机电一体化技术毕业设计论文样本

1、-PAGE . z.网络与继续教育学院毕 业 设 计题目：智能温度器的研究学 校：理工大学专 业： 机电一体化 姓 名： 卫康 指导教师： 江毅 完成时间： 2011年8月15日 摘要：*MT-100系列数字显示控制仪是一种带微电脑的新型全量程智能仪表。它与热电阻、热电偶、压力变送器、远程电阻压力表及各种线性变送器配合使用，可测量和控制温度、压力、流量、电压、电流等各种工业参数，适用于冶金、化工、电力、轻功、医疗、视频、半导体等行业。本文介绍了温度控制器的硬件及软件，硬件包括pt传感器、电压放大器、压频转换器lm331及89s8253-8279组成的单片机系统。关键词传感器、电压放大器、lm3

2、31、单片机目录 HYPERLINK l _Toc14347 第一章 绪论 PAGEREF _Toc14347 1 HYPERLINK l _Toc17770 第二章 本次毕业设计任务 HYPERLINK l _Toc26442 2.1设计题目：1 HYPERLINK l _Toc2401 2.2设计意义：2第三章 软件设计 HYPERLINK l _Toc6888 3.1.1 Pt温度传感器4 HYPERLINK l _Toc4640 3.1.2 恒流源介绍 PAGEREF _Toc4640 4 HYPERLINK l _Toc12155 恒流源分为流出(Current Source)和流入

3、(Current Sink)两种形式。 PAGEREF _Toc12155 4 HYPERLINK l _Toc31504 3.3 电压-频率变换器LM331 PAGEREF _Toc31504 6 HYPERLINK l _Toc26448 3.3.1 Lm331周边电路图 PAGEREF _Toc26448 6 HYPERLINK l _Toc18374 3.3.2 概述 PAGEREF _Toc18374 6 HYPERLINK l _Toc16440 3.3.3 工作原理 PAGEREF _Toc16440 7 HYPERLINK l _Toc11537 3.4 8279单片机的性能及

4、构造 PAGEREF _Toc11537 8 HYPERLINK l _Toc14565 3.4.1 芯片引脚功能说明 PAGEREF _Toc14565 8 HYPERLINK l _Toc24447 3.4.2 部构造 PAGEREF _Toc24447 10 HYPERLINK l _Toc2531 3.5 Pcb印制板电路图 PAGEREF _Toc2531 10 HYPERLINK l _Toc31438 3.5.1 PCB开展简介： PAGEREF _Toc31438 10 HYPERLINK l _Toc29225 第四章 软件设计 HYPERLINK l _Toc20149 4

5、.1 程序流程图如下 PAGEREF _Toc20149 10第五章 数和数值的编码 HYPERLINK l _Toc14122 5.1 前面板示意图及案件说明： PAGEREF _Toc14122 11 HYPERLINK l _Toc24174 5.2 仪表参数的设置流程 PAGEREF _Toc24174 12 HYPERLINK l _Toc14850 参考文献13-. z.第一章 绪论1.1单片机开展概述1946年第一台电子计算机诞生至今，只有50年的时间，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管晶体管集成电路大规模集成电路，现在一块芯片上完全可以集成几百万甚至上千万只晶体管，使得

6、计算机体积更小，功能更强。特别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的开展，计算机在工农业，科研，教育，国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。单片机诞生于20世纪70年代，象Fairchid公司研制的F8单片微型计算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。

7、20世纪70年代，微电子技术正处于开展阶段，集成电路属于中规模开展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的开展阶段，元件集成规模还比拟小，功能比拟简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，象Farichild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的开展奠定了根底，成为单片机开展史上重要的里程碑。在MCS-48的带着下

8、，其后，各大半导体公司相继研制和开展了自己的单片机，象Zilog公司的Z8系列。到了80年代初，单片机已开展到了高性能阶段，象INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,*的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开发了具有自己特色的专用单片机。80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也

