2022年计算机温度控制系统课程设计方案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 目录1. 设计目的 . 1 2. 设计要求和设计指标 . 1 3. 总体方案设计 . 1 4. 硬件挑选以及相关电路设计 . 1 4.1 温度传感器的挑选 . 1 4.2 模数转换器 . 3 4.2.1ADC0809内部结构 . 3 4.2.2 信号引脚 . 4 4.2.3 工作时序与使用说明 . 6 4.3 掌握器 89C51. 7 4.4 数码管显示电路 . 8 4.4.1 LED 数码管的组成 . 8 4.4.2 数码管显示方式 . 9 5.PID 掌握算法 . 10 6. 各子程序设计及流程图 . 11 6.1 A/D 转换程序流程图

2、. 11 6.2 显示程序流程图 . 12 6.3PID 掌握器流程图 13 6.4 温度掌握总程序流程图 . 14 总结 . 15 参考文献 . 16 附录 1：温度掌握系统总电路图 . 17 附录 2：温度掌握系统程序清单 . 19 1 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要温度掌握是工业生产过程中常常遇到的过程掌握,有些工艺过程对其温度的掌握成效直接影响着产品的质量,因而设计一种较为抱负的温度掌握系统是特别有价值的；本设计介绍了以AD590集成温度传感器为采集器、AT89C51为掌握器、 ADC08

3、09为 A/D 转换器对温度进行智能掌握的温度掌握系统；其主要 过程如下：利用传感器对将非电量信号转化成电信号,转换后的电信号再入 A/D 转换成数字量,传递给单片机进行数据处理,并向外围设备发出掌握信 号；随着工业技术的不断进展,传统的掌握方式已经不能满意高精度、高速度 的掌握要求；如接触器温度掌握外表,其主要缺点是温度波动范畴大,由于它主要通过掌握接触器的通断时间比例来达到转变加热功率的目的,受外表本身误差和沟通接触器的寿命限制,通断频率很低；近几年来快速进展了多种先进的温度掌握方式,如：直接数字掌握DDC）,推断掌握,猜测掌握,模糊掌握,鲁棒掌握 Robust Control）,推理控制

4、等, PID 掌握,神经网络及遗传算法掌握等1 ；这些掌握技术大大的提高了掌握精度,不但使掌握变得简便,而且使产品的质量更好,降低了产品的成 本,提高了生产效率；论文第一介绍了单片机掌握系统的整体方案设计及原理,然后详细介绍了掌握系统的温度传感器部分、A/D 转换部分、掌握器89C51部分以及数码管显示和键盘掌握部分,接着信任介绍了温度掌握系统各个单元电路的设计,最终 阐述了温度掌握系统软件设计的主程序和各个子程序；关键字 ：单片机 89C51 温度传感器 A/D 转换器 温度掌握2 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - -

5、 - - - 1. 设计目的设计制作和调试一个由工业掌握机掌握的温度测控系统；通过这个过程学习温度的采样方法, A/D 变换方法以及数字滤波的方法；通过实践过程把握温度的几种掌握方法,明白利用运算机进行自动掌握的系统结构；2. 设计要求和设计指标1、每组 7 名同学,每个小组依据设计室供应的设备及设计要求,设计出实际电路组成一个完整的运算机温度测控系统；2、依据设备情形以及被控对象,挑选12 种合适的掌握算法,框图和源程序,并进行实际操作和调试通过；编制程序温度指标： 6080之间任选；偏差： 1；3. 总体方案设计本系统主要由数据采集、信号放大、模数转换等模块构成；设计思想是通过温度传感器将

6、温度信号转变为电流电压）信号,但我们要知道经温度变化引起电流电压）信号的转变是特别小的,此时假如被模数转换器采集的话成效是特别 不明显的,因此我们将其通过一个信号放大模块进行放大；再通过模数转换器后送入单片机AT89C51,而单片机通过PID 算法掌握烘箱的电炉加热,并且使数码管显示实时温度,从而实现温度的高精度掌握；4. 硬件挑选以及相关电路设计4.1 温度传感器的挑选传感器的选取目前市场上温度传感器繁多就此我们提出了以下三种选取方 案：0 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 方案一：选用铂电阻温度传感器

7、,此类温度传感器在各方面特性都比较优 秀,但其成本较高；方案二：采纳热敏电阻,选用此类元器件有价格廉价的优点,但由于热敏 电阻的非线性特性会影响系统的精度；方案三：选用美国Analog Devices 公司生产的二端集成电流传感器AD590,此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳固等优点；其测量范畴在-50 -+150 ,满刻度范畴误差为0.3 ,当电源电压在510V之间,稳定度为 1 时,误差只有0.01 ,其各方面特性都满意此系统的设计要求；比较以上三种方案,方案三具有明显的优点,因此此次设计选用方案三；图 4-1 温度采集过程图选用温度传感器AD590,AD590 具有较高精度和重复

