溫度控制器課程設計報告 11291064

1、電氣工程學院 溫度控制器 課程設計設計題目： 溫度控制器 學號： 11291064 姓 名： 周琳 同 組 人： 朱龍勝（11291065） 指導教師： 季曉恒 設計時間： 2014年3月21日 設計地點： 電氣學院實驗中心 溫度控制器 課程設計成績評定表姓 名周琳學 號11291064 課程設計題目： 溫度控制器課程設計課程設計答辯或提問記錄：成績評定依據(jù)：課程設計預習報告及方案設計情況（20）：課程設計考勤情況（5）：電路焊接情況（15%）課程設計調試情況（40）：課程設計總結報告與答辯情況（20）：最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導教師簽字： 溫度控制器 課程設計任務書學

2、生姓名： 周琳 指導教師： 季曉衡 一、課程設計題目： 溫度控制器顯示課程設計二、課程設計要求1. 根據(jù)具體設計課題的技術指標和給定條件，獨立進行方案論證和電路設計，要求概念清楚、方案合理、方法正確、步驟完整；2. 查閱有關參考資料和手冊，并能正確選擇有關元器件和參數(shù)，對設計方案進行仿真；3. 完成預習報告，報告中要有設計方案，設計電路圖，還要有仿真結果；4. 進實驗室進行電路調試，邊調試邊修正方案；5. 撰寫課程設計報告最終的電路圖、調試過程中遇到的問題和解決問題的方法。三、進度安排1時間安排序 號內 容學時安排（天）1方案論證和系統(tǒng)設計12完成電路仿真，寫預習報告13電路調試24寫設計總結

3、報告與答辯1合 計5設計調試地點：電氣樓4102執(zhí)行要求微機原理與接口技術課程成績80分以上的同學可以自擬題目，其余的同學都是指定題目。，每組不得超過2人，要求學生在教師的指導下，獨力完成所設計的詳細電路（包括計算和器件選型）。嚴禁抄襲，嚴禁兩篇設計報告雷同。摘要本設計主要設計了一個基于STC90C51單片機的溫度控制器，并在數(shù)碼管上顯示相應的溫度。通過溫度傳感器AD590和AD轉換芯片ADC0832將采集的溫度傳送給單片機，并判斷該溫度與設定的溫度的大小從而控制繼電器開關熱機與風機，實現(xiàn)溫度的控制與調節(jié)。關鍵詞：單片機，溫度控制器，繼電器 Abstract In this project,

4、we designed a temperature controller based on STC90C51. And display the corresponding temperature in the digital tube. The temperature sensor AD590 and AD will convert the acquired temperature to send to the microcontroller, and compare the real time temperature and the set temperature so as to cont

5、rol the relay to turn on and turn off the heater and the motor, to meet the temperature control specification.Key words: microcontroller，Temperature controller，Relay,analogue and digital convertion 目錄 第一章 系統(tǒng)方案設計 11第二章 仿真 15 第三章 調試 第四章 結論第五章 心得體會.參考文獻.附錄1 元器件清單 24第一章 系統(tǒng)方案設計【題目】溫度控制器【要求】1采用1路模擬輸入，電壓范圍

6、為05V，控制溫度變化范圍為099.9。C 。2使用2個繼電器分別控制加熱器和風機，用來加熱和降溫。3目標溫度保持在60度。4系統(tǒng)中加一個滯環(huán)，當溫度低于50度，開始加熱；當溫度高于55度時，關加熱器；當溫度高于70度時，開風機；當溫度低于65度時，關風機。5使用3個數(shù)碼管作為輸出顯示電壓值或溫度值?！绢A習及準備】1課題背景電子技術的發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化。在現(xiàn)代社會中，溫度控制不僅應用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了各個方面。而本次設計就是要通過以MCS-51系列單片機為控制核心，實現(xiàn)溫度控制器的設計。2系統(tǒng)原理及流程圖的初步設計本課設主要設計了

