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基于单片机温度控制系统硬件设计 摘 要 温度是工业控制中主要的被控参数之一 随着电子技术和计算机技术的迅速 发展 微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用 单片机具有处理能 力强 运行速度快 功耗低等优点 尤其在温度测量和控制反面 控制简单方便 测量范围广 精度高 得到广泛应用 本设计以 AT89C52 单片机为核心的温度控制系统 温度传感器为铂电阻 PT100 并把模拟信号传送给 ADC0808 然后经 ADC0808 的转换后传送给单片 机 该控制系统的硬件部分包括 信号调理电路 模拟转化电路以及 LCD 显示 电路 单片机对采集信号进行相应处理 从而实现温度控制的目的 文中还着重 介绍了软件设计部分采用模块化结构 主要模块有 键盘扫描及键盘处理程序 AD 转换程序 LCD 显示程序 设计初始采用 Proteus 仿真软件调试成功 再利用 Altium Designer 6 9 制作 PCB 板 完成 PCB 制板后 调试硬件电路 同时将仿真所写程序代码烧写进焊 接完成的电路板 最后再通过实物完成设计工作 关 键 词 单片机 总线读取 Proteus 仿真 PCB THE TEMPERATURE CONTROL SYSTEM BASED ON MCU HARDWARE DESIGN ABSTRACT Temperature is one of the main accused parameters in the industrial control As electronics and computer technology along with the rapid development computer measurement and control technology has been rapid development and wide application MCU has been widely used by handling ability run fast and low power consumption especially in temperature measurement and control negative simple control and convenient wide measurement range high accuracy This design takes AT89C52 microcontroller integrated circuit as core temperature control system The temperature sensor is PT100 and transmitted the analog signal to the ADC0808 then converted by the ADC0808 sent to MCU The hardware of the control system include signal conditioning circuitry analog conversion circuit and LCD display circuit MCU process the signal in order to achieve the temperature control The article also emphatically introduced the software design part uses the modular structure here the main module includes keyboard scanning and pressed key disposal procedure AD signal processing procedure and LCD display procedure The design of the initial Proteus simulation software debugging re use of Altium Designer 6 9 production of PCB board Completion of the PCB system board debugging the hardware circuit while simulation written code burned into the circuit board soldering is completed