基于单片机的pwm控制方法的精密温度控制_毕业设计(论文)(编辑修改稿)

基于单片机的pwm控制方法的精密温度控制_毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

STC89C52引脚图 管脚说明： ：供电电压。 ：接地。 ： P0口为一个 8位漏级开路双向 I/O口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1口的管脚第一次写 1时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口 作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0输出原码，此时 P0外部必须被拉高。 ： P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。 P1口管脚写入 1后，被内部上拉为高，可用作输入， P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1口作为第八位地址接收。 ： P2口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P2口缓冲器可接收，输出 4个TTL 门电流，当 P2口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因 此作为输入时， P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2口当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时， P2口输出地址的高八位。 在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和 9 控制信号。 ： P3口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL 门电流。 当 P3口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平 ， P3口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为 AT89C51的一些特殊功能口，如表 41。 表 41 P3口特殊功能表 ：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE只有在执行 MOVX， MOVC 指令是ALE 才 起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 9./PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 10./EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V编程电口管脚 备选功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0外部输入） T1（记时器 1外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） 10 源（ VPP）。 ：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 ：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性： XTAL1和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2应不接。 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 芯片擦除： 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE管脚处于低电平 10ms 来完成。 在芯片擦操作中，代码阵列全被写“ 1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外， AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。 在闲置模式下， CPU 停止工作。 但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。 在掉电模式下，保存 RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 单片机系统模块的硬件设计 STC89C52 单片机为 40引脚双列直插芯片，有四个 8 位 I/O 口（ P0、 P P P3），每一位 I/O 端口都能独立地作为输出或输入。 其中， P0口为一个 8 位漏级开路双向 I/O口，其驱动能力强于其他三个 I/O 口。 由于 P0 口内部没有上拉电阻，相当于它是没有电源的，需要外部的电路提供，绝大多数情况下 P0口是必需加上拉电阻的。 一般 51单片机的 P0 口在作为地址 /数据复用时不接上拉电阻。 但作为一般的 I/O 口时用时是要接上拉电阻。 单片机的最小系统电路原理图如图 44所示， 18 引脚和 19 引脚接时钟电路， XTAL1接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入， XTAL2 接外部晶振 和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出。 第 9 引脚为复位输入端，接上电容，电阻及开关后能够形成上电复位电路。 11 图 44 最小系统电路原理图 功能实现模块 功能实现模块主要包括采样模块、 按键和显示模块 及报警和指示灯模块，一起构成了温度控制系统的功能 采样模块 DS18B20 数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有 LTM8877， LTM8874 等等。 主要根据应用场合的不同而改变其外观。 封装后 的 DS18B20 可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。 耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 DS18B20 内部结构主要由四部分组成： 64位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的主要特性 : ，电压范围： ～ ，在寄生电源方式下可由数据线供电 ； ， DS18B20 在与微 处理器连接时仅需要一条口线即可实现微 12 处理器与 DS18B20 的双向通讯 ； 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温 ； 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 ； － 55℃～＋ 125℃，在 10～ +85℃时精度为177。 ℃ ； 9～ 12位，对应的可分辨温度分为 ℃、 ℃、 ℃和℃，可实现高精度测温 ； 9位分辨率时最多在 ， 12位分辨率时最多在 750ms内把温度值转换为数字，速度更快 ； ，以 一线总线 串行传送给 CPU，同时可传送 CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力 ； ：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 因此， 本系统采样电路采用的是温度传感器 DS18B20，其内部自带 A/D转换，无需任何外围元件，可以直接输出温度值的 9~12 位串行数字量，其温度转换最大时间为750ms，能够满足本系 统的设计要求。 温度采样电路如图 45所示。 其中 DQ为数字信号输入 /输出端； GND 为电源地； VCC 为外接供电电源输入端。 图 45 采样电路 按键模块 按键电路采用按键与外部中断相结合的方法，各按键功能定义如表 42所示。 13 表 42 按键功能表 按键 键名 功能 KEY1 加 1键 设定的温度值加 1 KEY2 转位键 转到数码管的下一位 KEY3 进入 /退出键 此键按下，进入温度设定； 此键再按，退出温度 设定。 按键 KEY3 与单片机的 INT0（ ）脚相连，采用外部中断方式，且优先级定位高优先级。 按键 KEY1 和 KEY2 分别于 和 相连，采用软件查询方式。 按键模块电路如图 46所示。 图 46 按键电路原理图 显示模块 显示硬件电路采用 4位共阴 LED 数码管显示方式，显示内容有温度值的百位、十位、个位及小数点后一位。 用 P2 口的 ~ 作为位控码输出，用 P0 口作为段控码输出，都采用 74LS04 做为驱动电路。 模块电路如图 47所示。 14 图 47 显示接口 电路原理图 温度 控制模块 加热控制电路采用 PWM 控制技术在闭环控制系统中控制继电器的通断，以实现对发热片加热功率的调整，从而达到对水温控制的目的。 继电器的使用非常简单，只要在使用时完全可以用 PNP 型三极管接成电压跟随器的形式驱动。 当单片机的 为低电平时继电器关断，加热电路不工作；当单片机水温 为高电平时，三极管驱动继电器工作，接通加热电路工作。 控制电路图如图 48 所示。 图 48 加热控制电路原理图 15 5 系统软件设计 软件编写的语言一般情况下，有汇编语言和Ｃ语言两种，两种语言各有优 劣。 用Ｃ语言编写程序的优点是：编写简单，容易上手，网上有许多已编写好的子程序，可以通过学习再结合自己想要实现的功能，从而编写相关的程序，因此开发程序所需时间也相对短。 而用汇编语言编写则相对要求高一些，它要求对硬件有足够的了解和认识，在此基础上，严格地对照各部件的时序图，进行程序的编写，而且读起来相对繁琐。 通过两种语言的比较，Ｃ语言学起来很快，所以我选择采用 C 语言编写。 本系统软件设计采用模块化设计，由主程序模块、功能实现模块和运算控制模块三大模块组成。 主程序模块 主程序主要完成 PID算法、中断源及加热控制系统各部件的初始化和实现各功能子程序的调用，以及实际测量中各个功能模块的协调在无外部中断申请时，单片机通过循环实时显示外部温度。 把 KEY3 键作为最高优先级的外部中断 0，以便使主程序能实时响应 KEY3 键按下的处理。 软件设定定时器 T0 为 3s 定时，在无按下 KEY3 键时，应每隔 3s响应一次，调用 PID 算法子程序求出输出控制量，以此来控制发热电路的发热功率，最终控制发热片的温度。 主程序流程图如图 51所示。 具体源程序见附录。 16 Y N Y N N N Y 图 51 主程序流程图 开始 初始化所有参数 按键按下。 外部中断 INT0 初始化 定时器 T0 初始化 按键扫描子程序。