mcs51單片機機應用于溫度控制器本科生畢業論文(已修改)

　

【正文】 目 錄1 前 言 12 溫度控制器的技術參數 23 系統設計方案的論證 3 方案比選 3 方案說明 44 控制系統設計 5 系統的工作原理 5 硬件電路設計 6 系統軟件設計 165 調試，安裝，運行 30 系統硬件調試 30 系統軟件調試 306 小結 31畢業論文（設計）原創性聲明本人所呈交的畢業論文（設計）是我在導師的指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據我所知，除文中已經注明引用的內容外，本論文（設計）不包含其他個人已經發表或撰寫過的研究成果。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業論文（設計）授權使用說明本論文（設計）作者完全了解**學院有關保留、使用畢業論文（設計）的規定，學校有權保留論文（設計）并向相關部門送交論文（設計）的電子版和紙質版。有權將論文（設計）用于非贏利目的的少量復制并允許論文（設計）進入學校圖書館被查閱。學校可以公布論文（設計）的全部或部分內容。保密的論文（設計）在解密后適用本規定。 作者簽名： 指導教師簽名： 日期： 日期： 注 意 事 項（論文）的內容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）：理工類設計（論文）正文字數不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它MCS51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展，超大規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、通訊、家用電器、智能儀表等領域的應用越來越廣泛，使產品的功能、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技術的發展，使單片機系統的開發周期大大縮短，開發成本大幅降低，使用單片機控制的智能儀表是儀表領域發展的必然趨勢。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。本系統實現了模擬溫度數據采集、模擬量到數字量轉換、軟件對溫度信號進行非線性校正,單片機數據運算及邏輯處理、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 33 頁 共 31 頁2 溫度控制器的技術參數本系統采用ATMEL公司的AT89C4051單片機和美國BurrBrown公司的ADS7844E模數轉換芯片以及HOLTEK公司的HT1621B液晶顯示驅動芯片設計，實現了模擬溫度數據采集、模擬量到數字量轉換、單片機數據運算及邏輯處理、LCD顯示、鍵盤處理及繼電器輸出控制功能，主要技術參數見表1表1 主要技術參數表測量精度：℃量程0~400℃顯示分辨率：℃采樣速度：500毫秒調節算法：開關調節 (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環境：工作溫度：0 ~ 50℃，相對濕度≤85%3 系統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展，溫度控制器的設計方案經歷了模擬電路溫度控制器、模擬量測量加數字顯示、單片機溫度控制器的發展過程；在單片機溫度控制器的設計方案中，又發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/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/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：采用片內帶Flash存儲器MCS51系列單片機作為控制核心，采用12位數/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商推出了自帶ADC轉換，FLASH存儲器、EEPROM的產品，如美國Analog Devices公司AduC812內部帶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。本系統采用方案二，溫度控制器所需要的I/O數量不多，程序量不是很大（不考慮PID調節控制輸出），為了節省單片機的I/O口，選用12位串行口數/模芯片ADS7844E，單片機使用AT89C4051，片內程序存儲器空間為4K，15條I/O。 方案說明系統中設計了一個EEPROM存儲器來保存設置參數，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存儲器可以節省I/O端口。顯示器件常用的有LED數碼管顯示器件、LCD顯示器件。LED數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 控制系統設計控制系統設計主要包括系統工作原理、系統硬件設計和系統軟件設計。系統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 系統功能框圖溫度測量放大電源電路系統功能框圖如圖1所示系統的工作原理是：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，經過兩級運算放大后進入ADC轉換；CPU讀取ADC轉換結果，經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設定的溫度值相比較，根據不同的控制模式來控制繼電器的輸出，系統中的按鍵用來設定系統工作參數，電源電路主要為各電路提供工作電源。系統中需要保存的參數有：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調試校正，此參數不能由用戶隨便修改，所以在修改這些參數前必須先輸入一個密碼（默認為1234）后系統才顯示這些參數，建議用戶不要修改此類參數。本系統采用了四個按鍵，功能分別為：加鍵、移位鍵、功能鍵、保存鍵。按下功能鍵可循環顯示系統各項參數，通過加鍵和移位鍵組合可對各項參數進行修改，按下保存鍵后，CPU將修改后的參數寫到EEPROM中，系統重新上電后CPU將調用EEPROM中的參數（如果不對數據進行保存時，系統重新上電后將調用以前設置的參數）。 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、數據存儲器及晶振電路。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FLASH閃速存儲器，128