电子工程设计报告
题目：闭环温度控制系统设计——单片机、AD、DA、显示键盘电路及系统软件
专业：自动化
小组：12—C
姓名学号：李晓云（09020330）
吕柳璇（09020329）指导教师：张辉
完成日期：2012年4月23号
摘要
随着电子产品向智能化和微型化不断发展，单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器，并在检测和控制系统中得到广泛的应用，而温度作为工业控制中的一个很重要的参数，是系统常须测量、控制和保持的。本论文将从硬件和软件两个方面，介绍以8051单片机为核心的温度控制系统的组成和原理。
关键词：8051单片机，A/D，D/A，键盘，显示，数码管。
目录
一、背景与功能指标要求
二、系统方案设计
2.1 单片机的介绍
2.1.1 单片机的特点
2.1.2 单片机的基本组成
2.2 系统功能的确定
2.3 ADC0804的介绍
2.3.1 ADC0804的特点
2.3.2 ADC0804 的引脚及功能
2.4 DAC0832的介绍
2.4.1 DAC0832的特点
2.5 人机交互与串口通信
三，硬件电路设计
3.1 单片机电路设计
3.1.1 单片机工作过程及原理………………………………………………………
3.1.2 单片机设计基本要求…………………………………………………………
3.1.3 单片机选择……………………………………………………………………
3.1.4 8051单片机最小系统组成……………………………………………………
3.1.5 单片机功能扩展图……………………………………………………………
3.1.6 单片机系统应用电路…………………………………………………………
3.1.7 单片机电路的地址分配情况…………………………………………………
3.2 A/D电路设计与实现
3.2.1 A/D电路的基本要求…………………………………………………………
3.2.2 ADC0804工作原理及特性……………………………………………………
3.2.3 A/D转换电路…………………………………………………………………
3.3 D/A电路设计与实现
3.3.1 基本设计要求…………………………………………………………………
3.3.2 D/A 电路选择……………………………………………………………
3.3.3 DAC0832电压转换电路………………………………………………………
3.3.4 DAC0832 与8051单片机的接口设计………………………………………
3.3.5 D/A转换电路图………………………………………………………………
3.4 显示键盘电路
3.4.1 显示电路…………………………………………………………………………
3.4.2 键盘电路…………………………………………………………………………
3.5电路调试…………………………………………………………………………………
3.5.1调试的原理与方法………………………………………………………………
3.5.2调试的过程与数据………………………………………………………………
一、背景与功能指标要求
1）设计背景
随着电子产品向智能化和微型化不断发展，单片机已成为电子产品研制和开发中首选
的控制器，并在检测和控制系统中得到广泛的应用，而温度作为工业控制中的一个很重要
的参数，是系统常须测量、控制和保持的。
2) 功能指标要求:
我们所设计的基于8051单片机的温度控制系统，以单片机作为核心部件进行检测控制，增强了设计的通用性，适时性。该系统能检测环境温度，并根据通过键盘输入设置好的温
度在0~100℃范围内相应地进行制冷或制热。
3）技术指标要求：
此温度控制系统设计的是4*5的键盘，4位数码管显示，并且要求A/D的分辨率为8位，
误差为±1LSB，转换时间为100μs,要求D/A的分辨率为8位，误差为0.2%FSR，电流稳定
时间为1μs。控温范围0~100℃，温度误差控制在±2℃左右。
二、系统方案设计
此温度控制系统由温度采集，4*5矩阵键盘输入，温度显示，温度控制执行等四大模块组成。系统电路的总线如图1所示：
图1 系统电路的总线
2.1 单片机的介绍
随着单片机大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU，RAM，ROM，定时器/计数器和多重I/O口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早起的含义成为单片微型计算机，直译为单片机。
2.1.1 单片机的特点
1，具有优异的性能价格比
2，集成度高、体积小、可靠性高
3，控制功能强
4，低电压、低功耗
2.1.2 单片机的基本组成
1, 8051的管脚图如图2所示
2，8051的管脚功能
①P0口有三个功能
1、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的D0~D7为数据总线接口）
2、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0~A7为地址总线接口）
3、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
②P1口
只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。
③P2口有两个功能
1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用
2、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻；
④P3口有两个功能
除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能。
⑤上拉电阻
输入信号时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源；所以如果P0口如果作为输入时，处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻才能有效。
⑥ALE/PROG 地址锁存控制信号
在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。当CPU对外部进行存取时，用以锁住地址的低位地址，即P0口输出。ALE有可能是高电平也有可能是低电平，当ALE是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器时，ALE信号负跳变（即由正变负）将P0口上低8
位地址信号送入锁存器。当ALE是低电平时，P0口上的内容和锁存器输出一致。
在没有访问外部存储器期间，ALE以1/6振荡周期频率输出（即6分频），当访问外部存储器以1/12振荡周期输出（12分频）。当系统没有进行扩展时ALE会以1/6振荡周期的固定频率输出，因此可以做为外部时钟，或者外部定时脉冲使用。
⑦PORG为编程脉冲的输入端
在8051单片机内部有一个4KB或8KB的程序存储器（ROM），通过编程脉冲输入输入端口PROG把编写好的程序存入进这个ROM中。
PSEN 外部程序存储器读选通信号：在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。
1、内部ROM读取时，PSEN不动作；
2、外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次；
3、外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出；
4、外接ROM时，与ROM的OE脚相接。
2.2 系统功能的确定
一个控制系统是否能被大众所接受，在于该控系统是否拥有人性化的操作功能。为了使本次的温度控制系统具有操作简单，灵活及高可靠性等特点，确定了该系统功能：
①4*5矩阵键盘输入
②温度采集
③温度显示
④温度控制执行
⑤温度测量范围为0~100℃，温度误差范围为±2℃。
2.3 ADC0804的介绍
ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片，具有MCU 兼容接口，使用方便，且价格低廉。
2.3.1 ADC0804的特点
ADC0804的分辨率8位，转换时间100μs，输入电压范围为0~5V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，无须附加逻辑接口电路
2.3.2 ADC0804 的引脚及功能
图3 ADC0804的管脚图
各个管脚的作用：
D0-D7：八位数字量输出端；
CLK：为芯片工作提供工作脉冲，时钟频率计算方式是：fCK=1/(1.1×R×C）
CS：片选信号；
WR：写信号输入端；
RD：读信号输入端；
INTR：转换完毕中断提供端；
其他管脚，是供电和提供参考电压的管脚输入端。
2.4 DAC0832的介绍
DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。
2.4.1 DAC0832的特点
由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。分辨率为8位；电流稳定时间1us；可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；只需在满量程下调整其线性度；单一电源供电（+5V～+15V）；低功耗20mW。
2.4.1 DAC0832的内部结构、管脚图及引脚功能
1，DAC0832的内部结构、管脚图如图4所示：
图4 DAC0832内部结构、引脚图
2，DAC0832引脚功能说明：
* D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数
据会出错)；
* ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；
* CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；
* WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、
CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；
* XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；
* WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER 的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，
LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。
* IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；
* IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；
* Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；
* Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；
* VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；
* AGND：模拟信号地
* DGND：数字信号地
2.5 人机交互与串口通信
①温度采集模块
由温度传感器AD590完成，并通过串口通信技术，与单片机进行数据传输。
②4*5矩阵键盘输入模块
采用外部中断0来判断是否有输入请求，并通过键盘扫描技术来获取所输入的温度值和偏差温度值，输入更灵活，更方便。
③温度显示模块
通过4个7段LED数码显示管显示当前温度值和设定的温度，及时反映当前温度的变化与设置的温度的关系。
④温度控制执行模块
系统根据当前温度自动进行响应的升温或降温的操作，，在系统自动进行升温或降温处理的同时显示响应的指示灯，让使用者知道系统正在进行的操作。
三、硬件电路设计
3.1单片机电路设计
3.1.1单片机工作过程及原理
8051负责中心运算和控制，以及各个模块的协调工作。首先，AD590检测到环境温度并输送到变送器输出温度信号，经A/D转换器转换为数字信号后，将所得的数字信号传送于单片机微处理接口，单片机将所得信号与其检测到键盘的输入信号即设定温度值相比较得到偏差，再将偏差信号送于D/A转换器，继而控制驱动器进行加热或制冷。
3.1.2 单片机设计基本要求
①片选信号：4个；②地址信号：4个；③数据总线：AD0~AD7；④I/O口线：P0口，P1口；⑤安装：独立电路板结构。
3.1.3 单片机选择
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。故我们采用8051.
