水溫控制系統(tǒng)畢業(yè)設計

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文檔簡介

1、　　學科基礎課硬件課程設計　　設計說明書　　計算機科學與技術系　　2010年9月10日　　學科基礎課硬件課程設計評閱書

2、　　課程設計任務書　　2010 —2011 學年第一學期　　專業(yè)：計算機科學與技術學號 0718014092 姓名：操瑞峰 　　課程設計名稱：學科基礎課硬件課程設計

3、 　　設計題目：水溫控制系統(tǒng)設計 　　完成期限：自 2010 年 8 月 30 日至 2010 年 10 月 10 日共 2 周　　設計依

4、據(jù)、要求及主要內容（可另加附頁）：　　一、目的任務：　　掌握使用單片機設計水溫控制系統(tǒng)的原理。　　設置相應的按鍵，按相應的按鍵時應能對預定溫度進行設置，并將其顯示出來，要求誤差不大于1度，并且要求弱電與強電分離，以保安全。<b&

5、gt;　　二、設計內容：　　1. 復習相關課程內容：單片機原理及應用、計算機控制等課程相關內容；匯編語言程序設計的相關內容；熟悉模擬電路、數(shù)字電路的相關知識；　　2. 熟悉實驗相關器材的主要功能。　　3. 在上述基礎上，根據(jù)課程設計的基本要求，完成以下各項任務(反映在設計說明書中)：</

6、p>　　（1）題目要求涉及的硬件電路圖及摘要說明。　?。?）題目的工作原理及相應描述。　　（3）程序流程框圖。　?。?）程序文本輸入及實驗完成。　　三、時間安排：

7、　1周一～1周三完成相關知識點的復習與軟硬件設計；　　1周四～2周三完成實驗調試和編寫設計說明書；　　2周四～2周五進行課程設計驗收、答辯。　　四、設計要求：　　1.軟件程序文檔；2.硬件電路圖（用專用軟件）；3.完成實驗；4.完成

8、設計說明書。　　指導教師（簽字）：教研室主任（簽字）： 　　批準日期：年月日　　摘要　　溫度控制是無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是

9、在日常生活中都起著非常重要的作用，過低的溫度或過高的溫度都會使水資源失去應有的作用，從而造成水資源的巨大浪費。特別是在當前全球水資源極度缺乏的情況下，我們更應該掌握好對水溫的控制，把身邊的水資源好好地利用起來。水溫控制在工業(yè)及日常生活中應用廣泛,分類較多,不同水溫控制系統(tǒng)的控制方法也不盡相同,其中以PID控制法最為常見。單片機控制部分采用AT89C51單片機為核心，采用軟件編程，實現(xiàn)用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進而控制電爐的加熱來

10、實現(xiàn)溫度控制。然而,單純的PID算法無法適應不同的溫度環(huán)境,在某個特定場合運行性能非常良好的溫度控制器,到了新環(huán)境往往無法很好勝任,甚至使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定,需要重新改變 PID 調節(jié)參數(shù)值以取得佳性能。　　關鍵詞：單片機、水溫控制、AT89C51 、BS18B20　　目錄

11、　　1 課題描述1　　2 問題分析和任務定義2　　2.1 問題分析2　　2.2 水溫控制系統(tǒng)總體框圖2　　3 硬件電路設計3　　4 程序設計4</b&g

12、t;　　4.1 程序流程圖4　　4.2 程序代碼6　　5 電路仿真14　　5.1 仿真軟件14　　5.2仿真過程14　　6 調試、測試與結果

13、分析16　　6.1 仿真16　　6.2 測試16　　6.3 結果分析16　　7 總結17

14、　　8 心得體會18　　參考文獻19　　1 課題描述　　水溫控制在工業(yè)及日常生活中應用廣泛,分類較多,不同水溫控制系統(tǒng)的控制方法也不盡相同,其中以PID控制法最為常見。單片機控制部分采用AT89C51單片機為核心，

15、采用軟件編程，實現(xiàn)用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)溫度控制。然而,單純的PID算法無法適應不同的溫度環(huán)境,在某個特定場合運行性能非常良好的溫度控制器,到了新環(huán)境往往無法很好勝任,甚至使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定,需要重新改變 PID 調節(jié)參數(shù)值以取得佳性能。　　本文首先用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)溫度控制。然后在模型參考自適應算法 MRAC基礎上,用單

