温度控制系统设计课设.docx
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<<温度控制系统的设计>>
课程设计报告
题目：
_温度控制系统的设计_
专业：
_电子信息工程______
年级：
2011级________
学号：
_B110301___________
学生姓名：
______________
联系电话：
___________
完成日期：
2014年12月
绪论
随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。
特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。
针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。
温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。
在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。
比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。
没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。
因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。
可见，温度的测量和控制是非常重要的。
单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。
随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。
单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。
而51单片机是各单片机种最为典型和最有代表性的一种。
本系统是基于MCS51系列单片机所设计的，可以实现键盘按键与数字动态显示并可以显示出实时温度。
本系统基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89C51作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制出一个温度控制系统，包括以下功能：
1能设置需要控制的温度；2检测实际温度；3能显示设置温度和实际温度；4比较实际温度和设定温度,判断是否启动加热装置；该温度系统主要有LCD显示模块、LED状态灯模块、键盘模块、温度检测模块，复位模块等部分组成。
2011年1月4日于长沙
目录
第一章 单片机温度控制系统方案及原理简介……………………………
1.1单片机温度控制系统方案………………………………………………
1.2原理简介…………………………………………………………………
第二章 系统硬件处理方案及原理…………………………………
2.1单片机控制电路模块…………………………………………
2.2矩阵键盘模块 ………………………………………………
2.3LCD液晶显示模块…………………………………………
2.4单片机温控模块…………………………………………
第三章 系统软件设计…………………………………………
3.1主程序流程……………………………………………………
3.2系统软件设计……………………………………………………
总结………………………
第一章单片机温度控制系统方案及原理简介
1.1单片机温度控制系统方案
单片机温度控制系统是数控系统的一个简单应用。
在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，广泛使用着加热炉、热处理炉、反应炉等，因此，温度是工业对象中一个主要的被控参数。
本单片机温度控制系统是以MCS-5l单片机为控制核心，其系统结构框图可表示为:
系统采用单闭环形式，其基本控制原理为:
将温度设定值和温度采样值同时送入控制电路部分，然后经过单片机运算得到输出控制量，输出控制量控制其他驱动电路，以此来对所要控制的对象进行温度控制，因此达到一定的温度。
温度显示
液晶驱动电路
矩阵键盘输入
单片机
状态指示灯
温度检测电路
时钟电路复位
图1-1硬件电路设计框图
1.2原理简介
本温度控制系统共有四个模块，分别是单片机控制系统，矩阵键盘电路，温度检测电路，液晶显示电路，其中以单片机控制系统为控制核心，如图1-1所示。
首先由温度检测电路对环境进行温度采集，本系统中检测电路中用的温度传感器是DS18B20，将所在环境温度检测出来，单片机读取温度数据，接着进行液晶显示。
矩阵键盘输入设定的数据，然后与实际温度比较，决定加热还是降温，并在液晶显示屏上显示相应的状态。
1.3系统总的原理图
见附1.