9、越来越大，寻址空间甚至可达64kB，可以说，单片机开展到了一个全新阶段，应用领域更广泛，许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化开展道路。泛的应用。因此研究和设计数控激光切割有很强的现实意义。微机控制技术正在发挥出巨大的优越性。1.2单片机开展趋势现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的开展过程，可以预示单片机的开展趋势，大致有：1.低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出时的功耗达630m

10、W，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商根本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机开展的主要途径。2.微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、

11、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(外表封装)越来越受欢送，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向开展。3.主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，

12、兼容其构造和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的开展势头，中国的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期，这种情形将得以延续，将不存在*个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同开展的道路。第二章 本次毕业设计任务2.1设计题目：温度控制器2.2设计意义：温度控制器控制方法一般分为两种：一种是由被冷却

13、对象的温度变化来进展控制，多采用蒸气压力式温度控制器，另一种由被冷却对象的温差变化来进展控制，多采用电子式温度控制器。温度控制器可分为： 1机械式温度控制器分为：蒸气压力式温度控制器、液体膨胀式温度控制器、气体吸附式温度控制器、金属膨胀式温度控制器。其中蒸气压力式温度控制器又分为：充气型、液气混合型和充液型。家用空调机械式温度控制器都以这类温度控制器为主。 2.电子式温度控制器分为：电阻式温度控制器和热电偶式温度控制器。传统的温度控制器的电热元件一般以电热棒、发热圈为主，两者里面都用发热丝制成。发热丝通过电流加热时，通常到达1000以上，所以发热棒、发热圈部温度都很高。一般进展温度控制的电器机

14、械，其控制温度多在0-400之间，所以，传统的温度控制器进展温度控制期间，当被加热器件温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停顿加热。但这时发热棒或发热圈的部温度会高于400，发热棒、发热圈还将会对被加热的器件进展加热，即使温度控制器发出信号停顿加热，被加热器件的温度还往往继续上升几度，然后才开场下降。当下降到设定温度的下限时，温度控制器又开场发出加热的信号，开场加热，但发热丝要把温度传递到被加热器件需要一定的时候，这就要视乎发热丝与被加热器件之间的介质情况而定。通常开场重新加热时，温度继续下降几度。所以，传统的定点开关控制温度会有正负误差几度的现象，但这不是温度控制器本身的问题，而是整个

15、热系统的构造性问题，使温度控制器控温产生一种惯性温度误差，此次设计重点则是解决传统温度控制器系统构造上存在的问题。2.3主要容：系统任务本装置的任务是对温度进展实时监测与控制。温度的变化会使pt温度传感器阻值发生变化，让恒流源电流通过电阻，根据U=I*R对电阻取电压，用电压放大器对电压值放大，压频转换器lm331对电压值进展转换，把输出的频率信号出入单片机比拟处理，频率信号大于一定值时则发出中断。第三章 硬件电路设计3.1 恒流源与pt传感器电路图及原理3.1.1 Pt温度传感器pt温度传感器是一种稳定性和线性都比拟好的白金热电阻传感器,电阻式温度检测器(RTD,Resistance Temp

16、erature Detector)是一种物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻係数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大局部电阻式温度检测器是以金属作成的,其中以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,最为稳定耐酸碱、不会变质、相当线性.,最受工业界采用。PT温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+T)其中=0.00392,Ro为100(在0的电阻值),T为摄氏温度因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。传感器的接入非常简单,从系统的 5

17、V 供电端仅仅通过一支电阻就连接到 PT100 了.这种接法通常会引起严重的非线性问题,但是.由于有了单片机的软件校正作为后盾,因此就简化了传感器的接入方式. 恒流源介绍恒流源分为流出(Current Source)和流入(Current Sink)两种形式。最简单的恒流源，就是用一只恒流二极管。实际上，恒流二极管的应用是比拟少的，除了因为恒流二极管的恒流特性并不是非常好之外，电流规格比拟少，价格比拟贵也是重要原因。最常用的简易恒流源用两只同型三极管，利用三极管相对稳定的电压作为基准，这种恒流源优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，也没有使用特殊的元件，有利于降低产品的本钱。缺点是不同型

