長春工程學院電氣工程系課程設計（論文）指導書設計題目：室內溫度檢測及模糊控制系統專業班級：自動化專業0841、0842班學生姓名：指導教師：張允一、課程設計目的課程設計的目的是：培養學生綜合運用模糊控制技術所學的基本理論、基本知識，分析與解決實際問題的能力。通過課程設計，使學生基本具備以下五個方面的能力:1、 檢索中外文獻的能力；2、 獨立思考，對方案進行論證、分析與比較的能力；3、 初步掌握模糊控制系統的設計原則、設計方法、設計的主要內容及相關程序的編寫的能力；4、 使用計算機的能力、計算與繪圖的能力；5、 撰寫設計說明書，表述研究結果及答辯的能力。二、 設計的主要內容1、 室內溫度檢測及控制系統總體方案的設計，畫出整個系統的原理框圖。2、 系統硬件電路的設計，包括單片機和溫度傳感器的選擇，驅動電路的設計，鍵盤與顯示電路的設計，報警電路的設計，A/D轉換電路的設計等。3、 模糊控制推理過程闡述。4、 利用GUI建立FIS,得到輸出曲面。三、 設計的步驟1、 確定控制系統的總體方案，畫出整個系統的原理框圖；2、 CPU型號的選擇；3、 單片機和溫度傳感器的選擇；4、 驅動電路的設計；5、 鍵盤與顯示電路的設計；6、 聲光報警電路的設計；7、 A/D轉換電路的設計；8、 單片機與存儲器接口電路的設計等；9、 闡述模糊控制推理過程，利用GUI建立FIS，得到輸出曲面；10、 繪制有關圖紙，編制設計說明書；11、 答辯；四、設計的基本要求1、 針對設計題目，綜合所學知識進行調研、文獻查詢等，獨立完成設計工作;2、 撰寫設計論文一份，字數不少于五千.設計說明書要條理清晰、內容充實，采用計算機打印，內容包括以下幾部分：摘要；目錄；各章節內容；結論；參考文獻。3、圖紙采用 計算機繪圖，要求圖形、符合國家標準；序號起止日期設計階段內容名稱號、線條等符4、完成與設1第1周查閱資料計內容有關的外文翻譯2第2周模糊控制系統總體結構的確定一份，字數不少于五千；3第3、4、5周硬件電路的設計五、進度計劃4第6、7周軟件部分的設計安排5第8、9周Matlab仿真室內溫度檢測6第10周準備答辯六、主要參考1六、主要參考1、 《單片機模余永權2、 《單片機應用系統的功率接口技術》3、 《MCS-51系列單片機實用接口技術》4、 《智能控制技術》5、 《MATLAB程序設計與應用》糊邏輯控制》余永權李華易繼錯肖偉目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1課程設計的目的和意義 5\o"CurrentDocument"1。1課題簡介 5\o"CurrentDocument"1.2設計任務 5\o"CurrentDocument"1。 3課程設計的目的 5\o"CurrentDocument"2系統方案設計 5\o"CurrentDocument"2.1系統功能 6\o"CurrentDocument"2。 2系統組成 7\o"CurrentDocument"2.3設計方案的選擇 7\o"CurrentDocument"3系統硬件設計 8\o"CurrentDocument"3.1AT89S51最小系統設計 8\o"CurrentDocument"3.1。 1時鐘電路硬件設計 8\o"CurrentDocument"3.1.2電路硬件設計 9\o"CurrentDocument"3.2鍵盤/顯示電路硬件設計 103。 2。1鍵盤電路硬件設計 103.2。 2顯示電路硬件設計 123.3報警電路設計 13\o"CurrentDocument"3.3.1報警電路圖 133。 3.2報警電路原理 錯誤!未定義書簽。\o"CurrentDocument"4系統主程序設計 14\o"CurrentDocument"4。 1系統主程序流程圖 144.2鍵盤掃描子程序設計 錯誤!未定義書簽。4。3顯示子程序設計 錯誤!未定義書簽。4。4密碼比較子程序設計 錯誤!未定義書簽。4。5其他主要子程序設計 錯誤!