【正文】 目 錄1 前 言 12 溫度控制器的技術參數(shù) 23 系統(tǒng)設計方案的論證 3 方案比選 3 方案說明 44 控制系統(tǒng)設計 5 系統(tǒng)的工作原理 5 硬件電路設計 6 系統(tǒng)軟件設計 165 調試，安裝，運行 30 系統(tǒng)硬件調試 30 系統(tǒng)軟件調試 306 小結 31MCS51單片機機應用于溫度控制器摘要： 本文論述了采用單片機控制的智能溫度控制器，使用AT89C4051單片機、ADS7844E A/D轉換芯片、HT1621B液晶顯示驅動芯片及液晶顯示器，實現(xiàn)溫度的測量、輸出控制及顯示功能。關鍵字：單片機、A/D轉換，液晶顯示及其驅動1 前 言模擬電路溫度控制器存在電路復雜、功能簡單和調試不方便的問題，隨著電子技術的快速發(fā)展，超大規(guī)模集成電路的技術越來越成熟，制造成本越來越低，單片機在軍事、工業(yè)、通訊、家用電器、智能儀表等領域的應用越來越廣泛，使產(chǎn)品的功能、精度和質量大幅度提高；同時，電路的設計更簡單、故障率低、可靠性高、成本低；特別是近幾年來Flash技術的發(fā)展，使單片機系統(tǒng)的開發(fā)周期大大縮短，開發(fā)成本大幅降低，使用單片機控制的智能儀表是儀表領域發(fā)展的必然趨勢。本文論述了采用ATMEL公司的AT89C4051單片機和美國BurrBrown公司的ADS7844E模數(shù)轉換芯片以及HOLTEK公司的HT1621B液晶顯示驅動芯片設計的LCD顯示智能溫度控制器。本系統(tǒng)實現(xiàn)了模擬溫度數(shù)據(jù)采集、模擬量到數(shù)字量轉換、軟件對溫度信號進行非線性校正,單片機數(shù)據(jù)運算及邏輯處理、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計的過程。重點說明電路設計、軟件設計。第 31 頁 共 31 頁2 溫度控制器的技術參數(shù)本系統(tǒng)采用ATMEL公司的AT89C4051單片機和美國BurrBrown公司的ADS7844E模數(shù)轉換芯片以及HOLTEK公司的HT1621B液晶顯示驅動芯片設計，實現(xiàn)了模擬溫度數(shù)據(jù)采集、模擬量到數(shù)字量轉換、單片機數(shù)據(jù)運算及邏輯處理、LCD顯示、鍵盤處理及繼電器輸出控制功能，主要技術參數(shù)見表1表1 主要技術參數(shù)表測量精度：℃量程0~400℃顯示分辨率：℃采樣速度：500毫秒調節(jié)算法：開關調節(jié) (ON/OFF) 輸入：熱電阻：Pt100輸出：繼電器，常開觸點(, 1A)報警：繼電器，常開觸點(，3A)電源：220VAC 177。10% ； 50Hz環(huán)境：工作溫度：0 ~ 50℃，相對濕度≤85%3 系統(tǒng)設計方案的論證本章主要敘述溫度控制器的設計方案。 方案比選隨著電子技術的發(fā)展，溫度控制器的設計方案經(jīng)歷了模擬電路溫度控制器、模擬量測量加數(shù)字顯示、單片機溫度控制器的發(fā)展過程；在單片機溫度控制器的設計方案中，又發(fā)展出各種智能型的溫度控制器方案，如：高AD轉換的精度，PID調節(jié)控制輸出、PID + 模糊控制等。本次設計著重鍛煉自己的動手能力，熟悉單片機的使用，具體提出如下設計方案：方案一：采用8031單片機作為控制核心，以最普通的器件ADC0809作數(shù)/模轉換，以繼電器作為控制輸出。此方案簡單可行，造價低廉，但由于8031沒有片內(nèi)ROM，需要擴展程序存儲器，增加了電路的復雜性，并且由于0809是8位的數(shù)/模轉換電路，在溫度測量范圍很小時，測量精度還能滿足要求，當測量溫度范圍稍寬時，測量的精度就不能實際應用的要求。方案二：采用片內(nèi)帶Flash存儲器MCS51系列單片機作為控制核心，采用12位數(shù)/模轉換電路，以繼電器作為控制輸出。由于采用了12位的ADC轉換芯片，轉換范圍從0到4096，當溫度范圍要求為01000℃時，℃，考慮到ADC轉換芯片的轉換精度177。1LSB及運算放大器的誤差，℃，可以滿足一般的控制要求。方案三：目前許多單片機生產(chǎn)商推出了自帶ADC轉換，F(xiàn)LASH存儲器、EEPROM的產(chǎn)品，如美國Analog Devices公司AduC812內(nèi)部帶12位的ADC轉換，如果采用AduC812單片機作為控制核心，則系統(tǒng)外圍電路比較簡單且能夠達到控制精度要求，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調節(jié)控制輸出），為了節(jié)省單片機的I/O口，選用12位串行口數(shù)/模芯片ADS7844E，單片機使用AT89C4051，片內(nèi)程序存儲器空間為4K，15條I/O。 