可编程温控系统设计

1、中北大学课程设计任务书 2015/2016 学年第 一 学期学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 可编程温控系统设计 起 迄 日 期： 1月19日1月 30日 课程设计地点： 学院楼201实验室 指 导 教 师： 杨 录 学科部 主 任： 张丕壮 下达任务书日期: 2015 年 1 月18 日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：本课程设计主要针对电子信息工程专业课程体系设置的要求，安排的一种综合性的课程设计。一方面为了培养学生在查阅资料、复习、学习知识的基础上，进行包括光、机、电系统的设计、计算、仿真、编程、调试等多个环节的综合能力

2、培养；另一方面，也是对学生进行毕业设计前的一次大型练兵，进一步培养学生独立地分析、解决实际问题的实际能力。另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：（1）分析温控系统工作原理；（2）设计温控系统总体方案；（3）电路的设计、仿真与调试；（4）用汇编、C或其他语言实现语音录放器的编程、仿真与调试；（5）分析、总结；3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：（1）提供核心器件的工作原理与应用介绍；（2）提供电路原理图及参数计算；（3）提供用软件对电路的仿真、编程与分析；（4

3、）提供符合规定要求的课程设计说明书；（5）提供参考文献不少于15篇，且必须是相关的参考文献； 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：（1） 阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，1998；（2） 王远.模拟电子技术.北京：机械工业出版社，2001；（3） 陈汝全.电子技术常用器件应用手册.北京：机械工业出版社，2003；（4） 毕满清.电子技术实验与课程设计.北京：机械工业出版社，2006；（5） 张俊谟.单片机中级教程-原理与应用.北京：北京航空航天大学出版社，2002；其他参考文献，务必按照国标GB771487文后参考文献著录规则书写。5设计成果形式及要求：（1）电路原理图、仿

4、真结果、程序；（2）课程设计说明书；6工作计划及进度：（1月19日开始，1月30日答辩，学生自拟进度）学科部主任审查意见： 签字： 年 月 日目录目录1摘 要2ABSTRACT21 设计要求及方案选择31.1设计要求31.2方案选择32 理论分析与设计32.1温度采集电路的分析及设计32.3直流电源电路的分析及设计43电路设计53.1 硬件电路的设计53.1.1 51单片机53.1.2温度采集部分63.1.3 温度显示部分63.1.4 温度处理电路73.2软件的设计74 系统测试104.1调试所用的基本仪器清单104.2调试结果104.3测试结果分析115 总结11参考文献12摘 要 单片机是

5、20世纪中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，具有功能强、体积小、可靠性高、价格低廉等特点，在工业控制、数据采集、智能仪表、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一，随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍接受及应用。51系列及其衍生单片机还会在继后很长一段时间占据嵌入式系统产品的低端市场，因此，作为新世纪的大学生，在信息产业高速发展的今天，掌握单片机的基本结构、原理和使用是非常重要的。本次课程设计的内容是使用89C52RC单片机最小系统设计温度控制系统，系统以单片机为主控单元，主

6、要用于对温度信号的采集。关键词：温度控制 51单片机 DS18B20 数码管ABSTRACT SCM is the mid-20th century, developed a module for the control of large scale integrated circuits with features, small volume, high reliability, low price and, in industrial control, data acquisition, intelligent instruments, mechanical and electrical

7、integration,home appliances have been widely used, greatly improve the technical level in these areas and automation. 52 series is the most widely one of a 8-bit microcontroller with embedded systems, system on chip, and put forward the concepts of universal acceptance and application.SCM 52 and its

8、 derivatives will also continue for a long time after the account of the low-end embedded system products market, as the new century, college students, the rapid development in the information industry today, to grasp the basic structure of SCM, the principle and useis very important. The content of

9、 curriculum design is the use of 89C52RC frequency meter microcomputer system design the system, a microcomputer control unit, mainly used for the other wave tempreture measurements.Key Words: Temperature control 51-series microcomputer DS18B20 Nixie tube1 设计要求及方案选择1.1设计要求（1）制作完成温度检测系统（温度传感器可选用DS18B

