温度控制器课程设计报告 11291064..

电气工程学院

温度控制器课程设计

设计题目：温度控制器

学号：11291064

姓名：周琳

同组人：朱龙胜（11291065）指导教师：季晓恒

设计时间：2014年3月21日

设计地点：电气学院实验中心

温度控制器课程设计成绩评定表姓名周琳学号11291064

课程设计题目：温度控制器课程设计

课程设计答辩或提问记录：

成绩评定依据：

课程设计预习报告及方案设计情况（20％）：

课程设计考勤情况（5％）：

电路焊接情况（15%）

课程设计调试情况（40％）：

课程设计总结报告与答辩情况（20％）：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

温度控制器课程设计任务书

学生姓名：周琳指导教师：季晓衡

一、课程设计题目：

温度控制器显示课程设计

二、课程设计要求

1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，独立进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；

2. 查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真；

3. 完成预习报告，报告中要有设计方案，设计电路图，还要有仿真结果；

4. 进实验室进行电路调试，边调试边修正方案；

5. 撰写课程设计报告——最终的电路图、调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。

三、进度安排

1．时间安排

序号内容学时安排（天）

1 方案论证和系统设计 1

2 完成电路仿真，写预习报告 1

3 电路调试 2

4 写设计总结报告与答辩 1

合计 5

设计调试地点：电气楼410

2．执行要求

微机原理与接口技术课程成绩80分以上的同学可以自拟题目，其余的同学都是指定题目。，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的详细电路（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同。

摘要

本设计主要设计了一个基于STC90C51单片机的温度控制器，并在数码管上显示相应的温度。通过温度传感器AD590和AD转换芯片ADC0832将采集的温度传送给单片机，并判断该温度与设定的温度的大小从而控制继电器开关热机与风机，实现温度的控制与调节。

关键词：单片机，温度控制器，继电器

Abstract

In this project, we designed a temperature controller based on STC90C51.And display the corresponding temperature in the digital tube. The temperature sensor AD590 and AD will convert the acquired temperature to send to the microcontroller, and compare the real time temperature and the set temperature so as to control the relay to turn on and turn off the heater and the motor, to meet the temperature control specification.

Key words: microcontroller，Temperature controller，Relay,analogue and digital convertion

目录

第一章系统方案设计 (11)

第二章仿真 (15)

第三章调试…………………………………………………………

第四章结论…………………………………………………………

第五章心得体会…………………………………………………..

参考文献…………………………………………………………….

附录1 元器件清单………………………………………………

第一章系统方案设计

【题目】

温度控制器

【要求】

1．采用1路模拟输入，电压范围为0——5V，控制温度变化范围为0——99.9。C 。

2．使用2个继电器分别控制加热器和风机，用来加热和降温。

3．目标温度保持在60度。

4．系统中加一个滞环，当温度低于50度，开始加热；当温度高于55度时，关加热器；

当温度高于70度时，开风机；当温度低于65度时，关风机。

5．使用3个数码管作为输出显示电压值或温度值。

【预习及准备】

1．课题背景

电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化。在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面。

而本次设计就是要通过以MCS-51系列单片机为控制核心，实现温度控制器的设计。

2．系统原理及流程图的初步设计

本课设主要设计了一个基于STC90C51单片机的温度控制器，并在数码管上显示相应的温度。通过温度传感器AD590和AD转换器ADC0832将采集的温度传送给单片机，并判断该温度与设定的温度的大小从而控制继电器开关热机与风机，实现温度的控制与调节。

经设计，温度控制器主要由单片机STC90C51、温度采集电路、A/D转换电路、温度显示电路、驱动电路等组成。整体系统框图如图1所示：

STC90C51 A/D转

换电路

温度

采集

电路

继电器

继电器风机

加热器

温度显示

电路

图1 整体系统框图

3．所用芯片介绍

3.1 温度传感器AD590

AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度,AD590的测温范围为-55℃到+150℃。AD590的电源电压范围为4V-30V。电源电压可在4V-6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。输出电阻为710MW。精度高共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃到+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。AD590的输出电流I=（273+T）μA（T为摄氏温度），因此测量的电压V为（273+T）μA×10K=（2.73+T/100）V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来，我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。由于一般电源供应教多器件之后，电源是带杂波的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压，其输出电压V1需调整至 2.73V接下来我们使用差动放大器其输出V o为（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果现在为摄氏28℃，输出电压为2.8V，输出电压接AD 转换器，那么AD转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。

