计算机温度控制系统课程设计

武汉理工大学《计算机控制技术课程设计》说明书1目录摘要.............................................................................................................11.设计目的..................................................................................................32.设计要求和设计指标.............................................................................33.总体方案设计.......................................................................................34.硬件选择以及相关电路设计.................................................................34.1温度传感器的选择........................................................................34.2模数转换器...................................................................................54.2.1ADC0809内部结构...............................................................54.2.2信号引脚...............................................................................74.2.3工作时序与使用说明...........................................................84.3控制器89C51.................................................................................94.4数码管显示电路..........................................................................104.4.1LED数码管的组成.............................................................104.4.2数码管显示方式.................................................................115.PID控制算法........................................................................................136.各子程序流程图.................................................................................146.1PID控制程序流程图...................................................................146.2A/D转换程序流程图...................................................................156.3显示程序流程图.........................................................................156.4温度控制总程序流程图..............................................................16心得体会...................................................................................................16参考文献...................................................................................................17附录1：温度控制系统总电路图...........................................................19附录2：温度控制系统程序清单...........................................................21摘要温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的武汉理工大学《计算机控制技术课程设计》说明书2控制效果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AD590集成温度传感器为采集器、AT89C51为控制器、ADC0809为A/D转换器对温度进行智能控制的温度控制系统。其主要过程如下：利用传感器对将非电量信号转化成电信号，转换后的电信号再入A/D转换成数字量，传递给单片机进行数据处理，并向外围设备发出控制信号。论文首先介绍了单片机控制系统的整体方案设计及原理，然后具体介绍了控制系统的温度传感器部分、A/D转换部分、控制器89C51部分以及数码管显示和键盘控制部分，接着相信介绍了温度控制系统各个单元电路的设计，最后阐述了温度控制系统软件设计的主程序和各个子程序。关键字：单片机89C51温度传感器A/D转换器温度控制计算机温度测控系统武汉理工大学《计算机控制技术课程设计》说明书31.设计目的设计制作和调试一个由工业控制机控制的温度测控系统。通过这个过程学习温度的采样方法，A/D变换方法以及数字滤波的方法。通过实践过程掌握温度的几种控制方法，了解利用计算机进行自动控制的系统结构。2.设计要求和设计指标1、每组4～5同学，每个小组根据设计室提供的设备及设计要求，设计出实际电路组成一个完整的计算机温度测控系统。2、根据设备情况以及被控对象，选择1～2种合适的控制算法，框图和源程序，并进行实际操作和调试通过。编制程序温度指标：60～80℃之间任选；偏差：1℃。3.总体方案设计本系统主要由数据采集、信号放大、模数转换等模块构成。设计思想是通过温度传感器将温度信号转变为电流（电压）信号，但我们要知道经温度变化引起电流（电压）信号的改变是非常小的，此时如果被模数转换器采集的话效果是非常不明显的，因此我们将其通过一个信号放大模块进行放大。再通过模数转换器后送入单片机AT89C51，而单片机通过PID算法控制烘箱的电炉加热，并且使数码管显示实时温度，从而实现温度的高精度控制。4.硬件选择以及相关电路设计4.1温度传感器的选择传感器的选取目前市场上温度传感器繁多就此我们提出了以下三种选取方案：武汉理工大学《计算机控制技术课程设计》说明书4方案一：选用铂电阻温度传感器，此类温度传感器在各方面特性都比较优秀，但其成本较高。方案二：采用热敏电阻，选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。方案三：选用美国AnalogDevices公司生产的二端集成电流传感器AD590，此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点。其测量范围在-50℃--+150℃，满刻度范围误差为±0.3℃，当电源电压在5—10V之间，稳定度为1﹪时，误差只有±0.01℃，其各方面特性都满足此系统的设计要求。比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此此次设计选用方案三。图4-1温度采集电路选用温度传感器AD590，AD590具有较高精度和重复性（重复性优于0.1℃，其良好的非线形可以保证优于0.1℃的测量精度，利用其重复性较好的特点，通过非线形补偿，可以达到0.1℃测量精度）。超低温漂移高精度运算放大器OP-07将“温度-电压”信号放大。便于A/D进行转换，以提高温度采集电路的可靠性。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0℃时输出为0，温度25℃时输出为2.982V。电流输出型的灵敏度为1µA/K。这样便于A/D转换器采集数据。-2+3OUT6U4OP07U2AD59030kR8GND-2+3OUT6U1OP07+15100KR5100KR6100KR3100KR1GNDR2100k+15GNDV1ADC武汉理工大学《计算机控制技术课程设计》说明书54.2模数转换器ADC0809是M美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换，其转换时间为100μs左右。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。图4-2ADC0809引脚图内部结构4.2.1ADC0809图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，表4-1为通道选择表。武汉理工大学《计算机控制技术课程设计》说明书6图4-3ADC0809内部结构图表4-1通道选择表武汉理工大学《计算机控制技术课程设计》说明书74.2.2信号引脚ADC0809的内部结构和外部引脚分别如图4-3和图4-2所示。内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下：（1）IN0～IN7——8路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。（2）D7～D0——A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号与选中通道对应关系如表4-1所示。（4）VR(+)、VR(-)——正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。（5）ALE——地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。（6）START——A/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存止，重新从头开始转换器清零，下降沿开始A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中。（7）EOC——转换结束信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。（8）OE——输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。武汉理工大学《计算机控制技术课程设计》说明书84.2.3工作时序与使用说明图4-4ADC0809工作时序图用单片机控制