温度控制系统设计课设.docx

1、 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

2、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

3、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

4、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2.3 LCD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，

5、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，

6、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P0P3，一个输出驱动器和输入缓冲

7、器。为方便起见，我们把4个端口和其中的锁存器都统称P0P3。 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

8、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VSSVSS（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V

9、CC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

10、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

11、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34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

12、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2.3 LCD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VSSVSS（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，ERS(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KA(引脚14): LCD

13、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RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11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