1、目 录1 前 言 .12 温度控制器的技术参数 .23 系统设计方案的论证 .33.1 方案比选 .33.2 方案说明 .44 控制系统设计 .54.1 系统的工作原理 .54.2 硬件电路设计 .64.3 系统软件设计 .165 调试，安装，运行 .305.1 系统硬件调试 .305.2 系统软件调试 .306 小结 .31第 1 页 共 31 页毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本 论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要 贡献的个人和集体
2、，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 第 2 页 共 31 页注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300 字左右） 、关键词4）
3、外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等） ，文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件） 。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）
4、毕业论文须用 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它第 3 页 共 31 页MCS51 单片机机应用于温度控制器摘要： 本文论述了采用单片机控制的智能温度控制器，使用 AT89C4051 单片机、ADS7844E A/D 转换芯片、 HT1621B 液晶显示驱动芯片及液晶显示器，实现温度的测量、输出控制及显示功能。关键字：单片机、A/D 转换，液晶显示及其驱动1 前 言模拟电路温度控制器存在电路复杂、功能简单和
5、调试不方便的问题，随着电子技术的快速发展，超大规模集成电路的技术越来越成熟，制造成本越来越低，单片机在军事、工业、通讯、家用电器、智能仪表等领域的应用越来越广泛，使产品的功能、精度和质量大幅度提高；同时，电路的设计更简单、故障率低、可靠性高、成本低；特别是近几年来 Flash 技术的发展，使单片机系统的开发周期大大缩短，开发成本大幅降低，使用单片机控制的智能仪表是仪表领域发展的必然趋势。本文论述了采用 ATMEL 公司的 AT89C4051 单片机和美国 Burr-Brown 公司的 ADS7844E 模-数转换芯片以及 HOLTEK 公司的 HT1621B 液晶显示驱动芯片设计的 LCD 显
6、示智能温度控制器。本系统实现了模拟温度数据采集、模拟量到数字量转换、软件对温度信号进行非线性校正,单片机数据运算及逻辑处理、LCD 显示、键盘处理及继电器输出控制功能。本文主要介绍了智能温度控制器的功能和设计的过程。重点说明电路设计、软件设计。第 4 页 共 31 页2 温度控制器的技术 参数本系统采用 ATMEL 公司的 AT89C4051 单片机和美国 Burr-Brown 公司的ADS7844E 模-数转换芯片以及 HOLTEK 公司的 HT1621B 液晶显示驱动芯片设计，实现了模拟温度数据采集、模拟量到数字量转换、单片机数据运算及逻辑处理、LCD 显示、键盘处理及继电器输出控制功能，
7、主要技术参数见表 1表 1 主要技术参数表测量精度： 0.5量程 0400显示分辨率： 0.1采样速度： 500 毫秒调节算法： 开关调节 (ON/OFF) 输入： 热电阻：Pt100输出： 继电器，常开触点(max.250VAC, 1A)报警： 继电器，常开触点(max.250VAC，3A)电源： 220VAC 10% ； 50Hz环境： 工作温度：0 50，相对湿度85%第 5 页 共 31 页3 系统设计方案的论证本章主要叙述温度控制器的设计方案。3.1 方案比选随着电子技术的发展，温度控制器的设计方案经历了模拟电路温度控制器、模拟量测量加数字显示、单片机温度控制器的发展过程；在单片机温
8、度控制器的设计方案中，又发展出各种智能型的温度控制器方案，如：高 AD 转换的精度，PID 调节控制输出、PID + 模糊控制等。本次设计着重锻炼自己的动手能力，熟悉单片机的使用，具体提出如下设计方案：方案一：采用 8031 单片机作为控制核心，以最普通的器件 ADC0809 作数/模转换，以继电器作为控制输出。此方案简单可行，造价低廉，但由于 8031 没有片内 ROM，需要扩展程序存储器，增加了电路的复杂性，并且由于 0809 是 8 位的数/模转换电路，在温度测量范围很小时，测量精度还能满足要求，当测量温度范围稍宽时，测量的精度就不能实际应用的要求。方案二：采用片内带 Flash 存储器
