可編程溫控系統(tǒng)設(shè)計

1、中北大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書2015/2016學(xué)年第一學(xué)期學(xué)院：信息與通信工程學(xué)院專業(yè)：電子信息工程學(xué)生姓名：學(xué)號：課程設(shè)計題目：可編程溫控系統(tǒng)設(shè)計起迄日期：1月19日1月30日課程設(shè)計地點：學(xué)院樓201實驗室指導(dǎo)教師：楊錄學(xué)科部主任：張丕壯下達(dá)任務(wù)書日期：2015年1月18日課程設(shè)計任務(wù)書1 .設(shè)計目的：本課程設(shè)計主要針對電子信息工程專業(yè)課程體系設(shè)置的要求，安排的一種綜合性的課程設(shè)計。一方面為了培養(yǎng)學(xué)生在查閱資料、復(fù)習(xí)、學(xué)習(xí)知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)行包括光、機(jī)、電系統(tǒng)的設(shè)計、計算、仿真、編程、調(diào)試等多個環(huán)節(jié)的綜合能力培養(yǎng)；另一方面，也是對學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計前的一次大型練兵，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獨立地分析、解決實際

2、問題的實際能力。另外還培養(yǎng)學(xué)生用專業(yè)的、簡潔的文字，清晰的圖表來表達(dá)自己設(shè)計思想的能力。2 .設(shè)計內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等)：(1)分析溫控系統(tǒng)工作原理；(2)設(shè)計溫控系統(tǒng)總體方案；(3)電路的設(shè)計、仿真與調(diào)試；(4)用匯編、C或其他語言實現(xiàn)語音錄放器的編程、仿真與調(diào)試；(5)分析、總結(jié)；3 .設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：(1)提供核心器件的工作原理與應(yīng)用介紹；(2)提供電路原理圖及參數(shù)計算；(3)提供用軟件對電路的仿真、編程與分析；(4)提供符合規(guī)定要求的課程設(shè)計說明書；(5)提供參考文獻(xiàn)不少于15篇，且必須是相關(guān)的

3、參考文獻(xiàn)；課程設(shè)計任務(wù)書4 .主要參考文獻(xiàn)：(1)閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1998;(2)王遠(yuǎn).模擬電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001;(3)陳汝全.電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003;(4)畢滿滿.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006;(5)張俊謨.單片機(jī)中級教程-原理與應(yīng)用.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002;其他參考文獻(xiàn)，務(wù)必按照國標(biāo)GB7714-87文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則書寫。5 .設(shè)計成果形式及要求：(1)電路原理圖、仿真結(jié)果、程序;(2)課程設(shè)計說明書；6 .工作計劃及進(jìn)度：(1月19日開始，1月30日答辯，學(xué)生

4、自擬進(jìn)度)學(xué)科部主任審查意見：簽字：年月日目錄目錄3摘要4ABSTRACT41設(shè)計要求及方案選擇51.1 設(shè)計要求51.2 方案選擇52 理論分析與設(shè)計52.1 溫度采集電路的分析及設(shè)計52.3 直流電源電路的分析及設(shè)計63 電路設(shè)計73.1 硬件電路的設(shè)計73.1.1 51單片機(jī)83.1.2 溫度采集部分93.1.3 溫度顯示部分93.1.4 溫度處理電路103.2 軟件的設(shè)計114系統(tǒng)測試94.1 調(diào)試所用的基本儀器清單94.2 調(diào)試結(jié)果114.3 測試結(jié)果分析135總結(jié)13參考文獻(xiàn)13摘要單片機(jī)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種面向控制的大規(guī)模集成電路模塊，具有功能強、體積小、可靠性高、價格低

5、廉等特點，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表、機(jī)電一體化、家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，極大的提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動化程度。51系列單片機(jī)是國內(nèi)目前應(yīng)用最廣泛的一種8位單片機(jī)之一，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和普遍接受及應(yīng)用。51系列及其衍生單片機(jī)還會在繼后很長一段時間占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的低端市場，因此，作為新世紀(jì)的大學(xué)生，在信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，掌握單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、原理和使用是非常重要的。本次課程設(shè)計的內(nèi)容是使用89C52RO片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機(jī)為主控單元，主要用于對溫度信號的采集。關(guān)鍵詞：溫度控制51單片機(jī)DS18B20數(shù)碼管ABSTRACTSCMi

