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30电气自动化数字式多路温度采集系统-外围接口电路大学毕业论文.doc
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2023-07-11
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"数字式多路温度采集系统基于单片机的设计和实现" 本文主要介绍了基于单片机的数字式多路温度采集系统的设计和实现。该系统采用单片机作为核心组件,通过温度传感器采集温度信号,将信号转化为电压信号后经放大电路放大、A/D转换后送到单片机中,并将其与设定温度值比较,控温至设定值,从而构成了一个可以显示多路温度的系统。 在设计该系统时,需要考虑多个方面的因素,如系统的总体设计方案、系统的组成及工作原理、主控芯片的选择、输入电路的设计、键盘电路的设计等。其中,主控芯片的选择是整个系统的核心,AT89C51单片机是本系统的主控芯片,该芯片具有体积小、成本低、功能强、简便易行等优点。 在系统的设计过程中,需要对每个模块进行详细的设计和测试,如输入电路的设计、键盘电路的设计等。输入电路的设计需要考虑信号的放大和滤波,键盘电路的设计需要考虑键盘的扫描和编码等问题。 在系统的实现过程中,需要对整个系统进行集成和测试,确保系统的各个模块能够正常工作,并且能够达到预期的性能指标。最后,对系统进行实验仿真,通过对仿真的分析表明本文所述的基于单片机的多路温度采集系统的设计的合理性和有效性。 本文的基于单片机的数字式多路温度采集系统设计和实现具有一定的实际应用价值和理论意义,对于工业控制和自动化领域具有重要的参考价值。 知识点: 1. 数字式多路温度采集系统的设计和实现 2. 基于单片机的温度控制系统设计 3. 温度传感器的选择和应用 4. 输入电路的设计和实现 5. 键盘电路的设计和实现 6. AT89C51单片机的特点和应用 7. 系统的总体设计方案和实现 8. 数字式多路温度采集系统的应用前景和意义
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摘要
随着控制理论和电子技术的发展,工业控制器的适应能力增强和高度智能
化正逐步成为现实。其中以单片机为核心实现的数字控制器因其体积小、成本低、
功能强、简便易行而得到广泛应用。
本文详细阐述了以单片机为核心的温度控制系统。它是利用温度传感器采集
温度信号,将信号转化为电压信号后经放大电路放大、A/D转换后送到单片机中,
并将其与设定温度值比较,控温至设定值,从而构成了一个可以显示多路温度的
系统。最后针对温度显示系统进行了实验仿真,通过对仿真的分析表明本文所述
的基于单片机的多路温度采集系统的设计的合理性和有效性。
关键词:单片机 多路数据采集 温度显示
Abstract
With the improvement of control theory and electric technology, the intelligent
control for industry has been accomplishing. The digital controller based on
Microcontroller has been applied widely, as its cabinet cubage, low-cost, abundant
function, simple and convenient.
In this paper, it detailed temperature control system with the core single-chip
microcomputer. It is a collection of temperature using temperature sensor signal, the
signal into a voltage signal amplification by the amplifier circuit, A / D conversion to
the single chip and compared with the set temperature。 Finally, temperature control
system for the experimental simulation, the analysis of simulation described in this
article shows that the design of temperature control system based on Microcontroller
is availability and rationality.
