两点间的温度控制报警电路设计（程序+任务书+答辩稿+说明书）

任务书学生姓名学号班级专业设计（或论文）题目温度报警电路设计指导教师姓名职称工作单位及所从事专业联系方式备注设计（论文）内容：运用单片机技术知识、技能设计一个温度报警电路。功能要求如下：1当温度在300-600时不报警。2当温度高于600时报警。3当温度低于300时报警。要求完成：选择各单元电路结构并阐述工作原理，绘制整机电路原理图（A4图纸）；准确计算或估算电路参数，正确选择电路元件与设备，给出元件、设备明细表；撰写设计说明书，要求准确阐述电路选择依据，反映计算方法、元件、设备选择等设计过程，并使用Proteus和Kill进行仿真或制作实物。进度安排：要有较为详细的时间安排（时间具体到周）；第6周：任务下达，理解消化任务要求；确定初步设计方案；第7周：根据要求画出电路方框图并设计出原理电路图；第89周：根据电路分析其工作原理，进一步对原理图进行完善和修改；第1011周：针对设计的原理电路图进行仿真，观察电路实现是否完好并及时修改原理电路图；第12周：中期检查，查找问题，分析解决难点；第1315周：根据设计撰写论文，并在老师指导下修改、完成论文；第16周：答辩。主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)：1张伟单片机原理及应用机械工业出版社，2002年2苏平单片机原理与接口技术电子工业出版社，2003年3胡汉才单片机原理及接口技术清华大学出版社，1996年4何立民MCS-51系列单片机应用系统设计北京航空航天大学出版社，1990年5李建民单片机在温度控制系统中的应用江汉大学学报，1996年6陈汝全实用微机与单片机控制技术电子科技大学出版社，1995年审批意见教研室负责人：年月日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益的更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合的，以作完善。本系统是以单片机的基本语言“C语言”来进行软件设计编程的，其指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调运作。根据本温度系统的设计要求，该系统是由单片机和热敏电阻与一体的综合设计，由于是用单片机采集温度信号，所以在之前必须对温度信号进行放大和转换，就应该选择放大器和A/D转换器，本系统要实现人工智能化，就必须有对温度进行设定，所以还需要设计键盘与单片机系统进行沟通。本文主要介绍了以MCS-51系列单片机AT89C51、ADC0808、可控硅、LM386N等芯片组成的温度报警电路，模/数转换电路，键盘/LED显示电路,报警电路，信号放大电路；在描述了外围硬件电路的同时，还做了大量的软件工作，包括数据处理软件。关键词单片机；热敏电阻；A/D转换器；D/A转换器目录摘要.1第1章绪论.2第2章整体框图电路设计和工作原理.3第3章硬件设计.43.1单元电路设计.43.1.1A/D转换电路设计.43.1.2单片机（AT89C51）电路设计.53.1.3复位电路设计.63.1.4时钟电路设计.73.1.5LED显示电路设计.83.1.6D/A转换电路设计.83.1.7温度报警电路设计.83.2整机工作原理.10第4章软件设计.124.1程序流程图.124.2源程序.13第5章电路仿真.195.1软件介绍.195.2仿真电路.19结论.21参考文献.22附录1整机电路图.23附录2元器件明细表.24第0页共24页第1章绪论21世纪是通信、电力、材料、电子、能源以及控制技术大发展并相互交叉的时代，而机电一体化技术正是把机械、电子、控制技术和计算器技术相结合的综合技术。机电产品具有品种多、涉及的领域广等特点，自从微电子技术发展以来，单片机微型计算器因其体积小、价格低、性能灵活、开发方便的独特优势，在机电一体化产品的开发和控制中得到了最广泛的应有，而且越来越向纵深发展。从简单的机电一体化产品深入到数控系统、柔性化、智能化系统以及机器人系统等。自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。温度是工业生产中常见的工艺参数之一。单片机在检测和控制系统中得到了广泛的应用，温度是一个系统经常需要测量、控制和保持的量，而温度是一个模拟量，不能直接与单片机交换信息，采用适当的技术将模拟的温度量转化为数字量在原理上虽然不困难但成本较高，还会遇到其它方面的问题。因此对单片机温度控制系统的研究有重要目的和意义。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。本设计以它为例进行介绍，希望能收到举一反三和触类旁通的效果。第1页共24页第2章整体框图电路设计和工作原理单片机在检测和控制系统中得到了广泛的应用，温度是一个系统经常需要测量、控制和保持的量，而温度是一个模拟量，不能直接与单片机交换信息，采用适当的技术将模拟的温度量转化为数字量。本设计还可以采用模拟电路、数字电路设计，但是需要的分立元件太多并且电路复杂不美观。虽然原理上虽然不困难但成本较高，但还会遇到其它方面的问题。采用单片机可以使电路变得简单、美观。设计方框图如图2-1所示。图2-1两点间温度控制框图温度报警电路工作原理：由热敏电阻检测温度的变化将温度变化的信息由A/D转换成数字信号送到单片机，经单片机处理后由LED显示器显示温度的变化度数，如果超过设定温度范围就由单片机发送一个信号到D/A转换器，经D/A转换成模拟信号送到扬声器发出报警；复位电路恢复温度到原始度数。第2页共24页第3章硬件设计根据方框图，温度报警电路系统设计是由六部分组成：A/D转换器、单片机（AT89C51）、复位电路和时钟电路、LED显示器、D/A转换器、报警电路。