电气自动化毕业论文参考[1].pdf

杭州职业技术学院杭州职业技术学院杭州职业技术学院杭州职业技术学院 毕业设计毕业设计毕业设计毕业设计 论文论文论文论文 2012 届届届届 题题题题 目目目目 单片机温度控制系统单片机温度控制系统单片机温度控制系统单片机温度控制系统 系系系系 院院院院 别别别别 XXXXXX 学院学院学院学院 专专专专 业业业业 XXXXXXXX 班班班班 级级级级 XXXXXXX 姓姓姓姓 名名名名 XXXXX 指导教师指导教师指导教师指导教师 XXXXX 年 月 日 2 杭州职业技术学院杭州职业技术学院杭州职业技术学院杭州职业技术学院 毕业设计毕业设计毕业设计毕业设计 论文论文论文论文 任务书任务书任务书任务书 专业班级 学生姓名 题 目 单片机温度控制系统 选题依据 为了巩固三年来所学的专业知识 结合毕业实习 特选择 单片机温度控制系统 这一课题作为毕业设计的内容 要 求 技术要求 1 实现温度远程监控的基本控制功能 2 设计温度远程监控系统的硬件接线图 任务书发给日期 年 月 日 毕业设计 论文 工作时间 年 月 日 至 年 月 日 指导教师 签名 教研室主任意见 签名 系部主任意见 签名 注 此表一式一份 与毕业设计 论文 装订 由各系部归档 1 摘要摘要摘要摘要 随着 信息时代 的到来 作为获取信息的手段 传感器技术得到了显著的进 步 其应用领域越来越广泛 对其要求越来越高 需求越来越迫切 传感器技术 已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一 因此 了解并掌握各类 传感器的基本结构 工作原理及特性是非常重要的 温度控制系统是比较常见的和典型的过程系统 温度是工业生产过程中重要 的被控参数之一 本设计系统中的核心器件之一为热敏电阻传感器 之所以选择 热敏电阻 主要是考虑其线形好 工作稳定 结构简单 成本低等特点 为了提高对传感器的认识和了解 尤其是对温度传感器的深入研究以及其用 法与用途 基于实用 广泛和典型的原则而设计了本系统 文中将传感器理论与 单片机实际应用技术有机结合 详细地讲述了利用热敏电阻作为热敏传感器探测 环境温度的过程 以及实现热电转换的原理过程 本设计系统包括温度传感器 A D 转换模块 数据传输模块 温度显示模块 和温度调节驱动电路五个部分 文中对每个部分功能 实现过程作了详细介绍 整个系统的核心是进行温度监控 完成了课题所有要求 关键词 单片机 温度传感器 AD 转换 2 目 录 摘要 1 第 1 章 单片机概述 1 1 1 AT89C51 介绍 1 1 2 ADC0809 介绍 2 1 3 74LS164 介绍 3 第 2 章 系统硬件电路设计 4 2 1 51 单片机最小应用系统 5 2 2 外围设备接口电路 5 2 3 LED 数码管显示接口 6 2 4 温度控制系统结构图及总述 7 2 5 温度采集系统原理图 8 第 3 章 温度采集控制系统设计 9 3 1 设计说明 9 3 2 单片机控制流程图 10 3 3 温度控制系统软件设计 10 第 4 章 总结 14 参考文献 15 致谢 16 1 第第第第1章章章章 单片机概述单片机概述单片机概述单片机概述 1 1 AT89C51 介绍介绍介绍介绍 89 系列中 典型的单片机有 AT89C51 AT89C2051 AT89S8252 等 在这里 以这些单片机为典型作简要的介绍 包括它们的主要性能 结构框图以及引脚功 能的说明 AT89C51 的结构框图如图 1 所示 图 1 AT89C51 结构框图 2 AT89C51 是一种低功耗 低电压 高性能的 8 位单片机 片内带有一个 4KB 的 Flash 可编程 可擦除只读存储器 EPROM 它采用了 CMOS 工艺和 ATMEL 公司的高密度非易失性存储器 NURAM 技术 而且其输出引脚和指令系统都 与 MSC 51 兼容 片内的 Flash 