单片机机应用于温度控制器本科生.docx

1、单片机机应用于温度控制器本科生毕业论文（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（

2、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，

3、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

4、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

5、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和设计的过程。重点说明电路设计、软件设计。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

6、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：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

7、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，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

8、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

9、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

10、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

11、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：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

12、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

13、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的功能框图如图3所示。CPU的端口资源分配见表2：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

14、.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 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=3.908

15、0210-3；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，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。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=3.9080210-3；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