3.1.4 8051单片机最小系统组成
图5 8051单片机最小系统组成
3.1.5功能扩展图
（单片机为了完成更加复杂的工作必须进行功能扩展。）
图5 8051功能扩展框图
3.1.6 单片机系统应用电路
I/O端口不需要用地址进行访问定位，但仍然需要片选信号进行访问控制，I/O端口访问控制信号的产生方法包括：全地址译码、部分地址译码、地址信号线直接作为I/O选通信号（直接选择）。我们采用的是直接使用地址线作为读/写访问控制信号线的直接选通电路，电路图如图6所示。
图6 单片机系统直接选通电路
3.1.7 单片机电路的地址分配情况
3.2 AD 电路设计与实现
3.2.1 A/D 电路的基本要求
①输入信号范围： 0V~+5V ； ②分辨率： 8bit ；
③精度： 1LSB ； ④转换时间： < 1ms ； ⑤安装：独立电路板结构
3.2.2 ADC0804工作原理
①逐次逼近式A/D 转换器基本工作原理如图7所示：
图7 逐次逼近式A/D 转换器基本工作原理图
模拟输入电压范围：0～+5V ，即0≤Vin≤+5V 。
使V Σ逼近Vi 的过程：
开关状态：
1 0 1 1 （1011为用数字表示的模拟量） 近似电压：
05200010123======O V ,V .V K ,K ,K ,K ∑175300110123======O V ,V .V K ,K ,K ,K ∑0125301010123======O V ,V .V K ,K ,K ,K ∑0433********======O V ,V .V K ,K ,K ,K ∑)
3125.0(0)625.0(1)25.1(2)5.2(3K K K K
②ADC0804的转换结果与模拟输入电压的关系 3.2.3 A/D 转换电路
图8 A/D 转换电路图
3.3 D/A 电路设计与实现
3.3.1 基本设计要求：
①输入范围：00H ~ 0FFH ； ②对应输出： -10V~+10V ； ③误差： 1%FSR ； ④响应时间： < 1ms ； ⑤电源供电： +5V ，±12V ； ⑥安装：独立电路板结构。
3.3.2 DAC0832 的工作原理
DAC0832工作原理图如图9中所示：
i
V 3125.01625.0125.105.21V ≈?+?+?+?=∑8
ref
i 2
V Data V V ?=≈∑1
6
7
8
12
72
22
12
0I
D I
D I
D I
D I out ?
++?
+?
+?
= ()
7
2
1
8
2
722212
02
?++?+?+?=D D D D I
DATA I
?=
8
2
DATA
R
V ref
??=
8
2
输出为电流，量值正比于 DATA
最大电流输出
最小电流变化
图9 DAC0832工作原理图
3.3.3 DAC0832电压转换电路
（完整双极输出电流）双极性输出转换电路输出电压可为正或负极性。
图10 DAC0832电压转换电路
3.3.4 DAC0832 与8051单片机的接口设计
单缓冲电路设计
()
12225528
8
8-?=?=I I 128
?=I
3.3.5 D/A转换电路图
3.4 显示键盘电路
3.4.1 显示电路
显示电路基本原理
图3-4-1 LED 数码显示器内部电路
LED数码管是将8个发光二极管封装而成的，每段为一发光二极管，其字形结构如图
3-4-1左所示。选择不同字段发光，可显示出不同的字形。
共阳极数码管：内部8个LED的阳极连接在一起作为公共引出端；只有在公共端接高电平时，该数码管才会亮。
共阴极数码管：内部8个LED的阴极连接在一起作为公共引出端；只有在公共端接低电平时，该数码管才会亮。
图3-4-2 本实验中用到2位数码管电路
基本显示控制电路
数码管的显示方法有两种：
1）动态显示。一位一位地轮流点亮各位数码管的显示方式。
即在某一时段，只选中一位数码管的“位选端”，并送出相应的字型编码，在下一时段按顺序选通另外一位数码管，并送出相应的字型编码。依此规律循环下去，即可使各位数码管分别间断地显示出相应的字符。这一过程称为动态扫描显示。
（2）静态显示。
指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。
各位数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴极）或+5V（共阳极）。每个数码管的八个位段分别与一个八位I/O端口相连。I/O端口只要有字型码输出，数码管就显示给定字符，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。
2种方案相比：
动态显示：电路简单，成本低，但控制程序复杂，适用于显示位数较多的场合。
静态显示：使用的元件多，成本相对较高。但是每位独立控制，程序设计比较简单，适用于显示位数较少的场合。
。综上所述采用静态扫描显示控制电路。如图3-4-3右侧所示
图3-4-3 显示键盘电路图
其中74LS273与数码管的电路改为图3-4-4
图3-4-4 显示板焊接图
74LS273是一种带清除功能的8D触发器，1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作数据锁存器,地址锁存器。
第一脚WR：主清除端，低电平触发，即当为低电平时，芯片被清除，输出全为0（低电平）；CP（CLK）：触发端，上升沿触发，即当CP从低到高电平时，D0~D7的数据通过芯片，为0时将数据锁存，D0~D7的数据不变。
74LS138即38译码器，输入端A2~A0组成的三位2进制数是多少，相应的输出Y为低电平，其他为高电平。如A2~A0：111，即7，则Y7输出为低电平，其他为高电平。
3.4.2 键盘电路
按键状态读取方案有两种：
其中直读键盘电路方案：按键较多时，成本高，控制程序较简单，适用于按键较少的场合。矩阵键盘电路方案：按键较多时，成本低，控制程序较直读电路复杂，适用于显示位数较多的场合。
实验所提供的是键盘电路，其工作原理图如图3-4-5
图3-4-5
键盘实现方案也有两种：
其中先写后读方案需要的芯片74LS273及74LS244各一，仅读操作方案需要芯片74LS138及74LS244各一，其中74LS138可与显示电路的共用，使电路简单化，因此选择仅读方案，电路图如图3-4-3左侧所示。
74LS244主要用于三态输出，作为地址驱动器、时钟驱动器、总线驱动器和定向发送器等。其真值表如图3-4-6：
图3-4-6
74LS244引脚图及引脚功能：
1A1~1A4,2A1~2A4：输入端；/1G, /2G：三态允许端(低电平有效)；1Y1~1Y4,2Y1~2Y4：输出端。
图3-4-7 74LS244逻辑引脚功能图
3.5电路调试
3.5.1调试的原理与方法
（一）单片机
调试原理如图3-5-1.1所示：
图3-5-1.1
调试方法：断开P2口负载，运行测试程序，检查P2口各引脚输出是否正常；
电路故障及其现象：一旦出现故障，其原因明确，只有 2 种情况：信号线漏接或仿真器输出有问题。
解决办法：（1）接上信号线；（2）修改设置；重启电脑或程序
（二）AD电路
调试方法：调整变送器电路在正常工作状态，连接变送器输出至模/数转换电路输入。运行测试程序，改变调试台温度设置值，检查单片机采集到的数据是否正确，如果不正确按照故障诊断预案进行诊断分析，并且排除故障。
