在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的 溫度。通過溫度傳感器 AD590 和 AD 轉(zhuǎn)換器 ADC0832 將采集的溫度傳送給單片機(jī)， 并判斷 該溫度與設(shè)定的溫度的大小從而控制繼電器開關(guān)熱機(jī)與風(fēng)機(jī)，實現(xiàn)溫度的控制與調(diào)節(jié)。經(jīng)設(shè)計，溫度控制器主要由單片機(jī) STC90C51 、溫度采集電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、溫度顯 示電路、驅(qū)動電路等組成。整體系統(tǒng)框圖如圖 1 所示：A/D 轉(zhuǎn) 換電路STC90C51溫度 采集 電路繼電器 加熱器繼電器 風(fēng)機(jī)圖 1 整體系統(tǒng)框圖3所用芯片介紹3.1 溫

8、度傳感器 AD590AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：流 過器件的電流 （ mA ）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度 ,AD590 的測溫范圍為 -55到 +150。 AD590 的電源電壓范圍為 4V-30V 。電源電壓可在 4V-6V 范圍變化，電流變化 1mA ，相當(dāng) 于溫度變化 1K 。AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會被 損壞。輸出電阻為 710MW 。精度高共有 I、J、K、L、M 五檔，其中 M 檔精度最高， 在-55 到+150 范圍內(nèi)，非線性誤差為 0.3。AD590 的輸出電流 I=（273

9、+T）A（T 為攝氏溫度） ， 因此測量的電壓 V 為（ 273+T）A10K=（2.73+T/100 ）V。為了將電壓測量出來又務(wù)須使 輸出電流 I 不分流出來，我們使用電壓跟隨器其輸出電壓 V2 等于輸入電壓 V 。由于一般電 源供應(yīng)教多器件之后， 電源是帶雜波的， 因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓元件， 再利用可 變電阻分壓，其輸出電壓 V1 需調(diào)整至 2.73V 接下來我們使用差動放大器其輸出 Vo 為 （100K/10K ）（V2-V1 ）=T/10 ，如果現(xiàn)在為攝氏 28，輸出電壓為 2.8V，輸出電壓接 AD 轉(zhuǎn)換器，那么 AD 轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關(guān)系。AD59

10、0 的管腳圖及簡單應(yīng)用電路如下圖所示：3.2 LM358電路需要兩路運(yùn)算放大電路， 所以選擇雙路運(yùn)算放大器， 一路作跟隨器另一路作差分放 大器， LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電 源電壓范圍很寬的單電源使用， 也適用于雙電源工作模式， 在推薦的工作條件下， 電源電流 與電源電壓無關(guān)。 它的使用范圍包括傳感放大器、 直流增益模塊和其他所有可用單電源供電 的使用運(yùn)算放大器的場合。 LM358 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式，本實訓(xùn) 用 8 引線雙列直插式 DIP8 。特性 (Features):內(nèi)部頻率補(bǔ)償直流電壓增益高 ( 約 100d

11、B)單位增益頻帶寬 ( 約 1MHz)電源電壓范圍寬：單電源(3 30V) ；雙電源 ( 1.5 一 15V)低功耗電流，適合于電池供電,低輸入偏流低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流LM358 管腳圖如下：3.3 ADC0832ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨率可達(dá) 256 級，可以適應(yīng)一般的模 擬量轉(zhuǎn)換要求， 其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用， 使得芯片的模擬電壓輸入在 05 伏之間。 芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32 微秒，具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度 快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。當(dāng) ADC0832 未工作時其 C

12、S 輸 入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 D0/D1 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時，須 先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同 時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖， DO/D1 端則使用 D1 段輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。 在第 1個時鐘脈沖的下沉之前 D1 端應(yīng)輸入 2位數(shù)據(jù)用于通道選擇， 當(dāng)為“1、” “ 0時”，只對 CHO 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)數(shù)據(jù)為 “ 1、”“ 1時”，只對 CH1 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。到第 3 個脈沖的下沉之后 D1 端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/D1 端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 D0

13、 進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第 4 個脈沖下沉開始由 D0 端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7 ，隨 后每一個脈沖下沉 D0 端輸出下一位數(shù)據(jù)，直到第 11 個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0 ，一 個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第 11 個字節(jié) 的下沉輸出 DATA0 。隨后輸出 8位數(shù)據(jù)，到第 19 個脈沖數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將 CS 置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。本次實驗中我們使用 CH0 通道輸入模擬信號， 因此實驗中控制 ADC0832 的時序圖如下：AD0832 管腳圖4芯片接口說明：CS：片選

