基于AT89C51仿真温度控制.docx
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基于AT89C51仿真温度控制
毕业设计指导须知
一、毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节。
是锻炼学生运用所学知识正确分析和解决实际问题的一个重要方面，也是高职培养应用型专门人才的要求。
二、指导教师应为具有讲师以上或相应职称的有关专业人员，且专业对口（指所指导专业应同所聘教师专业职称相一致）。
经系、教务处审查同意后，才能指导学生的毕业设计。
三、学生应以严肃认真，实事求是的态度完成设计。
要独立思考，自己动手，不得抄袭或找人代笔。
四、毕业设计选题要符合专业培养目标的要求。
论文（任务书）写作要做到论点明确、论据充分，论理透彻，语言准确恰当，书面整洁、字迹工整，图纸应清晰、工整，符合设计要求，符合国家有关标准和部颁标准。
字数、图纸数量符合有关要求。
并在规定的时间内完成。
五、答辩过程中学生要严肃认真，文明礼貌，谦虚谨慎，认真回答答辩主持人，委员等提出的问题。
六、填报有关表格时，应按项目要求逐项填实、填全、填清。
学号
1
姓名
111
学制
1
专业
1
年级
1级
教学班负责人
1
班级
1班
指导教师姓名
1
职务或职称
1
设计题目
基于AT89C51仿真温度控制
指导教师评语：
成绩：
指导教师签名：
工作单位年月日
系复审意见：
成绩：
复审人签名：
职称：
公章年月日
教务处终审意见：
公章年月日
答辩情况记录
答辩题目
答辩情况
正确
基本正确
经提示
回答
不正确
未回答
此表由主持答辩的同志填写。
答辩委员会（或小组）评语：
成绩：
主持答辩人签名：
职称：
月日
一、毕业设计的任务和具体要求：
（一）设计任务
（1）熟悉温度控制电路及任务分析；
（2）了解温度控制装置系统硬件设计；
（3）掌握程序的软件设计理解程序的相应代码及作用；
（4）掌握温度控制装置的工作原理图；
（5）对温度控制系统用PROTUES软件进行仿真和调试；
（6）论文总结；
（二）具体要求
（1）以51系列单片机和TLC548作为主控制器的温度控制系统的电路绘制；
（2）电路的工作电压为5V；
（3）可以通过PROTUES软件电路仿真调节温度控制开关从而控制两个二极电机的驱动，在两个二级电机的作用下调节温度；
（4）进而再进行仿真测试，对错误及不足的电路设计进行改进。
所使用的时间也减少了很多，工作效率大大提高；
（5）根据电路原理图，调试仿真电路结果，判断是否合格；
二、毕业设计应完成的图纸：
图2-1TLC548的引脚名称和在电路中的连接，见2页；
图2-2AT89S51引脚图，见5页；
图2-3L298驱动集成电路应用，见7页；
图2-4数码管，见8页；
图2-5数码管引脚图，见8页；
图2-6振荡源及复位电路，见9页；
表3-1A/D转换分类和特点，见10页；
图3-2温度控制电路原理图，见12页；
图3-3主程序流程图，见13页；
图3-4LED显示程序流程图，见14页；
图4-1ProteusISIS的工作界面，见23页；
图4-2选择元器件，见24页；
图4-3元器件封装选择，见24页；
图4-4元器件修改，见25页；
图4-5仿真效果图，见25页；
一、其他要求：
1.巩固和提高学过的基础理论和专业知识；
2.掌握正确的思维方法和解决实际问题的技能；
3.理解汇编语言的相应代码和作用；
4.掌握正确的思维方法和解决实际问题的技能；
5.要以严肃认真，实事求是的态度完成设计；
四、毕业设计的期限：
自2011年9月18日至2011年11月18日
五、毕业设计（论文）进度计划：
起至日期
工作内容
备注
2011.09.18-2011.09.242011.09.25-2011.10.012011.10.02-2011.10.082011.10.09-2011.10.152011.10.16-2011.10.222011.10.23-2011.10.292011.10.30-2011.11.052011.11.06-2011.11.122011.11.13-2011.11.18
毕业设计选题为《基于AT89C51仿真的温度控制》
图书馆查阅资料以确定所需单片机类型
学习汇编语言
对毕业设计进行任务分析
研究其工作时所需的软件设计
掌握并理解程序的相应代码及作用
掌握二级电机控制温度装置的工作原理图
