温控制器课设论文

1、 本科课设论文（普通高等教育）题目 温度控制器的设计 学 院 工学院 专业名称 自动化 班 级 * 学 号 * 姓 名 淡淡的 指导教师 王东林 目录题目 温度控制器的设计1(一)系统功能分析2(二)系统硬件原理图设计2(三)控制软件功能分析51)I2C总线52)1602显示63)键盘单元74)AD转换7(四)程序模块流程图8(五)运行结果9结论9附录11元件清单11程序清单11(一) 系统功能分析通过温度传感器检测外界的温度，然后经放大接入A/D，和键盘设置的温度值进行比较，来调节控制器对加热器进行控制，使温度保持在设定温度附近，并通过LED显示温度值，如果出现温度异常，通过嗡鸣器进行报警。

2、以实现温度设置输入、温度显示、温度异常报警、加热执行器控制等功能。(二) 系统硬件原理图设计数据显示DA转换单片机CPU键盘电路输入电源超温报警单片机引脚图AT89S51 是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89

3、S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

4、由于系统控制方案简单 ,数据量也不大 ,考虑到电路的简单和成本等因素 ,因此在本设计中选用 A TMEL 公司的 A T89S51单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于 A T89S51芯片内含有4 kB的 E2PROM ,无需外扩存储器 ,电路简单可靠 ,其时钟频率为 024 MHz ,并且价格低廉 ,批量价在 10元以内。 可以看出AT89S51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。同时, AT89S51可

5、降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位。P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口

6、：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。在访问位地址的外部数据存储器（如执行：MOVX Ri 指令）时，P2口线上的内（也即特殊功能

7、寄存器，在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2也接收高位地址和其它控制信号。）P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流I。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能RST：复位输入。当振荡工作时，RST引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复位。WDT益出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO 位缺省为

8、RESET输出高电平打开状态。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目地，要注意的是：第当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位禁位后，只有一条MOVX 和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚伎被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89

9、S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，高有两次有效的PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU公访问外部程序存储器（地址0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时,该引脚加上12V的编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。AT89S51单片机内部构造及功能：特殊功能寄存器：特殊功能寄

10、存器的片内空间分存如下图3-2所示。这些地址并没有全部占用，没有占用的地址不可使用，读这些地址将得到一个随意的数值。而写这些地址单元将不能得到预期的结果。中断寄存器：各中断允许控制位于IE寄存器，5个中断源的中断优先级控制位于IP寄存器。(三) 控制软件功能分析1) I2C总线a) 总线通讯是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。SCL 线是高电平时，SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示起始条件；SCL 线是高电平时，SDA 线由低电平向高电平切换，这个情况表示停止条件。起始和停止条件一般由主机产生，总线在起始条件后被认为处于忙的状态在

11、停止条件的某段时间后总线被认为再次处于空闲状态。如果产生重复起始条件而不产生停止条件，总线会一直处于忙的状态，此时的起始条件（S）和重复起始条件（Sr） 在功能上是一样的。应用I2C总线通讯来处理cpu与键盘，lcd显示器，A/D转换器的通讯。b) 时钟同步所有主机在SCL线上产生它们自己的时钟来传输I2C总线上的报文。数据只在时钟的高电平周期有效，因此需要一个确定的时钟进行逐位仲裁。时钟同步通过线与连接I2C 接口到SCL 线来执行。这就是说SCL 线的高到低切换会使器件开始数它们的低电平周期，而且一旦器件的时钟变低电平，它会使SCL 线保持这种状态直到到达时钟的高电平。但是如果另一个时钟仍

12、处于低电平周期，这个时钟的低到高切换不会改变SCL 线的状态。因此SCL 线被有最长低电平周期的器件保持低电平。此时低电平周期短的器件会进入高电平的等待状态。当所有有关的器件数完了它们的低电平周期后，时钟线被释放并变成高电平。之后，器件时钟和SCL线的状态没有差别，而且所有器件会开始数它们的高电平周期。首先完成高电平周期的器件会再次将SCL线拉低。这样产生的同步SCL 时钟的低电平周期由低电平时钟周期最长的器件决定，而高电平周期由高电平时钟周期最短的器件决定。2) 1602显示想要在LCD1602屏幕的第一行第一列显示一个A字,就要向DDRAM的00H地址写入“A”字的代码就行了。但具体的写入

13、是要按LCD模块的指令格式来进行的，后面我会说到的。那么一行可有40个地址呀？是的，在1602中我们就用前16个就行了。第二行也一样用前16个地址。对应如下：DDRAM地址与显示位置的对应关系a) 程序设计思路检查LCD忙状态 lcd_busy为1时，忙，等待。lcd-busy为0时,闲，可写指令与数据。写指令数据到LCD RS=L，RW=L，E=高脉冲，D0-D7=指令码。写显示数据到LCD RS=H，RW=L，E=高脉冲，D0-D7=数据。 设定显示位置清屏子程序3) 键盘单元单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或

14、输入数据。 键开关状态的可靠输入 ：为了去抖动我采用软件方法，它是在检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动影响在这种行列式矩阵键盘非编码键盘的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。K1、K2键作为温度最高限、最低限的设定功能键；K3、K4键作为温度值设定的增加和减小功能键。K1键：作为最高限温度的设定功能键。按一次进入最高限温度设

