计算机控制系统课程设计多点温控采暖控制系统

1、一题目背景随着生活水平的提高，人们对家居需求由面积需求变为舒适需求。地板采暖采用辐射方式供暖，符合人体生理需求曲线，如果控制系统选取得当，不仅可以提高房间舒适度，更可以使系统运行费用降低许多。如今一般是在典型位置安装一个温控装置，温控装置连接到壁挂炉，温控器根据室温和温度设定直接控制锅炉运行，各房间不同回路由工作人员凭经验手动调节分水器球阀，改变不同回路的流量，从而达到调节各房间的室温的效果。使用这种控制方法，即使是有经验的工作人员，也难以调节得十分准确，何况各家庭成员由于年龄不同，所需舒适温度不同，需要经常对室温进行调节。又因为微型计算机在智能化电器发展中起着至关重要的作用，而单片机经济实用

2、、开发简便，因而在工业控制、家电智能化等领域占据了广泛的市场。所以针对上述状况，利用at80c52单片机、adc0808、dac0832等元器件设计了多点温控采暖控制系统，根据室内各点温度设定实时控制采暖系统，从而提高居室的舒适性以及采暖的经济性。二设计题目及意义：本设计是基于单片机at80c52的控制系统，按照设计目的，设计了具有a/d和d/a功能的信号测控装置，可输出标准电压/电流信号。为此选取了合适的a/d转换器和d/a转换器，并扩展了led显示、键盘及与上位机通讯等功能。 系统分为硬件和软件两部分，其中硬件包括：室温控制器、a/d、d/a转换器、显示、控制、报警；软件包括：键盘管理程序

3、设计、显示程序设计、控制程序设计和室温控制程序设计。本系统通过软件实现对室内温度的调整，以提高系统的安全性、可靠性和稳定性。本设计从实际应用出发选取了体积小、精度相对高的温度传感元件adc0808作为数模转换器，单片机at89c52作为主控芯片，数码管作为显示输出，实现了对室内地热水温度的控制。三 .系统总体框架：80c52单片机adc0832信号放大器晶闸管调压器晶闸管加热路热敏电阻电阻网数字滤波dac0808给定温度值图1 系统总体设计框图图2 整体设计原理图四系统硬件设计：4.1 单片机：at89c5280c52是intel公司mcs-51系列单片机中基本的产品，它采用intel公司可靠

4、的chmos工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的 mcs-51的hcmos产品。它结合了hmos的高速和高密度技术及chmos的低功耗特征，它基于标准的mcs-51单片机体系结构和指令系统，属于 80c51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。 80c52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器ram、8k片内程序存储器（rom）32个双向输入/输出(i/o)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。 此外，80c52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式

5、下冻结 cpu而ram定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存ram数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80c52有 pdip(40pin)和plcc(44pin)两种封装形式。4.1.2 at89c51管脚图及引脚功能vcc：供电电压。gnd：接地。p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的

6、8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数

7、据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口作为at89c51的一些特殊功能口。 管脚备选功能p3.0 rxd（串行输入口）p3.1 txd（串行输出口）p3.2 /int0（外部中断0）p3.3 /int1（外部中断1）p3.4 t0（记时器0外部输入）p3.5 t1（记时器1外部输入）p3.6 /wr

8、（外部数据存储器写选通）p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处

9、理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。/ea / vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。图3 at89c51管脚图4.2

10、 a/d转换器：adc0808adc0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行a/d转换。利用它磕直接输入8个单端的模拟信号分时进行a/d转换，在多点巡回 检测和过程控制，运动控制中应用十分广泛。4.2.1 adc0808工作原理adc0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路 模拟输入信号中的一个进行a/d转换。adc0808是adc0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿

11、真时采用adc0808进行a/d转换，实 际使用时采用adc0809进行a/d转换。图4 adc0808与单片机接口电路4.2.2 adc0808管脚图及各引脚功能电源电压（vcc）：6.5v 控制端输入电压：-0.3v15v 其它输入和输出端电压：-0.3vvcc+0.3v 贮存温度：-65+150 功耗（t=+25）：875mw 引线焊接温度：气相焊接（60s）：215；红外焊接(15s)：220抗静电强度：400vadc0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。各引脚功能如下：15和2628（in0in7）：8路模拟量输入端。 8、14、15和1721：8位数字量输出端。

