温控器说明书

1、说明书设计题目 温控器设计姓名： 张龙 学号： 2011071128 专业： 机械工程及自动化 目录摘要31  设计内容与设计要求42、方案选择42.1 单片机的选择方案42.2显示器的选择方案42.3 模数转换芯片的选择53、元器件介绍53.1 AT89C5153.2 LCD1602液晶屏63.3 ADC080483.4 NPN型三极管94.系统硬件设计104.1时钟电路114.2 复位电路1243 ADC转换电路144.4 LCD1602液晶显示器144.5 独立按键控制电路154.6 继电器控制电路155.软件设计16总结17摘要温控器（Thermostat），根据工

2、作环境的温度变化，在开关内部发生物理形变，从而产生某些特殊效应，产生导通或者断开动作的一系列自动控制元件，也叫温控开关、温度保护器、温度控制器，简称温控器。或是通过温度保护器将温度传到温度控制器，温度控制器发出开关命令，从而控制设备的运行以达到理想的温度及节能效果，其应用范围非常广泛，根据不同种类的温控器应用在家电、电机、制冷或制热等众多产品中。其工作原理是通过温度传感器对环境温度自动进行采样、即时监控，当环境温度高于控制设定上限值时控制电路启动，温度下降。当环境温度低于控制设定下限值时，控制电路不工作，温度上升。主要应用于电力部门使用的各种高低压开关柜、干式变压器、箱式变电站及其他相关的温度

3、使用领域。关键词：温控器温度采样 上限值 下限值1  设计内容与设计要求 基本内容：设计一个简易温控器 基本要求： 可以设定上限温度和下限温度，温度高于上限温度上，主电路不工作，温度降低，温度低于下限控制电路时，主电路继续工作，温度升高。设定温度时，液晶屏上显示设定状态，设定完显示正常模式，并且设定的上下限温度，在液晶屏上都有显示。采集温度信号，转换成数字信号。并把数字量转换成温度值。2、方案选择2.1 单片机的选择方案方案一：采用AT89C51单片机。该系列单片机是采用高性能的静态80C51设计，有先进的CMOS工艺制作，并带有非易失性fla

4、sh存储器，全部支出12时钟和6时钟操作。P89C51X2和P89C52X2/54X2/58X2分别包含128字节和256字节RAM、32条I/O口线、3个16位定时器/计数器、1个串行I/O口（可用于多级通信/I/O扩展或全双工UART）以及片内振荡器和时钟电路。方案二：采用STC12C5A60S2系列单片机。STC12C5A60S2系列单片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容8051，但速度快812倍。内部集成MAX810专用复用电路，2路PWM8路10位高速A/D转换，针对电机控制，抗干扰场合。STC12C5A60S2系列单片机适合程序大，存储容量大的场合

5、使用。但价格较贵。由于AT89C51价格便宜，又可实现功能需要，因此采用AT89C51.2.2显示器的选择方案方案一：使用8为LED数码管来显示。LED显示器由发光二极管显示字段组成的显示器件，在单片机应用系统中常使用的是七段LED，这种显示器由共阴极和共阳极两种，它具有成本低、配置灵活和单片机接口方便等特点。方案二：使用LCD1602液晶屏来显示。液晶是介于固态和液态之间的有机化合物，将其加热成透明状态，冷却后变成结晶的混作固态。点击的作用下，产生冷热变化，从而影响它的透光性来达到目的。LCD1602具有功耗低、低压、显示量大寿命长、无辐射、无污染等特点。综合考虑，我觉得方案二能够更好的实现

6、本系统的功能。2.3 模数转换芯片的选择方案一：使用ADC0804，ADC0804单通道，为差分输入，主要通过外围RC震荡电路提供工作频率。方案二：使用ADC0809，ADC0809为八通道模数转换器，单端输入。经常用外部提供时钟来工作，一般用500kHZ。综上：因为本设计只需要1个通道，所以先用ADC0804.3、元器件介绍3.1 AT89C51该系列单片机是采用高性能的静态 80C51 设计 由先进 CMOS 工艺制造并带有非易失性 Flash 程序存储器 全部支持 12 时钟和 6 时钟操作 P89C51X2 和 P89C52X2/54X2/58X2 分别包含 128 字节和 256 字