6、sthemid-20thcentury,developedamoduleforthecontroloflargescaleintegratedcircuitswithfeatures,smallvolume,highreliability,lowpriceand,inindustrialcontrol,dataacquisition,intelligentinstruments,mechanicalandelectricalintegration,homeapplianceshavebeenwidelyused,greatlyimprovethetechnicallevelintheseare

7、asandautomation.52seriesisthemostwidelyoneofa8-bitmicrocontrollerwithembeddedsystems,systemonchip,andputforwardtheconceptsofuniversalacceptanceandapplication.SCM52anditsderivativeswillalsocontinueforalongtimeaftertheaccountofthelow-endembeddedsystemproductsmarket,asthenewcentury,collegestudents,ther

8、apiddevelopmentintheinformationindustrytoday,tograspthebasicstructureofSCM,theprincipleanduseisveryimportant.Thecontentofcurriculumdesignistheuseof89C52RCfrequencymetermicrocomputersystemdesignthesystem,amicrocomputercontrolunit,mainlyusedfortheotherwavetempreturemeasurements.KeyWords：Temperaturecon

9、trol51-seriesmicrocomputerDS18B20Nixietube1設(shè)計要求及方案選擇1.1 設(shè)計要求(1)制作完成溫度檢測系統(tǒng)(溫度傳感器可選用DS18B20O(2)溫度檢測精度1度。(3)溫度能控制在一定范圍內(nèi)，超出溫度設(shè)定范圍時報警(聲光指示)(4)設(shè)計電路(5)在KEIL中編輯、編譯、調(diào)試程序，并在protuse中仿真。1.2 方案選擇利用單片機(jī)設(shè)計并制作溫度控制系統(tǒng)，電路組成框圖如圖所示。圖1-1電路組成結(jié)構(gòu)圖2理論分析與設(shè)計2.1 溫度采集電路的分析及設(shè)計溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類，前者是讓溫度傳感器直接與待測物體接觸，而后者是使溫度傳

10、感器與待測物體離開一定的距離，檢測從待測物體放射出的紅外線，達(dá)到測溫的目的。在接觸式和非接觸式兩大類溫度傳感器中，相比運用多的是接觸式傳感器，非接觸式傳感器一般在比較特殊的場合才使用，早期得到廣泛使用的接觸式溫度傳感器主要有熱電式傳感器，其中將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢變化的稱為熱電偶傳感器?，F(xiàn)在的溫度傳感器已經(jīng)走向數(shù)字化，集成化，外形小，接口簡單，廣泛用于生活中的各個領(lǐng)域。方案一：采用熱敏電阻可以用熱敏電阻對溫度感應(yīng)程度來實現(xiàn)對輸入信號的改變，精度比較高，但是價格比較貴。方案二：采用熱電偶熱電偶是目前接觸式測溫中應(yīng)用也十分廣泛的熱電式傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡

11、單、制造方便、測溫范圍寬、熱慣性小、準(zhǔn)確度高、輸出信號便于遠(yuǎn)傳等優(yōu)點。但是，由于熱電偶來采集溫度的話會用到運放的比較器電路，信號放大電路，譯碼器電路來將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號繼而在數(shù)碼管上顯示出來，電路結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。方案三：采用二極管二極管在正向?qū)〞r由于少子的存在和導(dǎo)電性，所以導(dǎo)通電壓會受溫度影響，優(yōu)點是價格便宜，對電路要求低，但缺點是精度不高。方案四：采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20DS18B20是美國半導(dǎo)體公司推出的第一片支持一線總線的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器的優(yōu)點，可以直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字供微處理器處理。用此前器件后續(xù)電路只需要用單片機(jī)