7、一個基于STC90C51單片機的溫度控制器，并在數(shù)碼管上顯示相應的溫度。通過溫度傳感器AD590和AD轉換器ADC0832將采集的溫度傳送給單片機，并判斷該溫度與設定的溫度的大小從而控制繼電器開關熱機與風機，實現(xiàn)溫度的控制與調節(jié)。經(jīng)設計，溫度控制器主要由單片機STC90C51、溫度采集電路、A/D轉換電路、溫度顯示電路、驅動電路等組成。整體系統(tǒng)框圖如圖1所示：STC90C51A/D轉換電路溫度采集電路繼電器繼電器風機加熱器溫度顯示電路圖1 整體系統(tǒng)框圖3所用芯片介紹3.1 溫度傳感器AD590AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：流過器件的電流（mA）等于

8、器件所處環(huán)境的熱力學溫度,AD590的測溫范圍為-55到+150。AD590的電源電壓范圍為4V-30V。電源電壓可在4V-6V范圍變化，電流變化1mA，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。輸出電阻為710MW。精度高共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55到+150范圍內，非線性誤差為±0.3。AD590的輸出電流I=（273+T）A（T為攝氏溫度），因此測量的電壓V為（273+T）A×10K=（2.73+T/100）V。為了將電壓測量出來又務須使輸出電流I不分流出來，我們使用電壓跟隨器其輸出電壓V

9、2等于輸入電壓V。由于一般電源供應教多器件之后，電源是帶雜波的，因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調整至2.73V接下來我們使用差動放大器其輸出Vo為（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28，輸出電壓為2.8V，輸出電壓接AD轉換器，那么AD轉換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關系。AD590的管腳圖及簡單應用電路如下圖所示： 3.2 LM358電路需要兩路運算放大電路，所以選擇雙路運算放大器，一路作跟隨器另一路作差分放大器，LM358 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的

10、單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。LM358 的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式，本實訓用8引線雙列直插式DIP8。特性(Features): 內部頻率補償直流電壓增益高(約100dB)單位增益頻帶寬(約1MHz)電源電壓范圍寬：單電源(330V)；雙電源(±1.5 一±15V)低功耗電流，適合于電池供電,低輸入偏流低輸入失調電壓和失調電流LM358管腳圖如下：3.3 ADC0832ADC0832為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨率

11、可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求，其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在05伏之間。芯片轉換時間僅為32微秒，具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK和D0/D1的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/D1端則使用D1段輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉之前D1端應輸入2位數(shù)據(jù)

12、用于通道選擇，當為“1”、“0”時，只對CHO進行單通道轉換。當數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉換。到第3個脈沖的下沉之后D1端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/D1端則開始利用數(shù)據(jù)輸出D0進行轉換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下沉開始由D0端輸出轉換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉D0端輸出下一位數(shù)據(jù)，直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次A/D轉換的結束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉換后的數(shù)據(jù)進行處

13、理就可以了。本次實驗中我們使用CH0通道輸入模擬信號，因此實驗中控制ADC0832的時序圖如下：AD0832管腳圖芯片接口說明：CS：片選使能，低電平芯片使能。CHO：模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。CH1：模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。GND：芯片參考0電位。D1:數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。D0：數(shù)據(jù)信號輸出，選擇通道控制。CLK芯片時鐘輸入。Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入。3.4 STC90C51STC90C51是采用8051核的ISP（In System Programming）在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時鐘頻率為80MHz，片內含8K Bytes的可反復擦寫100

14、0次的Flash只讀程序存儲器，器件兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進單片機內部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。芯片管腳圖如下：3.5 74HC57374HC573八進制3態(tài)非反轉透明鎖存器。實驗中Vcc接+5V電源，GND接地，LE接51芯片的P1.4管腳，當鎖存使能端LE為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的，當鎖存使能端變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。P1.4置高，鎖存器74HC573輸出數(shù)據(jù)。3.6 74HC245