8、性 重复性优于0.1 ,其良好的非线形可以保证优于0.1 的测量精度,利用其重复性较好的特点,通过非线形补偿,可以达到0.1 测量精度）；超低温漂移高精度运算放大器OP-07 将“ 温度 - 电压” 信号放大；便于 靠性；A/D 进行转换,以提高温度采集电路的可集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种；电压输出型的 灵敏度一般为 10mV/K,温度 0时输出为 0,温度 25时输出为 2.982V；电流1 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 输出型的灵敏度为 1 A/K；这样便于 A/D 转换器采

9、集数据；4.2 模数转换器ADC0809是 M美国国家半导体公司生产的CMOS工艺 8 通道, 8 位逐次靠近式 A/D 转换器；其内部有一个 8 通道多路开关,它可以依据地址码锁存译码后的信号,只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换,其转换时间为 100 s 左右；是目前 国内应用最广泛的 8位 通 用 A/D 芯 片；图 4-2 ADC0809 引脚图4.2.1ADC0809 内部结构图中多路开关可选通8 个模拟通道,答应8 路模拟量分时输入,共用一个A/D 转换器进行转换,这是一种经济的多路数据采集方法；地址锁存与译码电路完成对 A、B、C 3 个地址位进行锁存和译码,其译

10、码输出用于通道挑选,其2 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 转换 结果通过三态 输出锁存器存 放、输出,因此可以直接 与系统数据总 线相连,表 4-1 为通道选择 表；图 4-3 ADC0809 内部结构图3 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表 4-1 通道挑选表4.2.2 信号引脚ADC0809的内部结构和外部引脚分别如图4-3 和图 4-2 所示；内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然,在此就不再赘

11、述,下面 仅对各引脚定义分述如下：1）IN0IN78 路模拟输入,通过 来选通一路；3 根地址译码线 ADD A、ADD B、ADD2）D7D0 A/D 转换后的数据输出端,为三态可控输出,故可直接和微处理器数据线连接； 8 位排列次序是 D7为最高位, D0为最低位；3）ADD A、 ADD B、ADD C模拟通道挑选地址信号,ADD A 为低位, ADD为高位；地址信号与选中通道对应关系如表 4-1 所示；、VR- 正、负参考电压输入端,用于供应片内 DAC电阻网络的基准电压；在单极性输入时,VR+=5V,VR-=0V ；双极性输入时,VR+、VR- 分别接正、负极性的参考电压；5）ALE

12、地址锁存答应信号,高电平有效；当此信号有效时,A、B、C 三位地址信号被锁存,译码选通对应模拟通道；在使用时,该信号常和 START信号连在一起,以便同时锁存通道地址和启动 A/D 转换；（6）START A/D 转换启动信号,正脉冲有效；加于该端的脉冲的上升沿使逐次靠近寄存止,重新从头开头转换器清零,下降沿开头 A/D 转换；如正在进行转换时又接到新的启动脉冲,就原先的转换进程被中；4 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 7）EOC转换终止信号,高电平有效；该信号在A/D 转换过程中为低电平,其余时间为高

13、电平；该信号可作为被 CPU查询的状态信号,也可作为对 CPU的中断恳求信号；在需要对某个模拟量不断采样、转换的情形下,EOC也可作为启动信号反馈接到 START端,但在刚加电时需由外电路第一次启动；8） OE 输 出 允 许 信 号 , 高 电 平 有 效 ； 当 微 处 理 器 送 出 该 信 号 时 ,ADC0808/0809 的输出三态门被打开,使转换结果通过数据总线被读走；在中断工作方式下,该信号往往是CPU发出的中断恳求响应信号；4.2.3 工作时序与使用说明图 4-4 ADC0809 工作时序图用单片机掌握 ADC时,多数采纳查询和中断掌握两种方式；查询法是在单片机把启动命令送到

14、ADC之后,执行别的程序,同时对ADC的状态进行查询,以检查 ADC变换是否已经完成,如查询到变换已终止,就读入转换完毕的数据；中断掌握是在启动信号送到ADC之后,单片机执行别的程序；当ADC转换终止并向单片机发出中断恳求信号时,单片机响应此中断恳求,进入中断服务程序,读入转换数据,并进行必要的数据处理,然后返回到原程序；这种方法单片机无需进行转换时间治理,CPU效率高,所以特殊适合于变换时间较长的 ADC；本设计采纳查询方式进行数据收集；由于 ADC0809片内无时钟,故运用 8051 供应5 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 29 页精选学习资料 - - -

