MCS51单片机机应用于温度控制器本科生毕业论文.doc
《MCS51单片机机应用于温度控制器本科生毕业论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《MCS51单片机机应用于温度控制器本科生毕业论文.doc(35页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、目 录1 前 言12 温度控制器的技术参数23 系统设计方案的论证33.1 方案比选33.2 方案说明44 控制系统设计54.1 系统的工作原理54.2 硬件电路设计64.3 系统软件设计165 调试,安装,运行305.1 系统硬件调试305.2 系统软件调试306 小结31毕业论文(设计)原创性声明本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名: 日期: 毕业论文(设计)授权使
2、用说明本论文(设计)作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文(设计)的规定,学校有权保留论文(设计)并向相关部门送交论文(设计)的电子版和纸质版。有权将论文(设计)用于非赢利目的的少量复制并允许论文(设计)进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文(设计)的全部或部分内容。保密的论文(设计)在解密后适用本规定。 作者签名: 指导教师签名: 日期: 日期: 注 意 事 项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词 5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致
3、谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。4.文字、图表要求:1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印4)图表应绘制于无格子的页面上5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子
4、文档5.装订顺序1)设计(论文)2)附件:按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订3)其它MCS51单片机机应用于温度控制器摘要: 本文论述了采用单片机控制的智能温度控制器,使用AT89C4051单片机、ADS7844E A/D转换芯片、HT1621B液晶显示驱动芯片及液晶显示器,实现温度的测量、输出控制及显示功能。关键字:单片机、A/D转换,液晶显示及其驱动1 前 言模拟电路温度控制器存在电路复杂、功能简单和调试不方便的问题,随着电子技术的快速发展,超大规模集成电路的技术越来越成熟,制造成本越来越低,单片机在军事、工业、通讯、家用电器、智能仪表等领域的应用越来越广泛,使产品
5、的功能、精度和质量大幅度提高;同时,电路的设计更简单、故障率低、可靠性高、成本低;特别是近几年来Flash技术的发展,使单片机系统的开发周期大大缩短,开发成本大幅降低,使用单片机控制的智能仪表是仪表领域发展的必然趋势。本文论述了采用ATMEL公司的AT89C4051单片机和美国Burr-Brown公司的ADS7844E模-数转换芯片以及HOLTEK公司的HT1621B液晶显示驱动芯片设计的LCD显示智能温度控制器。本系统实现了模拟温度数据采集、模拟量到数字量转换、软件对温度信号进行非线性校正,单片机数据运算及逻辑处理、LCD显示、键盘处理及继电器输出控制功能。本文主要介绍了智能温度控制器的功能
6、和设计的过程。重点说明电路设计、软件设计。第 34 页 共 31 页2 温度控制器的技术参数本系统采用ATMEL公司的AT89C4051单片机和美国Burr-Brown公司的ADS7844E模-数转换芯片以及HOLTEK公司的HT1621B液晶显示驱动芯片设计,实现了模拟温度数据采集、模拟量到数字量转换、单片机数据运算及逻辑处理、LCD显示、键盘处理及继电器输出控制功能,主要技术参数见表1表1 主要技术参数表测量精度:0.5量程0400显示分辨率:0.1采样速度:500毫秒调节算法:开关调节 (ON/OFF) 输入:热电阻:Pt100输出:继电器,常开触点(max.250VAC, 1A)报警:
7、继电器,常开触点(max.250VAC,3A)电源:220VAC 10% ; 50Hz环境:工作温度:0 50,相对湿度85%3 系统设计方案的论证本章主要叙述温度控制器的设计方案。3.1 方案比选随着电子技术的发展,温度控制器的设计方案经历了模拟电路温度控制器、模拟量测量加数字显示、单片机温度控制器的发展过程;在单片机温度控制器的设计方案中,又发展出各种智能型的温度控制器方案,如:高AD转换的精度,PID调节控制输出、PID + 模糊控制等。本次设计着重锻炼自己的动手能力,熟悉单片机的使用,具体提出如下设计方案:方案一:采用8031单片机作为控制核心,以最普通的器件ADC0809作数/模转换
8、,以继电器作为控制输出。此方案简单可行,造价低廉,但由于8031没有片内ROM,需要扩展程序存储器,增加了电路的复杂性,并且由于0809是8位的数/模转换电路,在温度测量范围很小时,测量精度还能满足要求,当测量温度范围稍宽时,测量的精度就不能实际应用的要求。方案二:采用片内带Flash存储器MCS51系列单片机作为控制核心,采用12位数/模转换电路,以继电器作为控制输出。由于采用了12位的ADC转换芯片,转换范围从0到4096,当温度范围要求为0-1000时,每一位表示约为0.25,考虑到ADC转换芯片的转换精度1LSB及运算放大器的误差,测量精度理论上可到0.5,可以满足一般的控制要求。方案
9、三:目前许多单片机生产商推出了自带ADC转换,FLASH存储器、EEPROM的产品,如美国Analog Devices公司AduC812内部带12位的ADC转换,如果采用AduC812单片机作为控制核心,则系统外围电路比较简单且能够达到控制精度要求,但是成本较高。本系统采用方案二,温度控制器所需要的I/O数量不多,程序量不是很大(不考虑PID调节控制输出),为了节省单片机的I/O口,选用12位串行口数/模芯片ADS7844E,单片机使用AT89C4051,片内程序存储器空间为4K,15条I/O。3.2 方案说明系统中设计了一个EEPROM存储器来保存设置参数,目前市面上常用的EEPROM芯片主
10、要有两种接口类型:I2C接口及SPI接口,主要的代表芯片有AT24C02/04/08/16系列和AT25010/020/040系列,由于ADS7844E转换芯片采用的是SPI接口,所以选用AT25010存储器可以节省I/O端口。显示器件常用的有LED数码管显示器件、LCD显示器件。LED数码管显示器件具有亮度大,寿命长等特点,但需要较大的驱动电流;LCD显示器件成本低、功耗小,但需要专用的驱动电路以及亮度低;本方案的显示器件采用6位字符液晶显示器,驱动芯片采用HOTELK公司的HT1621B。4 控制系统设计控制系统设计主要包括系统工作原理、系统硬件设计和系统软件设计。系统软件设计主要包括软件
11、结构、各子程序流程及具体代码设计;下面分别介绍各部分的设计过程4.1 系统的工作原理单片机AT89C4051A/D存储器显示驱动液晶显示器键盘及控制输出图 1 系统功能框图温度测量放大电源电路系统功能框图如图1所示系统的工作原理是:电桥将温度传感器Pt100的温度信号转换为与温度相关的电压信号,经过两级运算放大后进入ADC转换;CPU读取ADC转换结果,经过运算转换为显示的温度字符,控制LCD驱动器来显示温度值,另外,CPU将测量出的温度值与系统设定的温度值相比较,根据不同的控制模式来控制继电器的输出,系统中的按键用来设定系统工作参数,电源电路主要为各电路提供工作电源。系统中需要保存的参数有:
12、设定温度值、回程差值(防止温度到达设定值时输出振荡)、加热或制冷工作模式(0表示加热模式,1表示制冷工作模式)、温度测量范围、温度校正值、温度校正符号等。由于温度测量范围、温度校正值、温度校正符号用于系统调试校正,此参数不能由用户随便修改,所以在修改这些参数前必须先输入一个密码(默认为1234)后系统才显示这些参数,建议用户不要修改此类参数。本系统采用了四个按键,功能分别为:加键、移位键、功能键、保存键。按下功能键可循环显示系统各项参数,通过加键和移位键组合可对各项参数进行修改,按下保存键后,CPU将修改后的参数写到EEPROM中,系统重新上电后CPU将调用EEPROM中的参数(如果不对数据进