14、使能，低電平芯片使能。CHO：模擬輸入通道 0，或作為 IN+/- 使用。CH1：模擬輸入通道 1，或作為 IN+/- 使用。GND ：芯片參考 0 電位。D1:數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。D0：數(shù)據(jù)信號輸出，選擇通道控制。CLK 芯片時鐘輸入。Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入。3.4 STC90C51STC90C51 是采用 8051核的 ISP(In System Programming )在系統(tǒng)可編程芯片，最高工 作時鐘頻率為 80MHz ，片內(nèi)含 8K Bytes 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash只讀程序存儲器，器 件兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)

15、構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，具有在系統(tǒng)可編程( ISP)特性，配合 PC 端的控制程序即可將用戶的程序 代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。芯片管腳圖如下：3.5 74HC57374HC573 八進(jìn)制 3 態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器。實驗中 Vcc接+5V 電源， GND 接地， LE接51芯片的 P1.4管腳，當(dāng)鎖存使能端 LE為 高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的，當(dāng)鎖存使能端變低時，符合建立時間和保持時間 的數(shù)據(jù)會被鎖存。 P1.4 置高，鎖存器 74HC573 輸出數(shù)據(jù)。3.6 74HC24574HC245 總線驅(qū)動器，典型的

16、 TTL 型三態(tài)緩沖門電路，其作用為，信號功率放大。 74HC245 引腳定義：第 1 腳 DIR ，為輸入輸出端口轉(zhuǎn)換用， DIR=“ 1”高電平時由 “ A”端輸入 “ B”端輸出，DIR=“ 0” 低電平時由 “B”端輸入 “A”端輸出，第 29 腳“A”信號輸入輸出端， A1=B1A8=B8 ， A1 和B1 是一組，如果 DIR=“1” OE=“則0”A1 輸入 B1 輸出，其他類同。如果 DIR=“ 0”O(jiān)E=“則0” B1 輸入 A1 輸出，其他類同。 第 1118腳“ B信”號輸入輸出端， 功能和 “ A一”樣，第 19腳 OE， 使能端，若該腳為 “1，”A/B 端的信號將不

17、導(dǎo)通，只有為 “0時” A/B 端才被啟用，該腳也就是 能起到開關(guān)的作用。管腳圖如下：3.7 四位一體數(shù)碼管內(nèi)部的四個數(shù)碼管共用 adp這 8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因為里面有四 個數(shù)碼管，所以它有四個公共端，加上adp，共有 12 個引腳，下面便是一個共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（共陽的與之相反） 。引腳排列依然是從左下角的那個腳（ 1 腳）開始，以 逆時針方向依次為 112 腳，下圖中的數(shù)字與之一一對應(yīng)。管腳圖如下：3.8 繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng) （又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸 出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中， 它實際上是用較小的電流去控制較大電

18、流的一種 “自 動開關(guān) ”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁繼電器的工作原理和特性：電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組 成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)， 銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯， 從而帶動銜鐵的動觸點與靜 觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用 力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá) 到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分： 繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的

19、靜觸點，稱為“常開觸點” ；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱 為“常閉觸點” 。軟件流程】1、 軟件流程框圖92、 程序設(shè)計 #include #include sbit Heater=P13;/define heater control signal sbit Motor=P14;/define motor control signal sbit CS=P30; sbit Clk=P31;sbit DATI=P32; sbit DATO=P32; sbit LED1=P10; sbit LED2=P11; unsigned char dat=0x00; unsigned char CH; unsign

20、ed dis=0x00,0x00,0x00; unsigned char adc0832(unsigned char CH) unsigned char i,test,adval; adval = 0x00; test = 0x00; Clk = 0; DATI = 1; _nop_(); CS = 0;_nop_(); Clk = 1; _nop_(); if (CH = 0x00 ) Clk = 0; DATI = 1; _nop_(); Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; DATI = 0; _nop_(); Clk = 1; _nop_(); else Clk = 0

21、; DATI = 1; _nop_();/初始化/通道選擇/ 通道 0 的第一位/ 通道 0 的第二位/ 通道 1 的第一位10Clk = 1;_nop_();Clk = 0;DATI = 1;/ 通道 1 的第二位_nop_();Clk = 1;_nop_();Clk = 0;DATI = 1;for( i = 0;i 8;i+ )/ 讀取前 8 位的值_nop_(); adval = 1;Clk = 1;_nop_();Clk = 0; if (DATO) adval |= 0x01; else adval |= 0x00;for (i = 0; i = 1;if (DATO)test |

