溫控制器課設(shè)論文

1、 本科課設(shè)論文（普通高等教育）題目 溫度控制器的設(shè)計 學(xué) 院 工學(xué)院 專業(yè)名稱 自動化 班 級 * 學(xué) 號 * 姓 名 淡淡的 指導(dǎo)教師 王東林 目錄題目 溫度控制器的設(shè)計1(一)系統(tǒng)功能分析2(二)系統(tǒng)硬件原理圖設(shè)計2(三)控制軟件功能分析51)I2C總線52)1602顯示63)鍵盤單元74)AD轉(zhuǎn)換7(四)程序模塊流程圖8(五)運行結(jié)果9結(jié)論9附錄11元件清單11程序清單11(一) 系統(tǒng)功能分析通過溫度傳感器檢測外界的溫度，然后經(jīng)放大接入A/D，和鍵盤設(shè)置的溫度值進(jìn)行比較，來調(diào)節(jié)控制器對加熱器進(jìn)行控制，使溫度保持在設(shè)定溫度附近，并通過LED顯示溫度值，如果出現(xiàn)溫度異常，通過嗡鳴器進(jìn)行報警。

2、以實現(xiàn)溫度設(shè)置輸入、溫度顯示、溫度異常報警、加熱執(zhí)行器控制等功能。(二) 系統(tǒng)硬件原理圖設(shè)計數(shù)據(jù)顯示DA轉(zhuǎn)換單片機CPU鍵盤電路輸入電源超溫報警單片機引腳圖AT89S51 是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)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，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89

3、S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。

4、由于系統(tǒng)控制方案簡單 ,數(shù)據(jù)量也不大 ,考慮到電路的簡單和成本等因素 ,因此在本設(shè)計中選用 A TMEL 公司的 A T89S51單片機作為主控芯片。主控模塊采用單片機最小系統(tǒng)是由于 A T89S51芯片內(nèi)含有4 kB的 E2PROM ,無需外擴(kuò)存儲器 ,電路簡單可靠 ,其時鐘頻率為 024 MHz ,并且價格低廉 ,批量價在 10元以內(nèi)。 可以看出AT89S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，看門狗（WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時器/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘。同時, AT89S51可

5、降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式何在RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一個硬件復(fù)位。P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口

6、：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號校驗期間，P1接收低8位地址。P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。在訪問位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行：MOVX Ri 指令）時，P2口線上的內(nèi)（也即特殊功能

7、寄存器，在整個訪問期間不改變。Flash 編程或校驗時，P2也接收高位地址和其它控制信號。）P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流I。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期上高電平將使單片機復(fù)位。WDT益出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRTO 位缺省為

8、RESET輸出高電平打開狀態(tài)。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目地，要注意的是：第當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位禁位后，只有一條MOVX 和MOVC指令A(yù)LE才會被激活。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89

9、S51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，高有兩次有效的PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU公訪問外部程序存儲器（地址0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時,該引腳加上12V的編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。AT89S51單片機內(nèi)部構(gòu)造及功能：特殊功能寄存器：特殊功能寄

10、存器的片內(nèi)空間分存如下圖3-2所示。這些地址并沒有全部占用，沒有占用的地址不可使用，讀這些地址將得到一個隨意的數(shù)值。而寫這些地址單元將不能得到預(yù)期的結(jié)果。中斷寄存器：各中斷允許控制位于IE寄存器，5個中斷源的中斷優(yōu)先級控制位于IP寄存器。(三) 控制軟件功能分析1) I2C總線a) 總線通訊是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點。SCL 線是高電平時，SDA 線從高電平向低電平切換，這個情況表示起始條件；SCL 線是高電平時，SDA 線由低電平向高電平切換，這個情況表示停止條件。起始和停止條件一般由主機產(chǎn)生，總線在起始條件后被認(rèn)為處于忙的狀態(tài)在

11、停止條件的某段時間后總線被認(rèn)為再次處于空閑狀態(tài)。如果產(chǎn)生重復(fù)起始條件而不產(chǎn)生停止條件，總線會一直處于忙的狀態(tài)，此時的起始條件（S）和重復(fù)起始條件（Sr） 在功能上是一樣的。應(yīng)用I2C總線通訊來處理cpu與鍵盤，lcd顯示器，A/D轉(zhuǎn)換器的通訊。b) 時鐘同步所有主機在SCL線上產(chǎn)生它們自己的時鐘來傳輸I2C總線上的報文。數(shù)據(jù)只在時鐘的高電平周期有效，因此需要一個確定的時鐘進(jìn)行逐位仲裁。時鐘同步通過線與連接I2C 接口到SCL 線來執(zhí)行。這就是說SCL 線的高到低切換會使器件開始數(shù)它們的低電平周期，而且一旦器件的時鐘變低電平，它會使SCL 線保持這種狀態(tài)直到到達(dá)時鐘的高電平。但是如果另一個時鐘仍

