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1、基于单片机温度控制系统硬件设计摘 要温度是工业控制中主要的被控参数之一。随着电子技术和计算机技术的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。单片机具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点，尤其在温度测量和控制反面，控制简单方便，测量范围广，精度高，得到广泛应用。本设计以AT89C52 单片机为核心的温度控制系统。温度传感器为铂电阻PT100，并把模拟信号传送给ADC0808，然后经ADC0808的转换后传送给单片机。该控制系统的硬件部分包括：信号调理电路、模拟转化电路以及LCD显示电路。单片机对采集信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分采用模块化
2、结构。主要模块有：键盘扫描及键盘处理程序、AD转换程序、LCD显示程序。设计初始采用Proteus仿真软件调试成功，再利用Altium Designer 6.9制作PCB板。完成PCB制板后，调试硬件电路，同时将仿真所写程序代码烧写进焊接完成的电路板，最后再通过实物完成设计工作。关 键 词：单片机，总线读取，Proteus 仿真，PCBTHE TEMPERATURE CONTROL SYSTEM BASED ON MCU HARDWARE DESIGNABSTRACTTemperature is one of the main accused parameters in the industr
3、ial control. As electronics and computer technology along with the rapid development, computer measurement and control technology has been rapid development and wide application. MCU has been widely used by handling ability run fast and low power consumption, especially in temperature measurement an
4、d control negative simple control and convenient wide measurement range high accuracy.This design takes AT89C52 microcontroller integrated circuit as core temperature control system. The temperature sensor is PT100, and transmitted the analog signal to the ADC0808, then converted by the ADC0808 sent
5、 to MCU. The hardware of the control system include: signal conditioning circuitry、analog conversion circuit and LCD display circuit. MCU process the signal, in order to achieve the temperature control. The article also emphatically introduced the software design part, uses the modular structure her
6、e, the main module includes: keyboard scanning and pressed key disposal procedure, AD signal processing procedure, and LCD display procedure.The design of the initial Proteus simulation software debugging, re-use of Altium Designer 6.9 production of PCB board. Completion of the PCB system board, deb
7、ugging the hardware circuit, while simulation written code burned into the circuit board soldering is completed, and finally to complete the design work through in-kind.KEY WORDS：MCU, bus read, Proteus simulation, PCB目 录前 言1第1章系统总体方案设计31.1 系统设计流程31.2 系统设计总体功能描述3第2章 系统硬件设计52.1 元器件的选择52.1.1 MCU的选型52.1
