基于单片机AT89S52的水温控制系统

毕业设计〔论文〕报告课题名称：基于单片机AT89S52的水温控制系统摘要温度是工业控制对象主要被控参数之一，在温度控制中，由于受到温度被控对象特性〔如惯性大、滞后大、非线性等〕的影响，使得控制性能难以提高，有些工艺过程其温度控制好坏直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计介绍了以AT89S52单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由线性度较好的电流型温度传感器AD590采集，经过电流-电压转换及放大电路后将信号输入模数转换器ADS7818P转换为数字信号，最后传送给单片机，并通过可控硅的通断控制加热装置的平均功率。文中介绍了该控制系统的硬件局部，包括：温度采集电路、信号变换电路，温度控制电路，温度显示电路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还介绍了软件设计局部，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序和PWM控制程序。实验结果说明该系统可实现对温度的测量，并能根据设定值对温度进行调节，实现控温的目的。关键字：AT89S52，水温控制，可控硅，M0C3041AbstractThetemperatureisoneofthemainlychargedparameterswhichareindustrialcontroltargets.Itisdifficulttoenhancethecontrolperformanceduetothecharacteristicsofthetemperaturechargedobject.Suchasinertia,hysteresisandnon-linear,etc…Itstemperaturecontrolprocesswillhaveadirectimpactonthequalityoftheproductinsometechnologicalprocess.Thereforeitisabsolutevaluabletodesignanidealtemperaturecontrolsystem.Thepaperintroducesthetheoryandthedesignmethodoftemperaturecontrolsystem,thesystematiccoreofwhichisAT89S52.ThetemperaturecanbegatheredbythetemperaturetransducerAD590withagoodlinearizationandthenthesignalsshouldbeturnedthroughtheCurrent-VoltagecircuitandfinallythesignalshouldbesenttoADS7818Ptobechangedfromanalogsignalstodigitalsignalsandthentothesinglechipandcontroltheaveragepoweroftheheaterthroughcontrolledsilicon’sbreakover.Thepaperintroducesthehardareofthecontrolsystem.Itshardwarecircuitincludestemperaturegathering,signalconvert,temperaturecontrol,temperaturedisplay,andkeyboardinput.Thesinglechipcancontrolthetemperaturebydealingwiththesignalsproperly.Thepaperalsointroducesthesoftwareofthedesign.Themainproceduresaredesignedwiththemodularizestructure,whichiseasytorealize.Themainproceduresinclude:nixietubedisplayprocedure,keyboardscanprocedure,key-pressprocessingprocedure,temperaturesignalsprocessingprocedureandPWMcontrolprocedure.Theresultsdemonstratethatthesystemcanrealizetosurveythewatertemperature,anditcanadjustthetemperatureaccordingtothesettingvalue.KeyWords:AT89S52，Temperaturecontrol，Controlledsilicon，M0C3041目录摘要IAbstractII目录III第一章引言11.1水温控制系统概述11.2水温控制系统设计任务与要求1第二章水温控制系统根本设计方案22.1水温控制系统总体方框图22.2水温控制系统方案论证22.2.1控制器模块设计方案32.2.2加热装置模块设计方案32.2.3温度采集模块设计方案32.2.4键盘与显示模块设计方案3第三章水温控制系统硬件电路设计43.1温度采集局部43.1.1温度传感器AD590简介43.1.2AD590的工作原理53.2信号转换局部63.2.1电流-电压转换及放大电路63.2.2模/数转换电路73.3单片机控制局部83.3.1单片机时钟电路83.3.2单片机复位电路93.3.3单片机键盘与显示电路93.4电源电路局部103.5执行局部电路11第四章水温控制系统软件电路设计124.1软件设计总体框图124.2主程序流程图124