改变设置温度，运行A/D测试程序，检查模/数转换结果。在调试台上通过+10按键不断改变温度数值。运行C调试程序，观察变量窗口，相应变量应在00—FF之间随所设温度正比变化，否则电路有故障。
电路故障检测方法：
检查/INTR引脚有无脉冲信号输出:
(1)有脉冲信号输出，表明ADC0804工作正常:查数据线是否漏接，若A/D转换结果数值不随设置温度正比变化检查数据线是否错接；查Vin(-)是否接GND；查 Vin(+)是否有变化，如无变化，逆向检查直至变送器输出。
(2)无脉冲信号输出，表明ADC0804未正常工作:
查电源是否正确连接;
若电源连接正常，查CLK-IN引脚是否有锯齿波信号输出，若没有输出检查相关元件连接是否正确，若频率过高（正常约为640KHz）检查元件参数是否有误。如果元件连接及元件参数无误仍无信号输出，则ADC0804损坏;
若CLK-IN引脚有正常的锯齿波信号输出，可修改测试程序，将延时子程序或延时函数去掉，加快程序循环的时间，检查转换控制信号/C2、/WR和数据读取控制信号/C2、/RD是否正常。
若上述控制信号正常，则可能是ADC0804损坏。
/RD,/WR接反也可能导致电路不能正常工作.
用于检查控制信号的简化C程序如下：
#include
#include
#define C2 XBYTE[0xD000]
void main(void)
{
unsigned char x;
while(1) { C2=x; x=C2;}
}
（三）DA电路
调试方法：断开电路负载，运行测试程序，检查各节点信号是否正确。如果有问题，按照故障诊断预案进行诊断分析，并且排除故障。
运行D/A测试程序数/模数据显示窗口将有相应数据显示,数据为从00—FF顺序递增并不断循环的数值;第一级运放正常输出信号波形;D/A电路各主要节点正常输出信号波形。
3.5.2调试的过程与数据
（一）单片机
调试系统包括JTAG适配器、单片机模块和单片机系统电路电路板三个部分。 JTAG适配器由USB接口供电，单片机模块和单片机系统板由自制稳压电源供电。不得带电插拔电路。正确的加电顺序是：被测电路先加电，适配器后加电。
连接方法如图3-5-2.1所示。
图3-5-2.1 调试接线图
所用仪器：JTAG适配器；单片机应用系统板；150MHz数字双踪示波器。
直接选通电路 A1 — A4 信号的测试
汇编语言测试程序 MCUtest2.asm
$include (C8051F020.inc)
LOOP: LCALL Init_Device
MOV DPTR, #0EE00H
MOVX @DPTR , A
MOV DPTR, #0DD00H
MOVX @DPTR , A
MOV DPTR, #0BB00H
MOVX @DPTR , A
MOV DPTR, #07700H
MOVX @DPTR , A
SJMP LOOP
$include (Init_Device.inc)
END
输出波形图与下图近似：
温度控制器的设计与制作 一、功能要求 设计并制作一个温度控制器，用于自动接通或断开室内的电加热设备，从而使室内温度达到设定温度要求，并能实时显示室内温度。当室内温度大于等于设定温度时，控制器断 ?时，控制器接通电加热设备。 开电加热设备；当室内温度比设定温度小2C 控温范围：0~51C? 控温精度：≤1C? 二、硬件系统设计 1．硬件系统由七部分组成，即单片机及看门狗电路、温度检测电路、控制输出电路、键盘电路、显示电路、设置温度储存电路及电源电路。 （1）单片机及看门狗电路 根据设计所需的单片机的内部资源（程序存储器的容量、数据存储器的容量及I/O口数量），选择AT89C51-24PC较合适。为了防止程序跑飞，导致温度失控，进而引起可怕的后果，本设计加入了硬件看门狗电路IMP813L，如果它的WDI脚不处于浮空状态，在1.6秒内WDI不被触发（即没有检测到上什沿或下降沿），就说明程序已经跑飞，看门狗输出端WDO将输出低电平到手动复位端，使复位输出端RST发出复位信号，使单片机可靠复位，即程序重新开始执行。（注：如果选用AT89S51，由于其内部已具有看门狗电路，就不需外加IMP813L） （2）温度检测电路 温度传感器采用AD590，它实际上是一个与绝对温度成正比的电流源，它的工作电压为4~30V，感测的温度范围为-550C~+1500C，具有良好的线性输出，其输出电流与温度成正比，即1μA/K。因此在00C时的输出电流为273.2μA，在1000C时输出电流为373.2μA。温度传感器将温度的变化转变为电流信号，通过电阻后转变电压信号，经过运算放大器JRC4558运算处理，处理后得到的模拟电压信号传输给A/D转换部分。A/D转换器选用ADC0804，它是用CMOS集成工艺制成的逐次逼近型模数转换芯片，分辨率8位，转换时间100μs，基准电压0~5V，输入模拟电压0～5V。 （3）控制输出电路 控制信号由单片机的P1.4引脚输出，经过光耦TLP521-1隔离后，经三极管C8550直接驱动继电器WJ108-1C-05VDC，如果所接的电加热设备的功率≤2KW，则可利用继电器的常开触点直接控制加热设备，如果加热设备的功率>2KW，可以继电器控制接触器，由接触器直接控制加热设备。 （4）键盘电路 键盘共有四个按键，分别是S1（设置）、S2（+）、S3（-）、S4（储存）。通过键盘来设置室内应达到的温度，键盘采用中断方式控制。 （5）显示电路 显示电路由两位E10501_AR数码管组成，由两片74LS164驱动，实现静态显示，74LS164所需的串行数据和时钟由单片机的P3.0和P3.1提供。对于学过“串行口”知识的班级，实习时，可以采用串行口工作于方式0，即同步移位寄存器的输出方式，通过串行口输出显示数据（实时温度值或设置温度值）；对于没学过“串行口”知识的班级，实习时，可以采用模拟串行口的输出方式，实现显示数据的串行输出。 （6）设置温度存储电路 为了防止设定温度在电源断电后丢失，此设计加入了储存电路，储存器选用具有I2C总线功能的AT24C01或FM24C01均可。每次通过键盘设置的室内设定温度都通过储存器储存起来，即使是电源断电，储存器存储的设定温度也不丢失，在电源来电后，单片机自动将设
1 绪论 1.1 课题背景 随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中，温度是一个非常重要的过程变量。例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制[1]。这方面的应用大多是基于单片机进行PID控制,然而单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,然而PLC在这方面却是公认的最佳选择。 随着PLC功能的扩充在许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能,因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的，通过采用PLC来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，PLC对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。这也正是本课题所重点研究的内容。 1.2 研究的主要内容 本课题的研究内容主要有： 1）温度的检测； 2）采用PLC进行恒温控制； 3）PID算法在PLC中如何实现； 4）PID参数对系统控制性能的影响； 5）温控系统人机界面的实现。