12、處于低電平周期，這個時鐘的低到高切換不會改變SCL 線的狀態(tài)。因此SCL 線被有最長低電平周期的器件保持低電平。此時低電平周期短的器件會進(jìn)入高電平的等待狀態(tài)。當(dāng)所有有關(guān)的器件數(shù)完了它們的低電平周期后，時鐘線被釋放并變成高電平。之后，器件時鐘和SCL線的狀態(tài)沒有差別，而且所有器件會開始數(shù)它們的高電平周期。首先完成高電平周期的器件會再次將SCL線拉低。這樣產(chǎn)生的同步SCL 時鐘的低電平周期由低電平時鐘周期最長的器件決定，而高電平周期由高電平時鐘周期最短的器件決定。2) 1602顯示想要在LCD1602屏幕的第一行第一列顯示一個"A"字,就要向DDRAM的00H地址寫入“A”字的

13、代碼就行了。但具體的寫入是要按LCD模塊的指令格式來進(jìn)行的，后面我會說到的。那么一行可有40個地址呀？是的，在1602中我們就用前16個就行了。第二行也一樣用前16個地址。對應(yīng)如下：DDRAM地址與顯示位置的對應(yīng)關(guān)系a) 程序設(shè)計思路檢查LCD忙狀態(tài) lcd_busy為1時，忙，等待。lcd-busy為0時,閑，可寫指令與數(shù)據(jù)。寫指令數(shù)據(jù)到LCD RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=指令碼。寫顯示數(shù)據(jù)到LCD RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=數(shù)據(jù)。 設(shè)定顯示位置清屏子程序3) 鍵盤單元單片機應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路,以及專一的復(fù)位功能外,其它的按鍵或鍵盤都是以

14、開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。 鍵開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入 ：為了去抖動我采用軟件方法，它是在檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一個10ms的延時程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下狀態(tài)，從而消除了抖動影響在這種行列式矩陣鍵盤非編碼鍵盤的單片機系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無按鍵按下的程序段。當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。K1、K2鍵作為溫度最高限、最低限的設(shè)定功能鍵；K3、K4鍵作為溫度值設(shè)定的增加和減小功能鍵。 K1鍵：作為最高限溫度

15、的設(shè)定功能鍵。按一次進(jìn)入最高限溫度設(shè)定狀態(tài)，選擇最高限溫度值后，再按一次確認(rèn)設(shè)定完成。K2鍵：作為最低限溫度的設(shè)定功能鍵。按一次進(jìn)入最低限溫度設(shè)定狀態(tài)，選擇最低限溫度值后，再按一次確認(rèn)設(shè)定完成。K3鍵：+1功能鍵，每一次將溫度值加1，范圍從1到99。K4鍵：-1功能鍵，每按一次將溫度值減1，范圍從99到14) AD轉(zhuǎn)換a) 平均濾波1ms采樣一次，將N秒內(nèi)所有數(shù)據(jù)相加除以N再做標(biāo)度變換，轉(zhuǎn)化為人們熟悉的攝氏度后在lcd顯示屏顯示出來b) 定時器初始化TMOD=0x11; /方式1TH0=0x3c; /50ms定時器設(shè)置后，可以在lcd上實時顯示時間(四) 程序模塊流程圖開始系統(tǒng)初始化鍵盤給入模

16、擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并顯示大于或小于與設(shè)定值比較其他報警，蜂鳴器響顯示normal程序開始的時候先設(shè)置初始化，然后就控制數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度。接著就判斷給定溫度按鍵是否被按下。按下進(jìn)入溫度控制點1的程序。程序控制設(shè)置按下超過10ms，此時鍵盤輸入有效。有按鍵按下的時候進(jìn)入按鍵處理程序。然后則進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換將溫度值傳給lcd顯示，并與設(shè)定值相比較，若大于或小于設(shè)定值則報警，若在設(shè)定范圍內(nèi)則顯示normal。(五) 運行結(jié)果順利實現(xiàn)要求功能，通過AD轉(zhuǎn)換可以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，標(biāo)度變換后顯示出0-99攝氏度范圍的溫度，在與規(guī)定范圍值比較后作出報警或正常的響應(yīng)。結(jié)論在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度

