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文檔簡介
俺処<唸電子系統(tǒng)設計實訓報告題目 溫度檢測控制系統(tǒng) 授課教師學生姓名張秀梅呂丙揚201001503043靳立松201001906006李揚201002002005專 業(yè)2010級電子信息工程教學單位物理與電子信息學院完成時間2013年6月20日
目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 課題設計的目的 1\o"CurrentDocument"二、 設計的意義 1\o"CurrentDocument"三、 設計方案 2\o"CurrentDocument"四、 設計總框圖 2\o"CurrentDocument"五、 設計模塊電路及功能介紹 25.1STC89C52單片機最小系統(tǒng) 35.2溫度檢測模塊 55.3溫度報警模塊一蜂鳴器 65.4溫度控制模塊--5V繼電器 65.5流水燈模塊 75.6數碼管顯示模塊 75.7鍵盤輸入模塊 7\o"CurrentDocument"六、 軟件設計流程 86.1主程序流程圖 86.2讀出溫度子程序 96.3溫度轉換命令子程序 96.4計算溫度子程序 96.5顯示數據刷新子程序 106.6按鍵掃描處理子程序 10七、 實訓過程7.1模塊的原理圖繪制 117.2PCB板的制作 127.3電路板打孔及焊接 137.4運行程序 167.5系統(tǒng)運行調試中存在的問題 1617八、 總結 1617附錄一、 課題設計的目的單片微型計算機體積小、功能強、性價比高等特點,所以廣泛應用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、軍事裝置、機器人、工業(yè)控制等諸多領域,使產品小型化、智能化,既提高了產品的功能和質量,又降低了成本,簡化了設計。本文主要介紹STC89C52單片機在溫度控制中的應用。本設計所介紹的數字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比,具有讀數方便,測溫范圍廣,測溫準確,其輸出溫度采用數字顯示,該設計控制器使用單片機STC89C52,測溫傳感器使用DS18B20,用8位LED發(fā)光管,2位數碼管顯示,以串口傳送數據,實現溫度顯示,能準確達到以上要求。溫度測控在工業(yè)領域具有廣泛的應用,隨著傳感器技術等一系列相關技術的不斷地發(fā)展,為智能溫度測控系統(tǒng)功能、精度的提高和抗干擾能力的增強提供了條件。設計一種基于STC89C52單片機的溫度測量系統(tǒng)的硬件結構及C語言程序,并且闡述其在冷庫溫度調控方面的應用。該系統(tǒng)結構具有價格低廉,精度高、微型化、抗干擾能力強、易擴展等一系列優(yōu)點。二、 設計的意義在現代化的工業(yè)生產中,電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關量都是常用的主要被控參數。例如:在冶金工業(yè)、化工生產、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領域中,人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和室內中的溫度進行檢測和控制。采用STC89C52單片機來對溫度進行控制,不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點,而且能大幅度提高被控溫度的技術指標,從而能夠大大提高產品的質量和數量。因此,單片機對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產中經常會遇到的問題。在人類的生活環(huán)境中,溫度扮演著極其重要的角色。溫度是工業(yè)生產中常見的工藝參數之一,任何物理變化和化學反應過程都與溫度密切相關,因此溫度控制是生產自動化的重要任務。對于不同生產情況和工藝要求下的溫度控制,所采用的加熱方式,燃料,控制方案也有所不同。無論你生活在什么地方,從事什么工作,無時無刻不在與溫度打著交道。自18世紀工業(yè)革命以來,工業(yè)發(fā)展對是否能掌握溫度有著絕對的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè),能說多少乎80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。
在這個春夏秋冬四季分明的大中國,對溫度的適宜需求越來越受人們的關注,大家都講究時尚,個性化的生活,對室內溫度的需求最好要滿足自己的要求想高便能高想低便低的品質生活,這就更需要一個完美的溫度測控系統(tǒng)。三、 設計方案考慮到用溫度傳感器,在單片機電路設計中,大多都是使用傳感器,所以這是非常容易想到的,所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20,此傳感器,可以很容易直接讀取被測溫度值,進行轉換,就可以滿足設計要求。電路比較簡單,軟件設計也比較簡單。設計以STC89C52單片機為核心構成的單片機應用系統(tǒng),整體結構采用模塊化設計,以一塊STC89C52單片機在主板上作為主控芯片,主板上設計有鍵盤與顯示電路以及RS232串口電路和電路子模塊與功能擴展模塊的接口,通過子模塊接口用戶可以按需來組合所需要的子模塊,完成溫度測控的實現。在通信和監(jiān)控上,采用PC機監(jiān)控的方式,PC機和單片機以串行方式通信。并在PC機上配備有相應的仿真開發(fā)調試環(huán)境。本溫度計屬于多功能溫度計,可以設置上下報警溫度,當溫度不在設置范圍內時,可以報警。