电子工程设计实验-小型温度控制系统

小型温度控制系统第18组-0-电子工程设计报告题目：温度测量系统/闭环温度控制系统设计专业：电子科学与技术小组：第组姓名学号：指导教师：高新完成日期：2013年12月16日小型温度控制系统第18组-1-目录摘要..............................................................................................................................................-2-一、功能指标要求........................................................................................................................3二、单片机设计及调试................................................................................................................4三、D/A模块调试.........................................................................................................................6四、A/D模块调试.........................................................................................................................8五、显示电路模块......................................................................................................................10六、键盘控制电路模块..............................................................................................................13七、系统调试及程序设计.........................................................................................................15八、出现的问题分析及解决方法.............................................................................................22九、创新性..................................................................................................................................23十、小组成员感想......................................................................................................................23小型温度控制系统第18组-2-摘要随着现代工业技术的迅猛发展，工业上的各种技术指标精度的要求也越来越高，在众多指标中，温度的测量与控制是一个永恒的话题，只有了精确地温度测量，才能把加热和散热的工作做得更好。本课题是小型温度测量与控制系统设计，以单片机AT89C51芯片为核心，和LED数码管显示，数模、模数转换和辅以稳压电源及变送器的测量控制系统，另配有键盘输入控制。本设计详细介绍了LED显示与键盘控制电路的工作原理，硬件电路组成的思路和相应的C语言闭环程序。本设计主要包括以下几个模块：LED显示模块、键盘控制模块。能够对环境温度随时随地检测与显示，并可以在模板上设定相应温度值使系统达到设定温度。【关键词】：LED显示、键盘控制、闭环程序、模板测试。小型温度控制系统第18组3一、功能指标要求1.显示模块：4位7段数码显示，设计要求不需要小数点2.键盘模块：0~9数字输入键及若干功能设置按键控制。第1行第5个按键做重置按键，第4行第3个做选中数码管第三位按键，第4行第4个做选中数码管第四位按键，第4行第5个做确定按键。3.AD模块：能对从变送器采集来的模拟信号进行正确的处理，用于获取当前温度信号值。4.DA模块：可以再单片机输入0~255的数值的时候能够进行正确的数模转换，并将转换结果送到驱动器之中用于控制系统升温降温。5.单片机模块：能够正确的处理来自程序和键盘输入的信号并能作出相应的响应。6.系统整体设计思路：电路设计。核心单元—单片机应用电路、模拟量接口—A/D、D/A电路、人机交互单元—显示、键盘控制电路程序设计。控制模/数转换进行温度数据采集、控制数/模转换改变控温元件工作状态，进行温度控制、控制键盘与显示器，进行控制温度设定和测量温度显示、将温度数据转换为显示温度数值的算法程序、控制温度精确、平稳变化的的算法程序。系统连调。电路系统联调，配合测试程序实现基本的测温、控温功能、程序联调，通过电路系统实现精确、平稳的温度控制。总体框架图：图NO.1小型温度控制系统第18组4二、单片机设计及调试1.8051最小系统：8051也是MCS-51系列单片机早期产品之一，内建一次性可编程只读存储器(PROM)，只需要很少的外围元件即可组成最小系统。现已有内建Flash存储器的兼容产品，8051已经被使用上更为方便的AT89C51等单片机产品所代替。