2 基于PLC的炉温控制系统的硬件设计 2.1系统控制要求 本PLC温度控制系统的具体指标要求是：对加热器加热温度调整范围为0℃—150℃，温度控制精度小于3℃，系统的超调量须小于15%。软件设计须能进行人机对话，考虑到本系统控制对象为电炉，是一个大延迟环节，且温度调节范围较宽，所以本系统对过渡过程时间不予要求。 2.2系统设计思路 根据系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计。整个控制系统分为硬件电路设计和软件程序设计两部分。 系统硬件框图结构如图所示: 图2.1系统硬件框图 被控对象为炉内温度，温度传感器检测炉内的温度信号，经温度变送器将温度值转换成0～10V的电压信号送入PLC模块。PLC把这个测量信号与设定值比较得到偏差，经PID运算后，发出控制信号，经调压装置输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现炉温的连续控制。 2.3系统的硬件配置 2.3.1 S7-200PLC选型 S7-200 系列 PLC 是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器，它能够满足多种自动化控制的需求，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能，可代替继电器在简单的控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它具有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥作用[2] S7-200系列可以根据对象的不同, 可以选用不同的型号和不同数量的模块。并可以将这些模块安装在同一机架上。 SiemensS7-200 主要功能模块介绍： (1)CPU 模块S7-200的CPU 模块包括一个中央处理单元,电源以及数字I/O 点,这些都被集成在一个紧凑,独立的设备中。CPU 负责执行程序,输入部分从现场设备中采集信号,输出部分则输出控制信号,驱动外部负载.从 CPU 模块的功能来看, CPU
热交换器温度控制系统 一．控制系统组成 由换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。 图1换热器出口温度控制系统流程图 控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。 二、设计控制系统选取方案 根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。以下是通过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。
换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。多级离心泵的转速由便频器来控制。 换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到通过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是通过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。 图2换热器的温度控制系统工艺流程图 引起换热器出口温度变化的扰动因素有很多，简要概括起来主要有： （1）热流体的流量和温度的扰动，热流体的流量主要受到换热器入口阀门的开度和循环泵压头的影响。热流体的温度主要受到加热炉加热温度和管路散热的影响。 （2 ）冷流体的流量和温度的扰动。冷流体的流量主要受到离心泵的压头、转速
课程设计(综合实验)报告 ( 2011-- 2012 年度第二学期) 名称：过程计算机控制系统 题目：DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真院系：控制与计算机工程学院 班级： 学号： 学生： 指导教师：朱耀春 设计周数：一周 成绩：
日期：2012 年 6 月20 日
一、 课程设计的目的与要求 1.设计目的 在计算机控制系统课程学习的基础上，加强学生的实际动手能力，通过对DDC 直接数字闭环控制的仿真加深对课程容的理解。 2.设计要求 本次课程设计通过多人合作完成DDC 直接数字闭环控制的仿真设计，学会A/D 、D/A 转换模块的使用。通过手动编写PID 运算式掌握数字PID 控制器的设计与整定的方法，并做出模拟计算机对象飞升特性曲线，熟练掌握DDC 单回路控制程序编制及调试方法。 二、 设计正文 1.设计思想 本课程设计利用Turboc2.1开发环境，通过手动编写C 语言程序完成PID 控制器的设计，A/D 、D/A 转换，绘出PID 阶跃响应曲线与被控对象动态特性曲线。整个设计程序模块包含了PID 配置模块，PLCD-780定时采样、定时输出模块，PID 手/自动切换模块（按键控制）及绘图显示模块。 设计中，通过设定合理的PID 参数，控制PLCD-780完成模拟计算机所搭接二阶惯性环节数据的采集，并通过绘图程序获得对象阶跃响应曲线。 2. 设计步骤 （1）前期准备工作 (1.1)配备微型计算机一台，系统软件Windows 98或DOS (不使用无直接I/O 能力的NT 或XP 系统), 装Turbo C 2.0/3.0集成开发环境软件； (1.2)配备模拟计算机一台(XMN-1型), 通用数据采集控制板一块（PLCD-780型）； (1.3)复习Turboc2.0并参照说明书学习PLCD-780的使用 （2） PID 的设计 (2.1)PID 的离散化 理想微分PID 算法的传递函数形式为：??? ? ??++=s T s T K s G d i p 11)( 采用向后差分法对上式进行离散，得出其差分方程形式为： u[k]=u[k-1]+q0*e[2]+q1*e[1]+q2*e[0]; 其中各项系数为： q0=kp*(1+T/Ti+Td/T); q1=-kp*(1+2*Td/T);
目录 第一章课程设计要求及电路说明 (3) 1.1课程设计要求与技术指标 (3) 1.2课程设计电路说明 (4) 第二章课程设计及结果分析 (6) 2.1课程设计思想 (6) 2.2课程设计问题及解决办法 (6) 2.3调试结果分析 (7) 第三章课程设计方案特点及体会 (8) 3.1 课程设计方案特点 (8) 3.2 课程设计心得体会 (9) 参考文献 (9) 附录 (9)
第一章课程设计要求及电路说明 1.1课程设计要求与技术指标 温度控制器的设计 设计要求与技术指标： 1、设计要求 （1）设计一个温度控制器电路； （2）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图； （3）撰写设计报告。 2、技术指标 温度测量范围0—99℃，精度误差为0.1℃；LED数码管直读显示；温度报警指示灯。
