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1、本科生课程设计（论文） 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： 加热炉温度控制器设计加热炉温度控制器设计 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 电气电气092092 学学 号：号： 090303040090303040 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：2012.06.24-2012.07.062012.06.24-2012.07.06 本科生课程设计（论文） I 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
2、院 教研室： 电气工程及其自动 化 本科生课程设计（论文） II 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号学生姓名专业班级电气092 课程设计 （论文） 题目 加热炉温度控制器设计 课程设计（论文）任务 高温加热炉利用煤气加热，通过传感器测量温度，四相 5V、1A 步进电机调节阀门来 调节进气量。温度控制范围 01800。 设计任务：设计任务： 1. CPU 最小系统设计（包括 CPU 选择，晶振电路，复位电路） 2. 温度传感器及接口电路设计 3. 步进电机驱动电路设计 4. 程序流程图设计及程序清单编写 技术参数：技术参数： 1温度控制范围：0-1800 2工
3、作电源 220V 设计要求设计要求： 1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适的单片机、AD 转换器、输出电路等； 2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图； 3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明， 详细阐述系统的工作过程，字数应在 4000 字以上。 进度计划 第 1 天 查阅收集资料 第 2 天 总体设计方案的确定 第 3-4 天 CPU 最小系统设计 第 5 天温度传感器及接口电路设计 第 6 天步进电机驱动电路设计 第 7 天 程序流程图设计 第 8 天 软件编写与调试 第 9 天 设计说明书完成 第 10 天 答辩 指导教师评语及成绩
4、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） III 摘 要 本文主要从硬件和软件两方面介绍了如何运用 89C51 单片机设计加热炉的温 度控制系统，说明了怎么实现对加热炉温度的控制，并对硬件原理图和程序流程 图作了简洁的描述。还介绍了在加热炉温度控制系统的软硬件设计中的一些主要 技术关键环节，该系统主要以 89C51 单片机为核心，由 LED 显示电路，键盘输 入电路，模拟检测电路，模/数转换电路，步进电动机控制电路等构成。 用 89C51 单片机设计的温度检测电路是本次设计的主要内容，是整个单片机 温度控制系统设计中不可缺少的一部分，该系统利用温
5、度传感器对温度进行了实 时采集与检测，从而对加热炉的温度进行更精确的控制。 本设计介绍的单片机温度控制系统主要内容包有系统方案、元器件选择、系 统理论分析、硬件设计、软件设计、系统调试等几方面。 关键词：单片机；温度传感器；温度检测； 本科生课程设计（论文） IV 目录目录 第 1 章 绪论 1 1.1 加热炉温度控制器概况 1 1.2 本文研究内容 1 第 2 章 CPU 最小系统设计3 2.1 加热炉温度控制器总体设计方案 3 2.1.1 加热炉温度控制框图设计3 2.1.2 工作过程分析3 2.2 CPU 的选择 4 2.3 复位电路设计 5 2.4 时钟电路设计 6 2.5 CPU 最
6、小系统图 6 第 3 章 输入输出接口电路设计 8 3.1 温度传感器的选择 8 3.2 温度检测接口电路设计 8 3.2.1 A/D 转换器 8 3.2.2 模拟量检测接口电路图9 3.3 四相步进电动机与单片机接口电路 .10 3.4 人机对话接口电路设计 .11 3.4.1 按键设计.11 3.4.2 显示电路设计.11 第 4 章 系统软件设计 .13 4.1 软件实现功能及主程序设计 .13 4.2 模拟量检测流程图设计 .14 4.3 步进电机流程图设计 .15 4.4 中断系统的流程图设计 .15 第 5 章 系统设计与分析 .17 5.1 系统原理图 .17 本科生课程设计（论
7、文） V 5.2 系统原理综述 .17 第 6 章 课程设计总结 .19 参考文献 20 本科生课程设计（论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 加热炉温度控制器概况 随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。温度是生产过程和科 学实验中普遍而且重要的物理参数。在工业生产过程中为了高效地进行生产，必 须对生产工艺过程中的主要参数，如温度，压力，流量，速度等进行有效的控制。 其中温度的控制在生产过程中占有相当大的比例。准确测量和有效控制温度是优 质，高产，低耗和安全生产的重要条件。在工业的研制和生产中，为了保证生产 过程的稳定运行并提高控制精度，采用微电子技术是重要的途径。它的作用主要 是改
8、善劳动条件，节约能源，防止生产和设备事故，以获得好的技术指标和经济 效益。 加热炉是将物料或工件加热的设备。按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、 感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面 处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。加热炉按炉温分 布，炉膛沿长度方向可分为预热段、加热段和均热段。 作为控制系统中的一个典型实验设计，单片机温度控制系统综合运用了微机 原理、自动控制原理、传感器原理、模拟电子技术、数字控制技术、键盘显示技 术等诸多方面的知识，是对所学知识的一次综合运用。 本课题采用 98c51 单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态