存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失 性存储器编程器来编程 因此 AT89C51 LV51 是一种功能强 灵活性高 且价格 合理的单片机 可方便地应用在各种控制领域 1 主要性能主要性能主要性能主要性能 4KB 可改编程序 lash 存储器 可经受 1 000 次的写入 擦除 全静态工作 0Hz 24MHz 3 级程序存储器保密 128 8 字节内部 RAM 32 条可编程 I O 线 2 个 16 位定时器 计数器 6 个中断源 可编程串行通道 片内时钟振荡器 另外 AT89C51 是用静态逻辑来设计的 其工作频率可下降到 0Hz 并提供 两种可用软件来选择的省电方式 空闲方式 Idle Mode 和掉电方式 Power Down Mode 在这空闲方式中 CPU 停止工作 而 RAM 定时器 计数器 串行口和 中断系统都继续工作 在掉电方式中 片内振荡器停止工作 由于时钟被 冻结 使一切功能都暂停 故只保存片内 RAM 中的内容 直到下一次硬件复位为止 1 2 ADC0809 介绍介绍介绍介绍 ADC0809 转换器及其接口 ADC0809 是 8 位 CMOS 逐次逼近式 A D 转换器 内部有 8 路模拟量输入和 8 位数字量输出的 A D 转换器 转换时间为 100 s 模拟输入电压范围 0 5V 单个 5V 电源供电 工作温度范围为 40 85 摄氏度 低功耗 约 15mW 它是 美国国家半导体公司的产品 是目前国内最广泛的 8 位通用的 A D 转换的芯片 可处理 8 路模拟量输入 且有三态输出能力 既可与各种微处理器相连 也可单 3 独工作 其结构图如图 2 所示 图 2 ADC0809 结构图 1 3 74LS164 介介介介绍绍绍绍 74LS164 串行输入并行输出移位寄存器 本设计是用 74LS164 把输入的串行数转换成并行数输出 图 3 74LS164 引脚图 其引脚图如上图所示 功能如下 A B 串行输入端 Q0 Q7 并行输出端 4 清零端 低电平有效 CLK 时钟脉冲输入端 上升沿有效 第第第第2章章章章 系统系统系统系统硬件电路设计硬件电路设计硬件电路设计硬件电路设计 图 4 片外 3 总线结构 下面分别予以介绍 地址总线 地址总线宽度为 16 位 由 P0口经地址锁存器提供低 8 位地址 A7 A0 P2口直接提供高 8 位地址 A15 A8 由口的位结构可知 MCS 51 单片机在进行外部寻址时 P0口的 8 根引绠低 8 位地址和 8 位数据的复用线 P0 口首先将低 8 位的地址发送出去 然后再传送 数据 因此要用锁存器将先送出的低 8 位地址锁存 MCS 51 常用 74LS373 或 8282 做地址锁存器 数据总线 数据总线宽度为 8 位 由 P0口提供 5 控制总线 MCS 51 用于外部扩展的控制总线除了它自身引出的控制线 RES EA ALE PSEN外 还有由 P3口的第二功能引线 外部中断 0 和外部中断 1 输入线 0 INT和 1INT 以及外部 RAM 或 I O 端口的读选通和写选通信号RD和WR 2 1 51 单片机单片机单片机单片机最小应用系统最小应用系统最小应用系统最小应用系统 构成最小应用系统时只要将单片机接上外部的晶体或时钟电路和复位电路 即可 如图 5 所示 这样构成的最小系统简单可靠 其特点是没有外部扩展 有 可供用户的大量的 I O 线 图 5 89C51 单片机的最小应用系统 2 2 外围设备接口电路外围设备接口电路外围设备接口电路外围设备接口电路 单片机应用系统中 通常都要有人机对话功能 它包括人对应用系统的状态 干预与数据输入 以及应用系统向人报告运行状态和运行结果 人对系统的状态 干预及数据输入的外部设备最常用的是键和键盘 如对系统状态实现干预的功能 键和向系统输入数据的数字键 拨码盘等 也有非接触式的 如遥控键盘 远程 开在以及语音输入接口等 系统向人报告运行状态和运行结果的外部设备最常用 