2022年基于单片机的温控器设计.docx

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1、精品学习资源天 津 理 工 大 学课程设计报告题目： 基于单片机地温控器设计同学姓名李天辉学号20211009届2021班级电气 4 班指导老师专业电气工程及其自动化说明欢迎下载精品学习资源1. 课程设计文本材料包括设计报告、任务书、指导书三部分，其中任务书、指导书由老师完成 .按设计报告、任务书、指导书次序装订成册.2. 同学依据指导老师下达地任务书、指导书完成课程设计工作.3. 设计报告内容建议主要包括：概述、系统工作原理、系统组成、设计内容、小结和参考资料 .4. 设计报告字数应在3000-4000 字，采纳电子绘图、采纳小四号宋体、1.25 倍行距 .5. 课程设计成果由平常表现（30

2、%）、设计报告（ 30%）和提问成果（ 40%）组成 .欢迎下载精品学习资源课程设计任务书、指导书课程设计题目： .课程设计任务书一、课程设计地内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作量）当今社会，温控器已经广泛应用于电冰箱、空调和电热毯等领域中.其优点是掌握精度高，稳固性好，速度快自动化程度高，温度和风速全自动掌握，操作简洁牢靠，对执行器要求低，故障率低，成效好.目前国内外生产厂家正在讨论开发第三代智能型室温空调温控 器，应用新型掌握模型和数控芯片实现智能掌握.现在已有国内厂家生产出了智能型室温空调温控器，并已应用于实际工程.本课程设计要求设计温度掌握系统，主要由温度数据采集、温度掌握、按键

3、和显示、通 讯等部分组成 .温度采集采纳NTC或 PTC 热敏电阻（或由电位器模拟）或集成温度传感器、集成运算放大器构成地信号调理电路、AD 转换器组成 .温控部分采纳沟通开关BT136通过转变导通角进行调压限流达到掌握加热丝温度地目地.温度掌握算法采纳PID 掌握，可以采纳一般PID 或模糊 PID. 对掌握 PID 参数进行整定，进行 MATLAB仿真，说明掌握成效 .进行程序编制 .设计通讯协议，并能够通过RS485 总线将数据传回上位机 . 2课程设计地要求1、挑选相应元器件设计温度掌握系统原理图并绘制 PCB 版图.2、进行 PID 掌握算法仿真，设计PID 参数，或模糊 PID 规

4、章.3、系统功能要求：a 要能够显示实时温度； b 能够进行温度设置； c 能够进行PID 参数设定； d 能够把数据传回上位机；e 可以设定本机地址 .F 温度掌握范畴 099.9 度.4、编制程序并调试通过，并有程序流程图.二、课程设计参考资料1 单片机地 C 语言应用程序设计第三版 马忠梅等编著2 赵晓安 . MCS-51 单片机原理及应用. 天津：天津高校出版社，2001.33 何立民 . 单片机高级教程第 1 版北京：北京航空航天高校出版社，20014 如何使用 KEIL 8051 C 编译器 韩金炯泰著 金奎焕等译 韩 金炯泰 著欢迎下载精品学习资源5 相关芯片数据手册.课程设计指

5、导书一、课程设计要点、设计步骤1、娴熟把握常用 EDA 设计软件，如 protel 等，进行原理图、PCB 版图设计 .设计温度掌握电路 .2、采纳 MATLAB 软件进行 PID 掌握参数地设计 .3、依据功能要求进行软件设计，采纳KEIL 进行程序调试 .二、主要技术关键地分析、解决思路1、温度掌握电路设计，可以采纳无触点沟通开关BT136 结合光藕 MOC3062 设计温度掌握电路，实现强弱电隔离 .2 、 与上位机通讯采纳 RS485， 需要加入点评转换芯片如MAX485.3、为了确保输入信号不损毁芯片，信号调理电路需加嵌位电路.4、可以选用单片机开发板来进行设计，但要满意任务书要求.

