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1、辽 宁 工 业 大 学单片机原理及接口技术 课程设计（论文）题目： 电烤箱加热控制器设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气101 学 号： 学生姓名： 林凯 指导教师： （签字）起止时间：2013.06.24-2013.07.12课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 学 号学生姓名林凯专业班级电气101课程设计（论文）题目电烤箱加热控制器设计课程设计（论文）任务电烤箱由电阻丝加热，功率达5kW。通过传感器测量温度并调节加热功率。温度控制范围0300，可设定恒温值。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. 温度传感器选择及接口电
2、路设计3. 温度显示、电热丝驱动电路设计4 . 程序流程图及程序清单编写技术参数：1温度控制范围0300，功率达5kW2工作电源220V设计要求：1、分析系统功能，选择合适的单片机及传感器，温度检测电路设计等；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4天 CPU最小系统设计第5天 传感器选择及其接口电路设计第6天温度显示、电热丝驱动电路及电源电路设计第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
3、明书完成第10天 答辩指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要 电烤箱是利用电热元件发出的辐射热烤制食物能自动控温、加热、定时的厨房电器。本课题主要针对家用电烤箱温度控制器进行研究。本课题以AT89C51单片机系统为核心，对单点的温度进行实时检测。采用模拟温度传感器PT100对温度进行检测；采用串型模数转换器MAX197进行A/D转换把温度信号调解转换为电压信号与AT89C51单片机接口设置LED八段数码管实时显示温度值。本设计包括温度传感器、A/D转换模块、数据传输模块、温度显示模
4、块四个部分。文中将对每个部分功能、实现过程详细介绍。关键词：电烤箱；AT89C51单片机；温度传感器PT100；数模转换器MAX19目 录第1章 绪论11.1 温度控制器概况11.2 本文研究内容2第2章 CPU最小系统设计32.1 电烤箱加热控制器总体设计方案32.2 CPU的选择42.3 数据存储器扩展62.4 复位电路设计62.5 时钟电路设计72.6 电源电路设计82.7 CPU最小系统图8第3章 89C51输入输出接口电路设计103.1 温度传感器的选择103.2 温度检测接口电路设计103.2.1 A/D转换器选择103.2.2 模拟量检测接口电路图123.3 加热输出接口电路设计
5、123.4 人机对话接口电路设计13第4章 电烤箱软件设计154.1 软件实现功能综述154.2 流程图设计154.2.1 主程序流程图设计154.2.2 模拟量检测流程图设计174.3 程序清单18第5章 系统设计与分析215.1 系统原理图215.2 系统原理综述21第6章 课程设计总结23参考文献24第1章 绪论1.1 温度控制器概况电烤箱在对食物进行烤制的过程中温度的控制是关键，能否烤出美味的食物完全取决于对温度的自动控制、智能控制。所以在电烤箱的研究过程中，温度的控制尤为重要，温度控制器的研究更显得举足轻重。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从生产的温度控制器来讲，
6、总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比有着较大差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主。它只能适应一般温度控制系统，难于控制滞后、复杂、时变温度控制系统。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面。国外已有较多的成熟产品。但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后，还没有开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及现场调试确定。国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高
7、精度、智能化、小型化等方面快速发展。目前社会上温度控制大多采用智能调节器，国产调节器分辨率和精度较低，温度控制效果不是很理想，但价格便宜，国外调节器分辨率和精度较高，价格较贵。通过对智能控制算法及相关温度控制器的深入研究，设计出了一整套的温度控制系统，包括其系统软硬件组成结构。将嵌入式引进温度控制系统中，加入键盘和LCD显示。清晰显示系统的运行状态，用户也可以根据实际情况通过核心板键盘和计算机随时更改初始数据，使温控系统更加智能化，更易于操作。这种设计方法弥补了国产调节器精度较低的缺点。实验证明。系统在增量式PID算法的控制下运用ARM控制器系统的稳态精度达到0.5以内，运行速度极快。从市场角
