基于AT89S52单片机的温度控制系统设计

单片机原理与应用课程设计说书题目：基于AT89S52单片机的温度控制系统系部：信息与控制工程学院专业：自动化班级：5班学生姓名:学号:08032130327指导教师:2011年06月22日单片机/微机接口课程设计说明书目录1设计内容与要求................................................................................................................12设计方案...........................................................................................................................23硬件电路设计...................................................................................................................33.1温度显示功能.........................................................................................................33.2按键功能.................................................................................................................43.3报警功能.................................................................................................................43.4温度传感器.............................................................................................................43.5放大器.....................................................................................................................43.6ADC转换器.............................................................................................................53.7温度控制.................................................................................................................53.8其他可扩展电路.....................................................................................................64软件设计...........................................................................................................................74.1主程序流程图..........................................................................................................74.2中断服务程序.........................................................................................................84.3键盘管理模块.........................................................................................................94.4温度检测模块.......................................................................................................104.5温度控制模块.....................................................................................................114.6显示模块............................................................................................................124.7温度越限报警模块.............................................................................................125软硬件调试.....................................................................................................................145.1硬件调试...............................................................................................................145.2软件调试...............................................................................................................146总结.................................................................................................................................157附录.................................................................................................................................168参考文献.........................................................................................................................19单片机/微机接口课程设计说明书11设计内容与要求用AT89S52单片机制作一个电烤箱,而且要满足以下技术指标:(1)电烤箱由1kW电炉加热，最高温度为120℃。(2)电烤箱温度可设置，电烤过程恒温控制，温度控制误差≤±2℃。(3)实时显示温度和设置温度，显示精确到1℃。(4)温度超出预置温度±5℃时发超限报警，对升降温过程的线性不做要求。单片机/微机接口课程设计说明书22设计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算法或达林顿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，即当电烤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。根据系统要求，画出控制电烤箱的框图。如图2-1所示。该系统包括温度测量（温度传感器、放大器、ADC转换器）。温度控制（光电隔离、驱动电路、可控硅电路、电炉）、温度给定（按键）、温度显示和报警等几部分。图2-1电烤箱总框图AT89S52是ATMEL所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8k系统可编程Flash存储器，其芯片内部具有时钟振荡器及8个向量中断源，内部程序存储器为8KB，内部数据存储器为256字节。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单片机/微机接口课程设计说明书33硬件电路设计根据图3-1，可以设计出基于单片机控制电烤箱的硬件电路图，如图2-2所示，AT89S52的晶振频率为6MHz。其他各部分的选择如下所示。图3-1硬件电路图3.1温度显示功能温度显示电路，利用单片机串行口外接移位寄存器74LS164，采用3位LED数码8031RXDTXDP1.0P1.1P1.2P1.3RSTEAP1.6P1.7P0ALEP2.0P2.5PSENWRP2.7RDINT1XTAL1XTAL274LS373GD0D7A0A7~~OEA12A810111213D0D7CLK~STARTALEOEADC0809EOCABCIN0ag...LEDag...LEDag...LEDCPCrCPCrCPCr+5V012+5VDSADSB复位启动+100+10+16MHz20pF×289热电阻2764DCKQQ74LS741=≥1≥11＝………Q7~Q174LS164Q7~Q174LS164Q7~Q174LS164~变送器~＋12V蜂鸣器＋5V电炉＋12V~220VSCR500V8A＋单片机/微机接口课程设计说明书4显示器，停止加热时显示设定温度，启动加热时显示当前烤箱温度。采用串行口扩展的静态显示电路作为显示接口电路。3.2按键功能为使系统简单紧凑，键盘只设置3个功能键，分别是启动、“百位+1”、“十位+1”和“个位+1”键，由P1口P1.0、P1.1、P1.2低3位作为键盘接口。利用+1按键可以分别对预置温度的百位、十位和个位进行加1设置，并在LED上显示当前设置值。连续按动相应位的加1键即可实现0℃～120℃的温度设置。按键电路如图3-2所示。图3-2按键电路3.3报警功能报警功能由蜂鸣器实现。当由于意外因素导致烤箱温度高于设置温度时，P1.3口送出的低电平经反向器驱动蜂鸣器鸣叫报警。3.4温度传感器采用AD590集成温度传感器，它测量温度的范围为-55～+150℃,有非常好的线性输出特性。其中AD590是美国ANALOGDEVICES公司的单片集成两端感温电流源，电源电压范围为4～30V，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏，输出电阻为710mΩ，精度高，非线性误差仅为±0.3℃。AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。3.5放大器放大器采用集成运算放大器µA741，741运算放大器的输出级由NPN晶体管以及两个电阻组成，主要的功能是电压位准移位器，或是Vbe的倍增器。由于基极端的偏压已经固定，因此晶体管集极至射极端的压降恒为一定值。运算放大器的输出级电压摆幅最高约可比正电源低1V，由晶体管的集极-射极饱和电压。虽然7