基于鉑電阻的溫度測(cè)控系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　基于鉑電阻的溫度測(cè)控系統(tǒng)由智能控制部分，傳感器檢測(cè)部分，操作平臺(tái)部分，電源部分組成。本次設(shè)計(jì)是在常用萬(wàn)用板這一操作平臺(tái)上完成的。傳感器部分運(yùn)用了鉑電阻pt100測(cè)溫模塊。智能控制部分包括四個(gè)主要模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊，驅(qū)動(dòng)模塊，顯示模塊，按鍵控制模塊。</p><p>　　本系統(tǒng)中，是以STC12C5A60

2、S2單片機(jī)為控制核心，控制恒溫箱的溫度保持在設(shè)定的一個(gè)溫度值上下輕微波動(dòng)。設(shè)計(jì)中利用鉑電阻pt100熱敏傳感器檢測(cè)恒溫箱溫度，控制恒溫箱的溫度調(diào)節(jié)模塊；利用按鍵改變恒溫箱的溫度設(shè)定值從而控制溫度調(diào)節(jié)模塊是升溫還是降溫；利用1602顯示屏顯示當(dāng)前PID參數(shù)值，PWM值，設(shè)定溫度值以及測(cè)量溫度值。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量簡(jiǎn)單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果基本滿足要求，本文著重介紹該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法及各組成部分的作用。</p>

3、<p><b>　　采用的技術(shù)主要有：</b></p><p>　　通過(guò)編程由鍵盤設(shè)定控制算法參數(shù)值以及恒溫箱溫度；</p><p>　　對(duì)鉑電阻pt100的計(jì)算公式進(jìn)行編程；</p><p>　　溫度傳感器測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)及有效應(yīng)用；</p><p>　　關(guān)鍵詞：鉑電阻pt100 STC12C5A60S2

4、 恒溫箱 1602液晶顯示屏</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Platinum resistance temperature measurement and control system based on by the intelligent control section, consisting of sensor det

5、ection portion, the platform section, power section. This design is on the board of the universal common platform to complete. Partial use of a platinum resistance sensor pt100 temperature measurement modules. Intelligen

6、t control part consists of four main modules: SCM control module, driver module, display module, key control module.</p><p>　　The system is based on STC12C5A60S2 microcontroller core, maintaining the tempera

7、ture control thermostat slight fluctuations in the value of a set of upper and lower temperature. Design utilizing thermal sensor pt100 platinum resistance temperature detection thermostat control thermostat temperature

8、control module; use the button to change the oven temperature to control the temperature setpoint adjustment module is warming or cooling; take advantage of 1602 display shows the current PID paramet</p><p>

9、　　Technologies used are:</p><p>　　(1) by programmed control algorithm parameter values ??from the keyboard and the oven temperature; </p><p>　　(2) the calculation formula for programming pt100 p

10、latinum resistance; </p><p>　　(3) Temperature sensor temperature measurement circuit design and effective application;</p><p>　　Keywords: Pt100 platinum resistance STC12C5A60S2 Incubator 160

11、2LCD display</p><p>　　目 錄</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1選題依據(jù)1</b></p><p>　　1.2目的及意義1</p><p>　　1.3本課題所涉及的國(guó)內(nèi)（外）

12、研究現(xiàn)狀及發(fā)展預(yù)測(cè)1</p><p>　　1.3.1國(guó)外溫度測(cè)控系統(tǒng)研究1</p><p>　　1.3.2國(guó)內(nèi)溫度測(cè)控系統(tǒng)研究2</p><p>　　第二章 總體方案設(shè)計(jì)及論證選擇3</p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2 各方案的選擇3</p><p&g

13、t;　　2.2.1測(cè)溫電路的方案選擇3</p><p>　　2.2.2顯示模塊方案選擇8</p><p>　　2.2.3單片機(jī)控制模塊方案選擇8</p><p>　　2.2.4 A/D轉(zhuǎn)換部分案犯選擇8</p><p>　　2.2.5 輸出控制模塊方案選擇8</p><p>　　2.2.6 電源模塊方案選擇

14、9</p><p><b>　　本章小結(jié)9</b></p><p>　　第三章 硬件設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1單片機(jī)主控模塊設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1.1控制芯片管腳圖10</p><p>　　3.1.2 時(shí)鐘電路12</p><p>　　3.

15、1.3 復(fù)位電路12</p><p>　　3.1.4 鍵盤電路13</p><p>　　3.2鉑電阻測(cè)溫電路模塊：13</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路模塊16</p><p>　　3.4 顯示模塊設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.5 控制電路20</p><p>　　3.

16、5.1 小功率風(fēng)扇20</p><p>　　3.5.2 加熱管20</p><p><b>　　本章小結(jié)21</b></p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1 主程序設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.2 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)24</p><p&

17、gt;　　4.3液晶顯示屏設(shè)計(jì)25</p><p><b>　　本章小結(jié)26</b></p><p>　　第五章 系統(tǒng)調(diào)試27</p><p>　　5.1 硬件調(diào)試27</p><p>　　5.1.1 硬件靜態(tài)調(diào)試27</p><p>　　5.1.2 測(cè)溫電路調(diào)試27</p>

18、;<p>　　5.1.3 單片機(jī)主控模塊調(diào)試28</p><p>　　5.1.4 控制輸出模塊的調(diào)制28</p><p>　　5.2 軟件調(diào)試29</p><p>　　5.3 軟硬件結(jié)合調(diào)試29</p><p><b>　　本章小結(jié)30</b></p><p><b&

19、gt;　　第六章 總結(jié)32</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)及網(wǎng)站34</p><p><b>　　附錄 A47</b></p><p><b>　　附錄 B48</b></p><p><b>　　附錄 C49</b></p><

20、p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1選題依據(jù)</b></p><p>　　人們的生活水平隨著科技的不斷發(fā)展而不斷的提高，溫度的測(cè)量與控制無(wú)論在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程之中，還是在人們的日常生活之中都起著很重要的作用，而如今，我國(guó)農(nóng)村的大多數(shù)如鍋爐取暖等都還沒(méi)有溫度控制這一系統(tǒng)，設(shè)備很簡(jiǎn)單的一些溫度器材以及紙質(zhì)的數(shù)據(jù)記

21、錄儀還一直在部分廠礦，企業(yè)沿用著。溫度的數(shù)據(jù)測(cè)量和控制還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于溫度的控制精度的可靠性，穩(wěn)定性等，越來(lái)越多的生產(chǎn)部門和生產(chǎn)環(huán)節(jié)有了更高的要求。傳統(tǒng)生產(chǎn)中的溫度控制器的控制精度普遍都不是很高，對(duì)于溫度要求較為苛刻的生產(chǎn)環(huán)節(jié)還不能滿足。在溫度控制中，由于受到溫度被控對(duì)象特性（如慣性大、滯后大、非線性等）的影響，使得控制性能難以提高，有些工藝過(guò)程其溫度控制的好壞直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度

22、控制系統(tǒng)是非常有意義和價(jià)值的。</p><p><b>　　1.2目的及意義</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)溫度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，制作，聯(lián)系自動(dòng)控制相關(guān)知識(shí)，了解信息采集測(cè)試，反饋，校準(zhǔn)，控制及通信的全過(guò)程，提高在電子工程設(shè)計(jì)和實(shí)際操作方面的綜合能力，初步培養(yǎng)在完成設(shè)計(jì)項(xiàng)目中所應(yīng)具備的基本素質(zhì)和要求。</p><p>　　培養(yǎng)研發(fā)能力，通過(guò)對(duì)

