基于单片机的电阻炉温控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的电阻炉温控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

四位为 0,。 若有按键按下，则高四位中会有一个 1翻转为 0，低四位不会变，此时即可确定被按下的键的行位置。 然后让 P1 口高四位为 0，低四位为 1,。 若有按键按下，则低四位中会有一个 1 翻转为0，高四位不会变，此时即可确定被按下的键的列位置。 最后将上述两者进行或运算即可确定被按下的键的位置。 方法 ② 程序更简洁，这里使用第二种方法 “高低电平翻转法 ”。 硬件连接图如 37 所示 ： 图 37 矩阵键盘电路 显示电路 设计 LCD1602简介 液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，因此，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。 本系统采用 LCD1602 液晶显示模块，它可以显示江苏建筑职业技术学院毕业技术报告 9 两行，每行 16 个字符，采用单 +5V 电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。 LCD1602 实物图 如 38 所示： 图 38 LCD1602 实物 图 LCD1602管脚功能介绍 主要管脚介绍： V0：液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度 是 最弱 的 ，接地电源时对比度 是 最高 的 ，对比度过高时会产生 影响 ， 所以 可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 RS：寄存器选择，高电平时选择数据寄存器；低电平时选择指令寄存器。 R/W：当 RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址；当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 E：使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 LCD1602 控制指令如表 39 所示： 表 32 LCD1602 控制指令 指令 功能 清屏 清 DDRAM 和 AC 值 输入方式设置 设置光标、画面移动方式 显示开关控制 设置显示、光标及闪烁开、关 光标、画面位移 光标、画面移动，不影响 DDRAM 功能设置 工作方式设置（初始化指令） CGRAM 地址设置 设置 CGRAM 地址。 A5~A0=0~3FH DDRAM 地址设置 DDRAM 地址设置 江苏建筑职业技术学院毕业技术报告 10 读 BF 及 AC 值 读忙标志 BF 值和地址计数器 AC 值 写数据 数据写入 DDRAM 或 CGRAM 内 读数据 从 DDRRAM 或 CGRAM 数据读出 清屏指令如表 39 所示： 表 33 LCD1602 控制指令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 开关控制指令如表 310所示： 表 310 开关控制指令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 1 D C B 开关控制指令功能：设置显示、光标及闪烁开、关。 其中： D 表示显示开关： D=1 为开，D=0 为关； C 表示光标开关： C=1 为开， C=0 为关； B 表示闪烁开关： B=1 为开， B=0 为关。 光标、画面位移指令如表 311 所示： 表 311 光标、画面位移指令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 光标、画面位移指令功能：光标、画面移动，不影响 DDRAM。 其中： S/C=1：画面平移一个字符位； S/C=0：光标平移一个字符位； R/L=1：右移； R/L=0：左移。 功能设置指令如表 312 所示： 表 312 功能设置指令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 DL N F * * 功能设置指令功能：工作方式设置（初始化指令）。 其中： DL=1， 8 位数据接口； DL=0，四位数据接口； N=1，两行显示； N=0，一行显示； F=1， 511 点阵字符； F=0， 57 点阵字江苏建筑职业技术学院毕业技术报告 11 符。 读写控制时序如表 313 所示 ： 表 313 读写控制时序 R/W RS E 功能 0 0 下降沿 写指令代码 1 0 高电平 读忙标志和 AC 码 0 1 下降沿 写数据 1 1 高电平 读数据 LCD1602 引脚详解： 第 1 脚： GND 为电源 第 2 脚： VCC 接 5V 电源 正极 第 3 脚： V0 是 液晶对比度调整端，接 正极 对比度弱，接 负极 时对比度高。 第 4 脚： RS 是 寄存器选择，高电平时 选择 数据寄存器、低电平时 选择 指令寄存器。 第 5 脚： RW 是 读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 第 6 脚： E（或 EN）端为使能（ enable）端。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据端。 此处为 P0 口输出，因为 P0 口的电压过于微弱，所以添加上拉电阻使其能够驱动 LCD 液晶显示屏。 温度显示模块的电路图如 图 314 所示 ： 江苏建筑职业技术学院毕业技术报告 12 图 314 温度显示模块电路图 电源系统设计 由于 单片机 的工作电源为 +5V， 而 且底层电路功耗 较 小。 因此 在单片机电源 系统 设计中经 常使用输出电压 值为 固定的集成稳压器， 做 为稳压器件。 这种稳压器只有输 出 、输 入 和公共引出端三个端口。 它 采用三端稳压片 7805 制作输出为 +5V 的电源，为单片机提供正常的 工作电源。 三端稳压器由 基准电压电路 、 启动电路 、取样比较放大电路、 保护 电路 与调整 电路等部分组成。 此 设计中采用的直流稳压电路如图 315 所示，其中 7805 起到电压变化作用。 图中极性电容 C C8 被 用于储备功率，当电源开关时也能起到缓冲 的效果。 