基于单片机的电烤箱温度控制系统-(1)

湖南科技大学毕业设计（论文）I基于单片机的电烤箱的温度控制系统摘要随着社会的不断发展，人们改造自然的能力也在不断的提高。机器的诞生，为我们减少了部分或者全部的脑力劳动和体力劳动。电子技术的诞生更是带来了翻天覆地的变化。机电控制系统成为机械技术与微电子技术集成的共性关键技术。人们通过它可以使机械完全按照自己的意愿来执行。随着机电控制技术的发展，主要体现出了单片机和PLC两种控制方式。本设计采用单片机控制。单片机在日常生活中的运用越来越广泛。温度控制在工业生产中经常遇到。从石油化工到电力生产，从冶金到建材，从食品到机械都要对温度进行控制.甚至在有些产品生产过程中温度的控制直接影响到产品的质量。单片机温度控制无论是现在还是未来都会起到重要作用。本文介绍了以AT89C51单片机为核心的电烤箱温度控制系统。电烤箱的温度控制系统有两个部分组成：硬件部分和软件部分。其中硬件部分包括：单片机电路、传感器电路、放大器电路、转换器电路、以及键盘和显示电路。软件部分包括：主程序、运算控制程序、以及各功能实现模块的程序。文章最后对本设计进行了总结。对温度控制系统的发展提出了几点建议。关键词：单片机，温度，电烤箱，控制湖南科技大学毕业设计（论文）IIAT89C51SINGLE-CHIPBASEDONTHEOVEN'STEMPERATURECONTROLSYSTEMDESIGN目录前言..................................................错误!未定义书签。第1章概述...........................................................11.1技术指标........................................................11.2控制方案........................................................1第2章硬件部分设计..................................................22.1单片机电路设计...............................................22.2传感器电路设计...............................................82.3A/D转换电路设计.............................................112.4放大器电路设计..............................................142.5键盘及显示电路的设计......................................192.6抗干扰电路设计..............................................22第3章软件部分设计..................................................253.1工作流程.......................................................253.2功能模块.......................................................253.3资源分配.......................................................253.4功能软件设计.................................................25结论......................................................................37谢辞..................................................错误!未定义书签。参考文献..............................................错误!未定义书签。附录......................................................................38外文翻译资料.........................................错误!未定义书签。湖南科技大学毕业设计（论文）1第1章概述温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。根据温度变化快慢，并且控制精度不易掌握等特点，本文电烤箱的温度控制为模型，设计了以AT89C51单片机为检测控制中心的温度控制系统。温度控制采用PID数字控制算法，显示采用3位LED静态显示。该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强的通用性。1.1技术指标电烤箱的具体指标如下：(1)电烤箱由2kW电炉加热，最高温度为500℃。(2)电烤箱温度可预置，烤干过程恒温控制，温度控制误差≤±2℃。(3)预置时显示设定温度，烤干时显示实时温度，显示精确到1℃。(4)温度超出预置温度±5℃时发声报警。(5)对升降温过程的线性没有要求。1.2控制方案产品的工艺不同，控制温度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同。就温度控制系统的动态特性来讲，基本上都是具有纯滞后的一阶环节，当系统精度及温控的线性性能要求较高时，多采用PID算法来实现温度控制。本系统是一个典型的闭环控制系统。从技术指标可以看出，系统对控制精度的要求不高，对升降温过程的线性也没有要求，因此，系统采用最简单的通断控制方式，即当烘干箱温度达到设定值时断开加热电炉，当温度降到低于某值时接通电炉开始加热，从而保持恒温控制。湖南科技大学毕业设计（论文）2第2章硬件部分设计系统的硬件部分包括单片机电路、A/D转换器电路、放大器电路、传感器电路、键盘及显示电路五部分。