17、控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速性要求不高。在論文中簡單分析了單片機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計過程及實現(xiàn)方法。本系統(tǒng)的測溫范圍為0100，溫度檢測系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。參 考 文 獻(xiàn)1曹巧媛主編. 單片機原理及應(yīng)用(第二版). 北京:電子工業(yè)出版社,20022全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會編.第五屆全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編(2001), 北京:北京理工大學(xué)出版社，20033何力民編. 單片機高級教程. 北京:北京航空大學(xué)出版社,20004金發(fā)慶等編. 傳感器技術(shù)與應(yīng)用.北京機械工業(yè)出版社,20025王錦標(biāo)，方崇智過程計

18、算機控制北京：清華大學(xué)出版社，1997；36406邵惠鶴工業(yè)過程高級控制上海：上海交通大學(xué)出版社，1997；5862，78101附錄元件清單ADC0809芯片 11602lcd顯示屏 1單片機開發(fā)板 1程序清單1602：#include <reg52.h>#include <intrins.h>#include <_1602.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit LCD_RS = P26; sbit LCD_RW = P25; sbit LCD_EN = P27;/*/ /*

19、/* 延時子程序 /* /*/ void delay(int ms) int i; while(ms-) for(i = 0; i< 250; i+) /*/ /* /*檢查LCD忙狀態(tài) /*lcd_busy為1時，忙，等待。lcd-busy為0時,閑，可寫指令與數(shù)據(jù)。 /* /*/ bit lcd_busy() bit result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); result = (bit)(P0&0x80); LCD_EN = 0; return result;

20、 /*/ /* /*寫指令數(shù)據(jù)到LCD /*RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=指令碼。 /* /*/ void lcd_wcmd(uchar cmd) while(lcd_busy(); LCD_RS = 0; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; _nop_(); _nop_(); P0 = cmd; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 0; /*/ /* /*寫顯示數(shù)據(jù)到LCD /*RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D

21、7=數(shù)據(jù)。 /* /*/ void lcd_wdat(uchar dat) while(lcd_busy(); LCD_RS = 1; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; P0 = dat; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 0; /*/ /* /* 設(shè)定顯示位置 /* /*/ void lcd_pos(uchar pos) lcd_wcmd(pos|0x80); /數(shù)據(jù)指針=80+地址變量 /*/ /* /* LCD初始化設(shè)定 /

22、* /*/ void lcd_init() delay(15); /等待LCD電源穩(wěn)定 lcd_wcmd(0x38); /16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù) delay(5); lcd_wcmd(0x38); delay(5); lcd_wcmd(0x38); delay(5); lcd_wcmd(0x0c); /顯示開，關(guān)光標(biāo) delay(5); lcd_wcmd(0x06); /移動光標(biāo) delay(5); lcd_wcmd(0x01); /清除LCD的顯示內(nèi)容 delay(5); /*/ /* /* 清屏子程序 /* /*/ void lcd_clr() lcd_wcmd(0x01);

23、/清除LCD的顯示內(nèi)容 delay(5); /*/ /* /* 閃動子程序 /* /*/ void flash() delay(600); /控制停留時間 lcd_wcmd(0x08); /關(guān)閉顯示 delay(200); /延時 lcd_wcmd(0x0c); /開顯示 delay(200); lcd_wcmd(0x08); /關(guān)閉顯示 delay(200); /延時 lcd_wcmd(0x0c); /開顯示 delay(200); lcd_wstr(char* str) uchar i=0; while(stri!='0') lcd_wdat(stri); i+;D/A A

24、/D: #include<reg52.h>#include <I2C.H>#include <_1602.H>#define PCF8591 0x90 /PCF8591 地址#define N 7unsigned char AD_CHANNEL;unsigned long xdata LedOut8;unsigned long a;unsigned long b;int i;int miao;int fen;int shi;char num;char n;char max=80;char min=10;sbit K1=P10;sbit K2=P11;sbit

25、 K3=P12;sbit K4=P13;sbit K5=P14;sbit K6=P16;sbit beep=P15;char aa4;char temp="temp:"char time="time:"char normal="normal"char upwarn="up warn"char downwarn="down warn"char null=" "char L="L:"char H="H:"char jishi6; bit I

26、SendByte(unsigned char sla,unsigned char c) Start_I2c(); /啟動總線 SendByte(sla); /發(fā)送器件地址 if(ack=0)return(0); SendByte(c); /發(fā)送數(shù)據(jù) if(ack=0)return(0); Stop_I2c(); /結(jié)束總線 return(1);unsigned char IRcvByte(unsigned char sla) unsigned char c; Start_I2c(); /啟動總線 SendByte(sla+1); /發(fā)送器件地址 if(ack=0)return(0); c=RcvByte(); /讀取數(shù)據(jù)0 Ack_I2c(1); /發(fā)送非就答位 St