基于单片机的转速温度智能测控系统设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)

基于单片机的转速温度智能测控系统设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。 在可调速传动系统中，按照传动电动机的类型来分，可分为两大类：直流调速系统和交流调速系统。 交流电动机直流具有结构简单、价格低廉、维修简便、转动惯量小等优点，但主要缺点为调速较 为困难。 相比之下，直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，因此直流调速系统在一些对调速性能要求较高的系统中有很大的使用价值。 1964 年 和 首先提出把 PWM 技术应用到电机传动中从此为电机传动的推广应用开辟了新的局面。 进入 70 年代以来，体积小、耗电少、成本低、速度快、功能强、可靠性高的大规模集成电路微处理器已经商品化，把电机控制推上了一个崭新的阶段，以微处理器为核心的数字控制（简称微 机数字控制）成为现代电气传动系统控制器的主要形式。 PWM 常取代数模转换器（ DAC）用于功率输出控制，其中，直流电机的速度控制是最常见的应用。 第 1 章 绪 论 第 2 页（共 44 页） 课题研究的内容及要求 本次的毕业设计的题目是单片机速度温度智能控制系统设计。 它是多种技术知识的结合，不仅涉及到软件的设计，而且还将应用电子技术与单片机的应用技术有机结合，使其具有精度高、测量误差小、稳定性好等特点。 电路板的设计技术和机械加工工艺的巧妙结合，使其具备了显示直观、体积做工精细等特点，能为它在其它领域的广泛应用打下良好的基础。 因为经过我们调查发现许多 应用场合原来就有测温控温仪器，只是随着对生产质量与生产需要的要求在不断地提高，以往的那些测温控温的仪器根本不能满足现在的要求。 其中，有部分应用场合对精度提高的幅度要求也不是特别高。 因此，为了提高性价比，我所设计的系统提出在原有系统的基础上进行一些简单的改良，以此为出发点，主要阐述的是水温自动控制系统的一种实现方法。 本文所要研究的课题是基于单片机速度温度智能控制系统的设计，主要是介绍了对运转电机速度与温度的显示和控制，实现了速度温度的实时显示及控制。 温度控制部分，提出了用 DS18S20 和 LCD1602 的硬件 电路完成对水温的实时检测及显示，利用 DS18S20 与单片机连接由软件与硬件电路配合来实现对加热电阻丝的实时控制及超出设定的上下限温度的报警系统。 速度部分，提出用光电传感器， L298， UA741和 LCD1602 的硬件电路完成对速度信息的采集，对电机的驱动和速度数据的显示。 课题的研究方案 按照系统的设计功能要求，我们设计的直流电机测速系统采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力配合按键，来控制电机转速的设定和检测及显示。 确定设计系统由单片机主控模块、电机驱动模块、测速模块、显示模块、键盘接口模块和测温模块共六个模块组成。 第 2 章 设计理论基础 第 3 页（共 44 页） 第 2 章 设计理论基础 AT89C51 系列单片机介绍 AT89C51 系列基本组成及特性 AT89C51 是一种带 4k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 而在众多的 51 系列单片机中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51 更实用，也是一种高效微控制器，因为它不但和 8051 指令、管脚完全兼容 ，而且其片内的 4K 程序存储器是 FLASH 工艺的，这种工艺的存储器，用户可以用电的方式达到瞬间擦除、改写。 而这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。 AT89C51 基本功能描述如下： AT89C51 是一种低损耗、高性能、 CMOS 八位微处理器，而且在其片种还有 4k 字节的在线可重复编程快擦快写程序存储器，能重复写入 /擦除 1000 次，数据保存时间为十年。 它与 MCS51 系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替 MCS51 系列单片机，而且能使系统具有许多 MCS51系列产品没有的功能。 AT89C51 可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积 , 增加系统的可靠性，降低了系统成本。 只要程序长度小于 4k, 四个 I/O 口全部提供给用户。 可用 5V 电压编程，而且写入时间仅 10 毫秒 , 仅为 8751/87C51 的擦除时间的百分之一，与 8751/87C51 的 12V 电压擦写相比 , 不易损坏器件 , 没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。 AT89C51 芯片提供三级程序存储器锁定加密， 提供了方便灵活而可靠的硬加密手段 , 能完全保证程序或系统不被仿制。 另外 ,AT89C51 还具有 MCS51 系 列单片机的所有优点。 128 8 位内部 RAM, 32 位双向输入输出线 , 两个十六位定时器 /计时器 , 5 个中断源 , 两级中断优先级 , 一个全双工异步串行口及时钟发生器等。 AT89C51 有间歇、掉电两种工作模式。 间歇模式是由软件来设置的 , 当外围器件仍然处于工作状态时 , CPU 可根据工作情况适时地进入睡眠状态 , 内部 RAM 和所有特殊的寄存器值将保持不变。 这种状态可被任何一个中断所终止或通过硬件复位。 掉电模式是 VCC 电压低于电源下限 , 当振荡器停止振动时 , CPU 停止执行指令。 该芯片内 RAM 和特殊功能寄存器值 保持不变 , 一直到掉电模式被终止。 只有 VCC 电压恢复到正常工作范围而且在振荡器稳定振荡后，通过硬件复位、掉电模式可被终止。 第 2 章 设计理论基础 第 4 页（共 44 页） AT89C51 系列引脚功能 AT89C51 有 40 引脚双列直插（ DIP）形式。 其与 80C51 引脚结构基本相同，其逻辑引脚图如图 21。 图 1 AT89C51 逻辑引脚图 各引脚功能叙述如下： 1．