23、多個(gè)電子電路的設(shè)計(jì)，初步掌握在給定條件和要求的情況下，如何達(dá)到以最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法，巧妙合理的去設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的某一部分電路，并將其連接到系統(tǒng)中去，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。</p><p>　　培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力，提高查閱資料，語(yǔ)言表達(dá)能力和理論聯(lián)系實(shí)際的技能。</p><p>　　1.3本課題所涉及的國(guó)內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及發(fā)展預(yù)測(cè)</p><p>　　1.3.1國(guó)外溫度

24、測(cè)控系統(tǒng)研究</p><p>　　國(guó)外對(duì)溫度控制技術(shù)研究較早，始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行信息的采集，然后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所采信息進(jìn)行指示以及記錄，控制。控制系統(tǒng)的分布式出現(xiàn)于80年代末，目前計(jì)算機(jī)的多因子綜合控制系統(tǒng)（基于數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)）正開(kāi)發(fā)研制中?，F(xiàn)在溫度測(cè)控技術(shù)在世界各國(guó)發(fā)展的都很快，完全的自動(dòng)化和無(wú)人化是目前一些實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的國(guó)家致力于發(fā)展的方向。</p><p&

25、gt;　　1.3.2國(guó)內(nèi)溫度測(cè)控系統(tǒng)研究</p><p>　　溫度測(cè)控系統(tǒng)技術(shù)的研究在我國(guó)發(fā)展的較晚，起始于20世紀(jì)80年代。在吸收了發(fā)達(dá)國(guó)家的溫度測(cè)控系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國(guó)工程技術(shù)人員才掌握了室內(nèi)溫度的微機(jī)的控制技術(shù)，但是此技術(shù)只能對(duì)單項(xiàng)的環(huán)境因子溫度進(jìn)行控制。從總體上我國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的溫度測(cè)控設(shè)施，已經(jīng)逐漸擺脫消化吸收和簡(jiǎn)單應(yīng)用這兩個(gè)階段，正向著實(shí)用化的、綜合性的應(yīng)用階段方向發(fā)展。單參數(shù)單回路系統(tǒng)是目前單片機(jī)

26、控制技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的，真正意義上的多參數(shù)的綜合控制系統(tǒng)尚且沒(méi)有，較大的差距存在于我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家之間。在我國(guó)，工廠化程度的溫度測(cè)量控制系統(tǒng)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到，裝備的配套能力差，產(chǎn)業(yè)化的低程度以及弱后的環(huán)境控制水平和不能共享軟硬件資源，可靠性差等仍然是實(shí)際生產(chǎn)中困擾著我們的問(wèn)題。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)溫度測(cè)控系統(tǒng)的了解和

27、研究，讓我選擇了本次課題的設(shè)計(jì)和研究，并讓我對(duì)這一課題產(chǎn)生了濃厚的興趣。</p><p>　　第二章 總體方案設(shè)計(jì)及論證選擇</p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)用到了主控模塊，溫度測(cè)量模塊，電源模塊，顯示模塊，溫度調(diào)節(jié)模塊，輸出控制模塊。溫度調(diào)節(jié)模塊控制恒溫箱是上升溫度還是下降溫度，電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力。溫度測(cè)量模塊通過(guò)設(shè)計(jì)

28、測(cè)溫電路測(cè)量恒溫箱的內(nèi)部溫度，主控模塊包括單片機(jī)及鍵盤，用來(lái)設(shè)定，采集，處理數(shù)據(jù)及輸出控制信號(hào)，顯示模塊通過(guò)1026顯示屏顯示設(shè)定溫度及測(cè)量溫度，輸出控制模塊根據(jù)控制信號(hào)輸出PWM值來(lái)升溫或降溫以保持恒溫箱處于設(shè)定的溫度，下圖2-1為系統(tǒng)總體方案。</p><p>　　圖2-1 溫度測(cè)控系統(tǒng)系統(tǒng)框圖</p><p>　　2.2 各方案的選擇</p><p>　　2.

29、2.1測(cè)溫電路的方案選擇</p><p><b>　　方案一 </b></p><p>　　此方案采用橋電路進(jìn)行測(cè)量，恒流源作為驅(qū)動(dòng)電路，最后通過(guò)三運(yùn)放儀用放大器進(jìn)行信號(hào)放大并輸出。</p><p>　　1.1 恒流源驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　圖2-2 恒流源驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　

30、此部分主要用于解決非線性的問(wèn)題，以下為輸出電流的計(jì)算公式：</p><p><b>　　I=1/R16</b></p><p>　　1.2 電橋測(cè)量電路 </p><p>　　本設(shè)計(jì)采用直流電橋作為信號(hào)測(cè)量電路，直流電橋電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)微小阻值變化的轉(zhuǎn)換。電橋后邊需要接運(yùn)算放大器，由于運(yùn)算放大器的輸入阻抗很高，比電橋的內(nèi)阻大很多，因

31、此可以把電橋輸出端看成開(kāi)路，四臂直流電橋的示意圖如圖2-3a所示，其平衡條件為:</p><p><b>　　R1R2=R3R4</b></p><p>　　此時(shí)電橋的輸出電壓為：</p><p>　　U0=Ui=(R1R4-R2R3)/(R1+R2)(R3+R4)</p><p>　　當(dāng)RgR1=R2=R3=R4,由式

32、得U0=0；</p><p>　　當(dāng)模擬pt100的滑動(dòng)變阻器有輸出⊿R時(shí)，如圖2-3b所示，此電橋不再平衡，兩輸出端有一定的電壓差</p><p>　　UI=I(R3+R4)</p><p>　　U1=Ua/2=I(R3+R4)/2</p><p>　　U2=UaR4/(R3+R4)=IR4</p><p>　　⊿U

33、=I(R4-R3)/2</p><p>　　由式所示，當(dāng)溫度變化時(shí)，R4發(fā)生變化，使得從輸出電壓發(fā)生變化，通過(guò)對(duì)輸出信號(hào)的放大測(cè)量，即可得出電阻變化，再根據(jù)鉑電阻Pt100溫度阻值對(duì)照表即可得出所測(cè)量的溫度。</p><p>　　a b</p><p>　　圖2-3 電橋測(cè)量電路</p><p

34、>　　1.3 放大電路 </p><p>　　經(jīng)過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，選用100KΩ的電阻組成全橋電路，當(dāng)采用正負(fù)15V電源供電時(shí)，輸出的電壓約為毫伏級(jí)別,是非常微弱的電壓信號(hào)。要想使AD能夠不失真的轉(zhuǎn)換此信號(hào)，需要對(duì)該微弱信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。 </p><p>　　本電路選用三運(yùn)放構(gòu)成儀用放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)調(diào)節(jié)R8的阻值來(lái)改變放大倍數(shù)。</p><

35、;p><b>　　圖2-4 放大電路</b></p><p>　　橋電路輸出的兩路電壓分別從U1和U2輸入放大電路，則輸出電壓為：</p><p>　　A=(1+2R7/R8)/R5/R6</p><p>　　U0=A*⊿U+Uref=（1+2O/Rg）（R4-R3）I/2</p><p>　　由上式可以看出輸出電

