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1、基于单片机对加热炉温度控制系统 本科毕业论文（设计）题 目： 基于单片机对加热炉温度控制系统 二O一 年 6 月 1 日目录摘要 2 绪 论- 3 -第1章 单片机对加热炉温度控制的简介 4 第2章 单片机内部结构及引脚作用简介- 5 2.1单片机内部模块 5 -2。1。1 MCS51单片机内部结构- 5 2.1.2 主电源引脚- 6 -2.1。3 外接晶体引脚 6 -2.1.4 MCS-51 输入/输出引脚 6 -2.1。5 MCS51控制线 6 -2.2单片机外总线结构- 7 2.3 MCS-51单片机系统扩展 7 -第三章 硬件系统设计- 8 -3.1 总体设计 8 -3。2 程序存储器
2、的扩展- 9 3.3温控模块的设计 10 -3.4 8155接口电路 11 3.4。1 8155简介- 11 -3.4。2 8155的RAM和I/O口地址编码- 11 3。5 A/D转换电路- 12 -3.5.1引脚结构 13 3。6 可控硅控制电路- 13 -第四章 软件系统设计- 15 -4。1 主程序- 15 -4.2 T0中断服务程序- 16 4。3 采样子程序 18 -4。4 数字滤波程序 18 总结 20 参考文献- 21 附录- 22 -程序清单 22 基于单片机对加热炉温度控制系统摘要随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉中温度进行监测和控制.采用单片机来对他们控制不仅具有控
3、制方便，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，从而能够大大的提高产品的质量和数量。本设计采用无ROM的8031作为主控制芯片。8031的接口电路有8155、2764.8155用于键盘/LED显示器接口，2764可作为8031的外部ROM存储器。其中温度控制电路是通过可控硅调功器实现的。双向可控硅管和加热丝串联接在交流220V，50HZ交流试点回路,在给定周期内，8031只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。关键字：温度控制；接口电路;可控硅Temperature Control System of heating furnace Based
4、on SCMAbstractAlong with national economy development, the people need to each heating furnace the temperature carry on the monitor and the control。 Not only uses the monolithic integrated circuit to come to them to control has the control to be convenient, simple and flexibility big and so on merit
5、s， moreover may enhance large scale is accused the temperature technical specification, thus can big enhance the product the quality and quantity。This design uses non-ROM 8031 to take the master control chip. 8031 connection electric circuits have 8155、2764.8155 uses in the keyboard /LED monitor con
6、nection, 2764 may take 8031 exterior ROM memories,one temperaturecontrol circuit is adjusts the merit realization through the silicon-controlled rectifier. The bidirectional silicon-controlled rectifier tube and the heater series connection in exchange 220V,50HZ exchange city electricity return rout
7、e, in assigns in the cycle, 8031 so long as the change silicon-controlled rectifier tube puts through the time then to be possible to change the heater power, achieves the attemperation the goal。Key words:Temperature control;Connection electric circuit；Silicon-controlled rectifier绪 论温度控制系统在国内各行各业的应用
8、虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距.成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用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，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着我国经济的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用
9、已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数.然而所采用的测温元件和测量方法也不相同;产品的工艺不同,控制温度的精度也不相同.因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度,高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器,其主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID
10、控制,模糊控制,神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便,而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率.本系统所使用的加热器件是电炉丝，功率为三千瓦,要求温度在4001000。静态控制精度为2。43。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强,特别是体积小，重量轻，耗能低,可靠性高,抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途.本系统使用8031单片机,使温度控制大为简便.第1章 单片机对加热炉温度控制的简介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
11、.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。单片机的温度控制是数字控制系统的一个应用。本系统所使用的加热炉为电加热炉，炉丝功率为3kw，系统要求炉膛恒温，误差为士2,超调量可能小,温度上升较快且有良好的稳定性.单片机温度控制系统是以MS5l单片机为控制核心，辅以采样反馈电路，驱动电路,晶闸管主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1.1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，启动运行后,通过信号采集电路将温度信号采集到后,送到A/D 转换
12、电路将信号转换成数字量送入单片机系统进行PID 控制运算，将控制量输出，控制电阻炉的加热。给定值采样电路输出温度被控对象晶闸管主电路驱动电路8031控制电路图1。1 原理框图第2章 单片机内部结构及引脚作用简介单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单片机，是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器/计数器、中断控制器及串型和并行I/O接口等部件。单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点。单片机是微型计
13、算机的一个重要分支，特别适合用于智能控制系统。基于经济上的的考虑，以及本次设计的加热炉的精度要求，选用8031单片机作为中央处理器。8031是MCS51系列单片机的一种型号，在MCS51系列单片机中还有8051、8032、80C31等。2.1单片机内部模块2.1。1 MCS-51单片机内部结构MCS-51系列单片机组成结构中包含运算器、控制器、片内存储器、4个I/O口、串行图2.1单片机的内部结构框图口、定时器/计数器、中断系统、振荡器等功能部件。图2。1中SP是堆栈指针寄存器,PC是程序计数器，PSW是程序状态字寄存器，DPTR是数据指针寄存器。 2.1.2 主电源引脚Vcc(40脚)：接+
14、5V电源正端。Vss（20脚）：接+5V电源地端。2.1。3 外接晶体引脚XTAL1(19脚）和XTAL2（18脚）：接外部晶振的两个引脚。2.1.4 MCS51 输入/输出引脚MCS-51单片机有4个I/O端口,共32根I/O线，4个端口都是准双向口。每个口都包含一个锁存器，即专用寄存器P0-P3,一个输出驱动器和输入缓冲器。为方便起见，我们把4个端口和其中的锁存器都统称P0-P3。 在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送.在无片外扩展存储器的系统中,这4个口的每一位均可作为双向的I/O口使用。P0口:可作为一般的I/O口用，但应用系统采用外部总线结
15、构时，它分时作低8位地址和8位双向数据总线用。P1口：每一位均可独立作为I/O口。P2口:可作为一般I/O口用，但应用系统采用外部系统采用总线结构时，它分时作为高8位地址线。 P3口：双功能口。作为第一功能使用时同P1口，每一位均可独立作为I/O口。另外，每一位均具有第二功能，每一位的两个功能不能同时使用.2.1.5 MCS-51控制线RST/Vpd（9脚)：RST即为RESET,Vpd为备用电源。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机震荡工作时,该引脚上将出现持续两个机器周期的高电平，这时可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。当Vcc发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚上可接备用电源Vpd（+5V)为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失.ALE/PROG（30脚）:地址锁存有效信号输出端。ALE在每个机器周期内输出两个脉冲。在访问片外程序存储器期间，下降沿用于控制锁存P0输出端的低八位地址；在不访问片外程序存储器期间，可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。 PSEN（29脚）：片外程序存储器选通信号