18、号的管子，其电压不是一个固定值，即使是一样型号，也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下，这个电压也会有一定的波动。因此不适合精细的恒流需求。为了能够准确输出电流，通常使用一个运放作为反应，同时使用场效应管防止三极管的电流导致的误差。如果电流不需要特别准确，其中的场效应管也可以用三极管代替。恒流源的实质是利用器件对电流进展反应，动态调节设备的供电状态，从而使得电流趋于恒定。只要能够得到电流，就可以有效形成反应，从而建立恒流源。能够进展电流反应的器件，还有电流互感器，或者利用霍尔元件对电流回路上*些器件的磁场进展反应，也可以利用回路上的发光器件例如光电耦合器，发光管等进展反应。这些方式都能够构成

19、有效的恒流源，而且更适合大电流等特殊场合。电路图及原理图3.1 pt传感器与恒流源电路令AA、BB与CC3段电阻阻值相等为r，恒=流源IA=IBUA=IA*r+IA*R+IA*rUB=IB*r+IB*rUA-UB=UAB=IA*R3.2 电压放大器电路电路图图3.2 电压放大器电路图放大器的电压放大公式：U=Au+-u-，其中U为输出电压，A为放大器放大倍数，u+-u-=UA-UB ，UA-UB为图一中UAB 。电路中引入电容是为了降低干扰脉冲。放大电路引入电压负反应后，能够使输出电压稳定。任何外界因素引起输电压不稳时，输出电压的变化将通过反应网络立即回送到放大电路的输入端，并与原输入信号进展

20、比拟，得出与前一变化相反的有效输人信号，从而使输出电压的变化量得到削弱，输出电压便趋于稳定。可见，负反应使放大电路具有了自动调节能力。电压负反应能够稳定输出电压。3.3 电压-频率变换器LM331Lm331周边电路图图3.3 lm331周边电路概述LM331是美国NS公司生产的性能价格比拟高的集成芯片，可用作精细频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度围和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。LM331的动态围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线

21、性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路，并且容易保证转换精度。LM331的部电路组成如图1所示。由输入比拟器、定时比拟器、RS触发器、输出驱动管、复零晶体管、能隙基准电路、精细电流源电路、电流开关、输出保护管等局部组成。输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。LM331可采用双电源或单电源供电，可工作在4.040V之间，输出可高达40V，而且可以防止Vcc短路。工作原理图3.4 lm331原理图上图是由LM331组成的电压频

22、率变换电路，LM331部由输入比拟器、定时比拟器、RS触发器、输出驱动、复零晶体管、能隙基准电路和电流开关等局部组成。输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。当输入端Vi输入一正电压时，输入比拟器输出高电平，使RS触发器置位，输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0为逻辑低电平，同时电源Vcc也通过电阻R2对电容C2充电。当电容C2两端充电电压大于Vcc的2/3时，定时比拟器输出一高电平，使RS触发器复位，输出低电平，输出驱动管截止，输出端f0为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容C2通过复零

23、晶体管迅速放电；电子开关使电容C3对电阻R3放电。当电容C3放电电压等于输入电压Vi时，输入比拟器再次输出高电平，使RS触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。输出脉冲频率f0与输入电压Vi成正比，从而实现了电压频率变换。其输入电压和输出频率的关系为：fo=(VinR4)/(2.09R3R2C2) 由式知电阻R2、R3、R4、和C2直接影响转换结果f0，因此对元件的精度要有一定的要求，可根据转换精度适中选择。电阻R1和电容C1组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。-. z.DB0DB7：双向数据总线，用来传送8279与CPU之间的数据和命令。CLK：时钟输入线，用以产