对单片机及其仿真软件进行熟悉和调试
开始制定论文格式，写论文，进行最后总结
对毕业论文进行最后的修改
基于AT89C51仿真温度控制
摘要
当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流驱动控制作为电气传动的主流在现代生产中起着主要作用。
长期以来，直流电动机因其转速调节比较灵活，方法简单，易于大范围平滑调速，控制性能好等待，一直在传动领域占有统治地位。
它广泛引用于数控机床、工业机器人等工厂自动化设备中。
随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业对直流电机的需求愈益增大，并对其性能提出了更高的要求。
为此，研究并制造高性能、高可靠性的直流电机控制系统有着十分重要的现实意义。
本设计详细介绍了基于AT89C51控制温度的设计过程。
论文根据系统的要求完成了整体方案设计和系统选型，针对所设计的控制方案对控制系统的软、硬件设计作了详细论述。
硬件部分先作了整体设计，然后介绍了以AT89C51单片机为核心的硬件构成，对调节电路、对调速电路、驱动电路、显示电路等作了详细阐述；软件部分采用模块化设计思想，编制了各个模块的流程图。
论述了软件的设计思想和方法；实现了对直流电动机转动参数的设置、启动、停止、加速、减速和显示等功能。
利用AT89C51芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。
关键字：
二级电机、驱动电路、语言编程
目录
第一章前言１
1.1温度控制系统设计的背景、发展历史及意义１
1.2温度控制系统目的１
1.3温度控制系统完成的功能１
第二章系统的硬件电路２
2.1TLC548介绍２
2.1.1芯片介绍２
2.1.2极限参数２
2.1.3工作原理３
2.1.4应用接口及采样程序３
2.2AT89C51单片机介绍４
2.2.1单片机的工作过程４
2.2.2AT89C51引脚分布图５
2.2.3AT89C51的功能介绍５
2.3L298驱动集成电路７
2.3.1L298驱动集成电路应用７
2.3.2L298功能说明７
2.4七段数码显示管的应用８
2.5时钟电路９
2.5.1振荡源及复位电路９
第三章系统软件设计１０
3.1显示分析１０
3.1.1译码方法１０
3.1.2显示方法１０
3.2原理图介绍１１
3.2.1温度控制装置的电路原理图１１
3.3运行程序１２
3.3.1运行程序１４
第四章系统仿真与调试２１
4.1ProteusISIS的使用２１
4.2效果图展示２４
第五章结束语２５
5.1论文总结２５
参考文献２６
致谢２７
第一章前言
1.1温度控制系统设计的背景、发展历史及意义
随着社会的发展，科技的进步，以及温度控制装置一起在各个领域的应用，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重要参数之一。
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。
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。
随着温度控制装置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装置应运而生。
1.2温度控制系统目的
本设计的内容是温度控制系统，控制对象似乎温度。
温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如温室、发酵缸、电源等场所的温度控制。
而以往的温度控制多由人工完成的而且不够重视，其实温度都可以智能精确的控制。
针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度的调温的温度控制系统，它应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。
1.3温度控制系统完成的功能
本设计是通过热冷风机实现对温度的控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：
当温度上升到设置温度的限值且大于限值时，根据其传送数据的大小调节冷风机工作的速度，同时热风机停止工作。
当温度下降到设置温度的限值且小于限值时，根据其传送数据的大小调节热风机的速度，同时冷风机停止工作。