6、欢迎下载精品学习资源三、课程设计进度支配起 迄 日 期工 作 内 容系统需求分析器件选型，硬件原理图设计PID 或模糊 PID 算法设计软件编制调试撰写课程设计报告欢迎下载精品学习资源目录一、引言5二、概述5三、系统工作原理5四、系统组成-6五、系统硬件介绍-16六、系统软件设计-13七、总结18八、课程设计参考资料19引言在科技飞速进展地今日，运算机技术得到迅猛推广,而单片机由于具有集成度高，体积小，功耗低，处理才能强，牢靠性高，系统结构简洁，价格低廉，易于推广使用地优点，因此被广泛应用于工业生产和家庭生活中.温度掌握系统就是单片机在家庭生活中地一个典型地应用 .温度掌握器是一种温度掌握装置

7、，它依据用户所需温度与设定温度之差值来驱动执行机构，从而达到用户所需温度地目地.各种温控家用电器随着生产技术地进展和生活水平地提高越来越普及，只有一个简洁、稳固地温度掌握系统才能更好地适应市场需求，更好地满意人民地意愿一、概述该温度掌握系统是以8051 单片机为核心地掌握系统.在硬件电路方面，主要分成了几个模块，即温度数据采集、温度检测电路模块，ADC0809电信号地处理模块，加热掌握电欢迎下载精品学习资源路模块，数据处理模块，电压输入模块，LED显示模块，键盘输入模块和温度掌握输出模块，并在 protel 99SE 上进行电原理图绘制及双层印制电路板设计.温度采集采纳集成温度传感器、集成运算

8、放大器构成地信号调理电路、AD转换器组成.温控部分采纳沟通开关BT136 通过转变导通角进行调压限流达到掌握加热丝温度地目地.温度掌握算法采纳PID 掌握，采纳一般PID 或模糊 PID. 对掌握 PID 参数进行整定，运用 MA TLAB进行仿真，说明掌握成效.进行程序编制 .设计通讯协议，并能够通过RS485 总线将数据传回上位机 .二、系统工作原理温度掌握系统如下图所示，温度由热电偶检测，经变送器变换成标准电压信号送入A/D转换器，使之变成数字量，送入单片机，经数字滤波后作为本次采样值；掌握程序依据设定好地算法，将设定值和采样值进行比较运算，再将运算结果送到触发电路掌握沟通开关 BT13

9、6 通过转变导通角进行调压限流达到掌握加热丝温度地目地，实现温度恒定掌握.另外，本系统仍支持温度地设定和显示，当掌握系统地温度过高或者过低时，可以触发声光报警信号，提示工作人员留意.三、系统组成温度掌握器主要由单片机，时序电路，温度采样电路，A/D转换电路，温度显示电路，温度输入电路，驱动电路等组成. 流程图如下：欢迎下载精品学习资源A/D转温度换电采样路电路按 电路键驱 电路动时钟数8 段8051码译管码数8 段码管译码图 1 温度掌握系统框图四、系统硬件介绍4.1、8051 单片机介绍8051 单片机由具有数据处理才能地微处理器、只读储备器ROM 、随机存取储备器RAM 、定时 /计数器、

10、并行接口、串行接口、中断掌握和系统时钟电路等几大单元以及数据总线、地址总线和掌握总线三大总线组成 .8051 属于 8 位单片机，片内 4KB 地 ROM ， 128B 地片内 RAM. 可寻址外部地 64KB 地数据储备器和程序储备器， 16 位地地址总线， 5 个中断源， 2 个优先级， 32 根 I/O 线， 1 个全双工异步串行口， 2 个 16 位定时 /计数器 .8051 地复位方式有上电复位、手动开关复位和自动复位 3 种，其中上电复位电路是利用电容充放电来实现地 . 其时钟产生方式分为内部振荡方式和外部时钟方式 .内部振荡方式是利用单片机内部地反向放大器构成振荡电路 .8051

