基于51系列单片机的温度控制系统设计.doc

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1、目录摘要...................................................................................................................................................3一、课程设计任务3二、基于51系列单片机的温度控制系统设计32.1方案设计32.1.1方案选择3方案一：热电偶采集温度3方案二：数字温度传感器DS18B20采集温度32.1.2方案论证32.2基本芯片及PID算法简介42.2.1单

2、片机STC89C5242.2.2DS18B20基本工作原理42.2.3PID算法5三、系统硬件设计73.1数码管显示模块73.2键盘输入模块83.3温度采集模块83.4报警模块9四、系统软件设计104.1主程序流程图104.2温度检测子程序104.3PID计算子程序114.4PWM子程序14五、系统功能设计与实现145.1测试系统特性及其传递函数145.2实际温度显示功能的实现155.2.1Proteus仿真图155.2.2实物图165.3控制温度的设定功能的实现175.3.1Proteus仿真图175.3.2实物图175.3.

3、3系统调试18六、总结19基于51系列单片机的温度控制系统摘要：温度是工业控制中主要的被控参数之一，对典型的温度控制系统进行研究具有很广泛的意义。根据不同场所、不同温度范围、精度等要求，所采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也不同。本文以实验室提供的SET-300型温度测量控制仪为被控对象，以STC89C52单片机为控制核心，采用温度传感器DS18B20作为检测变送器，通过键盘向单片机输入设置温度，单片机将温度偏差进行PID运算后，输出PWM波。PWM波作为执行机构的输入从而来决定温度控制仪工作电压的大小,最终实现温度的

4、智能控制，整个系统的电路结构简单，可靠性能高。经实验测试，该系统无震荡现象，响应时间较短，稳态误差较小，达到超调量小于等于5%，调节时间小于等于30s的指标要求。关键词：STC89C52DS18B20PID算法温度控制系统一、课程设计任务设计一个基于51系列单片机的温度控制系统。要求：①根据实验室提供的温度控制对象，测试其特性及其传递函数。②具有同时显示实际温度、温度设定功能。③具有控制温度的设定功能。控制算法采用PID控制。要求温度控制的超调量小于等于5%，调节时间小于等于30s。二、基于51系列单片机的温度控制系统设计2.1

5、方案设计2.1.1方案选择方案一：热电偶采集温度热电偶利用热电势原理进行温度测量的。其测量精度高、 测量范围广。常用的热电偶从-50℃+1600℃均可正常测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。但热电偶测量需要温度补偿。而且输出量为电压，需要经过测量放大器、AD转换后才能送入微处理器处理。方案二：数字温度传感器DS18B20采集温度DS18B20采用独特的单线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。在使用中不需要任何外围元件，测温范围－

6、55℃～＋125℃，最小分辨率达0.0625℃。2.1.2方案论证经过比较，因为采用DS18B20测量温度，硬件电路简单，测量精度高，信号易处理，故采用方案二，即温度变送器选用DS18B20。基于51系列单片机的温度控制系统电路总体设计方框图如图2-1所示，STC89C52时钟电路按键输入数码管显示报警电路温度检测温度传感器温度控制温度控制仪图2-1数字式温度控制仪总体设计框图2.2基本芯片及PID算法简介2.2.1单片机STC89C52STC89C52的结构如图2.1所示。由于它的广泛使用使得市面价格较8155、8255、82

7、79要低，所以说用它是很经济的。该芯片具有如下功能：①有1个专用的键盘/显示接口；②有1个全双工异步串行通信接口；③有2个16位定时/计数器。这样，1个89C52，承担了3个专用接口芯片的工作，不仅使成本大大下降，而且优化了硬件结构和软件设计，给用户带来许多方便。STC89C52有40个引脚，有32个输入端口（I/O），有2个读写口线，可以反复插除。所以可以降低成本。其主要功能特性有：（1）兼容MCS51指令系统（2）32个双向I/O口线（3）3个16位可编程定时/计数器中断（4）2个串行中断口（5）2个外部中断源（6）2个读写

8、中断口线（7）低功耗空闲和掉电模式（8）8k可反复擦写(>1000次)FlashROM(9)256x8bit内部RAM(10)时钟频率0-24MHz(11)可编程UART串行通道(12)共6个中断源(13)3级加密位图2-2STC89C52引脚图(14)软件设置