.3数据采集转换程序设计134.4键盘与显示程序设计144.5光耦可控硅控制程序设计15第五章系统的调试与结果分析165.1AD590测温电路调试165.2摄氏温度电路调试165.2.1摄氏温度电路调试方法165.2.2摄氏温度电路局部误差分析175.3控制电路的调试175.3.1控制电路调试方法175.3.2控制电路调试过程应注意的问题185.4测试结果及分析185.5设计过程中遇到的问题及解决方法19总结20谢辞21参考文献22附录23附录1：水温控制系统各模块程序23附录2：系统电路图27附录3：系统实物图28第一章引言1.1水温控制系统概述温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域,如家电、汽车、材料、电力电子等,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同,在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用,但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。本设计采用温度传感器AD590，因其精度较高、线性度较好，从而使得测量温度更加精确。由于AD590芯片的小型化，可以通过数据线和主电路连接，故可以把温度传感器AD590做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个温度传感器AD590进行范围的温度检测。1.2水温控制系统设计任务与要求该系统为一实验系统，系统设计任务：设计一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度根本不变。系统设计具体要求：温度设定范围为40～90℃；环境温度降低时〔例如用电风扇降温〕温度控制的静态误差≤1℃；采用适当的控制方法，当设定温度突变〔由40℃提高到60℃〕时，减小系统的调节时间和超调量；用十进制数码管显示水的实际温度。第二章水温控制系统根本设计方案2.1水温控制系统总体方框图键盘显示电路键盘显示电路AT89S52控制系统AT89S52控制系统9S52模数转换器ADS7818P模数转换器ADS7818P可控硅控制电路加热丝温度传感器加热丝温度传感器AD590图2-1水温控制系统总体方框图2.2水温控制系统方案论证温度测量及加热系统控制的总体结构如图2-1所示。系统主要包括现场温度采集、实时温度显示、加热控制参数设置、加热电路控制输出和系统核AT89S52单片机作为微处理器。温度采集电路以电流型模拟传感器AD590和A/D转换器构成。单片机结合现场温度与用户设定的目标温度，按照已经编程固化的控制算法计算出实时控制量。通过PWM控制可控硅开通和关断，控制加热丝的平均功率从而决定加热电路的工作状态，使水温逐步稳定于用户设定的目标值。在水温到达设定的目标温度后，由于自然冷而使其温度下降时，单片机通过采样回的温度与设置的目标温度比拟，作出相应的调整，开启加热器。系统运行过程中的各种状态参量均可由数码管实时显示2.2.1控制器模块设计方案根据题目要求，控制器主要用于对温度测量信号的接受和处理,控制电热丝使控制对象满足设计要求,控制显示电路对温度值实时显示以及控制键盘实现对温度值的设定等。控制器模块可以选择以下方案：采用AT89S52芯片为CPU。AT89S52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机，片内含8K的可反复擦写的只读程序存储器〔PEROM〕和256bytes的随机存取数据存储器〔RAM〕，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，与标准的MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器〔CPU〕和Flash存储单元，功能强大。AT89S52单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。由此可见，AT89S52单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且其功耗低、体积小、技术成熟和本钱低，适用本设计需求。2.2.2加热装置模块设计方案本设计使用电热杯进行加热，控制电热杯的功率即可以控制加热的速度。当水温过高时，关掉电热杯进行降温处理，让其自然冷却。因此对加热装置模块可以选择以下方案：采用可控硅控制。使用可控硅可以通过较高的电压和电流，在正常条件下，工作十分可靠。可控硅前端加上光耦，即可实现电气隔离，即可实现弱电控制强电。这种电路无法精确实现电热丝功率控制，电热丝只能工作在最大功率或零功率，对控制精度将造成影响。但可由单片机对温差的处理实现分级功率控制，提高系统动态性能。在软件上选用适当的控制算法，同样可以到达较好的效果。2.2.3温度采集模块设计方案本设计温度信号为模拟信号，要对温度进行控制和显示，所以要把模拟量转换为数字量。该温度采集模块可以选择以下方案：采用模拟温度传感器AD590。AD590属于电流型模拟温度传感器，先将输出的电流转换为电压同时将信号放大滤波后送入模数转换器建立电流-电压-数字信号的对应关系AD590可使系统结构比拟简单，可靠性高。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面带来了令人满意的效果。2.2.4键盘与显示模块设计方案键盘采用单片机最小系统上矩阵键盘实现，只用其中四个。显示模块用数码管实现。第三章水温控制系统硬件电路设计3.1温度采集局部温度传感器AD590简介AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：