and finally to complete the design work through in kind KEY WORDS MCU bus read Proteus simulation PCB 目 录 前 言 1 第 1 章系统总体方案设计 3 1 1 系统设计流程 3 1 2 系统设计总体功能描述 3 第 2 章 系统硬件设计 5 2 1 元器件的选择 5 2 1 1 MCU 的选型 5 2 1 2 AD 的选型 6 2 2 单元电路模块设计 8 2 2 1 复位电路及时钟电路 8 2 2 2 电源电路 10 2 2 3 LED 输出控制电路 10 2 2 4 程序烧写电路 10 2 2 5 铂热电阻信号调理电路 11 2 2 6 AD 转化电路 14 2 2 7 LCD 显示电路 15 2 3 总体原理图设计 17 2 4 系统 PCB 图 18 第 3 章 系统软件设计 20 3 1 系统总流程图 20 3 2 LCD 显示模块 21 3 2 1 原理介绍 21 3 2 2 显示流程图 21 3 3 A D 转换模块 22 3 3 1 A D 转换原理介绍 22 3 3 2 A D 转换流程图 23 3 4 定时子程序 23 第 4 章 Proteus 仿真 25 4 1 Proteus 介绍 25 4 2 Proteus 仿真 25 结论 27 参考文献 28 致 谢 29 前 言 温度是工业中非常关键的一项物理量 在农业 现代科学研究和各种高新技术 的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数 例如钢铁生产过程中 按 照工艺条件的规定保持一定的温度才能保证产品质量和设备的安全 对电气设备 进行温度的监控 例如高压开关 变压器的出线套管等 判断可能存在的热缺陷 进而能及时发现 处理 预防重大事故的发生 因此研究温度控制仪具有重要的 意义 温度控制采用单片机设计的全数字仪表 是常规仪表的升级产品 温度控制 的发展引入单片机之后 有可能降低对某些硬件电路的要求 但这绝不是说可以忽 略测试电路本身的重要性 尤其是直接获取被测信号的传感器部分 仍应给予充分 的重视 有时提高整台仪器的性能的关键仍然在于测试电路尤其是传感器的改进 现在传感器也正在受着微电子技术的影响 不断发展变化 传感器正朝着小型 固态 多功能和集成化的方向发展 近年来 温度控制的发展尤为迅速 国内外市场上已经出现了多种多样温度 控制仪表 应用于社会的各个方面 例如 能够进行程序控温的智能多段温度控制 仪 能够实现数字 PID 和各种复杂控制规律的智能式温度调节器等 进入 21 世 纪后 智能温控器正朝着高精度 多功能 总线标准化 高可靠性及安全性 开 发虚拟温控器和网络温控器 研制单片测温控温系统等高科技的方向迅速发展 智能温控仪 亦称数字温控仪 是在 20 世纪 90 年代中期问世的 它是微电 子技术 计算机技术和自动测试技术 ATE 的结晶 目前 国际上已开发出多种 智能温控器系列产品 智能温控器内部都包含温度传感器 A D 转换器 信号处 理器 存储器 或寄存器 和接口电路 有的产品还带多路选择器 中央控制器 CPU 随机存取存储器 RAM 和只读存储器 ROM 智能温控器的特点是能 输出温度数据及相关的温度控制量 适配各种微控制器 MCU 并且它是在硬件的 基础上通过软件来实现测试控制功能的 其智能化程度也取决于软件的开发水平 现代信息技术的三大基础是信息采集控制 即温控器技术 信息传输 通信 技术 和信息处理 计算机技术 温控器属于信息技术的前沿尖端产品 尤其是温 控器被广泛用于工农业生产 科学研究和生活等领域 数量日渐上升 近百年来 温控器的发展大致经历了以下三个阶段 1 模拟温度控制器 2 集成温度控制器 3 能温度控制器 目前 国际上新型温控器正从模拟式向数字式 由集成化向智能化 网络化 的方向发展 本文采用 PROTEUS 仿真设计 并利用 Altium Designer 6 9 制作 PCB 板 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件 它不仅具有 其它 EDA 工具软件的仿真功能 还能仿真单片机及外围器件 它是目前最好的 仿真单片机及外围器件的工具 虽然目前国内推广刚起步 但已受到单片机爱好 者 从事单片机教学的教师 致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 仿真软件 从原理图布图 代码调试到单片 机与外围电路协同仿真 一键切换到 PCB 设计 真正实现了从概念到产品的完整 设计 是目前世界上唯一将电路仿真软件 PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三 合一的设计平台 其处理器模型支持 8051 HC11 PIC10 12 16 18 24 30 DsPIC33 AVR ARM 8086 和 MSP430 等 2010 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列处理器 并持续增加其他系列处理器模型 在编译方面 它也支持 IAR Keil 和 MPLAB 等多种编译器 第 1 章 系统总体方案设计 1 1 系统设计流程 本设计通过 PROTEUS 软件画出原理图 然后利用 KEIL 软件编写程序代码 生成 HEX 文件后 下载到 PROTEUS 原理图的 MCU 中 进行仿真调试 这个过程的成功说明原理图正确 并且为后续工作奠定了软件基础 仿真调试成功后 再利用 Altium Designer 6 9 绘制电器原理图 最后生成 PCB 图 布局布线完成后 拿去制板 制板完成后 需要调试焊接电路 最后将 仿真是用的 HEX 文件烧写到实物单片机中 经过多次调试 反复修改程序 达 到理想结果 1 2 系统设计总体功能描述 本研究成功 在温度测量系统中 实际温度值由铂电阻恒流工作调理电路进 行测量 为了克服铂电阻的非线性特点 在信号调理电路中加入负反馈非线性校 正电路 调理电路的输出电压经 ADC0808 转换后送入单片机 AT89C52 对采样数 据进行滤波及标度变换处理后 送 LCD 显示 输入则由 4 个按键组成的独立式键 盘电路进行设定 可分别对设定值的十位和个位进行加 1 减 1 操作 送入单片机 AT89C52 后 送 LCD 显示 本系统的控制功能由单片机 AT89C52 的程序来实现 首先由温度采样值与设定值之差求出温度误差 进一步求出误差变化率 若系统 温度偏高 则控制 LED 绿灯工作 进行降温 若系统温度偏低 则控制 LED 红灯温 度进行加热 从而实现控制温度的目的 整体设计框图如图 2 1 所示 图 1 1 系统总体框图 第 2 章 系统硬件设计 2 1 元器件的选择 2 1 1 MCU 的选型 AT89C52 是 51 系列单片机 它是 ATMEL 公司生产的 AT89C52 是一个低 电压 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程 序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器 RAM 器件采用 ATMEL 公司的 高密度 非易失性存储技术生产 兼容标准 MCS 51 指令系统 片内置通用 8 位中 央处理器和 Flash 存储单元 功能强大的 AT89C52 单片机可为您提供许多较复杂 系统控制应用场合 AT89C52 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 3 个 16 位可编程定时计数器 2 个全双工串行通信口 2 个 读写口线 AT89C52 可以按照常规方法进行编程 但不可以在线编程 S 系列的才 支持在线编程 其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起 特别是可反复 擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本 AT89C52 有 PDIP PQFP TQFP 及 PLCC 等三种封装形式 以适应不同产 品的需求两类 其主要功能特性 1 32 个双向 I O 口 256x8bit 内部 RAM 2 3 个 16 位可编程定时 计数器 中断时钟频率 0 24MHz 3 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 4 2 个外部中断源 共 8 个中断源 5 2 个读写中断口线 3 级加密位 6 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 AT89C52 为 40 脚双列直插封装的 8 位通用微处理器 采用工业标准的 C51 内核 在内部功能及管脚排布上与通用的 8xc52 相同 其主要用于会聚调整时的功能控 制 功能包括对会聚主 IC 内部寄存器 数据 RAM 及外部接口等功能部件的初 始化 会聚调整控制 会聚测试图控制 红外遥控信号 IR 的接收解码及与主板 CPU 通信等 主要管脚有 XTAL1 19 脚 和 XTAL2 18 脚 为振荡器输入 输出端口 外接 6MHz 晶振 RST Vpd 9 脚 为复位输入端口 外接电阻电容 