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1、目录摘要 1第 1章绪论 21.1单片机的应用 21.2电热炉控制中的问题 21.3本设计主要内容 3第 2 章编程软件 42.1EIL编程软件 K 4第 3 章系统硬件结构设计 53.1系统硬件组成 53.2PROTEUS原理图设计 53.3硬件电路结构 73.3.1主控制芯片 AT89C51原理及其说明 93.3.2外部时钟电路 113.3.3测温模块 113.3.4显示模块 133.3.5开关模块 133.3.6报警模块 14第 4 章系统软件设计及调试154.1 系统程序设计154.1.1DS18B20测温程序设计 174.1.2LM016L显示程序设计 18第 5 章总结与展望 19
2、5.1 总结 195.2 展望 19参考文献 20附录 21摘 要：电热炉可使用金属发热体或非金属发热体来产生热源，其构造简单，工业电热炉的主要用途是供机械工业对原材料、毛坯、机械零件加热用。温度控制对于电热炉是至关重要的。为了更好地控制温度、提高控制质量，选用单总线芯片 DS18B20作为温度传感器，进行了基于单片机 AT89C51的温度控制系统的设计与仿真。显示模块选用 LCD 显示器，控制更为简单，显示更为清晰。配以键盘模块及由二极管、蜂鸣器组成的报警模块，组合成较为完整的温度控制系统硬件。 选用 Proteus软件绘制电路原理图，同时选用软件 Keil 进行编程编译，并将 Keil 与
3、Proteus联调，在 Proteus中查看仿真结果，实现温度的自动控制。关键词：单片机、温度控制、Keil 、Proteus 仿真第1章绪论1.1单片机的应用单片机具有体积小、可靠性高、功能强、使用方便、性能价格比高、容易产品化等特点。国际上从 1970 年代开始，国内自 1980 年代以来，单片机已广泛应用于国民经济的各个领域，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起重要的推动作用。其应用大致可分为如下几个范畴：1、在智能仪器仪表上的应用单片机具有功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速
4、度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。2、在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。在工业过程控制、机床控制、机器人控制、汽车控制以及飞行器制导系统等方面得到广泛应用。3、在家用电器中的应用这个领域的应用特点是量大面广并且具有价格低廉的特点，如电饭锅、电子游戏机、电视机、录音机、组合音响、洗衣机、电冰箱以至电子玩具等，都广泛地使用单片机进行控制。4、在计算机网络和通信领域中的应用现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。
5、5、单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6、在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），需要复杂的类似于计算机的原理。又如音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于 ROM ），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。7、单片机在汽车设备领域中
6、的应用单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于 CAN 总线的汽车发动机智能电子控制器， GPS 导航系统， ABS 防抱死系统， 制动系统等等。 11.2电热炉控制中的问题温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数。 许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的，甚至对温度的要求相当严格， 因此生产现场需要测量温度和控制温度。温度是电热炉需要控制的主要参数。在传统的电热炉温度控制系统中，炉温控制采用温度仪表监视和人工调节相结合的方式，电热炉的电源通断大多采用交流接触器来控制。这种控制方式结构简单，但控制精度差，控制速度慢，在资源方面耗费人力且本身耗能多，控制器的噪音大，
