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1、 毕业设计（论文）摘要随着电子技术的飞速发展，单片机在国民经济生产各行业发挥了重要的作用。它因为集成度高、体积小、运行可靠、应用灵活、价格低、面向控制等特点得到了广大工程技术人员和客户的好评。在温度控制方面，单片机能够代替常规的模拟调节器。本文主要设计了单片机炉温控制系统硬件电路和软件程序。系统具工作可靠、实时性强等特点，满足控制精度的要求。本着在满足系统性能要求的前提下，尽可能的减少硬件成本。本文主要涉及到控制系统的硬件设计和单片机的控制软件编程。本系统选用AD590对炉温进行检测，并且选用 OP07低漂移高精度前置放大器，对信号进行放大。在PCF8951完成数模转换之后，8051单片机对数
2、据进行处理。采用分段方法控制三台电阻炉温度。人机接口电路部分能实现温度设定、温度显示、超温报警等功能。本设计对温度的调节时间不做说明。本文重点介绍硬件的选取与接口电路的设计、模拟量输入通道和开关量输出通道的设计以及相应算法的软件程序编程。关键词：单片机；炉温控制；接口电路； AbstractWith the rapid development of electronic technology，Single-chip production of various sectors in the national economy played an important role. It is beca
3、use of the high integration, small volume, reliable operation, flexible, low price and application for control of the engineering characteristics of technical staff and customers. In temperature control, SCM can replace conventional analog regulatorThis paper designs the temperature control system o
4、f microcontroller hardware circuit and software program. With reliable work, real-time system as the control accuracy requirements. Based on system performance requirements in the premise, reduce cost of hardware. This paper involves controlling system of hardware design and the SCM control software
5、 programming. This system choose AD590 thermocouple to test temperature and choose OP07 low drift of preamplifier to amplifiy signal. In PCF8591 complete digital-to-analog 8051 single chip microcomputer, after processing of data. Segmentation control algorithm of three resistance furnace temperature
6、. Can realize human-machine interface circuit of the temperature setting, temperature display, and overtemperature alarm etc. The design of temperature regulation time to do that. This paper introduces the hardware design of interface circuit and analog input channel, and channel of switching output
7、 corresponding algorithm and the design of software programming.Key words: SCM, Temperature control, Interface circuit, 目录第一章 前言1第二章 单片机在炉温控制中的应用22.1 单片机与炉温控制系统22.1.1 单片机在温度控制系统的应用22.2 单片机的概述32.2.1 单片机的概念32.2.2 单片机的发展52.3.1 炉温控制的发展现状与方向72.3.2 炉温控制技术发展趋势7第三章 炉温控制系统软硬件总体方案93.1 单片机控制系统设计步骤93.1.1 系统总体设计
8、93.1.2 硬件设计103.1.3 软件设计113.1.4 软件与硬件的调试113.2 单片机炉温控制系统总体设计113.2.1 确定控制任务113.3 软件程序总体流程图13第四章 微处理器的选用及原理144.1 单片机的介绍144.1.1 单片机控制系统的概念144.1.2 MCS-51单片机144.1.3 MCS-51单片机引脚184.2 复位及其复位电路204.2.1 复位操作204.2.2 复位电路214.3 单片机炉温控制系统主机系统的设计22第五章 人机接口电路设计235.1 LED显示电路设计235.1.1 LED数码显示管235.1.2 LED数码显示方式255.1.3显示
9、管与单片机的接口设计265.2 温度设定电路设计285.2.1拨码盘285.3 打印机及接口设计305.4 故障报警接口设计315.4.1 蜂鸣器31第六章 模拟量输入通道AI及接口设计346.1 模拟量输入通道简介346.1.1 模拟量输入通道的构成特点346.1.2 模拟量输入通道的组成356.2 模拟量输入通道的设计356.2.1 模拟量输入通道设计中应考虑的问题356.2.2 模拟量输入通道硬件设计366.3 器件的选择376.3.1 传感器的选择376.3.2 放大器的选择376.3.3 多路模拟开关的选择39第七章 开关量输出通道及接口设计457.1 开关量输出通道简介457.1.