7、节 RAM 32 条 I/O 口线 3 个 16 位定时/计数器 6 输入4 优先级嵌套中断结构 1 个串行 I/O 口 可用于多机通信 I/O 扩展或全双工 UART以及片内振荡器和时钟电路 。此外 由于器件采用了静态设计 可提供很宽的操作频率范围 频率可降至 0 可实现两个由软件选择的节电模式 空闲模式和掉电模式 空闲模式冻结 CPU 但 RAM 定时器 串口和中断系统仍然工作掉电模式保存 RAM 的内容 但是冻结振荡器 导致所有其它的片内功能停止工作 由于设计是静态的时钟可停止而不会丢失用户数据 运行可从时钟停止处恢复。DIP如图所示：3.2 LCD1602液晶屏 LCD160

8、2为工业字符型液晶，能够同时显示16 x 2（16列2行）即32个字符。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。管脚图如图：字符型LCD管脚的定义：基本操作时序：1.读状态：RS=L,RW=H,E=H 输出：D0D7状态字2.写指令：RS=L,RW=L,D0D7=指令码，E=高脉冲 输出：无3.读数据：RS=H.RW=H,E=H 输出：

9、D0D7数据4.写数据：RS=H,RW=L,D0D7=指令码，E=高脉冲 输出：无LCD1602模块控制指令表 1602模块的设定，读写，与光标控制都是通过指令来完成，共有11条指令，如下：指令RSRWD7D6D5D4D3D2D1D01清屏00000000012光标返回000000001*3输入模式00000001I/DS4显示控制0000001DCB5光标/字符移位000001S/CR/L*6功能00001DLNF*7置字符发生器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志和地址01BF计数器地址10写数据到指令7.8所设地址10要写的数据11从指令7.

10、8所设的地址读数据11读出的数据指令1：清显示，光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移，S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。R/L，高向左，低向右。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时

11、为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。（有些模块是 DL：高电平时为8位总线，低电平时为4位总线）指令7：字符发生器RAM地址设置，地址：字符地址*8+字符行数。(将一个字符分成5*8点阵，一次写入一行，8行就组成一个字符)指令8：置显示地址，第一行为：00H0FH,第二行为：40H4FH。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。3.3 ADC0804CS：芯片片选信号，低电平有效。即=0时,该芯片才能正

12、常工作，高电平时芯片不工作。在外接多个ADC0804芯片时，该信号可以作为选择地址使用，通过不同的地址信号使能不同的ADC0804芯片，从而可以实现多个ADC通道的分时复用。WR：启动ADC0804进行ADC采样，该信号低电平有效，即信号由低电平变成高电平时，触发一次ADC转换。RD：低电平有效，即=0时，DAC0804把转换完成的数据加载到DB口，可以通过数据端口DB0DB7读出本次的采样结果。VIN（+）和VIN（-）：模拟电压输入端，单边输入时模拟电压输入接VIN（+）端，VIN（-）端接地。双边输入时VIN（+）、VIN（-）分别接模拟电压信号的正端和负端。当输入的模拟电压信号存在“零

13、点漂移电压”时，可在VIN（-）接一等值的零点补偿电压，变换时将自动从VIN（+）中减去这一电压。VREF/2：参考电压接入引脚，该引脚可外接电压也可悬空，若外接电压，则ADC的参考电压为该外界电压的两倍，如不外接，则VREF与Vcc共用电源电压，此时ADC的参考电压即为电源电压Vcc的值。CLKIN和CLKR：外接RC振荡电路产生模数转换器所需的时钟信号，时钟频率CLK = 1/1.1RC，一般要求频率范围100KHz1460KHz。AGND和DGND：分别接模拟地和数字地。：转换结束输出信号，低电平有效，当一次A/D转换完成后，将引起=0，实际应用时，该引脚应与微处理器的外部中断输入引脚相

