北工大電子工程設計報告（小型溫度控制系統(tǒng)）

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電子工程設計報告

題目：溫度測量系統(tǒng)/閉環(huán)溫度控制系

統(tǒng)設計

專業(yè)：電子科學與技術小組：第14小組姓名學號：王寧12023110高潔12023112

指導教師：張印春完成日期：2023.12.20

電子工程設計Ⅱ試驗報告120231班14組

目錄

中文摘要2關鍵詞21課題背景31.1課題背景31.2設計概述32簡單電路的模塊化設計與實現(xiàn)42.1單片機應用電路設計與實現(xiàn)42.1.1基本要求42.1.2設計方案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)換電路設計與實現(xiàn)82.2.1試驗要求82.2.2設計方案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計與實現(xiàn)122.3.1基本要求：122.3.2設計方案：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)換電路設計與實現(xiàn)192.4.1基本要求：192.4.2設計方案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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電子工程設計Ⅱ試驗報告120231班14組

中文摘要

本電子工程設計的任務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、控制等設計工作，幾乎覆蓋一般電子系統(tǒng)的所有設計環(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)動器模塊的基礎上，又包含：

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

在上述七個模塊的基礎上，通過軟件設計完成環(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控制溫度的設定。

本報告針對以上模塊分別詳細給出了設計要求、方案設計、電路設計、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。

關鍵詞

單片機；溫度；閉環(huán)控制

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電子工程設計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反應中，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)廣泛的應用于其他領域，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。本課程通過對閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，逐步把握系統(tǒng)的設計方法與設計流程，把握單片機應用系統(tǒng)的設計與調(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設計概述

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

(1)溫度控制范圍：(2)測溫元件：

0℃~100℃

半導體溫度傳感器AD592

(3)溫度控制執(zhí)行元件：半導體制冷片(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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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)的基礎上，通過更加繁雜電路的設計與實現(xiàn)，并協(xié)同相關軟件設計，共同完成溫度控制任務。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計、實現(xiàn)和調(diào)試、檢測。

本階段的設計任務依舊采取模塊化的方法，分模塊進行設計與焊接、調(diào)試。這樣可以有效降低模塊設計的難度，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)動器模塊的設計與實現(xiàn)的基礎上。繼續(xù)完成單片機模塊、AD模塊、DA模塊、鍵盤顯示模塊的設計與實現(xiàn)。并在各模塊的基礎上完成軟件設計，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，成功完成了預期目標。

2簡單電路的模塊化設計與實現(xiàn)

2.1單片機應用電路設計與實現(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