15、定状态，选择最高限温度值后，再按一次确认设定完成。K2键：作为最低限温度的设定功能键。按一次进入最低限温度设定状态，选择最低限温度值后，再按一次确认设定完成。K3键：+1功能键，每一次将温度值加1，范围从1到99。K4键：-1功能键，每按一次将温度值减1，范围从99到14) AD转换a) 平均滤波1ms采样一次，将N秒内所有数据相加除以N再做标度变换，转化为人们熟悉的摄氏度后在lcd显示屏显示出来b) 定时器初始化TMOD=0x11; /方式1TH0=0x3c; /50ms定时器设置后，可以在lcd上实时显示时间(四) 程序模块流程图开始系统初始化键盘给入模拟信号转化为数字信号，并显示大于或小

16、于与设定值比较其他报警，蜂鸣器响显示normal程序开始的时候先设置初始化，然后就控制数码管显示当前温度。接着就判断给定温度按键是否被按下。按下进入温度控制点1的程序。程序控制设置按下超过10ms，此时键盘输入有效。有按键按下的时候进入按键处理程序。然后则进行模数转换将温度值传给lcd显示，并与设定值相比较，若大于或小于设定值则报警，若在设定范围内则显示normal。(五) 运行结果顺利实现要求功能，通过AD转换可以将模拟信号转换为数字信号，标度变换后显示出0-99摄氏度范围的温度，在与规定范围值比较后作出报警或正常的响应。结论在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定

17、温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。在论文中简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。本系统的测温范围为0100，温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。参 考 文 献1曹巧媛主编. 单片机原理及应用(第二版). 北京:电子工业出版社,20022全国大学生电子设计竞赛组委会编.第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2001), 北京:北京理工大学出版社，20033何力民编. 单片机高级教程. 北京:北京航空大学出版社,20004金发庆等编. 传感器技术与应用.北京机械工业出版社,20025王锦标，方崇智过程计算机控制北京：清华大学出版社，199

18、7；36406邵惠鹤工业过程高级控制上海：上海交通大学出版社，1997；5862，78101附录元件清单ADC0809芯片 11602lcd显示屏 1单片机开发板 1程序清单1602：#include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit LCD_RS = P26; sbit LCD_RW = P25; sbit LCD_EN = P27;/*/ /* /* 延时子程序 /* /*/ void delay(int ms) int i; while(ms-) for(i = 0; i

19、 250; i+) /*/ /* /*检查LCD忙状态 /*lcd_busy为1时，忙，等待。lcd-busy为0时,闲，可写指令与数据。 /* /*/ bit lcd_busy() bit result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); result = (bit)(P0&0x80); LCD_EN = 0; return result; /*/ /* /*写指令数据到LCD /*RS=L，RW=L，E=高脉冲，D0-D7=指令码。 /* /*/ void lcd_wcmd(uch

20、ar cmd) while(lcd_busy(); LCD_RS = 0; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; _nop_(); _nop_(); P0 = cmd; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 0; /*/ /* /*写显示数据到LCD /*RS=H，RW=L，E=高脉冲，D0-D7=数据。 /* /*/ void lcd_wdat(uchar dat) while(lcd_busy(); LCD_RS = 1; LCD_R

21、W = 0; LCD_EN = 0; P0 = dat; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 0; /*/ /* /* 设定显示位置 /* /*/ void lcd_pos(uchar pos) lcd_wcmd(pos|0x80); /数据指针=80+地址变量 /*/ /* /* LCD初始化设定 /* /*/ void lcd_init() delay(15); /等待LCD电源稳定 lcd_wcmd(0x38); /16*2显示，5*7点阵

22、，8位数据 delay(5); lcd_wcmd(0x38); delay(5); lcd_wcmd(0x38); delay(5); lcd_wcmd(0x0c); /显示开，关光标 delay(5); lcd_wcmd(0x06); /移动光标 delay(5); lcd_wcmd(0x01); /清除LCD的显示内容 delay(5); /*/ /* /* 清屏子程序 /* /*/ void lcd_clr() lcd_wcmd(0x01); /清除LCD的显示内容 delay(5); /*/ /* /* 闪动子程序 /* /*/ void flash() delay(600); /控制

23、停留时间 lcd_wcmd(0x08); /关闭显示 delay(200); /延时 lcd_wcmd(0x0c); /开显示 delay(200); lcd_wcmd(0x08); /关闭显示 delay(200); /延时 lcd_wcmd(0x0c); /开显示 delay(200); lcd_wstr(char* str) uchar i=0; while(stri!=0) lcd_wdat(stri); i+;D/A A/D: #include#include #include #define PCF8591 0x90 /PCF8591 地址#define N 7unsigned c

24、har AD_CHANNEL;unsigned long xdata LedOut8;unsigned long a;unsigned long b;int i;int miao;int fen;int shi;char num;char n;char max=80;char min=10;sbit K1=P10;sbit K2=P11;sbit K3=P12;sbit K4=P13;sbit K5=P14;sbit K6=P16;sbit beep=P15;char aa4;char temp=temp:;char time=time:;char normal=normal;char upwarn=up warn;char downwarn=down warn;char null= ;char L=L:;char H=H:;char jishi6; bit ISendByte(unsigned char sla,unsigned char c) Start_I2c(); /启动总线 SendByte(sla); /发送器件地址 if(ack=0)return(0); SendByte(c); /发送数据 if(ack=0)re