的有各种报警指示灯 LED LCD 数码管显示器 CRT 显示器和打印机 图 6 为 单片微型计算机应用系统人机对话通道配置图 6 图 6 除了人机对话通道外 单片机应用系统尚需被测信号输入通道 也称前向通 道 和控制对象的输出通道 也称后向通道 被测信号如电压 电流 温度 压力 位移等 一般是模拟量 它需要传感器检测 放大变换 然后 A D 转换成 数字量 才能被 CPU 接受 对系统控制对象 CPU 一般只能输出数字量 多数 情况下需要将数字量 D A 转换成模拟量 然后去驱动控制对象 2 3 LED 数码管显示接口数码管显示接口数码管显示接口数码管显示接口 在单片机应用系统中 如果需要显示的内容只有数码和某些字母 使用 LED 数码管是一种较好的选择 LED 数码管显示清晰 成本低廉 配置灵活 与单片 机接口简单易行 LED 数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件 图 7a 为 0 5inLED 数码管的外形和引脚图 其中七只发光二极管分别对应 a g 笔段构成 字形另一只发光二极管 Dp 作为小数点 因此这种 LED 显示器称为七段数 码管或八段数数码 7 图 7 LED 数码管 LED 数码管按电路中的连接方式可以分为共阴型和共型两大类 如图 3 9 示 b c 所示 共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起 作为公共端 COM 公 共端 COM 接高电平 a g Dp 各笔段通过限流电阻接控制端 某笔段控制端低 电平时 该笔段发光 高电平时不发光 控制苛几段笔段发光 就能显示出某个 数码或字符 共阴型是将各数码发光二极管的负极连在一起 作为公共端 COM 接地 某笔段通过限流电阻接高电平时发光 LED 数码管按其外形尺寸有多种形式 使用较多的是 0 5in 和 0 8in 按显示 颜色也有多种形式 主要有红色和绿色 按亮度强弱可分为高亮和普亮 指通过 同样的电流显示亮度不一样 这是因发光二极管的材料不一样而引起的 LED 数码管的使用与发光二极管相同 根据其材料不同正向压降一般为 1 5 2V 额定电流为 10mA 最大电流为 40mA 静态显示时取 10mA 为宜 动态 扫描显示可加大 可脉冲电流 但一般不超过 40mA 2 4 温度控制系统结构图及总述温度控制系统结构图及总述温度控制系统结构图及总述温度控制系统结构图及总述 在实际应用中利用单片机控制工业温度系统是非常普遍的 下面简要概述一 下本设计中的控制流程 图 8 中温度传感器和 AT89C51 单片机中的 A D 转换器 构成输入通道 用于采集控制对象的温度信号 温度传感器输出电压经过 A D 转 换后的数字量经过单片机的计算送入 LED 显示管显示数值 计算机也可以通过软 8 件来强制改变控制器的温度 图 8 2 5 温温温温 度度度度 采采采采 集集集集 系系系系 统统统统 原原原原 理理理理 图图图图 如 图 9 所示 下页 图 9 9 第第第第3章章章章 温度采集控制系统设计温度采集控制系统设计温度采集控制系统设计温度采集控制系统设计 3 1 设计说明设计说明设计说明设计说明 本设计是模拟温度的显示 温度经过热敏电阻转换为电压信号 经放大器放 大后进入单片机进行 A D 转换成数字量后输出到静态显示部分 显示其温度值 在 A D 转换实验模块中模拟信号输入端的电位器可调节电压输入 用以模拟 低温状态下的温度显示 当电位器顺时针旋到底时 输入信号不衰减 显示温度 与室温相对应 用做数字显示温度表 其中温度范围的计算原理 首先把 A D 转换中电位器顺时针旋到底 即模拟 信号的输入不衰减 选取两个温度状态 T1T2 分别测量出其模拟输出电压 V1V2 根据 ADC0809 的输入范围在 0 到 5 伏 即可计算出温度极限 0 伏时对应的温度 TL T1 V1 0 T2 T1 V2 V1 5 伏时对应的温度 