未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"5系統調試 15\o"CurrentDocument"5.1硬件調試 15\o"CurrentDocument"5.2軟件調試步驟 16\o"CurrentDocument"6總結 17參考文獻 18附錄 19\o"CurrentDocument"附錄一 19附錄二 25附錄三 261課程設計的目的和意義1.1課題簡介本學期我們學習了單片機原理與應用，智能控制這兩學科，在理論課結束之際我們對智能控制進行了課程設計，以便于我們更進一步深刻地理解和掌握單片機原理與智能控制。此次我們選擇的課題是蠶繭站烘烤爐溫度模糊控制系統及MATLAB仿真.電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機械開關的閉合，完成開鎖、閉鎖任務的電子產品。它的種類很多，有簡易的電路產品，也有基于芯片的性價比較高的產品。現在應用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實現的.其性能和安全性已大大超過了機械鎖。1。2設計任務（1） 控制系統的總體方案設計，畫出整個系統的原理框圖。（2） 系統硬件電路的設計：包括傳感器的選擇，控制電路的設計，鍵盤與顯示電路的設計，報警電路的設計，A/D轉換電路的設計，看門狗設計及存儲器、定時器等接口電路的設計等.（3） 模糊控制推理過程闡述。（4） 利用GUI建立FIS，得到輸出曲面.1。3課程設計的目的課程設計的目的是：培養學生綜合運用模糊控制技術所學的基本理論、基本知識，分析與解決實際問題的能力。通過課程設計，使學生基本具備以下五個方面的能力：1、檢索中外文獻的能力;2、 獨立思考，對方案進行論證、分析與比較的能力；3、 初步掌握模糊控制系統的設計原則、設計方法、設計的主要內容及相關程序的編寫的能力;4、 使用計算機的能力、計算與繪圖的能力；5、 撰寫設計說明書，表述研究結果及答辯的能力。1。4課程設計的步驟1、 確定控制系統的總體方案，畫出整個系統的原理框圖；2、 CPU型號的選擇；3、 傳感器的選擇；4、 控制電路的設計；5、 鍵盤與顯示電路的設計；6、 報警電路的設計；7、 A/D轉換電路的設計；8、 看門狗設計及存儲器、定時器等接口電路的設計等；9、 闡述模糊控制推理過程，利用GUI建立FIS，得到輸出曲面；10、 繪制有關圖紙，編制設計說明書；11、 答辯；2系統方案設計2.1系統功能本次設計使用ATMEL公司的AT89S51基于單片機的電子密碼鎖的設計，其主要具有如下功能：（1）設置4位密碼，密碼通過鍵盤輸入，若密碼正確，則將鎖打開。（2） 默認密碼為8888,密碼可以由用戶自己修改設定（支持4位的任意數字密碼）位密碼，也可以不設密碼，輸入密碼正確后才能修改密碼.（3） 狀態指示、報警、鎖定鍵盤功能。密碼輸入正確時蜂鳴器不會響、密碼輸入錯誤數碼顯示器會顯示最后輸入的數字，若密碼輸入錯誤次數超過3次，蜂鳴器報警，并且相應的有指示燈指明狀態。電子密碼鎖的設計主要由三部分組成：3X4矩陣鍵盤接口電路、密碼鎖的控制電路、輸出八段顯示電路。另外系統還有LED提示燈，報警蜂鳴器等.2。2系統組成本系統由單片機STC89c52系統、獨立按鍵、數碼管顯示和報警系統組成。系統組成原理框圖如下所示。2.3設計方案的選擇方案一：采用數字電路控制用以74LS112雙JK觸發器構成的數字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設了9個用戶輸入鍵，其中只有4個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時間超過10秒（一般情況下，用戶不會超過10秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警20秒，若電路連續報警三室內溫度檢測次，電路將鎖定鍵盤2分鐘，防止他人的非法操作［12］。采用數字電路設計的方案好處就是設計簡單但控制的準確性和靈活性差。故不采用方案二：采用以單片機為核心的控制方案由于單片機種類繁多，各種型號都有其一定的應用環境，因此在選用時要多加比較，合理選擇，以期獲得最佳的性價比。