15、74HC245總線驅動器，典型的TTL型三態(tài)緩沖門電路，其作用為，信號功率放大。74HC245引腳定義：第1腳DIR，為輸入輸出端口轉換用，DIR=“1”高電平時由“A”端輸入“B”端輸出，DIR=“0”低電平時由“B”端輸入“A”端輸出，第29腳“A”信號輸入輸出端，A1=B1A8=B8，A1和B1是一組，如果DIR=“1”O(jiān)E=“0”則A1輸入B1輸出，其他類同。如果DIR=“0”O(jiān)E=“0”則B1輸入A1輸出，其他類同。第1118腳“B”信號輸入輸出端，功能和“A”一樣，第19腳OE，使能端，若該腳為“1”，A/B端的信號將不導通，只有為“0”時A/B端才被啟用，該腳也就是能起到開關的作

16、用。管腳圖如下： 3.7 四位一體數(shù)碼管內部的四個數(shù)碼管共用adp這8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因為里面有四個數(shù)碼管，所以它有四個公共端，加上adp，共有12個引腳，下面便是一個共陰的四位數(shù)碼管的內部結構圖（共陽的與之相反）。引腳排列依然是從左下角的那個腳（1腳）開始，以逆時針方向依次為112腳，下圖中的數(shù)字與之一一對應。管腳圖如下：3.8 繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。電磁繼電器的工作原理和特

17、性：電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”?！拒浖鞒獭?、 軟件流程框圖2、 程序設計#inc

18、lude <reg51.h>#include <intrins.h>sbit Heater=P13;/define heater control signalsbit Motor=P14;/define motor control signalsbit CS=P30;sbit Clk=P31;sbit DATI=P32;sbit DATO=P32;sbit LED1=P10;sbit LED2=P11;unsigned char dat=0x00;unsigned char CH;unsigned dis=0x00,0x00,0x00;unsigned char adc

19、0832(unsigned char CH) unsigned char i,test,adval; adval = 0x00; test = 0x00; Clk = 0; /初始化 DATI = 1; _nop_(); CS = 0; _nop_(); Clk = 1; _nop_(); if (CH = 0x00 ) /通道選擇 Clk = 0; DATI = 1; /通道0的第一位 _nop_(); Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; DATI = 0; /通道0的第二位 _nop_(); Clk = 1; _nop_(); else Clk = 0; DATI = 1

20、; /通道1的第一位 _nop_(); Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; DATI = 1; /通道1的第二位 _nop_(); Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; DATI = 1; for( i = 0;i < 8;i+ ) /讀取前8位的值 _nop_(); adval <<= 1; Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; if (DATO) adval |= 0x01; else adval |= 0x00; for (i = 0; i < 8; i+) /讀取后8位的值 test >>= 1; i

21、f (DATO) test |= 0x80; else test |= 0x00; _nop_(); Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; if (adval = test) /比較前8位與后8位的值，如果不相同舍去。若一直出現(xiàn)顯示為零，請將該行去掉 dat = test; _nop_(); CS = 1; /釋放ADC0832 DATO = 1; Clk = 1; return dat;void delay(unsigned int i) /延時程序,i是形式參數(shù),i為1時 延時約1ms unsigned int j; for(;i>0;i-) /變量i由實際參數(shù)傳入一

22、個值,因此i不能賦初值 for(j=0;j<125;j+) /j由0自增到125 所用的時間大約是1MS ;void display1(unsigned int t) unsigned char code TAB110=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F; P0=TAB1t; P2=0x7F;void display2(unsigned int t) unsigned char code TAB210=0xBF,0x86,0xDB,0xCF,0xE6,0xED,0xFD,0x87,0xFF,0xEF; P0=TAB2t; P

23、2=0xBF;void display3(unsigned int t) unsigned char code TAB110=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F; P0=TAB1t; P2=0xDF;void drive() unsigned char Drive;Drive=1; delay(5); Drive=0; delay(5);void main() /主函數(shù) unsigned char a=3.921,b,c; unsigned char ADC_out; /儲存A/D轉換后的值 unsigned char High,