11、 单片机地 40 个引脚大致可分为 4 类：电源、时钟、掌握和I/O 引脚.1、电源 :（ 1）VCC -芯片电源， 接+5V ；（ 2）VSS - 接地端；2、时钟 :XTAL1 、 XTAL2- 晶体振荡电路反相输入端和输出端.3、掌握线 :掌握线共有 4 根：欢迎下载精品学习资源（1） ALE/PROG: 地址锁存答应 /片内 EPROM 编程脉冲 .ALE功能：用来锁存P0 口送出地低 8 位地址 .PROG 功能：片内有 EPROM 地芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲 .（2） PSEN:片外程序储备器选通信号.（ 3） RST/VPD: 复位 /备用电源 .RST

12、 功能：复位信号输入端.VPD 功能：在Vcc 掉电情形下，接备用电源 .（4） EA/Vpp: 片外 ROM 挑选 /片内 EPROM 编程电源 .EA 功能：内外ROM 挑选端 . Vpp 功能：片内有 EPROM 地芯片，在 EPROM 编程期间，施加编程电源Vpp. 4、I/O 线80C51 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口： P0、P1、P2、P3 口，共 32 个引脚 .P3 口仍具有其次功能，用于特别信号输入输出和掌握信号.8051 单片机由具有数据处理才能地微处理器、只读储备器ROM 、随机存取储备器RAM 、定时 /计数器、并行接口、串行接口、中断掌握和系统时钟电路等几

13、大单元以及数据总线、地址总线和掌握总线三大总线组成 .8051 属于 8 位单片机，片内 4KB 地 ROM ， 128B 地片内 RAM. 可寻址外部地 64KB 地数据储备器和程序储备器， 16 位地地址总线， 5 个中断源， 2 个优先级， 32 根 I/O 线， 1 个全双工异步串行口， 2 个 16 位定时 /计数器4.2 A/D 转换电路4.2.1 ADC0801 介绍ADC0801 是 8 位全 MOS 中速 A/D 转换器、它是逐次靠近式A/D 转换器，片内有三态数据输出锁存器，可以和单片机直接口接.其主要引脚功能如下：（1） RD ， WR ：读选通信号和选通信号（低电平有效

14、）.（2） CLK ：时钟脉冲输入端，上升有效.（3） DB0 DB7 是输入信号 .（4） CLKR ：内部时钟发生器外接电阻端，与CLKIN端协作可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/1.1RC.欢迎下载精品学习资源（ 5） CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦CS 有效，说明 A/D 转换器被选中，可启动.（ 6） WR ：写信号输入，接受微机系统或其它数字系统掌握芯片地启动输入端，低电平有效，CS、WR 同时为低电平常，启动转换 .7INTR ：转换终止输出信号，低电平有效，输出低电平表示本次转换已完成.该信号常作为向微机系统发出地中断恳求信号.（ 8） CLK:为外部时钟输入端，时

15、钟频率高， A/D 转换速度快 . 答应范畴为10-1280KHZ，典型值为 640KHZ，此时， A/D 转换时间为 10us. 通常由 MCS51单片机 ALE端直接或分频后与其相连 . 当 MCS单片机与读写外， RAM操作时， ALE信号固定为 CPU时钟频率地 1/6 ，如单片外接地晶振为 6MHZ，就 1/6 为 1MHZ，A/D 转换时间为 64us.4.2.2 A/D 转换电路工作原理A/D 转换电路如图 2.1 所示.ADC0801 地 A/D 转换结果输出端DB0 DB7 与 8051 地 P0.0-P0.7相连， INTR 与 P2.0 口相连， INTR端用于给出 A/

16、D 转换完成信号，所以通过查询 P2.0 便可以获知 A/D 转换是否完成 .RD 与 8051 RD 相连， WR 也是跟 8051 WR 相连.CS、VIN+ 接地.（低电平有效）ADC0801 地两模拟信号输入端，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号，与 WR 同时为低电平 A/D 转换器被启动切在 WR 上升沿后 100 模数完成转换，转换结果存入数据锁存器，同时， INTR 自动变为低电平，表示本次转换已终止 .如 CS、RD 同时来低电平，就数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而在 RD 高电平到来后三态门处于高阻状态 .欢迎下载精品学习资源图 4.1 A/D 转换电路图4.3 温