10、20）。（2）温度检测精度1度。（3）温度能控制在一定范围内，超出温度设定范围时报警（声光指示）。（4）设计电路（5）在KEIL中编辑、编译、调试程序，并在protuse中仿真。1.2方案选择利用单片机设计并制作温度控制系统，电路组成框图如图所示。图1-1 电路组成结构图2 理论分析与设计2.1温度采集电路的分析及设计温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线，达到测温的目的。在接触式和非接触式两大类温度传感器中，相比运用多的是接触式传感器，非接触式传感器一般在比较特殊

11、的场合才使用，早期得到广泛使用的接触式温度传感器主要有热电式传感器，其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器，将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。现在的温度传感器已经走向数字化，集成化，外形小，接口简单，广泛用于生活中的各个领域。方案一：采用热敏电阻可以用热敏电阻对温度感应程度来实现对输入信号的改变，精度比较高，但是价格比较贵。方案二：采用热电偶热电偶是目前接触式测温中应用也十分广泛的热电式传感器，它具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传等优点。但是，由于热电偶来采集温度的话会用到运放的比较器电路，信号放大电路，译码器电路来将模拟信号转化为数字

12、信号继而在数码管上显示出来，电路结构过于复杂。方案三：采用二极管二极管在正向导通时由于少子的存在和导电性，所以导通电压会受温度影响，优点是价格便宜，对电路要求低，但缺点是精度不高。方案四：采用数字化温度传感器DS18B20DS18B20是美国半导体公司推出的第一片支持一线总线的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器的优点，可以直接将温度转化成串行数字供微处理器处理。用此前器件后续电路只需要用单片机控制，电路简单而且精确度高。 综上所述：由于本次课设的要求是对一个较范围内的温度进行采集，所以对精度的要求较高，考虑到成本问题，并且保证电路结构简明，本次试验采用方案三进

13、行温度采集。2.2温度显示电路的分析及设计本次设计要求对所检测的温度信号进行测量显示，并且精确度至少为1摄氏度。方案一：用数码管显示通过51单片机这个微处理器得到转化后的温度数值后，通过程序设定，是可以精确到小数点后两位的，所以本次实验中用4位数码管就可以了，接口较少。并且数码管消耗的电力比液晶显示更加清晰，适合在白天等强光下显示。缺点是只能够显示数字，不能够显示出其他有用信息。方案二：用1602液晶屏显示也可以利用1602来对转换后的温度进行显示进行控制，但是由于液晶是反光式的，在外界光线很明亮时容易看不清楚。它的优点是可以显示出文字信息，很明了。另外，其价格比数码管要贵得多。综上所述：本次

14、设计中主要是显示出已经测到的温度值，并不需要显示其他文字信息，考虑到价格及可见清晰度问题，决定采用方案一。2.3直流电源电路的分析及设计本次实验中多处用到+5v的电压源供电，如LED的点亮，DS18B20引脚处需要的高点平等。方案一：用4个1.5v的电池串联起来。用电池盒装上4个电池，然后加在外围电路中即可。但是实际值6v，比标准的5v稍高一些，可能影响DS18B20的工作。方案二：用USB接口正好产生的5v电压来供电。此方法不需要额外去找5v的电压源供电，进一步是的电路简单。缺点是这样接的话，一旦外围电路出现问题，烧坏外部器件的同时，可能会通过USB伤害电脑。综上所述：考虑到成本和便利，本实

15、验采用方案二。3电路设计3.1 硬件电路的设计运用74HC04、51单片机、七段数码管、LED、晶振、电解电容 、DS18B20按键、USB接口组成全部系统。 图3-1 温度控制系统原理3.1.1 51单片机 运用单片机处理温度转化成的串行数字信号，实现信号处理。将获得的结果通过输出装置输出显示在七段数码管上，并且在最后的处理部分也借用了P2口的三个引脚，来点亮所需要点亮的LED灯。 89C52单片机组成结构中包含运算器、控制器、片内存储器、并行I/O口、串行I/O口、定时/计数器、中断系统、振荡器等功能部件。图3.1.1 单片机控制部分电路3.1.2温度采集部分运用一个DS18B20温度传感

16、器作为外部温度的检测部分，并将采集好的串行数字信号供单片机处理。图3.1.2 获取外界温度电路3.1.3 温度显示部分4个和四位七段数码管组成显示部分，LM016L液晶模块采用HD44780控制器，hd44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能，LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式，hd44780控制器由两个8位寄存器，指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）忙标志（BF），显示数RAM（DDRAM），字符发生器ROMA（CGOROM）字符发生器RAM（CGRAM），地址计数器RAM(AC)。IR用于寄存指令码，只能写入不能读出，DR用于寄存数据