1.2课程设计电路说明 1.2.1系统单元电路组成 温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。 1.2.2设计电路说明 主控制器：CPU是整个控制部分的核心,由STC89C52芯片连同附加电路构成的单片机最小系统作为数据处理及控制模块. 显示电路：显示电路采用4个共阳LED数码管，用于显示温度计的数值。报警电路：报警电路由蜂鸣器和三极管组成，当测量温度超过设计的温度时，该电路就会发出报警。 温度传感器：主要由DS18B20芯片组成，用于温度的采集。 时钟振荡：时钟振荡电路由晶振和电容组成，为STC89C52芯片提供稳定的时钟频率。
第二章课程设计及结果分析 2.1课程设计 2.1.1设计方案论证与比较 显示电路方案 方案一：采用数码管动态显示 使用一个七段LED数码管，采用动态显示的方法来显示各项指标，此方法价格成本低，而且自己也比较熟悉，实验室也常备有此元件。 方案二：采用LCD液晶显示 采用1602 LCD液晶显示，此方案显示内容相对丰富，且布线较为简单。 综合上述原因，采用方案一，使用数码管作为显示电路。 测温电路方案 方案一：采用模拟温度传感器测温 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。 方案二：采用数字温度传感器 经过查询相关的资料，发现在单片机电路设计中，大多数都是使用传感器，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 综合考虑，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 2.1.2设计总体方案 根据上述方案比较，结合题目要可以将系统分为主控模块，显示模块，温度采集模块和报警模块，其框图如下：
如图所示是JN6201集成电路鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理图完成1~3题。 1.该电路图作为控制系统的控制（处理）部分是IC JN6201，当JN6201集成输出9脚长时间处于高电平，三极管V2处于截止状态，继电器释放，电热丝通电加热。 2.安装好调试时，先将温度传感器Rt1放入37℃水中，调整电位器Rp1，使继电器触点J-2吸合，再将温度传感器Rt2放入39℃水中，调整Rp2，使继电器触点J-2释放。 3.调试时发现，不管电位器Rp1和Rp2怎么调，继电器J 始终吸合，检查电路元器件安装和接线都正确，用万用表测三极管V2集电极电位，在不同的调试状态分别为2.8V 和0V ，可知电路发生故障的原因是（ B ） A.二极管V6内部断路 B.三极管V3内部击穿（短路） C.电阻R4与三极管V3基极虚焊 D.继电器线圈内部短路 如图所示是运算放大器鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理完成4~6题。 4.该电路作为控制系统的输出部分是继电器J 、电热丝等，当电路中集成运放2脚的电位低于3脚的电位，三极管V3处于饱和状态，继电器J 吸合，电热丝通电加热。 上限 V2饱和导通时候Uce 电压降0.2V ，所以留下来给集电极2.8V ，截止时候0V
5.安装好后调试时，将温度传感器Rt 放入39℃水中，调R4，使电压U2=U3，集成运放输出端6脚的电压为0V ，电路实现39℃单点温度控制。 6.调试时发现，将温度传感器Rt 放入高于39℃水中，继电器吸合；将温度传感器Rt 放入低于39℃水中，继电器释放，出现该故障现象的原因可能是（ A ） A.集成运放2脚与3脚接反 B.二极管V4接反 C.电阻R2断路 D.三极管V3损坏 如图所示是晶体管组成的水箱闭环电子控制系统电路，根据该原理图完成7~9题。 7.该电路作为控制系统被控对象的是水箱内的水，水箱的水位从a 点降到b 点的过程中，三极管V1处于饱和状态，三极管V2处于截止状态，继电器触点J-1处于吸合状态。 8.安装调试时，将三个水位探头按图中的高低放入空玻璃杯中，如果电路正常，电路通电后，继电器J 吸合；向玻璃杯中加水，到达a 点时，继电器J 释放；接着将玻璃杯中的水排出，水位降到b 点以上时，继电器J 释放；水位降到b 点以下时，继电器J 吸合。 9.调试时发现，玻璃杯中的水位在b 点以下时，继电器J 就吸合；水位加到b 点，继电器J 就释放。出现该故障现象的原因是（ D ） A.继电器J 没用 B.三极管V1损坏 C.二极管V3接反 D.电路没接J-1触点，b 点直接接到了电阻R1 如图所示是555集成电路组成的水箱水位闭环电子控制系统电路图， (第4~6题) (第7~9题) R4 10k ?R5 4.7k R3 4.7k
课程设计报告书 课程名称：电工电子课程设计 题目：数字温度计 学院：信息工程学院 系：电气工程及其自动化 专业班级：电力系统及其自动化113 学号：6100311096 学生姓名：李超红 起讫日期：6月19日——7月2日 指导教师：郑朝丹职称：讲师 学院审核（签名）： 审核日期：
内容摘要： 目前，单片机已经在测控领域中获得了广泛的应用，它除了可以测量电信以外，还可以用于温度、湿度等非电信号的测量，能独立工作的单片机温度检测、温度控制系统已经广泛应用很多领域。 单片机是一种特殊的计算机,它是在一块半导体的芯片上集成了CPU,存储器，RAM，ROM，及输入与输出接口电路，这种芯片称为:单片机。由于单片机的集成度高，功能强，通用性好，特别是它具有体积小，重量轻，能耗低，价格便宜，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便的优点，使它迅速的得到了推广应用，目前已成为测量控制系统中的优选机种和新电子产品中的关键部件。单片机已不仅仅局限于小系统的概念，现已广泛应用于家用电器，机电产品，办公自动化用品，机器人，儿童玩具，航天器等领域。 本次课程设计，就是用单片机实现温度控制，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进行处理。本次采用DS18B20数字温度传感器来实现基于51单片机的数字温度计的设计。 本文介绍了一个基于STC89C52单片机和数字温度传感器DS18B20的测温 系统，并用LED数码管显示温度值，易于读数。系统电路简单、操作简便，能 任意设定报警温度并可查询最近的10个温度值，系统具有可靠性高、成本低、功耗小等优点。 关键词：单片机数字温度传感器数字温度计
《闭环控制系统》教案分析 一.开环和闭环控制系统的定义分析 二.开环和闭环控制系统的区别及判断方法 三.闭环控制系统的方框结构及与实际系统的对应关系 四.闭环控制系统的各部分结构的基本概念的归纳总结 五.开闭环,自动和手动控制系统的总结 问题研讨1: .人开电灯的控制方式 问提研讨:人打开电灯开关后,不看电灯是否亮不亮,这是一种什么控制? 人打开电灯开关后,要看电灯是否亮不亮,如不亮,要多次开关电灯,甚至检修开关,直到开亮为止,这是一种什么控制? 2.人开汽车 人手握方向盘开汽车是什么控制方式? 人两手离开方向盘去发手机短信,有拐弯时,或有情况时手再扶方向盘,这种开汽车方式是什么控制方式? 问提研讨2: 自动控制系统是否一定是闭环控制? 举例说明之 按照控制的总定义,是否有人参加的控制 系统一定是闭环控制系统?
