計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計---多點溫控采暖控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　一．題目背景</b></p><p>　　隨著生活水平的提高，人們對家居需求由面積需求變?yōu)槭孢m需求。地板采暖采用輻射方式供暖，符合人體生理需求曲線，如果控制系統(tǒng)選取得當，不僅可以提高房間舒適度，更可以使系統(tǒng)運行費用降低許多。如今一般是在典型位置安裝一個溫控裝置，溫控裝置連接到壁掛爐，溫控器根據(jù)室溫和溫度設(shè)定直接控制鍋爐運行，各房間不同回路由工作人員憑經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)

2、分水器球閥，改變不同回路的流量，從而達到調(diào)節(jié)各房間的室溫的效果。使用這種控制方法，即使是有經(jīng)驗的工作人員，也難以調(diào)節(jié)得十分準確，何況各家庭成員由于年齡不同，所需舒適溫度不同，需要經(jīng)常對室溫進行調(diào)節(jié)。又因為微型計算機在智能化電器發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，而單片機經(jīng)濟實用、開發(fā)簡便，因而在工業(yè)控制、家電智能化等領(lǐng)域占據(jù)了廣泛的市場。所以針對上述狀況，利用AT80C52單片機、ADC0808、DAC0832等元器件設(shè)計了多點溫控采暖控制系統(tǒng)，

3、根據(jù)室內(nèi)各點溫度設(shè)定實時控制采暖系統(tǒng)，從而提高居室的舒適性以及采暖的經(jīng)濟性。</p><p>　　二．設(shè)計題目及意義：</p><p>　　本設(shè)計是基于單片機AT80C52的控制系統(tǒng)，按照設(shè)計目的，設(shè)計了具有A/D和D/A功能的信號測控裝置，可輸出標準電壓/電流信號。為此選取了合適的A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器，并擴展了LED顯示、鍵盤及與上位機通訊等功能。</p><p

4、>　　系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分，其中硬件包括：室溫控制器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、顯示、控制、報警；軟件包括：鍵盤管理程序設(shè)計、顯示程序設(shè)計、控制程序設(shè)計和室溫控制程序設(shè)計。本系統(tǒng)通過軟件實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的調(diào)整，以提高系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。本設(shè)計從實際應(yīng)用出發(fā)選取了體積小、精度相對高的溫度傳感元件ADC0808作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，單片機AT89C52作為主控芯片，數(shù)碼管作為顯示輸出，實現(xiàn)了對室內(nèi)地熱水溫度的控制。</p>

5、;<p>　　三 .系統(tǒng)總體框架：</p><p>　　圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖</p><p>　　圖2 整體設(shè)計原理圖</p><p><b>　　四．系統(tǒng)硬件設(shè)計：</b></p><p>　　4.1 單片機：AT89C52</p><p>　　80C52是INTEL公司MCS-

6、51系列單片機中基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機，屬于標準的 MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它基于標準的MCS-51單片機體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于 80C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應(yīng)用場合。 </p><p>　　80C52內(nèi)置8位中央處理單元、2

7、56字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、8k片內(nèi)程序存儲器（ROM）32個雙向輸入/輸出(I/O)口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。 </p><p>　　此外，80C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié) CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。80C52有

8、 PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。</p><p>　　4.1.2 AT89C51管腳圖及引腳功能</p><p>　　VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0

9、 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口

10、，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號

11、。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口作為AT89C51的一些特殊功能口。 </p><p>　　管腳備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3

12、.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLA

13、SH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通

14、信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA / VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編</p><p>　　圖3

15、AT89C51管腳圖</p><p>　　4.2 A/D轉(zhuǎn)換器：ADC0808</p><p>　　ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。利用它磕直接輸入8個單端的模擬信號分時進行A/D轉(zhuǎn)換，在多點巡回 檢測和過程控制，運動控制中應(yīng)用十分廣泛。&l

16、t;/p><p>　　4.2.1 ADC0808工作原理</p><p>　　ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路 模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時采用ADC0808進行A/D轉(zhuǎn)換，實 際使用時采用ADC080