16、片機實現(xiàn)了自適應控制,彌補了傳統(tǒng) PID控制結構在特定場合下性能下降的不足,設計了一套實用的溫度測控系統(tǒng),使它在不同時間常數(shù)下均可以達到技術指標。此外還有效減少了輸出繼電器的開關次數(shù),適用于環(huán)境參數(shù)經(jīng)常變化的小型水溫控制系統(tǒng)。　　開發(fā)環(huán)境：微機windowsXP操作系統(tǒng)、DICE反匯編環(huán)境、Protues仿真系統(tǒng)、Keil環(huán)境　　2 問題分析和任務定義&

17、lt;/p>　　2.1 問題分析　　實際上題目的任務就是要設計一個溫控系統(tǒng)，系統(tǒng)的功能是溫度測量和控溫　　在測量部分，要求測量40～90ºC的溫度范圍，還規(guī)定了測量的精度需高于1ºC，測溫的結果要求顯示。　　在控制部分，要求系

18、統(tǒng)能夠將水溫調節(jié)到給定的溫度，并進行保溫。題目并未規(guī)定溫度調節(jié)的時間長短，但顯然調節(jié)時間越短越好。　　題目沒有具體給出具體加熱的器具和方式，因此選手必須自行選擇和制作加熱裝置，然后才能真正進行電路制作。　　在發(fā)揮部分，還要求提高溫度系統(tǒng)的控制性能，縮短調節(jié)時間，提高控制精度，增加打印功能。　　2.2 水溫控制系

19、統(tǒng)總體框圖　　圖2.1 總體設計　　3 硬件電路設計　　水溫控制硬件電路圖，如圖3.1所示：　　圖3.1 水溫控制硬件電路圖　　4 程序

20、設計　　4.1 程序流程圖　　(1)主程序流程圖　　圖4.1 水溫控制主程序流程圖　　(2)軟件結構程序流程圖　　圖4.2 軟件結構程

21、序流程圖　　4.2 程序代碼　　;用于獲取設置的溫度值　　TEMP_GETSH EQU 10H　　TEMP_GETSL EQU 11H　　;用于在數(shù)碼管上顯示

22、　　TEMP_SETHH EQU 12H　　TEMP_SETLL EQU 13H　　;用于存放實時溫度值　　A_BIT EQU 14H ;個位　　B_BIT EQU 15H ;十位&l

23、t;p>　　;按鍵輸入引腳定義　　K1 EQU P2.0　　K2EQU P2.1　　;控制狀態(tài)引腳定義　　DS1820 EQU P3.7&

24、lt;p>　　FLAG EQU 20H.1;DS18B20是否存在標記　　DQ EQU P3.7　　;===========主程序===========　　ORG 0000H　　JMP START<p&

25、gt;　　ORG 03H　　JMP EXT0　　ORG 0013H　　JMP EXT1　　START:　　MOV A,#02

26、H ;設置溫度值為：25　　MOV DPTR,#TABLE3　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV TEMP_SETHH,A　　MOV A,#05H　　MOV DPTR,#TABLE3

27、;　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV TEMP_SETLL,A　　MOV IE,#10000101B　　MOV IP,#00000001B　　MOV TCON,#00000101B

28、　MOV SP,#70H;設置堆棧指針　　MOV R7,#00H ;R7為按鍵K1次數(shù)記錄　　MOV R6,#00H ;R6為按鍵K2次數(shù)記錄　　;============數(shù)碼管顯示子程序============　　DISPLAY:&l

29、t;/b>　　MOV P0,#0FFH　　MOV A,TEMP_SETHH　　MOV P0,A　　MOV A,#00000001B　　MOV P1,A　　ACAL

30、L DELAY　　ACALL TEMP_GETSHH1 ;調用該子程序，以便保存設置溫度值的十位數(shù)的值　　MOV P0,#0FFH　　MOV A,TEMP_SETLL　　MOV P0,A　　MOV A,#000

31、00010B　　MOV P1,A　　ACALL DELAY　　ACALL TEMP_GETSLL1 ;調用該子程序，以便保存設置溫度值的個位數(shù)的值　　MOV P0,#0FFH　　MOV A,#0BFH</p

32、>　　MOV P0,A　　MOV A,#00000100B　　MOV P1,A　　ACALL DELAY　　MOV P0,#0FFH　　MOV A,#0BFH

33、　　MOV P0,A　　MOV A,#00001000B　　MOV P1,A　　ACALL DELAY　　ACALL TEMP_DISPLAY;調用實時溫度顯示子程序　　JMP DISPLAY&

34、lt;/p>　　;============按鍵掃描子程序============　　EXT0:　　PUSH ACC　　PUSH PSW<p

35、>　　INC R6　　MOV A,R6　　CJNE A,#10,DD1　　MOV R6,#00H　　MOV A,R6　　DD1:&

36、lt;/p>　　MOV DPTR,#TABLE1　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV TEMP_SETHH,A　　;ACALL DELAY　　POP PSW<