开环控制系统一定没有检测,反馈回路吗? 水箱水位自动控制系统中,被控对像是水箱吗? 现在有些教材中出现“输出量”的概念,它是什么?它等于被控量吗? 一.开环和闭环控制系统的定义分析 例1. 飞镖（图4-7）是同学们都很熟悉的运动。我们在投掷飞镖时，首先会在脑子里确定一个希望射中的目标，然后再根据场地的情况及自己的经验，控制手臂的投掷动作，将飞镖掷出。显然，在飞镖掷出后，飞镖的飞行就不可控制了，能否命中目标，取决于飞镖在投掷时的初始状态，即投掷者的投掷水平。 实际上，如果我们希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行干预，这种根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。 二.开环和闭环控制系统的区别及判断方法 开、闭环控制的定义 能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制的系统，称为闭环控制系统。而不是将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为开环控制系统。系统中将控制的结果反馈回来的部分，称为反馈环节。闭环控制系统都有反馈环节，所以有时又称闭环控制系统为
郑州科技学院 《模拟电子技术》课程设计 题目温度控制器 学生姓名 专业班级 学号 院（系）信息工程学院 指导教师 完成时间 2015年12月31日
郑州科技学院 模拟电子技术课程设计任务书 专业 14级通信工程班级 2班学号姓名 一、设计题目温度控制器 二、设计任务与要求 1、当温度低于设定温度时，两个加热丝同时通电加热，指示灯发光； 2、当水温高于设定温度时，两根加热丝都不通电，指示灯熄灭； 3、根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，并写出详细的设计过程； 4、利用Multisim软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单； 5、安装调试并按规定格式写出课程设计报告书. 三、参考文献 [1]吴友宇.模拟电子技术基础[M]. 清华大学出版社,2009.52~55. [2]孙梅生.电子技术基础课程设计[M]. 高等教育出版社,2005.25~28. [3]徐国华.电子技能实训教程[M]. 北京航空航天大学出版社,2006.13 ~15. [4]陈杰,黄鸿.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社,2008.22~25. [5]翟玉文等.电子设计与实践[M].北京:北京中国电力出版社,2005.11~13. [6]万嘉若,林康运.电子线路基础[M]. 高等教育出版社,2006.27 ~29. 四、设计时间 2015 年12月21 日至2015 年12 月31 日 指导教师签名： 年月日
本设计是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、使用寿命长、具有一定的实用性等优点的温度控制电路。本文设计了一种温度控制器电路，该系统采用模拟技术进行温度的采集与控制。主要由电源模块，温度采集模块，继电器模块组成。 现代社会科学技术的发展可以说是突飞猛进，很多传统的东西都被成本更低、功能更多、使用更方便的电子产品所替代，本课程设计是一个以温度传感器采用LM35的环境温度简易测控系统，用于替代传统的低精度、不易读数的温度计。但系统预留了足够的扩展空间，并提供了简单的扩展方式供参考，实际使用中可根据需要改成多路转换，既可以增加湿度等测控对象，也能减少外界因素对系统的干扰。 首先温度传感器把温度信号转换为电流信号，通过放大器变成电压信号，然后送入两个反向输入的运算放大器组成的比较器电路，让电位器来改变温度范围的取值，最后信号送入比较器电路，通过比较来判断控制电路是否需要工作。此方案是采用传统的模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定是否加热。 关键词：温度传感器比较器继电器
北京电子科技学院 课程设计报告 ( 2010 – 2011年度第一学期) 名称：模拟电子技术课程设计 题目：温度测量控制系统的设计与制作 学号： 学生姓名： 指导教师： 成绩： 日期：2010年11月17日
目录 一、电子技术课程设计的目的与要求 (3) 二、课程设计名称及设计要求 (3) 三、总体设计思想 (3) 四、系统框图及简要说明 (4) 五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等） (4) 六、总体电路 (5) 七、仿真结果 (8) 八、实测结果分析 (9) 九、心得体会 (9) 附录I：元器件清单 (11) 附录II：multisim仿真图 (11) 附录III：参考文献 (11)
一、电子技术课程设计的目的与要求 （一）电子技术课程设计的目的 课程设计作为模拟电子技术课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握电子系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。 按照本专业培养方案要求，在学完专业基础课模拟电子技术课程后，应进行课程设计，其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计小型电子系统的方法，独立完成系统设计及调试，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。 （二）电子技术课程设计的要求 1．教学基本要求 要求学生独立完成选题设计，掌握数字系统设计方法；完成系统的组装及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，按要求写出课程设计报告。 教师应事先准备好课程设计任务书、指导学生查阅有关资料，安排适当的时间进行答疑，帮助学生解决课程设计过程中的问题。 2．能力培养要求 （1）通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。 （2）通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。 （3）掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。 （4）综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。 （5）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。 二、课程设计名称及设计要求 （一）课程设计名称 设计题目：温度测量控制系统的设计与制作 （二）课程设计要求 1、设计任务 要求设计制作一个可以测量温度的测量控制系统，测量温度范围：室温0～50℃，测量精度±1℃。 2、技术指标及要求： （1）当温度在室温0℃～50℃之间变化时，系统输出端1相应在0～5V之间变化。 （2）当输出端1电压大于3V时，输出端2为低电平；当输出端1小于2V时，输出端2为高电平。 输出端1电压小于3V并大于2V时，输出端2保持不变。 三、总体设计思想 使用温度传感器完成系统设计中将实现温度信号转化为电压信号这一要求，该器件具有良好的线性和互换性,测量精度高,并具有消除电源波动的特性。因此，我们可以利用它的这些特性，实现从温度到电流的转化；但是，又考虑到温度传感器应用在电路中后，相当于电流源的作用，产生的是电流信号，所以，应用一个接地电阻使电流信号在传输过程中转化为电压信号。接下来应该是对产生电压信号的传输与调整，这里要用到电压跟随器、加减运算电路，这些电路的实现都离不开集成运放对信号进行运算以及电位器对电压调节，所以选用了集成运放LM324和电位器；最后为实现技术指标（当输出端1电压大于3V时，输出端2为低电平；当输出端1小于2V时，输出端2为高电平。输出端1电压小于3V并大于2V时，输出端2保持不变。）中的要求，选用了555定时器LM555CM。 通过以上分析，电路的总体设计思想就明确了，即我们使用温度传感器AD590将温度转化成电压信号，然后通过一系列的集成运放电路，使表示温度的电压放大，从而线性地落在0～5V这个区间里。最后通过一个555设计的电路实现当输出电压在2与3V这两点上实现输出高低电平的变化。
