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1、课程设计电烤箱的智能温控仪表设计本文介绍了以STC89C51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，以如下设计为要求：电烤箱由1kW电加热器加热，最高温度为120C。电烤箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用位式控
2、制、并用晶闸管过零驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。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 目 录前 言4第1章 概 述41.1 技术指标41.2 控制方案4第2章 电烤箱的智能温控仪表硬件部分设计52.1 硬件部分52.2单片机电路设计52.2.1 中央处理器CPU62.2.2 运算器62.2.3 STC89C51单片机引脚功能72.2.4 引脚功能82.2.5 控制线92.2.6 STC89C51单片机的存储器结构92.2.7 STC89C51单片机的并行I/O端口92.2.8 STC89C51单片机
3、时钟电路及时序102.2.9 复位电路112.2.10 STC89C51单片机的指令系统112.3 传感器电路设计112.3.1 传感器概述112.3.2 传感器的基本特性122.3.3 热电阻的测量电路及应用132.4 A/D转换电路设计142.4.1 逐次逼近型A/D转换器ADC0809142.5 放大器电路设计162.5.1 交流放大器电路162.5.2 直流放大器电路202.5.3 运算放大器电路202.6 键盘及显示电路的设计212.6.1 键盘接口电路212.6.2 LED显示器接口电路222.7 抗干扰电路设计232.7.1 电磁干扰的形成因素242.7.2. 干扰的分类242.
4、7.3 单片机应用系统电磁干扰控制的一般方法242.7.4 硬件抗干扰措施25第3章 软件部分设计263.1 工作流程263.2 功能模块263.3 资源分配263.4 功能软件设计263.4.1 键盘管理模块263.4.2 显示模块293.4.3 温度检测模块313.4.4 温度控制模块323.4.5 温度越限报警模块343.4.6 主程序和中断服务子程序35第4 章 结 论37参考文献37附录1 38 附录238 前 言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
5、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
6、控制的特点，本次设计采用STC89C51单片机为控制核心，采用位式控制算法并用晶闸管过零驱动1000W电加热器。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。第1章 概述温度控制是工业生产过程中经常遇到的控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。根据温度变化快慢的特点，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STC89C51单片机为检测控制中心的温度控制系统。温度控制显示采用3位LED静态显示。该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度
7、高，有较强的通用性。1.1 技术指标功能及技术指标：电烤箱由1kW电加热器加热，最高温度为120C。电烤箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用位式控制、并用晶闸管过零驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。1.2 控制方案位式控制 位式控制就是通断控制。如果设定值为A，当系统的输入值小于A或大于A时，输出的控制信号只有0和1两种状态，称为二位式控制。举个例子：假设x表示水箱的实际水位、A表示设定的水
8、位控制高度，y表示输出的控制信号，则：当实际水位x低于设定的A时，y=1，水泵导通，水箱开始进水；当水位达到或超出了A时，y=0，水泵关断，水箱停止进水。晶闸管过零驱动双向晶闸管在单片机控制系统中，常作为功率驱动器件，特别适合做交流无触点开关使用。双向晶闸管接通的一般都是功率较大的电器，且连接在强电网络中，因此对单片机的控制信号会造成较大的干扰。所以在一般情况下，都通过光电耦合器将单片机与双向晶闸管隔离。另外，为了进一步减小双向晶闸管触发时产生的干扰，双向晶闸管的触发常采用过零触发电路，也称为过零驱动电路。过零触发，就是在电压为零或零附近的瞬间接通。由于采用了过零触发，所以在晶闸管的控制电路中
9、，还需要有交流电的过零检测电路。双向晶闸管（也称为双向可控硅）过零触发电路主要应用于单片机系统的交流负载控制电路，可以控制电炉等大功率交流设备。当过零检测电路检测到交流电压过零时，便产生中断请求，只要在中断服务程序中通过单片机的P1.0引脚发出触发脉冲，即可触发双向可控硅导通。第2章 电烤箱的智能温控仪表硬件部分设计2.1硬件部分系统的硬件部分包括单片机电路、A/D转换器、放大器、传感器、键盘及显示电路五大部分。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2.2 单片机电路设计随着社会发展，单片机以其体积小、可靠性高、使用方便的特点在社会生活中达到广泛应用。根据温度控制特点
10、，本次设计采用STC89C51。以下对其进行详细介绍。STC89C51单片机是美国Intel公司的8位高档单片机的系列。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。STC89C51系列单片机主要有CPU、存储器，IO接口电路及时钟电路等部分组成。2.2.1 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的中心。同一般微机的CPU类似。STC89C51单片机内部CPU包括控制器和运算器。如图2.1.2-12.2.2 运算器STC89C51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、暂存器1、暂存器2、程序状态寄存器PSW和布尔处理机共
11、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操作。运算结果的状态由程序寄存器PSW保存。A. 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、除等算数的运算。而且还能对8位变量进行逻辑“与”“或”“异或”循环位移等逻辑的运算。累加器ACC(简称累加器A) 为一个8位寄存器，它是CPU中使用最频繁寄存器。专门存放操作数或运算结果。图2.2.2-1 STC89C51单片机内部结构简化框图2.2.3 STC89C51单片机引脚功能STC89C51系列单片机的封装形式有两种：一种是双列直插方式的封装；另一种是方形的封装。STC89C51
12、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的封装。但为44个引脚，其中4个引脚是不使用的。由于STC89C51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2.1.3-1单片机引脚图。a.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。b.外接晶体引脚两根XTAL1:接外部石英体和微调电源一端。XTAL2:接外部晶体和微调电容另一端。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输入端。对CHMOS单片机XTAL1脚作为外部振荡信号的输入端，XTAL2脚
13、空不接。 图2.2.3-1 单片机引脚图2.2.4 引脚功能IO引脚共32根。APO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/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的总线。BP1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I/O口使用。CP2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
14、元地址。P3口的第二功能如下表所示：P3口的第二功能P3.0 RXD 串行口输入P3.1 TXD 串行口输出P3.2 外部中断0输入P3.3 外部中断1输入P3.4 T0 定时/计数器0计数输入P3.5 T1 定时/计数器1输入P3.6 片外RAM写选通信号（输出）P3.7 片外RAM读选通信号（输出）2.2.5 控制线控制线共四根。A：ALE/PROG 地址锁存有效信号输出率。B：PSEN 片外程序存储器读选通信号输出端低电平有效。C：RST/VPD 复位信号备用电源输入信号。D：EA/VPP 片外程序存储器选用端。2.2.6 STC89C51单片机的存储器结构STC89C51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等4个存储空间。2.2.7 STC89C51单片机的并行I/O端口STC89C51单片机有4个8位并行I/O端口（P0、P1、P2、P3）每个端口都各