下面分别对各单元电路进行设计。3.1单元电路设计3.1.1A/D转换电路设计A/D转换器是将模拟量转换为一定进制的数字量。ADC0808对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；一般的A/D转换过程是通过取样、保持、量化和编码这四个步骤完成的。由ADC0808构成的A/D转换器电路如图3-1所示。图3-1A/D转换器工作原理：首先由外部一个热敏电阻检测某个空间内的温度度数（这个温度度数的范围是在0-99之间），然后将温度度数用模拟信号送入模/数转换器ADC0808的27脚，经过内部的比较、转换后从22脚和10脚分别输出控制信号和时钟信号送到AT89C51单片机的P3.0串行输入口与P3.3的外部中断口，D0-D7接口分别与AT89C51的P0.0-P0.7接口相连后输入转换后的数字信号。第3页共24页3.1.2单片机（AT89C51）电路设计单片机是本设计的核心主要起控制作用，本设计采用的单片机AT89C51是一个低功耗高性能单片机，有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，如图3-2所示。图3-2AT89C51单片机的管脚图AD89C51单片机的主要管脚功能：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流。P3口：P3口是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。单片机电路图如图3-3所示。第4页共24页图3-3单片机电路图工作原理：当AT89C51单片机的P3.0串行输入口与P3.3的外部中断口接收到经ADC0808转换后从22脚和10脚分别输出控制信号和时钟信号与P0.0-P0.7口接收到ADC0808的D0-D7口输输出转换后的数字信号后，通过单片机内部处理后分为两路控制，一路由P1.0-P1.7口输出连接到LED848显示器的C1-C8接口,输入显示信号；时钟信号来自单片机的13脚。3.1.3复位电路设计复位是单片机的初始化操作，其目的是使CPU及各专用寄存器处于一个确定的初始状态。如：把PC的内容初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要复位以使其恢复正常工作状态。RST端的外部复位电路有两种操作方式：上电自动复位和按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种，本系统设计采用按键电平复位，如图3-4所示。第5页共24页图3-4复位电路工作原理：当按下按键时，RST直接与VCC相连，为高电平形成复位，同时电解电容被短路放电；按键松开时，VCC对电容充电，充电电流在电阻上，RST依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST为低电平，正常工作。3.1.4时钟电路设计时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡。本系统设计采用内部振荡方式，如图3-5所示。图3-5时钟电路工作原理：单片机的时钟信号主要是用来为单片机提供内部各种微操作的时间基准。时钟电路中一般所用的晶体振荡频率为12MHz，其：状态周期：2/fosc=2/12MHz=0.167us机器周期：12/fosc=12/12MHz=1us指令周期（14）机器周期14us振荡周期1/fosc1/12MHz=0.0833us第6页共24页3.1.5LED显示电路设计LED就是lightemittingdiode，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。图3-6LED显示电路工作原理：LED848显示器的C1-C8接口接收由P1.0-P1.7口输入显示信号；S1-S4接入单片机的P2.0-P2.3接口，对显示电路进行控制。3.1.6D/A转换电路设计D/A转换器是将接收到的数字量转换成与它对比的模拟量，如图3-7所示。图3-7D/A转换器工作原理：一路由单片机的P3.5定时/计数器的外部输入端输出一路控制信号到LM386NI型号的数/模转换器，由3脚输入后经过内部的D/A转换，然后将转换后的模拟信号从5脚输出控制扬声器发出警报声。3.1.7温度报警电路设计此电路主要由数模转换器与极性电容、无极性电容、电阻、发光二极管组成，电第7页共24页路如图3-8所示。图3-8温度报警电路工作原理：只要热敏电阻探测到的温度在30以下60以上的时候，单片机的P3.5口就会输出高电平，单片机发出的数字信号经过数/模转换器转换后从5脚输出模拟信号使扬声器发出报警声音，如果是30以下就是长声报警，如果是60以上就是短声报警。同时如果温度低于30P3.6就会发出一路信号使D1发光，如果温度高于60时P3.7就会发出另一路信号使D2发光。第8页共24页3.2整机工作原理图3-9温度报警电路整机电路图整机电路工作原理：首先由外部一个热敏电阻检测某个空间内的温度度数（这个温度度数的范围是在0-99之间），然后将温度度数用模拟信号送入模/数转换器ADC0808内，经过内部的比较、转换后从22脚和10脚分别输出控制信号和时钟信号送到AT89C51单片机的P3.0串行输入口与P3.3的外部中断口，D0-D7接口分别与AT89C51的P0.0-P0.7接口相连后输入转换后的数字信号，通过单片机内部处理后分为两路控制，一路由P1.0-第9页共24页P1.7口输出连接到LED848显示器的C1-C8接口，输入显示信号；S1-S4接入单片机的P2.0-P2.3接口，对显示电路进行控制。