四、 設計總框圖圖4.1設計框圖STC89C52=單片機最小系統(tǒng)圖4.1設計框圖STC89C52=單片機最小系統(tǒng)鍵盤輸入模塊數碼管顯示模塊流水燈模塊五、設計模塊電路及功能介紹主系統(tǒng)由STC89C52單片機最小系統(tǒng),溫度檢測、溫度控制、溫度報警模塊,流水燈模塊,數碼管顯示模塊,鍵盤輸入模塊構成。5.1STC89C52單片機最小系統(tǒng)如圖5.2:VCCS11R4R5lOuFX2C3HH30pF£GXD1920C2ClHFpini,-TvccPL1/TPOOPL2VCCS11R4R5lOuFX2C3HH30pF£GXD1920C2ClHFpini,-TvccPL1/TPOOPL2P01PL3P02PL4P03PL5P04PL6P05PL7P06KESRTP07P30ZRXDEA/VPP3L/1XDALEPP32/INT0PSENP33/INT1P27P34/T0P26P35.T1P25P36.^KP24P37;KI>P23X2P22XIP21GNDP2089S52402&vcc工H~~b~DBSDB7DB6DB5DB4DB3DB2
"dbT30pf單片機最小系統(tǒng)
圖5.2STC89C52單片機最小系統(tǒng)VCC:供電電壓。GND:接地。P0口:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器,它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時,P0口作為原碼輸入口,當FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高。P1口:P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。P2口:P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當P2口被寫“1”時,其管腳被內部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時,它利用內部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口:P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后,它們被內部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為STC89C52的一些特殊功能口,如下表所示:口管腳備選功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2/INTO(外部中斷0)P3.3/INT1(外部中斷1)P3.4T0(記時器0外部輸入)P3.5T1(記時器1外部輸入)P3.6/WR(外部數據存儲器寫選通)P3.7/RD(外部數據存儲器讀選通)P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST:復位輸入。當振蕩器復位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當用作外部數據存儲器時,將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時,ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效。/PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時,這兩次有效的/PSEN信
號將不出現。/EA/VPP:當/EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器(OOOOH-FFFFH),不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時,/EA將內部鎖定為RESET;當/EA端保持高電平時,此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。5.2溫度檢測模塊DS1DS18B20POZOUU>GND-||—I I—|VCCriRiIKIKDsnooBZO:亙度豐令圖5.2溫度檢測模塊DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器,與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比,它能直接讀出被測溫度,并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9?12位的數字值讀數方式。DS18B20的性能特點如下:a、 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信;b、 多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上,實現多點組網功能c、 無須外部器件;d、 可通過數據線供電,電壓范圍為3.0~5.5V;e、 零待機功耗;f、 溫度以9或12位數字;g、 用戶可定義報警設置;h、 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度(溫度報警條件)的器件;i、負電壓特性,電源極性接反時,溫度計不會因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作;DS18B20可以采用兩種方式供電,一種是采用電源供電方式,此時DS18B20的1腳接地,2腳作為信號線,3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式,如圖4所示單片機端口接單線總線,為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流,可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時,總線上必須有強的上拉,上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線,因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。