基于单片机AT89S51的温度控制系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 (论文 ) 综合毕业实践题目：  单片机 系     部 :   所学专业：    学生姓名：    班级：    学号：    起迄日期：    实践地点：    指导教师：    专业技术职务：    顾问教师：   年    月  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 摘       要  单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的 功能和质量，又降低了成本，简化了设计。本文主要介绍单片机在温度控制中的应用。  温度测量在工业，农业，国防等行业有着广泛的应用，而且随着科学技术的发展对温度测量的精度要求愈来愈高。由于 片机的设计时间有限其精度不是很高，但它的测温范围很宽（ 01000 ），可以直接应用在对温度精度要求不高的各种现场。  制 仪 ,采用 高精度的 并将 微弱的电流 信号转换成 电压信号 ，通过放大电路最终交由模 /数转换芯片 A/ 极数码管。该测量仪可实现多点（ 2点）不同区域测量，巡回自动。还具有超温报警和自动控制功能，当温度超过某一设定值时，系统控制 电路 来关闭加温设备。  由以上大致分析，整个系统控制将由 用 数转换芯片，各个检测信号、控制信号、显示信号可由单片机的 I/O 口进行，并由程序保证系统抗干扰的能力。  关键字： 度  、 软件设计  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 目       录  摘       要  . 1 第一章  温度计的概述 . 4 1度巡回测量控制仪基本要求  . 4 1挥部分  . 4 1计的基本思路及系统的组成  . 4 第二章  方案的论证  . 5 2系统设计方案的论证与比较  . 5 第三章  硬件基本单元的设计  . 5 3片机最小系统  . 5 3位电路  . 6 3钟电路  . 6 3片机的结构组成  . 7 3部结构   . 7 3脚功能  . 7 3样系统及温度传感器的选择  . 9 3样系统  . 9 3度传感器的选择  . 10 3成运放的选择  . 11 3大系统  . 11 3成运放的选择  . 11 3制系统及光电耦合器的选择  . 12 3制系统  . 12 3电耦合器的选择  . 12 3：  . 14 3示系统及显示器的选择  . 15 3示系统  . 15 3示器的选择  . 15 3源电路  . 16 第四章    软件设计  . 17 4发软件及编程语言的简介   . 17 4发系统  . 17 4序设计语言  . 17 4序模块化处理  . 17 4 源配置  . 18 4序清单  . 18 4序入口地址  . 18 4程序  . 18 4示程序  . 19 4时器中断子程序  . 20 4度检测子程序  . 21 4 转换子程序  . 23 4转换子程序  . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 4度控制子程序  . 25 4警子程序  . 25 4盘子程序用于调节设定值  . 26 第五章  调试及小结  . 28 5试报告   . 28 5计小结：  . 29 结束语  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 第一章  温度计的概述  1度巡回测量 控制 仪 基本要求  （ 1）测定温度分三挡  室温、 100c 、 127c 等  三档。  （ 2）被测温度显示：单位为摄氏度；最大测温范围是 127c ，温度误差不大于 ；  （ 3）控制电路失控后要报警。  1挥部分  （ 1） 温度的分档限制了实际温控随时改变的应用。为了实用我们添加了键盘为了随时改变温控的实用性。  （ 2）设定温度的显示：单位为摄氏度，范围是 0 127 之间的任意整数 。  1计的基本思路 及系统的组成  设计一个实用 温度巡回测量 控制 仪 的基本思路是：当由传感器传来模拟信号，经放大电路放大之后，送到 ，转换为数字信号送到 89 89 按照设计的基本要求， 电热锅炉温度控制系统由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、及控制执行模块等组成。其中核心处理模快用 片机来控制；而温度采集模块应包括温度转换、信号放大和 盘用来设定温度值。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - 信号采集  信号放大           D 转换  电源部分  温度显示  报警控制  键盘控制  温度控制  第二章  方案的论证  2系统设计方案的论证与比较  方案一    采用 以使用最为普遍的器件 控制上使用对电阻丝加电使其升温和开动风扇使其降温。此方案简易可行 ,器件的价格便宜 ,但增加了调试的复杂性 ,且 个转换通道 ,对本课题来说通道造成资源浪费。  方案二    采用比较流行的 为电路的控制核心 ,使用 行数据转换 ,控制可控硅的通断以实行对温度的连续控制 ,此方案电 路简单并且可以满足题目中的各项要求的精度。  说明：但由于条件的限制我们采用方案二但是使用 上分析 ,我们采用方案二。