Key words: Microcontroller Temperature control system Data Acquisition
目 录
绪论∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1
1 系统的总体设计方案∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2
1.1 设计要求∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2
1.2 系统的组成及工作原理∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2
2 系统的各个模块简介∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4
2.1 主控芯片 AT89C51 单片机∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4
2.2 输入电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙6
2.3 键盘电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙6
2.4 显示模块∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙6
2.5 报警电路设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙6
2.6 UP 监控电路 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙6
3 输入电路、键盘电路、显示电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8
3.1 输入电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8
3.2 键盘电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙11
3.3 显示电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙14
4 电路的仿真与调试∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙17
4.1 PROTUES 电路原理图∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙17
4.2 PROTEUS 仿真∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙17
设计总结∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙21
谢 辞∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙22
参考资料∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙23
外文翻译∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙24
翻译原文∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙24
译文∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙32
1
绪论
温度是工业对象中主要的被控参数之一,在冶金、机械、食品、化工各类企
业中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等,对产品的加工、处理,温度
都要求严格控制,因为温度的控制直接影响到产品的产量、质量。 随着社会科
技的不断发展,人们对控制系统功要求也在不断提高,与之相对应的系统规模和
复杂程度也在扩大和提高,尤其是当今许多企业对温度的采集单点温度采集已经
不现实,很多企业对设备环境,生产流程的安全要求,需要从全方位去检测温度
的变化,来实现现场监控。采用单片机来对温度进行控制不仅具有控制方便、简
单和灵活性等特点,而且可以大幅度地提高被控温度的技术指标,从而大大提高
产品的质量和数量。单片机在一块芯片上集成了一台微型计算机所需的 CPU、数
据存储器 RAM、程序存储器 ROM、定时器/计数器、输入输出部件和时钟电路等。
单片机具有如下特点和趋势:单片机的低功耗 CMOS 化、单片机的微型化、单片
机的抗干扰性和稳定性好,因而由它构成的应用系统具有体积小、集成度高、功
能强、成本低、使用灵活、性能好、易于产品化、系统的分布性高等特点。所以
单片机具有强大的控制能力,他在工业控制、家用电器、军事装置等方面得到广
泛的应用。因此,单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。
论文分析了单片机数字式多路采集系统的工作原理,完成了以 AT89C51 单片
机为控制核心,外配置数据采集电路、键盘与显示电路、声光报警电路,实现了
数据采集、处理、显示,声光报警等功能。
2
1 系统的总体设计方案
1.1 设计要求
利用单片机,设计并完成一个温度监控系统,实现读取温度并控温至设定值。
基本要求:
a. 自动控温至设定值
b. 空闲时温度显示
c. 温度超限声光报警
d. 键盘设定温度的上下限
e. 系统具有一定得抗干扰性
f. 能够实现多路测温
1.2 系统的组成及工作原理
该温度控制系统的工作原理为:用多个热偶电阻对温度进行采集,采集的温度信
号经放大电路放大、A/D 转换后送到单片机中,单片机把采集到的温度送给显示
器,把它同由键盘实现的给定温度进行比较,再由报警电路对其进行监控。
系统的结构框图如下:
温度采集
键盘电路
监控电路
图1-2-1:系统的结构框图
本次设计的单片机采用的是 AT89C51 芯片;传感器采用的是热电偶传感器;
模数转换用的是 ADC0808 芯片,选通其四个通道 IN0、IN1、IN2、IN3;键盘电
路采用独立式键盘,单片机对键盘的控制方式采用中断控制方式;μP 监控电路
采用的 MAX813 芯片;报警电路主要采用的是声光报警;显示器采用的是 74LS47
单
片
机
温度显示
报警电路
3
驱动的 3 位数码管显示,其显示精度为 1 度。在本设计中主要介绍了输入电路,
键盘电路,显示模块。
2 系统的各个模块简介
2.1 主控芯片 AT89C51 单片机
在本次设计中我们选用的单片机是 8 位 AT89C51 单片机,它相对而言功能我
们比较熟悉且完全能满足我们的设计要求。
AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器,片内有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10000次,它与MCS-51系列单
片机在指令系统上完全兼容,不仅可完全替代MCS-51系列单片机,而且能使系统
具有许多MCS-51系列产品没有的功能。
AT89C51单片机的封装如图2-1-1所示:
图 2-1-1:AT89C51 管脚图
(在本设计中所用到的接口已加以说明)
VCC:供电电压。 GND:接地。
P0 口:P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口;在本设计中 P0 口用作接收
ADC0808 转换的数据,通过 TA89C51 的读写控制信号对 ADC0808 的转换开启及数
据的读取加以控制。ADC0808 采用向 CPU 申请中断(INT0)转换方式。
XTAL2
18
XTAL1
19
ALE
30
EA
31
PSEN
29
RST
9
P0.0/AD0
39
P0.1/AD1
38
P0.2/AD2
37
P0.3/AD3
36
P0.4/AD4
35
P0.5/AD5
34
P0.6/AD6
33
P0.7/AD7
32
P1.0
1
P1.1
2
P1.2
3
P1.3
4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
7
P1.7
8
P3.0/RXD
10
P3.1/TXD
11
P3.2/INT0
12
P3.3/INT1
13
P3.4/T0
14
P3.7/RD
17
P3.6/WR
16
P3.5/T1
15
P2.7/A15
28
P2.0/A8
21
P2.1/A9
22
P2.2/A10
23
P2.3/A11
24
P2.4/A12
25
P2.5/A13
26
P2.6/A14
27
U1
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