a、流过器件的电流〔mA〕等于器件所处环境的热力学温度〔开尔文〕度数，即：Ir/T=1mA/K式中：Ir—流过器件〔AD590〕的电流，单位为mA；

T—热力学温度，单位为K。

b、AD590的测温范围为-55℃～+150℃。

c、AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V~6V范围变化，电流TI变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

AD590的功能及特性：

AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图3-1所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V＋；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图3-1所示。图3-1AD590外形及电路符号AD590的主特性参数如下：

工作电压：4～30V；

工作温度：－55～＋150℃；

保存温度：－65～＋175℃；

正向电压：＋44V；

反向电压：－20V；

焊接温度〔10秒〕：AD590的工作原理

在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和5～30V的直流电源相连，并在输出端串接一个1kΩ的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有1mV／K的电压信号。其根本电路如图3-2所示。图3-2感温局部核心电路图3-2是利用ΔUBE特性的集成PN结传感器的感温局部核心电路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等；T3、T4是感温用的晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但T3实质上是由n个晶体管并联而成，因而其结面积是T4的n倍。T3和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压为ΔUBE。因此，电流I1为：I1＝ΔUBE／R＝〔KT／q〕〔lnn〕／R

对于AD590，n＝8，这样，电路的总电流将与热力学温度T成正比，将此电流引至负载电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性，所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。图3-2中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻，该电阻已用激光修正了其电阻值，因而在基准温度下可得到1μA／K的I值。图3-3AD590内部结构图上图3-3所示是AD590的内部电路，图中的T1～T4相当于图3-3中的T1、T2，而T9，T11相当于图3-2中的T3、T4。R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供出厂前调整之用。T7、T8，T10为对称的Wilson电路，用来提高阻抗。T5、T12和T10为启动电路，其中T5为恒定偏置二极管。

T6可用来防止电源反接时损坏电路，同时也可使左右两支路对称。R1，R2为发射极反响电阻，可用于进一步提高阻抗。T1～T4是为热效应而设计的连接方式。而C1和R4那么可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得T9，T10，T11三者的发射极电流相等，并同为整个电路总电流I的1／3。T9和T11的发射结面积比为8：1，T10和T11的发射结面积相等。

T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R5和R6上，因此可以写出：ΔUBE＝〔R6－2R5〕I／3

