北工大电子工程计报告小型温度控制系统.docx

中文摘要本电子工程设计的任务是完成一套小型的温度测量与控制系统。这个系统需要完成非电量到电量信号转换、信号处理、数据采集、数据处理、人机交互、数据通信、控制等设计工作，几乎覆盖一般电子系统的所有设计环节。其中包含有三个阶段。本报告为第二阶段内容，在第一阶段电源模块、变送器模块，驱动器模块的基础上，又包含：单片机模块的设计与实现；数模转换模块的设计与实现；模数转换模块的设计与实现；键盘显示模块的设计与实现。在上述七个模块的基础上，通过软件设计完成环境温度的显示与闭环温度控制两大功能。并通过键盘很方便的进行两大功能的自由切换和目标控制温度的设定。本报告针对以上模块分别详细给出了设计要求、方案设计、电路设计、原理分析、电路调试、电路故障等方面的内容，以完整反映实验过程。关键词【关键词】单片机；温度；闭环控制1 课题背景1.1 课题背景在化工、石油、冶金等生产过程的物理过程和化学反应中，温度往往是一个很重要的量，需要准确地加以控制。因此以温度作为被控制量的反馈控制系统广泛的应用于其他领域，是用途很广的一类工业控制系统。温度控制系统常用来保持温度恒定或者使温度按照某种规定的程序变化。目前，温度控制系统是应用最广泛的闭环控制系统，不但走进了工厂，而且走进了千家万户，为老百姓服务。本课程通过对闭环温度控制系统的设计与实现，逐步掌握系统的设计方法与设计流程，掌握单片机应用系统的设计与调试，并锻炼在调试中发现问题、解决问题的能力。1.2 设计概述本报告所涉及的小型温度控制系统为教学实验系统，所以只提出功能、指标和采用元件的设计要求。(1)温度控制范围：0℃~100℃(2)测温元件：半导体温度传感器AD592(3)温度控制执行元件：半导体制冷片(4)核心控制部件：C8051F系列单片机小型温度控制系统基本组成如图所示：图1. 1系统整体功能框图需要说明的是本报告是在第一阶段——简单电路的模块化实现的基础上，通过更加复杂电路的设计与实现，并配合相关软件设计，共同完成温度控制任务。一般来说一个比较复杂的电路系统，可以按照电路实现的功能或电路的类型分为若干个模块。其中有些模块与其它模块之间的界面清晰，入口参数和出口参数明确，能够独立工作，这类电路模块可以称之为独立电路模块。为了简化系统电路的设计工作，并且使系统便于组装、调试，这类电路模块可以单独进行设计、实现和调试、检测。本阶段的设计任务仍然采取模块化的方法，分模块进行设计与焊接、调试。这样可以有效降低模块设计的难度，分模块调试，也是调试更加方便，降低了系统失败的风险。本阶段上上阶段已完成电源模块、变送器模块和驱动器模块的设计与实现的基础上。继续完成单片机模块、AD模块、DA模块、键盘显示模块的设计与实现。并在各模块的基础上完成软件设计，实现环境温度的采集与显示，环境温度的闭环控制两大功能，成功完成了预期目标。2 简单电路的模块化设计与实现2.1 单片机应用电路设计与实现2.1.1基本要求片选信号：6个地址信号： 4个数据总线： AD0~AD7控制信号： WR，RD安装：独立电路板结构2.1.2设计方案采用以MCS-51（C8051F023）为核心的单片机做为控制芯片。MCS-51系列单片机有众多性能优异的兼容产品、成熟的开发环境、世界上最大的单片机客户群、高性价比、畅通的供货渠道，是初学者的首选机型。本电路直接采用成品单片机最小系统版，最小系统版内置晶振与复位电路，可以简化设计，方便焊接，也增加了设计与实现的成功率。是单片机模块更加可靠。图2. 1典型的51单片机的最小系统电路图本次设计采取总线结构，把单片机的P1口作为数据总线接口，P1、P2口联合使用作为地址总线接口。通过总线结构设计，可以有效减轻软件设计难度，也是单片机控制的多个功能部件更加协调一致的工作。图2. 2单片机总线设计框图如图2.2所示，控制系统在数据/地址传输上采用数据/地址分离设计；在控制上采用部分译码电路。数据/地址分离电路设计：单片机模块P3口为数据/地址复用端口，为了得到低8位地址，采用74LS373锁存器构成典型的数据/地址分离电路。地址译码电路设计：采用74LS138构成部分译码电路。具体电路图如下：图2. 3单片机系统设计电路图为便于各模块协调一致的工作，电路设计统一接口模式，方便调试与查错，单片机模块安装接口如图2.4所示。图2. 4单片机模块装结构图2.1.3单片机系统的调试调试平台：电子工程设计训练调试台调试内容：地址译码电路输出检测适用电路：部分地址译码电路测试设备：JTAG适配器单片机应用系统板150MHz数字双踪示波器调试方法：1、检查电路连线无误后，将电路板安装在测试台上2、断开译码电路负载，运行测试程序，检查各输出引脚是否有输出，各个输出之间相对位置关系是否正确；3、用示波器观察CS0~