17、度采样电路4.3.1 AD590 型温度传感器AD590是电流型温度传感器，通过对电流地测量可得到所需要地温度值.在被测温度肯定时， AD590 相当于一个恒流源， AD590 温度感测器是一种已经IC 化地温度感测器 ,它会将温度转换为电流 ,由于此信号为模拟信号，因此，要进行进一步地掌握及数码显示，仍需将此信号转换成数字信号.它地主要特性如下：1流过器件地电流（ mA ）等于器件所处环境地热力学温度（开尔文）度数；即：式中：欢迎下载精品学习资源Ir / T11Ir 流过器件（ AD590 ）地电流，单位为mA ； T热力学温度，单位为K.欢迎下载精品学习资源2AD590 地测温范畴为 -5

18、5 +150 ；3 AD590 地电源电压范畴为4V 30V ；欢迎下载精品学习资源4.3.2 温度采样工作原理由于 AD590 是将温度转换为电流，而单片机对电压信号更好测量，所以要将电流转化为电压，同时对电压信号进行放大后输入A/D 转换 ADC0801 地 VI- 端口 .电流转化为电压表达式如下：欢迎下载精品学习资源U 0I r Rf2欢迎下载精品学习资源由反相比例运算放大电路，依据“虚断 ”， “虚短 ”，集成运放净输入电压为零，净输入电流为零，净输入电流为零等推算出表达式为：欢迎下载精品学习资源VI1Rf / RU 03欢迎下载精品学习资源最终由 1,2,3 得到：欢迎下载精品学习

19、资源VI1Rf / RTRf（ 4）欢迎下载精品学习资源图 4.2 温度采样电路4.4 温度掌握电路8051 地 RXD 地引脚与 7404 地引脚相连接，从RXD 发出地掌握信号经7404 和 ULN2003到达沟通开关BT136 通过转变导通角进行调压限流达到掌握加热丝温度地目地.温度掌握范畴 099.9 度.ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范畴宽、带负载才能强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动地系统.其中 ULN2003 是由 7 个 NPN 具有用共阴二极管夹紧来转换电感负载地高压输出特点地达林顿晶体管组成 .当前一对单精度型地额

20、定电流为500mA ，有比较高地电流容量，它地应用软件包括继电器驱动器、显示驱动器，线驱动器和规律缓冲器等.在本驱动电路中地作欢迎下载精品学习资源用是增大电流驱动才能.该芯片采纳16 脚地DIP封装,其中第9 为公共输出端COM ，有一个输出端为高电平， COM 就为高电平.图 4.4 温度掌握电路4.5 温度显示电路4.5.1 LED 驱动7447介绍： 7447 是一块 BCD码转换成 7 段 LED数码管地译码驱动 IC，7447 地主要功能是输出低电平驱动地显示码，用以推动共阳极7 段 LED数码管显示相应地数字 . 相应引脚功能如下：欢迎下载精品学习资源（1） ） QA,QB,QC,

21、QD,QE,QF,QG:段7（2） ） A， B， C，D ：输入引脚 .LED数码输出引脚 .欢迎下载精品学习资源（3） ） RBO，BT，LI高电平输出有效 .4.5.2 温度显示工作原理温度显示电路如图 2.3 所示：由 2 片 TTL7447和 2 片七段 LED组成， LED采纳共阳级接法 .7447 地 QA-QG接 BCD地 a-g, 段选信号由 8051 地 P1 口供应， LED显示数据由 7447 地输出打算 , 即由 P1 口信号地取值打算 .欢迎下载精品学习资源图 2.3 TTL7447 BCD 显示电路五、系统软件设计5.1 软件设计思路软件设计地任务包括启动A/D

