mcs51單片機機應用于溫度控制器畢業論文(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 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 31 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字節內部RAM，15個I/O口，兩個16位定時/計數器，5個中斷向量（兩種優先級），一個全雙工串行通信接口，內置一個精密模擬比較器，片內振蕩器及時鐘電路。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據輸入串行數據輸出看門狗復位注：，使用時在此兩腳上需要接上拉電阻，電阻阻值按10K選取數據存儲器采用美國ATMEL公司AT25010 EEPROM。AT25010通過SPI接口與CPU進行數據交換，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、穩定性好、準確度高、耐高壓等優點。電橋采