C11 与 C12 用于滤波，在这基础上，还可 以增加二极管 D5 和 D6，分别连接在 7805的 1 端 与 3 端，与此 形成反馈，当电路中出现短路 德 情况时，能对电路起到保护作用。 而且 ，还可以接一个 大约 400 欧姆的电阻 与 一个发光二极管，目的是为了检测电路是否 能 通电。 此 设计出于简化电路，电路系统原理图如图 315 所示： 江苏建筑职业技术学院毕业技术报告 13 图 315 电路系统原理图 控制执行单元设计 控制执行 单元 所完成的功能是根据数据处理结果 而决定的 ，单片机对应的 I/O 输出高电平或者低电平，控制继电器的 通断 ，达到控制电炉的启动 与停止，然而 I/O 口的输出电流仅 仅 为 20mA，不 能够 驱动继电器，同时也为 了能 提高 它的 驱动能力 与 抗干扰能力， 就此设计了继电器驱动电路，在 此 控制电路中 是 由三极管 Q2 和 电阻 R13 组成 的 放大电路，而二极管 D2 则 构成泄放回路， 以备 在系统断电时 能 迅速将继电器自感电动势迅速拉低，起到保护 的 作用。 通过继电器的闭合控制大功率设备的开 和 关， 以此 达到自动控制的目的。 继电器驱动电路 设计 固态继电器的分类 和 工作原理 固态继电器是一种无触点电子开关，由 芯片 、膜固定电阻网络和 分立元器件 组成 ，采用混合工艺组装来实现控制回路 和 负载回路的电隔离，由固态器件实现负 载的通断切换功能，内部 没有 任何可动部件。 虽然 市场上的固态继电器型号规格 众多 ，但 是 它们的工作原理是相似的。 主要 是 由 负载电路 ，驱动电路和 控制电路 三部分组成 的。 固态继电器的驱动电路包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分。 隔离耦合电路，目前多采用光电耦合器和高频变压器两种电路形式。 常用的光电耦合器有光 双向可控硅 、光 三极管 、光 二极管阵列 (光 伏 )等。 高频变压器耦合，是在一定的输入电压下，形成 10MHz 的自激振荡，通过变压器磁芯将高频信号传递到变压器次级。 功能电路可包括检波整流、过零、保护、显示等各种功能电 路。 触发电路的作用是给输出器件提供触发信号。 固态继电器原理 ： 固态继电器是一种由固态电子组件组成的新型无触点开关，利用电子组件的开关特 点 ，达到无 火花 、无 触电 、而能 通断 电路的目的， 所以 又被称为 “无触点开关 ”。 相对于以往的 “线圈 —簧片触点式 ”继电器， SSR 中 没有任何可 以 动的机械零件，具有超越 EMR 的优势，如 可靠度高 、 反应快 、寿命长、 耐机械冲击 、具有 优秀 的防潮防霉 等 特性。 这些特点使 它 在军事、各种工业民用电控设备中广泛应用。 固态继电器的控制信号所要 的功率 很 低， 所以 可以用弱信号控制强电流。 交流型的 SSR 采用过零触发 技术，使 得 SSR可以安全 的 用在计算机输出接口， 而 不会像 EMR 那样产生一系列对计算机的干扰， 更不会出现 严重当机。 所以 会有 DCAC、 ACAC、 ACDC 等 型式，它们分别在 直流 或 交 流电源上做负载的开关，不 可以 混用 . 这里使用 交流固态继电器 (AC—SSR)，单片机高电平驱 动三极管 9014 的基极 ，固态继江苏建筑职业技术学院毕业技术报告 14 电器的一端接在三极管的发射极。 电路连接图如 316 所示 ： 图 316 串口硬件连接 图 4 系统的软件设计 设计软件时需遵循以下原则： ① 容易理解、容易维护。 ② 实时。 当系统发生变化，需要及时的反馈信号，做出应答。 ③ 准确。 当我们控制系统时，需要精确的测量数据，以达到对温度优越的控制。 主程序的设计 STC89C52 单片机上电复位后，即进入欢迎界面显示程序，显示“ dian zu lu wen kong zhi xi tong” ,按切换键可以进行温控 温控 1 时间、温控 温控 2 时间及报警温度的设置，按运行键启动温控。 主程序的作用是完成温度的检测，并把检测结果通过 LCD1602显示出来。 主程序首先要做初始化，包括 DS18B20 测量开始命令的初始化， LCD1602 显示初始化，串口通信初始化等等。 江苏建筑职业技术学院毕业技术报告 15 液晶显示模块 液晶显示模块主要完成人机交互界面的显示及系统相关的操作指示。 具 体能显示预设温度值、预设温控时间、当前的温度值。 液晶工作流程如 图 42： 图 42 液晶显示流程图 温度模块软件设计 DS18B20测温数据的读取程序设计 对炉内温度的检测通过数字温度传感器 DS18B20 实现的，在温度模 块硬件电路的设计中已经对的硬件电路做了设计，现在设计 DS18B20 的软件部分。 液晶驱动函数 写命令函数 写数据函数 液晶管脚定义 温度读取显示子函数 江苏建筑职业技术学院毕业技术报告 16 ① .DS18B20 的内部数据部件 1)光刻 ROM中的 64位序列号是出厂前被光刻好的 , 它可以看作是 DS18B20的地址序列码。 64 位光刻的 ROM 排列是 :开始 8 位 (24H)是产品类型标号 , 接着的 48 位是该 DS18B20自身的序列号 , 最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码 (CRC=X8+X5+X4+1)。 光刻 ROM 的作用是使每一个 DS18B20都各不相同 , 这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20的目的。 2)DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量 , 以 12 位转化为例用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供 , 以 ℃ /LSB的形式表达 , 其中 S为符号。 如 表 41所示： 表 41 DS18B20温度值格式表S S S S S 2625 24232221202 1 2 22 32 4B i t 7 B i t 6 B i t 5 B i t 4 B i t 3 B i t 2 B i t 1 B i t 0B i t 1 5 B i t 8B i t 1 4 B i t 9B i t 1 1B i t 1 3 B i t 1 0B i t 1 2L S B y t eM S B y t e 这是 12 位转化后得到的 12 位数据 , 存储在的两个 8 比特的 RAM。