36、壓值和阻值變化成線性關(guān)系，可以通過(guò)改變Rg和I的值來(lái)調(diào)整輸出電壓的范圍。</p><p><b>　　方案二 </b></p><p>　　此方案采用恒流源作為驅(qū)動(dòng)電路，差動(dòng)式放大電路進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)和放大最后輸出。 </p><p>　　1.1 恒流源驅(qū)動(dòng)電路 </p><p>　　本電路中溫度傳感器Pt100由

37、恒流源驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)，將其感知的隨溫度變化的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電壓信號(hào)。由于相比于溫度對(duì)晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管參數(shù)的影響，溫度對(duì)集成運(yùn)算放大器參數(shù)的影響較小，并且由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的恒流源存在穩(wěn)定性更好、恒流性能更高的優(yōu)點(diǎn)。尤其在負(fù)載一端需要接地的場(chǎng)合，獲得了廣泛應(yīng)用。 所以本設(shè)計(jì)采用了圖2-5所示的原理圖（雙運(yùn)放的恒流源）。其中加法器由U1構(gòu)成，U2構(gòu)成電壓跟隨器，U1、U2都選用低失調(diào)、低噪聲、高開(kāi)環(huán)的增益的雙極性的運(yùn)算放大器OP

38、07AZ。</p><p>　　圖2-5 恒流源的驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　其中Va和Vb分別為參考電阻Rref0(R5)的上下的兩端電位V2和V3分別為U1兩相輸入點(diǎn)位，Va為相同加法器U1的輸出，Vb為電壓跟隨器的輸入。</p><p>　　當(dāng)取電阻R1=R2，R3=R4時(shí)，可得出</p><p>　　(0-V2）/R1=(V2-Va

39、)/R2</p><p><b>　　V2=V3</b></p><p>　　(Vref-V3)/R3=(V3-Vb)/R4</p><p>　　所以輸出電流為（恒流源）：</p><p>　　I=（Va-Vb）/Rref0=Vref/Rref0</p><p>　　1.2 信號(hào)調(diào)理電路</

40、p><p>　　圖2-6 信號(hào)調(diào)理電路</p><p>　　信號(hào)調(diào)理電路上圖所示,其中I為電流輸入，V1為U4正相輸入端電壓，Rt（R7）為鉑電阻, VINN為差分放大器反向輸入端電壓值，VINP為差分放大器的正向輸入端信號(hào)。電流I輸入后，放大器U4對(duì)參考電阻R6的端電壓進(jìn)行單位放大后得到差分放大器反向輸入端信號(hào)，其值為： </p><p>　　VINN=IR6+V1

41、??</p><p><b>　　V1=IRt?</b></p><p>　　從而得到 VINN=I(R6+Rt)?? </p><p>　　放大器U4對(duì)溫度傳感器Rt（Pt100）的端電壓放大2倍后得到差分放大器的正向輸入端信號(hào)，其值為：</p><p>　　(0-V1）/R8=(V1-V

42、INP)/R9</p><p><b>　　其中R8=R9, </b></p><p>　　從而得到VINP=2IRt? </p><p>　　最終我們可以得到⊿V=VINP-VINN=I(Rt-R6)????? </p><p>　　由此可見(jiàn)，此種信號(hào)調(diào)理電路輸出的電壓差與鉑電阻的阻值成正比，這樣便很好地解決了非線

43、性的問(wèn)題。</p><p>　　初步擬定用方案一,處于經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)練，以及針對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)而不是工業(yè)設(shè)計(jì)，在方案一的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化實(shí)物電路，采用兩線制的測(cè)溫電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.2.2顯示模塊方案選擇</p><p>　　方案一：液晶顯示。液晶顯示省電，但是使用溫度范圍限制，且因是反光式的，在外界光線很明亮的情況下很容易看不清楚。</p><p

44、>　　方案二：數(shù)碼管顯示。雖然消耗電力比液晶多一點(diǎn)，但是數(shù)碼管顯示更加清晰，更加適合在白天等強(qiáng)光條件下顯示。</p><p>　　經(jīng)過(guò)論證，由于要顯示設(shè)定溫度，測(cè)溫電路，算法PID參數(shù)值以及PWM輸出值，所以方案一更適合。</p><p>　　2.2.3單片機(jī)控制模塊方案選擇</p><p>　　由于之前課程設(shè)計(jì)時(shí)我使用的開(kāi)發(fā)板上我使用的單片機(jī)是 STC12C

45、5A60S2進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而且輸出PWM值，為了降低成本和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)（省去D/A轉(zhuǎn)換電路），所以本次設(shè)計(jì)中我也選擇采用STC12C5A60S2作為控制核心。STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部原本就自帶60K FLASH ROM,在這工藝的基礎(chǔ)上，用戶用電的方式可以瞬間擦除和改寫(xiě)存儲(chǔ)器。且STC單片機(jī)系列可以通過(guò)串口燒寫(xiě)程序。顯然，對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備，這種單片機(jī)的要求很低，也大大縮短了開(kāi)發(fā)的時(shí)間。寫(xiě)入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的

46、勞動(dòng)成果。重要的一點(diǎn)STC12C5A60S2目前的售價(jià)與傳統(tǒng)51差不多，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。是一款高性價(jià)比的單片機(jī)。</p><p>　　2.2.4 A/D轉(zhuǎn)換部分案犯選擇</p><p>　　由于任務(wù)要求，A/D轉(zhuǎn)換器將采用12位及12位以上的集成芯片，目前決定用型號(hào)為TLC2543CN的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是使用開(kāi)關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程的。由于其是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省單

47、片機(jī)I/O資源，且價(jià)格適中，分辨率較高。</p><p>　　2.2.5 輸出控制模塊方案選擇</p><p><b>　　簡(jiǎn)易恒溫箱制作</b></p><p>　　方案一：用舊家具（用一個(gè)淘汰的床頭柜等舊家具，形狀是長(zhǎng)方體形的）制作。</p><p>　　方案二：用泡沫塑料箱制作。</p><p&

48、gt;　　兩種方案都用型號(hào)為220V/50Hz/65W上海新華電器廠生產(chǎn)的朗的牌4U電子節(jié)能燈；小功率電扇；電線若干等。</p><p>　　經(jīng)過(guò)考慮，采用方案二。</p><p>　　2.2.6 電源模塊方案選擇</p><p>　　方案一：選用四節(jié)干電池作為供電電源</p><p>　　方案二：選用電源適配器</p><

49、;p>　　經(jīng)考慮，為了實(shí)物整體開(kāi)起來(lái)簡(jiǎn)練，選用方案二。并且使用DC-DC電源模塊穩(wěn)壓。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　選擇各方案過(guò)程是個(gè)不斷確定又否定的過(guò)程，通過(guò)方案的最終確定，學(xué)著利用身邊的各種資源，不僅讓我學(xué)習(xí)到了很多課本上學(xué)不到的知識(shí)，也讓我學(xué)會(huì)了如何區(qū)分、利用自己所學(xué)到所了解的資料，用以更好的解決問(wèn)題。在這里讓我也明白