8、度看，如果我国的大中型企业将温度控制，可以降低消耗，控制成本，从而提高生产效率。嵌入式温度控制系统符合国家提出的“节能减排”的要求，符合国家经济发展政策，具有十分广阔的市场前景。现今，应用比较成熟的如电力脱硫设备中，主控制器在主蒸汽温度控制系统中的应用，已经达到了世界前沿。电力部门1980年产生废气是现今的八倍。节约了两倍的初级能源，相当于少开采了三个中型煤矿。如今，在微电子行业中。温度控制系统也越来越重要，如单晶炉、神经网络系统的控制。因此。温度控制系统经济前景非常广泛，我国的高新精尖行业研究其应用的意义更是更加重大。 1.2 本文研究内容本文研究电烤箱温度控制器。电烤箱由电阻丝加热，功率达
9、5kW。通过传感器测量温度并调节加热功率。温度控制范围0300，可设定恒温值。研究包括CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）、 温度传感器选择及接口电路设计、温度显示、电热丝驱动电路设计、程序流程图及程序清单编写等步骤。第2章 CPU最小系统设计2.1 电烤箱加热控制器总体设计方案根据加热炉的功能和指标要求，本系统可以从元件级开始设计，选用单片机为主控机。通过连接外围控制电路，实现对加热炉温度的测量和控制。该系统以89C51单片机为核心，由温度传感器、运算放大器、A/D转换器、输入光电隔离、驱动电路、键盘、LED显示电路共同组成。在系统中，温度的设置、温度值及误差显示、控制参
10、数的设置、运行、暂停及复位等功能由键盘及显示电路完成。温度传感器把测量的电阻炉温度信号转换成弱电压信号，经过信号放大电路，送入低通滤波电路，以消除噪音和干扰，滤波后的信号输入到A/D转换器，转换成数字信号输入89C51单片机。下图为加热炉温度控制系统框图：LED显示单 片 机驱动器光电隔离晶闸管加 热 器直流电源键盘A/D转换器运算放大器温度传感器图2.1 电烤箱加热控制器设计框图温度传感器完成对电烤箱内温度的采集，运算放大器对温度传感器的采样进行放大，A/D转化器完成把模拟量转换成单片机可以识别的数字信号，单片机的CPU将对这个信号进行处理和响应，温度的数值通过LED显示器显示出来，如果还需
11、要加热，单片机会对驱动器发出指令，驱动器经过光电隔离（提高系统抗干扰能力）、晶闸管（通过控制晶闸管的导通来改变温度）使加热器的电阻丝发热，继续对电烤箱内进行加热；用户可以通过键盘对温度进行手动控制；电压同步信号完成将220V的交流电转换成单片机的工作电压直流电+5V。2.2 CPU的选择本次设计的温度控制系统精度较高，需要的I/O接口也比较多，因此采用AT89C51单片机作为本系统的微处理器。AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口。片内含4k bytes的
12、可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。因此此单片机完全能满足温度控制系统的要求。AT89C51的主要特性如下： 1、寿命达1000写/擦循环 2、 数据保留时间：10年 3、 全静态工作：0Hz24MHz 4、三级程序存储器锁定 5、128B内部RAM 4KB内部ROM 6、4个并行I/O口，共32条可单独编程
13、的I/O线 7、2个16位定时器/计数器 8、5个中断源，2个中断优先级 9、可编程串行通道 10、低功耗闲置和掉电模式 11、片内振荡器和时钟电路89C51单片机的接法及引脚功能为:VCC（40）：接5V电源 GND（20）：接地P0口（3932）：P0口为8位漏极开路双向I/O口，每个引脚可吸收8个TTL门电流。 P1口（18）：P1口是从内部提供上拉电阻器的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收和输出4个TTL门电流。 P2口（2128）：P2口为内部上拉电阻器的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收和输出4个TTL门电流。 P3口（1017）：P3口是8个带有内部上拉电阻器的双向I/O口，
14、可接收和输出4个TTL门电流，P3口也可作为AT89C51的特殊功能口。 RST（9）：复位输入。当振荡器复位时，要保持RST引脚2个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG（30）：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节，在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6，它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的，要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过1个ALE脉冲。 PSEN（29）：外部程序存储器的读选通信号。在由外部程序存储器取值期间，每个机器周期2次PSEN有效，但在访问外部数据存储器时，这2次有效的PSEN信号将不出现。 EA/VPP（31）：当EA保持低电平时，外部程序存储器地址为（0000H