9、 MCS51 系列单片机作为控制核心，采用 12位数/模转换电路，以继电器作为控制输出。由于采用了 12 位的 ADC 转换芯片，转换范围从 0 到 4096，当温度范围要求为 0-1000时，每一位表示约为 0.25，考虑到 ADC 转换芯片的转换精度1LSB 及运算放大器的误差，测量精度理论上可到 0.5，可以满足一般的控制要求。方案三：目前许多单片机生产商推出了自带 ADC 转换，FLASH 存储器、EEPROM 的产品，如美国 Analog Devices 公司 AduC812 内部带 12 位的 ADC 转换，如果采用 AduC812 单片机作为控制核心，则系统外围电路比较简单且能够
10、达到控制精度要求，但是成本较高。本系统采用方案二，温度控制器所需要的 I/O 数量不多，程序量不是很大（不考虑 PID 调节控制输出） ，为了节省单片机的 I/O 口，选用 12 位串行口数/模芯片 ADS7844E，单片机使用 AT89C4051，片内程序存储器空间为 4K，15 条第 6 页 共 31 页I/O。3.2 方案说明系统中设计了一个 EEPROM 存储器来保存设置参数，目前市面上常用的EEPROM 芯片主要有两种接口类型：I 2C 接口及 SPI 接口，主要的代表芯片有AT24C02/04/08/16 系列和 AT25010/020/040 系列，由于 ADS7844E 转换芯
11、片采用的是 SPI 接口，所以选用 AT25010 存储器可以节省 I/O 端口。显示器件常用的有 LED 数码管显示器件、LCD 显示器件。LED 数码管显示器件具有亮度大，寿命长等特点，但需要较大的驱动电流；LCD 显示器件成本低、功耗小，但需要专用的驱动电路以及亮度低；本方案的显示器件采用 6 位字符液晶显示器，驱动芯片采用 HOTELK 公司的 HT1621B。第 7 页 共 31 页4 控制系统设计控制系统设计主要包括系统工作原理、系统硬件设计和系统软件设计。系统软件设计主要包括软件结构、各子程序流程及具体代码设计；下面分别介绍各部分的设计过程4.1 系统的工作原理系统功能框图如图
12、1 所示系统的工作原理是：电桥将温度传感器 Pt100 的温度信号转换为与温度相关的电压信号，经过两级运算放大后进入 ADC 转换；CPU 读取 ADC 转换结果，经过运算转换为显示的温度字符，控制 LCD 驱动器来显示温度值，另外，CPU 将测量出的温度值与系统设定的温度值相比较，根据不同的控制模式来控制继电器的输出，系统中的按键用来设定系统工作参数，电源电路主要为各电路提供工作电源。系统中需要保存的参数有：设定温度值、回程差值（防止温度到达设定值时输出振荡） 、加热或制冷工作模式（0 表示加热模式，1 表示制冷工作模式） 、温度测量范围、温度校正值、温度校正符号等。由于温度测量范围、温度校
13、正值、单片机AT89C4051A/D存储器显示驱动液晶显示器键盘及控制输出图 1 系统功能框图温度测量放大电源电路第 8 页 共 31 页温度校正符号用于系统调试校正，此参数不能由用户随便修改，所以在修改这些参数前必须先输入一个密码（默认为 1234）后系统才显示这些参数，建议用户不要修改此类参数。本系统采用了四个按键，功能分别为：加键、移位键、功能键、保存键。按下功能键可循环显示系统各项参数，通过加键和移位键组合可对各项参数进行修改，按下保存键后，CPU 将修改后的参数写到 EEPROM 中，系统重新上电后 CPU 将调用 EEPROM 中的参数（如果不对数据进行保存时，系统重新上电后将调用
14、以前设置的参数） 。4.2 硬件电路设计温度控制器电路主要包括：CPU 电路、温度信号调理电路、ADC 转换电路、液晶显示及驱动电路、电源电路及控制输出电路；4.2.1 CPU 电路CPU 电路主要是 CPU、数据存储器及晶振电路。CPU 采用美国 ATMEL 公司的MCS51 系列单片机 AT89C4051，管脚图如图 2 所示，它具有以下标准功能：4K 字图 2 AT89C4051 管脚图第 9 页 共 31 页节 FLASH 闪速存储器，128 字节内部 RAM，15 个 I/O 口，两个 16 位定时/计数器，5 个中断向量（两种优先级） ，一个全双工串行通信接口，内置一个精密模拟比较器，片内振荡器及时钟电路。AT89C4051 的功能框图如图 3 所示。CPU 的端口资源分配见表 2：图 3 AT89C4051 功能框图