37、;p>　　POP ACC　　RETI　　EXT1:　　PUSH ACC　　PUSH PS

38、W　　INC R7　　MOV A,R7　　CJNE A,#10,DD2　　MOV R7,#00H　　MOV A,R7<p&g

39、t;　　DD2:　　MOV DPTR,#TABLE2　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV TEMP_SETLL,A　　;ACALL DELAY　　POP

40、PSW　　POP ACC　　RETI　　;=========================　　;=========獲取設置溫度值的子程序=========</p&g

41、t;　　TEMP_GETSHH1:　　;PUSH ACC　　MOV A,TEMP_SETHH ;獲取設置溫度值的十位數(shù)　　;MOV P0,#0FFH　　MOV TEMP_GETSH,A　　MOV

42、 R0,#0FFH　　TEMP1:　　INC R0　　MOV A,R0　　MOV DPTR,#TABLE3　　MOVC A,@A+DP

43、TR　　MOV R1,TEMP_GETSH　　CLR C　　SUBB A,R1　　JNZ TEMP1　　MOV TEMP_GETSH,R0<p&g

44、t;　　;POP ACC　　RET　　TEMP_GETSLL1:　　;PUSH ACC　　MOV A,TEMP_SETLL ;獲取設置溫度值的個位數(shù)　　MOV TEMP_GET

45、SL,A　　MOV R0,#0FFH　　TEMP2:　　INC R0　　MOV A,R0　　MOV DPTR,#TABLE3</p&

46、gt;　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV R1,TEMP_GETSL　　CLR C　　SUBB A,R1　　JNZ TEMP2　　MOV TE

47、MP_GETSL,R0　　;POP ACC　　RET　　;========================================　　;==========初始化及讀取溫度值子程序======<

48、;p>　　RE_TEMP:　　SETB DQ　　ACALL RESET_1820　　JB FLAG,ST　　RET<

49、;p>　　ST:　　MOV A,#0CCH　　ACALL WRITE_1820　　MOV A,#44H　　ACALL WRITE_1820　　ACALL RESET_1820&l

50、t;/p>　　MOV A,#0CCH　　ACALL WRITE_1820　　MOV A,#0BEH　　ACALL WRITE_1820　　ACALL READ_1820　　RE

51、T　　;========================================　　;==========DS18B20復位初始化子程序=======　　RESET_1820:　　SETB DQ</

52、p>　　NOP　　CLR DQ　　;主機發(fā)出延時537us的復位低脈沖　　MOV R1,#3　　DLY:

53、;　　MOV R0,#107　　DJNZ R0,$　　DJNZ R1,DLY　　;然后拉高數(shù)據(jù)線　　SETB DQ<

54、b>　　NOP　　NOP　　NOP　　;等待DS18B20回應　　MOV R0,#25H　　T2: JNB DQ,T3&

55、lt;/p>　　DJNZ R0,T2　　JMP T4　　;置標志位FLAG=1,表示DS18B20存在　　T3:SETB FLAG　　JMP T5<

56、/p>　　;清標志位FLAG=0,表示DS18B20不存在　　T4:CLR FLAG　　JMP T7　　;時序要求延時一段時間　　T5:MOV R0,#117<

57、p>　　T6:DJNZ R0,T6　　T7:SETB DQ　　RET　　;========================================　　;===========寫入DS1820子程序========

58、=====　　;寫入DS1820　　WRITE_1820:　　MOV R2,#8 ;一共8位數(shù)據(jù)　　CLR C ;C=0　　WR1:

59、　　CLR DQ ;總線低位，開始寫入　　MOV R3,#7　　DJNZ R3,$ ;保持16us以上　　RRC A ;把字節(jié)DATA分成8位，環(huán)移給C　　MOV DQ,C ;寫入一個位&

60、lt;/p>　　MOV R3,#23　　DJNZ R3,$ ;等待　　SETB DQ ;重新釋放總線　　NOP　　DJNZ R2,WR1 ;寫入下一個位&l

61、t;p>　　SETB DQ ;釋放總線　　RET　　;========================================　　;===========讀出DS1820子程序=============　　;將溫