13、行保存时,系统重新上电后将调用以前设置的参数)。4.2 硬件电路设计温度控制器电路主要包括:CPU电路、温度信号调理电路、ADC转换电路、液晶显示及驱动电路、电源电路及控制输出电路;4.2.1 CPU电路图2 AT89C4051管脚图CPU电路主要是CPU、数据存储器及晶振电路。CPU采用美国ATMEL公司的MCS51系列单片机AT89C4051,管脚图如图2所示,它具有以下标准功能:4K字节FLASH闪速存储器,128字节内部RAM,15个I/O口,两个16位定时/计数器,5个中断向量(两种优先级),一个全双工串行通信接口,内置一个精密模拟比较器,片内振荡器及时钟电路。AT89C4051的功
14、能框图如图3所示。CPU的端口资源分配见表2:图3 AT89C4051功能框图表2: CPU的端口资源分配表引脚名称功能引脚名称功能P1.0AT25010片选信号P3.0功能键P1.1HT1621B片选信号P3.1加键P1.2ADS7844E片选信号P3.2保存键P1.3HT1621B读控制信号P3.3移位键P1.4HT1621B写控制信号P3.4P1.5串行口时钟P3.5继电器控制输出P1.6串行数据输入P3.6P1.7串行数据输出P3.7看门狗复位注:由于P1.0及P1.1内部不带上拉电阻,使用时在此两脚上需要接上拉电阻,电阻阻值按10K选取数据存储器采用美国ATMEL公司AT25010
15、EEPROM。AT25010通过SPI接口与CPU进行数据交换,端口连接见表1。时钟采用12M晶体振荡器,负载电容按22p选取。4.2.2温度信号调理电路本设计温度传感器采用Pt100,温度信号由电桥电路输出后,经过两级放大后进入ADC转换。1、Pt100传感器介绍Pt100传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温,其温度/阻值对应关系为:0t850时,Rt=R0(1+At+Bt2) 式中,A=3.9080210-3;B=-5.8010-7;R0=100。Pt100温度传感器的主要技术参数如下:测量范围:-200+850;热响应时间30s;允通电流5mA。另外
16、,Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。2、电桥采集数据的电路图及原理Pt100电桥电路如图4、图5所示。其中,R10R11R14Rt组成电桥,R10=R11= 10R0, R14=R0。电桥采用TL431组成恒流源供电,为了避免流过Pt100传感器的电流过大使其发热进而导致非线性失真增大,取Im=1mA。R10R14R11Rt-+1mA-+Vo图4 信号调理电路设流过R14的电流为I1,流过Rt的电流为I2,由于恒流源的电流为1mA,所以有:I1+I2 = 1; (1)I1/I2=(10R0+Rt)/11R0 (2)Rt=R0(1+At+Bt2) (3) A=3
17、.9080210-3;B=-5.8010-7;R0=100当温度较低时,I1/I21,所以有:Vi=I2Rt-I1R00.5(Rt-R0) (4)又因为R= Rt-R0 = R0(At+Bt2),所以:Vi0.5*R0(At+Bt2)0.5*R0*A*t =0.195*t (mV) (5)由公式(5)可知,温度较低时,Pt100传感器的线性度良好;当温度较高时,Pt100传感器的线性度变差,此时有Vi= 10R0(At+Bt2)/(22+At+Bt2)(mV) (6)软件校正采用最小二分法分段校正:将整个测量范围按每50为一段,共分为8段,求出每一段的校正函数分别为:(求解方法采用Excel中
18、的SLOPE函数及INTERCEPT函数)050 : T0 = 0.89*T 0.1050100 : T0 = 0.92*T 1.44100150 : T0 = 0.95*T 4.28150200 : T0 = 0.98*T 8.80200250 : T0 = 1.01*T 15.11250300 : T0 = 1.04*T 23.45300350 : T0 = 1.08*T 34.16350400 : T0 = 1.12*T 47.65温度的计算方法:T=ADC转换结果*量程/4096,将T的值代入校正函数中,求出校正后的温度值T0。 图5 信号调理电路3、误差分析(1)Pt100传感器的非
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- MCS51 单片机 应用于 温度 控制器 本科生 毕业论文
限制150内