8、.2 AD的选型62.2 单元电路模块设计82.2.1 复位电路及时钟电路82.2.2 电源电路102.2.3 LED输出控制电路102.2.4 程序烧写电路102.2.5 铂热电阻信号调理电路112.2.6 AD转化电路142.2.7 LCD显示电路152.3 总体原理图设计172.4 系统PCB图18第3章 系统软件设计203.1 系统总流程图203.2 LCD显示模块213.2.1 原理介绍213.2.2 显示流程图213.3 A/D 转换模块223.3.1 A/D 转换原理介绍223.3.2 A/D 转换流程图233.4 定时子程序23第4章 Proteus 仿真254.1 Prote
9、us介绍254.2 Proteus仿真25结论27参考文献28致 谢29前 言温度是工业中非常关键的一项物理量,在农业,现代科学研究和各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。例如钢铁生产过程中,按照工艺条件的规定保持一定的温度才能保证产品质量和设备的安全。对电气设备进行温度的监控。例如高压开关、变压器的出线套管等,判断可能存在的热缺陷,进而能及时发现、处理、预防重大事故的发生。因此研究温度控制仪具有重要的意义。温度控制采用单片机设计的全数字仪表,是常规仪表的升级产品。温度控制的发展引入单片机之后,有可能降低对某些硬件电路的要求,但这绝不是说可以忽略测试电路本身的重要性,尤其
10、是直接获取被测信号的传感器部分,仍应给予充分的重视,有时提高整台仪器的性能的关键仍然在于测试电路尤其是传感器的改进。现在传感器也正在受着微电子技术的影响,不断发展变化。传感器正朝着小型、固态、多功能和集成化的方向发展。近年来,温度控制的发展尤为迅速。国内外市场上已经出现了多种多样温度控制仪表,应用于社会的各个方面。例如,能够进行程序控温的智能多段温度控制仪,能够实现数字PID 和各种复杂控制规律的智能式温度调节器等。进入21 世纪后,智能温控器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟温控器和网络温控器、研制单片测温控温系统等高科技的方向迅速发展。智能温控仪(亦称数字温控仪)
11、是在20 世纪90 年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前,国际上已开发出多种智能温控器系列产品。智能温控器内部都包含温度传感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温控器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量,适配各种微控制器(MCU)并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试控制功能的,其智能化程度也取决于软件的开发水平。现代信息技术的三大基础是信息采集控制(即温控器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。温控器属于信
12、息技术的前沿尖端产品,尤其是温控器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量日渐上升。近百年来,温控器的发展大致经历了以下三个阶段：(1)模拟温度控制器(2)集成温度控制器(3)能温度控制器目前,国际上新型温控器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。本文采用PROTEUS仿真设计，并利用Altium Designer 6.9制作PCB板。Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片
13、机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。第1章 系
14、统总体方案设计1.1 系统设计流程本设计通过PROTEUS软件画出原理图，然后利用KEIL软件编写程序代码，生成HEX文件后，下载到PROTEUS原理图的MCU中，进行仿真调试。这个过程的成功说明原理图正确，并且为后续工作奠定了软件基础。仿真调试成功后，再利用Altium Designer 6.9绘制电器原理图，最后生成PCB图，布局布线完成后，拿去制板。制板完成后，需要调试焊接电路，最后将仿真是用的HEX文件烧写到实物单片机中，经过多次调试，反复修改程序，达到理想结果。1.2 系统设计总体功能描述本研究成功，在温度测量系统中,实际温度值由铂电阻恒流工作调理电路进行测量。为了克服铂电阻的非线性