双闭环控制系统设计 课程设计报告 电力拖动自动控制系统课程设计 题目：双闭环控制系统设计学生姓名：董长青专业：电气自动化技术专业班级： Z070303 学号： Z07030330 指导教师：姬宣德 日期：2010年03月10日 随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得 到了越来越广泛的认同与应用。相对于单闭环系统中不能随心所欲地 控制电流和转矩的动态过程的弱点。双闭环控制则很好的弥补了他的 这一缺陷。 双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得 良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以 及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有 必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。本次课程设计目的就是 旨在对双闭环进行最优化的设计。 Summary With the development of modern industry, in the speed area, the concept of dual-loop control has been increasingly widespread recognition and application. Relative to the single closed-loop system can not arbitrarily control the dynamic
process of current and torque weakness. Double closed-loop control is very good to make up for this shortcoming of his. Double-loop speed and current control can achieve the difference of two negative feedback effect, thus get a good static and dynamic performance. The good dynamic performance mainly reflected in its anti-disturbance and anti-grid load over voltage disturbance. Precisely because of the many advantages of Double Closed Loop, so here it is necessary to optimize the design of its depth discussion and study. This course is designed to designed to optimize the double loop design. 一．课程设计设计说明书4 1.1系统性能指标 1.2整流电路4 1.3触发电路的选择和同步5 1.4双闭环控制电路的工作原理6 二. 设计计算书7 2.1整流装置的计算7 2.1.1变压器副方电压7 2.1.2变压器和晶闸管的容量8 2.1.3平波电抗器的电感量8 2.1.4晶闸管保护电路9 2.2 控制电路的计算10
基于单片机的烘箱温度控制器设计 目录 1.项目概述 (1) 1.1.该设计的目的及意义 (1) 1.2.该设计的技术指标 (2) 2.系统设计 (3) 2.1.设计思想 (3) 2.2.方案可行性分析 (4) 2.3.总体方案 (5) 3.硬件设计 (6) 3.1.硬件电路的工作原理 (6) 3.2.参数计算 (7) 4.软件设计 (8) 4.1.软件设计思想 (8) 4.2.程序流程图 (9) 4.3.程序清单 (10) 5.系统仿真与调试 (11) 5.1.实际调试或仿真数据分析 (11) 5.2.分析结果 (13) 6.结论 (12) 7.参考文献 (13) 8.附录 (14)
1.项目概述： 1.1．该设计的目的及意义 温度的测量及控制，随着社会的发展，已经变得越来越重要。而温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数，准确测量和有效控制温度是优质，高产，低耗和安全生产的重要条件。在工业的研制和生产中，为了保证生产过程的稳定运行并提高控制精度，采用微电子技术是重要的途径。它的作用主要是改善劳动条件，节约能源，防止生产和设备事故，以获得好的技术指标和经济效益。 而本设计正是为了保证生产过程的稳定运行并提高控制精度，采用以51系列单片机为控制核心，对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标。 通过本设计的实践，将以往学习的知识进行综合应用，是对知识的一次复习与升华，让以往的那些抽象的知识点在具体的实践中体现出来，更是对自己自身的挑战。 1.2．该设计的技术指标 设计并制作一个基于单片机的温度控制系统，能够对炉温进行控制。炉温可以在一定围由人工设定，并能在炉温变化时实现自动控制。若测量值高于温度设定围，由单片机发出控制信号，经过驱动电路使加热器停止工作。当温度低于设定值时，单片机发出一个控制信号，启动加热器。通过继电器的反复开启和关闭，使炉温保持在设定的温度围。 （1） 1KW 电炉加热(电阻丝)，最度温度为120℃(软件实现) （2）恒温箱温度可设定，温度控制误差≦±2℃（软件实现PID） （3）实时显示温度和设置温度，显示精度为1℃(LED)。 （4）温度超过设置温度±5℃，发出超限报警，升温和降温过程不作要求。 （5）升温过程采用PID算法，控制器输出方式为PWM输出方式，降温采用自然冷却。 （6）功率电路220 VAC供电，强弱电气电隔离 2.系统设计 2.1.设计思想 以87C51单片机为整个温度控制系统的核心，为解决系统出现一时的死机的问题，需构建复位电路，来重新启动整个系统。要想控制温度，首席必须能够测量温度，就需要一温度传感器，将测量得到的温度传给单片机，经单片机处理后，去控制继电器等器件实现电炉的断与通来达到温度期望值，当温度超过设定上下限值时，可以通过中断信号，控制指示灯的亮灭，来提醒温
目录 1.原理电路的设计 (11) 1.1总体方案设计 (11) 1.1.1简单原理叙述 (11) 1.1.2设计方案选择 (11) 1.2单元电路的设计 (33) 1.2.1温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (33) 1.2.2电压信号的处理单元——运算放大器 (44) 1.2.3电压表征温度单元 (55) 1.2.4电压控制单元——迟滞比较器 (66) 1.2.5驱动单元——继电器 (88) 1.2.6 制冷部分——Tec半导体制冷片 (99) 1.3完整电路图 (1010) 2.仿真结果分析 (1111) 3 实物展示 (1313) 3.1 实物焊接效果图 (1313) 3.2 实物性能测试数据 (1414) 3.2.1制冷测试 (1414) 3.2.2制热测试 (1818) 3.3.3性能测试数据分析 (2020) 4总结、收获与体会 (2121) 附录一元件清单 (2222) 附录二参考文献. (2323)
摘要 本课程设计以温度传感器LM35、运算放大器UA741、NE5532P及电压比较器LM339 N为电路系统的主要组成元件，扩展适当的接口电路，制作一个温度控制系统，通过室温的变化和改变设定的温度，来改变电压传感器上两个输入端电压的大小，通过三极管开关电路控制继电器的通断，来控制Tec制冷片的工作。这样循环往复执行这样一个周期性的动作，从而把温度控制在一定范围内。学会查询文献资料，撰写论文的方法，并提交课程设计报告和实验成品。 关键词：温度；测量；控制。
Abstract This course is designed to a temperature sensor LM35, an operational amplifier UA741，NE5532P and a voltage comparator LM339N circuit system of the main components. Extending the appropriate interface circuit, make a temperature control system. By changing the temperature changes and set the temperature to change the size of the two input ends of the voltage on the voltage sensor, an audion tube switch circuit to control the on-off relay to control Tec cooling piece work. This cycle of performing such a periodic motion, thus controlling the temperature in a certain range. Learn to query the literature, writing papers, and submitted to the curriculum design report and experimental products. Key words: temperature ; measure ;control