方案說明系統(tǒng)中設計了一個EEPROM存儲器來保存設置參數(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轉換芯片采用的是SPI接口，所以選用AT25010存儲器可以節(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，壽命長等特點，但需要較大的驅動電流；LCD顯示器件成本低、功耗小，但需要專用的驅動電路以及亮度低；本方案的顯示器件采用6位字符液晶顯示器，驅動芯片采用HOTELK公司的HT1621B。4 控制系統(tǒng)設計控制系統(tǒng)設計主要包括系統(tǒng)工作原理、系統(tǒng)硬件設計和系統(tǒng)軟件設計。系統(tǒng)軟件設計主要包括軟件結構、各子程序流程及具體代碼設計；下面分別介紹各部分的設計過程 系統(tǒng)的工作原理單片機AT89C4051A/D存儲器顯示驅動液晶顯示器鍵盤及控制輸出圖 1 系統(tǒng)功能框圖溫度測量放大電源電路系統(tǒng)功能框圖如圖1所示系統(tǒng)的工作原理是：電橋將溫度傳感器Pt100的溫度信號轉換為與溫度相關的電壓信號，經(jīng)過兩級運算放大后進入ADC轉換；CPU讀取ADC轉換結果，經(jīng)過運算轉換為顯示的溫度字符，控制LCD驅動器來顯示溫度值，另外，CPU將測量出的溫度值與系統(tǒng)設定的溫度值相比較，根據(jù)不同的控制模式來控制繼電器的輸出，系統(tǒng)中的按鍵用來設定系統(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：設定溫度值、回程差值（防止溫度到達設定值時輸出振蕩）、加熱或制冷工作模式（0表示加熱模式，1表示制冷工作模式）、溫度測量范圍、溫度校正值、溫度校正符號等。由于溫度測量范圍、溫度校正值、溫度校正符號用于系統(tǒng)調試校正，此參數(shù)不能由用戶隨便修改，所以在修改這些參數(shù)前必須先輸入一個密碼（默認為1234）后系統(tǒng)才顯示這些參數(shù)，建議用戶不要修改此類參數(shù)。本系統(tǒng)采用了四個按鍵，功能分別為：加鍵、移位鍵、功能鍵、保存鍵。按下功能鍵可循環(huán)顯示系統(tǒng)各項參數(shù)，通過加鍵和移位鍵組合可對各項參數(shù)進行修改，按下保存鍵后，CPU將修改后的參數(shù)寫到EEPROM中，系統(tǒng)重新上電后CPU將調用EEPROM中的參數(shù)（如果不對數(shù)據(jù)進行保存時，系統(tǒng)重新上電后將調用以前設置的參數(shù)）。 硬件電路設計溫度控制器電路主要包括：CPU電路、溫度信號調理電路、ADC轉換電路、液晶顯示及驅動電路、電源電路及控制輸出電路； CPU電路圖2 AT89C4051管腳圖CPU電路主要是CPU、數(shù)據(jù)存儲器及晶振電路。CPU采用美國ATMEL公司的MCS51系列單片機AT89C4051，管腳圖如圖2所示，它具有以下標準功能：4K字節(jié)FLASH閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個I/O口，兩個16位定時/計數(shù)器，5個中斷向量（兩種優(yōu)先級），一個全雙工串行通信接口，內(nèi)置一個精密模擬比較器，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。AT89C4051的功能框圖如圖3所示。CPU的端口資源分配見表2：圖3 AT89C4051功能框圖表2: CPU的端口資源分配表引腳名稱功能引腳名稱功能AT25010片選信號功能鍵HT1621B片選信號加鍵ADS7844E片選信號保存鍵HT1621B讀控制信號移位鍵HT1621B寫控制信號串行口時鐘繼電器控制輸出串行數(shù)據(jù)輸入串行數(shù)據(jù)輸出看門狗復位注：，使用時在此兩腳上需要接上拉電阻，電阻阻值按10K選取數(shù)據(jù)存儲器采用美國ATMEL公司AT25010 EEPROM。AT25010通過SPI接口與CPU進行數(shù)據(jù)交換，端口連接見表1。時鐘采用12M晶體振蕩器，負載電容按22p選取。本設計溫度傳感器采用Pt100，溫度信號由電橋電路輸出后，經(jīng)過兩級放大后進入ADC轉換。Pt100傳感器介紹Pt100傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關系的特性來進行測溫，其溫度/阻值對應關系為：0℃≤t≤850℃時，Rt=R0（1+At+Bt2） 式中，A=103；B=107；R0=100。Pt100溫度傳感器的主要技術參數(shù)如下：測量范圍：200℃～+850℃；熱響應時間30s；允通電流≤5mA。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。電橋采