5.3溫度報警模塊一蜂鳴器該模塊只是用蜂鳴器表示。蜂鳴器響就報警。如圖5.3所示:盒度衆(zhòng)善圖5.3蜂鳴器5.4溫度控制模塊--5V繼電器GND溫度控制模塊圖5.45V繼電器5.5流水燈模塊VCC流水燈模塊VCC流水燈模塊圖5.5流水燈模塊5.6數碼管顯示模塊由于此文重在說明DS18B20的功能及使用,所以顯示部分就采用簡單的數碼管顯示。只顯示兩位整數,負溫度也不顯示。如圖5.6所示數碼管顯示模塊:LED1LED2DpyAmber-CA DpyAmber-CALED1LED2DpyAmber-CA DpyAmber-CA數碼管顯示模塊圖5.6數碼管顯示模塊顯示電路采用2位共陽極LED數碼管,P0口由上拉電阻提高驅動能力,作為段碼輸出并作為數碼管的驅動。P2口的低四位作為數碼管的位選端。5.7鍵盤輸入模塊如圖:52—K1
t ■:.:■ 53—K3_1S3圖封鍵盤輸入模塊
GND鍵盤輸入模塊所選按鍵是輕觸開關。按一次S1后,會在數碼管顯示DS18B20內儲存的溫度上限。按第S2次后就能調節(jié)溫度的上限,通過S3和S4來調節(jié)。按下第3次后恢復到溫度的顯示。S2是調節(jié)溫度下限的。操作方法和S1一樣。六、軟件設計流程6.1主程序流程圖主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值,溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內測量一次被測溫度,其程序流程見圖3.1所示。圖6.1主程序流程圖6.2讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié),在讀出時需進行CRC校驗,校驗有錯時不進行溫度數據的改寫。其程序流程圖如圖6.2示6.3溫度轉換命令子程序溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令,當采用12位分辨率時轉換時間約為750ms,在本程序設計中采用Is顯示程序延時法等待轉換的完成。溫度轉換命令子程序流程圖如上圖,圖6.3所示圖6.2讀溫度流程圖發(fā)DS18B20圖6.2讀溫度流程圖發(fā)DS18B20復位命令1發(fā)跳過ROM命令1F發(fā)溫度轉換開始命令結束圖6.3溫度轉換流程圖6.4計算溫度子程序計算溫度子程序將RAM中讀取值進行BCD碼的轉換運算,并進行溫度值正負的判定,其程序流程圖如圖6.4所示。
6.5顯示數據刷新子程序顯示數據刷新子程序主要是對分離后的溫度顯示數據進行刷新操作,當標志位位為1時將符號顯示位移入第一位。程序流程圖如圖3.5。圖6.4計算溫度流程圖 圖6.5顯示數據刷新流程圖6.6按鍵掃描處理子程序按鍵采用掃描查詢方式,設置標志位,當標志位為1時,顯示設置溫度,
七、實訓過程我們確定課題《溫度檢測控制系統(tǒng)》后,我們實際調研、查閱相關資料。然后方案論證與可行性研究,熟悉控制系統(tǒng)功能、設計整體思路。對整體思路進行分析、劃分功能模塊,畫出每個模塊的程序流程圖。調試系統(tǒng)已劃分好模塊的功能,系統(tǒng)控制界面編程。繼續(xù)完成代碼部分的編寫,并進行調試。完成報告(收集資料,構思報告,撰寫報告)。7.1模塊的原理圖繪制利用Altiumdesigner軟件進行原理圖的繪制。如下圖所示:¥AltiumDesignerRelease10(Platform10.589.22577)-C:\Users\admin\Desktop\電子系統(tǒng)設計課程設計\張養(yǎng)梅課程設計統(tǒng)設計硬件謠統(tǒng)設計.SchDoc*-FreeDocuments,LicensedtoYourName-Subscriptionexpire」口|同HDX?1文件CD猶⑥察看GO工程?雄(BtSt+CD]IMCD仿真器⑸報告??D(W)幫助凹 g翅▼g■▼土▼(l?O聲*¥C:\Users\admin\Desktop\m^十◎*b”卒圖7.1.1原理圖原理圖繪制好,生成PCB,執(zhí)行更改并確認無誤后,對所生成的PCB自動布線,根據10*10厘米的電路板的具體尺寸和實際元件、線的尺寸布局,采用通孔直徑0.8mm,線寬1.0mm。所得PCB如下圖所示:TOC\o"1-5"\h\zSAltiumDesignerRelease10(Platform10.589.22577)-C:\User4\adtnin\Detktop\昌孚4*r.PcbDoc-FreeDoeuments.LicencedtoVourName-Subscriptionexpired.Notsignedin. [口|[LJggIGq|*咧I3閡Q-NI話門』占|I二]+::>: |sr-IXI(£1I(NotSaved) ▼[廬卞MO護G口理A嘯jI ▼ ▼FiespropelsNavigatiTPCBPCBFitErFiespropelsNavigatiTPCBPCBFitErK1211.EO7dxzG.9GOmmktNS5Fdy=1-448?wmf=iT89S32oi——RQ?、=eH~R^i-^■?-r-Rs-i-o **■e<ZBZ3-?—*
?HR11YERO-Ii-?g 1-^OHZ=bO\^siR2?&::::圖7.2.2PCB板
7.2PCB板的制作打印PCB圖(如圖7..2.1所示)放進曝光箱里進行曝光,需要注意的是曝光時間須在120秒以上并且注意膠片的正反兩面以確保曝光的正確性,待曝光箱發(fā)出提示聲后取出電路板,如圖7..2.2所示:圖7..2.1打印PCD 圖7..2.2PCB板曝光電路板取出后,把板子放進脫膜溶液中,用刷子不斷的刷板子,刷掉藍油,直到板子上只剩下附有曝光后藍油的PCB線為止,但應注意刷的時間短些以確保PCB線不被刷斷和刷掉。刷版完成后進行對電路板的腐蝕,在腐蝕之前用繩子將板子捆好然后再放進腐蝕機里,腐蝕過程大約需要持續(xù)2-5分鐘,等到板子上的銅完全被腐蝕。如圖7.2.3所示:圖7..2.3電路板腐蝕