22、转换、读 A/D 转换结果、设置温度、温度掌握等，其中启动 A/D 转换、读 A/D 转换结果、设置温度等工作在主程序中完成，温度掌握在中断服务程序中完成，即每隔一段时间对比测量温度与设定温度之间地大小关系，依据对比结果给出掌握信号，令压缩机地运行或停止，实现温度调控.5.2 程序流程主程序流程图开头系统初始化启动定时器Y启动 A/D 转换欢迎下载精品学习资源图 5.1 主程序流程图中断服务程序流程图爱护现场重装定时初值N设定温度测量温度？令压缩机工作Y令压缩机停止工作图 3.2 定中时断器返中回断服务子程序图 5.2 中断服务程序流程图欢迎下载精品学习资源5.3 程序设计ORG0000HJM

23、PSTART1 ；ORG000BH ；定时器 /计数器 0 溢出中断JMPTIM0 ；转中断程序START1: MOVTMOD,#01H；设定定时器 0 工作方式 1MOVTH0 , #HIGH65536-50000；设定初值MOVTL0,#LOW65536-50000；SETBTR0 ；启动定时器 0MOVIE,#82H ；定时器 0 开放中断MOV24H,#0FFH ；ANLP1,#00H ；MOVR0,#14 ；延时START: MOVXR0,A；启动 A/D 转换WAIT:JNBP2.1,SET0 ；检测温度输入JBP2.0,ADC ；检测转换是否完成JMPWAITADC:MOVXA,

24、R0；将转换好地值送入A LCALL L1 ；LCALL DISP ；JMPSTARTL1:CLRC ；清 0 MOV20H,#00H ；MOV21H,#00H ；MOVR3,#08H ；显示位数NEXT:RLCA ；将 A 地内容和 Cy 左移一位，显示预备MOVR2,A ；MOVA,20H ；ADDCA,20H欢迎下载精品学习资源DAA ；对 A 进行十进制调整MOV 20H,A ；MOV A,21H ；ADDC A,21HMOV 21H,A ；MOVA,R2 ；DJNZR2,NEXT ；R2- 1 0循环计数L2:MOVA,20HADDA,20H ；DAA ；MOV20H,A ；MOVA

25、,21H ；ADDCA,21H ；DAA ；MOV21H,A ；RETDISP:MOVA,20H；显示程序ANLA,#0F0HSWAPA ；交换高低位MOV22H,AMOVA,21H ；ANL A,#0FFH SWAP A ；ORLA,22H ；MOV23H,AMOVP1,A ；MOVR7,#0FFH ；DJNZR7,$ ；是否显示完RETSET0:LCALLDELAY；欢迎下载精品学习资源JNBP2.1,$ ；等待按键操作LCALLDELAY；排除按键抖动A2:CJNER0,#0FFH,A1 ；MOVR0,#14 ；延时A1:MOVA,R0；MOVDPTR,#TABLE；数据指针指向表头MO

26、VCA,A+DPTR；查表MOVP1,A ；MOV24H,A ；MOV R5,#4FH ；D4: MOV R7,#0FFH D2: MOV R6,#0FFHD1: JNB P2.1,SET1 ；有按键按下 转 SET1 DJNZ R6,D1DJNZR7,D2DJNZR5,D4JMPSTART ；SET1:LCALLDELAY；JNBP2.1,$ ；等待按键操作LCALLDELAY；排除抖动DECR0 ；JMPA2 ；TIM0:PUSHACC；爱护现场PUSHPSWMOVTH0,#HIGH 65536 - 50000；重装定时初值MOVTL0,#LOW 65536 -50000CLRC ；进位标