系统设计总体框图如下。  第三章  硬件基本单元的设计  3片机最小系统  0P 20P 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - 3位电路  片机通常是上电自动复位。如图 示。上电瞬间， 路充电， 于本系统的时钟频率是 6个机器周期2须 保持 4上高电平即可。  1 2 1 1 2 1 6 2T f M H z u S  为了保证微分脉冲宽度足够大 的值应大于两个机器周期  一般取 4 . 7 1 0u F  容 ， 的 电 阻。  3钟电路  单片机虽然有内部震荡电路，但要形成时钟，必须外接附加电路。本系统   外接晶体以 及电容 构成并联谐振电路，接在放大器反馈回路中内部震荡，内部产生自激震荡，一般晶振在 2间任选。对外接电容值虽然设有严格要求，但电容值的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - 大小会影响震荡频率的高低，振荡器的稳定性，起振的快速性和温度的稳定性。外接晶体时，  常选 20接陶瓷谐振时，  典型值为 47 3片机的结构组成  注： 机构说明 ：（主要以 80 一种带 4K 字节闪烁可编程可 擦除只读存储器（ 低电压，高性能 微  器 处理器，俗称单片机。  3部结构   从图中看到 80片内部集成了 时 /计数器 I/O 口等功能部件 ,并由内部总线把这些部件连接在一起。  80 1）一个 8位  2）一个片内振荡齐和时钟电路；  3） 4 80 48780  4） 128字节的  5）可寻址 64 6）两个 6位定时 /计数器；  7） 21个特殊功寄存器；  8） 4个 8位并行 I/O 口，共 32条可编程 I/ 9）一个可编程全双工串行口：  10) 5个中断源，可设置成 2个优先级。  3脚功能  80 40个引脚，图 1为引脚排  列图。右图为  逻辑符号图。 40个引脚大致可分为 4类：电源、时钟、控  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - 制和 I/ 1）   +5V；  2）  接地端。列图。右图为  逻辑符号图。 40个引脚大致可分为 4类：电源  时钟、控  制和 I/ ）   +5V；  2）  接地端。    晶体振荡电路反相输入端和输出端。使用内部振荡器电路时外接石英晶体。   控制线共有 4根，其中 3根是复用线。所谓复用线是指具有两种功能，正常使用时是一种功能，在其中条件下是另一种功能。  1）  地址锁存 /片内  1来锁存 位地址。  80包括并行扩展 I/O 口时， 位地址和数据信号，且均为二进制数。那么如何区分是低 8位地址还是 8位数据信号呢？当 位地址信号； 号无效时， 位数据信 号。在 定 低 8位地址信号。  需要指出的是，当 执行访问外 令（ ， 时钟振荡频率 1/6 的固定频率输出，因此 号也可作为外部芯片 钟或其他需要。但是，当  个 电路。  2芯片，在 引脚输入编程脉冲。  2）  外  80外 ，每个机器周期内 次有效输出。 作为 片输出允许读内 效。  个 电路。  3）  复位 /备用电源。  1正常工作时， 为复位信号输入端，只要在该引脚上连续保持两个机器周期以上高电平， 80片即实现复位操作，复位后一切从头开始，  0000H 开始执行执行指令。  2能：在 电的情况下，该引脚可接上备用电源，由 片内  电，以保持片内  4）  内外 择 /片内  1能：正常工作时， 内外 择端。 80片机 址范围为 64买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 9 - 中 4片内， 60片外（ 80片无内 部在外面）。当 持高电平时，先访问内 当 序计数器）值超过 40，将自动转换向执行外  只访问 管芯片内有否内  80内无 此 须接地。  2内有 芯片，在 引脚用于施加编程电源  对 4个控制引脚，应熟记其第一功能，了解其第二功能。  严格来讲， 803口的第二功能。  1 I/80个 8位并行 I/ 32个引脚。  1）   8 位双向 I/O 口。在不并行扩展外存储器（包括并行扩展 I/O 口）时， 用作双向 I/ 在并行扩展外存储器（包括并行扩展 I/O 口）时， 用于分时低 8 位地址（地址总线）和 8位数据信号（ 数据总线）。  个 。  2） 8位准双向 I/准双向”是指该口内部有固定的上拉电阻）。  个  3） 8位准双向 I/ 在不并行扩展外存储器（包括并行扩展 I/O 口）时， 。  在并行扩展外存储器（包括并行扩展 I/O 口）时， 用于传送高 8 位地址（属地址总线）。  个 。  4） 8位准双向 I/ 可作一般 I/时 于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线） 。   行口输入端；   行口输出端；   部中断 0请求输入端；   部中断 1请求输入端 .   定时 /计数器 0外部信号输入端；   时 /计数器 1外部信号输入端    外    写选电气号输出端；   个   上述 4 个 I/O 口，各有各的用途。在不并行扩展外存储器（包括并行扩展 I/O 口）时， 4 个 I/O 口都可作为双向 I/O 口用。在并行扩展外存储器（包括并行扩展 I/， 位地址信号和 8 位数据信号， 位地址信号。 