50、考慮分析實(shí)際問(wèn)題不是一件簡(jiǎn)單的事情，得從多方面進(jìn)行：比如實(shí)用性，可行性，廉價(jià)性等等。與此同時(shí)也讓我認(rèn)識(shí)到獨(dú)立思考以及查找資料與實(shí)際相結(jié)合的學(xué)習(xí)方法的重要性。</p><p><b>　　第三章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)第二章的總體方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，一下為各模塊的具體設(shè)計(jì)及相關(guān)介紹。</p><p>　　3.1單片機(jī)主控模

51、塊設(shè)計(jì)</p><p>　　主控系統(tǒng)主要采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為中央處理器，系統(tǒng)主要包含檢測(cè)信號(hào)輸入端口，按鍵輸入端口，液晶顯示屏1602控制輸入端口，以及PWM值輸入端口，用以調(diào)節(jié)恒溫箱。</p><p>　　3.1.1控制芯片管腳圖</p><p>　　圖3-1-1 STC12C5A60S2管腳圖</p><p>　　STC

52、12C5A60S2單片機(jī)簡(jiǎn)介：</p><p>　　宏晶科技生產(chǎn)的STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)單片機(jī)，是具有抗干擾超強(qiáng)/低功耗/高速的新一代8051單片機(jī)，傳統(tǒng)的8051的指令代碼與其完全的兼容,但速度快8-12倍。且其內(nèi)部集成了MAX810專用的復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),面向電機(jī)的控制以及強(qiáng)干擾場(chǎng)合。</p>&l

53、t;p>　　STC12C5A60S2單片機(jī)主要特性如下： </p><p>　　1.增強(qiáng)型8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，傳統(tǒng)的8051的指令代碼與其完全的兼容;</p><p>　　2.工作電壓：STC12C5A60S2系列工作的電壓范圍：5.5V-3.3V(5V單片機(jī))STC12LE5A60S2系列工作的電壓范圍：3.6V-2.2V(3V單片機(jī));</p>

54、<p>　　3.工作頻率的范圍：0 - 35MHz，相當(dāng)于一般的8051的 0～420MHz;</p><p>　　4.用戶的應(yīng)用程序的空間8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字節(jié);</p><p>　　5.片上集成1280字節(jié)RAM;</p><p>　　6.通用I/O口(36/40/44

55、個(gè))，復(fù)位后為：弱上拉/準(zhǔn)雙向口(普通8051傳統(tǒng)I/O口)，可設(shè)置為四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi)漏，每個(gè)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力均能達(dá)到20mA，整個(gè)芯片的最大值不要大過(guò)55Ma;</p><p>　　7. ISP(系統(tǒng)可編程)/IAP(應(yīng)用可編程)，不需要專用的編程器，不需要專用的仿真器，通過(guò)串口(P3.0/P3.1)可以下載用戶程序，數(shù)秒便能完成一大片;</p>&l

56、t;p>　　8.有EEPROM的功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無(wú)內(nèi)部EEPROM);</p><p><b>　　9. 看門狗;</b></p><p>　　10.內(nèi)部集成了MAX810的專用的復(fù)位電路(在外部的晶體12M以下的情況下，復(fù)位腳可以直接1千歐的電阻接到地);</p><p>　　11.檢測(cè)電路外部掉電:在P4.

57、6口存在低壓門檻的比較器，1.32V是5V的單片機(jī)，誤差+/-5%，1.30V是3.3V的單片機(jī)，誤差為+/-3%;</p><p>　　12.時(shí)鐘源：高精度的晶體/時(shí)鐘（外部），內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為+/-5%至+/-10%之內(nèi)) 1用戶可以選擇內(nèi)部的R/C振蕩器或者外部的晶體/時(shí)鐘其中之一使用，當(dāng)下載用戶的程序時(shí)，常溫下的內(nèi)部R/C振蕩器的頻率為：5.0V的單片機(jī)是：11MHz至15.5MHz，3.3V的單

58、片機(jī)：8MHz至12MHz，當(dāng)精度沒(méi)有太高的要求時(shí)，可使用內(nèi)部的時(shí)鐘，但由于溫漂以及制造誤差的存在，所以要以實(shí)際的測(cè)試為準(zhǔn)；</p><p>　　13.共有4個(gè)16位的定時(shí)器，兩個(gè)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器與傳統(tǒng)的8051兼容,16位的定時(shí)器T0與T1，定時(shí)器2沒(méi)有，但是其有獨(dú)立的波特率發(fā)生器，可以做串行的通訊波特率發(fā)生器，加上2路的PCA模塊即可實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位的定時(shí)器;</p><p>　　14.

59、2個(gè)時(shí)鐘的輸出口，在P3.4/T0端口輸出的時(shí)鐘（由T0溢出），在P3.5/T1端口輸出的時(shí)鐘（由T1溢出）;</p><p>　　15.7路外部的中斷I/O口,傳統(tǒng)的低電平的觸發(fā)產(chǎn)生中斷或下降沿觸發(fā)使中斷產(chǎn)生，以及新增加了模塊PCA（支持上升沿的中斷），外部中斷可喚醒模式Power Down，P3.2/INT0,P3.3/INT1,P3.4/T0, P3.5/T1, P3.0/RxD,P1.3/CCP0，也可設(shè)

60、置寄存器改至P4.2口 , P1.4/ CCP1，也可設(shè)置寄存器改至P4.3口;</p><p>　　16. 2路PWM/2路可編程的計(jì)數(shù)器陣列PCA：</p><p>　　——也可實(shí)現(xiàn)2路D/A的使用</p><p>　　——也可實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器的使用</p><p>　　——也可實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部的中斷(可分別或者同時(shí)支持下降沿/上升沿的中斷);

61、</p><p>　　17.A/D轉(zhuǎn)換, 10位精度ADC，8路端口，轉(zhuǎn)換的速度達(dá)到250K/S(每秒25萬(wàn)次)</p><p>　　18.UART全雙工的異步的串行口，由于8051系列中STC12是高速的，可以通過(guò)定時(shí)器或者軟件PCA來(lái)使得多串口能實(shí)現(xiàn);</p><p>　　19. STC12C5A60S2系列是存有雙串口的，后綴有S2標(biāo)志的為雙串口，RxD2/P

62、1.2和TxD2/P1.3，也可設(shè)置寄存器改到P4.2口和P4.3口;</p><p>　　20.工作的溫度范圍：工業(yè)級(jí)為-40 - +85℃ /，商業(yè)級(jí)為0 - 75℃21.封裝：PDIP-40,LQFP-44以及LQFP-48， I/O口不夠時(shí)，可外接2至3根普通I/O口線，74HC164/165/595都可通過(guò)級(jí)聯(lián)來(lái)擴(kuò)展I/O口, 還可用A/D當(dāng)掃描按鍵以此來(lái)節(jié)省I/O口，或者兩個(gè)CPU，三線通信，還多了串

63、口。</p><p>　　3.1.2 時(shí)鐘電路</p><p>　　圖3-1-2 時(shí)鐘電路原理圖</p><p>　　時(shí)鐘電路如圖3-1-2所示。單片機(jī)內(nèi)部振蕩器反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端則是XTAL2，當(dāng)外部振蕩器使用時(shí)，XTAL1端應(yīng)直接加外部振蕩的信號(hào)，且XTAL2是懸空的。當(dāng)是內(nèi)部的方式時(shí)，振蕩脈沖被時(shí)鐘發(fā)生器二分頻，比如晶振是12MHz，那么時(shí)