15、特点,在信号调理电路中加入负反馈非线性校正电路;调理电路的输出电压经ADC0808 转换后送入单片机AT89C52;对采样数据进行滤波及标度变换处理后,送LCD显示。输入则由4个按键组成的独立式键盘电路进行设定,可分别对设定值的十位和个位进行加1、减1 操作,送入单片机AT89C52 后,送LCD显示。本系统的控制功能由单片机AT89C52 的程序来实现。首先由温度采样值与设定值之差求出温度误差,进一步求出误差变化率。若系统温度偏高,则控制LED绿灯工作,进行降温,若系统温度偏低,则控制LED红灯温度进行加热,从而实现控制温度的目的。整体设计框图如图2.1 所示。图1.1 系统总体框图第2章
16、系统硬件设计2.1 元器件的选择2.1.1 MCU的选型AT89C52 是51 系列单片机,它是ATMEL公司生产的。AT89C52 是一个低电压,高性能CMOS 8 位单片机,片内含8k bytes 的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes 的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51 指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash 存储单元,功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52 有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16
17、 位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线AT89C52 可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S 系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash 存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89C52 有PDIP、PQFP/TQFP 及PLCC 等三种封装形式,以适应不同产品的需求两类。其主要功能特性：(1)32个双向I/O口，256x8bit 内部RAM(2)3个16 位可编程定时/计数器，中断时钟频率0-24MHz(3)2个串行中断，可编程UART 串行通道(4)2个外部中断源，共8个中断源(5)2个读写中断口线，3级加密位(
18、6)低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能。AT89C52为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM 及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR 的接收解码及与主板CPU 通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接6MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V
19、电源的正负端。P0-P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32-39 脚）被定义为数字量输入端，分别与ADC0808的管脚D0-D7 相连接，P1端口（1-8脚）被定义为LED 输出端，分别与LED段控端相连。P3.4和P3.5 分别是加热电路和制冷电路的控制输出端。图3.1 为AT89C52 结构图图2.1 AT89C52 结构图2.1.2 AD的选型A/D 转换器用于实现模拟量到数字量的转换，按转换原理可分为4 种：即计数式A/D 转换器，双积分A/D 转换器，逐次逼近式A/D 转换器和并行式A/D 转换器。（1）并行比较A/D 转换器，如ADC0808
20、。并行比较ADC是现今速度最快的模/数转换器，采样速率在1GSPS以上，通常称为“闪烁式”ADC。它由电阻分压器、比较器、缓冲器及编码器四种分组成。这种结构的ADC所有位的转换同时完成，其转换时间主取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。（2）逐次逼近型A/D 转换器，如ADS7805、ADS7804 等。逐次逼近型ADC 是应用非常广泛的模/数转换方法，这一类型ADC 的优点高速采样速率可达1MSPS，与其它ADC 相比功耗相当低在分辨率低于12 位时价格较低。缺点在高于14 位分辨率情况下价格较高传感器产生的信号在进行模/数转换之前需要进行调理包括增益级和滤波这样会明显增加成本。（
