【正文】 目 錄 1 前 言 ............................................................. 3 2 溫度控制器的技術(shù)參數(shù) .............................................. 4 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的論證 ................................................ 5 方案比選 ..................................................... 5 方案說(shuō)明 ..................................................... 6 4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................................... 7 系統(tǒng)的工作原理 ............................................... 7 硬件電路設(shè)計(jì) ................................................. 8 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................ 18 5 調(diào)試，安裝，運(yùn)行 ................................................. 32 系統(tǒng)硬件調(diào)試 ................................................ 32 系統(tǒng)軟件調(diào)試 ................................................ 32 6 小結(jié) ............................................................. 33 第 1 頁(yè) 共 31 頁(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明 本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說(shuō)明 本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解 **學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并 向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱。學(xué)校可以公布論文（設(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期： 第 2 頁(yè) 共 31 頁(yè) 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬(wàn)字。 ：任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙 ，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它 第 3 頁(yè) 共 31 頁(yè) MCS51 單片機(jī)機(jī)應(yīng)用于溫度控制器 摘要： 本文論述了采用單片機(jī)控制的智能溫度控制器，使用 AT89C4051 單片機(jī)、 ADS7844E A/D 轉(zhuǎn)換芯片、 HT1621B 液晶顯示驅(qū)動(dòng)芯片及液晶顯示器，實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量、輸出控制及顯示功能。 關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)、 A/D 轉(zhuǎn)換，液晶顯示及其驅(qū)動(dòng) 1 前 言 模擬電路溫度控制器存在電路復(fù)雜、功能簡(jiǎn)單和調(diào)試不方便的問(wèn)題，隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，超大規(guī)模集成電路的技術(shù)越來(lái)越成熟，制造成本越來(lái)越低，單片機(jī)在軍事、工業(yè)、通訊、家用電器、智能儀表等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，使產(chǎn)品的功能、精度和質(zhì)量大幅度提高；同時(shí)，電路的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、故障率低、可靠性高、成本低；特別是近幾年來(lái) Flash 技術(shù)的發(fā)展，使單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi) 發(fā)周期大大縮短，開(kāi)發(fā)成本大幅降低，使用單片機(jī)控制的智能儀表是儀表領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文論述了采用 ATMEL 公司的 AT89C4051 單片機(jī)和美國(guó) BurrBrown 公司的 ADS7844E 模 數(shù)轉(zhuǎn)換芯片以及 HOLTEK 公司的 HT1621B 液晶顯示驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)的LCD 顯示智能溫度控制器。 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了模擬溫度數(shù)據(jù)采集、模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換、軟件對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行非線性校正 ,單片機(jī)數(shù)據(jù)運(yùn)算及邏輯處理、 LCD 顯示、鍵盤處理及繼電器輸出控制功能。 本文主要介紹了智能溫度控制器的功能和設(shè)計(jì)的過(guò)程。重點(diǎn)說(shuō)明電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)。 