7、而且在控温过程中由于接触器频繁通断，经常发生触点电弧放电现象，容易造成短路，使接触器损坏，对操作人员和设备带来不利影响及安全隐患。传统的定值开关温度控制法存在温度滞后的问题，而多数传统基于常规 PD控制的控制装置，存在精度不高、效率低等问题。1.3本设计主要内容本课题是基于单片机的电热炉温度控制系统的设计，要求实现温度自动控制，同时显示实际温度值和设定温度值，并控制实际温度值与设定温度值相差不超过2 度，超过范围时自动报警并作出相应的动作。温度的控制图如图1-1 所示。显示设定值CPU输出值对象-测温图 1-1温度控制反馈图第二章中简单介绍了编程软件Keil 及电路设计仿真软件Proteus。
8、第三章介绍本设计硬件结构及所涉及的芯片、电路说明，主控制芯片采用 AT89C51；由于 DS1302 是一种高性能的芯片，可自动计时计数，故时钟电路采用 DS1302；温度传感芯片 DS18B20是单总线结构芯片，结构简单，接线少，且程序编写简单，故温度采集、转换、传递采用 DS18B20；LCD 显示电路结构简单且软件设计也相对简单，具有低功耗特点，因此显示模块采用 LCD 显示。第四章简单讲述了程序的编写及 Keil 与 Proteus联调显示的结果，具体程序见附录。本课题基于编程软件 Keil 和硬件电路仿真软件 Proteus，在 Keil 软件中程序编译成功后与 Proteus软件的
9、原理图联调，仿真实现课题要求。第 2 章 设计编程软件2.1编程软件 Keil目前流行的 51 系列单片机开发软件是德国Keil 公司推出的 Keil C51 软件，它是一个基于 32 位 Windows 环境的应用程序，支持C 语言和汇编语言编程，其6.0 以上的版本将编译和仿真软件统一为Vision（通常称为 V2 ）。Keil 提供 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等的完整开发方案，界面如图2-2 所示。该软件由以下几部分组成：Vision IDE 集成开发环境、 C51 编译器、 A51 汇编器、 LIB51库管理器、 BL51 连接 /定位器、 OH51
10、目标文件生成器以及Monitor-51 、RTX51 实时操作系统。图 2-2 Keil界面keil vision2编写程序一般步骤如下：1、新建工程2、新建源程序文件，可以是C 语言或汇编语言等3、把源程序添加到工程中4、编译并生成Hex 文件绘制原理图及编写程序过程见第三章、第四章，本章不再叙述。第 3 章 系统硬件结构设计3.1系统硬件组成系统硬件设备由以下几部分组成： 单片机：本系统选用 AT89C51, 它的片内有集成的存储器 , 无需外接存储器，使程序写入更加方便。 温度测量电路：采用美国公司生产的单总线数字式温度传感器 , 由于是单总线结构，具有结构简单 , 不需要外接电路 ,可
11、用一根数据线既供电又传输数据 , 并且具有体积小,分辨率高 ,转换快等优点。 键盘设定电路：输入设定的温度 , 必须依靠键盘 , 这里利用单片机的 P2口连接矩阵式键盘 , 采用扫描方式读键值，以实现温度设定。 温度显示电路： 采用 LCD 显示器，电路比较简单，且在软件设计上也相对简单，具有低功耗功能，能够满足设计最优的要求。 为使显示器能正常显示、稳定工作 , 单片机的 P0口作为数据输出接口， P1口作为控制字输入端口。 报警电路： 在系统温度达到上下限报警温度时选择发光二极管和蜂鸣器来实现这一功能。发光二极管工作时需要电流 , 设计时考虑了相应的控制电路。3.2 Proteus原理图设
12、计本设计采用 AT89C51 作为控制系统， DS18B20 温度传感器采集、转换温度，显示器 LM016L 显示温度，用 proteus画的原理图如图 3-1 所示：图 3-1原理图电路图的绘制过程如下：1、将所需元器件添加到对象选择器窗口。单击对象选择器按钮，如图 3-2 所示。图 3-2选择元件弹出“ Pick Devices”页面，在“ Keywords”输入 AT89C51，系统在对象库中进行搜索查找，并将搜索结果显示在“ Results”中，如图 3-3 所示。图 3-3查找元件在“Results”栏中的列表项中，双击“ AT89C51”，则可将“ AT89C51”添加至对象选择器窗口。同理，添加 LM016L 、DS18B20、LED 、DS1302 等其他涉及的元器件至对象选择器窗口。如图 3-4 所示。图 3-4对象选择器窗口2、放置元器件至图形编辑窗口在对象选择器窗口中， 选中 AT89C51，将鼠标置于图形编辑窗口该对象的欲放位置、单击鼠标左键，该对象放置完成。若对象位置需要移动，将鼠标移到该对象上，单击鼠标右键，该对象的颜色变至红色，表明该对象已被选中，按下鼠标左键，拖动鼠标，将对象移至新位置后，松开鼠标，完成移动操作。同理放置其他元器件，如图3-5 所示。