15、 - - - - - - 的地址锁存使能信号ALE经 D 触发器二分频后获得时钟；由于ALE信号的频率是单片机时钟频率的 1/6 ,假如时钟频率为 6MHz,就 ALE 信号的频率为 1MHz,经二分频后为 500kHz,与 AD0809时钟频率的典型值吻合；由于 AD0809具有三态输出锁存器,故其数据输出引角可直接与单片机的总线相连；地址码引脚ADDAC 分别与地址总线的低 3 位 A0、A1、A2 相连,以选通 IN0IN7 中的一个通道；采纳单片机的 P2.7和启动转换信号,器件采纳 ATMEL公司的高密度、非易失性储备技术生产,兼容标准 MCS-51指令系统,片内置通用8 位中心处理

16、器 CPU和 Flash 储备单元,功能强大 AT89C51单片机可为您供应很多高性价比的应用场合,可敏捷应用于各种掌握领域；AT89C51单片机的主要特性：1与 MCS-51 兼容, 4K 字节可编程闪耀储备器；R2C1CRYSTALX1RST19U1P0.0/AD0039XTAL138P0.1/AD122pF18XTAL237P0.2/AD236P0.3/AD335C29P0.4/AD434P0.5/AD5RST33P0.6/AD632P0.7/AD722pF22uFP102921P2.0/A822PSENP2.1/A923P2.2/A10C424P2.3/A113025ALEP2.4/A

17、123126EAP2.5/A1327P2.6/A14281P2.7/A15P1.010P3.0/RXDRSTP11211P1.1P3.1/TXDP12312P1.2P3.2/INT01kR1P13413P1.3P3.3/INT1P14514P1.4P3.4/TP15615P1.5P3.5/T1P16716P1.6P3.6/WRP17817P1.7P3.7/RD10kAT89C512敏捷的在线系统编程,掉电标识和快速编程特性；3寿命为 1000 次写 / 擦周期,数据保留时间可 10 年以上；4全静态工作模式： 0Hz-33Hz；5三级程序储备器锁定；6128*8 位内部 RAM,32 可编程

18、I/O 线；7两个 16 位定时器 / 计数器, 6 个中断源；8全双工串行 UART通道,低功耗的闲置和掉电模式； 9 片内振荡器和时钟电路；7 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-5 AT89C51 结构图4.4 数码管显示电路4.4.1 LED数码管的组成LED 数码管显示器是由发光二极管显示字段的显 示 器 件 , 也 称 为 数 码管；其结构如图4-6所示；它由 8 个发光二极管构成,通过不同的组合可用来显示0-9 、 A-F 及小数点“. ” 等字符；数码管有共阴极和共阳极两种结构规格

19、,电阻为外接；共阴极数码管的发 光二极管阴极共地,当某发光二极管的阳极为高电平常,二极管点亮；共阳极 数码管的发光二极管是阳极,并接高电平,对于需点亮的发光二极管将其阴极 接低电平即可；图 4-6 LED 数码管显示图4.4.2 数码管显示方式1） 静态显示方式 直接利用并行口输出； LED 显示工作于静态显示方式时 , 各位的共阴极连接在一起接地；每位的段选线分别于一个8 位的锁存输出相连；一般称之为静态显示 , 是由于显示器中的各位相互独立；而且各位的显示字符一经确定 , 相应锁8 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 29 页精选学习资料 - - - - -

20、 - - - - 1918171615141312191817161514131220 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 QDULALEE OU1 74HC5730 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 QLEE OU2 74HC5730 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D3456789123456789ELA W1D0D1 D2D3D4 D5D6 D7D0 D1D2 D3D4D5 D6D7存器的输出将维护不变 , 直到显示另一个字符为止；本试验采纳串入并出的静态显示方式；利用通信号串行输出；在实际应用中, 多位 LED显示

21、时,为了简化电路,在系统不需要通信功能时,常常采纳串行通信口工作方式0,外接移位寄存器74LS164来实现静态显示；, 然后进行比例、积分、微分运算,通过线性组合构成掌握器,实现对被控对象的掌握；对于增量型的Uk=kp*ek+ki* ek+kd*ek-ek-1 Uk号6. 各子程序设计及流程图 6.1 A/D 转换程序流程图开头PID 掌握规律为：为 PID 掌握的输出信挑选通道,答应 A/D 转 换读寄存器转换是否终止 10 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - N Y 读取转换值数据处理图 6-1 A/