62、度值從DS18B20中讀出　　READ_1820:　　MOV R4,#2 ;讀取兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)　　MOV R1,#29H ;低位存入TEMP_GETCL,高位存入TEMP_GETCH　　RE0:

63、　　MOV R2,#8 ;數(shù)據(jù)一共8位　　RE1:　　CLR C　　SETB DQ　　NOP</b&

64、gt;　　NOP　　CLR DQ ;讀前總線保持為低　　NOP　　NOP　　NOP<

65、;/b>　　SETB DQ ;開始讀總線釋放　　MOV R3,#9 ;延時18us　　DJNZ R3,$　　MOV C,DQ ;從總線讀到一個位　　MOV R3,#23

66、　　DJNZ R3,$ ;等待50us　　RRC A ;把讀到的位值環(huán)移給A　　DJNZ R2,RE1 ;讀下一個位　　MOV @R1,A　　DEC R1&

67、lt;p>　　DJNZ R4,RE0　　RET　　;========================================　　;=============溫度顯示子程序=============　　TEMP_DISP

68、LAY:　　ACALL RE_TEMP ;調用讀取溫度子程序　　ACALL TURN　　ACALL DATAES1　　MOV A,29H　　MOV B,#10

69、　DIV AB　　MOV B_BIT,A　　MOV A_BIT,B　　MOV P0,#0FFH　　MOV DPTR,#TABLE3　　MOV A,B_BIT<

70、;p>　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV P0,A　　MOV P1,#00010000B　　ACALL DELAY　　MOV A,A_BIT　　MOV P0,#0FFH<

71、;p>　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV P0,A　　MOV P1,#00100000B 　　ACALL DELAY　　RET　　;==================

72、======================　　;=============數(shù)據(jù)轉化子程序=============　　TURN:　　MOV A,29H　　MOV C,40H;28的位地址<p&

73、gt;　　RRC A　　MOV C,41H　　RRC A　　MOV C,42H　　RRC A

74、MOV C,43H　　RRC A　　MOV 29H,A　　RET　　;========================================<p

75、>　　;=============處理溫度數(shù)據(jù)子程序=========　　DATAES1:　　MOV A,TEMP_GETSH　　MOV B,#00001010B　　MUL AB

76、　　MOV R0,A　　MOV A,TEMP_GETSL　　ADD A,R0　　MOV R0,A　　MOV A,B_BIT　　MOV B,#00001010B&l

77、t;/p>　　MUL AB　　MOV R1,A　　MOV A,A_BIT　　ADD A,R1　　MOV R1,A　　MOV A,R0<

78、;/p>　　CLR C　　SUBB A,R1　　JZ DDAS3　　RLC A　　JC DDAS4　　MOV

79、 P2,#11011111B　　JMP DDAS5　　DDAS3:　　MOV P2,#10111111B　　JMP DDAS5　　DDAS4:</b&g

80、t;　　MOV P2,#01111111B　　DDAS5:　　ACALL DELAY　　RET　　;=========================

81、===============　　;===============延時子程序===============　　DELAY: ;延時3ms　　MOV R0,#25　　DD3:　　MO

82、V R1,#100　　DJNZ R1,$　　DJNZ R0,DD3　　RET　　TABLE1:;設置溫度值十位數(shù)代碼表　　DB 0B0H ;3&l

83、t;p>　　DB 99H ;4　　DB 92H ;5　　DB 82H ;6　　DB 0F8H;7　　DB 80H;8　　DB 90H;9<

84、;p>　　DB 0C0H;0　　DB 0F9H ;1　　DB 0A4H;2　　TABLE2:;設置溫度值個位數(shù)代碼表　　DB 92H ;5　　DB 82H ;6<

85、/p>　　DB 0F8H;7　　DB 80H;8　　DB 90H;9　　DB 0C0H;0　　DB 0F9H ;1　　DB 0A4H;2

86、;　　DB 0B0H ;3　　DB 99H ;4　　TABLE3:;數(shù)碼管顯示代碼表　　DB 0C0H;0　　DB 0F9H ;1　　DB 0A4H;2</

87、p>　　DB 0B0H ;3　　DB 99H ;4　　DB 92H ;5　　DB 82H ;6　　DB 0F8H;7　　DB 80H;8<

88、/p>　　DB 90H;9　　END　　5 電路仿真　　5.1 仿真軟件　　電路仿真中采用Proteus仿真軟件。該軟件簡

89、單易用，容易上手，元器件較為齊全，仿真穩(wěn)定，功能強大，故采用了此仿真軟件。　　5.2仿真過程　　建立仿真電路圖，如下圖所示：　　圖5.1 水溫控制設計仿真電路圖　　6 調試、測試與結果分析&l

