简易温度控制仪实验报告.doc

电子系统综合设计报告电子系统综合设计报告 第第 1 1 页页 共共 2929 页页 电子系统综合设计报告 姓名：姓名： 学号：学号： 专业：专业： 日期日期： 电子系统综合设计报告电子系统综合设计报告 第第 2 2 页页 共共 2929 页页 南京理工大学紫金学院电光系南京理工大学紫金学院电光系 摘摘 要要 单片机系统的开发应用为现代工业领域带来了新的发展，自动化智能化都 离不开单片机的应用。在工业生产中，电流、电压、温度、流量等都是常用的 被控参数。本文介绍了基于单片机的温度控制系统的硬件设计和软件开发的过 程。本系统是利用温度传感器完成温度测量，利用调理电路得出温度与电压的 关系，采用 AD0809 转换、AT89C51 单片机完成温度值的转换、分析、输出以及 报警处理。整个系统具有测温、报警、温度控制及显示功能。 关键词关键词：调理电路 温度传感器 A/D 转换 单片机 驱动 显示 报警 电子系统综合设计报告电子系统综合设计报告 第第 3 3 页页 共共 2929 页页 目录目录 摘 要 .1 关键词1 1 引言3 2 系统设计4 2.1 总体方案设计： 4 3 单元模块设计6 3.1 各单元模块功能及电路图 6 3.1.1 信号调理电路 6 3.1.2 A/D 接口电路.6 3.1.3 显示电路 7 3.1.4 输出控制电路 9 3.2 电路参数的计算及元器件的选择 .10 3.2.1 温度 T 和电压 U 的关系.10 3.2.2 元器件的选择 .10 3.2.3 特殊器件的介绍 .10 4 软件设计.15 4.1 软件设计仿真图 .15 4.2 软件流程图 .16 4.2.1 软件主程序流程图 .16 5 系统测试.18 5.1 系统功能 .18 5.2 主要技术指标及要求 .18 5.2.1 系统指标参数及技术指标 .18 5.2.2 系统测试参数记录图 .18 6 设计总结.20 6.1 对设计的小结 .20 6.2 对设计的收获和体会 .20 6.3 设计的进一步完善 .21 7 参考文献.21 附录：.22 1 系统原理图 .22 电子系统综合设计报告电子系统综合设计报告 第第 4 4 页页 共共 2929 页页 2 软件流程图 .23 3 总程序 .23 1 引言引言 电子技术的飞速发展，给人类生活带来了根本的变革，特别是随着大规模 集成电路的产生而出现的微型计算机，更是将人类社会带入了一个新时代。利 用微机的强大功能，人们可以完成各种各样的控制。然而，微机的造价高，对 于大多数的工业控制来说，并不需要为基本那样强大的功能，于是单片机应运 而生了。单片机其实就是一个简化的微机，将微机的 CPU、存储器、I/O 接口、 定时器、计数器等集成在一片芯片上就是单片机，它主要用来完成各种控制功 能。相对微机来说，单片机价格低，非常适合与应用在简单的控制场合以降低 成本。另外，单片机是按照工业控制要求设计的，其可靠性很高，可在工业现 场复杂的环境下运行。单片机依靠其高的可靠性和极高的性价比，在工业制、 数据采集、智能化仪表、家用电器等方面得到极为广泛的应用。 在现代工业设计，工程建设及日常生活中基于单片机的温度控制仪都起着 重要的作用。温度控制仪广泛应用于工厂生产方面，同时也应用于酒店以及家 庭生活中。向高精度的生产厂房，对温度的要求是极其严格，温度的变化极有 可能对生产的产品造成极大的影响。因此，这就需要一种能够及时检测温度变 化以及显示温度变化的设备，提供温度值，使人们对温度的变化做出及时调整， 温度控制仪就可根据人们不同的应用环境自行设定温度值，及时反映生产、生 活中的变化。 电子系统综合设计报告电子系统综合设计报告 第第 5 5 页页 共共 2929 页页 2 系统设计系统设计 2.1 总体方案设计总体方案设计： 此次课程设计实验课题为 ZJ2011-A 温度控制仪设计。温度控制仪是利用单 片机作为系统的主控制器，根据温度传感器测得的温度值，由软件查询判断是 否达到编程设定的值，如果超过温度上限，启动风扇用以降低温度是温度值返 回到阀值以下；如果温度值达到下限阀值，则启动加热炉用以增加温度是温度 值返回 阀值以上。本次温度检测和调整范围为 1090，温度控制的精度在 3即可 满足设计要求。根据指标选用通信性较好的 AT89C51 作为系统的主控芯片、 ADC0809 用来数模转换、再增加驱动芯片 ULN2003A 来放大单片机输出的电流、 LED 数码管显示电路、过温报警等辅助电路，通过软件编程设计可实现对室内 的温度控制，而本次设计不需设计具体的加热及降温电路，只需检测向外围设 备输出的温度的控制信号是否存在即可，所以分别用发光二极管和蜂鸣器模 拟代替。 根据系统要求，对每一个模块今夕你跟具体分析。整个控制系统氛围硬件电 路设计和软件程序设计两部分。 下图为此次温控仪电路原理图： 设定输入单片机 LED显示 控制输出 双向可 控硅 继电器 控制 对象 风扇 信号调 理电路 A/D采集 电路 加热丝 传感器 图一 电子系统综合设计报告电子系统综合设计报告 第第 6 6 页页 共共 2929 页页 简单化为下图： 图二 从上图可分析硬件电路主要包括： （1）温度传感器电路：温度 T 和电阻 R 的对应关系。 （2）信号调理电路：温度 T 和电压 V 的对应关系。 （3） A/D 采集电路: 启动、等待、采集数据。 （4）单片机电路：最小系统。 （5）键盘及显示电路：键盘数据输入和温度显示。 （6） 输出控制电路：I/O 驱动、继电器、指示灯、负载。 整个系统的控制电路是由单片机来处理给定信号和反馈信号，发出相应的 指令来控制相关执行电路，是系统的核心。 