27、志清 0 MOVA,24H ；比较温度SUBBA,23H ；JNCOFF ；欢迎下载精品学习资源CLRC ；MOVA,24H ；SUBBA,23H ；JNCOFF ；CLRP3.0 ；压缩机停止工作RETURN: POPPSW POPACCRETI ；中断返回OFF:SETBP3.0 ；驱动压缩机开头工作JMPRETURNDELAY: MOVD3:MOVR7,#60；R6,#248延时程序DJNZR6,$DJNZR7,D3RETTABLE: DB20H,21H,22H,23H,24H；DB25H,26H,27H,28H,29HDB30H,31H,32H,33H,34HEND六、总结作为工科同学

28、，我想PROTEL 是我们必需学会地一个软件.由于，它在工程设计中起到了很大地作用 .以前对什么芯片都只是听到，看到，却不知道他们是怎么做出来地，只觉得有人知道怎么做就行了.而现在不一样了，由于我们就是需要做芯片地人.我觉得每次地课程设计，都是对我们在课堂里学地东西地一次大运用.上课地时候常常感叹，学这些东西干 嘛，又不会去用他，但在课设地时候才发觉，原先是这样地.在现实生活中看到地各种各样多功能地新东西，其实通过我现在所学地，已经可以渐渐地从初级地开头设计了.这其实真地增加了不少我对课堂学习地爱好.我翻阅了不少那里地单protel 地资料，学习他们地设计思路，仍有一些特别器件地连接使用方法

29、.然后又添加了我们自己地设计思路，整合出一套符合我们设计想法地原理图方欢迎下载精品学习资源案.硬件只是一个骨骼，软件却是血肉.我们地软件从最开头地一小段软件，到后来每天添一点，这次课程设计虽然时间不长，但是给我留下了很深地印象.这次课程设计，我一开头思路很纷乱，后来翻看了许多地书籍和网络上地资料，才渐渐有了清楚地思路.这使我明白了改如何使用前人留下地珍贵地资料.任何宏大地科学创造，都不是一个人空想出来地，都是结合前人地讨论结果，并通过自己地挖掘才获得地.这次课设让我明白了，任何一个简简洁单地东西，都是不简洁地.像我们做地数字温度掌握器，我想我们在生活中都常常会遇到， 但我以前都没有怎么留意过他

30、，觉得这是个挺简洁地东西.但是，这次以后假如我再看到它地话，我真地想把它拆下来好好讨论一下，这小东西不好搞啊.这也让我特别佩服那些工程设计人员，设计地过程是苦闷地，但是成果却是特别明显地.本次课程设计是我们高校生涯中是很重要地一步，画图、制作直到完成设计.每一个过程都是对自己才能地一次检验和充实.不但回忆了高校三年所学地学问而且提高了自己解决问题地才能 .用 8051 单片机做成地温度掌握器，通过温度采集，A/D 转换， CPU 掌握，然后通过数码管显示等一系列硬件功能和软件功能，共同完成温度地智能掌握.由于 MCS-51 单片机技术成熟，应用广泛，而且比其他单片机简洁,通过此单片机做成地空调

31、温度掌握器 成本低廉，操作简便，有肯定地有用性.通过这次设计，加深了对单片机地汇编语言编程方法.同时这次课程设计大大提高了我地动手才能，为我以后地工作和学习奠定了基础，在以后地生活中我们也可以用我们所学地学问和对芯片功能地明白来设计一些日常生活所需地电子产品 .但在设计中也暴露出对自己专业基础把握不扎实等地不足之处.比如缺乏综合应用专业学问地才能，对材料地不明白等等.只能对部分温度进行处理，掌握精度不高，反映速度不快 等问题等待解决 .使我明白自己学问仍很浅薄，在以后地学习中我要更加努力学习专业知识，时刻充实自己 .七、课程设计参考资料1 单片机地 C 语言应用程序设计第三版 马忠梅等编著2 赵晓安 . MCS-51 单片机原理及应用. 天津：天津高校出版社，2001.33 何立民 . 单片机高级教程第 1 版北京：北京航空航天高校出版社，20014 如何使用 KEIL 8051 C 编译器 韩金炯泰著 金奎焕等译 韩 金炯泰 著5 相关芯片数据手册.欢迎下载精品学习资源欢迎下载