武汉理工大学华夏学院 信息工程课程设计报告书 课程名称运动控制系统 课程设计总评成绩 学生专业班级自动化1113 学生姓名、学号10212411322 指导教师姓名李文彦 课程设计起止日期2014.9.9--2012.9.17
课程设计基本要求 课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力。课程设计报告是科学论文写作的基础，不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，也是规范课程设计教学要求、反映课程设计教学水平的重要依据。为了加强课程设计教学管理，提高课程设计教学质量，特拟定如下基本要求。 1. 课程设计教学一般可分为设计项目的选题、项目设计方案论证、项目设计结果分析、答辩等4个环节，每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩。 2. 课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求，该项目应能突出学生实践能力、设计能力和创新能力的培养；该项目有一定的实用性，且学生通过努力在规定的时间内是可以完成的。课程设计项目名称、目的及技术要求记录于课程设计报告书一、二项中，课程设计项目的选题考核成绩占10%左右。 3. 项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证、从可行性方案中确定最佳方案，实施最佳方案的软件程序、硬件电路原理图和PCB图。项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中，项目设计方案论证主要考核设计方案的正确性、可行性和创新性，考核成绩占30%左右。 4. 项目设计结果分析主要包括项目设计与制作结果的工艺水平，项目测试性能指标的正确性和完整性，项目测试中出现故障或错误原因的分析和处理方法。项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中，考核成绩占25%左右。 5. 学生在课程设计过程中应认真阅读与本课程设计项目相关的文献，培养自己的阅读兴趣和习惯，借以启发自己的思维，提高综合分和理解能力。文献阅读摘要记录于课程设计报告书第五项中，考核成绩占10%左右。 6. 答辩是课程设计中十分重要的环节，由课程设计指导教师向答辩学生提出2～3个问题，通过答辩可进一步了解学生对课程设计中理论知识和实际技能掌握的程度，以及对问题的理解、分析和判断能力。答辩考核成绩占25%左右。 7.学生应在课程设计周内认真参加项目设计的各个环节，按时完成课程设计报告书交给课程设计指导教师评阅。课程设计指导教师应认真指导学生课程设计全过程，认真评阅学生的每一份课程设计报告，给出课程设计综合评阅意见和每一个环节的评分成绩（百分制），最后将百分制评分成绩转换为五级分制（优秀、良好、中等、及格、不及格）总评成绩。 8. 课程设计报告书是实践教学水平评估的重要资料，应按课程、班级集成存档交实验室统一管理。
单片机原理与应用 课程设计报告 { 课程设计名称：温度报警器设计 专业班级： 13计转本 | 学生姓名：张朝柱肖娜 学号： 140 113 指导教师：高玉芹 设计时间： 2016-11—2017-12 成绩： 信电工程学院
摘要 2009年6月14日随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。 本文主要介绍了一个基于AT89C52单片机的测温系统，详细描述了利用液晶显示器件传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感DS18B20的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C52结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。 关键词：单片机AT89C51；DS18B20温度传感器；液晶显示LCD1602。
目录 1绪论 (1) 温度报警器简介 (1) 温度报警器的背景与研究意义 (1) 温度报警器的现状及发展趋势 (1) 2 系统整体方案设计 (2) 设计目标 (2) 系统的基本方案 (2) 系统方案选择 (2) 各模块方案选择 (3) 主要元器件介绍 (3) STC89C52的简介 (3) DS18B20的简介 (4) 3 系统的硬件设计与实现 (5) 系统硬件概述 (5) 主要单元电路的设计 (5) 键盘扫描模块电路的设计 (5) 单片机控制模块电路的设计 (5) 报警模块电路的设计 (6) LCD1602显示模块电路的设计 (7) 4 系统的软件设计与实现 (8) KEIL软件介绍 (8) 系统程序设计流程图 (8) 主程序软件设计 (8) 按键软件设计 (9) 密码设置软件设计 (9) 开锁软件设计 (10) 5 系统仿真设计 (12) Proteus 软件介绍 (12) Proteus 仿真图 (12) 硬件调试 (13) 调试结果 (13) 6 结论 (14)
引言 (1) 第一章系统方案论证 (2) 1.1 方案设计 (2) 1.2方案的对比论证 (2) 第二章系统硬件电路的设计 (4) 2.1电路总体原理框图 (4) 2.2单片机的选择 (5) 2.3单片机得管脚说明 (6) 2.4单片机的时钟电路 (8) 2.5复位电路及其复位状态 (9) 2.5.1 复位电路 (9) 2.5.2 复位状态 (10) 2.6.温度采集电路的设计 (11) 2.6.1 DS18B20特点介绍 (12) 2.7键盘接口电路的设计 (13) 2.8显示接口和报警电路的设计 (15) 2.9通信接口电路设计 (18) 2.9.1 max232原理 (18) 2.9.2 MAX232与单片机的接口电路 (18) 第三章软件系统的设计 (18) 3.1 主程序模块 (19) 3.2温度报警模块 (19) 3.3参考程序 (36) 3.4设计方案分析 (38) 3.4.1优点 (38) 3.4.2缺点 (38) 第四章硬、软件抗干扰技术 (39) 4.1 硬件抗干扰技术 (39) 4.1.1接地技术 (39) 4.1.2屏蔽系统 (40) 4.1.3隔离技术 (41) 4.1.4滤波技术 (41) 4.1.5 抑制反电势干扰技术 (41) 4.2 软件抗干扰技术 (42) 4.2.1 消除数据采集的干扰 (42) 4.2.2保持正常控制状态 (42) 第五章结论与前景分析 (46) 参考文献 (47) 致谢 (48) 附录 (49)
随着生产生活的需要，自动化控制越来越起到至关重要的作用。温度控制是工业生产过程中很普遍的过程控制，人们需要对各种加热炉，热处理炉，反应炉等锅炉中温度进行测量与控制。特别是冶金，化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用，其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的，工业生产中温度控制具有单向性、时滞性、大惯性和时变性的特征，同时要实现温度控制的快速性和准确性，对于对于提高产品质量具有很重要的意义。 对于不同的场所、不同的工艺、不同的产品所需要的温度范围不同、精度也不同，则采用的温度测量元件以及温度测量方法和控制方法都有所不同；产品工艺不同、温度控制的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同。因此对温度的控制方法要多种多样。随着电子技术和微型计算的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术也随之而产生。现有的温度传感器大多为(热电偶）体积大，应用复杂，多为模拟信号，已经不在适合现代工业的灵活性要求了。 本设计是基于单片机的温度控制系统，为闭环系统，工作的可靠性高、精度高。本设计主要围绕单片机进行设计，从实际应用出发，选取了体积小、精度相对较高的数字式温度传感器件DS18B20作为温度采集装置，以单片机89S51作为主控芯片，1602作为显示输出，实现了对温度的实时测量，当温度超出设定范围系统将会自动调节加热或者降温系统，从而实现了实时恒温控制。