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1、I 辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目： 基于单片机的电烤箱温度控制设计基于单片机的电烤箱温度控制设计 院（系）：院（系）： 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间： 本科生课程设计（论文） II 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 本科生课程设计（论文） III 学 号学生姓名专业班级 课程设计（论 文）题目 基于单片机的电烤箱温度控制设计 课程设计（论文）任务 课题完成的功能、
2、设计任务及要求、技术参数课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数 实现功能实现功能 温度控制在家庭应用方面具有广泛意义，本设计采用单片机做为控制器，控制一个家 用电烤箱，电烤箱由 1kW 电炉加热，最高温度 120 度。电烤箱的温度可以设定，可以实 现恒温控制，超出温度设定范围发超限报警。 设计任务及要求设计任务及要求 1、单片机最小系统设计。 2、按键电路、报警电路、温度检测电路、驱动电路的设计。 3、编写相应的软件，完成控制系统的控制要求。 4、要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理； 5、按学校规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在 4000 字以
3、上。 技术参数技术参数 恒温电烤温度控制误差2，温度超出设定温度5发出超限报警，对降温过程不 做要求。 进度计划 1、布置任务，查阅资料，确定系统电路的组成（2 天） 2、对系统各功能电路进行设计（2 天） 3、整个系统的硬件电路图设计（1 天） 4、进行系统软件流程图的设计（1 天） 5、程序设计并进行仿真程序调试（2 天） 6、撰写、打印设计说明书（1 天） 7、答辩（1 天） 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 本科生课程设计（论文） IV 摘 要 家用电烤箱是一种具有自动控温、加热、定时等功能的家用厨房器具。制出 的食品色、香、味俱全。
4、本课题主要针对家用电烤箱温度控制器进行研究。本课 题以 AT89C51 单片机系统为核心，对单点的温度进行实时检测。采用模拟温度 传感器 PT100 对温度进行检测；采用串型模数转换器 MAX197 进行 A/D 转换把 温度信号调解转换为电压信号与 AT89C51 单片机接口。本设计包括温度传感器、 A/D 转换模块、数据传输模块、温度显示模块四个部分。文中对每个部分功能、 实现过程作了详细介绍。 关键词：电烤箱；单片机；控制；温度 本科生课程设计（论文） V 目 录 第 1 章 绪论1 1.1 温度控制器概况 .1 1.2 本文研究内容 .2 第 2 章 课程设计方案.3 电烤箱加热控制器
5、总体设计方案 3 第 3 章 硬件设计5 3.1 CPU 的选择 5 3.2 复位电路设计 .7 3.3 时钟电路设计 .7 3.4 CPU 最小系统图 8 3.5 温度传感器的选择 .9 3.6 温度检测接口电路设计 10 3.7 加热输出接口电路设计 11 3.8 按键电路设计 12 3.9 报警电路设计 12 3.10 系统原理综述 .13 第 4 章 软件设计.15 4.1 软件实现功能综述 15 4.2 流程图设计 15 4.2.1 主程序流程图设计.15 4.2.2 模拟量检测流程图设计.17 第 5 章 课程设计总结19 参考文献.20 附录21 本科生课程设计（论文） 1 第
6、1 章 绪论 1.1 温度控制器概况 电烤箱作为家用西式小电器之一，在我国随着人们居住环境的不断改善，厨 房的地位也越来越重要。电烤箱易于操作而且制作食物方便，味道保持了传统烧 烤的美味而被人们争相购买。在电烤箱的研究过程中，温度的控制尤为重要，温 度控制器的研究又显得举足轻重。随着社会的不断发展，人们对机械的应用也越 来越广，进而人们对机械运动的控制要求亦越来越高。机电控制实现了以电气来 控制机械。单片机的出现使机电控制技术突飞猛进。 单片机出现的历史并不长，但发展迅猛。自 1975 年美国德克斯仪器公司首 次推出 8 位单片机 TMS-1000 后才开始快速发展。1976 年 9 月，美国
7、 Intel 公司 首次推出 MCS-48 系列 8 位单片机以后，单片机发展进入了一个新的阶段。1983 年 Intel 公司推出的 MCS-96 系列、1987 年 Intel 公司又推出的 80C96 等位 16 位 单片机。近年来各个计算机生产厂家已进入更高性能的 32 位单片机研制、生产 阶段。单片机发展之快、品种之多。其中最常用的主要有：AT89 系列单片机、 AVR 单片机 Motorola 公司的 M68HC08 系列单片机以及 PIC 单片机。随着社会的发 展，单片机的特点体现在体积小、可靠性高、使用方便等方面。 根据温度控制的特点，本次设计采用 AT89C51 单片机为控制
8、核心，采用数字 PID 控制算法。实现对电烤箱的温度的控制。通过本次设计进一步详细说明单片 机控制系统在社会生活中的应用。为以后进一步应用单片机系统提供帮助。 目前社会上温度控制大多采用智能调节器，国产调节器分辨率和精度较低， 温度控制效果不是很理想，但价格便宜，国外调节器分辨率和精度较高，价格较 贵。通过对智能控制算法及相关温度控制器的深入研究，设计出了一整套的温度 控制系统，包括其系统软硬件组成结构。将嵌入式引进温度控制系统中，加入键 盘和 LCD 显示。清晰显示系统的运行状态，用户也可以根据实际情况通过核心板 键盘和计算机随时更改初始数据，使温控系统更加智能化，更易于操作。这种设 计方法
