单片机课程设计基于AT89S52 单片机的温度控制系统.doc
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1、 机电学院课程设计说明书课程 设计 名称基于AT89S52的电热片温度控制系统设计教学系、部、室测控教研室专 业测控技术与仪器学 号070030122姓 名 指 导 教 师 目 录(一)功能描述(二)系统分析及设计1系统框图.2系统组成分析3测控系统硬件设计.(1)温度测量电路(2)主电路(3)控制电路.(4)报警与指示电路.(三)关键技术分析(四)系统总体电路设计.(五)系统软件设计.(六)课程设计总结.基于AT89S52 单片机的温度控制系统摘要: 本文介绍了一种基于AT89S52单片机的电阻炉温度控制系统,阐述了系统的工作原理、硬件电路以及软件设计。并且把整个硬件系统的电路设计划分为PT
2、00温度传感器与AT89S52单片机的硬件接口电路设计、数据显示设计、数据存储器的扩展电路设计、通信接口电路设计。该装置可实现环境温度的实时测量与控制,并能记录、存储相关数据,并附有通信接口,能应用方便。具有精度高、稳定性好的特点。此系统还设计了单片机与上位机的通信,实现了远程温度控制。这种方案可大大地提高工作效率和控制精度,有助于自动化水平的提高,具有良好的经济效益和推广价值。该系统经过实验,取得了较为满意的控制效果。关键字:单片机; AT89S52; 温度控制系统; 模数转换(一) 功能描述温度测控系统是一个基于AT89S52单片机的温度测量闭环控制系统,能通过pt100温度传感器对电热片
3、的温度信号进行采集,再由A/D 转换芯片ADC0809 将电压值转换成数字量, 经单片机采集后与设定温度进行比较,并把温度显示在数码管显示器上。当温度高于温度控制范围上线时,报警器发出蜂鸣声示警,同时AT89S52单片机会发出指令,关闭电热片的电源,同时开启散热扇,使温度不至于过高。当温度降到控制温度下限时,散热扇接受单片机指令停止工作,单片机再次发出指令,开启电热片。周而复始使温度始终控制在需求的控制范围之内。该系统测温范围为200400,报警上、下限为250-350。2 系统特点 精度高、测温范围广、报警及时,可广泛应用于基于单片机的测温报警。(二)系统分析及设计1系统框图LED温度显示器
4、电 热片温度传感器数模转换器AT89S52单片机电磁继电器超温示警蜂鸣器温度控制系统设计框图2系统组成分析1)AT89S52单片机此装置核心是AT89S52单片机,AT89S52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于 常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能:
5、 8k字节Flash,256字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位 定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口, 片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结, 单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S521引脚图如下各引脚功能及介绍P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,
6、每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下, P0不具有内部上拉电阻。 在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。 P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计
7、数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如下表所示。 在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能 P1.0 T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出 P1.1 T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制) P1.5 MOSI(在系统编程用) P1.6 MISO(在系统编程用) P1.7 SCK(在系统编程用) P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,
8、被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR) 时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址(如MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p3 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内
9、部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如下表所示。 在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断0) P3.3 INT1(外中断1) P3.4 TO(定时/计数器0) P3.5 T1(定时/计数器1) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器读选通) 此外,P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。 RST复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机
10、复位。 ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。 对FLASH存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。 如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。 PSEN程序储存允许(PSEN)输
11、出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89C52由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲,在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP外部访问允许,欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。 如EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序存储器的指令。 FLASH存储器编程时,该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。2)温度传感器本设计采用热电阻传感器PT100,
12、又叫铂电阻,热电阻,是一种温度传感器,铂电阻温度系数为0.0039,0时电阻值为100,电阻变化率为0.3851/。 采用不锈钢外壳封装,内部填充导热材料和密封材料灌封而成,尺寸小巧,适用于精密仪器、恒温设备、流体管道等温度的测量,非常经济实用。铂电阻温度传感器精度高,稳定性好,应用温度范围广,是中低温区(-200400)最常用的一种温度检测器,不仅广泛应用于工业测温,而且被制成各种标准温度计。 按IEC751国际标准, 温度系数TCR=0.003851,Pt100(R0=100)、Pt1000(R0=1000)为统一设计型铂电阻。 PT100温度传感器原理PT100是一个温度传感器,是一种稳
13、定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在 -200 至 650 的范围.电阻式温度检测器(RTD,Resistance,Temperature Detector)是一种物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻系数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度检测器是以金属作成的,其中以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,最为稳定耐酸碱、不会变质、相当线性最受工业界采用。PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下:R=Ro(1+T)其中=0.
14、00392,Ro为100(在0的电阻值),T为摄氏温度因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。 1:Vo=2.55mA 100(1+0.00392T)=0.255+T/1000 。2:量测Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准。电路分析由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,由于7.2V齐纳二极体的作用,使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为6.5V,靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为2.55mA,使得量测电压V如箭头所示为0.255+T/1000。其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限大,同时又放大1
15、0倍,使得运算放大器输出为2.55+T/100。6V齐纳二极体的作用如7.2V齐纳二极体的作用,我们利用它调出2.55V,因此电压追随器的输出电压V1亦为2.55V。其后差动放大器之输出为Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10,如果现在室温为25,则输出电压为2.5V。工作原理:传感器的接入非常简单,从系统的 5V 供电端仅仅通过一支 3K92 的电阻就连接到 PT100 了.这种接法通常会引起严重的非线性问题,但是.由于有了单片机的软件校正作为后盾,因此就简化了传感器的接入方式.3)模数转换器ADC0809引脚图A/D转换器芯片ADC0809简介 8路模拟
16、信号的分时采集,片内有8路模拟选通开关以及相应的通道抵制锁存用译码电路,其转换时间为100s左右。ADC0809的内部结构ADC0809的内部逻辑结构图如下图所示。 ADC0809内部逻辑结构 图中多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用一个A/D转换器进行转换,这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对 A、B、C 3个地址位进行锁存和译码,其译码输出用于通道选择,其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出,因此可以直接与系统数据总线相连,表为通道选择表。 信号引脚ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装,其引脚排列见图9.8对ADC0809主要信号引脚的功能说
17、明如下:IN7IN0模拟量输入通道 ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿,A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START转换启动信号。START上升沿时,复位ADC0809;START下降沿时启动芯片,开始进行A/D转换;在A/D转换期间,START应保持 低电平。本信号有时简写为ST.A、B、C地址线。 通道端口选择线,A为低地址,C为高地址,引脚图中为ADDA,ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路,所需时钟信号由外界提供,因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换;EO
18、C=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志,又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式,可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位,D7为最高 OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0,输出数据线呈高阻;OE=1,输出转换得到的数据。Vcc +5V电源。Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较,作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).ADC0809与AT89S52的连接电路连接主要涉及两个问题。一是8路模拟信号通道的选择,二是A/D转换完成后转换数据的传送。8路
19、模拟通道选择 如左下图所示模拟通道选择信号A、B、C分别接最低三位地址A0、A1、A2即(P0.0、P0.1、P0.2),而地址锁存允许信号ALE由P2.0控制,则8路模拟通道的地址为0FEF8H0FEFFH.此外,通道地址选择以作写选通信号,这一部分电路连接如右下图所示。信号时间的配合信号时间的信号时间的配合ADC0809的部分信号连接 从图中可以看到,把ALE信号与START信号接在一起了,这样连接使得在信号的前沿写入(锁存)通道地址,紧接着在其后沿就启动转换。图9.19是有关信号的时间配合示意图。启动A/D转换只需要一条MOVX指令。在此之前,要将P2.0清零并将最低三位与所选择的通道好
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