90、t;b>　　6.1 仿真　　根據(jù)水溫控制設計原理，可以按照以下步驟來完成仿真：　　(1)根據(jù)要求在Proteus中選取元器件，設計電路圖。　　(2)編寫代碼，實現(xiàn)軟件設計。　　(3)使用Kiel編譯程序，產(chǎn)生相應的Hex文件。

91、　　(4)將Hex文件裝入Proteus仿真軟件中，實現(xiàn)仿真。　　6.2 測試　　(1)根據(jù)要求選取元器件。　　(2)根據(jù)所設計電路圖連接電路：　　(3)編寫代碼，實現(xiàn)軟件設計。<p

92、>　　(4)使用Kiel編譯程序，產(chǎn)生相應的Hex文件。　　(5)將Hex文件裝入DICE中，下載到AT89C51中，運行系統(tǒng)。　　6.3 結果分析　　通過按照設計的電路圖連接電路，裝載、編譯并運行程序，可以實現(xiàn)通過溫度的變化，系統(tǒng)給出相應的警示。

93、　　7 總結　　微型計算機的出現(xiàn)和大量使用將人類社會帶入一個新的時代，單片微型計算機(簡稱單片機)在其中扮演著十分重要的角色。雖然它沒有常見的PC那樣大的體積和重量，不會在辦公桌或控制臺上占據(jù)一個顯要的位置，但它就像小小的螺絲釘一樣，鑲嵌在人們工作、生活中需要計算、控制、測量等智能活動的各個角落。單片機以其體積小、可靠性高、控制功能強、使

94、用方便、性能價格比高、容易產(chǎn)品化等特點，在智能儀表、機電一體化、實時控制、分布式多機系統(tǒng)、家用電器等各個領域得到了廣泛應用，對各個行業(yè)的技術改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著重要的推動作用，對人們生活質量的提高產(chǎn)生了深刻的影響。　　本次《基于單片機的水溫控制系統(tǒng)設計》是以AT89C51為核心，采用軟件編程，實現(xiàn)用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)溫度控制。在系統(tǒng)的軟硬件調試過程中，不

95、斷地有問題出現(xiàn)，如OP-07、ADC0804會發(fā)燙，串行通信…，但是在老師和同學的指導和幫助下，通過電路檢查、原理分析、程序修改等工作，這些問題都一一得到了解決，所以在這次調試過程中，我們學到了很多知識，同時也大大地提高了我們的實際動手能力，這對我們以后的系統(tǒng)設計會有很大的幫助。同時，該系統(tǒng)還存在著一些問題，如溫度顯示精度不高，沒有采用小數(shù)部分；PID算法的參數(shù)不夠精確，這影響水溫達到穩(wěn)定的時間。

96、;　　8 心得體會　?。薄⒂布b焊方面要有足夠的耐心和細心，就算電路設計的再好，在焊接時出一點小差錯，也是不允許的，往往電路的錯誤都是由于一些小問題引起的，如短路等，將造成不可預測的后果　?。病④浖矫孀⒁獾募毠?jié)也很多，下面簡單介紹一下這陣子寫程序得到的一些經(jīng)驗：　　(１)寫

97、較大的程序時一定要事先做好資源分配。　?。ǎ玻┒褩Ｖ羔楽P應設初值。　?。ǎ常㏑1、R0也應規(guī)定好用哪一區(qū)的，即設PSW.3和PSW.4。　?。ǎ矗┻M入中斷時一定要記得保護ACC和PSW（視情況而定）。　?。ǎ担┎恢惯M中斷時要保護，有時候在正常程序下也要對某些值進得保護。

98、可用堆棧式的保護也可先賦值給其他地址，過后再賦回來　?。ǎ叮┩咨剖褂梦坏刂?，位地址可做為一些標志位，可以給編程帶來很大的方便。在本程序中，我就用了三個位地址，使程序大大的簡化了　　參考文獻　　[1] 李群芳.單片微型計算機與接口技術.電子工業(yè)出版社，2005.1</p&

99、gt;　　[2] 何立民.MCS-51單片機應用系統(tǒng)設計. 北京航空航天大學出版社，2000.3[3] 戴梅鄂.微型計算機技術及應用.清華大學出版社，2008.2 　　[4] 李建忠.單片機原理及應用．西安電子科技出版社，2008.2

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