10、1 开关量输出通道的传递特点457.1.2 开关量输出通道的结构457.2 开关量输出通道的设计467.2.1 开关量输出通道设计中应考虑的问题467.2.2开关量输出通道硬件设计477.3 器件的选择487.3.1 光电隔离器的选择487.3.2 双向可控硅49第八章 单片机炉温PID控制系统软件程序设计518.1 软件控制决策与总体方案设计518.2 主程序和中断服务子程序设计528.2.1 主程序设计528.2.2 定时器T0中断服务子程序528.3 子程序设计538.3.1 温度检测子程序SAMP设计538.3.2 数字滤波子程序FILTER设计558.3.3 标度变换子程序设计568
11、.3.4 温度控制子程序设计578.3.5 PID子程序设计58第九章 技术经济分析65第十章 结论66参考文献67致辞68附录一 中文译文附录二 外文资料原文附录三 系统功能框图附录四 系统硬件电路图30 炉温控制系统软硬件设计第一章 前言温度是工业对象中一个主要的被控参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量-等一系列问题。温度控制是许多设备的重要的构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，以利于进行工件的加工与处理。不论是在生活中还是在工业生
12、产过程中，温度的变化对生活、生产的某些细节环节都会造成不同程度的影响，所以适时地对温度进行控制具有重要的意义。 而对于现代工业中不同生产情况和工艺要求，所采用的加热方式、燃料、控制方案等也不尽相同。如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等；控制方案有直接数字控制(DDC)，推断控制，预测控制，模糊控制(Fuzzy)，专家控制(Expert Control)，鲁棒控制(Robust Control)，推理控制等。一直以来，人们采用了各种方法来进行温度控制，都没有取得很好的控制效果。起先由于电阻炉的发热体为电阻丝，传统方法大多采
13、用仪表测量温度，并通过控制交流接触器的通断时间比例来控制加热功率。由于模拟仪表本身的测量精度差，加上交流接触器的寿命短，通断比例低，故温度控制精度低，且无法实现按程序设定的升温曲线升温和故障自诊断功能，因此要对传统的温度控制方法进行改造。如今，随着以微机为核心的温度控制技术不断发展，用微机取代常规控制已成必然，因为它确保了生产过程的正常进行，提高了产品的数量与质量，减轻了工人的劳动强度以及节约了能源，并且能够使加热对象的温度按照某种指定规律变化。而且微型计算机在智能温度测量和控制电器中的控制作用是一种智能行为，所以，它在能量消耗上是比较少的，和普通仪表温度测量相比，智能温度测量与控制电器是一种
14、节能电器。这不但对用户来说具有很大的意义，而且对整个社会来说都是有重大意义的1。本设计通过对单片机炉温控制系统的设计来提高劳动生产率，降低劳动强度。同时通过本设计来全面检验大学期间所学的专业知识，提高分析问题，解决问题及理论联系实际的能力。第二章 单片机在炉温控制中的应用2.1 单片机与炉温控制系统2.1.1 单片机在温度控制系统的应用单片机具有集成度高，运算快速快，体积小、运行可靠，价值低廉，因此在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到广泛应用，本文主要介绍单片机在炉温控制中的应用。 在工业生产中，有很多行业有大量的加热设备，如用于热处理的加热炉、用于熔化金属的坩埚炉，以及各种不同用途的加热炉，反应炉，这样温度就成为了工业对象中一种重要的被测控对象，但是由于炉子的种类，用途不同，因此，采用的加热方法及燃料也就不同，如煤气、天然气、油、电等，但究其控制系统本身的动态特性而言，基本上都是一阶纯滞后环节。 实践证明，用于工业生产中的炉温控制的微机控制系统具有高精度、功能强、经济性好的特点，无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源，还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。2.1.2 单片机在本设计中的应用在工业生产过程中，温度是最基
