成 绩：
重庆邮电大学
自动化学院综合实验报告
题 目：51系列单片机闭环温度控制实验
学生姓名：霍栋博 班 级：0811103 学 号：2011212876 同组人员：黄酉 指导教师：雷璐宁 完成时间：2014年12月
一、实验要求及分工情况 51系列单片机闭环温度控制实验
——基于Protuse仿真实验平台实现
要求：
1. 设计硬件电路：
温度检测：采用热电偶或热电阻
温度给定：采用电位器进行模拟电压给定，0——5V AD转采用12位转换
显示采用8位LED，或者LCD1602显示 键盘4X4，PID等参数通过键盘设置。 2. 软件
控制算法：数字PID，参数在线修改。 显示窗口：显示温度的设置值SV、温度的实际值PV。 实际温度值，温度峰值、峰值时间等通过串口上传到上位机(选做) 3. 组员情况： 姓名 霍栋博 黄酉 具体分工：
班级 0811103 0891102 学号 2011212876 2011213064 分工系数 0.5 0.5 黄酉负责系统设计思想导向与编程；
霍栋博负责辅助编程与编写报告与Proteus仿真。
二、实验内容(实验原理介绍) 1、 电路的总体工作原理
温度控制系统采用AT89S51八位机作为微处理单元进行控制。采用4X4键盘把设定温度的最高值和最低值存入单片机的数据存储器，还可以通过键盘完成温度检测功能的转换。温度传感器把采集的信号与单片机里的数据相比较来控制温度控制器。
键盘设定 显示电路 报警电路 温度传感器 AT89S51 温度控制 根据系统的设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89S51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选用数字温度传感器DS18B20，省却了采样／保持电路、运放、数／模转换电路以及进行长距离传输时的串／并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。
该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89S51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器为点阵字符LCD，1602液晶模块。检测范围5摄氏度到60摄氏度。本系统除了显示温度以外还可以设置一个温度值，对所测温度进行监控，当温度高于或低于设定温度时，开始报警并启动相应程序（温度高于设定温度时，风扇开；当温度低于设定温度时，加热器开）。
2、PID算法的数字实现
本次试验通过8031通过OVEN 是模拟加热的装置，加一定的电压便开始不停的升温，直到电压要消失则开始降温。仿真时，U形加热器为红色时表示正在
加热，发红时将直流电压放过来接，就会制冷，变绿。T端输出的是电压，温度越高，电压就越高。
8031对温度的控制是通过可控硅调控实现的。可控硅通过时间可以通过可控硅控制板上控制脉冲控制。该触发脉冲想8031用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲后经光偶管和驱动器输送到可控硅的控制级上。偏差控制原理是要求对所需温度求出偏差值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热装置的温度。
PID控制方程式：
式中e是指测量值与给定值之间的偏差 TD 微分时间 T 积分时间
KP 调节器的放大系数
将上式离散化得到数字PID位置式算法，式中在位置算法的基础之上得到数字PID
增量式算法：
3、系统的硬件设计
3.1 单片机最小系统的设计
目前的单片机开发系统只能够仿真单片机，却没有给用户提供一个通用的最小系统。由设计的要求，只要做很小集成度的最小系统应用在一些小的控制单元。
其应用特点是:
（1）全部I/O口线均可供用户使用。
（2）内部存储器容量有限（只有4KB地址空间）。 （3）应用系统开发具有特殊性
22PC1+540123456781312151431Y111.0592MC219189171620U2VCCP10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPXTAL1XTAL2RESETRDWRGNDRXTTXDALE/PROGPSEN10113029P00P01P02P03P04P05P06P07P27P26P25P24P23P22P21P2039383736353433322827262524232221
22PVCC(+5V)C3106AT89S51R18.2K图 3.1 最小系统图
单片机最小系统如图3.1所示，其中有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3，都可以用于数据的输出和输入，P3口具有第二功能为系统提供一些控制信号。 3.2键盘电路的设计
用AT89C51的并行口P1接4×4矩阵键盘，以P1.0－P1.3作输入线，以P1.4－P1.7作输出线；液晶显示器上显示每个按键的“0－F”序号。对应的按键的序号排列如图3.5
图3.4中微处理单元是AT89C51单片机，X1和X2接12M的两脚晶振,接