64、鐘頻率為6MHz。晶振頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。本系統(tǒng)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)應(yīng)用了內(nèi)部方式，就是用芯片內(nèi)部振蕩電路。高增益的反相放大器存在于單片機(jī)內(nèi)部用于構(gòu)建成振蕩器。此放大器輸入端，輸出端分別是引腳XTAL1，XTAL2。自激振蕩器由此放大器和片外的晶體諧振器（作為反饋元件）一起構(gòu)成。并聯(lián)的諧振電路由外接的晶體諧振器和電容C1，C2一起構(gòu)成，連接于放大器反饋回路之中。雖然外接電容值對(duì)此沒(méi)有嚴(yán)格要求，但震蕩器的頻率高低、震蕩器穩(wěn)定性

65、、起振快速性以及溫度穩(wěn)定性都會(huì)受到電容大小的影響。因此，該系統(tǒng)電路晶體振蕩器值設(shè)為12MHz，陶瓷電容為此系統(tǒng)可選擇的電容中最適合的。為了減少寄生的電容，以及更好保證震蕩器的穩(wěn)定，可靠地工作，電路板在焊接刷時(shí)應(yīng)使電容盡可能的靠近晶體振蕩器。</p><p>　　3.1.3 復(fù)位電路</p><p>　　振蕩器在運(yùn)行時(shí)，在此引腿出現(xiàn)高電平時(shí),24個(gè)振蕩周期中至少有兩個(gè)機(jī)器周期，可以復(fù)位單片機(jī)

66、，只要高電平在此腳保持，便可循環(huán)復(fù)位51系列芯片。復(fù)位后置P0－P3口為1，是這些引腳輸出高電平，讓程序計(jì)數(shù)器和SFR（特殊功能寄存器）全部清零。當(dāng)高電平向低電平變化出現(xiàn)在復(fù)位腳時(shí)，運(yùn)行程序開(kāi)始于ROM芯片的00H處。外部復(fù)位電路用來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。RST（復(fù)位引腳）通過(guò)復(fù)位電路連接一個(gè)斯密特觸發(fā)器以此來(lái)實(shí)現(xiàn)片內(nèi)復(fù)位，噪聲通過(guò)斯密特觸發(fā)器來(lái)抑制，每機(jī)器周期S5P2為它的輸出，每次復(fù)位電路采一次樣。上電自動(dòng)復(fù)位，按鈕復(fù)位是復(fù)位電路采用的兩種方式

67、，上電和按鈕復(fù)位是此電路系統(tǒng)采用的方式。本設(shè)計(jì)采用的復(fù)位電路如圖3-1-3所示</p><p>　　圖3-1-3 復(fù)位電路原理圖</p><p>　　3.1.4 鍵盤電路</p><p>　　本次設(shè)計(jì)設(shè)置有三個(gè)按鍵：設(shè)置健p1.0，加健p1.1，減健p1.2。健p1.0主要是用來(lái)移位方便設(shè)置以及啟動(dòng)，加健是設(shè)置參數(shù)值時(shí)增加參數(shù)值，減健是減小參數(shù)值，每一個(gè)按鍵一端接地

68、，另一端接單片機(jī)端口。低電平有效，當(dāng)按鍵按下端口接地，單片機(jī)捕獲到低電平，從而知道相應(yīng)的輸入信息。原理圖如圖3-1-4所示：</p><p>　　圖3-1-4 按鍵電路原理圖</p><p>　　3.2鉑電阻測(cè)溫電路模塊：</p><p>　　鉑熱電阻pt100，簡(jiǎn)稱PT100鉑電阻，其阻值隨著溫度變化而改變。PT后的100即表示它的阻值是100歐時(shí)其溫度為0℃，

69、阻值為138.5歐左右時(shí)其在100℃。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度時(shí)他的阻值為100歐姆，其阻值會(huì)均勻的增長(zhǎng)隨著溫度的不斷上升。</p><p>　　鉑電阻一般應(yīng)用于寬范圍的、高精度的溫度測(cè)量的領(lǐng)域，比如： </p><p>　　軸瓦，缸體，油管，水管，汽管，紡機(jī)，空調(diào)，熱水器等狹小的空間的工業(yè)設(shè)備的測(cè)溫與控制；冰箱、烘干機(jī)、飲水機(jī)、咖啡機(jī)、冷柜，汽車空調(diào)以及恒溫箱、中低溫的干

70、燥箱等；制冷/供熱管道的熱量的計(jì)量，工業(yè)領(lǐng)域的測(cè)溫與控制以及中央空調(diào)的分戶熱能的計(jì)量。</p><p>　　其實(shí)物圖如圖3-2-1所示：</p><p>　　圖3-2-1 鉑電阻pt100實(shí)物圖</p><p>　　3.2.1 鉑電阻pt100測(cè)溫電路原理圖如圖3-2-2所示：</p><p>　　圖3-2-2 鉑電阻pt100測(cè)溫電路原理圖

71、</p><p>　　如圖3-2-2所示，R1，R2，R3和pt100C組成傳感測(cè)量電橋，從電橋獲取差分信號(hào)并經(jīng)兩級(jí)的運(yùn)放放大之后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器再輸進(jìn)單片機(jī)，可采用可調(diào)變阻器代替電橋的一個(gè)橋臂的電阻，輸入至運(yùn)放的差分電壓的信號(hào)大小可以通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)變阻器，這個(gè)通常被用于調(diào)節(jié)零點(diǎn)。</p><p>　　放大電路取用的是集成運(yùn)算放大器LM358，為了不讓單級(jí)放大的倍數(shù)過(guò)高的情況出現(xiàn)，導(dǎo)致帶來(lái)非

72、線性誤差，于是放大電路采取兩級(jí)放大，前一級(jí)大約放大10倍，后一級(jí)約放大3倍左右。溫度在0~100度變化，溫度上升時(shí)，pt100的阻值變大，差分信號(hào)隨之變大（輸入放大電路），放大電路輸出電壓對(duì)應(yīng)的升高。</p><p>　　3.2.2 集成運(yùn)算放大器</p><p>　　LM358是常用雙運(yùn)放,LM358里面存有兩個(gè)雙運(yùn)放（具有高增益、獨(dú)立的、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)墓δ埽?，不僅適用于雙電源工作的方式

73、而且適用于單電源在其電壓范圍很寬的情況下，直流增益模塊、傳感放大器以及其他能用單電源供電使用運(yùn)放的地方都在其應(yīng)用范圍內(nèi)。其引腳圖如下圖3-2-3所示：</p><p>　　圖3-2-3 集成運(yùn)算放大器LM358引腳圖</p><p>　　LM358集成預(yù)算放大器的特點(diǎn)：</p><p><b>　　內(nèi)部頻率的補(bǔ)償；</b></p>

74、<p><b>　　低輸入的偏流；</b></p><p>　　低輸入而失調(diào)的電壓以及失調(diào)的電流；</p><p>　　共模輸入的電壓范圍寬，并且包括接地；</p><p>　　差模輸入電的壓范圍寬，而且等于電源的電壓范圍；</p><p>　　直流電壓增益高(約100dB)；</p><