12、控制，電路簡單而且精確度高。綜上所述：由于本次課設(shè)的要求是對一個較范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行采集，所以對精度的要求較高，考慮到成本問題，并且保證電路結(jié)構(gòu)簡明，本次試驗采用方案三進(jìn)行溫度采集。2.2 溫度顯示電路的分析及設(shè)計本次設(shè)計要求對所檢測的溫度信號進(jìn)行測量顯示，并且精確度至少為1攝氏度。方案一：用數(shù)碼管顯示通過51單片機(jī)這個微處理器得到轉(zhuǎn)化后的溫度數(shù)值后，通過程序設(shè)定，是可以精確到小數(shù)點后兩位的，所以本次實驗中用4位數(shù)碼管就可以了，接口較少。并且數(shù)碼管消耗的電力比液晶顯示更加清晰，適合在白天等強光下顯示。缺點是只能夠顯示數(shù)字，不能夠顯示出其他有用信息。方案二：用1602液晶屏顯示也可以利用1602來

13、對轉(zhuǎn)換后的溫度進(jìn)行顯示進(jìn)行控制，但是由于液晶是反光式的，在外界光線很明亮?xí)r容易看不清楚。它的優(yōu)點是可以顯示出文字信息，很明了。另外，其價格比數(shù)碼管要貴得多。綜上所述：本次設(shè)計中主要是顯示出已經(jīng)測到的溫度值，并不需要顯示其他文字信息，考慮到價格及可見清晰度問題，決定采用方案一。2.3 直流電源電路的分析及設(shè)計本次實驗中多處用到+5v的電壓源供電，如LED的點亮，DS18B2C8I腳處需要的高點平等。方案一：用4個1.5v的電池串聯(lián)起來用電池盒裝上4個電池，然后加在外圍電路中即可。但是實際值6v,比標(biāo)準(zhǔn)的5V稍高一些，可能影響DS18B20勺工作。方案二：用USB口正好產(chǎn)生的5v電壓來供電。此方法

14、不需要額外去找5V的電壓源供電，進(jìn)一步是的電路簡單。缺點是這樣接的話，一旦外圍電路出現(xiàn)問題，燒壞外部器件的同時，可能會通過USB害電腦。綜上所述：考慮到成本和便利，本實驗采用方案二。3電路設(shè)計3.1 硬件電路的設(shè)計運用74HC0451單片機(jī)、七段數(shù)碼管、LED晶振、電解電容、DS18B2眼鍵、USBg口組成全部系統(tǒng)。圖3-1溫度控制系統(tǒng)原理3.1.1 51單片機(jī)運用單片機(jī)處理溫度轉(zhuǎn)化成的串行數(shù)字信號，實現(xiàn)信號處理。將獲得的結(jié)果通過輸出裝置輸出顯示在七段數(shù)碼管上，并且在最后的處理部分也借用了P2口的三個引腳，來8點亮所需要點亮的LED燈。89C52單片機(jī)組成結(jié)構(gòu)中包含運算器、控制器、片內(nèi)存儲器、

15、并行I/O口、串行I/O口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。-U1390po.omooPD.1/AD1PD.2/AD2XTAL2PQ.3/AD3P0.4/A1MP0.5WD5PD.6MD6RSTPQ.7/M)7P2/A9P2.2/A10,11838;1I373639M：d34:533；632；72B2122-5_IX2324-一P5EN12守也1iALEP2.4/A12EAP2.5W13P2.6/A14P27ZA15PI0/T2P3.0/RXOpiirraEXps.i/txdPI.2P3.2/INT0PI.3P3.3/INT1PI.5P3.5/T1F1.6P3.6/WR-P1TP3.

16、7/RD現(xiàn)253126127-23.10b21-：_312d日13514L_7I5-1?E：IIAT89C52-.TE：圖3.1.1單片機(jī)控制部分電路3.1.2 溫度采集部分運用一個DS18B2W度傳感器作為外部溫度的檢測部分，并將采集好的申行數(shù)字信號供單片機(jī)處理。3.1.3 溫度顯示部分4個和四位七段數(shù)碼管組成顯示部分，LM016L液晶模塊采用HD44780空制器，hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機(jī)MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器(IR)和數(shù)據(jù)寄存器(DR忙標(biāo)志(BF),顯示