电源和晶振 VCC—— 运行和程序校验时加 +5V GND—— 接地 XTAL1—— 输入到振荡器的反向放大器 XTAL2—— 反向放大器的输 出，输入到内部时钟发生器 （当使用外部振荡器时， XTAL1 接地， XTAL2 接收振荡器信号） RST：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。 ALE/PROG：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地位字节。 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。 2． I/O（ 4 个口， 32 根） 第 2 章 设计理论基础 第 5 页（共 44 页） P0 口 —— 8 位、漏极开路的双向 I/O 口。 当使用片外存储器（ ROM、 RAM）时，作地址和数据分时复用。 在程序校验期间，输出指令字节（需加外部上拉电路）。 P0口（作为总线时）能驱动 8 个 LSTTL 负载。 P1 口 —— 8 位、准双向 I/O 口。 在编程 /校验期间，用于输入低位字节地址。 P1口可驱动 4 个 LSTTL 负载。 对于 80C51， —— T2，是定时器的计数端且位输入；— — T2EX，是定时器的外部输入端。 这时，读两个特殊输入引脚的输出锁存器应由程序置 1。 P2 口 —— 8 位、准双向 I/O 口。 当使用片外存储器（ ROM 及 RAM）时，输出高8 位地址。 在编程 /校验期间，接收高位字节地址。 P2 口可以驱动 4 个 LSTTL 负载。 P3 口 —— 8 位、准双向 I/O 口，具有内部上拉电路。 P3 口提供各种替代功能。 在提供这些功能时，其输出锁存器应由程序置 1。 P3 口可以输入 /输出 4 个 LSTTL 负载。 3．串行口 —— RXD（串行输入口），输入。 —— TXD（串行输出口），输出。 4．中断 —— INT0 外部中断 0，输入。 —— INT1 外部中断 1，输入。 5．定时器 /计数器 —— T0 定时器 /计数器 0 的外部输入，输入。 —— T1 定时器 /计数器 1 的外部输入，输入。 6．数据存储器选通 —— WR 低电平有效，输出，片外存储器写选通。 —— RD 低电平有效，输出，片外存储器读选通。 7．控制线 (共 4 根 ) 输入： RST—— 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。 EA/Vpp—— 片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。 在编程时，其上 施加21V 的编程电压。 第 2 章 设计理论基础 第 6 页（共 44 页） 注意：在加密方式 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 编程电源（ VPP）。 输入、输出： ALE/PROG—— 地址锁存允许信号，输出。 ALE 以 1/6 的振荡频率稳定速率输出，可用作对外输出的时钟或用于定时。 在 EPROM 编程期间，作输入，输入编程脉冲（ PROG）。 ALE 可以驱动 8 个 LSTTL 负载。 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。 注意：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。 输出： PSEN—— 片外程序存储器选通信号，低电平有效。 在从片外程序存储器取址期间，在每个机器周期中，当 PSEN 有效时，程序存储器的内容被送上 P0 口（ 数据总线）。 PSEN 可以驱动 8 个 LSTTL 负载。 AT89C51 系列单片机的功能单元 1．并行 I/O 接口： 单片机芯片内有一项主要功能就是并行 I/O 口。 51 系列共有 4 个 8 位的并行 I/O口，分别记作 P0、 P P P3 每个口都包含一个锁存器，一个输出驱动器和输入缓冲器。 实际上，它们已被归入专用寄存器之列，并且具有字节寻址和位寻址功能。 在访问片外扩展存储器时，低八位地址和数据由 P0 口分时传送，高八位地址由 P2 口传送。 2．定时器 /计数器 定时器 /计数器（ timer/counter）是单片机中的重要 部件，其工作方式灵活、编程简单，使用它对减轻 CPU 的负担和简化外围电路都大有好处。 C51 系列包含有两个 16 位的可编程定时器 /计数器分别称为定时器 /计数器 T0 和定时器 /计数器 T1；在 C51 部分产品中，还包含有一个用做看门狗的 8 位定时器。 定第 2 章 设计理论基础 第 7 页（共 44 页） 时器 /计数器的核心是一个加 1 计数引脚上施加器，其基本功能是加 1 功能。 在单片机的定时器 T0 或 T1 中，有一个定时器发生由 0 到 1 的跳变时，计数器增 1，即为计数功能；在单片机内部对机器周期或其分频进行计数，从而得到定时，这就是定时功能。 在单片机中，定时功能和计数功能的设定和控制都是 通过软件来进行的。 定时器 /计数器内部结构及其原理：由定时器 0、定时器 定时器方式寄存器TMOD 和定时器控制寄存器 TCON 组成。 当定时器 /计数器设置为定时工作方式时，计数器对内部机器周期计数，每过一个机器周期，计数器加 1，直至计满溢出。 定时器的定时时间与系统的振荡频率紧密相关，因为 C51 系列单片机的一个机器周期由12 个振荡脉冲组成，所以，计数频率 fc=fosc/12。 如果单片机系统采用 12MHz晶振，则计数周期为 : 这是最短的定时周期，适当选择定时器的初值可获取各种定时时间。 当定时器 /计数器设置为 计数工作方式时，计数器对来自输入引脚 T0（ ）和T1（ ）的外部信号计数，外部脉冲的下降沿将触发计数。 在每个机器周期的 S5P2期间采样引脚输入电平，若前一个机器周期采样值为 1，后一个机器周期采样值为 0，则计数器加 1。 新的计数值是在检测到输入引脚电平发生 1 到 0 的负跳变后，于下一个机器周期的 S3P1 期间装入计数器中的，可见，检测一个由 1 到 0 的负跳变需要两个机器周期，所以最高检测频率为振荡频率的 1/24。 计数器对外部输入信号的占空比没有特别的限制，但必须保证输入信号的高电平与低电平的持续时间在一个机器 周期以上。 3．振荡器 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， X。