R6上只有T9的发射极电流，而R5上除了来自T10的发射极电流外，还有来自T11的发射极电流，所以R5上的压降是R5的2／3。

根据上式不难看出，要想改变ΔUBE，可以在调整R5后再调整R6，而增大R5的效果和减小R6是一样的，其结果都会使ΔUBE减小，不过，改变R5对ΔUBE的影响更为显著，因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正R5以进行粗调，修正R6以实现细调，最终使其在250℃3.2信号转换局部3.2.1电流-电压转换及放大电路由于AD590输出的是模拟电流信号且输出的电流极小，因此需要加上放大电路与电流-电压转换电路，然后才能输入模/数转换器。本设计采用的放大器运放为LM324，其内部结构图如下列图3-4。其中一个作为电压跟随器，隔离后级电路对AD590的影响，从而使采集到的温度更加精确，一个与电阻构成基准电压使输出更加稳定，另一个构成差分电路输出电压信号，如下列图3-5所示。图3-4LM324结构图图3-5温度采集及转换电路前边的Lm324隔断作用，防止后边电路对前边电路造成影响后边的两个放大作用3.2.2模/数转换电路本设计要求测量温度为40～90℃范围内，静差到达小于1℃的要求，那么应要求ADC的分辨率高一些才能保持精度。设系统精度为0.1℃，以0.1℃作为ADC的区分要求那么ADC能够区分(90-40)/0.1=500个分度，故本设计采用12位串行输入ADS7818可以满足要求，下列图3-6为其外围电路。右边三个接口连接单片机图3-6A/D转换电路3.3单片机控制局部3.3.1单片机时钟电路时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统稳定性，常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。此设计选用外部时钟方式如下列图3-7：图3-7单片机时钟电路判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的方法，就是用万用表测量单片机晶振引脚〔18、19〕的对地电压，以正常工作的单片机用数字万用表测量为例：18脚对地约为2.24V，19脚对地约为2.09V。3.3.2单片机复位电路复位是单片机的初始化操作，只需给89S52的复位引脚RST加上大于2个机器周期〔即24个时钟振荡周期〕的高电平就可得89S52复位，复位时，PC初始化为0000H，使89S52从OUT单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外由于程序运行出错或操作错误而使系统进入死锁状态，为摆脱死锁状态，也需按复位键使得RST脚为高电平，使89S52重新启动。在系统中，有时会显示系统不正常，也为了调试方便，我们需要设计一个复位电路，在系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统运行过程中的用户按键复位功能。复位电路可有简单的RC电路构成。本系统采用如下所示。工作原理是：上电瞬间，RC电路充电，RESET引脚出现正脉冲，只要RESET保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效复位，如图3-8所示。图3-8单片机复位电路对于疑心是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断，单片机正常工作时第9引脚对低电压为0，可以用导线短时间和+5V连接一下，模拟一下上电复位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电路没有问题。3.3.3单片机键盘与显示电路单片机键盘电路采用矩阵键盘，但只用其中的四个键，分别为十位加，十位减，个位加，个位减。在单片机系统中，常常用数码管作显示器，一般的显示器为4位或8位。本系统使用数码管显示温度。温度的显示有两种，一种为设定温度需两位数码显示。一种为检测到的温度，需要三位数码管。数码管显示电路有静态和动态显示两种。本设计采用的属于数码管静态显示方式，共阳极数码管用74HC595驱动。也可用动态扫描的方式，但此时数码管需要三极管驱动，就会占用较多的单片机端口，而前者只占用单片机3个I/O口，节省了很大局部的资源，所以显示电路用74HC595驱动的静态显示方式。数码管七段码如下所示：显示字符共阳极段码显示字符共阳极段码00xc050x9210xf960x8220xa470xf830xb080x8040x9990x90表3-1共阳极数码管段码表静态显示方式亮度大，很容易做到显示不闪烁。它的优点是CPU不必繁忙的为显示效劳，因而主程序可不必扫描显示器，软件设计较简单，从而使单片机有更多的时间处理其他事务。