24、生部定时的时钟脉冲。RESET：复位输入线，8279复位后被置为字符显示左端输入，二键闭锁的触点回弹形式，程序时钟前置分频器被置为31，RESET信号为高电平有效。CS：片选输入线，低电平有效，单片机在此端为低时可以对8279进展读写操作。AA0：缓冲器低位地址，当A0为高电平时，表示数据总线上为命令或状态；为低电平时，表示数据总线上为数据。RD：读信号输入线，低电平有效，将缓冲器读出，数据送往外部总线。wr：写信号出入线，低电平有效，将数据从外部数据总线写入8279的缓冲器。IRQ:中断请求输出线，高电平有效，在键盘工作方式下，当FIFO/传感器RAM中有数据时，此中断线变为高电平，在FIF

25、O/传感器RAM每次读出时，中断线就下降为高电平。在传感器工作方式中，每当探测到传感信号变化时，中断线就变为高电平。SL0SL3：扫描线，用来扫描按键开关、传感器阵列和显示数字，这些线可被编码或被译码。RL0RL7：回送线，经过按键或传感器开关与扫描线连接，这些回送出入线部设置有上拉电路，使之保持为高电平，只有当一个按键闭合时，对应的返回线变为低电平；无按键闭合时，均保持高电平。Shift：换位功能，当有开关闭合时被拉为低电平、没有按下shift开关时，shift输入端保持高电平，在键盘扫描方式中，按键一闭合，按键位置就和换位输入状态一起被存储起来。TL/STB:当此开关闭合时将其拉到低电平，

26、否则始终保持高电平，对于键盘输入方式，此线用作控制输入端，当键被按下时，按键位置就和控制输入状态一起被存储起来。在选通输入方式中，作选通用，把数据存入FIFO ram中。OUTA0OUTA3及OUTB0OUTB3:显示输出A口及B口，这两个口是16*4的显示器更新存放器输出，这些输出端输出的数据与扫描线SL0SL3同步，供多路切换的数字显示。这两个端口被独立控制，也可以看成一个8位端口。BD:空格显示，此输出端信号用于在数字转换时将显示空格，或者用现实空格命令控制其显示空格字符。Vcc：+5V电源输入线。Vss：地线输入线。SL0SL3：扫描线，用来扫描按键开关、传感器阵列和显示数字，这些线可

27、被编码或被译码。RL0RL7：回送线，经过按键或传感器开关与扫描线连接，这些回送出入线部设置有上拉电路，使之保持为高电平，只有当一个按键闭合时，对应的返回线变为低电平；无按键闭合时，均保持高电平。Shift：换位功能，当有开关闭合时被拉为低电平、没有按下shift开关时，shift输入端保持高电平，在键盘扫描方式中，按键一闭合，按键位置就和换位输入状态一起被存储起来。TL/STB:当此开关闭合时将其拉到低电平，否则始终保持高电平，对于键盘输入方式，此线用作控制输入端，当键被按下时，按键位置就和控制输入状态一起被存储起来。在选通输入方式中，作选通用，把数据存入FIFO ram中。OUTA0OUT

28、A3及OUTB0OUTB3:显示输出A口及B口，这两个口是16*4的显示器更新存放器输出，这些输出端输出的数据与扫描线SL0SL3同步，供多路切换的数字显示。这两个端口被独立控制，也可以看成一个8位端口。BD:空格显示，此输出端信号用于在数字转换时将显示空格，或者用现实空格命令控制其显示空格字符。Vcc：+5V电源输入线。Vss：地线输入线。SL0SL3：扫描线，用来扫描按键开关、传感器阵列和显示数字，这些线可被编码或被译码。RL0RL7：回送线，经过按键或传感器开关与扫描线连接，这些回送出入线部设置有上拉电路，使之保持为高电平，只有当一个按键闭合时，对应的返回线变为低电平；无按键闭合时，均保

29、持高电平。Shift：换位功能，当有开关闭合时被拉为低电平、没有按下shift开关时，shift输入端保持高电平，在键盘扫描方式中，按键一闭合，按键位置就和换位输入状态一起被存储起来。TL/STB:当此开关闭合时将其拉到低电平，否则始终保持高电平，对于键盘输入方式，此线用作控制输入端，当键被按下时，按键位置就和控制输入状态一起被存储起来。在选通输入方式中，作选通用，把数据存入FIFO ram中。OUTA0OUTA3及OUTB0OUTB3:显示输出A口及B口，这两个口是16*4的显示器更新存放器输出，这些输出端输出的数据与扫描线SL0SL3同步，供多路切换的数字显示。这两个端口被独立控制，也可以