75、p>　　單位增益頻帶寬(約1MHz) ；</p><p>　　電源電壓的范圍寬：3—30V為單電源；</p><p>　　雙電源(±1.5 一±15V)；</p><p>　　電池供電要用低功耗的電流；</p><p>　　輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V)。</p><p>　　3.2

76、.3 鉑電阻分度值表：</p><p>　　圖3-2-4 鉑電阻分度值表</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路模塊</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用TLC2543 A/D轉(zhuǎn)換器，TLC2543是TI公司的12位串行的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程是使用開(kāi)關(guān)電容的逐次逼近的技術(shù)完成的。</p><p>　　3.3.1 TLC2543的特點(diǎn)：&

77、lt;/p><p>　?。?）12位分辯率A/D轉(zhuǎn)換器； </p><p>　?。?）在工作的溫度的范圍內(nèi)有10μs的轉(zhuǎn)換時(shí)間；</p><p>　?。?）存有11路模擬信號(hào)輸入的通道；</p><p>　?。?）存有3路內(nèi)置的自測(cè)試的方式； </p><p>　　（5）其采樣率是66kbps； </p>

78、<p>　　（6）其線性誤差在±1LSBmax之間； </p><p>　　（7）其具有EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出)； </p><p>　　（8）有雙、單極性的輸出； </p><p>　　（9）MSB，LSB前導(dǎo)可編程； </p><p>　　（10）輸出數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度可編程。</p><p>　　3.3

79、.2 TLC2543引腳的排列和說(shuō)明：</p><p>　　TLC2543有兩種封裝形式：DB、DW或N封裝以及FN封裝，這兩種封裝引腳的排列如圖3-3-1，引腳的說(shuō)明見(jiàn)表1。</p><p>　　圖3-3-1 TLC2543的封裝圖</p><p>　　表1 TLC2543引腳說(shuō)明</p><p>　　3.4 顯示模塊設(shè)計(jì)</p>

80、;<p>　　數(shù)字系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)以及工作數(shù)據(jù)普遍的通過(guò)顯示器來(lái)直觀的顯示，按照產(chǎn)品工藝及其材料，單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)之中常用顯示器有： 液晶LCD顯示器、CRT顯示器、發(fā)光二極管LED顯示器等。本次設(shè)計(jì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)的需要，采用1602液晶顯示器，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示數(shù)字、符號(hào)、字母等點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干的點(diǎn)陣字符位5X7或者5X11等組成，字符可以被任個(gè)點(diǎn)陣字符位顯示，一個(gè)點(diǎn)距間隔存在每位之

81、間，每行的之間也存有間隔，作用是起到了行間距以及字符間距，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形，由于設(shè)計(jì)只要顯示字符和數(shù)值，所以1602液晶足夠本次設(shè)計(jì)使用，1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。其實(shí)物圖如圖3-4-1所示：</p><p>　　圖3-4-1 1602液晶顯示屏實(shí)物圖</p><p>　　1602LCD的基本參數(shù)及引

82、腳功能說(shuō)明</p><p>　　1602LCD可分為不帶背光以及帶背光這兩種，大部分采用HD44780為基控制器，不帶背光的比帶背光的薄，但兩者在應(yīng)用中并沒(méi)有什么差別。</p><p>　　1602LCD主要的技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　顯示的容量:字符個(gè)數(shù)為16×2 ；</p><p>　　芯片工作的電壓:4.5~5.5V ；

83、</p><p>　　芯片工作的電流:2.0mA(5.0V) ；</p><p>　　模塊最佳的工作電壓:5.0伏特 ；</p><p>　　字符的尺寸:2.95×4.35(W×H)mm 。</p><p><b>　　引腳的功能說(shuō)明：</b></p><p>　　1602液晶

84、LCD顯示屏采用的是標(biāo)準(zhǔn)14腳（無(wú)背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口的說(shuō)明如表2所示:</p><p>　　表2 1602液晶LCD引腳的接口說(shuō)明表</p><p>　　第1腳：VSS是為地電源； </p><p>　　第2腳：VDD接的是+5V的正電源；</p><p>　　第3腳：VL是液晶顯示器的對(duì)比度的調(diào)整端，對(duì)比度最弱是接到正

85、電源的原因，對(duì)比度最高則要接地，對(duì)比度的過(guò)高時(shí)會(huì)導(dǎo)致“鬼影”，使用的時(shí)候可以用一個(gè)10千歐的電位器去調(diào)整對(duì)比度； </p><p>　　第4腳：RS意為寄存器的選擇，當(dāng)高電平的時(shí)候，選擇的是數(shù)據(jù)寄存器，當(dāng)?shù)碗娖降臅r(shí)候，選擇的是指令寄存器； </p><p>　　第5腳：R/W是讀寫(xiě)的信號(hào)線，高電平的時(shí)候開(kāi)始進(jìn)行的是讀操作，低電平的時(shí)候進(jìn)行寫(xiě)操作。能寫(xiě)入指令或能顯示地址只能當(dāng)R/W和RS同

86、為低電平的時(shí)候，當(dāng)R/W為高電平而RS為高電平的時(shí)候可以讀取忙信號(hào)，當(dāng)R/W為低電平而RS為高電平的時(shí)候能夠?qū)懭霐?shù)據(jù)； </p><p>　　第6腳：E端是使能端，當(dāng)E端的電平由高跳變到低的時(shí)候，液晶模塊開(kāi)始執(zhí)行命令； </p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位的雙向數(shù)據(jù)線； </p><p>　　第15腳：背光源的正極； </p><

87、;p>　　第16腳：背光源的負(fù)極。</p><p><b>　　3.5 控制電路</b></p><p>　　3.5.1 小功率風(fēng)扇</p><p>　　此次控制電路里面用的風(fēng)扇是AVC型號(hào)風(fēng)扇，這款風(fēng)扇是低噪音的軸向風(fēng)扇，它的尺寸是7厘米×7厘米，厚度是2厘米，使用的是雙滾珠軸承，它的工作電壓是12伏特，轉(zhuǎn)速是超高轉(zhuǎn)速的，控制

88、為一般控制。一般情況下轉(zhuǎn)速越高噪音越大，這主要是由于風(fēng)切與共振引起的，但風(fēng)量風(fēng)壓越大散熱效果越好，所以當(dāng)恒溫箱溫度上升越高風(fēng)扇就會(huì)轉(zhuǎn)得越快。風(fēng)扇實(shí)物圖如圖3-5-1：</p><p>　　圖3-5-1 AVC型號(hào)風(fēng)扇</p><p><b>　　3.5.2 加熱管</b></p><p>　　加熱管指在無(wú)縫的金屬管道內(nèi)（鈦管、銅管、碳鋼管、不銹

89、鋼管）裝上電熱絲，將具有良好的絕緣性以及導(dǎo)熱性的氧化鎂粉末填滿空隙部分之后縮管制成，再根據(jù)用戶所需的各種型狀去加工。它具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，很高的熱效率，良好的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性良好。它能夠用于各種液體和酸堿鹽的加熱，同時(shí)也適應(yīng)低溶點(diǎn)的金屬加熱溶化（鉛、鋅、錫、巴氏合金）。加熱管實(shí)物圖如圖3-5-2所示：</p><p>　　圖3-5-2 加熱管實(shí)物圖</p><p><b>

