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1、电烤箱温度控制系统毕业设计目录1绪论11.1技术指标11.2系统方案11.2.1PLC温度控制系统11.2.2单片机温度控制系统21.3选择控制方案22硬件设计42.1 单片机电路设计42.1.1中央处理器CPU42.1.2 AT89C51单片机引脚功能52.1.3 AT89C51单片机的存储器结构72.1.4 AT89C51单片机的并行I/O端口72.1.5 AT89C51单片机时钟电路及时序82.1.6复位电路82.1.7 AT89C51单片机的指令系统92.1.8 74LS37392.2 传感器电路设计102.2.1传感器概述102.2.2传感器的基本特性102.2.3热电阻的测量电路及
2、应用122.3 A/D转换电路设计122.3.1逐次逼近型A/D转换器ADC0809122.3.2 AT89C51单片机与ADC0809接口142.4 放大器电路设计142.5 键盘及显示电路的设计162.5.1键盘接口电路162.6 抗干扰电路设计192.6.1电磁干扰的形成因素192.6.2干扰的分类192.6.3单片机应用系统电磁干扰控制的一般方法192.6.4硬件抗干扰措施203软件设计223.1工作流程223.2功能模块223.3资源分配22363.4软件部分设计223.4.1键盘管理223.4.2温度显示253.4.3温度检测263.4.4温度控制283.4.5温度越限报警303.
3、4.6主程序和中断服务子程序31总结33致谢34参考文献35附 录36摘要随着机电控制技术的发展，主要体现出了单片机和PLC两种控制方式。本设计采用单片机控制。单片机在日常生活中的运用越来越广泛。温度控制在工业生产中经常遇到。从石油化工到电力生产，从冶金到建材，从食品到机械都要对温度进行控制.甚至在有些产品生产过程中温度的控制直接影响到产品的质量。单片机温度控制无论是现在还是未来都会起到重要作用。本文介绍了以AT89C51单片机为核心的电烤箱温度控制系统。电烤箱的温度控制系统有两个部分组成：硬件部分和软件部分。其中硬件部分包括：单片机电路、传感器电路、放大器电路、转换器电路、以及键盘和显示电路
4、。软件部分包括：主程序、运算控制程序、以及各功能实现模块的程序。文章最后对本设计进行了总结。对温度控制系统的发展提出了几点建议。关键词:单片机;传感器; 控制程序1绪论温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。根据温度变化快慢，并且控制精度不易掌握等特点，本文电烤箱的温度控制为模型，设计了以AT89C51单片机为检测控制中心的温度控制系统。温度控制采用PID数字控制算法，显示采用3位LED静态显示。该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强的通用性。1.1技术指标 电烤箱的具体指标如下
5、： (1) 电烤箱由2 kW电炉加热，最高温度为500。 (2) 电烤箱温度可预置，烤干过程恒温控制，温度控制误差2。 (3) 预置时显示设定温度，烤干时显示实时温度，显示精确到1。(4) 温度超出预置温度5时发声报警。(5) 对升降温过程的线性没有要求。1.2系统方案1.2.1PLC温度控制系统(1)PLC的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术操作等面向用户的指令，并通过数字化或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。(2)PLC的特点现代工业生产是复杂多样的，它
6、们对控制的要求也各不相同1.可靠性高，抗干扰能力强：PLC用软件取代了继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，接线可减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了因触点接触不良造成的故障。2.硬件配套齐全，使用方便，适应性强：PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的硬件装置。3.编程方法简单易学：梯形图是使用的最多的PLC编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易用，熟悉继电器电路图的电气技术人员只需花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。4.系统的设计、安装、调试工作量少：PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继
7、电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序可以用顺序控制设计法来设计。这种设计方法很有规律，容易掌握。可以在实验室模拟调试PLC的程序，用小开关来模拟输入信号，通过个输出点对应的发光二极管的状态来观察输出信号的状态，调试的时间比继电器系统少的多。5.功能强，性能价格比高：一台小型的PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。6.维修工作量小，维修方便：PLC的故障率很低，并且有完善的故障诊断功能。PLC或外部的输入装置和
8、执行机构发生故障时，根据PLC上的发光二极管或编程软件提供的信息，可以很方便地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。1.2.2单片机温度控制系统(1)单片机的定义单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器、RAM、只读存储器、ROM多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算系统。（2）单片机的特点：1. 有优异的性能价格比。 2. 集成度高，体积小，可靠性好。 3.控制能力强。 4.低功耗,低电压,便于生