24、Mid,Dec; /分別儲存轉換后的整數(shù)部分與小數(shù)部分 Heater=0;/define heater control signalMotor=0;/define motor control signal CH=0x00; P2=0xff; /初始化位選，全關 P0=0xff;LED1=1; LED2=1;while(1) ADC_out=adc0832(CH); /進行A/D轉換 c=(ADC_out*a)/10; if(ADC_out!=0) High=(ADC_out*a)/100; /計算整數(shù)部分 b=(ADC_out*a)%100; Mid=b/10; /計算小數(shù)部分 Dec=(AD

25、C_out*a)%10; display1(High); /顯示十位數(shù) delay(5);/延時5ms display2(Mid); /顯示個位數(shù) delay(5); /延時5ms display3(Dec); /顯示小數(shù) delay(5); /延時5ms if(c>0&&c<50) LED1=0;/指示熱機開，紅燈 Heater=1; Motor=0; if(c>55) LED1=1;/指示熱機關，紅燈 Heater=0; if(c>70) LED2=0;/綠燈指示風機開 Motor=1; LED1=1;/紅燈關指示熱機關 if(c<65) LE

26、D2=1; Motor=0;/綠燈關指示風機關 第二章 仿真【整體仿真圖】【仿真控制效果】1、調節(jié)電位器，增大電壓，當溫度低于50度時，繼電器1的開關“閉合”，開始加熱，指示燈1“亮”；同時，繼電器2的開關處于“斷開”狀態(tài)，指示燈2處于“熄滅”狀態(tài)。2、調節(jié)電位器，增大電壓，當溫度低于55度時，繼電器1的開關保持“閉合”，繼續(xù)加熱，指示燈1“亮”；同時，繼電器2的開關保持“斷開”，指示燈2保持“熄滅”。3、 調節(jié)電位器，增大電壓，當溫度高于55度時，繼電器1的開關“斷開”，停止加熱，指示燈1“熄滅”；同時，繼電器2的開關保持“斷開”，指示燈2保持“熄滅”。4、 調節(jié)電位器，增大電壓，當溫度低于

27、70度時，繼電器1和2的開關均處于“斷開”狀態(tài)，不加熱也不降溫，指示燈1和指示燈2均“熄滅”。5、 調節(jié)電位器，增大電壓，當溫度高于70度時，繼電器2的開關“閉合”，啟動降溫設備，指示燈2“亮”；繼電器1的開關保持“斷開”，指示燈1保持“熄滅”。第三章 調試經(jīng)過此前認真的預習，查找資料、分析原理、檢查PCB板、畫仿真圖、編寫程序和調試、計算機仿真等環(huán)節(jié)的實行和準備，我們在驗收的時候成功調試出了結果，良好地完成了本次單片機課程設計的任務。1、首先我們進行了軟件的仿真，仿真電路根據(jù)開發(fā)板的導線分布事先畫在紙上，然后再用進行protues軟件進行仿真，在仿真上得到理想結果后我們才開始實物的調試。2、

28、在仿真過程中，我們首先遇到亂碼的問題，數(shù)碼管數(shù)字顯示雜亂無章，經(jīng)過線路的排查，發(fā)現(xiàn)自行表編排錯誤，與數(shù)碼管實際結構順序不符，改正線路后，顯示正常。3、后來在確定程序和實物連接無誤的情況下，板子的數(shù)碼管處于無法控制的狀態(tài)，我們調試了一下，它只能從0跳到25度，然后又跳到50度然后不再改變，因此我們就去更換了一個電路板，再次嘗試順利地得到結果：數(shù)碼管顯示0-99.9的值，當溫度小于50時，溫控器的加熱器開始加熱，代表加熱器的二極管燈亮，繼電器響一聲，當加熱到55時停止工作，二極管滅掉繼電器響一聲；當溫度大于70時，風機打開，代表風機的二極管燈亮，繼電器響一聲，當溫度降到65時，風機停止，二極管滅掉，繼電器響一聲。實物圖PCB圖第四章 結論經(jīng)過為期一周的微機原理技術課程設計，我們成功設計制作出基于單片機的溫度控制器，可以順利地模擬將溫度保持在60度左右的調節(jié)過程。順利的完成了這次單片機課設中所要求的設計，仿真，程序編寫