四位数码管显示输出数据数值。
第二章系统的硬件电路
2.1TLC548介绍
TLC548，TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片，可与通用微处理器、控制器通过CLK、CS、DATAOUT三条口线进行串行接口。
具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17μs，TLC548允许的最高转换速率为45500次/s，TLC549为40000次/s。
总失调误差最大为±0.5LSB，典型功耗值为6mW。
采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，VREF-接地，VREF+－VREF-≥1V，可用于较小信号的采样。
2.1.1芯片介绍
TLC548的内部框图和管脚名称
图2-1TLC548的引脚名称和在电路中的连接
2.1.2极限参数
TLC548/549的极限参数如下：
●电源电压：
6.5V；
●输入电压范围：
0.3V～VCC＋0.3V；
●输出电压范围：
0.3V～VCC＋0.3V；
●峰值输入电流（任一输入端）：
±10mA；
●总峰值输入电流（所有输入端）：
±30mA；
●工作温度：
TLC548C、TLC549C：
0℃～70℃
TLC548I、TLC549I：
－40℃～85℃
TLC548M、TLC549M：
－55℃～125℃
2.1.3工作原理
TLC548均有片内系统时钟，该时钟与I/OCLOCK是独立工作的，无须特殊的速度或相位匹配。
其工作时序如图2所示。
当CS为高时，数据输出（DATAOUT）端处于高阻状态，此时I/OCLOCK不起作用。
这种CS控制作用允许在同时使用多片TLC548、TLC549时，共用I/OCLOCK，以减少多路（片）A/D并用时的I/O控制端口。
一组通常的控制时序为：
（1）将CS置低。
内部电路在测得CS下降沿后，再等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后，然后确认这一变化，最后自动将前一次转换结果的最高位（D7）位输出到DATAOUT端上。
（2）前四个I/OCLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5个位（D6、D5、D4、D3），片上采样保持电路在第4个I/OCLOCK下降沿开始采样模拟输入。
（3）接下来的3个I/OCLOCK周期的下降沿移出第6、7、8（D2、D1、D0）个转换位，
（4）最后，片上采样保持电路在第8个I/OCLOCK周期的下降沿将移出第6、7、8（D2、D1、D0）个转换位。
保持功能将持续4个内部时钟周期，然后开始进行32个内部时钟周期的A/D转换。
第8个I/OCLOCK后，CS必须为高，或I/OCLOCK保持低电平，这种状态需要维持36个内部系统时钟周期以等待保持和转换工作的完成。
如果CS为低时I/OCLOCK上出现一个有效干扰脉冲，则微处理器/控制器将与器件的I/O时序失去同步；若CS为高时出现一次有效低电平，则将使引脚重新初始化，从而脱离原转换过程。
在36个内部系统时钟周期结束之前，实施步骤
（1）－（4），可重新启动一次新的A/D转换，与此同时，正在进行的转换终止，此时的输出是前一次的转换结果而不是正在进行的转换结果。
若要在特定的时刻采样模拟信号，应使第8个I/OCLOCK时钟的下降沿与该时刻对应，因为芯片虽在第4个I/OCLOCK时钟下降沿开始采样，却在第8个I/OCLOCK的下降沿开始保存。
2.1.4应用接口及采样程序
TLC548、TLC549可方便地与具有串行外围接口（SPI）的单片机或微处理器配合使用，也可与51系列通用单片机连接使用。
与51系列单片机的接口如图3所示。
其采样程序框图如实际应用程序清单如下：
初始化：
SETBP1.2 ；置CS为1。
CLRP1.0 ；置I/OCLOCK为零。
MOVR0，＃00H；移位计数为零。
A/D过程：
A/DP：
CLRP1.2
NOP ；等待1.4μs，NOP数根据晶振情况选择
NXT：
SETBP1.0
MOVC，P1.1
RLCA
CLRP1.0
INCR0
CJNER0，＃8，NXT
MOVR0，＃00
SETBP1.2
MOVDTSVRM，A；DTSVRM：
DATASAVERAM.