9、弥补了国产调节器精度较低的缺点。实验证明。系统在增量式 PID 算法的 控制下运用 ARM 控制器系统的稳态精度达到 0.5以内，运行速度极快。从市场 角度看，如果我国的大中型企业将温度控制，可以降低消耗，控制成本，从而提 高生产效率。 本科生课程设计（论文） 2 嵌入式温度控制系统符合国家提出的“节能减排”的要求，符合国家经济发展 政策，具有十分广阔的市场前景。现今，应用比较成熟的如电力脱硫设备中，主 控制器在主蒸汽温度控制系统中的应用，已经达到了世界前沿。电力部门 1980 年产生废气是现今的八倍。节约了两倍的初级能源，相当于少开采了三个中型煤 矿。如今，在微电子行业中。温度控制系统也越来
10、越重要，如单晶炉、神经网络 系统的控制。因此。温度控制系统经济前景非常广泛，我国的高新精尖行业研究 其应用的意义更是更加重大。 1.2 本文研究内容 本文研究电烤箱温度控制器。电烤箱由电阻丝加热，功率达 5kW。通过传感 器测量温度并调节加热功率。温度控制范围 0300，可设定恒温值。研究包括 CPU 最小系统设计（包括 CPU 选择，晶振电路，复位电路） 、 温度传感器选择 及接口电路设计、温度显示、电热丝驱动电路设计、程序流程图及程序清单编写 等步骤。 本科生课程设计（论文） 3 第 2 章 课程设计方案 2.1 电烤箱加热控制器总体设计方案 根据加热炉的功能和指标要求，本系统可以从元件级
11、开始设计，选用单片机 为主控机。通过连接外围控制电路，实现对加热炉温度的测量和控制。该系统以 89C51单片机为核心，由温度传感器、运算放大器、A/D转换器、输入光电隔离、 驱动电路、键盘、LED显示电路共同组成。在系统中，温度的设置、温度值及误 差显示、控制参数的设置、运行、暂停及复位等功能由键盘及显示电路完成。 温度传感器把测量的电阻炉温度信号转换成弱电压信号，经过信号放大电路， 送入低通滤波电路，以消除噪音和干扰，滤波后的信号输入到A/D转换器，转换 成数字信号输入89C51单片机。下图为系统框图： 单 片 机 键盘电路 复位电路 温度采集 数码显示 报警电路 加热装置 AD 转换器 图
12、 1.1 系统框图 温度传感器完成对电烤箱内温度的采集，运算放大器对温度传感器的采样进 行放大，A/D 转化器完成把模拟量转换成单片机可以识别的数字信号，单片机的 本科生课程设计（论文） 4 CPU 将对这个信号进行处理和响应，温度的数值通过 LED 显示器显示出来，如 果还需要加热，单片机会对驱动器发出指令，驱动器经过光电隔离（提高系统抗 干扰能力） 、晶闸管（通过控制晶闸管的导通来改变温度）使加热器的电阻丝发 热，继续对电烤箱内进行加热；用户可以通过键盘对温度进行手动控制； 电压 同步信号完成将 220V 的交流电转换成单片机的工作电压直流电+5V。 本科生课程设计（论文） 5 第 3 章
13、 硬件设计 3.1 CPU 的选择 本次设计的温度控制系统精度较高，需要的 I/O 接口也比较多，因此采用 AT89C51 单片机作为本系统的微处理器。 AT89C51 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，40 个引脚，32 个外部双 向输入/输出（I/O）端口，同时内含 2 个外中断口，2 个 16 位可编程定时计数器， 2 个全双工串行通信口。片内含 4k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器 和 128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，可以按照常规方法进行编程，也可 以在线编程。器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准
14、MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，内置功能强大 的微型计算机的 AT89C51 提供了高性价比的解决方案。因此此单片机完全能满足 温度控制系统的要求。 AT89C51 的主要特性如下： 1、寿命达 1000 写/擦循环 图 3.1AT89C51 单片机引脚图 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P0.0 39 P0.1 38 P0.2 37 P0.3 36 P0.
15、4 35 P0.5 34 P0.6 33 P0.7 32 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 RD 17 WR 16 PSEN 29 ALE /P 30 TXD 11 RXD 10 U? 89C51 本科生课程设计（论文） 6 2、数据保留时间：10 年 3、 全静态工作：0Hz24MHz 4、三级程序存储器锁定 5、128B 内部 RAM 4KB 内部 ROM 6、4 个并行 I/O 口，共 32 条可单独编程的 I/O 线 7、2 个 16 位定时器/计数器 8、5 个中断源，2 个中断优先级 9、
16、可编程串行通道 10、低功耗闲置和掉电模式 11、片内振荡器和时钟电路 89C51 单片机的接法及引脚功能为: VCC（40）：接5V 电源 GND（20）：接地 P0 口（3932）：P0 口为 8 位漏极开路双向 I/O 口，每个引脚可吸收 8 个 TTL 门电流。 P1 口（18）：P1 口是从内部提供上拉电阻器的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓 冲器能接收和输出 4 个 TTL 门电流。 P2 口（2128）：P2 口为内部上拉电阻器的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器 可接收和输出 4 个 TTL 门电流。 P3 口（1017）：P3 口是 8 个带有内部上拉电阻器的双向 I/O 口，可接收 和输出 4 个 TTL 门电流，P3 口也可作为 AT89C