21、3）分型A/D转换器如ICL7135、ICL7109、ICL1549、MC14433 等。积分型ADC 又称为双斜率或多斜率ADC，是应用比较广泛的一类转换器。它的基本原理是通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。与此同时，在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数从而实现A/D转换。积分型ADC两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定因此所得到的表达式与时钟频率无关，其转换精度只取决于参考电压VR。此外，由于输入端采用了积分器，所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。若把积分器定时积分的时间取为工频信号的整数倍，可把由工频噪声引起的误差减小到最小，从而有效地抑
22、制电网的工频干扰。这类ADC主要应用于低速、精密测量等领域，如数字电压表。其优点是，分辨率高，可达22 位功耗低、成本低。缺点是转换速率低转换速率在12 位时为100-300SPS。数据采集系统一般直接用A/D 模数接口电路进行数据的采集A/D模数接口电路是由A/D转换器承担此任务。设计中A/D转换器用的是ADC0808转换器它是8路8位逐次逼近式转换器能分时地对8路模拟量信号进行A/D转换结果8位二进制数据转换时间短满足题目要求的“实时采样”并且它的转换精度在0.1%上下比较适中适用于一般场合。所以本次设计采用ADC0808芯片作为A/D转换器。图3.5为ADC0808的结构图。图2.2 A
23、DC0808 的结构图2.2 单元电路模块设计2.2.1 复位电路及时钟电路AT89C52单片机芯片内部设有一个反向放大器所构成的振荡器，XTAL1 和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟可以由内部或外部产生，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元器件，内部振荡电路就会产生自激振荡。本系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体频率选择6MHz，C1、C2 的电容取30PF，电容的大小可起到频率微调的作用。时钟电路如图2.3所示图2.3 时钟电路单片机具有多种复位电路，本系统采用电平式开关复位与上电复位方式，具体电路如图3.4所示。当上电时，C1相当于短路，使单片机复
24、位，在正常工作时，按下开关使单片机复位，当系统时钟频率为12MHz 时，C1=22uF，R1=200，R2=1k，其缺点是干扰易于串入复位端，在多数条件下，不会造成单片机错误复位，但会引起内部某些寄存器错误复位，这时可以在RESET 端加一个去耦电容。如图2.4所示图2.4 复位电路2.2.2 电源电路采用USB接口提供5V电源。如图2.5所示图2.5 电源电路2.2.3 LED输出控制电路这里利用MCU的两个引脚来控制一盏红灯和一盏绿灯，一旦当前测量温度高于设定温度时，绿灯亮红灯灭，表示当前状态是冷却状态；当前测量温度与设定温度相等时，红绿灯都熄灭，表示当前状态为平衡状态，无输出动作；当前测
25、量温度小于设定温度时，红灯亮绿灯灭，表示当前状态为加热状态。电路图如2.6所示图2.6 LED电路2.2.4 程序烧写电路MAX232是电荷泵芯片，可以完成两路TTL/RS-232电平的转换，它的9、10、11、12引脚是TTL电平端，用来连接单片机。由其制作的51单片机烧写电路图如2.7所示图2.7 程序烧写电路2.2.5 铂热电阻信号调理电路铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器,由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等,被广泛用于中温(-200650)范围的温度测量中。PT100是一种广泛应用的测温元件，在-50600范围内具有其他任何温度传感器无可
26、比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。由于铂电阻的电阻值与温度成非线性关系，所以需要进行非线性校正。校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正，模拟校正有很多现成的电路，其精度不高且易受温漂等干扰因素影响，数字化校正则需要在微处理系统中使用，将Pt电阻的电阻值和温度对应起来后存入EEPROM中，根据电路中实测的AD值以查表方式计算相应温度值。常用的Pt电阻接法有三线制和两线制，其中三线制接法的优点是将PT100的两侧相等的导线长度分别加在两侧的桥臂上，使得导线电阻得以消除。常用的采样电路有两种：一为桥式测温电路，一为恒流源式测温电路。其中图2.8为三线制桥式测温电路，图2.9为两线制