14、连（如51单片机的，脚），当产生信号有效时，还需等待=0才能正确读出A/D转换结果，若ADC0804单独使用，则可以将引脚悬空。DB0DB7：输出A/D转换后的8位二进制结果。补充说明：ADC0804片内有时钟电路，只要在外部“CLKIN（引脚4）”和“CLKR（引脚19）”两端外接一对电阻电容即可产生A/D转换所要求的时钟，其振荡频率为fCLK1/1.1RC。其典型应用参数为：R=10K，C=150PF，fCLK640KHz，转换速度为100。若采用外部时钟，则外部fCLK可从CLKIN端送入，此时不接R、C。允许的时钟频率范围为100KHz1460KHz。3.4 NPN型三极管两个PN结共

15、用了一个P区基区，基区做得极薄，只有几微米到几十微米，正是靠它把两个PN结有机地结合成一个不可分割的整体，它们之间存在着相互联系和相互影响，使三极管完全不同于两个单独的PN结的特性。三极管在外加电压的作用下，形成基极电流、集电极电流和发射极电流，成为电流放大器件。原理：和称为三极管的电流分配系数，其中值大家比较熟悉，都管它叫电流放大系数。三个电流中，有一个电流发生变化，另外两个电流也会随着按比例地变化。例如，基极电流的变化量I b 10 A ， 50 ，根据I c I b的关系式，集电极电流的变化量I c 50×10 500A ，实现了电流放大。4.系统硬件设计简易计算器电路由单片机

16、最小系统、时钟电路、ADC0804、LCD1602液晶显示器、三极管、直流电机、LED灯，独立按键等组成，其原理图如图：4.1时钟电路时钟电路用于产生MCS-51单片机工作时所必须的时钟控制信号，MCS-51单片机的内部电路在时钟信号的控制下，严格的执行指令进行工作，在执行指令时，CPU首先要到程序存储器中取出所需要的指令操作码，然后译码，并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作。CPU发出的时序信号有两类，一类用于片内对各个功能部件的控制，另一类用于对片外存储器或I/O端口的控制。 MCS-51单片机各功能部件的运行都是以时钟信号为基准，有条不紊地一拍一拍地工作，因此时

17、钟频率直接影响单片的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟设计电路有两种方式，一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式。4.1.1 外部时钟方式 外部时钟方式是使用外部振荡器产生的脉冲信号，常用于多片单片机同时工作，以便于多片单片机之间的同步，一般为低于12 MHz的方波，常见的89C51单片机的外部时钟方式接法如下：外部的时钟源直接连接到XTAL1端，XTAL2端 悬空              

18、;        内部时钟方式 ：MCS-51单片机内部由一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为51单片机的引脚XTAL1，输出为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。    电路中的电容C1和C2的典型值通常取为30pF左右，对外接电容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响石英晶体振荡器频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡器的频率范围通常是在1.2 MHz-12

19、 MHz之间，晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快，晶振和电容应该尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定，可靠地工作，为了提高温度稳定性，应该采用温度稳定性能好的电容。 MCS-51单片机常选择振荡器的频率为6 MHz或是12 MHz的石英晶体。随着集成电路制造工艺的发展，单片机的时钟频率也在逐步提高，现在某些高速单片机芯片的时钟频率以达40 MHz。4.2 复位电路单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引

20、脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。、手动复位电路：手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平(图1)。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。.上电复位电路    AT89C51

21、的上电复位电路如图2所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至10F。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电 容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms;晶振频率为1MHz，起振时间则为

22、10ms。在图2的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。本次设计就是使用的上电复位电路。43 ADC转换电路本设计通过滑动变阻器RV1模拟热敏电阻随温度变化，阻值的变化。左侧的电路是为了提供较稳定的基准电压。R4和C5形成振荡电路，给芯片提供频率。模拟信号通过VIN+和VIN-差分输入ADC0804，通过内部转换，由D0D8读取数字量。4.4 LCD1602液晶显示器其中P0作为1602的数据端口与，P2.4连接RS、P2.5连接RW、P2.6连接E作为控制端口。控制1602显示数据。4.5 独立按键控制电路按键按下，对应的I/O口拉低。上拉电阻是为了提供稳定的电压，提高抗干扰能拉。本设计中，上面的按键按下，系统进入设置模式，再按一下，系统