AD590的管脚图及简单应用电路如下图所示：

3.2 LM358

电路需要两路运算放大电路，所以选择双路运算放大器，一路作跟随器另一路作差分放

大器，LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式，本实训用8引线双列直插式DIP8。

特性(Features):

内部频率补偿

直流电压增益高(约100dB)

单位增益频带宽(约1MHz)

电源电压范围宽：单电源(3—30V)；

双电源(±1.5 一±15V)

低功耗电流，适合于电池供电,低输入偏流

低输入失调电压和失调电流

LM358管脚图如下：

3.3 ADC0832

ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨率可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求，其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5伏之间。芯片转换时间仅为32微秒，具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。

通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和D0/D1的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/D1端则使用D1段输入通道功能选

择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前D1端应输入2位数据用于通道选择，当为“1”、“0”时，只对CHO进行单通道转换。当数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。到第3个脉冲的下沉之后D1端的输入电平就失去输入作用，此后DO/D1端则开始利用数据输出D0进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由D0端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉D0端输出下一位数据，直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19个脉冲数据输出完成，也标志着一次A/D 转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。

本次实验中我们使用CH0通道输入模拟信号，因此实验中控制ADC0832的时序图如下：

AD0832管脚图

芯片接口说明：

CS＿：片选使能，低电平芯片使能。

CHO：模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。

CH1：模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。

GND：芯片参考0电位。

D1:数据信号输入，选择通道控制。

D0：数据信号输出，选择通道控制。

CLK芯片时钟输入。

Vcc/REF电源输入及参考电压输入。

3.4 STC90C51

STC90C51是采用8051核的ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。

芯片管脚图如下：

3.5 74HC573

74HC573八进制3态非反转透明锁存器。

实验中Vcc接+5V电源，GND接地，LE接51芯片的P1.4管脚，当锁存使能端LE为

高时，这些器件的锁存对于数据是透明的，当锁存使能端变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。P1.4置高，锁存器74HC573输出数据。

3.6 74HC245

74HC245总线驱动器，典型的TTL型三态缓冲门电路，其作用为，信号功率放大。74HC245引脚定义：

第1脚DIR，为输入输出端口转换用，DIR=“1”高电平时由“A”端输入“B”端输出，DIR=“0”低电平时由“B”端输入“A”端输出，第2~9脚“A”信号输入输出端，A1=B1…A8=B8，A1和B1是一组，如果DIR=“1”OE=“0”则A1输入B1输出，其他类同。如果DIR=“0”OE=“0”则B1输入A1输出，其他类同。第11~18脚“B”信号输入输出端，功能和“A”一样，第19脚OE，使能端，若该脚为“1”，A/B端的信号将不导通，只有为“0”时A/B端才被启用，该脚也就是能起到开关的作用。

管脚图如下：

3.7 四位一体数码管

内部的四个数码管共用a~dp这8根数据线，为人们的使用提供了方便，因为里面有四个数码管，所以它有四个公共端，加上a~dp，共有12个引脚，下面便是一个共阴的四位数码管的内部结构图（共阳的与之相反）。引脚排列依然是从左下角的那个脚（1脚）开始，以逆时针方向依次为1~12脚，下图中的数字与之一一对应。

管脚图如下：

3.8 继电器

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自

动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

电磁继电器的工作原理和特性：电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

【软件流程】

1、软件流程框图

2、程序设计

#include

#include

sbit Heater=P1^3;//define heater control signal sbit Motor=P1^4;//define motor control signal sbit CS=P3^0;

sbit Clk=P3^1;

sbit DATI=P3^2;

sbit DATO=P3^2;

sbit LED1=P1^0;

sbit LED2=P1^1;

unsigned char dat=0x00;

unsigned char CH;

unsigned dis[]={0x00,0x00,0x00}; unsigned char adc0832(unsigned char CH) {

unsigned char i,test,adval;

adval = 0x00;

test = 0x00;

Clk = 0; //初始化

DATI = 1;

_nop_();

CS = 0;

_nop_();

Clk = 1;