27、桥式测温电路，图2.10为恒流源式测温电路。下面分别对桥式电路和恒流源式电路的原理在设计过程中应注意事项进行说明。桥式测温的典型应用电路如图2.8所示（图2.8和图2.9均为桥式电路，分别画出来是为了说明两线制接法和三线制接法的区别）。测温原理：电路采用TL431和电位器VR1调节产生4.096V的参考电源；采用R1、R2、VR2、Pt100构成测量电桥（其中R1R2，VR2为100精密电阻），当Pt100的电阻值和VR2的电阻值不相等时，电桥输出一个mV级的压差信号，这个压差信号经过运放LM324放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连AD转换芯片。差动放大电路中R3R4、 R5R6、放
28、大倍数R5/R3，运放采用单一5V供电。设计及调试注意点：1. 同幅度调整R1和R2的电阻值可以改变电桥输出的压差大小；2. 改变R5/R3的比值即可改变电压信号的放大倍数，以便满足设计者对温度范围的要求3. 放大电路必须接成负反馈方式，否则放大电路不能正常工作（以前就有个猪头特别提醒说只有接成正反馈才能正常工作，我也没做试验就拿它当经验，害得我重新做板）。4. VR2也可为电位器，调节电位器阻值大小可以改变温度的零点设定，例如Pt100的零点温度为0，即0时电阻为100，当电位器阻值调至109.885时，温度的零点就被设定在了25。测量电位器的阻值时须在没有接入电路时调节，这是因为接入电路后
29、测量的电阻值发生了改变。5. 理论上，运放输出的电压为输入压差信号放大倍数，但实际在电路工作时测量输出电压与输入压差信号并非这样的关系，压差信号比理论值小很多，实际输出信号为4.096*(RPt100/(R1+RPt100)- RVR2/(R1+RVR2) （1）式中电阻值以电路工作时量取的为准。6. 电桥的正电源必须接稳定的参考基准，因为如果直接VCC的话，当网压波动造成VCC发生波动时，运放输出的信号也会发生改变，此时再到以VCC未发生波动时建立的温度-电阻表中去查表求值时就不正确了，这可以根据式（1）进行计算得知。图2.8 三线制桥式测量电路图2.9 两线制桥式测量电路恒流源式测温的典型
30、应用电路如图2.10所示。测温原理：通过运放U1A将基准电压4.096V转换为恒流源，电流流过Pt100时在其上产生压降，再通过运放U1B将该微弱压降信号放大（图中放大倍数为10），即输出期望的电压信号，该信号可直接连AD转换芯片。根据虚地概念“工作于线性范围内的理想运放的两个输入端同电位”，运放U1A的“+”端和“-”端电位V+V-4.096V；假设运放U1A的输出脚1对地电压为Vo，根据虚断概念，（0-V-）/R1+（Vo-V-）/RPt1000，因此电阻Pt100上的压降VPt100Vo-V-V-*RPt100/R1，因V-和R1均不变，因此图3虚线框内的电路等效为一个恒流源流过一个Pt
31、100电阻，电流大小为V- /R1，Pt100上的压降仅和其自身变化的电阻值有关。设计及调试注意点：1. 电压基准源可以采用TL431按图2.8的电路产生可调的。2. 等效恒流源输出的电流不能太大，以不超过1mA为准，以免电流大使得Pt100电阻自身发热造成测量温度不准确，试验证明，电流大于1.5mA将会有较明显的影响。3. 运放采用单一5V供电，如果测量的温度波动比较大，将运放的供电改为15V双电源供电会有较大改善。4. 电阻R2、R3的电阻值取得足够大，以增大运放的U1B的输入阻抗。5. 当然做恒流源还有很多方法，TL431的Datasheet上就有其作为恒流源的详细介绍。图2.10 恒流
32、源测量电路考虑到电路成本问题和铂热电阻的购买问题，对比以上三种测量电路，本系统采用图2.9所示测量方法进行测量，选择合适的元器件，达到理想的测量结果。2.2.6 AD转化电路总线方式控制牵涉到单片机和外围设备时序的分配、地址空间的分配、总线驱动能力等等问题，一旦设计不好，系统就无法启动，或者说部分模块无法工作。因为A/D操作包含了启动转换和读转换后数据两个步骤，所以在电路设计中，采用了两个或非门作为控制逻辑。要获取AD信号，第一步必须首先启动AD，由高位地址线A12-A15通过138组成译码电路产生ADC0808的片选信号CS_AD。要启动ADC0808必须首先启动ADC0808的ALE端和S
33、TART端，这两个信号有CS_AD和CPU来的WR信号控制，因此要启动AD必须首先向使能CS_AD信号的对应译码地址写任意一个数值，以给ALE和START端产生启动脉冲。这个对应的译码地址从74HC138的电路可以看出是0xA000H,在其有效地址范围内任取其一即可。当在ADC0808的ALE和START端产生了启动脉冲后，ADC0808就进入转换工作，EOC端输出低电平，当转换完成后，EOC端会产生一个上升沿信号，变成高电平。以触发单片机中断，告诉单片机此时数据转换完毕，可以读取转换后的读数据了。读数据信号要使能ADC0808的ENABLE信号，这个信号由RD信号和CS0808来组成，所以要