22、= 0x80;elsetest |= 0x00;_nop_();Clk = 1;_nop_();Clk = 0;if (adval = test)/比較前 8位與后 8 位的值，如果不相同舍去。若一直出現(xiàn)顯示為零，請將該行去掉dat = test;_nop_();CS = 1;/ 釋放 ADC0832DATO = 1;Clk = 1;return dat;11 void delay(unsigned int i) / 延時程序 ,i 是形式參數(shù) ,i 為 1 時 延時約 1msunsigned int j;for(;i0;i-) / 變量 i 由實際參數(shù)傳入一個值 ,因此 i 不能賦初值for

23、(j=0;j0&c55)LED1=1;/ 指示熱機(jī)關(guān)，紅燈 Heater=0;if(c70)LED2=0;/ 綠燈指示風(fēng)機(jī)開Motor=1;LED1=1;/ 紅燈關(guān)指示熱機(jī)關(guān)if(c65)LED2=1;Motor=0;/ 綠燈關(guān)指示風(fēng)機(jī)關(guān)13第二章 仿真整體仿真圖 】【仿真控制效果 】1、調(diào)節(jié)電位器，增大電壓，當(dāng)溫度低于50度時，繼電器 1的開關(guān) “閉合”，開始加熱，指示燈 1“亮”；同時，繼電器 2的開關(guān)處于 “斷開”狀態(tài)，指示燈 2 處于“熄滅”狀態(tài)。142、調(diào)節(jié)電位器，增大電壓，當(dāng)溫度低于55度時，繼電器 1的開關(guān)保持 “閉合 ”，繼續(xù)加熱，指示燈 1“亮”；同時，繼電器 2 的開關(guān)保持

24、 “斷開”，指示燈 2 保持“熄滅”。3、調(diào)節(jié)電位器，增大電壓，當(dāng)溫度高于 55 度時，繼電器 1的開關(guān) “斷開”，停止加熱， 指示燈 1“熄滅”；同時，繼電器 2的開關(guān)保持 “斷開 ”，指示燈 2保持“熄滅”。154、 調(diào)節(jié)電位器，增大電壓，當(dāng)溫度低于 70度時，繼電器 1和 2的開關(guān)均處于 狀態(tài)，不加熱也不降溫，指示燈 1 和指示燈 2 均“熄滅 ”。斷開165、 調(diào)節(jié)電位器，增大電壓，當(dāng)溫度高于70度時，繼電器 2的開關(guān) “閉合”，啟動降溫設(shè)備，指示燈 2“亮”；繼電器 1的開關(guān)保持 “斷開”，指示燈 1 保持“熄滅”。17第三章 調(diào)試經(jīng)過此前認(rèn)真的預(yù)習(xí)，查找資料、分析原理、檢查 PCB

25、 板、畫 仿真圖、編寫程序和調(diào)試、 計算機(jī)仿真等環(huán)節(jié)的實行和準(zhǔn)備，我們在 驗收的時候成功調(diào)試出了結(jié)果， 良好地完成了本次單片機(jī)課程設(shè)計的 任務(wù)。1、首先我們進(jìn)行了軟件的仿真，仿真電路根據(jù)開發(fā)板的導(dǎo)線分 布事先畫在紙上，然后再用進(jìn)行 protues 軟件進(jìn)行仿真，在仿真上得 到理想結(jié)果后我們才開始實物的調(diào)試。2、在仿真過程中，我們首先遇到亂碼的問題，數(shù)碼管數(shù)字顯示 雜亂無章，經(jīng)過線路的排查，發(fā)現(xiàn)自行表編排錯誤，與數(shù)碼管實際結(jié) 構(gòu)順序不符，改正線路后，顯示正常。3、后來在確定程序和實物連接無誤的情況下，板子的數(shù)碼管處 于無法控制的狀態(tài)，我們調(diào)試了一下，它只能從 0跳到 25 度，然后 又跳到 50

26、 度然后不再改變，因此我們就去更換了一個電路板，再次 嘗試順利地得到結(jié)果：數(shù)碼管顯示 0-99.9 的值，當(dāng)溫度小于 50時， 溫控器的加熱器開始加熱， 代表加熱器的二極管燈亮， 繼電器響一聲， 當(dāng)加熱到 55時停止工作，二極管滅掉繼電器響一聲；當(dāng)溫度大于 70時，風(fēng)機(jī)打開，代表風(fēng)機(jī)的二極管燈亮，繼電器響一聲，當(dāng)溫度 降到 65時，風(fēng)機(jī)停止，二極管滅掉，繼電器響一聲。18PCB HL.囂魁魏躍綴蘿鹽轡裁麴1i器囂魯魯菩專h蘿勰 H 哪 ”ygl諛4器貂10詣每第身？ 一QOQI32辛QQJfl-r-;aoQCQu自Q0UDQQ_r-時DOOOBOCQUC QoDaoDoQQGQfJ*:豁器鶴溜

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