基于单片机温度控制系统设计-----建模.doc

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课程设计任务书 学 院 信息科学与工程学院 专 业 自动化 学生姓名 班级学号 课程设计题目 基于单片机温度控制系统设计-----建模 实践教学要求与任务: 构成闭环单片机温度控制系统 建模 实验调试 THFCS-1现场总线控制系统实验 撰写实验报告 工作计划与进度安排: 第1~2天,查阅文献,构成闭环温度控制系统 第3~4天,建模 第5~6,实验调试 第7~9天,THFCS-1现场总线控制系统实验 第10天,撰写实验报告 指导教师: 201 年 月 日 专业负责人: 201 年 月 日 学院教学副院长: 201 年 月 日 摘 要 近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及具体应用对象特点的软件结合,以作完善。本文从硬件和软件两方面来讲述水温自动控制过程,在控制过程中主要应用AT89C51ADC0809,LED显示器LM324比较器,而主要是通过 DS18B20 数字温度传感器采集环境温度,以单片机为核心控制部件,并通过四位数码管显示实时温度的一种数字温度计。软件方面采用汇编语言来进行程序设计, 使指令的执行速度快,节省存储空间。为了便于扩展和更改,软件的设计采用模块化结构,使程序设计的逻辑关系更加简洁明了使硬件在软件的控制下协调运作。而系统的过程则是:首先,通过设置按键,设定恒温运行时的温度值,并且用数码管显示这个温度值。然后,在运行过程中将采样的温度模拟量送入 A/D 转换器中进行模拟-数字转换,再将转换后的数字量用数码管进行显示,最后,用单片机来控制加热器,进行加热或停止加热,直到能在规定的温度下恒温加热。 目 录 1 绪论 1 1.1 课题的背景及其意义 1 1.2 课题研究的内容及要求 1 1.3 课题的研究方案 2 2 设计理论基础 5 2.1 单片机的发展概况 5 2.2 AT89C51系列单片机介绍 6 2.2.1 AT89C51系列基本组成及特性 6 2.2.2 AT89C51系列引脚功能 6 2.2.3 AT89C51系列单片机的功能单元 9 2.3 ADC0809模数转换器 10 2.4 运算放大器LM324 10 2.5 数码显示管LED 11 2.6 数字温度计DS18S20 11 3 电路设计 12 3.1 单片机控制单元 12 3.2 温度采样部分 12 3.3 模数转换部分 13 3.4 显示部分 13 4 软件设计 15 4.1 主程序流程图 15 4.2 中断子程序流程图 16 4.3 按键流程图 16 4.4 显示流程图 17 5 系统调试及结论分析 18 5.1 硬件调试 18 5.1.1 硬件电路故障及解决方法 18 5.1.2 硬件调试方法 18 5.2 软件调试 19 5.2.1 软件电路故障及解决方法软件 19 5.2.2 软件调试方法 19 5.3 结论分析 20 6 总结与展望 21 参考文献 22 附 录 23 1 绪论 1.1 课题的背景及其意义 1.2 课题研究的内容及要求课题的研究方案 方案1: 图1.1 此方案是传统的一位式模拟控制方案,选用模拟电路,用电位器设定值,反馈的温度值和设定值比较后,决定加热或不加热。其特点是电路简单,易于实现,但是系统所得结果的精度不高并且调节动作频繁,系统静态差大、不稳定。系统受环境影响大,不能实现复杂的控制算法,不能用数码管显示,不能用键盘设定。 方案2: 图1.2 此方案是传统的二位式模拟控制方案,其基本思想与方案一相同,但由于采用上下限比较电路,所以控制精度有所提高。这种方法还是模拟控制方式,因此也不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高,而且不能用数码管显示,对键盘进行设定。 方案3: 图1.3 此方案采用89C51单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大,可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。单片机系统可以用数码管来显示水温的实际值,能用键盘输入设定值。本方案选用了AT89C51芯片,不需要外扩展存储器,可使系统整体结构更为简单。 结论:前两种方案是传统的模拟控制方式,而模拟控制系统难以实现复杂的控制规律,控制方案的修改也较为繁琐。而方案三是采用以单片机为控制核心的控制系统,尤其对温度控制,可达到模拟控制所达不到的效果,并且实现显示和键盘设定功能,大大提高了系统的智能化。也使得系统所测得结果的精度大大提高。所以,经过对三种方案的比较,本次毕业设计采用了方案三。 2 设计理论基

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