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1、目录摘要：3Abstract3第一章 绪论411 课题的背景与意义412 课题的应用与展望413 课题举例简介5第二章 总体方案621 系统结构622 具体设计考虑6第三章 元器件简介731 AT89C51单片机7311 概述7312 主要特性8313 引脚功能832 AD590温度传感器10321 概述10322 主要特性11323 AD590工作原理1133 ADC0809模数转换器13331 主要特性13332 ADC0809工作原理13第四章 硬件设计1441 扩展外围接口1442 温度控制电路1543 温度检测电路设计15431 设计目标15432 设计的出发点16433 设计原理1
2、6434 转换电路16435 信号处理电路17436 主电路1844 光电隔离电路1945 过零检测电路1946 PID控制算法20461 PID控制作用20462 PID算法的微机实现20463 PID算法的程序设计21第五章 软件设计2251 设计步骤23511 画出系统的程序框图23512 内存分配24第六章 系统调试2661 硬件调试方法26611 常见的硬件故障26612 联机调试27613 脱机调试2862 软件调试方法2863 误差分析29第七章 结论29参考文献30致谢31附录A32外文原文32中文翻译39附录B45附录C55单片机温度控制系统的设计与实现摘要：本文主要从硬件和
3、软件两方面介绍了MCS-51单片机温度控制系统的设计思路，简单说明如何实现对温度的控制，并对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。还介绍了在单片机温度控制系统的软硬件设计中的一些主要技术关键环节,该系统主要以8031单片机为核心,由温度检测电路,模/数转换电路, 过零检测电路, 报警与指示电路, 光电隔离与功率放大电路等构成。但用AT89C51单片机设计的温度检测电路是本次设计的主要内容，是整个单片机温度控制系统设计中不可缺少的一部分，该系统对温度进行了实时采集与检测。本设计介绍的单片机温度自动控制系统的主要内容包括：系统方案、元器件选择、系统理论分析、硬件设计、软件设计、系统调试及主要技术性能
4、参数。关键词：单片机；温度传感器；温度检测；温度控制；PID算法Abstract：The design of single-chips temperature control system is introduced from hardware and software, and simply explains how to actualize the temperature control. The hardware principle and software case fig are described. Some important techniques in a design sch
5、eme of the hardware and the software of the temperature control by single-chip microcomputer are introduced. The system mostly takes 8031 single-chip microcomputer as core, it is structured by temperature testing circuit, A/D switch circuit, zero passage testing circuit, warning and indication circu
6、it, optical-electrical isolation and power amplifier circuit and so on.The main content of this design is temperature testing circuit that uses AT89C51 single-chip microcomputer .It is a part of the whole design that cannot be lacked. The system is used to collect and control temperature in real tim
7、e. The temperature automatic control system based on single-chip microcomputer is described in the article including system scheme，parts of an apparatus choice, theoretical analysis，the design of hardware and software, system testing，and the main technical performance parameters Key Words：SingleChip
8、 Microcomputer；Temperature sensor；Temperature collecting；Temperature controlling；PID algorithm 第一章 绪论11 课题的背景与意义在近四十年的时间里，电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模集成电路这样四个阶段，尤其是随着半导体集成技术的飞跃发展，七十年代初诞生了一代新型的电子计算机微型计算机，使得计算机应用日益广泛；而单片微型计算机的问世，则更进一步推动了这一发展趋势，使计算机应用渗透到各行各业，达到了前所未有的普及程度。一个由微电子技术为先导，计算机技术为标志，包括新材料、
9、宇航、生物工程、海洋工程等多种学科在内的新技术革命正在兴起。 在国内，由于单片机具有功能强、体积小、可靠性好、和价格低廉等独特优点，因此，在智能仪器仪表、工业自动控制、计算机智能终端、家用电器、儿童玩具等许多方面，都已得到了很好的应用，因而受到人们高度重视，取得了一系列科研成果，成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种，具有广阔的发展前景。12 课题的应用与展望 随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。伴随着科学技术的发展，电子技术有了更高的飞跃，我们现在完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，而
10、且我们可以很容易地做到多点的温度检测，如果对此原理图稍加改进，我们还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械等工业中，具有举足重轻的作用，因此,温度控制系统是典型的控制系统。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低 范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之
11、而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。目前, 单片微机已普遍地作用于生产过程的自动控制领域中。单片机以其体积小、价格低廉、可用其构成计算机控制系统中的智能控制单元和可靠性高等特点, 受到广大工程技术人员的重视。温度是生产过程中最常见的物理量, 许多生产过程是以温度作为其被控参数的。因此,温度控制系统是典型的控制系统。13 课题举例简介在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-5
12、1单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态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，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。下面介绍一种功能简化后的温度控制系统的设计过程。假设某烘干道采用过热蒸汽为热源，蒸汽管道经热交换器加热空气并通过风机向烘箱送热风实现对胶布（带）的循环加热，烘箱的温度变化范围为0120。根据工艺要求，系统需实现如下功能和指标： 温度给定值在85左右且现场可调； 温度控制误差2； 实时显示温度值，保留1位小数；温度超过给定值10时声光报警； 控制参数可在线修改。第二章 总体方案根据功能和指标要求
13、，本系统可以从元件级开始设计，选用MCS-51单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对烘箱温度的测量和控制。21 系统结构该系统以89C51单片机为核心，由温度测量变换、测量放大、大功率运放、A/D与D/A转换器、输入光电隔离、驱动电路、键盘显示、存储器共同组成。在系统中，温度和时间的设置、温度值及误差显示、控制参数得设置、运行、暂停及复位等功能由键盘及显示电路完成。图2-1 单片机温度控制系统方案原理示意图传感器把测量的烘箱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（ADC0809）转换成数字信号输入主机（单片机8
14、031）。22 具体设计考虑1、由于温度测量范围为0120，控制精度也不高，可选用8路8位ADC0809作A/D转换器，分辨率可达0.5；为了方便操作，系统可不扩展专用键盘，温度给定输入可用2位BCD码拨盘开关置数；温度显示可用4位LED；为了实现通过调节蒸汽流量控温，可扩展8位DAC0832作D/A转换器。于是，单片机基本系统应为：8031+2764+8255+ADC0809+DAC0832+4位LED。2、温度测量可以选用半导体集成温度传感器AD590，它的响应速度快，与单片机接口简单。其测温范围为-55+150，工作电压430V，输出电流与绝对温度成正比，即为1A/K。执行机构可选用ZK
15、ZP-型线性电动单座调节阀，用它来调节通入烘箱的蒸汽流量。调节阀用D/A转换器输出的可调电流控制，0mA对应阀门完全关闭，10mA对应阀门全打开。 3、可采用带死区的比例积分（PI）控制算法实现对温度的控制。烘箱温度与给定值的偏差小时，调节阀不动作，以减少阀的机械磨损；偏差较大时，经PI算法运算后，单片机通过D/A输出控制信号控制阀门的开度，为了使控制参数现场可调，可用3个电位器产生3路可调电压经过A/D转换实现对A/D转换，实现对PI算法的3个参数（比例系数Kp、积分系数KI、控制周期Tc）在线整定。这种方法不仅可使参数调整方便，而且具有掉电保护功能。4、为了提高系统的抗干扰能力，D/A转换器与单片机之间进行光电隔离。使电动阀和单片机之间不共地。第三章 元器件简介31 AT89C51单片机311 概述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