90、;　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本次的硬件設(shè)計(jì)可謂是一波三折，首先要用Protel軟件進(jìn)行實(shí)物圖的原理圖繪制，布置盡可能簡(jiǎn)練的原理圖方便之后的硬件焊接，再者就是測(cè)溫電路的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，參照網(wǎng)上收集的資料，進(jìn)行了鉑電阻二線制測(cè)溫電路的焊接，通過(guò)不同的嘗試，中途出現(xiàn)過(guò)線路焊接錯(cuò)誤，正負(fù)級(jí)錯(cuò)誤，或者電路原理錯(cuò)誤等等大大小小的問(wèn)題，致使測(cè)溫電路部分成果進(jìn)展緩慢，最后終于在總結(jié)之前的經(jīng)驗(yàn)，以及查詢相關(guān)資

91、料，詢問(wèn)他人之后完成了測(cè)溫電路部分的焊接，并測(cè)試記錄了數(shù)據(jù)，這次的設(shè)計(jì)讓我對(duì)Protel這個(gè)軟件有了更深的了解，操作更加熟練，同時(shí)也明白資料的重要性，有一手詳細(xì)的資料對(duì)于實(shí)際操作起著很重要的作用，選則一個(gè)好方案，不管是財(cái)力，還是人力，精力等方面，都起著很重要甚至關(guān)鍵的作用，這不僅僅節(jié)省了許多不必要的麻煩，更節(jié)省了時(shí)間，更重要的是此次硬件設(shè)計(jì)也讓我明白理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，書(shū)本上的知識(shí)與實(shí)際動(dòng)手做實(shí)物差異還是很大的，我們要學(xué)以致用不能死學(xué)

92、，要活學(xué)。</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1 主程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b&g

93、t;　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖 4-1 主程序流程圖</p><p>　　主程序如圖4-1所示，給系統(tǒng)通電以后，開(kāi)始進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，1602LCD的初始化，然后通過(guò)按鍵啟動(dòng)測(cè)溫電路，鉑電阻開(kāi)始測(cè)量恒溫箱的溫度，將測(cè)量到數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換傳送到單片機(jī)里，并在顯示屏上顯示，單片機(jī)開(kāi)始

94、處理數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理（包括控制算法PID算法），輸出控制信號(hào)，如果溫度高于設(shè)定值，則開(kāi)始降溫，溫度越高，電扇的功率越高轉(zhuǎn)速越快，直到溫度降到設(shè)定值，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)，如果溫度低于設(shè)定值，則開(kāi)始升溫，溫度越低，加熱燈的功率約大放光越亮，直到溫度升到設(shè)定溫度，停止加熱燈管熄滅。復(fù)位可以重頭開(kāi)始。</p><p><b>　　PWM原理</b></p><p>　　PWM (Pu

95、lse Width Modulation)是—種脈沖寬度的調(diào)制技術(shù)，通過(guò)調(diào)制一系列的數(shù)字脈沖寬度, 在脈沖的作用下,當(dāng)加熱燈或者電機(jī)通電的時(shí)候，燈泡變亮或者速度加快, 斷電的時(shí)候速度逐漸的變慢或者亮度逐漸的變暗,只要通斷電的時(shí)間按一定的規(guī)律改變, 即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速以及加熱燈的功率的控制。</p><p><b>　　PWM相關(guān)程序</b></p><p>　　CCO

96、N=0;//PCA初始化</p><p>　　CL=0;//PCA的16位計(jì)數(shù)器低8位</p><p>　　CH=0;//PCA的16位計(jì)數(shù)器高8位</p><p>　　CMOD=0x00;//選擇 系統(tǒng)時(shí)鐘/12 為計(jì)數(shù)脈沖，則PWM的頻//率f=sysclk/256/12;</p><p>　　CCAP0H=0x00; /

97、/占空比控制</p><p>　　CCAP0L=0x00;</p><p>　　CCAP1H=200; //占空比控制</p><p>　　CCAP1L=200;</p><p>　　PCA_PWM0=0x00; //控制占空比的第九位為0</p><p>　　PCA_PWM1=0x00; //控制占空比的第九位為0

98、</p><p>　　CCAPM0=0x00; //允許P13作為PWM輸出</p><p>　　CCAPM1=0x42; //允許P13作為PWM輸出</p><p>　　CR=1; //啟動(dòng)PCA計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　PID控制算法</b></p><p>　　目

99、前在過(guò)程控制中PID控制算法（比例，積分，微分控制）是應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律，PID控制算法是一種閉環(huán)控制算法，所以反饋是必須要有的。因此要實(shí)現(xiàn)PID算法，硬件上就必須要具備閉環(huán)控制。比如此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是控制溫度的恒定，就得有一個(gè)測(cè)量溫度值的傳感器，并將結(jié)果反饋到控制路線上。溫度控制時(shí)間常數(shù)滯后較大，控制要求較高，而PID控制規(guī)律是一種較為理想的控制規(guī)律，它在比例的基礎(chǔ)上引入積分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，因此

100、使用于溫度控制。</p><p>　　PID控制算法程序流程圖：</p><p><b>　　Y</b></p><p>　　N N </p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　返

101、回</b></p><p>　　圖4-2 PID控制算法流程圖</p><p>　　4.2 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p&g

102、t;<p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖4-2 A/D轉(zhuǎn)換流程圖</p><p>　　程序流程圖如圖4-2所示,TLC2543輸入寄存器包括一個(gè)4位模擬通道地址(D7

103、~D4)、一個(gè)2位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度選擇(D3~D2)、一個(gè)選擇輸出MSB或LSB在前的位(D1)及一個(gè)雙極性或者單極性的輸出的選擇位(D0)8位數(shù)據(jù)。該控制字是經(jīng)過(guò)DATAIN端輸入進(jìn)去的。在輸入/輸出的時(shí)鐘控制之下,控制字傳送的同時(shí),DATAOUT端也被送去前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果。若選擇第8通道、16位輸出的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、MSB前導(dǎo)、控制字在單極性時(shí)為8CH(10001100B)。</p><p>　　TLC2543片選信號(hào)/C

104、S是高電平的時(shí)候,其輸出輸入的時(shí)鐘端I/OCLK和數(shù)據(jù)的輸入端DATAIN被禁止,其數(shù)據(jù)的輸出端DATAOUT為高阻的狀態(tài)。/CS變低的時(shí)候開(kāi)始轉(zhuǎn)換的過(guò)程,I/OCLK和DATAIN有效,并且DATAOUT端脫離高阻的狀態(tài)。上電之后,/CS必須要從高電平變至低電平以開(kāi)始一次的I/O周期。EOC開(kāi)始為高時(shí),數(shù)據(jù)寄存器的輸入被置為全零,數(shù)據(jù)寄存器的輸出是隨機(jī)的內(nèi)容,而且第一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果將會(huì)被忽略。器件在從掉電的狀態(tài)返回之后，第一次的轉(zhuǎn)換讀取