_nop_();

if (CH == 0x00 ) //通道选择

{

Clk = 0;

DATI = 1; //通道0的第一位

_nop_();

Clk = 1;

_nop_();

Clk = 0;

DATI = 0; //通道0的第二位

_nop_();

Clk = 1;

_nop_();

}

else

{

Clk = 0;

DATI = 1; //通道1的第一位

_nop_();

Clk = 1;

_nop_();

Clk = 0;

DATI = 1; //通道1的第二位

_nop_();

Clk = 1;

_nop_();

}

Clk = 0;

DATI = 1;

for( i = 0;i < 8;i++ ) //读取前8位的值

{

_nop_();

adval <<= 1;

Clk = 1;

_nop_();

Clk = 0;

if (DATO)

adval |= 0x01;

else

adval |= 0x00;

}

for (i = 0; i < 8; i++) //读取后8位的值

{

test >>= 1;

if (DATO)

test |= 0x80;

else

test |= 0x00;

_nop_();

Clk = 1;

_nop_();

Clk = 0;

}

if (adval == test) //比较前8位与后8位的值，如果不相同舍去。若一直出现显

示为零，请将该行去掉

dat = test;

_nop_();

CS = 1; //释放ADC0832

DATO = 1;

Clk = 1;

return dat;

}

void delay(unsigned int i) //延时程序,i是形式参数,i为1时延时约1ms

{

unsigned int j;

for(;i>0;i--) //变量i由实际参数传入一个值,因此i不能赋初值

for(j=0;j<125;j++) //j由0自增到125 所用的时间大约是1MS

{;}

}

void display1(unsigned int t)

{

unsigned char code TAB1[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; P0=TAB1[t];

P2=0x7F;

}

void display2(unsigned int t)

{

unsigned char code TAB2[10]={0xBF,0x86,0xDB,0xCF,0xE6,0xED,0xFD,0x87,0xFF,0xEF}; P0=TAB2[t];

P2=0xBF;

}

void display3(unsigned int t)

{

unsigned char code TAB1[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; P0=TAB1[t];

P2=0xDF;

}

void drive()

{

unsigned char Drive;

Drive=1;

delay(5);

Drive=0;

delay(5);

}

void main() //主函数

{

unsigned char a=3.921,b,c;

unsigned char ADC_out; //储存A/D转换后的值

unsigned char High,Mid,Dec; //分别储存转换后的整数部分与小数部分

Heater=0;//define heater control signal

Motor=0;//define motor control signal

CH=0x00;

P2=0xff; //初始化位选，全关

P0=0xff;

LED1=1;

LED2=1;

while(1)

{

ADC_out=adc0832(CH); //进行A/D转换c=(ADC_out*a)/10;

if(ADC_out!=0)

{

High=(ADC_out*a)/100; //计算整数部分b=(ADC_out*a)%100;

Mid=b/10; //计算小数部分

Dec=(ADC_out*a)%10;

display1(High); //显示十位数

delay(5);//延时5ms

display2(Mid); //显示个位数

delay(5); //延时5ms

display3(Dec); //显示小数

delay(5); //延时5ms

}

if(c>0&&c<50)

{

LED1=0;//指示热机开，红灯

Heater=1;

Motor=0;

}

if(c>55)

{

LED1=1;//指示热机关，红灯

Heater=0;

}

if(c>70)

{

LED2=0;//绿灯指示风机开

Motor=1;

LED1=1;//红灯关指示热机关

}

if(c<65)

{

LED2=1;

Motor=0;//绿灯关指示风机关

}

}

}

第二章仿真

【整体仿真图】

【仿真控制效果】

1、调节电位器，增大电压，当温度低于50度时，继电器1的开关“闭合”，开始加热，指示灯1“亮”；同时，继电器2的开关处于“断开”状态，指示灯2处于“熄灭”状态。

2、调节电位器，增大电压，当温度低于55度时，继电器1的开关保持“闭合”，继续加

热，指示灯1“亮”；同时，继电器2的开关保持“断开”，指示灯2保持“熄灭”。

3、调节电位器，增大电压，当温度高于55度时，继电器1的开关“断开”，停止加热，

指示灯1“熄灭”；同时，继电器2的开关保持“断开”，指示灯2保持“熄灭”。