34、读取数值，必须对ADC0808对应的片选地址发一个读命令就能获取数据线上的数据了。具体电路如图2.11所示图2.11 ADC0808接线图2.2.7 LCD显示电路字符型1602液晶显示是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式的LCD。其内部的字符发生存储器（CGROM)存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”,所以我们可以根据需要灵活设计。图2.12 1602液晶引脚图
35、1602有16个引脚，各引脚功能现说明如上图2.12其中RS、RW的值控制单片机对它的读写：RS=0 RW=0写入指令寄存器（清清屏等）;RS=0 RW=1读busy(DB7)以及读取位址计数器（DB-DB6）的值;RS=1 RW=0写入数据寄存器（显示各字符等）;RS=1 RW=1从数据寄存器读取数据。每次在对LCD进行读写操作时，都要对其进行标志位忙检测，标志位BF=1表示液晶显示器忙，暂时无法接收来自单片机的数据或指令。当BF=0时，表示液晶显示器可以接收单片机的数据或命令。1602的数据和指令传输是通过D0D7这8位数据线来完成的。对1602采用总线方式读写，其原理图如图2.13所示图
36、2.13 1602液晶接线图2.3 总体原理图设计依据上述各个部分电路图，对总体原理图进行设计如下图2.14所示图2.14 总体原理图利用上述原理图实现仿真功能，并利用KEIL烧写程序代码，最后经过多次调试程序，使程序能够完成系统要求的功能。2.4 系统PCB图利用Altium Designer 6.9 绘制PCB板图如下图2.15为上层PCB图，图2.16为下层PCB图。图2.15 PCB上层板图图2.16 PCB下层板图第3章 系统软件设计3.1 系统总流程图本系统的总流程图如图3.1所示图3.1 总流程图3.2 LCD显示模块3.2.1 原理介绍显示模块的功能为使第一个数码管显示A/D
37、转换数据采集的采样值。而第二个数码管显示由键盘输入得设定值,用于显示对系统的温度设定,在整个系统进行测控的过程中,两数码管同时显示,显示程序中采样值显示采用了常规的显示程序。编写程序中键盘显示时有一点比较重要,由于最后生成的设定值是十位或个位的加1 键和十位或个位减1 键输入,必须严格区分才可以编制其显示程序,此处采用的方法是将个位的加1、减1 键输入的值存在28H,而十位的加1、减1 键输入的值存放在34H,然后驱动不同的位码即可正常显示。 3.2.2 显示流程图显示流程图如图3.2所示图3.2 显示流程图3.3 A/D 转换模块3.3.1 A/D 转换原理介绍先送地址锁存允许信号ALE 一
38、上升沿,使A、B、C 地址状态送至地址锁存器中,然后送START 一上升沿,开始进行A/D 转换,然后判断转换结束状态信号EOC 是否为1,为0则继续等待转换,为1 则将转换好的数字量经ADC0808的8 个数据输出端D0-D7 送到AT89C52 的P0.0-P0.7 口。3.3.2 A/D 转换流程图A/D转换流程图如图3.3所示图3.3 模数转换流程图3.4 定时子程序定时程序主要是用于完成模糊查询表的占空比控制,总体思想是根据模糊控制表中的占空比控制表中占空比控制变量U的不同取值,采用不同的定时来改变继电器的通断,进而完成对加热和风扇的控制。根据继电器的机械特性,要求其不能频繁通断,所
39、以通断要有一定长的时间,但又要考虑到控制能及时的根据新的采样值和设定值的变化来做出相应的动作,所以采用以下方法,以占空比1/4为例说明,定时器T0、T1仍都采用方式1定时,T0专用于置低电平定时,即双向可控硅导通,T1专用于置高电平定时,即双向可控硅关断,先将P3.4口置低电平,启动T0定时,定时长度仅取10ms,高字节存放0ECH,低字节存放78H,循环次数为1次,每次10ms定时完成后,不直接进行循环,而是插入数据采集程、标度变换和显示程序,然后再进行循环,循环1 次后,P3.4口置高电平,启动T1定时,为了方便计算占空比,定时长度仍取10ms,循环次数为3次,同上,10ms定时完成后,仍
40、不直接进行循环,而是插入数据采集程、标度变换和显示程序,然后再进行循环,循环3次后返回主程序,这样就完成了占空比1/4的定时。第4章 Proteus 仿真4.1 Proteus介绍Proteus ISIS 是英国Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows 操作系统上,可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路,该软件的特点是:(1)实现了单片机仿真和SPICE 电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232 动态仿真、I2C 调试器、SPI 调试器、键盘和LCD 系统仿真的功能,有各种虚拟仪器,如示波器、