RET
TLC548片型小，采样速度快，功耗低，价格便宜，控制简单。
适用于低功耗的袖珍仪器上的单路A/D或多路并联采样。
2.2AT89C51单片机介绍
2.2.1单片机的工作过程
单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。
为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中。
存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。
程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器PC（包含在CPU中），在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。
2.2.2AT89C51引脚分布图
图2-2AT89C51引脚图
2.2.3AT89C51的功能介绍
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信RST：
复位输入，当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间号。
复位即回到初始状态，是单片机经常进入的工作状态。
单片机振荡电路的振荡周期和时钟电路的时钟周期决定了CPU的时序。
2.3L298驱动集成电路
2.3.1L298驱动集成电路应用
L298N（L298）是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，与L293D的差别是其输出电流增大，功率增强。
其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。
当驱动直流电机时，可以直接控制两路电机，并可以实现电机正转与反转。
图2-3L298驱动集成电路应用
2.3.2L298功能说明
它由AT89C51单片机的I/O口输出PWM信号直接用TTL电平控制驱动芯片L298N实现对电动机进行调速,这样能够充分发挥单片机的效能,对于简易速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。
软件方面,它采用计数法加软件延时法进行设计的思路,为采用纯软件对电机速度的平滑调节提供了一种不错的解决方案。
运行实验表明,系统硬件接口电路简单,工作稳定可靠,满足了调速的功能要求,有很好的可操作性和维护性,具有较大的理论及实用价值。
2.4七段数码显示管的应用
7段LED数码管是利用7个LED（发光二极管）外加一个小数点的LED组合而成的显示设备，可以显示0~9等10个数字和小数点，使用非常广泛。
这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及DP（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及DP（小数点），如下图2.9所示。
图中的8个LED分别与上面那个图中的A~DP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。
共阳极数码管中8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接一起,即为共阳极接法，简称共阳数码管。
通常,公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。
当某段驱动电路的输入端为低电平时，该端所连接的字段导通并点亮。
根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。
此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
共阴极数码管中8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起，即为共阴极接法，简称共阴数码管。
通常，共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。
当某段驱动电路的输出端为高电平时，该端所连接的字符导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。
同样，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
图2-5数码管引脚图
图2-4数码管
在使用LED显示器时，要注意区分这两种不同的接法。
为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码。
七段数码管加上一个小数点，共计8段。
因此为LED显示器提供的编码正好是一个字节。
本实验板用共阴LED显示器，根据电路连接图显示16进制数的编码如下:
单片机LED共阳极段码表【0-F】
DB 0c0H,0f9H,0a4H,0b0H,99H,92H,82H,0f8H [0-7]
DB 80H,90H,88H,83H,0c6H,0a1H,86H,8eH [8-F]
单片机LED共阴极段码表【0-F】
DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H [0-7]
DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,76H [8-F]
2.5时钟电路
2.5.1振荡源及复位电路
在MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。
引脚XTAL1（19）、XTAL2（18）分别是此放大器的输入端和输出端。
晶振全称为晶体振荡器（英文CrystalOscillators），其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。
单片机在开机时都需要复位，以便中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
51的RST引脚是复位信号的输入端。
复位电平是高电平有效，持续时间要有24个时钟周期以上。
本系统中单片机时钟频率为6MHz则复位脉冲至少应为4us。
图2-6振荡源及复位电路
第三章系统软件设计
3.1显示分析
对系统发出命令和输出显示测量结果，主要是由LED数码显示器和热冷控制电机组成。
缓慢变化信号和直流信号，要求用数码管适时地进行十进制显示，由于精度要达到0.5%，所以这里用8只LED数码显示器来表示该十进制数，用一只四位一体七段数码显示器表示通道号。
3.1.1译码方法
用单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。
方案一：
硬件译码
硬件译码就是显示的段码完全由硬件完成，CPU只要送出标准的BCD码即可，硬件接线有一定标准。
方案二：
软件译码
软件译码是用软件来完成硬件的功能，接线灵活，显示段码完全由软件来处理，是目前
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