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1、天 津 理 工 大 学课程设计报告题目： 基于单片机的温控器设计学生姓名 李天辉 学号 1009 届 班级 电气4班 指引教师 专业电气工程及其自动化 说 明1. 课程设计文本材料涉及设计报告、任务书、指引书三部分，其中任务书、指引书由教师完毕。按设计报告、任务书、指引书顺序装订成册。2. 学生根据指引教师下达的任务书、指引书完毕课程设计工作。3. 设计报告内容建议重要涉及：概述、系统工作原理、系统构成、设计内容、小结和参照资料。4. 设计报告字数应在3000-4000字，采用电子绘图、采用小四号宋体、1.25倍行距。5.课程设计成绩由平时体现（30%）、设计报告（30%）和提问成绩（40%）
2、构成。 课程设计任务书、指引书课程设计题目： .课程设计任务书一、课程设计的内容和规定（涉及原始数据、技术规定、工作量） 当今社会，温控器已经广泛应用于电冰箱、空调和电热毯等领域中。其长处是控制精度高，稳定性好，速度快自动化限度高，温度和风速全自动控制，操作简朴可靠，对执行器规定低，故障率低，效果好。目前国内外生产厂家正在研究开发第三代智能型室温空调温控器，应用新型控制模型和数控芯片实现智能控制。目前已有国内厂家生产出了智能型室温空调温控器，并已应用于实际工程。 本课程设计规定设计温度控制系统，重要由温度数据采集、温度控制、按键和显示、通讯等部分构成。温度采集采用NTC或PTC热敏电阻（或由电
3、位器模拟）或集成温度传感器、集成运算放大器构成的信号调理电路、AD转换器构成。温控部分采用交流开关BT136通过变化导通角进行调压限流达到控制加热丝温度的目的。 温度控制算法采用PID控制，可以采用一般PID或模糊PID。对控制PID参数进行整定，进行MATLAB仿真，阐明控制效果。进行程序编制。设计通讯合同，并可以通过RS485总线将数据传回上位机。2课程设计的规定1、选择相应元器件设计温度控制系统原理图 并绘制PCB幅员。2、进行PID控制算法仿真，设计PID参数，或模糊PID规则。3、系统功能规定：a要可以显示实时温度；b可以进行温度设立；c可以进行PID参数设定；d可以把数据传回上位机
4、；e可以设定本机地址。F温度控制范畴099.9度。4、编制程序并调试通过，并有程序流程图。二、课程设计参照资料1单片机的C语言应用程序设计 第三版 马忠梅等编著2赵晓安. MCS-51单片机原理及应用. 天津：天津大学出版社，.33何立民. 单片机高档教程 第1版北京：北京航空航天大学出版社，4如何使用KEIL 8051 C编译器 (韩)金炯泰著 金奎焕等译 (韩) 金炯泰 著5有关芯片数据手册。.课程设计指引书一、课程设计要点、设计环节1、纯熟掌握常用EDA设计软件，如protel等，进行原理图、PCB幅员设计。设计温度控制电路。2、采用MATLAB软件进行PID控制参数的设计。3、根据功能
5、规定进行软件设计，采用KEIL进行程序调试。二、重要技术核心的分析、解决思路1、温度控制电路设计，可以采用无触点交流开关BT136结合光藕MOC3062设计温度控制电路，实现强弱电隔离。2、与上位机通讯采用RS485，需要加入点评转换芯片如MAX485。3、为了保证输入信号不损毁芯片，信号调理电路需加嵌位电路。4、可以选用单片机开发板来进行设计，但要满足任务书规定。三、课程设计进度安排起 迄 日 期工 作 内 容系统需求分析器件选型，硬件原理图设计PID或模糊PID算法设计软件编制调试撰写课程设计报告目录一、 引言-5二、 概述-5三、 系统工作原理-5四、 系统构成 -6五、 系统硬件简介-
6、16六、 系统软件设计-13七、 总结-18八、 课程设计参照资料-19引言 在科技飞速发展的今天，计算机技术得到迅猛推广,而单片机由于具有集成度高，体积小，功耗低，解决能力强，可靠性高，系统构造简朴，价格低廉，易于推广使用的长处，因此被广泛应用于工业生产和家庭生活中。温度控制系统则是单片机在家庭生活中的一种典型的应用。 温度控制器是一种温度控制装置，它根据顾客所需温度与设定温度之差值来驱动执行机构，从而达到顾客所需温度的目的。 多种温控家用电器随着生产技术的发展和生活水平的提高越来越普及，只有一种简朴、稳定的温度控制系统才干更好的适应市场需求，更好的满足人民的意愿一、概述该温度控制系统是以8
7、051单片机为核心的控制系统。在硬件电路方面，重要提成了几种模块，即温度数据采集、温度检测电路模块，ADC0809电信号的解决模块，加热控制电路模块，数据解决模块，电压输入模块，LED显示模块，键盘输入模块和温度控制输出模块，并在protel 99SE上进行电原理图绘制及双层印制电路板设计。温度采集采用集成温度传感器、集成运算放大器构成的信号调理电路、AD转换器构成。温控部分采用交流开关BT136通过变化导通角进行调压限流达到控制加热丝温度的目的。 温度控制算法采用PID控制，采用一般PID或模糊PID。对控制PID参数进行整定，运用MATLAB进行仿真，阐明控制效果。进行程序编制。设计通讯合
8、同，并可以通过RS485总线将数据传回上位机。二、系统工作原理温度控制系统如下图所示，温度由热电偶检测，经变送器变换成原则电压信号送入A/D转换器，使之变成数字量，送入单片机，经数字滤波后作为本次采样值；控制程序按照设定好的算法，将设定值和采样值进行比较运算，再将运算成果送到触发电路控制交流开关BT136通过变化导通角进行调压限流达到控制加热丝温度的目的，实现温度恒定控制。此外，本系统还支持温度的设定和显示，当控制系统的温度过高或者过低时，可以触发声光报警信号，提示工作人员注意。三、系统构成温度控制器重要由单片机，时序电路，温度采样电路，A/D转换电路，温度显示电路，温度输入电路，驱动电路等构