17、9進行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　圖4 ADC0808與單片機接口電路</p><p>　　4.2.2 ADC0808管腳圖及各引腳功能</p><p>　　電源電壓（Vcc）：6.5V </p><p>　　控制端輸入電壓：-0.3V～15V </p><p>　　其它輸入和輸出端電壓：-0.3V～Vcc+0

18、.3V </p><p>　　貯存溫度：-65℃～+150℃ </p><p>　　功耗（T=+25℃）：875mW </p><p>　　引線焊接溫度：氣相焊接（60s）：215℃；紅外焊接(15s)：220℃抗靜電強度：400V</p><p>　　ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如右圖所示。各引腳功能如下：1～5和2

19、6～28（IN0～IN7）：8路模擬量輸入端。 </p><p>　　8、14、15和17～21：8位數(shù)字量輸出端。 </p><p>　　22（ALE）：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 </p><p>　　6（START）： A／D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 </

20、p><p>　　7（EOC）： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 </p><p>　　9（OE）：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 </p><p>　　10（CLK）：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 </p&g

21、t;<p>　　12（VREF（+））和16（VREF（-））：參考電壓輸入端 </p><p>　　11（Vcc）：主電源輸入端。 </p><p>　　13（GND）：地。 </p><p>　　23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。</p><p>　　圖5 ADC080

22、8管腳圖</p><p>　　4.3 D/A轉(zhuǎn)換器：DAC0832</p><p>　　DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。</p><p>　　4.3.1 D

23、AC0832管腳圖及各引腳功能</p><p>　　DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。 </p><p>　　ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。 </p><p>　　CS：片選信號輸入線，低電平有效。 </p><p>　　WR1：為輸入寄存器的寫選通信號。 </p><p>　　XFER：數(shù)據(jù)傳

24、送控制信號輸入線，低電平有效。 </p><p>　　WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線。 </p><p>　　Iout1:電流輸出線。當輸入全為1時Iout1最大。 </p><p>　　Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。 </p><p>　　Rfb:反饋信號輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻. </p>&

25、lt;p>　　Vcc:電源輸入線 (+5v~+15v) </p><p>　　Vref:基準電壓輸入線 (-10v~+10v) </p><p>　　AGND:模擬地,摸擬信號和基準電源的參考地. </p><p>　　DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準電源處共地比較好.</p><p>　　圖6 DAC0832管腳圖</p>

26、<p>　　4.3.2 ADC0832工作原理</p><p>　　根據(jù)對DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。 </p><p>　　DAC0832引腳功能電路應(yīng)用原理圖DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通

27、三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。所以這個芯片的應(yīng)用很廣泛,關(guān)于DAC0832應(yīng)用的一些重要資料見下圖： D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)。運放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平，可直接與TTL電路或微機電路連接。</p><p>　　圖7 DAC08

28、32與8255A的引腳接口電路</p><p><b>　　4.4 8255A</b></p><p>　　Intel 8086/8088 系列的可編程外設(shè)接口電路（Programmable Peripheral Interface)簡稱 PPI，型號為8255（改進型為8255A及8255A-5），具有24條輸入/輸出引腳、可編程的通用并行輸入/輸出接口電路。它是一

29、片使用單一+5V電源的40腳雙列直插式大規(guī)模集成電路。8255A的通用性強，使用靈活，通過它CPU可直接與外設(shè)相連接。</p><p>　　8255A在使用前要寫入一個方式控制字，選擇A、B、C三個端口各自的工作方式，共有三種：</p><p>　　方式0 ：基本的輸入輸出方式，即無須聯(lián)絡(luò)就可以直接進行的 I/O方式。其中A、B、C口的高四位或低四位可分別設(shè)置成輸入或輸出。</p&g