软件程序主要由管理程序和控制程序组成，是设计的核心部分。其中管理 程序是对 LED 显示的作用，控制指示灯，执行中断服务程序等。控制程序是用 来对被控对象进行采样、数据处理、根据温度控制要求进行计算和输出。 整篇报告的主要内容包括：单片机 AT89C51 的结构和原理、温度控制仪的 硬件设计和软件设计、硬件电路板的设计等。 电子系统综合设计报告电子系统综合设计报告 第第 7 7 页页 共共 2929 页页 3 单元模块设计单元模块设计 3.1 各单元模块功能及电路图各单元模块功能及电路图 3.1.1 信号调理电路 （1）信号调理电路电路图如下： 说明： 信号调理电路有桥式电路和集成运放减法器构成，u0 输出接至 AD0808 的 0 通道。因为当 XBYTE0x7FF8=0 启动 AD 转换。 （2）信号调理电路的功能：将温度 T 和电阻 R 的对应关系转化为温度 T 和电 压 V 的对应关系，且 T 和 V 呈正比例关系。最后利用温度与输出电压的 关系通过单片机作用输出，LED 显示温度。 3.1.2 A/D 接口电路 （1）A/D 接口电路图如下： 电子系统综合设计报告电子系统综合设计报告 第第 8 8 页页 共共 2929 页页 说明：P0: AD 数据采集； P1：数码管段选信号（a,b,c,d,e,f,g，dp）; P2.7、RD： A/D 数据输出容许信号 OE； P2.7、WR：启动 A/D； P2.4、2.5 指示灯 1，指示灯 2； P3.0 显示预警温度 P2.0 P2.3 ：数码管位选信号（1,2,3,4） ； INT0: 键+ INT1: 键- （2）A/D 接口电路功能：A/D 接口电路主要是将模拟量转化为数字量，调理电 路输出的电压为模拟量，通过 A/D 转换为数字量通过输给单片机的 P0 口。 电子系统综合设计报告电子系统综合设计报告 第第 9 9 页页 共共 2929 页页 3.1.3 显示电路 （1）显示电路图如下： 图三 说明：单片机 P1 口输出 P1.0-1.7 对应段选 abcdefg dp，本实验中需要通过驱 动芯片 ULN2003A 放大单片机输出电流来驱动 LED 显示，单片机本身的输 出电流是很小的，不足以使数码管显示出来。ULN2003A 输入与单片机 P2 口四位相接，输出与显示管位选相接，同时在 ULN2003A 输出得接上拉电 阻起保护作用。上电路图中为三极管放大电路，其作用与 ULN2003A 一样。 电子系统综合设计报告电子系统综合设计报告 第第 1010 页页 共共 2929 页页 （2）显示电路功能：显示电路主要是将单片机的输出值显示出来，单片机输出 电压值就显示电压，输出温度就显示温度。 3.1.4 输出控制电路 （1）控制电路图： 图四 说明：单片机一 P3 口输出定时方波作用于蜂鸣器。方波也同时通过三极管放大。 （2）控制电路功能：控制电路的主要部分为继电器和二极管。通过继电器来控 制哪个二极管的亮，当预置温度大于当前温度时，继电器打到绿灯亮，当 预置温度小于当前温度，继电器打到红灯亮，此时单片机送来方波，蜂鸣 器响报警。 电子系统综合设计报告电子系统综合设计报告 第第 1111 页页 共共 2929 页页 3.2 电路参数的计算及元器件的选择电路参数的计算及元器件的选择 3.2.1 温度 T 和电压 U 的关系 通过实际测量测出温度传感器电压 U 与温度 T 的关系： V #include #define T 50 /*预置温度 50*/ sbit P20=P20; /*位选 P20P23*/ sbit P21=P21; sbit P22=P22; sbit P23=P23; sbit P24=P24; sbit P30=P30; unsigned char Tab=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F; bit flag=1; int h,l,m,k,b,x,f,t1,T2,i1,j1; float s,t,e; unsigned char i,j; delay() /*延时*/ 电子系统综合设计报告电子系统综合设计报告 第第 2626 页页 共共 2929 页页 for (k=0;k #include bit flag; float a,s; int m,k,n,p,q; unsigned char i,j,b; unsigned char Tab=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F; sbit p11=P20; sbit p12=P21; sbit p13=P22; sbit p14=P23; void delay() for(m=0;m100;m+); void main() TMOD=0x01; TL0=55535%256; TH0=55535/256; EA=1;ET0=1;TR0=1; while(1) if(flag) flag=0; XBYTE0X7FF8=0x00; for(i=0;i10;i+) for(j=0;j100;j+); 电子系统综合设计报告电子系统综合设计报告 第第 2929 页页 共共 2929 页页 a=XBYTE0X7FF8; s=a/256*5; s=s*100;k=(int)s/100;n=(int)(s-k*100)%10;p=(int)(s-k*100)/10; for(q=0;q50;q+) p11=1;p12=0;p13=0;p14=0;P1=Tabk+0x80;delay