17、數(shù)RAMDDRAM字符發(fā)生器ROMACGOROM字符發(fā)生器RAMCGRAM地址計數(shù)器RAM(AC川R用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM口CGRAM,者暫存從DDRAMPCGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM?8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種.8位字符編碼和字符的對應(yīng)關(guān)系。圖3.1.3溫度顯示部分3.1.4 溫度處理電路按鈕來控制，使電路中的溫度有高有低。按鈕按下，溫度高于設(shè)定的溫度時，LED1亮；按鈕按下，溫度

18、正好是設(shè)定的溫度時，LED2亮；按鈕按下，溫度低于設(shè)定的溫度時，LED35;103.2 軟件的設(shè)計#include#defineW_IOP1/位選線從左往右分別與P1.0-P1.3相連3.3 fineS_IOP0/段選線從A-DP,分別與P0.0-P0.7相連#defineucharunsignedchar#defineulongunsignedlong#defineuintunsignedintuintt;uinttemp;floatftemp;sbitLED1=P2A0;sbitLED2=P2A4;sbitLED3=P3A1;sbitds=P3A4;sbitaa=P3A5;sbitbb=P

19、3A6;ucharTime4;數(shù)碼管要顯示的6位數(shù)字intcodeS_Data10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;intcodeW_Data4=0x0e,0x0D,0x0B,0x07;voiddelayms(inttime)/延時函數(shù)inti,j;for(i=time;i0;i-)for(j=110;j0;j-);voidLED(ucharData4,uchardp)/七段數(shù)碼管上的顯示程序inti=0,j=0;P0=0XFF;for(i=0;i4;i+)if(dp!=i)W_IO=W_Datai;S_IO=S_DataDa

20、tai;elseW_IO=W_Datai;S_IO=S_DataDatai&0x7f;delayms(5);voidinit18b20()DS18B20復(fù)位，初始化函數(shù)11(dat=(j1);開始獲取溫度并轉(zhuǎn)換uinti;init18b20();ds=0;return(dat);delayms(1);i=103;xie1wei(0xcc);while(i0)i-;xie1wei(0x44);ds=1;voidxie1wei(uchari=4;dat)/寫一字節(jié)uintwhile(i0)i-;uinti;du_temp_cunchuqi()讀ucharj;存儲器中存儲的溫度并bitdu1wei(

21、)讀一位數(shù)bittest;轉(zhuǎn)換據(jù)for(j=1;j1;delayms(1);bitdat;if(test)xie1wei(0xcc);ds=0;i+;/i+?起延時作ds=0;i+;i+;xie1wei(0xbe);用ds=1;a=du1zijie();ds=1;i+;i+;i=8;b=du1zijie();dat=ds;while(i0)i-;temp=b;i=8;while(i0)i-;temp0)i-;(ds=1;returntemp;uchari,j,dat;i+;i+;dat=0;voidbaojin()/溫度處理for(i=1;i=8;i+)(if(temp3200)LED2=1;

22、t=du_temp_cunchuqi();LED3=1;aa=0;/t=2345;bb=1;Time0=t/1000;elseLED1=1;if(temp=2500&tempLED2=1;Time1=t%1000/100;=3200)LED3=0;Time2=t/10%10;aa=1;Time3=t%10;bb=1;voidmain()/主函數(shù)LED(Time,1);LED1=1;baojin();LED2=0;while(1)LED3=1;xie_temp_zhuanh4系統(tǒng)測試4.1調(diào)試所用的基本儀器清單Proteus軟件是英國LabCenterElectronics公司出版的EDAX具軟

23、件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDAL具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDAL具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PC暇計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCBS計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺,其處理器模型支持8051、HC11PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVRARM8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLA磬多種編譯器。選中單片機(jī)AT89C52左鍵點擊AT89C52在出現(xiàn)的對tS框里點擊ProgramFile按鈕，找到剛才編譯得到的HEX文件，然后點擊“OK按鈕就可以模擬了。點擊模擬調(diào)試按鈕的9運行按鈕，進(jìn)人調(diào)試狀態(tài)4.2調(diào)試結(jié)果溫度信號模擬，仿真結(jié)果如圖圖4.2.1高溫時，可見D3亮11圖4.2.2室溫時，可見D2亮fiBCEEFGDF圖4.2.3低溫時，可見D1亮124.