一般來說在選取單片機時從下面幾個方面考慮：性能、存儲器、運行速度、I/O口、定時/計數器、串行接口、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性，除了以上的一些的還有一些最基本的比如：中斷源的數量和優先級、工作溫度范圍、有沒有低電壓檢測功能、單片機內有無時鐘振蕩器、有無上電復位功能等。在開發過程中單片機還受到：開發工具、編程器、開發成本、開發人員的適應性、技術支持和服務等等因素。基于以上因素本設計選用單片機AT89S51作為本設計的核心元件，利用單片機靈活的編程設計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性，實現基本的密碼鎖功能。在單片機的外圍電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制，外接LCD1602顯示器用于顯示作用。當用戶需要開鎖時，先按鍵盤開鎖鍵之后按鍵盤的數字鍵0—9輸入密碼.密碼輸完后按下確認鍵，如果密碼輸入正確則開鎖，不正確顯示密碼錯誤重新輸入密碼，當三次密碼錯誤則發出報警；當用戶需要修改密碼時，先按下鍵盤設置鍵后輸入原來的密碼，只有當輸入的原密碼正確后才能設置新密碼。新密碼輸入無誤后按確認鍵使新密碼將得到存儲，密碼修改成功.可以看出方案二控制靈活準確性好且保密性強還具有擴展功能，根據現實生活的需要此次設計采用此方案。3系統硬件設計3.1STC89c52最小系統設計單片機的最小系統包括CPU、復位電路和時鐘電路。在本次設計中采用的是STC89c52,STC系列單片機分別帶有8位和10位A/D端口。根據設計要求，輸出電流的變化為200mA—2000mA,步進10mA，精度是(2000—200)/10=180,8位AD精度是2八8—1=255,完全能滿足要求.但如果采用10位A/D,精度為2、0—1=1023，更高的精度有利于系統的精準。3。1.1時鐘電路硬件設計STC89c52單片機各功能部件的運行都以時鐘控制信號為基準，因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統的穩定性.常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內部時鐘方式，另一種方式是外部時鐘方式.內部時鐘方式：STC89c52內部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，它的輸入端為芯片引腳XLAT1，輸出端為XLAT2。這兩個引腳跨接石英晶體和微調電容，構成一個穩定的自激振蕩器。外部時鐘方式：外部時鐘方式使用現成的外部振蕩器產生脈沖信號，常用于多片STC89c52單片機同時工作，以便于多片STC89c52單片機之間的同步，一般為低于12MHz的方波。外部時鐘源直接接到XLAT1端，XLAT2端懸空。通過比較不難發現，本次設計中應該采用的是內部時鐘方式。本設計晶振電路如圖3-1所示.在本次設計中采用12M的晶振。晶振的作用是給單片機正常工作提供穩定的時鐘信號。單片機的晶振并不是只能用12M,只要不超過20M就行，在準許的范圍內，晶振越大，單片機運行越快，還有用12M的就是好算時間，因為一個機器周期為1/12時鐘周期，所以這樣用12M的話，一個時鐘周期為12us，那么定時器計一次數就是1us了，電容范圍在20—40pF之間，這里連接的是33pF的電容。機器周期二10大晶振周期=12大系統時鐘周期33pFJ_l_U■'Ip' g?C2HI~~33pF3-1時鐘電路3.1。2電路硬件設計復位是單片機的初始化操作，只需給STC89c52的復位引腳RST加上大于2個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可使STC89c52復位.STC89c52的復位是由外部的復位電路實現室內溫度檢測的.STC89c52的復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。上電自動復位是通過外部復位電路給電容C充電加至RST引腳一個斷的高電平信號，此信號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即RST引腳上的高電平持續時間取決于電容的充電時間.