组成的复位电路 VCC 40 脚 和 VSS 20 脚 为供电端口 分别接 5V 电源 的正负端 P0 P3 为可编程通用 I O 脚 其功能用途由软件定义 在本设计中 P0 端口 32 39 脚 被定义为数字量输入端 分别与 ADC0808 的管脚 D0 D7 相 连接 P1 端口 1 8 脚 被定义为 LED 输出端 分别与 LED 段控端相连 P3 4 和 P3 5 分别是加热电路和制冷电路的控制输出端 图 3 1 为 AT89C52 结构图 图 2 1 AT89C52 结构图 2 1 2 AD 的选型 A D 转换器用于实现模拟量到数字量的转换 按转换原理可分为 4 种 即 计数式 A D 转换器 双积分 A D 转换器 逐次逼近式 A D 转换器和并行式 A D 转换器 1 并行比较 A D 转换器 如 ADC0808 并行比较 ADC 是现今速度最快 的模 数转换器 采样速率在 1GSPS 以上 通常称为 闪烁式 ADC 它由电阻 分压器 比较器 缓冲器及编码器四种分组成 这种结构的 ADC 所有位的转换 同时完成 其转换时间主取决于比较器的开关速度 编码器的传输时间延迟等 2 逐次逼近型 A D 转换器 如 ADS7805 ADS7804 等 逐次逼近型 ADC 是应用非常广泛的模 数转换方法 这一类型 ADC 的优点高速采样速率可 达 1MSPS 与其它 ADC 相比功耗相当低在分辨率低于 12 位时价格较低 缺点 在高于 14 位分辨率情况下价格较高传感器产生的信号在进行模 数转换之前需要 进行调理包括增益级和滤波这样会明显增加成本 3 分型 A D 转换器如 ICL7135 ICL7109 ICL1549 MC14433 等 积分 型 ADC 又称为双斜率或多斜率 ADC 是应用比较广泛的一类转换器 它的基本 原理是通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔 与 此同时 在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数从而实现 A D 转换 积 分型 ADC 两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定因此所得 到的表达式与时钟频率无关 其转换精度只取决于参考电压 VR 此外 由于输 入端采用了积分器 所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力 若把积分器定时 积分的时间取为工频信号的整数倍 可把由工频噪声引起的误差减小到最小 从 而有效地抑制电网的工频干扰 这类 ADC 主要应用于低速 精密测量等领域 如数字电压表 其优点是 分辨率高 可达 22 位功耗低 成本低 缺点是转换 速率低转换速率在 12 位时为 100 300SPS 数据采集系统一般直接用 A D 模数 接口电路进行数据的采集 A D 模数接口电路是由 A D 转换器承担此任务 设计 中 A D 转换器用的是 ADC0808 转换器它是 8 路 8 位逐次逼近式转换器能分时地 对 8 路模拟量信号进行 A D 转换结果 8 位二进制数据转换时间短满足题目要求的 实时采样 并且它的转换精度在 0 1 上下比较适中适用于一般场合 所以本次 设计采用 ADC0808 芯片作为 A D 转换器 图 3 5 为 ADC0808 的结构图 图 2 2 ADC0808 的结构图 2 2 单元电路模块设计 2 2 1 复位电路及时钟电路 AT89C52 单片机芯片内部设有一个反向放大器所构成的振荡器 XTAL1 和 XTAL2 分别为振荡电路的输入端和输出端 时钟可以由内部或外部产生 在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接定时元器件 内部振荡电路就会产生自激振荡 本 系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路 晶体频率选择 6MHz C1 C2 的电容取 30PF 电容的大小可起到频率微调的作用 时钟电路 如图 2 3 所示 图 2 3 时钟电路 单片机具有多种复位电路 本系统采用电平式开关复位与上电复位方式 具 体电路如图 3 4 所示 当上电时 C1 相当于短路 使单片机复位 在正常工作时 按下开关使单片机复位 当系统时钟频率为 12MHz 时 C1 22uF R1 200 R2 1k 其缺点是干扰易于串入复位端 在多数条件下 不 会造成单片机错误复位 但会引起内部某些寄存器错误复位 这时可以在 RESET 端加一个去耦电容 如图 2 4 所示 图 2 4 复位电路 