17、，数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM,或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据，BF为1时，液晶模块处于内部模式，不响应外部操作指令和接受数据，DDTAM用来存储显示的字符，能存储80个字符码，CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160中和5*10点阵字符32种.8位字符编码和字符的对应关系。图3.1.3 温度显示部分3.1.4 温度处理电路 按钮来控制，使电路中的温度有高有低。 按钮按下，温度高于设定的温度时，LED1亮； 按钮按下，温度正好是设定的温度时，LED2亮； 按钮按下，温度低于设定的温度时，LED3亮；图3.1.4 温度控制部分 3.2软件的设计13#includ

18、e <reg52.h>#define W_IO P1 /位选线从左往右分别与 P1.0-P1.3相连#define S_IO P0 /段选线从A-DP，分别与P0.0-p0.7相连#define uchar unsigned char#define ulong unsigned long#define uint unsigned intuint t;uint temp;float ftemp;sbit LED1=P20;sbit LED2=P24;sbit LED3=P31; sbit ds=P34; sbit aa=P35; sbit bb=P36;uchar Time4;/数码

19、管要显示的6位数字int code S_Data10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;int code W_Data4=0x0e,0x0D,0x0B,0x07;void delayms(int time)/延时函数int i,j;for(i=time;i>0;i-)for(j=110;j>0;j-);void LED(uchar Data4,uchar dp)/七段数码管上的显示程序 int i=0,j=0;P0=0XFF;for(i=0;i<4;i+) if(dp!=i) W_IO=W_Datai; S_I

20、O=S_DataDatai; else W_IO=W_Datai; S_IO=S_DataDatai&0x7f;delayms(5);void init18b20()/DS18B20复位，初始化函数uint i;ds=0;i=103;while (i>0)i-;ds=1;i=4;while(i>0)i-;bit du1wei () /读一位数据uint i; bit dat;ds=0;i+;/i+?起延时作用ds=1;i+;i+;dat=ds;i=8;while(i>0)i-;return(dat);uchar du1zijie()/读一字节数据uchar i,j,d

21、at;dat=0;for(i=1;i<=8;i+)j= du1wei ();dat=(j<<7)|(dat>>1);return(dat); void xie1wei (uchar dat)/写一字节 uint i; uchar j; bit test; for(j=1;j<=8;j+)test=dat&0x01; dat=dat>>1; if(test) ds=0;i+;i+; ds=1; i=8; while(i>0)i-; else ds=0; i=8; while(i>0)i-; ds=1; i+;i+; void x

22、ie_temp_zhuanhuan()/开始获取温度并转换init18b20(); delayms(1); xie1wei (0xcc); xie1wei (0x44); uint du_temp_cunchuqi()/读存储器中存储的温度并转换 uchar a,b; init18b20(); delayms(1); xie1wei (0xcc); xie1wei (0xbe); a=du1zijie(); b=du1zijie();temp=b;temp<<=8;temp=temp|a;ftemp=temp*0.0625;temp=ftemp*100+0.5;return tem

23、p; void baojin()/温度处理 if(temp<2500) aa=1; bb=0; LED1=0; LED2=1; LED3=1;else if(temp>=2500&&temp<=3200) aa=1; bb=1; LED1=1; LED2=0; LED3=1;else if(temp>3200) aa=0;bb=1; LED1=1; LED2=1;LED3=0;void main()/主函数while(1) xie_temp_zhuanhuan(); t=du_temp_cunchuqi(); /t=2345; Time0=t/1000;

24、 Time1=t%1000/100; Time2=t/10%10; Time3=t%10;LED(Time,1); baojin();4 系统测试4.1调试所用的基本仪器清单Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代

25、码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。选中单片机AT89C52，左键点击AT89C52，在出现的对话框里点击Program File按钮，找到刚才编译得到的HEX文件，然后点击“OK”按钮就可以模拟了。点击模拟调试按钮的运行按钮，进人调试状态。4.2调试结果温度信号模拟，仿真结果如图。图4.2.1 高温时，