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1、湖北国土资源职业学院 温度控制系统设计- 1 -单片机的温度控制系统设计单片机的温度控制系统设计摘摘要要随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。本设计采用无 ROM 的 8031 作为主控制芯片。8031 的接口电路有8155、2764。8155 用于键盘/LED 显示器接口，2764 可作为 8031 的外部 ROM 存储器。其中温度控制电路是通过可控硅调功器实现的。双向可控硅管和加热丝串联接在交流 220V，5
2、0HZ 交流试点回路，在给定周期内，8031 只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。关键词：关键词：温度控制；接口电路；可控硅 湖北国土资源职业学院 温度控制系统设计- 2 -目目录录摘 要.1目 录.2绪 论.3第一章单片机温度控制系统方案简介. 4第二章单片机. 52.1 单片机内部模块. 52.1.1MCS 51 单片机内部结构.52.1.2 微秒-51 输入/输出端口的结构与功能. 62.1.3MCS51 单片机的引脚及其功能. 62.1.48031 系统扩展设计. 72.2 单片机外总线结构. 72.3 芯片的扩展设计. 82.4 单片机温控模块. 9第
3、三章系统硬件设计. 103.1 系统总体设计. 103.2 8155 接口电路.113.3 A/D转换电路. 113.4 可控硅控制电路. 12第四章系统软件设计. 134.1 主程序. .134.2 T0中断服务程序. 14174.3 采样子程序. 184.4 数字滤波程序.1920湖北国土资源职业学院 温度控制系统设计- 3 -总 结.21致 谢.22参考文献.23绪绪论论温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机
4、应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。本系统所使用的单片机 8031 有 128K的 RAM，使温度控制大为简便。湖北国土资源职业学院 温度控制系统设计- 4 -第一第一章章单片机温度控制系统方案简介单片机
5、温度控制系统方案简介单片机温度控制系统是数控系统的一个简单应用。在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，广泛使用着加热炉、热处理炉、反应炉等，因此，温度是工业对象中一个主要的被控参数。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加热方法也不同，例如煤气、天然气、油、电等;由于工艺不同，所需要的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，控制温度的精度也不同，因而对数据采集的精度和所采用的控制算法也不同。单片微型计算机的功能不断的增强，为先进的控制算法提供的载体，许多高性能的新型机种应运而生。本系统所使用的加热炉为电加热炉，炉丝功率为 2kw，系统要求炉膛恒温，误差为士
6、 VC,超调量可能小，温度上升较快且有良好的稳定性.4单片机温度控制系统是以MS-5l单片机为控制核心，辅以采样反馈电路，驱动电路，晶闸管主电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。其系统结构框图可表示为:系统采用单闭环形式，其基本控制原理为:将温度设定值(即输入控制量)和温度反馈值同时送入控制电路部分，然后经过调节器运算得到输出控制量，输出控制量控制驱动电路得到控制电压施加到被控对象上，电炉因此达到一定的温度。图1.1控制电路的设计给定值8031 控制电路驱动电路晶闸管主电路被控对象输出温度采样电路湖北国土资源职业学院 温度控制系统设计- 5 -第二第二章章单片机单片机单片机是单片微型计算机 S
7、CM(single chip micro-computer)的译名简称，在国内也常简称为“单片机” 。它包括中央处理器 CPU、随机存储器 RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器、串行口和 I/O 等等。单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点，单片微型计算机(简称单片机)是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种，特别适合用于智能控制系统。2.2.1 1单片机内部模块单片机内部模块在本设计中,从经济上以及性能上考虑，我选用 8031 作为 CPU。80
8、31 是MCS51 系列单片机的一种型号。MCS-51 单片机的类型有：8051、8031、8751 等。2.1.12.1.1 MCSMCS 5151 单片机内部结构单片机内部结构8031 单片机内部结构见图 2.1。它其中包含 CPU、震荡器和时序电路、4KB的 ROM、256B 的 RAM、两个 16 定时/计数器 T0 和 T1、4 个 8 位 I/O 端口（P0、P1、P2、P3） 、串行口等组成。其中震荡时序与时钟组成定时控制部件。湖北国土资源职业学院 温度控制系统设计- 6 -图2.18031单片机功能方框图2.1.22.1.2 微秒微秒-51-51输入输入/ /输出端口的结构与功
9、能输出端口的结构与功能MCS-51 单片机有 4 个 I/O 端口，公 32 根 I/O 线，4 个端口都是准双向口。每个口都包含一个锁存器，即专用寄存器 P0P3，一个输出驱动器和输入缓冲器。为方便起见，我们把 4 个端口和其中的锁存器都统称 P0P3。在访问片外扩展存储器时，低 8 位地址和数据由 P0 口分时传送，高 8 位地址由 P2 口传送。在无片外扩展存储器的系统中，这 4 个口的每一位均可作为双向的I/O 口使用。P0 口：可作为一般的 I/O 口用，但应用系统采用外部总线结构时，它分时作低 8位地址和 8 位双向数据总线用。P1 口：每一位均可独立作为 I/O 口。P2 口：可
10、作为一般 I/O 口用，但应用系统采用外部系统采用总线结构时，它分时作为高 8 位地址线。P3 口：双功能口。作为第一功能使用时同 P1 口，每一位均可独立作为 I/O 口。另外，每一位均具有第二功能，每一位的两个功能不能同时使用。2.1.32.1.3 MCSMCS 5151单片机的引脚及其功能单片机的引脚及其功能 MCS-51 单片机采用 40 引脚的双列直插封装形式。1） 主电源引脚 VCC 和 VSSVSS（40 脚）：主电源+5V，正常操作的对 EPROM 编程及验证时均接+5V 电源。VSS（20 脚）：接地。2） XTAL1（19 脚）和 XTAL2（18 脚）：接外部晶振的两个引
11、脚。湖北国土资源职业学院 温度控制系统设计- 7 -3） RST/VPD、ALE、/PROG、PSEN控制信号引脚。RST/VPD（9 脚）：单片机复位/备用电源引脚。刚接上电源时，其内部寄存器处于随机状态，在引脚上输入持续两个机器周期的高电平将使单片机复位。VCC 掉电期间，此引脚可接上备用电源，一旦芯片在使用中 VCC 电压突然下降或短电，能保护片内 RAN 中信息不丢失，使复电后能继续正常运行。ALE/PROG（30 脚）：当访问片外存储器时，ALE 的输出用于锁存低字节地址信号。即使不访问片外存储器，ALE 端仍以不变的频率周期性地出现脉冲信号。其频率为振荡器频率 1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时的目的。应注意的是：当访问片外数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲；ALE 端可以驱动 8个 LSET 负载。对含有 EPROM 的单片机，片内 EPROM 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG） 。PROG（29 脚）：输出访问片外程序存储器的读选通信号。CPU 在从片外程序存储器取指令（或常数）期间，