2 2 2 电源电路 采用 USB 接口提供 5V 电源 如图 2 5 所示 图 2 5 电源电路 2 2 3 LED 输出控制电路 这里利用 MCU 的两个引脚来控制一盏红灯和一盏绿灯 一旦当前测量温度 高于设定温度时 绿灯亮红灯灭 表示当前状态是冷却状态 当前测量温度与设 定温度相等时 红绿灯都熄灭 表示当前状态为平衡状态 无输出动作 当前测 量温度小于设定温度时 红灯亮绿灯灭 表示当前状态为加热状态 电路图如 2 6 所示 图 2 6 LED 电路 2 2 4 程序烧写电路 MAX232 是电荷泵芯片 可以完成两路 TTL RS 232 电平的转换 它的 9 10 11 12 引脚是 TTL 电平端 用来连接单片机 由其制作的 51 单片机烧 写电路图如 2 7 所示 图 2 7 程序烧写电路 2 2 5 铂热电阻信号调理电路 铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器 由于其测量准确度高 测量范围大 复现性和稳定性好等 被广泛用于中温 200 650 范围的温度测量中 PT100 是一种广泛应用的测温元件 在 50 600 范围内具有其他任何温度 传感器无可比拟的优势 包括高精度 稳定性好 抗干扰能力强等 由于铂电阻 的电阻值与温度成非线性关系 所以需要进行非线性校正 校正分为模拟电路校 正和微处理器数字化校正 模拟校正有很多现成的电路 其精度不高且易受温漂 等干扰因素影响 数字化校正则需要在微处理系统中使用 将 Pt 电阻的电阻值和 温度对应起来后存入 EEPROM 中 根据电路中实测的 AD 值以查表方式计算相 应温度值 常用的 Pt 电阻接法有三线制和两线制 其中三线制接法的优点是将 PT100 的两侧相等的导线长度分别加在两侧的桥臂上 使得导线电阻得以消除 常用的 采样电路有两种 一为桥式测温电路 一为恒流源式测温电路 其中图 2 8 为三 线制桥式测温电路 图 2 9 为两线制桥式测温电路 图 2 10 为恒流源式测温电路 下面分别对桥式电路和恒流源式电路的原理在设计过程中应注意事项进行说明 桥式测温的典型应用电路如图 2 8 所示 图 2 8 和图 2 9 均为桥式电路 分别 画出来是为了说明两线制接法和三线制接法的区别 测温原理 电路采用 TL431 和电位器 VR1 调节产生 4 096V 的参考电源 采 用 R1 R2 VR2 Pt100 构成测量电桥 其中 R1 R2 VR2 为 100 精密电阻 当 Pt100 的电阻值和 VR2 的电阻值不相等时 电桥输出一个 mV 级的压差信号 这个压差信号经过运放 LM324 放大后输出期望大小的电压信号 该信号可直接 连 AD 转换芯片 差动放大电路中 R3 R4 R5 R6 放大倍数 R5 R3 运放 采用单一 5V 供电 设计及调试注意点 1 同幅度调整 R1 和 R2 的电阻值可以改变电桥输出的压差大小 2 改变 R5 R3 的比值即可改变电压信号的放大倍数 以便满足设计者对温度 范围的要求 3 放大电路必须接成负反馈方式 否则放大电路不能正常工作 以前就有个 猪头特别提醒说只有接成正反馈才能正常工作 我也没做试验就拿它当经验 害 得我重新做板 4 VR2 也可为电位器 调节电位器阻值大小可以改变温度的零点设定 例如 Pt100 的零点温度为 0 即 0 时电阻为 100 当电位器阻值调至 109 885 时 温度的零点就被设定在了 25 测量电位器的阻值时须在没有接入电路时调 节 这是因为接入电路后测量的电阻值发生了改变 5 理论上 运放输出的电压为输入压差信号 放大倍数 但实际在电路工作 时测量输出电压与输入压差信号并非这样的关系 压差信号比理论值小很多 实 际输出信号为 4 096 RPt100 R1 RPt100 RVR2 R1 RVR2 1 式中电阻值 以电路工作时量取的为准 6 电桥的正电源必须接稳定的参考基准 因为如果直接 VCC 的话 当网压 波动造成 VCC 发生波动时 运放输出的信号也会发生改变 此时再到以 VCC 未 发生波动时建立的温度 电阻表中去查表求值时就不正确了 这可以根据式 1 进行计算得知 图 2 8 三线制桥式测量电路 图 2 9 两线制桥式测量电路 恒流源式测温的典型应用电路如图 2 10 所示 测温原理 通过运放 U1A 将基准电压 4 096V 转换为恒流源 电流流过 Pt100 时在其上产生压降 再通过运放 U1B 将该微弱压降信号放大 图中放大倍 数为 10 即输出期望的电压信号 该信号可直接连 AD 转换芯片 根据虚地概念 工作于线性范围内的理想运放的两个输入端同电位 运放 U1A 的 端和 端电位 V V 4 096V 假设运放 