北工大電子工程設(shè)計報告（小型溫度控制系統(tǒng)）

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電子工程設(shè)計報告

題目：溫度測量系統(tǒng)/閉環(huán)溫度控制系

統(tǒng)設(shè)計

專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)小組：第14小組姓名學(xué)號：王寧12023110高潔12023112

指導(dǎo)教師：張印春完成日期：2023.12.20

電子工程設(shè)計Ⅱ試驗報告120231班14組

目錄

中文摘要2關(guān)鍵詞21課題背景31.1課題背景31.2設(shè)計概述32簡單電路的模塊化設(shè)計與實現(xiàn)42.1單片機應(yīng)用電路設(shè)計與實現(xiàn)42.1.1基本要求42.1.2設(shè)計方案42.1.3單片機系統(tǒng)的調(diào)試62.1.4調(diào)試中遇到的問題82.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計與實現(xiàn)82.2.1試驗要求82.2.2設(shè)計方案82.2.3電路主要參數(shù)計算102.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模塊的調(diào)試112.3顯示與鍵盤控制電路設(shè)計與實現(xiàn)122.3.1基本要求：122.3.2設(shè)計方案：122.3.3顯示模塊模塊的調(diào)試142.3.4鍵盤模塊的調(diào)試162.4數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計與實現(xiàn)192.4.1基本要求：192.4.2設(shè)計方案192.4.3數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)試213整體電路的調(diào)試與功能實現(xiàn)233.1環(huán)境溫度顯示功能的實現(xiàn)233.2閉環(huán)溫度控制功能的實現(xiàn)23附錄25

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電子工程設(shè)計Ⅱ試驗報告120231班14組

中文摘要

本電子工程設(shè)計的任務(wù)是完成一套小型的溫度測量與控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)需要完成非電量到電量信號轉(zhuǎn)換、信號處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、人機交互、數(shù)據(jù)通信、控制等設(shè)計工作，幾乎覆蓋一般電子系統(tǒng)的所有設(shè)計環(huán)節(jié)。其中包含有三個階段。本報告為其次階段內(nèi)容，在第一階段電源模塊、變送器模塊，驅(qū)動器模塊的基礎(chǔ)上，又包含：

單片機模塊的設(shè)計與實現(xiàn)；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計與實現(xiàn)；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計與實現(xiàn)；鍵盤顯示模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。

在上述七個模塊的基礎(chǔ)上，通過軟件設(shè)計完成環(huán)境溫度的顯示與閉環(huán)溫度控制兩大功能。并通過鍵盤很便利的進行兩大功能的自由切換和目標(biāo)控制溫度的設(shè)定。

本報告針對以上模塊分別詳細給出了設(shè)計要求、方案設(shè)計、電路設(shè)計、原理分析、電路調(diào)試、電路故障等方面的內(nèi)容，以完整反映試驗過程。

關(guān)鍵詞

單片機；溫度；閉環(huán)控制

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電子工程設(shè)計Ⅱ試驗報告120231班14組

1課題背景

1.1課題背景

在化工、石油、冶金等生產(chǎn)過程的物理過程和化學(xué)反應(yīng)中，溫度往往是一個很重要的量，需要確鑿地加以控制。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)常用來保持溫度恒定或者使溫度依照某種規(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)，不但走進了工廠，而且走進了千家萬戶，為老百姓服務(wù)。本課程通過對閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，逐步把握系統(tǒng)的設(shè)計方法與設(shè)計流程，把握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試，并鍛煉在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

1.2設(shè)計概述

本報告所涉及的小型溫度控制系統(tǒng)為教學(xué)試驗系統(tǒng)，所以只提出功能、指標(biāo)和采用元件的設(shè)計要求。

(1)溫度控制范圍：(2)測溫元件：

0℃~100℃

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

小型溫度控制系統(tǒng)基本組成如下圖：

圖1.1系統(tǒng)整體功能框圖

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電子工程設(shè)計Ⅱ試驗報告120231班14組

需要說明的是本報告是在第一階段——簡單電路的模塊化實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過更加繁雜電路的設(shè)計與實現(xiàn)，并協(xié)同相關(guān)軟件設(shè)計，共同完成溫度控制任務(wù)。一般來說一個比較繁雜的電路系統(tǒng)，可以依照電路實現(xiàn)的功能或電路的類型分為若干個模塊。其中有些模塊與其它模塊之間的界面明了，入口參數(shù)和出口參數(shù)明確，能夠獨立工作，這類電路模塊可以稱之為獨立電路模塊。為了簡化系統(tǒng)電路的設(shè)計工作，并且使系統(tǒng)便于組裝、調(diào)試，這類電路模塊可以單獨進行設(shè)計、實現(xiàn)和調(diào)試、檢測。

本階段的設(shè)計任務(wù)依舊采取模塊化的方法，分模塊進行設(shè)計與焊接、調(diào)試。這樣可以有效降低模塊設(shè)計的難度，分模塊調(diào)試，也是調(diào)試更加便利，降低了系統(tǒng)失敗的風(fēng)險。本階段上上階段已完成電源模塊、變送器模塊和驅(qū)動器模塊的設(shè)計與實現(xiàn)的基礎(chǔ)上。繼續(xù)完成單片機模塊、AD模塊、DA模塊、鍵盤顯示模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。并在各模塊的基礎(chǔ)上完成軟件設(shè)計，實現(xiàn)環(huán)境溫度的采集與顯示，環(huán)境溫度的閉環(huán)控制兩大功能，成功完成了預(yù)期目標(biāo)。

2簡單電路的模塊化設(shè)計與實現(xiàn)

2.1單片機應(yīng)用電路設(shè)計與實現(xiàn)

2.1.1基本要求

片選信號：6個地址信號：4個數(shù)據(jù)總線：AD0~AD7控制信號：WR，RD安裝：獨立電路板結(jié)構(gòu)

2.1.2設(shè)計方案

采用以MCS-51（C8051F023）為核心的單片機做為控制芯片。MCS-51系列單片機有眾多性能優(yōu)異的兼容產(chǎn)品、成熟的開發(fā)環(huán)境、世