如果温度低于30高于60，另一路由单片机的P3.5定时/计数器的外部输入端输出一路控制信号到LM386NI型号的数/模转换器，由3脚输入后经过内部的D/A转换后，输出模拟信号控制扬声器发出警报声，同时P3.6和P3.7接口输出的由时钟电路产生的时钟信号选通输出，使发光二极管发光；复位电路恢复温度到原始度数。第10页共24页第4章软件设计一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单。4.1程序流程图图4-1第11页共24页4.2源程序#includeunsignedcharcodedispbitcode=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;unsignedcharcodedispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00;unsignedchardispbuf8=10,10,10,10,10,10,0,0;unsignedchardispcount;unsignedchargetdata;unsignedinttemp;unsignedchari;sbitST=P3.0;sbitOE=P3.1;sbitEOC=P3.2;sbitCLK=P3.3;sbitLED1=P3.6;sbitLED2=P3.7;sbitSPK=P3.5;bitlowflag;bithighflag;unsignedintcnta;unsignedintcntb;bitalarmflag;voidmain(void)ST=0;OE=0;TMOD=0x12;第12页共24页TH0=0x216;TL0=0x216;TH1=(65536-4000)/256;TL1=(65536-4000)%256;TR1=1;TR0=1;ET0=1;ET1=1;EA=1;ST=1;ST=0;while(1)if(lowflag=1)&(highflag=0)LED1=0;LED2=1;elseif(highflag=1)&(lowflag=0)LED1=1;LED2=0;elseLED1=1;LED2=1;第13页共24页voidt0(void)interrupt1using0CLK=CLK;voidt1(void)interrupt3using0TH1=(65536-500)/256;TL1=(65536-500)%256;if(EOC=1)OE=1;getdata=P0;OE=0;temp=getdata*25;temp=temp/64;dispbuf6=temp/10;dispbuf7=temp%10;/*i=6;dispbuf0=10;dispbuf1=10;dispbuf2=10;dispbuf3=10;dispbuf4=10;dispbuf5=10;dispbuf6=0;dispbuf7=0;第14页共24页while(temp/10)dispbufi=temp%10;temp=temp/10;i+;dispbufi=temp;*/if(getdata153)lowflag=0;highflag=1;elselowflag=0;highflag=0;ST=1;ST=0;P2=0xff;P1=dispcodedispbufdispcount;P2=dispbitcodedispcount;dispcount+;if(dispcount=8)第15页共24页dispcount=0;if(lowflag=1)&(highflag=0)cnta+;if(cnta=800)cnta=0;alarmflag=alarmflag;if(alarmflag=1)SPK=SPK;elseif(lowflag=0)&(highflag=1)cntb+;if(cntb=400)cntb=0;alarmflag=alarmflag;if(alarmflag=1)SPK=SPK;第16页共24页elsealarmflag=0;cnta=0;cntb=0;第17页共24页第5章电路仿真5.1软件介绍本设计采用Proteus和Kill两个仿真软件对硬件部分进行仿真。Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外围电路（如LCD，RAM，ROM，键盘，马达，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件）。KeilC51Vision2集成开发环境是KeilSoftware，Inc/KeilElektronikGmbH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。5.2仿真电路当温度在30-60之间工作时电路如图5-1所示。图5-1温度在300-600第18页共24页当温度低于30时电路如图5-2所示。图5-2温度低于300当温度高于60时电路如图5-3所示。图5-3温度高于600第19页共24页结论本文是在弥老师精心指导和大力支持下完成的。弥老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。还要感谢其他同学对我的无私帮助，使我得以顺利完成系统设计。通过这次设计，我学会了和别人配合工作，因为一个人所学的知识不可能面面俱到的，只有通过合作，发挥自己的优点，体现团队精神，才能使工作做得更为出色。通过这次设计，我学到了许多书本上学不到的知识，增强了自己的动手能力。即将毕业我十分珍惜这次锻炼的机会，我认真的完成了自己的设计任务，但由于自己的知识水平有限，仍然存在很多的