U1A 的输出脚 1 对地 电压为 Vo 根据虚断概念 0 V R1 Vo V RPt100 0 因此电阻 Pt100 上的压降 VPt100 Vo V V RPt100 R1 因 V 和 R1 均不变 因此图 3 虚线框 内的电路等效为一个恒流源流过一个 Pt100 电阻 电流大小为 V R1 Pt100 上的 压降仅和其自身变化的电阻值有关 设计及调试注意点 1 电压基准源可以采用 TL431 按图 2 8 的电路产生可调的 2 等效恒流源输出的电流不能太大 以不超过 1mA 为准 以免电流大使得 Pt100 电阻自身发热造成测量温度不准确 试验证明 电流大于 1 5mA 将会有较 明显的影响 3 运放采用单一 5V 供电 如果测量的温度波动比较大 将运放的供电改为 15V 双电源供电会有较大改善 4 电阻 R2 R3 的电阻值取得足够大 以增大运放的 U1B 的输入阻抗 5 当然做恒流源还有很多方法 TL431 的 Datasheet 上就有其作为恒流源的 详细介绍 图 2 10 恒流源测量电路 考虑到电路成本问题和铂热电阻的购买问题 对比以上三种测量电路 本系 统采用图 2 9 所示测量方法进行测量 选择合适的元器件 达到理想的测量结果 2 2 6 AD 转化电路 总线方式控制牵涉到单片机和外围设备时序的分配 地址空间的分配 总线 驱动能力等等问题 一旦设计不好 系统就无法启动 或者说部分模块无法工作 因为 A D 操作包含了启动转换和读转换后数据两个步骤 所以在电路设计中 采用了两个或非门作为控制逻辑 要获取 AD 信号 第一步必须首先启动 AD 由高位地址线 A12 A15 通过 138 组成译码电路产生 ADC0808 的片选信号 CS AD 要启动 ADC0808 必须首先启动 ADC0808 的 ALE 端和 START 端 这 两个信号有 CS AD 和 CPU 来的 WR 信号控制 因此要启动 AD 必须首先向使能 CS AD 信号的对应译码地址写任意一个数值 以给 ALE 和 START 端产生启动 脉冲 这个对应的译码地址从 74HC138 的电路可以看出是 0 xA000H 在其有效地 址范围内任取其一即可 当在 ADC0808 的 ALE 和 START 端产生了启动脉冲后 ADC0808 就进入转换工作 EOC 端输出低电平 当转换完成后 EOC 端会产生 一个上升沿信号 变成高电平 以触发单片机中断 告诉单片机此时数据转换完 毕 可以读取转换后的读数据了 读数据信号要使能 ADC0808 的 ENABLE 信号 这个信号由 RD 信号和 CS0808 来组成 所以要读取数值 必须对 ADC0808 对应的片选地址发一个读命 令就能获取数据线上的数据了 具体电路如图 2 11 所示 图 2 11 ADC0808 接线图 2 2 7 LCD 显示电路 字符型 1602 液晶显示是一种专门用于显示字母 数字 符号等点阵式的 LCD 其内部的字符发生存储器 CGROM 存储了 160 个不同的点阵字符图形 这些字符有 阿拉伯数字 英文字母的大小写 常用的符号 和日文假名等 每 一个字符都有一个固定的代码 比如大写的英文字母 A 的代码是 01000001B 41H 显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来 我们就 能看到字母 A 所以我们可以根据需要灵活设计 图 2 12 1602 液晶引脚图 1602 有 16 个引脚 各引脚功能现说明如上图 2 12 其中 RS RW 的值控制单 片机对它的读写 RS 0 RW 0 写入指令寄存器 清清屏等 RS 0 RW 1 读 busy DB7 以及读取位址计数器 DB DB6 的值 RS 1 RW 0 写入数据寄存器 显示各字符等 RS 1 RW 1 从数据寄存器读取数据 每次在对 LCD 进行读写操作时 都要对其进行标志位忙检测 标志位 BF 1 表示液晶显示器忙 暂时无法接收来自单片机的数据或指令 当 BF 0 时 表示 液晶显示器可以接收单片机的数据或命令 1602 的数据和指令传输是通过 D0 D7 这 8 位数据线来完成的 对 1602 采用总线方式读写 其原理图如图 2 13 所示 图 2 13 1602 液晶接线图 2 3 总体原理图设计 依据上述各个部分电路图 对总体原理图进行设计如下图 2 14 所示 图 2 14 总体原理图 利用上述原理图实现仿真功能 并利用 KEIL 烧写程序代码 最后经过多次 调试程序 使程序能够完成系统要求的功能 2 4 系统 PCB 图 利用 Altium Designer 6 9 绘制 PCB 板图如下图 2 15 为上层 PCB 图 图 2 16 