12、 22（ale）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 6（start）： ad转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动a/d转换）。 7（eoc）： ad转换结束信号，输出，当ad转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 9（oe）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当ad转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 10（clk）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640khz。 12（vref（+）和16（vref（-）：参考电压输入端 11（vcc）：主电源输入端。 13（gnd）：地。

13、2325（adda、addb、addc）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。图5 adc0808管脚图4.3 d/a转换器：dac0832dac0832是8分辨率的d/a转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个da芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。d/a转换器由8位输入锁存器、8位dac寄存器、8位d/a转换电路及转换控制电路构成。4.3.1 dac0832管脚图及各引脚功能di0di7：数据输入线，tll电平。 ile：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。 cs：片选信号输入线，低电平有效。 wr1：为输入寄存器的写选通信号。 x

14、fer：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 wr2：为dac寄存器写选通输入线。 iout1:电流输出线。当输入全为1时iout1最大。 iout2: 电流输出线。其值与iout1之和为一常数。 rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻. vcc:电源输入线 (+5v+15v) vref:基准电压输入线 (-10v+10v) agnd:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地. dgnd:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.图6 dac0832管脚图4.3.2 adc0832工作原理根据对dac0832的数据锁存器和dac寄存器的不同的控制方式，dac0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲

15、方式和双缓冲方式。 dac0832引脚功能电路应用原理图dac0832是采样频率为八位的d/a转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使dac0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路d/a异步输入、同步转换等)。所以这个芯片的应用很广泛,关于dac0832应用的一些重要资料见下图： d/a转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过rfb端引用片内固有电阻，也可外接。dac0832逻辑输入满足ttl电平，可直接与ttl电路或微机电路连接。图7 dac0832与8255a的引脚接口电路

16、4.4 8255aintel 8086/8088 系列的可编程外设接口电路（programmable peripheral interface)简称 ppi，型号为8255（改进型为8255a及8255a-5），具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入/输出接口电路。它是一片使用单一+5v电源的40脚双列直插式大规模集成电路。8255a的通用性强，使用灵活，通过它cpu可直接与外设相连接。8255a在使用前要写入一个方式控制字，选择a、b、c三个端口各自的工作方式，共有三种：方式0 ：基本的输入输出方式，即无须联络就可以直接进行的 i/o方式。其中a、b、c口的高四位或低四位可分别设置成

17、输入或输出。方式1 ：选通i/o,此时接口和外围设备需联络信号进行协调，只有a口和b口可以工作在方式1，此时c口的某些线被规定为a口或b口与外围设备的联络信号，余下的线只有基本的i/o功能，即只工作在方式0.方式2： 双向i/o方式，只有a口可以工作在这种方式，该i/o线即可输入又可输出，此时c口有5条线被规定为a口和外围设备的双向联络线，c口剩下的三条线可作为b口方式1的联络线，也可以和b口一起方式0的i/o线。8255a是一个并行输入、输出器件，具有24个可编程设置的i/o口，包括3组8位的i/o为pa口、pb口、pc口，又可分为2组12位的i/o口：a组包括a口及c口高4位，b组包括b口

18、及c组的低4位。图8 8255a与单片机引脚连接图4.5 键盘 键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。键盘实质上是一组按键开关的集合。图9上线先温度调整键盘键盘4.6 lcd显示1602字符型lcd通常有14条引脚线或16条引脚线的lcd，多出来的2条线是背光电源线 vcc(15脚)和地线gnd(16脚)，其控制原理与14脚的lcd完全一样。显示容量:16×2个字符芯片工作电压:4.55.5v工作电流:2.0ma(5.0v)模块最佳工作电压:5.0v字符尺寸:2.95×4.35(w×h)mm引脚功能说明：第1脚v

19、ss一般接地第2脚vdd接电源（+5v）第3脚v0液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度）。第4脚rsrs为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚r/wr/w为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚ee(或en)端为使能(enable)端，下降沿使能。第7脚db0低4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）第8脚db1低4位三态、 双向数据总线 1位第9脚db2低4位三态、 双向数据总线 2位第10脚db3低4位三态、 双向数据总线 3位第11脚db4高4位三态、 双向数据总线 4位第12脚db5高4位三态、 双向数据总线 5位第13脚db6高4位三态、 双向数据总线 6位第14脚db7高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flag）第15脚bla背光电源正极第16