北工大電子工程設(shè)計(jì)報(bào)告(小型溫度控制系統(tǒng))

1、北工大電子工程設(shè)計(jì)報(bào)告(小型溫度控制系統(tǒng))電子工程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：溫度測(cè)量系統(tǒng)/閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)小組：第8小組姓名學(xué)號(hào)：丹陽(yáng)11023224覃業(yè)泰11023226賚龍11023228指導(dǎo)教師：高新完成日期：2013.12.15 中文摘要 本電子工程設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成一套小型的溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)需要完成非電量到電量信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)通信、控制等設(shè)計(jì)工作，幾乎覆蓋一般電子系統(tǒng)的所有設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。其中包含有三個(gè)階段。本報(bào)告為第二階段容，在第一階段電源模塊、變送器模塊，驅(qū)動(dòng)器模塊的基礎(chǔ)上，又包含：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)與

2、實(shí)現(xiàn)；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；鍵盤(pán)顯示模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在上述七個(gè)模塊的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)完成環(huán)境溫度的顯示與閉環(huán)溫度控制兩大功能。并通過(guò)鍵盤(pán)很便的進(jìn)行兩大功能的自由切換和目標(biāo)控制溫度的設(shè)定。本報(bào)告針對(duì)以上模塊分別詳細(xì)給出了設(shè)計(jì)要求、案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、原理分析、電路調(diào)試、電路故障等面的容，以完整反映實(shí)驗(yàn)過(guò)程。關(guān)鍵詞【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；溫度；閉環(huán)控制 目錄 中文摘要 (1)關(guān)鍵詞 (1)1 課題背景 (4)1.1 課題背景 (4)1.2 設(shè)計(jì)概述 (4)2 簡(jiǎn)單電路的模塊化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) (6)2.1 單片機(jī)應(yīng)用電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) (6)2.1.1基本要求 (6)2.1.2設(shè)計(jì)案 (6)2.1.3單片

3、機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試 (9)2.1.4調(diào)試中遇到的問(wèn)題 (11)2.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) (11)2.2.1實(shí)驗(yàn)要求 (11)2.2.2設(shè)計(jì)案 (11)2.2.3電路主要參數(shù)計(jì)算 (13)2.2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模塊的調(diào)試 (15)2.3顯示與鍵盤(pán)控制電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) (17)2.3.1基本要求： (17)2.3.2設(shè)計(jì)案： (17)2.3.3顯示模塊模塊的調(diào)試 (19) 2.3.4鍵盤(pán)模塊的調(diào)試 (20) 2.4數(shù)/模(d/a)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) (22)2.4.1基本要求： (22)2.4.2設(shè)計(jì)案 (22)2.4.3數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)試 (25)3 整體電路的調(diào)試與功能實(shí)現(xiàn) (27)3.1環(huán)境

4、溫度顯示功能的實(shí)現(xiàn) (27)3.2閉環(huán)溫度控制功能的實(shí)現(xiàn) (28)附錄 (30)附錄一、環(huán)境溫度顯示源程序 (30)附錄二、溫度閉環(huán)控制源程序 (32)附錄三、參考文獻(xiàn) (37) 1 課題背景 1.1 課題背景在化工、油、冶金等生產(chǎn)過(guò)程的物理過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)中，溫度往往是一個(gè)很重要的量，需要準(zhǔn)確地加以控制。因此以溫度作為被控制量的反饋控制系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于其他領(lǐng)域，是用途很廣的一類工業(yè)控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)常用來(lái)保持溫度恒定或者使溫度按照某種規(guī)定的程序變化。目前，溫度控制系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的閉環(huán)控制系統(tǒng)，不但走進(jìn)了工廠，而且走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，為老百姓服務(wù)。本課程通過(guò)對(duì)閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，逐步

5、掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)法與設(shè)計(jì)流程，掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試，并鍛煉在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。1.2 設(shè)計(jì)概述本報(bào)告所涉及的小型溫度控制系統(tǒng)為教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，所以只提出功能、指標(biāo)和采用元件的設(shè)計(jì)要求。(1)溫度控制圍：0100(2)測(cè)溫元件：半導(dǎo)體溫度傳感器ad592(3)溫度控制執(zhí)行元件：半導(dǎo)體制冷片(4)核心控制部件：c8051f系列單片機(jī)小型溫度控制系統(tǒng)基本組成如圖所示： 圖1. 1 系統(tǒng)整體功能框圖需要說(shuō)明的是本報(bào)告是在第一階段簡(jiǎn)單電路的模塊化實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)更加復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并配合相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，共同完成溫度控制任務(wù)。一般來(lái)說(shuō)一個(gè)比較復(fù)雜的電路系統(tǒng)，可以按照電路實(shí)現(xiàn)的功能

6、或電路的類型分為若干個(gè)模塊。其中有些模塊與其它模塊之間的界面清晰，入口參數(shù)和出口參數(shù)明確，能夠獨(dú)立工作，這類電路模塊可以稱之為獨(dú)立電路模塊。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)工作，并且使系統(tǒng)便于組裝、調(diào)試，這類電路模塊可以單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和調(diào)試、檢測(cè)。本階段的設(shè)計(jì)任務(wù)仍然采取模塊化的法，分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)與焊接、調(diào)試。這樣可以有效降低模塊設(shè)計(jì)的難度，分模塊調(diào)試，也是調(diào)試更加便，降低了系統(tǒng)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。本階段上上階段已完成電源模塊、變送器模塊和驅(qū)動(dòng)器模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上。繼續(xù)完成單片機(jī)模塊、ad模塊、da模塊、鍵盤(pán)顯示模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。并在各模塊的基礎(chǔ)上完成軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的采集與顯示，環(huán)境溫度的閉環(huán)

7、控制兩大功能，成功完成了預(yù)期目標(biāo)。 2 簡(jiǎn)單電路的模塊化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2.1 單片機(jī)應(yīng)用電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1.1基本要求片選信號(hào)：6個(gè)地址信號(hào)：4個(gè)數(shù)據(jù)總線：ad0ad7控制信號(hào)：wr，rd安裝：獨(dú)立電路板結(jié)構(gòu)2.1.2設(shè)計(jì)案采用以mcs-51（c8051f023）為核心的單片機(jī)做為控制芯片。mcs-51系列單片機(jī)有眾多性能優(yōu)異的兼容產(chǎn)品、成熟的開(kāi)發(fā)環(huán)境、世界上最大的單片機(jī)客戶群、高性價(jià)比、暢通的供貨渠道，是初學(xué)者的首選機(jī)型。本電路直接采用成品單片機(jī)最小系統(tǒng)版，最小系統(tǒng)版置晶振與復(fù)位電路，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，便焊接，也增加了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的成功率。是單片機(jī)模塊更加可靠。圖2. 1典型的51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖 本次設(shè)計(jì)采取總線結(jié)構(gòu)，把單片機(jī)的p1口作為數(shù)據(jù)總線接口，p1、p2口聯(lián)合使用作為地址總線接口。通過(guò)總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效減輕軟件設(shè)計(jì)難度，也是單片機(jī)控制的多個(gè)功能