DOC《单片机原理及应用》

单片机原理及应用 题目: 水温控制系统 专业: 电子信息工程 班级: 电信061 姓名: 闫月华 学号:

06220329 指导老师: 余水宝成绩: ( 2008.

12 ) 目录第1节 引言…3 第2节 方案论证与比较…3 2.1 总体方案设计及论证…3 2.2 各部分电路方案论证…4 第3节 总体设计框图…5 第4节 硬件电路设计与计算…5 4.1 温度采样和转换电路

5 4.2 温度控制电路…7 4.3 单片机控制部分…7 4.4 键盘及数字显示部分…8 第5节 软件设计及程序流程图…9 5.1 主程序流程图…9 5.2 串行通信流程图…10 5.3 键盘显示部分的程序流程图…10 5.4 PID 算法…10 第6节 测试方法和测试结果…11 6.1 系统测试仪器及设备…11 6.2 测试方法…12 6.3 测量结果…12 第7节 设计总结…13 第8节 参考文献…13 附录…14

1 主系统电路原理图…14

2 键盘与显示电路原理图…14

3、PCB图…15 水温控制系统 数理与信息工程学院 06电信 闫月华 指导教师:余水宝 第1节 引言 引言:该系统以AT89C51单片机为核心实现温度控制.温度信号由AD590和温度/电压转换电路获得,温度实时控制采用PID算法,控制输出采用PWM波触发可控硅来控制加热通断.使系统具有较高的测量精度和控制精度. Abstract:This system uses microcontroller AT89C51 to control the temperature. The signal of temperature is supplied by AD590 and converter,PID algorithm is adopted to control the temperature, the output circuit uses the pluse controlled trigge silicon to adjust the efficient power of the heating line.The system has better accuracy of meature and control. 第2节 方案论证与比较 本题目是设计制作一个水温控制系统,对象为一升净水,加热器为1KW的电炉.要求能在35℃--95℃范围内设定控制水温,并具有较好的快速性和较小的超调,以及键盘控制和数码管显示等功能. 2.1总体方案设计及论证 根据题目的要求,我们提出了以下的两种方案 方案一:采用传统的二位模拟控制方法,选用模拟电路,用电位器设定给定值,采用上下限比较电路将反馈的温度值与给定的温度值比较后,决定加热或者不加热.由于采用模拟控制方式,系统受环境的影响大,不能实现复杂的控制算法,控制精度做得不高,而且不能用数码显示和键盘设定.方案框图如图1所示: 方案二:采用单片机AT89C51为核心,采用温度传感器AD590采集温度变化信号,A/D采样芯片ADC0804将其转换成数字信号并通过单片机处理后去控制温度,使其达到稳定.单片机具有编程灵活,控制简单的优点,使系统能简单的实现温度的控制及显示,并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点. 比较两种方案,方案二明显的改善了方案一的不足及缺点,并具有控制简单、控制温度精度高的特点.因此本设计电路采用方案二. 2.2 各部分电路方案论证 本电路以单片机为基础核心,系统由前向通道模块、后向控制模块、系统主模块及键盘显示模块等四大模块组成.现将各部分主要元件及电路做以下的论证: (1)温度采样部分 方案一:采用热敏电阻,可满足35℃--95℃的测量范围,但热敏电阻精度低、重复性和可靠性都比较差,对于检测精度小于1℃的温度信号是不适用的. 方案二:采用温度传感器AD590.AD590具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点.其测量范围在-50℃--+150℃,满刻度范围误差为±0.3℃,当电源电压在5―10V之间,稳定度为1时,误差只有±0.01℃,其各方面特性都满足此系统的设计要求.此外AD590是温度-电流传感器,对于提高系统抗干扰能力有很大的帮助. 经上述比较,方案二明显优于方案一,故选用方案二 (2)、键盘显示部分 控制与显示电路是反映电路性能、外观的最直观部分,所以此部分电路设计的好坏直接影响到电路的好坏. 方案一:采用可编程控制器7279与数码管组成,可编程/显示器件7279实现对按键的扫描、消除抖动、提供LED的显示信号,并对LED显示控制.用7279和键盘组成的人机控制平台,能够方便的进行控制单片机的输出. 方案二:采用单片机AT89C2051与地址译码器74LS138组成控制和扫描系统,并用AT89C2051的串口与主电路的单片机进行通信,这种方案既能很好的控制键盘及显示,又为主单片机大大的减少了程序的复杂性,而且具有体积小,价格便宜的特点. 方案一虽然也能很好的实现电路的要求,但考虑到电路设计的成本和电路整体的性能,我们采用方案二. (3)、控制电路部分 方案一:采用8031芯片,其内部没有程序存储器,需要进行外部扩展,这给电路增加了复杂度. 方案二:本方案的CPU模块采用2051芯片,其内部有2KB单元的程序存储器,不需外部扩展程序存储器.但由于系统用到较多的I/O口,因此此芯片资源不够用. 方案三:采用AT89C51单片机,其内部有8KB单元的程序存储器,不需外部扩展程序存储器,而且它的I/O口也足够本次设计的要求. 比较以上三种方案,综合考虑单片机的各部分资源,因此此次设计选用方案三. 第3节 总体设计框图 该水温控制系统主要由AT89C51单片机控制系统、前向通道(温度采样转换电路)、后向通道(温度控制电路)、键盘显示电路等四部分组成,其总体设计框图如图2所示. 第4节 硬件电路设计与计算 本电路总体设计包括四部分:主机控制部分(AT89C51)、前向通道(温度采样和转换电路)、后向通道(温度控制电路)、键盘显示部分. 一 温度采样和转换电路 系统的信号采样和转换电路主要由温度传感器AD