7.3電路板打孔及焊接根據電路板的焊盤位置和大小進行打孔。特別強調的是STC89C52管腳比較多,插口的針孔一定要對齊,對后續(xù)焊接工作減少不必要的麻煩。圖7..3.1電路板打孔原件安插完畢后進行電路板的焊接,在焊接的過程中注意不能虛焊,不能使焊接連成一片。如圖7.7和圖7.8所示:圖7..3.2圖7..3.2電路板正面圖7.3.3電路板反面7.4運行程序詳見附錄7.5系統(tǒng)運行調試中存在的問題焊接完畢之后進行元器件的檢查通常出現以下情況:對照原理圖以及PCB電路圖,檢測是否有焊接錯誤,線路連接錯誤。輕搖元器件,查元件腳是否虛焊,通過晃動檢測是否有虛焊的情況。用萬用表測腳與相連點的阻值,檢測能電路是否正常通路。通電測關鍵點的電壓值,檢查是否有已損壞的器件需要更換。軟件調試中將如附處編寫的C語言程序導入單片機,將單片機連接電源,觀察單片機控制下運行過程和二極管的閃爍情況和溫度報警值是否和預先設計的情況,如果不一致在C++環(huán)境中進行程序的改正并且重新運行,直至結果和預先設計的相同。八、總結實訓結束了,我們依然沉浸在實訓的熱情之中。在實訓中我們我們整體規(guī)劃,分階段、分任務完成。構思整體溫度檢測模塊,分開溫度檢測、控制、報警模塊,STC89C52最小單片機模塊,我們熟悉掌握了AltiumDesign軟件繪制電路原理圖,理解了簡單單片機的工作原理和控制方式。在程序編寫中,學會了溫度控制程序的編寫。通過這次實訓,我們學到了很多。檢驗了我們所學的知識,增強了我們動手能力,讓理論知識與實際結合起來。感謝老師和同學們的悉心指導。同時,這次實訓讓我們懂得了怎么去配合做事,怎樣的太多去對待一件事情。在設計過程中,與同學分工設計,和同學們相互探討,相互學習,相互監(jiān)督。學會了合作,學會了運籌帷幄,學會了寬容,學會了理解,也學會了做人與處世。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練,著是我們邁向社會,從事職業(yè)工作前一個必不少的過程.我今天認真的進行課程設計,學會腳踏實地邁開這一步,就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎.(DQ1==O)//定義busy信號(DQ1==O)//定義busy信號〃定義18B20單總線引腳〃定義數碼管控制腳〃定義蜂鳴器驅動管腳〃定義繼電器控制位〃定義按鍵控制位〃定義LED管腳}/***************18B20初始化函數附錄:程序#include<AT89X52.H>#include"INTRINS.H"#defineBUSY1sbitDQ1=P2A2;sbitLED_0=P2A6;sbitLED_1=P2A7;sbitFM=P2A4;sbitWARN=P2A3;sbitS0=P1A4;sbitS1=P1A5;sbitS2=PM6;sbitS3=P1A7;sbitD0=P1A0;sbitD1=P1A1;sbitD2=P1A2;sbitD3=P1A3;voiddisplay(unsignedchard1,unsignedchard2);〃聲明顯示函數voidds_reset_1(void); 〃聲明18B20復位函數voidwr_ds18_1(chardat);〃聲明18B20寫入函數voidtime_delay(unsignedchartime);〃聲明延時函數intget_temp_1(void);〃聲明18B20讀入溫度函數voidread_ROM(void);〃聲明18B20讀ROM函數intget_temp_d(void); 〃聲明獲取溫度函數voidds_init(void); 〃聲明18B20初始化函數voidds_getT(void);〃聲明18B20獲得溫度顯示值函數voidwarn(void); 〃報警降溫函數voidkey(void); 〃按鍵函數/*定義數碼管段碼=====0-9==========*/unsigned chara[10]={0x12,0xbe,0x83,0x86,0x2e,0x46,0x42,0x9e,0x02,0x06};〃共陽極數碼管的段碼0123456789/****************以下定'義各幣中^變-量unsignedcharResultSignal;intResultTemperatureLH,ResultTemperatureLL,ResultTemperatureH;unsignedcharROM[8];unsignedcharidataTMP;unsignedcharidataTMP_d;unsignedcharf;unsignedcharrd_ds18_1();unsignedintTemH; //溫度的整數部分unsignedintnum1=35,num2=0;unsignedintcount=0,count0=0;unsignedintD=0xfe;voidmain(){TMOD=0x11;〃設置定時器0為工作方式1TH0=65536/128;TL0=65536%128;ET0=1;//開定時器0中斷TR0=1;〃啟動定時器0ds_init(); //18B20初始化while(1){ds_getT();〃使用該函數獲得溫度,整數部分存儲到TemH,小數部分存儲到count的低8位display((TemH/10)%10,TemH%10);//溫度發(fā)送到數碼管顯示warn();key();voidds_init(void){unsignedintk=0;ds_reset_1();ds_reset_1(); //resetwr_ds18_1(0xcc); //skip
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