105、數(shù)據(jù)可能會(huì)不準(zhǔn)確。EOC信號(hào)是用來(lái)表示轉(zhuǎn)換的開(kāi)始與結(jié)束的。復(fù)位的狀態(tài)之下,EOC總是為高的。在采樣周期時(shí),EOC將一直保持高值直到斷開(kāi)轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部的采樣開(kāi)關(guān)。EOC變低后,轉(zhuǎn)換結(jié)果將不受模擬輸入的信號(hào)的改變的影響。完成轉(zhuǎn)換之后,EOC信號(hào)將再次變高，輸出數(shù)據(jù)寄存器將鎖存轉(zhuǎn)換的結(jié)果。TLC2543內(nèi)部轉(zhuǎn)換的結(jié)果總是12位長(zhǎng),當(dāng)選擇8位數(shù)據(jù)的傳送時(shí),內(nèi)部結(jié)果4個(gè)LSB位將會(huì)被截去。當(dāng)采用12位傳送時(shí),所有位都會(huì)被傳送。而當(dāng)采用16位傳送時(shí),

106、4個(gè)LSB的填充位總是會(huì)被補(bǔ)充至內(nèi)部的轉(zhuǎn)換結(jié)果中。在LSB前導(dǎo)方式,4個(gè)前導(dǎo)零被輸出,在MSB</p><p>　　4.3液晶顯示屏設(shè)計(jì)</p><p>　　圖4-3 液晶顯示屏流程圖</p><p>　　如圖4-3液晶顯示屏1602軟件流程圖所示，實(shí)物通電后，LCD初始化，然后調(diào)入延時(shí)程序，之后先是顯示1602的第一行，之后是第二行的。</p>&l

107、t;p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)本次的軟件設(shè)計(jì)，使我復(fù)習(xí)了以前關(guān)于C語(yǔ)言的相關(guān)知識(shí)，編程時(shí)不斷的修改程序，使我的編程能力有了很大的提升，對(duì)于軟硬之間的結(jié)合也有了更深的了解。</p><p><b>　　第五章 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)中大體分為測(cè)溫電路模塊，單片機(jī)主

108、控模塊，以及控制輸出模塊，此次設(shè)計(jì)我是一個(gè)模塊一個(gè)模塊的分開(kāi)調(diào)試，采取先局部調(diào)試后整體調(diào)試。</p><p><b>　　5.1 硬件調(diào)試</b></p><p>　　5.1.1 硬件靜態(tài)調(diào)試</p><p>　　首先在焊接前檢查元件是否有壞的，確認(rèn)無(wú)誤后開(kāi)始安裝元件，焊接時(shí)一定要做到細(xì)心認(rèn)真，必須避免虛焊，以上兩步完成后，才開(kāi)始進(jìn)入硬件調(diào)試。

109、</p><p>　　硬件調(diào)試的步驟方法： </p><p>　?。?）邏輯故障的排除 </p><p>　　往往因?yàn)樵O(shè)計(jì)與加工制板的過(guò)程之中工藝性的錯(cuò)誤會(huì)造成這類故障。主要包括開(kāi)路、短路、錯(cuò)線。排除方法是首先認(rèn)真對(duì)照原理圖，檢查印刷版是否出了問(wèn)題，看兩者一致與否。應(yīng)該特別注意的是電源系統(tǒng)的檢查，以防止極性的錯(cuò)誤以及電源短路，并且要重點(diǎn)的檢查系統(tǒng)的總線（控制總線、

110、地址總線以及數(shù)據(jù)總線）相互之間的短路或者與其它的信號(hào)線路產(chǎn)生短路存在與否。必要時(shí)，為了縮短排錯(cuò)的時(shí)間，可以利用數(shù)字萬(wàn)用表的短路測(cè)試功能，。</p><p>　　（2）元器件失效的排除 </p><p>　　有兩個(gè)原因會(huì)造成這類錯(cuò)誤的產(chǎn)生：一個(gè)原因是由于安裝的錯(cuò)誤造成的器件燒壞；另一個(gè)原因是在元器件買來(lái)的時(shí)就已經(jīng)壞了?？梢匀z查元器件是否與設(shè)計(jì)的要求的安裝、型號(hào)以及規(guī)格一致。在保證安裝的無(wú)誤

111、后，用替換的方法去排除錯(cuò)誤。</p><p>　?。?）電源故障的排除 </p><p>　　在通電之前，電源的電壓幅值與極性一定要去檢查，否則集成塊很容易損壞掉。各插件上的引腳的電位在加電后一定要去檢查，一般VCC和GND之間的電位要先檢查，5V～4.8V之間是屬于正常的。若是高壓的話，應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊有時(shí)候會(huì)發(fā)熱而損壞掉。</p><p>　　在硬件調(diào)試過(guò)

112、程中曾經(jīng)嘗試用USB作為借口，但由于USB接口在萬(wàn)用板上不好固定，插接口是不方便，一不小心就有可能將端口折斷，所以改用電源適配器所用的圓形端口。</p><p>　　5.1.2 測(cè)溫電路調(diào)試</p><p>　　在調(diào)試測(cè)溫電路模塊時(shí)，調(diào)試的主要方法是首先在之前的電路檢測(cè)確認(rèn)無(wú)誤后通電，然后用鉑電阻pt100測(cè)不同物體的溫度，再用萬(wàn)用板測(cè)量輸出端電壓，看電壓是否發(fā)生變化，其次在你發(fā)生變化的情

113、況下（表面測(cè)溫電路目前至少可以實(shí)現(xiàn)最低的要求），將鉑電阻pt100實(shí)際測(cè)溫時(shí)引起橋臂變化所產(chǎn)生的電壓值記錄下來(lái)，與通過(guò)測(cè)溫儀器測(cè)量的溫度參照鉑電阻參照表所得到的電壓值進(jìn)行對(duì)比，看看是否誤差很大，如果誤差在要求以內(nèi)則調(diào)試成功，如果不符合則重頭開(kāi)始直到達(dá)到要求。</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換程序調(diào)試</b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換程序可以說(shuō)是整個(gè)程序的基

114、礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)此次溫度測(cè)控系統(tǒng)的重中之重，由于之前的課程設(shè)計(jì)用的A/D轉(zhuǎn)換器是八位的，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換器是十二位的，所以只要對(duì)程序要做一些調(diào)整，實(shí)現(xiàn)十二位的A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　5.1.3 單片機(jī)主控模塊調(diào)試</p><p>　　STC12C5A60S2最小系統(tǒng)包括晶振和復(fù)位電路，按鍵電路，1602液晶顯示電路。</p><p>　　這里我們主要是強(qiáng)

115、調(diào)晶振電路的調(diào)試，因?yàn)榫д袷菃纹瑱C(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率的電子元件，如果晶振壞了，也就沒(méi)有了時(shí)鐘周期，沒(méi)有了時(shí)鐘周期，就無(wú)法執(zhí)行程序代碼，單片機(jī)就無(wú)法正常工作。所以在單片機(jī)主控模塊的調(diào)試過(guò)程中，首要的調(diào)試就是調(diào)試晶振有沒(méi)有在焊接的過(guò)程中有所損壞，方法也很簡(jiǎn)單，用我們周圍常見(jiàn)的萬(wàn)用表測(cè)量晶振兩個(gè)引腳的電壓，看看是不是芯片工作電壓的一半，比如51系列單片機(jī)的工作電壓是+5V，則我們測(cè)量到的晶振兩引腳的電壓若不是+2.5V，則晶振出