30、t;<p>　　方式1 ：選通I/O,此時接口和外圍設(shè)備需聯(lián)絡(luò)信號進行協(xié)調(diào)，只有A口和B口可以工作在方式1，此時C口的某些線被規(guī)定為A口或B口與外圍設(shè)備的聯(lián)絡(luò)信號，余下的線只有基本的I/O功能，即只工作在方式0.</p><p>　　方式2： 雙向I/O方式，只有A口可以工作在這種方式，該I/O線即可輸入又可輸出，此時C口有5條線被規(guī)定為A口和外圍設(shè)備的雙向聯(lián)絡(luò)線，C口剩下的三條線可作為B口方式1的

31、聯(lián)絡(luò)線，也可以和B口一起方式0的I/O線。</p><p>　　8255A是一個并行輸入、輸出器件，具有24個可編程設(shè)置的I/O口，包括3組8位的I/O為PA口、PB口、PC口，又可分為2組12位的I/O口：A組包括A口及C口高4位，B組包括B口及C組的低4位。</p><p>　　圖8 8255A與單片機引腳連接圖</p><p><b>　　4.5 鍵

32、盤 </b></p><p>　　鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預單片機的主要手段。鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合。</p><p>　　圖9上線先溫度調(diào)整鍵盤鍵盤</p><p><b>　　4.6 LCD顯示</b></p><p>　　1602字符型LCD通常有1

33、4條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線 VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣。</p><p>　　顯示容量:16×2個字符</p><p>　　芯片工作電壓:4.5—5.5V</p><p>　　工作電流:2.0mA(5.0V)</p><p>　　模塊最佳工作電壓:5

34、.0V</p><p>　　字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm</p><p><b>　　引腳功能說明：</b></p><p>　　第1腳VSS一般接地</p><p>　　第2腳VDD接電源（+5V）</p><p>　　第3腳V0液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源

35、時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。</p><p>　　第4腳RSRS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。第5腳R/WR/W為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。</p><p>　　第6腳EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。</p&

36、gt;<p>　　第7腳DB0低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）</p><p>　　第8腳DB1低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位</p><p>　　第9腳DB2低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位</p><p>　　第10腳DB3低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位</p><p>　　第11腳DB4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)

37、總線 4位</p><p>　　第12腳DB5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位</p><p>　　第13腳DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位</p><p>　　第14腳DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flag）</p><p>　　第15腳BLA背光電源正極</p><p>　　

38、第16腳BLK背光 電源負極</p><p>　　圖4-5-2 LCD顯示屏引腳圖</p><p>　　五 .系統(tǒng)軟件設(shè)計：</p><p>　　圖5-1 軟件系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　六． 結(jié)論：</b></p><p>　　經(jīng)過此次的課程設(shè)計，我對所學過的知識在應(yīng)用方面有了初步認識

39、，并且學到很多擴展方面的知識，且再對課題的仿真過程當中，能夠熟練的使用prtues軟件。通過查資料了解了課本上沒學到的知識，也知道了AT89C52與我們所學的80C51引腳，內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及用途上的差別。還選擇了ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器，DAC0832作為本系統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換器。通過模擬量經(jīng)過輸入通道進入A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)絾纹瑱C內(nèi)，通過編程，對所錄入的模擬信號進行編程，實現(xiàn)外擴電路的顯示，以及D/A轉(zhuǎn)換后傳輸給執(zhí)行器進行控制。

40、</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 張志剛. 常用A/D,D/A器件手冊. 電子工業(yè)出版社.2008.9馮顯英, 葛榮雨. 基于數(shù)字溫濕度傳感器SHT11的溫濕度測控系統(tǒng). 自動化儀表, 2006, 27(1): 59-61</p><p>　　[2] 陳杰，黃鴻.傳感器與檢測技術(shù).北京:高等教育出版社，

41、2002</p><p>　　[3] 紀宗南. 集成A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用技術(shù)和實用線路. 中國電力出版社. 2009.1</p><p>　　[4] 胡壽松.自動控制原理.北京：國防工業(yè)出版社，2000；103-124</p><p>　　[5] 徐愛均.單片機原理與應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2010.7</p><p>　　課 程 設(shè) 計 報