PIC单片机课程设计

《PIC单片机课程设计》报告题目：温度监测与控制学生姓名：学号：指导教师：年月日第1页目录一.课程设计性质与目的····································02二.课程设计任务和要求····································02三.课程设计具体步骤3.1总体方案设计说明·································033.2硬件设计说明·····································033.3软件设计说明·····································06四.设计总结与体会4.1设计结果··········································084.2问题及解决方法····································084.2感想及体会········································08五．参考文献············································09六．附录·············································10第2页一.课程设计性质和目的：《PIC单片机课程设计》是电气工程与自动化专业及相近专业的一门重要的专业实践课，本课程在《PIC单片机》课程的基础上，通过硬件设计与软件编程与实际实验板调试的实践，进一步掌握PIC单片机的C程序语言的编写与调试，是毕业设计前的一次重要的实践，为今后走上工作岗位打下坚实的单片机应用基础。具体来说，这次课程设计能让我扩展、加深对PIC单片机应用的了解，包括中断、定时器、PWM、显示等功能模块的应用；接触项目中C语言编程的逻辑，如何一步一步实现所想要的功能；通过分析选择元件，学着查找相关元件资料；在后期，优化程序，使之能满足实际运行要求；最终完成该课程设计。二.课程设计任务和要求：我的课程设计题目是《温度监测与控制》，要求当温度T超过电机启动设定值（START_T）时，为了防止在临界温度值时的风扇频繁启/停，控制风扇的启/停要有一定的回差值（DELTA_T）,即当T=START_T时启动风扇，当T(START_T-DELTA_T)时关闭风扇，并要求START_T和DELTA_T能由用户设定。具体来说：1）利用LCD，显示实时温度，电机启动温度值及温度控制回差值；2）能够通过按键的设置增大或减小转启动温度及回差温度；3）通过LED亮灭实现预警；4）通过风扇（直流电机）实现散热。第3页三．课程设计具体步骤：3.1总体方案设计说明本课程设计利用TC74温度传感器采用温度数据，通过PIC16F877芯片IIC通信模块传送温度数据，经BCD转换，在LCD上显示出来。并且该温度值将与电机启动设定值对比，与电机启动设定值和回差值的差进行对比，调控风扇的转停，LED的闪灭。为了防止电机旋转转速过高，根据脉宽调制原理编写相应程序，利用单片机调整输出PWM的高电平时间控制直流电机的转速。3.2硬件设计说明整个系统硬件电路包括四个主要模块：LCD显示模块、按键输入模块、微型直流电机PWM控制模块。3.2.1LCD显示模块课设板所用的LCD型号为YB1602A，接线如图3.2.1所示。图中采用4位数据线接线方式，是为了节省单片机的IO口。从图中可以知道，要使用该LCD时，短路插P38、图3.2.1了解课设所需元件、模块，实现功能流程编写C程序，利用MPLAB经行调试在PROTEUS上绘制硬件仿真图在实验板上调试程序第4页P22的短路插（除RD7外）均要插上。如要使用背光控制，可将P22的短路插8插短接，如不用背光，该短路插不接。表1为LCDYB1602A的引脚功能说明。引脚名功能RS命令/数据选择：1：数据，0：命令R/W读/写选择：1：读，0：写E数据使能：下降沿送入有效DB7～DB0数据线，如用4位数据，使用高4位表1LCDYB1602A引脚功能表上电后要延时15ms后，才能进行初始化，LCD初始化过程详见附录。3.2.2按键输入模块采用课设板上4×4按键中的三个普通按键S1、S5、S9即可，三个按键对应的功能见表2，接线如图3.2.2所示，其中P45须短接到地，P20的1～3短路插短接，用到RB0～RB2共3个引脚，编程时利用RB0/INT中断与RB电平变化中断进行按键处理。表2按键功能表按键功能S1(SET)进入调整模式，或者退出调整模式S5(INC)每按一次，则数值增1S6(DEC)每按一次，则数值减1图3.2.2第5页3.2.3微型直流电机PWM控制模块本模块的接线图如图3.3.3所示，利用单片机输出的PWM波形控制T3的通断，对VCC电压进行斩波，通过改变PWM占空比从而改变直流电机的电枢电压，从而改变电机转速。为了防止T3断开时电机产生的过电流使板上器件烧毁，在电机两端反并联了二极管D4。本设计采用CCP1模块即通过RC2输出1kHz的PWM波控制电机转速，P26需将2用短路插短接。3.2.4TC74温度传感器模块温度传感器TC74是Microchip公司的一款IIC接口的数字式温度传感器。其测温范围为-40～125℃，在25～85℃之间的误差为-2～+2℃，在0～125℃之间的误差为-3～+3℃。它有两种分装，如下图：图3.3.3第6页电机运转、LED闪亮LED灯灭，电机不启动温度值超过电机启动值与回差值的差？LED长亮KEY.FLAG==1?进入修改设置状态5秒内有操作?硬件框图：3.3软件设计说明3.3.1主程序框图：ynynnyny是n开始初始化温度的读取显示温度值超过电机启动值？220V电源变压器单片机PIC16F877pwmRBIIC按键中断温度检测TC74液晶显示控制直流电机LED灯第7页3.3.2各部分功能实现3.3.2.1按键功能程序流程图本设计用了3个按键，一个是接于RB0/INT的按键，它利用INT中断功能，为功能设置键；另两个是接与RB1、RB2的按键，它们利用RB电平变化中断，为+1和-1键。