根据需要常用于第二功能，真正可提供用户使用的 I/O 口是 和一部分未用作第二功能 端线。  3样系统及温度传感器的选择  3样系统  电路的设计：考虑计算调试和编程的方便，取 00应 0买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 10 - 0 1 2 7 ，即每对应 1c ，数字量为 02H。模拟量为  m a  . 0 3 9 4 /127r e   由  0 2 7 3t I u A当 时 ，  0 , 5 , 273r e  R    得  5 18315273VR 为了实际应用有 15 3度传感器的选择  温控传统的模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和 温度的监控，在一些温度范围内线 性不好，需要进行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片 ，有实际尺寸小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有  1） 类器件主要用于精确地测温。它们具有测温误差小、动态电阻高、响应速度快、微功耗、传输距离远、体积小等优点 ，适合远距离测温和控温，不需要进行非线型校正。  司生产的采用激光修正的精密集成温度传感器。 瓷封装（测温范围均为 50）、 温范围为0-+70）。采用 装的 器件的外形与小功率晶体管相仿，共有三个管脚： 1 正极， 2 负极， 3 接管壳。使用时将管壳接地，可起到屏蔽作用。 测温范围均为 50，最大非线型误差 响应时间仅 20s， 重复性误差低至 ,功耗约 2   工作电压范围： +4+30V 测温范围：  +150  温度系数：  1 A/K 25电流输出（    买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 11 - 输出阻抗：                 102） 35/335温度传感器  35/335 系列是美国国家半导体公司（ 产的一种高精度易校正的集成温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管。该系列器件灵敏度为 10，具有小于 1的动态阻抗，工作电 流范围从 400 度为 1， 55 +150，温度范围为 +125，  +100。封装形式有 系列器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。  经过分析论证我们决定使用 件连接图见单元电路 。  3成运放的选择  3大系统  u 当温度是 127c 时   1 2 7 2 7 3 1 / 4 0 0I c u A K u A  由5 5 1 8 3 1 5 4 0 0 2 . 3 2 6U V R I V u A V 5 2 3 2 6 2 . 1 5u   而 R得 2 . 1 5 1 8 3 1 5 3 9 3 7 0 因为直接用电阻来配置 39370 的电阻是不可能的。所以我们用 35K 的电阻和 10 3成运放的选择  时下发展最快的 最具有特色的六大类   通用    高精度  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 12 -  低噪声    微偏流    高速    低功耗 据设计的要求我们选择高精度  的品种。  高精度 个值越小精度越高，其价值也越大。而频率特性就相对不那么重要了，通频带限制在 10范围。为了元器件好购置我们选用的是高精度 典型产品是 品内偏置电路采用齐纳二极管补偿平衡的偏置调整技术，这在当时是具有卓越的 用中要注意：假设 设计要求增益大，那么当开环增益太小时就容易产生非线性失真。  3制系统及 光电耦合器 的选择  3制系统  为了防止电网中的干扰信号冲击 用光电耦合器  高电平时可控硅截止 停止加热状态。当 置的发光二极管发射 红外光 使可控硅导通处于加热状态。为了监控的直观可见我们使用了一个发光二极管来于被加热体同步。当加热是发光二极管亮反之灭。  下图为过零触发晶体管电路， 在正弦交流过零时自 动导通，触发大功率双向晶闸管导通。从而省去了过零检测等复杂电路减低了成本提高了可靠性。 100 欧电阻为限流电阻， 300欧为 极电阻，防止误触发，提高了抗干扰性。  3电耦合器的选择  光电耦合器，是一种半导体光电器件，由于它具有体积小、寿命长、抗干扰能力强、工作温度宽及无触点输入与输出在电气上完全隔离等特点，被广泛地应用在电子技术领域及工业自动控制领域中，它可以代替继电器、变压器、斩波器等，而用于隔离电路、开关电路、数模转换、逻辑电路、过流保护、长线传输、高压控制及电平匹配等。 种类繁多常见 的有以下几类：  三极管输出型光电耦合器电路如图 46 1中（ a）所示，它是由两部分组成的。其中，1、 2端为输入端，通常由发光器件构成； 4、 5、 6端接一只光敏三极管构成输出端，当接买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - 收到发射端发出的红外光后，在三极管集电极中便有电流输出。  1） 三极管输出型光电耦合器的特点，是具有很高的输入输出绝缘性能，频率响应可达300关时间数微秒。  2）可控硅输出型光耦合器  可控硅输出型光耦合器的电路如图 46?