3.4电源电路局部在该系统中需要用到+5V和+15V的直流稳压电源，在我们生活中一般都是使用220V的交流电，为获得高质量的直流稳压电源，这就需要我们进行电压转化。其转化如下列图3-9。滤波稳压滤波整流滤波稳压滤波整流220V输出图3-9直流稳压电路框图这里的滤波是为了滤去外界电源输入带来的一些不稳定因素，比方说纹波的影响，而用一个大电容和一个小电容的组合，是为了分别滤去低频或高频的纹波。电源局部电路如下列图：从变压器输出的交流电压经过整流、滤波后产生的不稳定直流电压，从稳压器的输入端输入，在稳压器的输出端就可得到稳定的直流电压输出。正常工作时稳压器的输入、输出电压差为2-3V，电容用来实现频率补偿。图中C1可防止由于输入引线较长而的电感效应而产生的自激。C2用来减少由于负载电流瞬时变化而引起的高频干扰。电解电容用来进一步减小低频干扰，如下列图3-10。图3-10直流稳压电源电路图3.5执行局部电路该局部电路主要解决弱电对强电的控制以及弱电与强电的隔离。图3-11执行局部电路在上图3-11所示中，MOC3041是具有双向晶闸管输出的光电隔离器，U2是功率双向晶闸管，加热丝是负载，在MOC3041内部集成了发光二极管、过零检测电路和一个小功率双向晶闸管。当单片机PWM输出为低电平“0〞时，MOC4031中的发光二极管导通，发光二极管发光，由于过零检测电路的同步作用，内部的双向晶闸管在过零后马上导通，从而使功率双向晶闸管U2导通，负载中有电流通过，反之当PWM输出为高电平“1〞时，U2截止，负载中没有电流通过。由于加热丝属于电感元件，故需在电路中接入一个0.01u的电容来校正零电位。第四章水温控制系统软件电路设计系统采用单片机作为控制单元，在系统硬件电路设计完成后，系统还要软件才能正常工作，系统性能的好坏，功能的完善与否，很大程度上取决于软件设计，本系统采用模块化编程，这样比拟简单。下面详细介绍该系统的软件设计局部。4.1软件设计总体框图键值处理PWM波产生键值处理PWM波产生键盘扫描LED显示AD采样及上传光耦控制加热主控程序模块图4-1软件设计主题框图图4-1软件设计主题框图4.2主程序流程图主程序包括AT89S52本身的初始化等，大体说来，本程序包括设置有关标志、暂存单元和显示缓冲区清零、T1初始化、CPU开中断、温度显示和键盘扫描等程序。初始化后，各子程序顺序调用执行，但执行的频率应不相同，如显示子程序可控制为1ms执行一次，而采样子程序只需1s执行一次，进入子程序后首先判断时间计数器即可实现对子程序执行周期的控制。程序按照模块化设计，所有功能都可通过调用子程序完成，主程序较简单，流程图如下列图4-2所示。开始开始系统初始化系统初始化键盘扫描，去抖处理键盘扫描，去抖处理取键值取键值N键值处理键值处理是否有数据采样处理是否有数据采样处理YA/D转换处理A/D转换处理光耦可控硅控制光耦可控硅控制图4-2主程序流程图4.3数据采集转换程序设计在一个数据采集系统中，通过传感器先将被测得的物理量变成模拟电压或电流信号，然后由A/D转换器将此模拟量再转换成数字量后，即可确定被测物理量的数值。为了使数据采集子程序具有一定通用性，将数据缓冲区首地址、被采集数据块长度、A/D转换器模拟输入通道地址以及A/D转换器数据通道地址等作为子程序的运作参数，由主程序在调用该程序前向子程序进行传递。由于测量环境和测量元器件的影响，在测量一定物理量数值时往往存在误差，所以我们采用屡次测量求平均值的方法求得其流程图如下列图4-3开始开始是否有温度采样？是否有温度采样？YAD采样数据处理AD采样数据处理转换成温度值N转换成温度值转换成十进制转换成十进制LED显示LED显示结束结束图4-3数据采集转换程序流程图4.4键盘与显示程序设计由于机械触点有弹性，在按下或弹起按键时会出现抖动，从最初按下到接触稳定要经过数毫秒的弹跳时间，如图4-4所示。为了保证探险键识别的准确性，必须消除抖动。消抖处理有硬件和软件两种方法：硬件消抖是利用加支抖动电路滤防止产生抖动信号；软件消抖是利用数字滤波技术来消除抖动。我们采用软件的方法，利用主程序循环扫描，主程序每循环一次扫描到的键值相同时，那么说明是某键按下。图4-4按键波形图开始开始是否有确认键按下？是否有确认键按下？Y刷新LED显示电路N刷新LED显示电路是否有确认键按下是否有确认键按下Y设置系统状态为温度确认状态N设置系统状态为温度确认状态LED显示LED显示结束结束图4-5键盘与显示程序流程图4.5光耦可控硅控制程序设计光耦可控硅是和单片机的P3.7脚相连的，它的开断取决于P3.7脚的输出。当输出大于零说明设定值小于等于实际输出值，调节占空比，这时关闭电炉，同时关闭定时器的计时。否那么如果输出值小于设定值1摄氏度时就调节占空比，翻开电炉对水开始加热。如果设定值与实际输出值差值在1摄氏度以内时，我们就停止加热。具体程序见附录1。