因此為了保證系統可靠的復位，RST引腳上的高電平必須維持足夠長的時間。除了上電復位之外，還可以進行按鍵手動復位，這種復位是通過RST端經電阻與電源Vcc接通來實現，在本次設計中采用的是上電按鈕手動復位電路。本次設計中復位電路如圖3-2所示：首先經過上電復位，當按下按鍵時，RST直接與VCC相連,為高電平形成復位，同時電解電容被電路放電；按鍵松開時，VCC對電容充電，充電電流在電阻上,RST依然為高電平，仍然是復位，充電完成后，電容相當于開路，RST為低電平，單片機芯片正常工作。其中電阻R23決定了電容充電的時間，R23越大則充電時間長，復位信號從VCC回落到0V的時間也長.3—2復位電路3.2鍵盤/顯示電路硬件設計3.2。1鍵盤電路硬件設計由于本設計所用到的按鍵數量較少而不適合用矩陣式按鍵鍵盤.采用的是獨立式按鍵鍵盤，它由行線和列線組成，也稱行列式鍵盤，按鍵位于行列的交叉點上，密碼鎖的密碼由鍵盤輸入完成，與獨立式按鍵鍵盤相比，要節省很多I/O口.本設計中使用的這個3*4鍵盤不但能完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使用，比如重置密碼功能等。鍵盤的每個按鍵功能在程序設計中設置。其大體功能（看鍵盤按鍵上的標記）及與單片機引腳接法如下所示:鍵盤輸入原理圖當沒有按鍵按下的時候，單片機循環等待按鍵按下，一旦有按鍵按下，便轉向相應的子程序處理，處理結束再返回。每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結構只需要N條行線和M條列線，即可組成具有NXM個按鍵的鍵盤.在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機系統中，鍵盤處理程序首先執行等待按鍵并確認有無按鍵按下的程序段。當確認有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個按鍵按下。對按鍵的識別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉法。首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有則單片機I/O口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態來判

斷。把每個鍵都分成水平和垂直的兩端接入，比如說掃描碼是從垂直的入，那就代表那一行所

接收到的掃描碼是同一個bit,而讀入掃描碼的則是水平，掃描的動作是先輸入掃描碼，再去讀

取輸入的值經比對之后就可知道是哪個鍵被按下。比如說掃描碼送入00001111,前面的0000是代表列，而后面的1111代表行，是讓讀取的4行接腳先設高，若此時第一行的第一列按鍵被按下，那讀取的結果就會變成00001110（注意1111變成1110），其中LSB的第一個bit會由1變成0,這是因為這個按鍵被按下之后，會被垂直的掃描碼電位短路接通，而把讀取的LSB的bit電位拉到0,如此我們就知道是第一行有按鍵按下，然后再送入掃描碼11110000,同理可以得出是第一列有按鍵按下，2次半段后就可以知道結果是按鍵“1”被按下。此即為掃描原3.2。2顯示電路硬件設計—XTAL3——XTAL3—RSTPO.QiADOPQ.1心PCi.2iAD2PQ.3UAD3PC.4IAD4PQ5JAD5時.衲裁po.r.mjP2I1'.^：P2.VASR2.2'A10F2.^A11F2.4'A12n.5^A13P2I1'.^：P2.VASR2.2'A10F2.^A11F2.4'A12n.5^A13F^.&*A『P1.0P30JRXDPT1P1.3網河⑴P13PSWITFUP34JTDP1.5P1.6P36.WP17F3T麗—ALE—EA叫TJA：:OZ51LED動態顯示電路LED就是lightemittingdiode，發光二極管的英文縮寫，簡稱LED。它是一種通過控制半導體發光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕.顯示器顯示接口按驅動方式可分為靜態顯示和動態顯示，靜態顯示時，除變更顯示數據期間外，各顯示器均處于通電狀態，每個顯示器的通電占空比為100%，靜態顯示的優點是顯示穩定，亮度高，缺點是占用硬件電路多；動態顯示的優點是節省硬件電路，缺點是占用軟件掃描時占用CPU時間多。對于多位LED顯示器，通常都是采用動態掃描的方法進行顯示，即逐個地循環點亮各位顯示器，這樣雖然在任一時刻只有一顯示器被點亮，但是由于人眼具有視覺殘留效應，看起來與全部顯示器持續點亮效果完全一樣。為了實現LED顯示器的動態掃描，除了要給顯示器的輸入之外，還有對顯示器選擇位的控制，這就是通常所說的段控和位控。因此，多位LED顯示器接口電路需要有兩個輸出口，其中一個用于8條段控線，另一個用于輸出位控線，位控線的數目等于顯示器的位數。為了方便編寫程序，通常在內部RAM中設置顯示緩沖區，存放顯示的數字或字符，顯示緩沖區單元個數與LED顯示器位數相同。3.3報警電路設計3。3.1報警電路圖報警電路4系統主程序設計4。1系統主程序流程圖主程序流程圖開鎖程序V' >輸入密碼開鎖成功卜上:二二密碼是否錯誤--4/ a—L----- N廣 、返回開機顯示 ?錯誤是否超過3次——-返回開機顯示「、「Y,

報警返回開機顯示開鎖程序流程圖-改密程序＞ X /輸入初始密碼?N密碼是否正確*—Y輸入新密碼1I「按鍵B*改密成功返回開機顯示改密程序流程圖5系統調試5。1硬件調試常見故障：1、 邏輯錯誤：它是由設計錯誤或加工過程中的工藝性錯誤所造成的。這類錯誤包括錯線、開路、短路等。2、 元器件失效：有兩方面的原因：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是組裝錯誤造成元件失效，如電解電容、集成電路安裝方向錯誤等。3、 可靠性差：因其可靠性差的原因很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統時好時壞，經不起振動；走線和布局不合理也會引起系統可靠性差。4、 電源故障：若樣機由電源故障，則加電后很容易造成器件損壞.電源故障包括電壓值不符合設計要求，電源引線和插座不對，功率不足，負載能力差等.調試方法：包括多級調試和聯機調試。在調試過程中要針對可能出現的故障認真分析，直至檢查出原因并排除。本次硬件調試過程中，對所出現的問題進行了認真的分析和改正，最后能夠很好的達到設計要求的效果。5。2軟件調試步驟可以用偉福仿真系統，進行單步和斷點調試。軟件調試一般分為四個階段：1、 編寫程序并查錯；2、 在C語言的編譯系統中編譯源程序3、 對程序進行編譯連接，并及時發現程序中存在的錯誤；4、 改正錯誤.在軟件調試過程中，對出現的錯誤進行了認真的分析和修改，多次調試成功后，能夠很好的達到既定的設計效果.6總結這次單片機課程設計不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上沒有學到過的知識，掌握了一種系統的研究方法，可以進行一些簡單的編程。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，例如對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，學習了單片機C語言。經過三周的努力，順利的完成了單片機課設。這是一個磨練意志的過程.從課題的選擇開始，計算器的設計、硬件和軟件系統的設計、到最后的Proteus軟件仿真完成，這其中經歷了很多困難，但是更重要的是在這個過程中我得到了很大的鍛煉.一方面通過C51單片機等一些器件的設計讓我學習和掌握了單片機技術的基礎知識和技術要點，也使以前學的很多知識都得到了運用；另一方面在用Proteus軟件畫電路圖時，然后再轉換成一維的WORD中進行編輯，這個過程中讓我掌握了計算機輔助的設計技術.當然，這是一個需要不斷的嘗試，不斷的校核，不斷的修改，最后完成一個合理的設計的過程.需要的是細心和耐心。在很大程度上培養了我拼搏的工作精神。使我受益匪淺，更加明確了自己專業的方向。通過本次課設，我不僅學到了關于單片機技術方面的許多專業知識，同時也讓我感覺到團隊合作的重要性.其實如何有效和快速的找到資料也是課設給我的啟發，利用好圖書館和網絡，是資源的到最好的利用.與他人交流思想是取得成功的關鍵，在交流中，不僅強化了自己原有的知識體系，也擴展了自己的思維。