第二章系统硬件处理方案及原理
2.1单片机控制电路模块
根据系统要求分析，我们选用MCS-51系列的单片机来完成系统设计，下面对MCS-51系列的单片作简要介绍。
MCS-51单片机有4个I/O端口，公32根I/O线，4个端口都是准双向口。
每个口都包含一个锁存器，即专用寄存器P0~P3，一个输出驱动器和输入缓冲器。
为方便起见，我们把4个端口和其中的锁存器都统称P0~P3。
在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送。
在无片外扩展存储器的系统中，这4个口的每一位均可作为双向的I/O口使用。
P0口：
可作为一般的I/O口用，但应用系统采用外部总线结构时，它分时作低8位地址和8位双向数据总线用。
P1口：
每一位均可独立作为I/O口。
P2口：
可作为一般I/O口用，但应用系统采用外部系统采用总线结构时，它分时作为高8位地址线。
P3口：
双功能口。
作为第一功能使用时同P1口，每一位均可独立作为I/O口。
另外，每一位均具有第二功能，每一位的两个功能不能同时使用。
AT89C52单片机控制电路的原理图如图2-1所示：
图2-1单片控制电路原理图
单片机的外围电路有复位电路，晶振电路以及其他一些控制电路。
其他引脚功能：
1）主电源引脚VCC和VSS
VSS（40脚）：
主电源+5V，正常操作的对EPROM编程及验证时均接+5V电源。
VSS（20脚）：
接地。
2）XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）：
接外部晶振的两个引脚。
3）RST/VPD、ALE、/PROG——、PSEN——控制信号引脚。
RST/VPD（9脚）：
单片机复位/备用电源引脚。
刚接上电源时，其内部寄存器处于随机状态，在引脚上输入持续两个机器周期的高电平将使单片机复位。
VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，一旦芯片在使用中VCC电压突然下降或短电，能保护片内RAN中信息不丢失，使复电后能继续正常运行。
ALE、/PROG——（30脚）：
当访问片外存储器时，ALE的输出用于锁存低字节地址信号。
即使不访问片外存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现脉冲信号。
其频率为振荡器频率1/6。
因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时的目的。
应注意的是：
当访问片外数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲；ALE端可以驱动8个LSET负载。
对含有EPROM的单片机，片内EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG——）。
PROG——（29脚）：
输出访问片外程序存储器的读选通信号。
CPU在从片外程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次有效。
每当访问片外存储器时，这两次有效的PROG——信号将不会出现。
该端同样可驱动8个LSTTL负载。
EA——/VPP（31脚）：
当EA——输入端输入高电平时，CPU可访问片内程序存储器4KB的地址范围。
若PC值超出4KB地址时，将自动转向片外程序存储器。
当EA——输入低电平时，不论片内是否有程序存储器，则CPU只能访问片外程序存储器。
本系统直接将EA端接高电平。
2.2矩阵键盘模块
键盘分为编码键盘和非编码键盘，键盘上闭合键的识别有专用的硬件编码器实现，并产生编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘。
而靠软件编程来识别的键盘称为非编码键盘，在单片机组成的各种系统中，用的较多的是非编码键盘。
而非编码键盘又分为独立键盘和矩阵（又称行列式）键盘。
在本系统中，所需的案件要有12个，故所采用的方案就是矩阵键盘。
温度控制系统中3×4矩阵键盘（如图2-1），是将12个按键排成3行4列，第一行将每个按键的一段连接在一起构成行线，第一列将每个按键的另一端连接在一起构成列线，这样便一共有3行4列共7跟线，我们将这7跟线连接到单片机的7个I/O口上，通过程序扫描键盘就可检测12个键。
单片机检测是否有键被按下的依据是检测该键对应的I/O口是否为低电平。
矩阵键盘两端都与单片机I/O口相连，因此在检测时需认为通过单片机I/O口送出低电平。
检测时，先送一列为低电平，其余几列全为高电平（此时确定了列数），然后立即轮流检测一次各行是否有低电平，若检测到某一行为低电平（这时又确定了行数），则便可以确认当前被按下的键是哪一行哪一列的，用同样的方法送各列一次低电平，这就是矩阵键盘检测的原理和方法。
图2-2矩阵键盘
2.3LCD液晶显示模块
温度控制系统选用的液晶显示屏HD44780。
各引脚功能如下：
1）主电源引脚VCC和VSS
VSS（引脚1）：
电源地；
VCC（引脚2）：
电源（+5V）；
2）VEE（引脚3）：
对比调整电压；
3）RS,R/W，E
RS（引脚4）：
数据/命令选择端；
R/W（引脚5）：
读写控制端；
E（引脚6）：
使能端；
4）DB0-DB7（引脚7-14）：
I/O端；
5）A和K
A（引脚14）:
LCD背光源正极；
K引脚15）：
LCD背光源负极；
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表下表：
序号
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
4
显示开/关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标或字符移位
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
*
*
6
置功能
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7
置字符发生存贮器地址
0
0
0
1
字符发生存贮器地址
8
置数据存贮器地址
0
0
1
显示数据存贮器地址
9
读忙标志或地址
0
1
BF
计数器地址
10
写数到CGRAM或DDRAM）
1
0
要写的数据内容
11
从CGRAM或DDRAM读数
1
1
读出的数据内容
1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。
指令1：
清显示，指令码01H,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
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