第五章系统的调试与结果分析5.1AD590测温电路调试AD590的工作电压可以在4V-30V的范围内选用，但某一工作电压一经确定后，应尽可能使其稳定，因为工作电压波动将引起AD590输出电流在一定程度的相对漂移，造成测量误差。AD590输出电流在远距离传输时，虽然它对导线产生的压降不敏感，但应防止传输导线回路受电磁干扰影响产生感应电势而导致回路电流变化造成测量误差。由于AD590的增益有偏差，电阻也有偏差，因此应对电阻进行调整。调整方法为：如图3-5把AD590放于冰水混合物中调节电位器Rv2，各温度对应的电流电压值如下表5-1所示：摄氏温度/℃AD590电流/uA经30K电压/v0273.28.19640313.29.39650323.29.69660333.29.99670334.210.02680335.210.05690336.210.086100337.210.116表5-1AD590测试电路电流、电压表5.2摄氏温度电路调试5.2.1摄氏温度电路调试方法由于AD590测得的开氏温度必须转化为摄氏温度〔如图3-5〕，当T=50℃时和T=0℃时，变换电路输出电压上限Umax=5v,电压下限为Umin=0V,实现的方法是调整Rv1。当温度为0℃时，通过AD590的电流为273.2uA，此时M1处电压为8.196v，调节Rv1使输出M2处电压为0V。其余各温度所对应的输出电压M2处具体对应数值如下表5-2所示：温度/℃040465870788290理论值/v01.201.381.742.102.342.462.70v实测值/v01.2111.5081.7412.0982.3162.4272.674绝对误差/v00.0110.1280.001-0.002-0.024-0.033-0.026表5-2温度与所对应的电压表定标方法：a、断开温度转换电路图中M1点，串入万用表，调节电位器Rv2，使万用表读数为273.2uA，取下万用表，接通M1点。b、将AD590置于50℃水中〔封装后〕，调整Rv1〔此时不可再动Rv2〕，使M2点电压为1.50V。c、将AD590置于0℃冰水混合物中，测试M2点电压为0V。d、再将AD590置于50℃水中，测试M2点电压应为1.50V，如有偏离，可微调电位器Rv1，使M2值为1.50V。e、重复b、c、d过程二到三次，就可使M2点电压保持0℃时的0V和50℃的1.50V。5.2.2摄氏温度电路局部误差分析1、电阻的精确度未到达要求。2、运算放大器产生的漂移。3、测量工具自身的精度问题。5.3控制电路的调试5.3.1控制电路调试方法如图3-11所示1、将光耦M0C3041的电压输入端加上5V电压2、将加热器接在电路中，并给电路加220V电压3、在PWM输入端加低电平，观察加热器是否开始加热4、在PWM输入端加高电平，观察加热器是否停止加热5、假设控制电路满足3、4要求，那么说明双向晶闸管能正常通断，控制电路能正常工作，否那么检查各个芯片及其连接情况。5.3.2控制电路调试过程应注意的问题由于加热器工作电压为220v，因此在测试时应将电源与电路板连接处的导线用绝缘胶封住，防止造成危险。5.4测试结果及分析对电路中各个模块调试完成后，将各模块连接进行联调，根据设定温度，检测温度以及温度计读数得出以下数据表5-3：设定温度/℃动态稳定温度/℃温度计读数/℃最高显示温度/℃超调量Mp/℃5556.05657.12.16162.06263.02.06564.96566.21.27171.370.571.90.97575.17475.60.68180.37980.30.78585.08386.11.19190.98991.30.3表5-3测试结果表由以上数表可得:设定温度与温度计读数最大误差为2℃，最大超调量为2.1℃精度与要求还有一定的差距，造成此差距的可能原因有以下几点：1.电压不稳定造成的AD590输出电流漂移，使测量不准确。2.温度计、电压表等测量工具的精度问题。3.电路中各电子器件〔如电阻、电容〕的精度问题。4.A/D转换器的转换误差问题。5.软件设计算法的问题。5.5设计过程中遇到的问题及解决方法序号设计中遇到的问题原因或解决方法1电阻不精确用滑动变阻器替代2发现A/D过热烧毁A/D应加5v电压，而实际所加为5.2v，调整到5v换新片子后A/D正常工作3调整变阻器Rv2时发现LM324输出无明显变化检查电路均无问题后重新换一片LM324，输出信号正常，属片子故障。4所有电路调试正常，联调时电路没有反响经检查发现数字地与模拟地未相连，连到一起后电路实现预想功能5经检查，电路及程序均正确，却发现其中几个数码管未发亮未注意电路中使用的为共阳数码管，未亮的是共阴数码管，撤换后数码管显示正常6所制作的5v电压源不能正常输出忘记将7805的接地端接地表5-4设计过程中遇到的问题及解决方法表总结刚刚接触水温控制系统这个题目，感觉思路比拟清晰，但真正开始设计才发现理论与实践的差距，设计的过程出现了这样或那样的问题，远远超过预想，但我也坚信最终能较好完本钱次设计，正是拥有了这份信心，才最终完成了本次设计。