課設是一個通過思考、發問、自己解惑并動手、提高的過程。我會在以后的學習中不斷學習，積累經驗，完善自己.這里我要感謝實驗室的指導老師，沒有老師的細致講解和耐心的檢查，也就沒有我的電子密碼鎖。常感謝！參考文獻［1］ 周文龍.基于單片機控制的電子密碼鎖。大眾商務2009年第3期［2］ 金長茂。數字電子密碼鎖.科技廣場2011年第03期［3］ 鄒逢興。計算機硬件技術基礎試驗教程［M］。 高等教育出版社，2000［4］ 周佩玲.16位微型計算機原理接口及其應用［M］.中國科學技術大學出版社，2000［5］ 吳秀清.微型計算機原理與接口技術［M］.中國科學技術出版社，2001［6］ 鄧亞平.微型計算機接口技術［M］.清華大學出版社，2001［7］ 王迎旭。單片機原理及及應用［M］。 機械工業出版社，2001［8］ 周航慈。單片機應用程序設計技術［M］.北京航空航天大學出版社，2002［9］ 謝宜仁.單片機實用技術問答［M］。人民郵電出版社，2002附錄附錄一燒入芯片程序清單#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintunsignedchars[13]={0xc0,0xf9,0xa4,OxbO,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x80,Gxff}；uintpassword[4];uintorgpassword[4]={8,8,8,8};uintpwrong=0;sbitrelay=P2"3；sbitspeaker=P3"0；sbitLED0二P3\；sbitLED1=P3"2;sbitLED2=P3"3;sbitLED3=P3"4；uintsetted=1;uintkey=12；uintdx1=12；uintdx2=12；uintdx3=12；uintdx4=12；voiddelay(unsignedintc){unsignedinti；while(c ){for(i=0；i〈110；i++)；}}voidrelayon(){relay=1；delay(2000)；relay=0；}voidsound(){speaker=0;delay(500);speaker=1;}uintpcompare(){uinti;uintj=0;for(i=0;i<4；i++){if(password[i]!=orgpassword[i]){j++；}}returnj;}voidkey_A(){password[0]=dx1;password[1]=dx2;password[2]=dx3;password[3]=dx4;dx1=12；dx2=12；dx3=12;dx4=12；if(pcompare()=0){relayon();setted=0；}elseif(pwrong<2){sound()；pwrong++；}else{speaker=0；delay(3000)；speaker=1；}}voidkey_B(){orgpassword[0]=dx1；orgpassword[1]=dx2；orgpassword[2]=dx3；orgpassword[3]=dx4;dx1=12；dx2=12；dx3=12；dx4=12；}voiddisplay(uinta，uintb,uintc,uintd,uinte){LED0=a;LED1=b；LED2=c;LED3=d；P0=s[e]；delay(2)；}voidled(){display(0,1,1,1,dx1)；display(1,0,1,1,dx2)；display(1,1,0,1,dx3);display(1,1,1,0,dx4)；}ucharkeyscan(void){ucharshuru；P2=0xf6;shuru=P2;shuru二shuru&0xf0;if(shuru!=0xf0){delay(5);shuru二P2；shuru二shuru&0xf0;if(shuru!=0xf0){shuru=P2;switch(shuru){case0xe6:key=0;break；case0xd6:key=1；break；case0xb6:k