因此程序要用到INT中断与RB电平变化中断。为了方便编程，定义了结构体类型STRU变量KEY:KEY的成员SET为3位，保存按键SET的次数，次数只能在0～2间循环，但结构体预留了3位，最大可至7，便于程序功能扩展；成员INC=1表明有INC按键按下，但未处理，处理后令其等于0，就不会重复处理了；成员DEC=1表明有DEC按键按下，其他操作与成员INC相同；成员FLAG=1表明有按键需要处理，成员CHANGE=1表明显示需要刷新。在按键的处理中，中断程序中只是设置了标志位，处理按键均在主程序中进行，一旦有有效按键按下（先按SET后按INC或DEC）,启动TMR1进行延时计时时，超过5秒内无按键，程序自动退出按键状态，因此每次有效按键时，TMR1的中断次数计数值T1N均清零。3.3.2.2PWM输出程序设计本设计采用CCP1模块从RC2引脚输出1kHz（即周期为1000s）的PWM波,预分频比用1:16，晶振为8MHz，则1000=（PR2+1）×4×0.125×16PR2=124假设高电平时间为,HT则由CCPR1L及CCP1CON的5、4两×位共10位的X值为HT，时间单位为s。而占空比10HDT改变PWM的高电平时间，只需对CCPR1L和CCP1CON的5、4两位重新赋值即可。3.3.2.3温度采样显示程序设计LCD液晶显示及IIC初始化，单片机通过IIC通信向TC74发送地址，地址在字节的高7位，最低位为0表示为写，接着单片机向TC74发送第二个数据，即读温度命令字RTR（0b00000000）；然后再重新开始，单片机再向TC74发送地址，但此时最低位为1，表示接下来要读TC74的温度值。最后单片机接受TC74发出的温度值。经过BCD转码后，将该温度值显示在LCD液晶屏上。第8页4、结论4.1设计结果本次课程设计能够满足题目要求，实现温度监测与控制，能够根据用户设置的设定值启动风扇降温，并通过灯光信号变化预警。4.2问题及解决方法1)第一个碰到的问题编译是有不少错误，只能一个一个解决，不仅需要看书，还需要和同学多交流，比如，书上IIC_SEND程序中STAT_RW在MPLAB里一直报错，后来改成RW就可以了；2)是LCD液晶屏无法显示数据。有PROTEUS上接线的错误，线脚直接接在LCD的针脚上，程序中初始化定义出错，未能理解LCD_WRITE及LCD_WRITE_4的不同，后来通过在项目中设置LED检测，从主程序开头逐句排查，了解程序运行卡在哪里，逐一解决，实现正常显示；3)温度显示T=000，先排除显示模块出现问题的可能，屏蔽按键中断功能，反复检查IIC初始化，及IIC主动接收、主动发送程序，发现在IIC端口加IIC调试器观察IIC通信是否正常工作；4)按键失灵，按键没有反应，解决办法是检查相关程序，着重检查端口设置；5)刚开始对电机何时运行，LED的闪灭情况有些混乱，解决办法是，把功能设定用文字写下来，再根据文字编写程序；6)实际烧写发现LCD显示异常，按键没有反应，又重新梳理程序，更改了按键程序逻辑；7)实际电机运转时，电机转速忽大忽小，无法稳定。这种情况可能是由于程序里对PWM的高电平时间调整得过于频繁，或者是由于调整的幅度过大，可在相应程序段插入一段延时，或者将PWM高电平时间调整的幅度减小。4.3感想及体会1)确定课题后，就确定了要用到哪些元件、芯片及PIC16F887的哪几个功能模块，所以，必须对这些有个比较深的了解和认识，这样在编写程序时能减少错误，构思出程序流程图，再根据流程图写确定主函数框架，确定子程序，这样程序编写起来才不会乱，也有助于检查时迅速找到相应的程序段；2)观察实验板实际电路，根据实验板确定使用哪些端口，之后再进行相应程序编写；第9页3)程序的编写，需分模块写，子程序化设计做到细致认真，特别是端口地址设置，编译出现错误耐心解决，在编译成功后，而仿真运行发生故障时，一个一个检查相应模块程序运行是否正常，并且对硬件设计也要多加留心，有时是硬件接线的问题；4)实时保存，留有备份，以防万一，对出现问题的程序段可反复推敲；5)程序基本构架完毕和调试成功后，对程序可进行必要的删减和优化，使其更加简练。还可以添加一些附加功能，使系统设计更完善和人性化。通过这次课程设计使我对PIC单片机有了更深的了解，积累了一些设计经验，懂得了理论与实际相结合是很重要的，严谨和细心才能把程序做好做漂亮。不同的课题使我在做课设的过程中更加独立，掌握到更多知识。虽然只是一个小小的题目，但是却有很丰富的内容，比如还可以加入电机测试模块，对电机进行调速，这都是我接下来要实现的目标。参考书目：［1］《PIC16系列单片机C程序设计与PROTEUS仿真》江和，北京航空航天大学出版社,2010［2］《福州大学PIC单片机课程设计指导书》江和，鲍光海，2012年3月第10页附录第11页#includepic.h__CONFIG(0x3771);//引脚定义#defineLCD_RSRD4//LCD寄存器选择数据H/指令L#defineLCD_RWRD5//LCD读H/L写控制线#defineLCD_ERD6//LCDE时钟#defineLEDRA5//LED#defineFSRC2//电机#defineKEY_DECRB2#defineKEY_INCRB1//常数定义#defineTC74_ADD0b1001101#defineCOM0#defineDAT1#defineLINE10b10000000#defineLINE20b11000000#defineRTR0b00000000#defineST_POSITIONLINE2+5#defineDT_POSITIONLINE2+13//函数声明voidCSH();voidLCD_CSH(void);voidLCD_WRIT