这是我第一次比拟全面的设计一个系统，从资料的收集到方案确实定，从理论论证到投入实践，从发现问题到解决问题。这个过程是对我四年大学生活的一个小结，同时也是我继续进行学习和工作的一个起点。本次设计较好地完成了设计要求，同时也有一些缺憾，比方控制算法有待于进一步优化，从而使所设计的控制系统精度更高，同时系统功耗还有降低的空间，这些问题在设计过程中考虑不全面主要是以前自己动手较少，经验缺乏，因此在以后学习过程中要加强理论学习与实践的结合，使自己获得全面的提高。谢辞本次设计得以顺利完成，首先感谢电子系为本次设计提供了较好的实验环境和必需的实验器材，其次特别感谢我的指导老师岳彩青教员，在本次的设计过程中，岳教员在各方面都给予了认真的指导。同时感谢我的伙伴邓大磊同学，正是两个人的合作才使本次设计顺利完成，最后感谢马瑞同学在软件设计过程中给予的帮助！参考文献1.全国大学生电子设计竞赛组委会。全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编.北京：北京理工大学出版社，20042.谢自美等。电子线路综合设计。华中科技大学出版社，20063.谢自美。电子线路设计实验测试。华中科技大学出版社，20064.谢剑英、贾青。微型计算机控制技术。北京：国防工业出版社，20045.张毅坤。单片微型计算机原理及应用。西安：西安电子科技大学出版社19986.谭浩强。C程序设计。北京：清华大学出版社，20027.戴佳戴卫恒编著。电子工业出版社，51单片机C语言应用程序设计实例精讲，20078.康华光。电子技术根底(模拟局部)。北京:高等教育出版社，20059.李泽民主编。《模拟电子技术根底教程》清华大学出版社，李泽民主编，200610.杨旭东著。《实用电子电路精选[M]》，化学工业出版社，200511.胡寿松．自动控制原理．北京：国防工业出版社，2000附录附录1：水温控制系统各模块程序主程序voidmain(){sbitCLK=P1^0;sbitADDATA=P1^1;sbitCONV=P1^2;sbit GND=P3^3;sbit LOCK=P3^2;sbit CP=P3^1;sbit DATA=P3^0;sbitPWM=P3^7;//引脚设定unsignedcharq=0,p=0;//q表示占空比unsignedlongm,n;//温度计算变量unsignedcharflag1;unsignedcharkey_sbuf[8]={5,0,10,10,10,10,10,10};//初始值unsignedcharcodesegtab[11]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff};//0~9空 PWMinit();//调用PWM控制函数while(1){ jiaozheng();ADconvert();AzhuanD();//调用A/D转换函数show();//调用数码显示函数key_16();//调用按键函数}}voidtime0()interrupt1 //定时器0中断程序{ p++;if(q==100)PWM=1;elseif(p==q)PWM=0;elseif(p==100){PWM=1;p=0;q++;}TH0=(65536-500)/256; TL0=(65536-500)%256;//周期20MS}A/D转换子程序//AD转换unsignedintADconvert(){unsignedintAD=0;unsignedchari;CONV=1;CLK=0;nop;CONV=0;nop;CLK=1;nop;//clk1CLK=0;nop;CLK=1;nop;//clk2CLK=0;nop;for(i=0;i<12;i++){CLK=1;nop;AD<<=1;ADDATA=1;nop;AD|=ADDATA;CLK=0;nop;}CLK=1;nop;//clk15CLK=0;nop;CLK=1;nop;//clk16CLK=0;nop;CONV=1;nop;returnAD;}AzhuanD() //AD转换后处理{m=ADconvert();n=m*634/819+22; //输入电压=m/819//n=m*666/819;key_sbuf[5]=n/100; //拟合公式T=31.7V+2.18key_sbuf[6]=n%100/10;key_sbuf[7]=n%10;}键盘查询和键盘显示字程序//键盘查询处理voidkey_16(){ unsignedchari,j; unsignedcharscan[4]={0xF7,0xFB,0xFD,0xFE}; unsignedkey_h,key_l,key_value;//P2口低四位是行，高四位是列 for(i=0;i<4;i++) { P2=scan[i]; for(j=0;j<