22、D 转换程序流程图6.2 显示程序流程图开头取出要显示的数求下一位选码 送位段码到输出延时修改显示缓冲区4 位数据显示完11 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 返回图 6-2 显示程序流程图6.3 PID 掌握器流程图12 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 6-3 PID 掌握器流程图6.4 温度掌握总程序流程图开头系统各模块初始化 13 / 29 读测量温度子程序名师归纳总结 - - - - - - -第

23、16 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - Y N 图 6-4 温度掌握总程序流程图总结在工业生产和日常生活中,对温度掌握系统的要求,主要是保证温度在一定温度范畴内变化,稳固性好,不振荡,对系统的快速性要求不高；在论文中14 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 简洁分析了单片机温度掌握系统设计过程及实现方法；本系统的测温范畴为-1040,温度检测系统依据用户设定的温度范畴完成肯定范畴的温度控 制；AT89C5包括 14k 字节 Flash 闪速储备器, 128 字节内部 RAM

24、,32 个 I O口线,两个 16 位定时计数器,一个5 向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器准时钟电路,都为我们实现电路功能供应了特别有利的条件；同时也由于开发环境友好,易用,便利,大大加快本系统设计开发；参考文献1. 于海生等编著微型运算机掌握技术M 北京：机械工业出版社,2007. 2. 邴志刚等编著 . 运算机掌握：基础 .技术.工具.实例 M. 北京：清华高校出 版社, 2005. 15 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3. 邹伯敏主编 . 自动掌握原理 其次版 M. 北京：机

25、械工业出版社 ,2002. 4. 吕震中,刘吉臻,王志明编. 运算机掌握技术与系统. 北京: 电子工业出版社 ,2002 8. 周润景,张丽娜基于PROTEUS 的电路及单片机系统设计与仿真M 北京: 航空航天高校出版社 ,2006.P321 P326 9. 王忠飞,胥芳 MCS-51 单片机原理及嵌入式系统应用 M 西安：西安电子科技高校出版社, 2007P268-273 16 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 附录 1：温度掌握系统总电路图R2C1X119U1P0.0/AD039D0RP11U2:A

26、P0.03U3226D0Q0P0.145D1Q11P0.276D2Q22P0.3 P0.48 139D3Q312XTAL1D4Q438D13P0.51415P0.1/AD1D5Q522pF18XTAL237D24P0.61716P0.2/AD2D6Q636D35P0.71819P0.3/AD3D7Q7C235D46P0.4/AD4CRYSTALRST 9RST34D57ALE1 11OE74LS373P0.5/AD533D68P0.6/AD6LE22pF32D79P0.7/AD7F u 2229PSENP2.0/A821RESPACK-81/2ALE10 6CLOCK STARTIN022P2

27、.1/A92327P2.2/A10IN1U1:AC42428P2.3/A11IN27EOCCLOCK30251ALEP2.4/A122IN331262EAP2.5/A13IN421 20 19 18 815 14 17OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 OUT82713P2.6/A14IN5282134P2.7/A15IN65RSTP101P1.0P3.0/RXD10174042IN7743225P11211ADD AP1.1P3.1/TXDP12 P13 P143 4 512U3:AU4:A24P1.2P3.2/INT0ADD B1k1323P1.3P3.3

28、/INT1ADD C14122P1.4P3.4/T0ALEP15 P166 715213R1P1.5P3.5/T174049OEVREF+1216P1.6P3.6/WRP1781716P1.7P3.7/RDVREF-743210kAT89C51ADC0809U2Q1MPS6518D1RL1 G2R-14-AC120LED-RED17 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - P10P11P12P131914 P17161514131215 P16 P1918171617 P14131218150 Q1 Q2 Q

29、3 Q4 Q5 Q6 Q7 QLA 11UDLE1OEU4 74HC57320 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q11LEOEU5 74HC50 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D234567893456789 7 DELA W10 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D18 / 29 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 附录 2：温度掌握系统程序清单1）主函数如下：#include #include

30、 #includeKEYSCAN.H #includePID.H void PIDBEGINvoid ； / PID 参数初始化 / void main unsigned char key1=0,i,k； unsigned int tmp； unsigned char shu3=13,13,0； unsigned char counter=0； PIDBEGIN； while1 ifcounter- = 0 tmp = ReadTemperature ；counter = 20； viewtmp ； / 温度显示；compare_temper； 2） PID 算法温度掌握程序#ifndef _PID_H_ #define _PID_H_ 19 / 29 名师归纳