30、看成一个8位端口。BD:空格显示，此输出端信号用于在数字转换时将显示空格，或者用现实空格命令控制其显示空格字符。Vcc：+5V电源输入线。Vss：地线输入线。第四章 软件设计4.1 简述本装置的软件设计包括主程序、键盘处理子程序、显示子程序、温度设定子程序以及相关硬件的初始化子、写程序、和读程序等。程序完成的功能：启动系统获取一频率值F*,PT温度传感器的比例系数K的获取方法如下：第五章 数和数值的编码计算机只认得二进制数，要计算机处理的所有的数，都要用二进制数字来表示，所有的字母、符号亦都要用二进制编码来表示。5.1 进位计数制1、十进制数：1有十个不同的数字符号0、19。2逢十进一。不同位

31、置的数字代表的数值是不同的有个位、十位2、二进制数：1只有二个符号0、1；2逢二进一，不同的数码在不同的数位，所代表的值也不同。3、十六进制数：1用16个不同的数码符号09以及A、B、C、D、E、F来表示数值；2逢十六进位。在不同的数位，数码所表示的值是不同的。5.2 二进制编码在计算机中，是采用二进制数。因而，要在计算机中表示的数、字母、符号等都要以特定的二进制码来表示，这就是二进制编码。 1、二进制编码的十进制数：BCD码Binary-Coded Decimal 2、字母与字符的编码 字母和各种字符$、#也必须按特定的规则用二进制编码才能在机中表示。普通的是采用ASCII( America

32、n Standard Code for Information Interchange码。09的ASCII码为30H39H,大写字母AZ的ASCII码为41H5AH。 5.3带符号数的表示法1、机器数与真值通常用最高位作为符号位，假设字长为8位即D7为符号位，D6D0为数字位，符号位用0表示正，用1表示负如*01011011B91*11011011B912、原码按上所述，正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示，这种表示法就称为原码。*105 *原01101001*105 *原111010013、反码正数的反码表示与原码一样，最高位为符号位，用0表示正，其余位为数值位。4100 0 0 0

33、0 1 0 0符号 二进制数值31100 0 0 1 1 1 1 1127100 1 1 1 1 1 1 1而负数的反码表示为它的正数的按位取反连符号位而形成的。4100 0 0 0 0 1 0 04101 1 1 1 1 0 1 1 反码表示31100 0 0 1 1 1 1 131101 1 1 0 0 0 0 0 反码表示127100 1 1 1 1 1 1 1127101 0 0 0 0 0 0 0 反码表示00 0 0 0 0 0 0 001 1 1 1 1 1 1 1 反码表示4、补码正数的补码表示与原码一样，即最高位为符号位，用0表示正，其余位为数值位。如【4】补【4】原【4】反

34、0 0 0 0 0 1 0 0【127】补【127】原【127】反0 1 1 1 1 1 1 1负数的补码表示为它的反码，并在其最后位即最低位加1形成。如 【4】原0 0 0 0 0 1 0 0【4】反1 1 1 1 1 0 1 1 是4各位取反【4】补1 1 1 1 1 1 0 0 反码1【31】原0 0 0 1 1 1 1 1【31】反1 1 1 0 0 0 0 0【31】补1 1 1 0 0 0 0 1【0】原0 0 0 0 0 0 0 0【0】反1 1 1 1 1 1 1 1【0】补0 0 0 0 0 0 0 08位带符号数的补码特点：1【0】补【0】补0 0 0 0 0 0 0 028位二进制补码所能表示的数值为1271283一个用补码表示的二进制数，最高位为符号位。当符号位为0即正数)时，其余七位即为此数的二进制值；当符号位为1即负数时，其余几位不