基于51单片机的智能温控器设计与实现

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0 下载量 154 浏览量 更新于2024-06-25 2 收藏 401KB DOC 举报
"单片机智能温控器课程设计文档,包括系统设计方案、硬件设计、软件设计和功能描述。" 本文档详细介绍了基于51单片机的智能温控器的课程设计,主要目的是实现一个能够精准控制环境温度的设备。设计的核心是MCS-51系列单片机,它在系统中扮演着中央处理器的角色,负责处理各种输入和输出信号,以实现对温度的智能控制。 在系统设计方案中,智能温控器包含了以下几个关键部分: 1. **功能设计**:设备配备一个电源开关、两个用于设定温度的按键(加减),以及四个数码管来分别显示设定和实际温度。其量程为0到99度,开机默认设定温度为26度。 2. **输入系统**:按键输入通过中断方式实现,INT0和INT1引脚连接两个按键,用于增加或减少设定温度。 3. **温度传感**:使用铂电阻(Pt100)作为温度传感器,该传感器能准确地反映出环境温度变化,并将模拟信号转化为数字信号,这一过程由ADC0809模数转换器完成。 4. **控制逻辑**:单片机根据设定温度S和实际温度P,通过比较判断控制继电器R的工作状态。如果实际温度低于设定温度1度或更低,继电器接通电加热回路;反之,如果实际温度高于设定温度1度或更高,继电器断开电加热回路。在设定温度和实际温度相差1度的范围内,继电器保持原有状态,以避免频繁切换导致的不稳定。 在硬件设计部分,文档涵盖了以下内容: - **单片机**:简述了51单片机的基本特性,它是整个系统的控制中心。 - **A/D转换电路**:ADC0808的介绍以及其工作原理,它是连接模拟世界和数字世界的桥梁,用于将温度传感器的模拟信号转换为数字信号供单片机处理。 - **温度采样电路**:详细描述了铂电阻温度传感器的工作原理。 - **按键开关**:阐述了按键的连接和中断机制。 - **温度显示电路**:解释了数码管显示温度的工作原理。 - **驱动电路**:虽然没有详细描述,但暗示了存在一个电路来驱动继电器和其他执行机构。 在软件设计方面,文档提到了设计思路、程序流程和程序内容的编写,这部分可能包括了初始化设置、中断服务程序、温度比较与控制逻辑、以及数码管显示的更新代码。 最后,文档还提供了参考文献,表明设计过程中可能参考了其他相关资料,以确保设计的科学性和可行性。附录中可能包含更深入的技术细节和开发过程的详细信息。 这个课程设计不仅涵盖了硬件设计和软件编程,还强调了实际应用中的温度控制策略,对于学习单片机应用和嵌入式系统开发的学生来说,是一次极好的实践机会。通过这样的设计,学生可以深入理解单片机如何与外围设备交互,以及如何利用编程实现复杂控制逻辑。
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摘 要 本系统能够真实对第三段料筒温度的设定与管理。系统的的核心是80C51单片机。本 文详细介绍了PID参数的调整过程。以及温度的设定,测量,及显示过程。同时还有单片 机对温度的控制,包括温度输入的模数转换,PID计算,温度输出的数模转换过程。若温 度过高还有报警装置。同时,本文也描述了系统各个部分的电路设计及连接图,还有总 的程序控制过程。 硬件上由MCS51系列单片机、ADC0809,DAC0832,SCR模块,热电偶,4×3行列式键盘 、两个3位LED管、74LS373芯片、排阻和若干电阻组成。LED显示器通过串行口连接;P0 通过74LS373与ADC0809和DAC0832连接。单片机通过XTAL1和XTAL2引脚外接12MHz晶振。 软件设计分为以下几个模块: (1)键盘温度设定程序 (2) LED数码管显示程序 (4) 模数转换 (5) 数模转换 (6) PID运算 (7)越线报警 。 关键词:温度控制,行列式键盘扫描,模数转换,数模转换,pid参数调整与编程 目录 摘 要 1 第一章 绪论 4 1.1 料筒温度控制概述 4 1.2 主要研究工作 4 第二章 基础知识介绍 5 2.1主控制器AT89C51 5 2.2 LED数码管模块 6 2.3 键盘模块 7 2.4 模数转换模块——ADC0809 8 2.5数模转换模块——DAC0832 9 2.6 锁存器74LS373 10 第三章 控制方案设计 12 3.1目标和任务估计 12 3.2 方案选择 12 3.3 元件选择 12 3.4 软件控制方案的确定 13 第四章 系统硬件电路设计 14 4.1 时钟电路 15 4.2 模数转换电路 15 4.3 数模转换电路 16 4.4 键盘连接电路 16 4.5 LED显示电路 16 第五章 控制算法的确定 17 5.1 温度控制算法选择 17 5.2 调节器参数的工程整定 18 5.3 用MATLAB对系统进行仿真 19 第六章 DDC的基本算法 21 6.1 DDC基本算法简述 21 6.2 DDC理想PID算法选择 22 第七章 温度控制的程序框图以及编写 23 7.1 流程图 23 7.2 程序编写 24 第八章 设计总结 30 8.1总结 30 8.2参考文献 30 第一章 绪论 1.1 料筒温度控制概述 单片机的基本结构是将微型计算机的基本功能部件全部集成在一个半导体芯片上。单片 机结构上的设计,在硬件、指令系统及I/O能力等方面都有独到之处,具有较强而有效的 控制功能。另一方面,单片机毕竟是一个芯片,只有外加所需的输入、输出设备,才可 以构成实用的单片机应用系统[1]。 单片机由于体积小、功耗低、价格低廉,且具有逻辑判断、定时计数、程序控制等 多种功能,广泛应用于智能仪表、可编程序控制器、家用电器、医用设备、航空航天、 专用设备的智能化管理及过程控制等领域[2]。 本课程设计料筒温度控制系统采用单片机作为主控制器,外接必要的设备,实现温 度控制 1.2 主要研究工作 1. 完成系统硬件电路设计 1) 单片机采用MCS51系列 2) 键盘为4×3行列式键盘,按键设有启动、停止功能键。 3) 两个3位的LED数码管,用来显示温度。 4) 模数转换电路 5) 数模转换电路 6) 温度检测与控制电路 1. 完成系统软件设计 1) 键盘管理程序(包括键扫描、键处理程序)。 2) LED数码管显示程序。 3) 模数转换程序 4) 数模转换程序 5) PID控制程序 2. 实现系统要求的功能: 1) 温度设定在恒定值附近。 2) 显示、加热、越线报警。 第二章 基础知识介绍 2.1主控制器AT89C51 主控制器采用MCS51系列单片机AT89C51,89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存 储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非 易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS- 51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,AT MEL的89C51是一种高效微控制器, 89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 MCS51单片机的内部基本结构框图如图2-1所示,由以下部分组成[4]: (1) 一个8 位的微处理器(CPU)。 (2) 片内数据存储器RAM(128B),用以存放可以读写的数据,如运算的中间结果、最终结果 以及状态标志位等。 (3) 片内程序存储器ROM(4KB),用以存放已编制好的程序及程序中用到的常数。 (4) 四个8 位并行I/O 接口P0~P3,每个口既可以用作输入,也可以用作