9、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。 1.2 本文研究内容 温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、 机械等工业中，具有举足重轻的作用。 对于不同场所、不同工艺、所需温度高低、范围不同、精度不同，采用的测 温元件、测温方法以及对温度的控制方式也有所不同；产品工艺不同、控制温度 的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而， 对温度的测控方法多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量 和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术， 本科生课程设计（论文） 2 也便随之而生，并得到日
10、益发展和完善，越来越显示出其优越性。现在我们完全 可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，而且我们可以很容易地 做到多点的温度检测，如果对此原理图稍加改进，我们还可以进行不同地点的实 时温度检测和控制。 本次设计：加热炉温度控制器的设计，正是运用单片机和温度传感器对温度 进行控制。本次设计的内容为：以 89C51 单片机为核心， 高温加热炉利用煤气 加热，通过传感器测量温度，四相 5V、1A 步进电机调节阀门来调节进气量。 具体设计任务： 1. CPU 最小系统设计（包括 CPU 选择，晶振电路，复位电路） 2. 温度传感器及接口电路设计 3. 步进电机驱动电路设计 4. 程序流程图
11、设计及程序清单编写 5温度控制范围：0-1800 6工作电源 220V 本科生课程设计（论文） 3 阀门步进电机 加 热 器 显示 键盘 单 片 机 A/D 转换器 第 2 章 CPU 最小系统设计 2.1 加热炉温度控制器总体设计方案 2.1.1 加热炉温度控制框图设计 单片机温度控制系统是以 89C5l 单片机为控制核心，辅以采样电路，驱动电 路，步进电机电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。系统的原理框图如图 2.1 所示。其基本控制原理为: 用键盘将温度的设定值送入单片机，通过信号采集 电路将温度信号采集到后，送到 A/D 转换电路将信号转换成数字量送入单片机 系统进行控制运算，控制步
12、进电动机进而控制加热炉的温度。 图2.1加热炉温度控制框图 2.1.2 工作过程分析 由温度控制器工作流程图分析具体的工作过程。首先，通过热电耦采集加热 炉中的温度，通过相应的电路使温度信号转换为电压信号。由于单片机制能识别 数字量，因此还需要经 A/D 转换，使模拟电压信号转化为数字量信号。 A/D 转换后的数字量进入单片机 89C51 后，由程序算法，判断温度是不是超 过设定值，并且有相应的键盘显示电路，用以显示加热炉的温度。根据判断温度 是否超过设定值，由单片机发出相应的指令，经步进电机控制电磁阀，从而通过 阀门的控制就可以控制煤气的进气量多少。也就可以达到对加热炉温度的调节和 运算放大
13、器 温度传感器 本科生课程设计（论文） 4 控制。 2.2 CPU 的选择 单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四 代电子计算机。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器计数器 集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠 性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端 装置。 因此，在本课题设计的温度控制系统中，采用单片机来实现，选用 89C51 单 片机。芯片引脚如图 2.2 所示： VSS : 接地端。 VCC: 电源端。正常操作及对 FLASH ROM 编程和验证时接+5V 电源。 图 2.2 8
14、9C51 芯片引脚 P0 口：是双向 8 位三态 I/O 口。在访问外部存储器时，可分时用作低 8 位地 址线和 8 位数据线；在 FLASH ROM 编程时，它输入指令字节，而在验证程序时， 则输出指令。P0 口能驱动 8 个 LSTTL 门电路。 P1 口： 是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在对 FLASH ROM 编程和程序验证时，它接受低 8 位地址。能驱动 4 个 LSTTL 门电路。 P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在访问外部存储 P1.0 1 P1.2 3 P1.1 2 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7
15、P1.7 8 RESET 9 P3.0 10 P3.1 11 P3.3 13 P3.2 12 P3.4 14 P3.5 15 P3.6 16 P3.7 17 X T AL1 19 X T AL2 18 V SS 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 V CC 40 89c51 本科生课程设计（论文） 5 器时，它送出高 8 位地址。
16、在对 FLASH ROM 编程和程序验证时，它接收高 8 位地址和其他控制信号。能驱动 4 个 LSTTL 门电路。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，能驱动 4 个 LSTTL 门电路。 RST: 复位信号输入端，高电平有效。当振荡器工作时，出现两个机器周期 以上的高电平，就可以使单片机复位。 ALE/PROG：地址锁存允许信号。 PSEN:外部程序存储器选通信号。 EA/VPP:访问内、外部程序存储器控制信号。接高电平时，CPU 访问并执行 内部程序存储器的指令，但当程序计数器值超过 0FFFH 时，将自动转去执行外部 程序存储器中的程序。接低电平时，CPU 只访问并执行外部程序存储器中的指令。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电