41、逻辑分析仪、信号发生器等。(2)支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有,68000 系列、8051 系列、AVR 系列、PIC12 系列、PIC16 系列、PIC18 系列、Z80 系列、HC11系列以及各种外围芯片。(3)提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能,同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态,因此在该软件仿真系统中,也必须具有这些功能,同时支持第三方的软件编译和调试环境,如Keil C51 uVision2 等软件。(4)具有强大的原理图绘制功能。总之,该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件,功能极其强大。本章介绍Proteus
42、 ISIS 软件的工作环境和一些基本操作。然后在Proteus 选出所需要的硬件模块本系统所要用的模块。4.2 Proteus仿真安装好Proteus 后进入程序界面 。Proteus 的工作界面是一种标准的Windows 界面,包括:标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。硬件选择好后,把硬件模块逐一放入Proteus 图形编辑窗口连接好导线。这些准备好后导入程序仿真完成，如图4.1所示测量状态。图4.1 仿真测温状态当按下SET键后进入设定温度状态，如图4.2所示。图4.2 仿真设定温度值
43、状态结论本次设计的智能温控仪系统具有硬件结构简单、易于制作、价格低廉、测量值精确和易于操作等许多优点。整个课题的开发过程主要包括了硬件电路设计和软件程序的编写两个部分，主要任务是开发一个以AT89C52 单片机为核心的智能温控仪，可实现现场温度的测量和控制，并用LED 显示。通过仿真验证了系统的可行性，能满足设计要求，达到设计的指标。温度传感器使用的是铂电阻PT100 传感器，精度较高，抗干扰能力强。其次是数据采集处理阶段，此阶段是对传感器发出的信号处理，主要分为信号放大、采集，然后进行A/D 转换。经过A/D 转换后用LED 显示现场温度值。通过以上论述可以发现，整个设计的实用性较高，使用的
44、硬件都是比较能够方便取得的，但还是有很多缺陷，如传感器输出部分的稳定问题，A/D 转换部分硬件的选择，动态部分其他更完善处理的方法等，希望以后还能有所改进，能够趋于完美。 参考文献1 余锡存，曹国华单片机原理及接口技术.西安：西安电子科技大学出版社,20002 张毅刚等MCS-51单片机应用设计哈尔滨工业大学出版社,19973 周立功ARM嵌入式系统基础教程M.北京：北京航空航天大学出版社，2009.4 李全利，迟荣强单片机原理及接口技术北京：高等教育出版社，2004.111125 房玉明，杭柏林基于单片机的步进电机开环控制系统J电机与控制应用.2006,33(4)：64-646 任志锦，电机
45、与电气控制北京：机械工业出版社，20027 朱华，宋柏，薛永刚基于单片机的随动控制系统设计J.制造业自动化.2007,29(4)8 徐少华,张华英直流电动机位置随动系统动态性能的分析J软件导刊, 2008,(04)9 郭天祥新概念51单片机C语言教程入门、提高、开发、拓展、全攻略M电子工业出版社，2011，210 谭浩强C程序设计（第三版）M北京：清华大学出版社，200711 彭伟单片机C语言程序设计实训100例北京航空航天大学出版社,2010,512 张伟Protel电路板设计与制作北京：人民邮电出版社,200413 江思敏等Protel电路设计教程北京：清华大学出版社,2002.915 于
46、京，张静路51系列单片机C程序设计与应用案例北京：中国电力出版社致 谢本课题的研究工作是在黄晓东老师的悉心指导下完成的。在这四年的求学岁月里，黄老师在学业上给予了精心的指导，是我能够顺利完成课题研究的根本保证。同时，导师渊博的学术知识、严谨求实的学风、勤勤恳恳的钻研精神和敬业精神，使我受益匪浅，他将是我今后学习和工作的楷模。借此论文完稿之际，对恩师的辛勤培养致以崇高的敬意和衷心的感谢！在本课题的完成和试验过程中，均给予了我多方面的指导和帮助，使得课题的实验工作得以顺利进行，在此深表谢意！感谢在背后默默支持我的父亲、母亲，他们的全力支持是我完成学业的最终保证！同时感谢一起学习和工作过的同学等。感谢他们给我的无私的帮助和支持，使我得以顺利完成学业。谢谢!最后，作者谨向百忙中评阅本文的各位专家、教授表示诚挚的感谢。望给予指导，以此规范自己今后工作中的设计思路和理念。