MCS-51系列单片机有众多性能优异的兼容产品、成熟的开发环境、世界上最大的单片机客户群、高性价比、畅通的供货渠道，是初学者的首选机型。2.8051功能扩展图：单片机为了完成更加复杂的工作必须进行功能扩展。3.地址译码电路的设计：I/O端口不需要用地址进行访问定位，但仍然需要片选信号进行访问控制，I/O端口访问控制信号的产生方法包括：全地址译码、部分地址译码、地址信号线直接作为I/O选通信号（直接选择）。全地址译码：全部地址参与译码，产生的控制信号对应唯一地址。部分地址译码：部分地址参与译码，产生的控制信号对应某一地址区域，而不是唯一地址。直接选择：直接使用地址线作为读/写访问控制信号线。图NO.2小型温度控制系统第18组54.部分译码电路设计：74LS138输出状态仅与部分地址信号输入有关。地址信号A0-A7并未使用，A8-A11作为后续二次译码的地址信号。5.单片机焊接电路：D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U274LS373A0A1A2A3A4A5A6A7VCCA13A14A15A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U374LS138CY111.059C122pC222pRXTXR7R5DAC131X119X218RESET9P1.7/INT117P1.6/T116P1.2/SCL12P1.3/CEX013P1.4/T014P1.5/INT015P0.0/TX01P0.1/RX02P0.2/SCK3P0.3/MISO4P0.4/MOSI5P0.5/ALE6P0.6/RD7P0.7/WR8P3.0/D039P3.1/D138P3.2/D237P3.3/D336P3.4/D435P3.5/D534P3.6/D633P3.7/D732P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7A1528AIN129DAC030P1.1/SDA11P1.0/NSS10VCC40GND20U1C8051F023coreGNDVCCAD0AD1AD2AD4AD3AD5AD6AD7L1L3L5L7L9L11L13L15A0A1A2A3L34L32L30L28CS0CS1CS2CS3L29L27L25L23CS4CS5L33L31WRRDRSTALEL18L17L24L26图NO.4图NO.3小型温度控制系统第18组6三、D/A模块调试1.常用D/A电路的特点：基本原理：电流开关型：用数字切换电流开关，产生与电阻网络权电流对应的电流“和”；脉宽调制型：将数字转换为输出脉冲宽度，用积分器将脉冲宽度转换为与之对应的电压输出；输出方式：与数字量成比例的电流输出/与数字量成比例的电压输出/数字量和参考电压的相乘输出；DAC0832：8位乘算型电流输出的典型产品，具有MCU兼容接口，使用方便，价格低，能满足设计要求。2.DAC0832工作原理：3.完整双极输出电流→电压转换电路：4.实际采用的电路图放大部分：图NO.6图NO.5小型温度控制系统第18组75.调试方法：数据为从00—FF顺序递增并不断循环的数值。输出端波形如图：实际波形图：6.调试程序(DA.c)：#includeC8051F020.h#includeabsacc.h#includedata_define.c#defineC2XBYTE[0x4000]//我们DA用的是cs2#defineTIMER0x8000#includeInit_Device.cvoiddelay(void);图NO.9图NO.8图NO.7小型温度控制系统第18组8voidmain(void){unsignedcharx;Init_Device();while(1){++x;C2=x;delay();}}voiddelay(void){inti;for(i=0;iTIMER;++i;}四、A/D模块调试1.常用A/D电路的特点:基本原理:积分型：将电压转换成脉宽信号或频率，由定时器/计数器获得数字值。优点：分辨率高；缺点：转换速率极低；逐次比较型：由比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，经n次比较而输出数字值。优点：速度较高、功耗低，在12位分辩率时价格便宜；并行比较型：用多个比较器，仅作一次比较而实行转换。优点：转换速率极高；分辩率高时电路规模大、价格也高，只适用于低分辨率高速场合压频转换型：将模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量，从理论上讲其分辨率几乎可以无限增加。优点：分辩率高、功耗低、价格低；但是需要外部计数电路共同完成AD转换；ADC0804:8位逐次比较（逐次逼近）型典型产品，具有MCU兼容接口，使用方便；分辩率和转换速度都能够满足设计要求，且价格低廉。2.调试方法：输入信号范围：0V~+5V改变设置温度，运行A/D测试程序，检查模/数转换结果；在调试台上通过+10按键不断改变温度数值，调试台LED会显示相应温度。3.焊接电路图：图NO.10小型温度控制系统第18组94.调试程序（温度.c）：#includeC8051F020.h#includeabsacc.h#includedata_define.c#defineDP1XBYTE[0x0000]#defineDP2XBYTE[0x0001]#defineDP3XBYTE[0x0002]#defineDP4XBYTE[0x0003]#defineC1XBYTE[0x2000]//此处我们用的是CS1#defineTIMER0x8000#includeInit_Device.cunsignedchardatatable1[]={0x50,0xF9,0x4A,0x49,0xE1,0x45,0x44,0xD9,0x40,0x41};unsignedchardatatable2[]={0x0C,0xAF