9、成. 流程图如下：温度采样电路 80518段译码器8段译码器数码管数码管按键电路驱动电路A/D转换电路时钟图1 温度控制系统框图四、系统硬件简介4.1、8051单片机简介 8051单片机由具有数据解决能力的微解决器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、定期/计数器、并行接口、串行接口、中断控制和系统时钟电路等几大单元以及数据总线、地址总线和控制总线三大总线构成。 8051属于8位单片机，片内4KB的ROM，128B的片内RAM。可寻址外部的64KB的数据存储器和程序存储器，16位的地址总线，5个中断源，2个优先级，32根I/O线，1个全双工异步串行口，2个16位定期/计数器。 80
10、51的复位方式有上电复位、手动开关复位和自动复位3种，其中上电复位电路是运用电容充放电来实现的。 其时钟产生方式分为内部振荡方式和外部时钟方式。内部振荡方式是运用单片机内部的反向放大器构成振荡电路。8051单片机的40个引脚大体可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。1、电源:（1）VCC - 芯片电源，接+5V；（2）VSS - 接地端； 2、时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 3、控制线:控制线共有4根： （1）ALE/PROG:地址锁存容许/片内EPROM编程脉冲。ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址。PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPR
11、OM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 （2）PSEN:片外程序存储器选通信号。 （3）RST/VPD:复位/备用电源。RST功能：复位信号输入端。VPD功能：在Vcc掉电状况下，接备用电源。 （4）EA/Vpp:片外ROM选择/片内EPROM编程电源。EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 4、I/O线 80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号。 8051单片机由具有数据解决能力的微解决器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、
12、定期/计数器、并行接口、串行接口、中断控制和系统时钟电路等几大单元以及数据总线、地址总线和控制总线三大总线构成。 8051属于8位单片机，片内4KB的ROM，128B的片内RAM。可寻址外部的64KB的数据存储器和程序存储器，16位的地址总线，5个中断源，2个优先级，32根I/O线，1个全双工异步串行口，2个16位定期/计数器4.2 A/D转换电路4.2.1 ADC0801简介ADC0801是8位全MOS中速A/D 转换器、它是逐次逼近式A/D 转换器，片内有三态数据输出锁存器，可以和单片机直接口接。其重要引脚功能如下：（1）RD，WR：读选通信号和选通信号（低电平有效）。（2）CLK：时钟脉
13、冲输入端，上升有效。（3）DB0DB7是输入信号。（4）CLKR：内部时钟发生器外接电阻端，与CLKIN端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/1.1RC。（5）CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦CS有效，表白A/D转换器被选中，可启动。（6）WR：写信号输入，接受微机系统或其他数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，CS、WR同步为低电平时，启动转换。(7)INTR：转换结束输出信号，低电平有效，输出低电平表达本次转换已完毕。该信号常作为向微机系统发出的中断祈求信号。 （8）CLK:为外部时钟输入端，时钟频率高，A/D转换速度快。容许范畴为10-1280KHZ，典型值为640KHZ
14、，此时，A/D转换时间为10us。一般由MCS51单片机ALE端直接或分频后与其相连。当MCS单片机与读写外，RAM操作时，ALE信号固定为CPU时钟频率的1/6，若单片外接的晶振为6MHZ，则1/6为1MHZ，A/D转换时间为64us。 4.2.2 A/D转换电路工作原理 A/D 转换电路如图2.1所示。ADC0801的A/D转换成果输出端DB0DB7与8051的P0.0-P0.7相连，INTR与P2.0口相连，INTR端用于给出A/D转换完毕信号，因此通过查询P2.0便可以获知A/D转换与否完毕。RD与8051 RD相连，WR也是跟8051 WR相连。CS、VIN+接地。（低电平有效）ADC0801的两模拟信号输入端，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号，与WR同步为低电平A/D转换器被启动切在WR上升沿后100 模数完毕转换，转换成果存入数据锁存器，同步，INTR自动变为低电平，表达本次转换已结束。如CS、RD同步来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出