为下层 PCB 图 图 2 15 PCB 上层板图 图 2 16 PCB 下层板图 第 3 章 系统软件设计 3 1 系统总流程图 本系统的总流程图如图 3 1 所示 图 3 1 总流程图 3 2 LCD 显示模块 3 2 1 原理介绍 显示模块的功能为使第一个数码管显示 A D 转换数据采集的采样值 而第 二个数码管显示由键盘输入得设定值 用于显示对系统的温度设定 在整个系统进 行测控的过程中 两数码管同时显示 显示程序中采样值显示采用了常规的显示程 序 编写程序中键盘显示时有一点比较重要 由于最后生成的设定值是十位或个位 的加 1 键和十位或个位减 1 键输入 必须严格区分才可以编制其显示程序 此处采 用的方法是将个位的加 1 减 1 键输入的值存在 28H 而十位的加 1 减 1 键输入 的值存放在 34H 然后驱动不同的位码即可正常显示 3 2 2 显示流程图 显示流程图如图 3 2 所示 图 3 2 显示流程图 3 3 A D 转换模块 3 3 1 A D 转换原理介绍 先送地址锁存允许信号 ALE 一上升沿 使 A B C 地址状态送至地址锁存 器中 然后送 START 一上升沿 开始进行 A D 转换 然后判断转换结束状态信号 EOC 是否为 1 为 0 则继续等待转换 为 1 则将转换好的数字量经 ADC0808 的 8 个数据输出端 D0 D7 送到 AT89C52 的 P0 0 P0 7 口 3 3 2 A D 转换流程图 A D 转换流程图如图 3 3 所示 图 3 3 模数转换流程图 3 4 定时子程序 定时程序主要是用于完成模糊查询表的占空比控制 总体思想是根据模糊控制 表中的占空比控制表中占空比控制变量 U 的不同取值 采用不同的定时来改变继 电器的通断 进而完成对加热和风扇的控制 根据继电器的机械特性 要求其不能 频繁通断 所以通断要有一定长的时间 但又要考虑到控制能及时的根据新的采样 值和设定值的变化来做出相应的动作 所以采用以下方法 以占空比 1 4 为例说明 定时器 T0 T1 仍都采用方式 1 定时 T0 专用于置低电平定时 即双向可控硅导通 T1 专用于置高电平定时 即双向可控硅关断 先将 P3 4 口置低电平 启动 T0 定时 定 时长度仅取 10ms 高字节存放 0ECH 低字节存放 78H 循环次数为 1 次 每次 10ms 定时完成后 不直接进行循环 而是插入数据采集程 标度变换和显示程序 然后再 进行循环 循环 1 次后 P3 4 口置高电平 启动 T1 定时 为了方便计算占空比 定时长 度仍取 10ms 循环次数为 3 次 同上 10ms 定时完成后 仍不直接进行循环 而是插入 数据采集程 标度变换和显示程序 然后再进行循环 循环 3 次后返回主程序 这样 就完成了占空比 1 4 的定时 第 4 章 Proteus 仿真 4 1 Proteus 介绍 Proteus ISIS 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件 它运行 于 Windows 操作系统上 可以仿真 分析 SPICE 各种模拟器件和集成电路 该软 件的特点是 1 实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合 具有模拟电路仿真 数字 电路仿真 单片机及其外围电路组成的系统的仿真 RS232 动态仿真 I2C 调试 器 SPI 调试器 键盘和 LCD 系统仿真的功能 有各种虚拟仪器 如示波器 逻辑 分析仪 信号发生器等 2 支持主流单片机系统的仿真 目前支持的单片机类型有 68000 系列 8051 系列 AVR 系列 PIC12 系列 PIC16 系列 PIC18 系列 Z80 系列 HC11 系列以及各种外围芯片 3 提供软件调试功能 在硬件仿真系统中具有全速 单步 设置断点等调试 功能 同时可以观察各个变量 寄存器等的当前状态 因此在该软件仿真系统中 也 必须具有这些功能 同时支持第三方的软件编译和调试环境 如 Keil C51 uVision2 等软件 4 具有强大的原理图绘制功能 总之 该软件是一款集单片机和 SPICE 分析 于一身的仿真软件 功能极其强大 本章介绍 Proteus ISIS 软件的工作环境和一些 基本操作 然后在 Proteus 选出所需要的硬件模块本系统所要用的模块 4 2 Proteus 仿真 安装好 Proteus 后进入程序界面 Proteus 的工作界面是一种标准的 Windows 界面 包括 标题栏 主菜单 标准工具栏 绘图工具栏 状态栏 对象 选择按钮 预览对象方位控制按钮 仿真进程控制按钮 预览窗口 对象选择器 窗口 图形编辑窗口 硬件选