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51单片机智能温度控制器设计与实现毕业论文:硬件与软件实战
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更新于2024-06-23
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本篇论文主要探讨了基于51单片机的智能温度控制器的设计与实现。该课题旨在培养学生对单片机系统设计的理解和应用能力,以及在实际工程中的问题解决技巧。首先,设计者需深入理解温度控制器的工作原理,明确课题要求,进行方案构思,这涉及到对控制系统理论和实际需求的综合运用。 在硬件设计方面,学生需要掌握单片机硬件设计的基本原理和技术,如选择合适的处理器(如8051系列),传感器(如热敏电阻或热电偶),以及执行器(如继电器或可控硅)。此外,设计者还需考虑电源管理、接口电路和信号调理等关键部分,确保整个系统的稳定性和可靠性。 在软件设计上,学生需要编写控制程序,通过中断处理、PID控制算法或者模糊逻辑等方式实现对温度的精确控制。程序设计应包括实时数据采集、处理、控制决策和输出驱动等功能。同时,要确保程序的可读性、可维护性和适应性。 论文的实施阶段,包括硬件电路的搭建和调试,这要求设计者具备扎实的焊接技能和调试经验,以解决可能出现的硬件问题。编写过程中,不仅要记录实验数据,还要进行详尽的文档记录,为后续的分析和论文撰写提供依据。 最后,撰写毕业设计论文是对整个项目总结和提炼的过程,需阐述设计思路、方法、实验结果和遇到的问题,以及解决方案。论文需遵循学术规范,注明所有参考资料,强调原创性和知识产权的尊重,包括原创性声明、使用授权说明以及论文版权使用授权。 这篇论文的完成不仅是对理论知识的实践应用,也是对解决问题和创新思维的锻炼,为学生今后在工业测控、家用电器等领域的发展打下了坚实的基础。通过这一项目的实施,学生能够提升单片机设计和编程、系统集成和故障排查等多方面的能力,从而展示出他们在计算机科学领域的专业素养。
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第一章 绪论
3
第一章 绪 论
1.1 单片机的发展
单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处
理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系
统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路
转换器、A/D 转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
单片机也被称为微控制器(Microcontroller Unit),常用英文字母的缩
写 MCU 表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU
的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在
一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控
制设备当中。INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,
单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031,因为简
单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单
片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制
领域要求的提高,开始出现了 16 位单片机,但因为性价比不理想并未得到很
广泛的应用。90 年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高。
随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用,32 位单片机迅速取
代 16 位单片机的高端地位,并且进入主流市场。而传统的 8 位单片机的性能
也得到了飞速提高,处理能力比起 80 年代提高了数百倍。目前,高端的 32 位
单片机主频已经超过 300MHz,性能直追 90 年代中期的专用处理器,而普通的
型号出厂价格跌落至 1 美元,最高端的型号也只有 10 美元。当代单片机系统
已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用
在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可
以直接使用专用的 Windows 和 Linux 操作系统。
由于单片机具有控制功能强,体积小,成本低,功耗小等一系列的特点,使
它在工业控制,智能仪器,节能技术改造,通信系统,信号处理及家用电器产品
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4 基于 51 单片机的智能温度控制器的设计与实现
中都得到广泛的应用,随着数字技术的发展及单片机在电子系统中的广泛应用,
在很大程度上改变了传统的设计方法。以往采用模拟电路,数字电路实现的电路
系统,大部分功能单元都可以通过对单片机硬件功能的扩展及专用程序的开发来
实现系统提出的要求,这意味着许多电路设计问题将转化为程序设计问题。这种
用模拟技术,数字技术的综合设计系统,用软件取代硬件实现和提供系统系能的
新的设计思想体系,一般称之为微控制技术。在微控制系统的设计中,系统设计
和软件设计起着关键性的作用。
1.2 智能温度控制器的背景
二十世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进入的电
脑时代。不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称 PC 机。它由主机、键盘、
显示器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智
能赋予各种机械的单片机(亦称微控制器)。顾名思义,这种计算机的最小系统只
用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,通常都藏在被控
机械的“肚子”里。它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,
整个装置就瘫痪了。现在,这种单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实
时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机,就能
起到使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词——“智能型”,如智能
型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品,
不是电路太复杂,就是功能太简单且极易被仿制。究其原因,可能就卡在产品未
使用单片机或其它可编程逻辑器件上。
在实际生活中,比如空调的温度控制系统等,为了使其能够周围环境温度在
适宜温度之内,必须要有一个系统来完成这个任务。若在实际生活之中,只靠人
的感觉是很难判断出温度的确定值的。利用单片机编程来设计智能温度控制器,
可以使以上问题得以解决,即使两个温度仅仅相差零点几度,也能轻松的判断出
目前温度是否在适宜温度范围。本文主要介绍了智能温度控制器的工作原理及设
计,以及它的实际用途。
1.3 智能温度控制器的意义
本系统采用单片机作为整个控制核心。控制系统的模块为:单片机最小系统
模块、显示模块、温度设定模块。该系统利用一个数码管来完成显示功能;用温
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