TH T1 V1 5 T2 T1 V2 V1 本设计中近似计算 TH为 150 TL为 50 程序中温度的计算原理 首先用温度范围除以 0 到 256 即每个十六进制数 的温度增长率 然后乘以模拟转换的数字量 即得到升高的温度 再和最低温 度相加 就可以得到实际的温度值 其公式为 TL AX TH TL 256 TL 显示的最低温度 TH 显示的最高温度 10 3 2 单片机单片机单片机单片机控制流程图控制流程图控制流程图控制流程图 图 10 3 3 温度控制系统软件设计温度控制系统软件设计温度控制系统软件设计温度控制系统软件设计 LOWTEMP EQU 50 A D 0 HIGHTEMP EQU 150 A D 255 ADPORT EQU 0FEFBH A D 端口地址 LEDBUF EQU 30H 置存储区首址 TEMP EQU 40H 置缓冲区首址 CURTEMP EQU 60H DIN BIT 0B0H 置串行输出口 CLK BIT 0B1H 置时钟输出口 ORG 0000H LJMP START LEDMAP DB 3FH 6 5BH 4FH 66H 6DH 0 1 2 3 4 5 DB 7DH 7 7FH 6FH 77H 7CH 6 7 8 9 A B 11 DB 58H 5EH 7BH 71H 0 40H C D E F DB 63H 39H DISPLAY MOV R0 LEDBUF 温度显示 MOV R1 TEMP MOV R2 5 DP10 MOV DPTR LEDMAP MOV A R0 MOVC A A DPTR MOV R1 A INC R0 INC R1 DJNZ R2 DP10 MOV R0 TEMP MOV R1 5 DP12 MOV R2 8 MOV A R0 DP13 RLC A MOV DIN C CLR CLK SETB CLK DJNZ R2 DP13 INC R0 DJNZ R1 DP12 RET DISPLAYRESULT 将正负值区分显示 MOV A CURTEMP JNB Acc 7 GE0 MOV LEDBUF 11H 显示 号 DEC A 求补码 CPL A JMP GOON GE0 12 MOV LEDBUF 10H 显示 GOON 存入显示内容 MOV B 10 DIV AB MOV LEDBUF 1 A MOV A B MOV LEDBUF 2 A MOV LEDBUF 3 12H MOV LEDBUF 4 13H RET READAD MOV DPTR ADPORT CLR A MOVX DPTR A START A D JNB P3 3 MOVX A DPTR 读入结果 RET READTEMP CALL READAD 温度的计算 MOV B HIGHTEMP LOWTEMP MUL AB MOV A B 256 ADD A LOWTEMP MOV CURTEMP A RET DELAY MOV R4 0FFH AA1 MOV R5 0FFH AA NOP NOP DJNZ R5 AA DJNZ R4 AA1 RET START CALL READTEMP 13 CALL DISPLAYRESULT CALL DISPLAY CALL DELAY SJMP START END 14 第第第第4章章章章 总总总总结结结结 本设计中 是以温度采集及控制过程设计为总目标 以 89C51 单片机最小应 用系统为总控制中心 辅助设计有温度采样电路 A D 转换接口 加热电路 5 个 LED 数码管静态串行显示器 查询式键盘等 了解到温度控制的重要性 经过三年学习的积累 在已经掌握相关专业方面知识及其它各方面知识的情 况下 我认真完成了我的毕业设计 在设计过程中 主要有以下难题 1 初步接触温度传感器 要对传感器的原理 结构 应用等各方面从头 开始琢磨 2 考虑从非电量信号到电量信号的电路实现原理以及与单片机的接口 3 复习 MCS 51 编程的技术 4