9、产便携式产品。5.易扩展。目前，应用广泛的主流机型是80C51系列8位单片机。该机型具有性能价格比高；开发装置多；国内技术人员熟悉；芯片功能够用适用；有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择等优点，此次我们采用美国intel公司生产的AT89C51单片机，其中主要包括有CPU、存储器（RAM和ROM）、IO接口电路及时钟电路等1.3选择控制方案通过比较单片机与PLC的性价比，本文电烤箱的温度控制为模型，设计了以AT89C51单片机为检测控制中心的温度控制系统。温度控制采用PID数字控制算法，显示采用3位LED静态显示。该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强的通用性。产品的工艺不同，控制温度
10、的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同。就温度控制系统的动态特性来讲，基本上都是具有纯滞后的一阶环节，当系统精度及温控的线性性能要求较高时，多采用PID算法来实现温度控制。本系统是一个典型的闭环控制系统。从技术指标可以看出，系统对控制精度的要求不高，对升降温过程的线性也没有要求，因此，系统采用最简单的通断控制方式，即当烘干箱温度达到设定值时断开加热电炉，当温度降到低于某值时接通电炉开始加热，从而保持恒温控制。 2硬件设计系统的硬件部分包括单片机电路、A/D转换器电路、放大器电路、传感器电路、键盘及显示电路五部分。其各部分连接关系如图2.1所示。 图2.1电烤箱温度控制系统结构2.1 单片机电
11、路设计随着社会的发展，单片机以其体积小、可靠性高、使用方便等特点在社会生活中达到广泛应用。根据温度控制的特点，本次设计采用AT89C51单片机。以下对其进行详细介绍。AT89C51单片机是美国Intel公司的8位高档单片机系列。也是目前应用最为广泛的一种单片机系列。其内部结构简化框图如下所示。AT89C51系列单片机主要有CPU、存储器（包括RAM和ROM）、IO接口电路及时钟电路等部分组成。2.1.1中央处理器CPU中央处理器CPU是单片机的核心。是计算机的控制指挥中心。同一般微机的CPU类似。AT89C51单片机内部CPU包括控制器和运算器两部分。如图2-2AT89C51单片机内部结构简化
12、框图1.运算器AT89C51运算器电路以算术逻辑单元ALU为核心。有累加器ACC、寄存器B、暂存器1、暂存器2、程序状态寄存器PSW和布尔处理机共同组成。它主要完成数据的算术运算、逻辑运算、位变量处理和数据传输等操作。运算结果的状态由程序寄存器PSW保存。算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄存器B算术逻辑单元ALU不但能完成8位二进制的加、减、乘、除等算数运算。而且还能对8位变量进行逻辑“与”“或”“异或”循环位移等逻辑运算。累加器ACC(简称累加器A) 为一个8位寄存器，它是CPU中使用最频繁的寄存器。专门存放操作数或运算结果。图2.2 AT89C51单片机内部结构简化框图程序状态寄存器程序
13、状态寄存器PSW是一个8位的状态寄存器。用于存放标志寄存器。用于存放指令执行后的状态，以供程序查询和判别。PSW各位的状态通常是在指令执行的过程中自动设置的。但可以由用户根据需要指令加以改变。状态寄存器共有进位标志位CY、辅助进位标志位（或称半进位）AC、用户自定义标志位F0、工作寄存器组选择位RS1、RS0、溢出标志位OV、奇偶标志位P.控制器控制部件是单片机的神经中枢。它包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器和定时器控制电路等。它先以主振频率为基准发出CPU的时序对指令进行译码，然后发出各种控制信号。完成一系列定时控制的微操作。用来协调单
14、片机各部分正常工作。2.1.2 AT89C51单片机引脚功能AT89C51系列单片机的封装形式有两种：一种是双列直插方式封装；另一种是方形封装。AT89C51单片机40个引脚及总线结构图如下所示。其CMOS工艺制造的低地功耗芯片也有采用方形封装的。但为44个引脚，其中4个引脚是不使用的。由于89C51单片机是高性能的单片机。同时受到引脚数目的限制，所以有部分引脚具有第二功能。如图2.3单片机引脚图。1.主电源引脚主电源引脚两根：VCC接+5V电源正端；VSS接+5V电源地端。2.外接晶体引脚两根XTAL1:接外部石英体和微调电源的一端。XTAL2:接外部晶体和微调电容的另一端。其中，对用外部时
15、钟时，对于HMOS单片机,XTAL1脚接地，XTAL2脚作为外部振荡信号的输入端。对CHMOS单片机XTAL1脚作为外部振荡信号的输入端，XTAL2脚空不接。 图2.3 单片机引脚图3.引脚功能IO引脚共32根。PO口：P0.0-P0.7统称为PO口是8位双向I/O口线。P0口即可作为地址/数据总线使用，又可作为通用的I/O口线。在不接片外存储器与不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展I/O时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。 P1口：P1.0-P1.7统称为P1口。是8位准双向I/O口线。P1口作为通用的I/O口使用。 P2口：P2.0-P2.7统称为P2口。是8位准双向I/O口线。P2口即可作为通用的I/O口使用。也可作为片外存储器的高8位地址线。与P0口组成16位片外存储器单元地址。 P3口：P3.