中（ b）所示。该器件为六脚双列式封装。当 1、2 端加入输入信号后，发射管发出的红外 光被接在 4、 5、 6 脚的光敏可控硅接收，使其导通。它可应用在低电压电子电路控制高压交流回路的开启。  3）光耦合的可控硅开关驱动器  图 46 46 2 中（ a）为光敏双向开关器件；图 46?中（ b）为过零控制电路及光敏双向开关器件组合体。它们的工作原理是：利用输入端红外光控制输出端的光敏双向开关导通，进而触发外接双向可控硅导通，达到控制负载接入交流 220中（ a）为非过零控制，图中（ b）为过零控制。本驱动器有非常好的输入与输出绝缘性，可构成固态继电器的控制电路，其输出的控制功率由可控允许功率决定。  图 46）达林顿管输出的光检测器  达林顿管输出的光检测器如图 46中（ a）所示。它是由两只管子组成复合管，具有很高的电流放大能力，形成下一级或负载的驱动电流，有较强的光检测灵敏度。  5）数字电路光耦合器  数字电路光耦合器电路如图 46中（ b）所示。光耦合器输出为施密特触发电路形式，其特点是响应速度快、数字逻辑可靠，应用于计算机接口、数控电源及电动机控制中。  6）双向开关触发器输出的光检测器  图 46 3 中的（ c）为双向开关触发器输出的光检测器电路。该图为三端器件，内部是光敏双向开关器件，收到红外光线后，双向开关器件导通，触发外接可控硅导通，使负载接入 220 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 14 - 图 46于设计要求是控制 220耦合的可控硅开关驱动器 。   引脚： 1245连接） 6器件型号  阻断电压峰值  400 V V）  15 mA/交叉禁止电压（标定  （交流峰值）  125/220 0 V/：   1 美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/于它体积小，兼容性强，性价比高。其目前已经有很高的普及率。  有以下特点：    8位分辨率；    双通道 A/  输入输出电平与 兼容；    55  工作频率为 250换时间为 32 S；    一般功耗仅为 15  8P、 14P 列直插）、 种封装；    商用级芯片温宽为 0 C 70 C，工业级芯片温宽为 C 85 C；  芯片接口说明：    选使能，低电平芯片使能。                  拟输入通道 0，或作为    拟输入通道 1，或作为    片参考 0 电位（地）。    据信号输入，选择通道控制。    据信号输出，转换数据输出。    片时钟输入。    源输入及参考电压输入（复用）。   8位分辨率 A/最高分辨可达 256级，可以适应  一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟  电压输入在 05片转换时间仅为 32 S，据有双数据输出可作为数据  校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 15 - 多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过 据输入端，可以轻易的实现  通道功能的选择。  3示系统及 显示器的选择  3 示系统  我们 使用的 显示的功能主要由软件的设计实现，为了节省系统的资源，本系统采用动态显示。 动态显示原理如下： 当向 位数据，这时只有一个数码管显示该数码，延时一段时间后可以发送第二 8位数据，显示器分时轮流工作，虽然每次只有一个显示器显示，但由于人的视觉暂留现象，我们仍能感觉到所有显示器都在同时显示。  显示电路的原理图  见  总原理图在此就不在画出。  我们 采用三极管（ 9012）驱动数码管，并控制位码的选通，只有当 应的口为 ” 0” 是低电平时数码管才被选中 。  3示器的选择  显示部分一般由 种显示。本次设计在满足要求的情况下为了节约成本决定用  1） 将单片机的并行口与数码管的笔画端相连，  优点：（ 1）亮度高  （ 2）程序简单   缺点：占用口线多  2） 将若干个数码管的同名笔画端连到一起，接到一个 8 位的并行口，各公共端接到另一个并行口。  优点：占用 I/O 断线少；电路较简单，硬件成本低；当要 求显示位数较多时，通常采用动态扫描显示方式。  缺点：编程较复杂，  当 一般将 a、 b、 g、 9片机某一个并行 I/0、 该 I/能使 如要使共阳极 0”，则 a、 b、 c、 d、 e、 f、各笔端引脚为低电平，如表所示。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 16 - 6 4 2 0 字段码  显示数字  Dp g f e d c b a   1 1 0 0 0 0 0 0  码管显示“ 0”的字段码。  小数点计否可分为七段码和八段码；按公共端连接方式可分为共阴字段码和共阳字段码，计小数点的共阴字段码与共阳字段码互为反码：按a、 b、 g、 是低位在前，又可分为顺序字段码和逆序字段码。甚至在某些特殊情况下可将 a、 b、 g、 表为共阴和共阳 码。  共阴和共阳 显示  数字  共阴顺序小数点暗  共阴逆序小数点暗  共阳顺序  小数点亮  共阳顺序  小数点暗  Dp g f e d c b a           16 进制  a b c d e