其各部分连接关系如图2-1所示。图2-1电烤箱温度控制系统结构2.1单片机电路设计随着社会的发展，单片机以其体积小、可靠性高、使用方便等特点在社会生活中达到广泛应用。根据温度控制的特点，本次设计采用AT89C51单片机。以下对其进行详细介绍。AT89C51单片机是美国Intel公司的8位高档单片机系列。也是目前应用最为广泛的一种单片机系列。其内部结构简化框图如下所示。AT89C51系列单片机主要有CPU、存储器（包括RAM和ROM）、I\O接口电路及时钟电路等部分组成。一中央处理器CPU中央处理器CPU是单片机的核心。是计算机的控制指挥中心。同一般微机的CPU类似。AT89C51单片机内部CPU包括控制器和运算器两部分。如图2-2AT89C51单片机内部结构简化框图1.运算器AT89C51运算器电路以算术逻辑单元ALU为核心。有累加器ACC、寄存器B、主机温度显示键盘声音报警A/D转换器变送器热电阻光耦驱动器可控硅调功器电炉人机对话部分温度检测部分温度控制部分湖南科技大学毕业设计（论文）3暂存器1、暂存器2、程序状态寄存器PSW和布尔处理机共同组成。它主要完成数据的算术运算、逻辑运算、位变量处理和数据传输等操作。运算结果的状态由程序寄存器PSW保存。①算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄存器B算术逻辑单元ALU不但能完成8位二进制的加、减、乘、除等算数运算。而且还能对8位变量进行逻辑“与”“或”“异或”循环位移等逻辑运算。累加器ACC(简称累加器A)为一个8位寄存器，它是CPU中使用最频繁的寄存器。专门存放操作数或运算结果。图2-2AT89C51单片机内部结构简化框图②．程序状态寄存器程序状态寄存器PSW是一个8位的状态寄存器。用于存放标志寄存器。用于存放指令执行后的状态，以供程序查询和判别。PSW各位的状态通常是在指令执行的过程中自动设置的。但可以由用户根据需要指令加以改变。状态寄存器共有进位标志位CY、辅助进位标志位（或称半进位）AC、用户自定义标志位F0、工作寄存器组选择位RS1、RS0、溢出标志位OV、奇偶标志位P.③.控制器控制部件是单片机的神经中枢。它包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器和定时器控制电路等。它先以主振频率为基准发出CPU的时序对指令进行译码，然后发出各种控制信号。完成一系列定时控制的微操作。用来协调单片机各部分正常工作。湖南科技大学毕业设计（论文）4二AT89C51单片机引脚功能AT89C51系列单片机的封装形式有两种：一种是双列直插方式封装；另一种是方形封装。AT89C51单片机40个引脚及总线结构图如下所示。其CMOS工艺制造的低地功耗芯片也有采用方形封装的。但为44个引脚，其中4个引脚是不使用的。由于89C51单片机是高性能的单片机。同时受到引脚数目的限制，所以有部分引脚具有第二功能。如图2-3单片机引脚图。1.主电源引脚主电源引脚两根：VCC接+5V电源正端；VSS接+5V电源地端。2.外接晶体引脚两根XTAL1:接外部石英体和微调电源的一端。XTAL2:接外部晶体和微调电容的另一端。其中，对用外部时钟时，对于HMOS单片机,XTAL1脚接地，XTAL2脚作为外部振荡信号的输入端。对CHMOS单片机XTAL1脚作为外部振荡信号的输入端，XTAL2脚空不接。图2-3单片机引脚图3.引脚功能I\O引脚共32根。①PO口：P0.0-P0.7统称为PO口是8位双向I/O口线。P0口即可作为地址/湖南科技大学毕业设计（论文）5数据总线使用，又可作为通用的I/O口线。在不接片外存储器与不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展I/O时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。②P1口：P1.0-P1.7统称为P1口。是8位准双向I/O口线。P1口作为通用的I/O口使用。③P2口：P2.0-P2.7统称为P2口。是8位准双向I/O口线。P2口即可作为通用的I/O口使用。也可作为片外存储器的高8位地址线。与P0口组成16位片外存储器单元地址。④P3口：P3.0-P3.7统称为P3口。是8位准双向I/O口线。P3口除作为准双向口使用外。每个引脚还具有第二功能。P3口的每一个引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能，P3口的第二功能如下表所示：P3口的第二功能P3.0RXD串行口输入P3.1TXD串行口输出P3.20IM外部中断0输入P3.31IM外部中断1输入P3.4T0定时/计数器0计数输入P3.5T1定时/计数器1输入P3.6WR片外RAM写选通信号（输出）P3.7RD片外RAM读选通信号（输出）4．控制线控制线共四根。①ALE/PROG地址锁存有效信号输出率。②PSEN片外程序存储器读选通信号输出端低电平有效。③RST/VPD复位信号备用电源输入信号。④EA/VPP片外程序存储器选用端。三AT89C51单片机的存储器结构AT89C51单片机的存储器物理结构上分为片内数据存储器、片内程序存储器、片外数据存储器和片外程序存储器4个存储空间。湖南科技大学毕业设计（论文）6四AT89C51单片机的并行I/O端口AT89C51单片机有4个8位并行I/O端口（P0、P1、P2、P3）每个端口都各有8条I/O口线，每条I/O口线都独立地用作输入输出，在具有片外扩展存储器的系统中，P2口送出高8位地址，P0口分时送出低8位地址和8位数据。各端口的功能不同，结构上也有差异，但是每个端口的8位结构是完全相同的。如图2-4I/O口位结构图所示。1.P0口。P0口是一个三态双向口，可作为地址/数据分时复用口，也可作为通用I/O接口。2.P1口。P1口为准双向口，它在结构上与P0口的区别在与输出驱动部分。其输出驱动部分由场效应管V1与内部上拉电阻组成，当某某位输出高电平时，可以提供上拉电流负载，不必像P0口上那样需要外接上拉电阻。3.P2口。P