第 4 頁(yè) 共 31 頁(yè) 2 溫度控制器的技術(shù)參數(shù) 本系統(tǒng)采用 ATMEL 公司的 AT89C4051 單片機(jī)和美國(guó) BurrBrown 公司的ADS7844E 模 數(shù)轉(zhuǎn)換芯片以及 HOLTEK 公司的 HT1621B 液晶顯示驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了模擬溫度數(shù)據(jù)采集、模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換、單片機(jī)數(shù)據(jù)運(yùn)算及邏輯處理、 LCD顯示、鍵盤處理及繼電器輸出控制功能，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 1 表 1 主要技術(shù)參數(shù)表 測(cè)量精度： ℃ 量程 0~400℃ 顯示分辨率： ℃ 采樣速度： 500毫秒 調(diào)節(jié)算法： 開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié) (ON/OFF) 輸入： 熱 電阻： Pt100 輸出： 繼電器，常開(kāi)觸點(diǎn) (, 1A) 報(bào)警： 繼電器，常開(kāi)觸點(diǎn) (， 3A) 電源： 220VAC 177。 10% ； 50Hz 環(huán)境： 工作溫度： 0 ~ 50℃ ，相對(duì)濕度 ≤85% 第 5 頁(yè) 共 31 頁(yè) 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的論證 本章主要敘述溫度控制器的設(shè)計(jì)方案。 方案比選 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，溫度控制器的設(shè)計(jì)方案經(jīng)歷了模擬電路溫度控制器、模擬量測(cè)量加數(shù)字顯示、單片機(jī)溫度控制器的發(fā)展過(guò)程；在單片機(jī)溫度控制器的設(shè)計(jì)方案中，又發(fā)展出各種智能型的溫度控制器方案，如： 高 AD轉(zhuǎn)換的精度， PID調(diào)節(jié)控制輸出、 PID + 模糊控制等。本次設(shè)計(jì)著重鍛煉自己的動(dòng)手能力，熟悉單片機(jī)的使用，具體提出如下設(shè)計(jì)方案： 方案一：采用 8031 單片機(jī)作為控制核心，以最普通的器件 ADC0809 作數(shù) /模轉(zhuǎn)換，以繼電器作為控制輸出。此方案簡(jiǎn)單可行，造價(jià)低廉，但由于 8031 沒(méi)有片內(nèi) ROM，需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，增加了電路的復(fù)雜性，并且由于 0809 是 8位的數(shù) /模轉(zhuǎn)換電路，在溫度測(cè)量范圍很小時(shí)，測(cè)量精度還能滿足要求，當(dāng)測(cè)量溫度范圍稍寬時(shí)，測(cè)量的精度就不能實(shí)際應(yīng)用的要求。 方案二：采用片內(nèi)帶 Flash 存儲(chǔ)器 MCS51 系列單片機(jī)作為控制核心，采用 12位數(shù) /模轉(zhuǎn)換電路，以繼電器作為控制輸出。由于采用了 12 位的 ADC 轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換范圍從 0 到 4096，當(dāng)溫度范圍要求為 01000℃ 時(shí)，每一位表示約為 ℃ ，考慮到 ADC 轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換精度 177。 1LSB 及運(yùn)算放大器的誤差，測(cè)量精度理論上可到 ℃ ，可以滿足一般的控制要求。 方案三：目前許多單片機(jī)生產(chǎn)商推出了自帶 ADC 轉(zhuǎn)換， FLASH 存儲(chǔ)器、 EEPROM的產(chǎn)品，如美國(guó) Analog Devices 公司 AduC812 內(nèi)部帶 12 位的 ADC 轉(zhuǎn)換，如果采用 AduC812 單片機(jī)作為控 制核心，則系統(tǒng)外圍電路比較簡(jiǎn)單且能夠達(dá)到控制精度要求，但是成本較高。 本系統(tǒng)采用方案二，溫度控制器所需要的 I/O 數(shù)量不多，程序量不是很大（不考慮 PID 調(diào)節(jié)控制輸出），為了節(jié)省單片機(jī)的 I/O 口，選用 12 位串行口數(shù) /模芯片ADS7844E，單片機(jī)使用 AT89C4051，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器空間為 4K， 15 條 I/O。 第 6 頁(yè) 共 31 頁(yè) 方案說(shuō)明 系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一個(gè) EEPROM 存儲(chǔ)器來(lái)保存設(shè)置參數(shù)，目前市面上常用的 EEPROM芯片主要有兩種接口類型： 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 轉(zhuǎn)換芯片采用的是 SPI 接口，所以選用 AT25010 存儲(chǔ)器可以節(jié)省 I/O 端口。 顯示器件常用的有 LED 數(shù)碼管顯示器件、 LCD 顯示器件。 LED數(shù)碼管顯示器件具有亮度大，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，但需要較大的驅(qū)動(dòng)電流； LCD 顯示器件成本低、功耗小，但需要專用的驅(qū)動(dòng)電路以及亮度低；本方案的顯示器件采用 6 位字符液晶顯示器，驅(qū)動(dòng)芯片采用 HOTELK 公司的 HT1621B。 第 7 頁(yè) 共 31 頁(yè) 4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括 系統(tǒng)工作原理、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括軟件 結(jié)構(gòu)、各子程序流程及具體代碼設(shè)計(jì)；下面分別介紹各部分的設(shè)計(jì)過(guò)程 系統(tǒng)的工作原理 系統(tǒng)功能框圖如圖 1所示 系統(tǒng)的工作原理是：電橋?qū)囟葌鞲衅?Pt100 的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為與溫度相關(guān)的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)兩級(jí)運(yùn)算放大后進(jìn)入 ADC 轉(zhuǎn)換； CPU 讀取 ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果，經(jīng)過(guò)運(yùn)算轉(zhuǎn)換為顯示的溫度字符，控制 LCD驅(qū)動(dòng)器來(lái)顯示溫度值，另外， CPU將測(cè)量出的溫度值與系統(tǒng)設(shè)定的溫度值相比較，根據(jù)不同的控制模式來(lái)控制繼電器的輸出，系統(tǒng)中的按鍵用來(lái)設(shè)定系統(tǒng)工作參數(shù)，電源電路主要為各電路提供工作電源。 系統(tǒng)中需要保存 的參數(shù)有：設(shè)定溫度值、回程差值（防止溫度到達(dá)設(shè)定值時(shí)輸出振蕩）、加熱或制冷工作模