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基于at89c51单片机电烤箱的温度控制系统设计.doc
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基于at89c51单片机电烤箱的温度控制系统设计.doc
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目 录
前 言 ........................................................................ 1
第 1 章 概 述 ............................................................ 2
1.1 技术指标 ........................................................ 2
1.2 控制方案 ........................................................ 2
第 2 章 硬件部分设计 .................................................. 3
2.1 单片机电路设计 ................................................ 3
2.2 传感器电路设计 ................................................ 9
2.3 A/D 转换电路设计 .............................................12
2.4 放大器电路设计 ...............................................15
2.5 键盘及显示电路的设计 .......................................20
2.6 抗干扰电路设计 ...............................................23
第 3 章 软件部分设计 ...................................................27
3.1 工作流程 .......................................................27
3.2 功能模块 .......................................................27
3.3 资源分配 .......................................................27
3.4 功能软件设计 ..................................................27
结 论 .......................................................................39
谢 辞 .......................................................................40
参考文献 ...................................................................41
附 录 .......................................................................42
外文翻译资料 .............................................................43
I
前 言
随着社会的不断发展,人们对机械的应用也越来越广,进而人们对机械运动
的控制要求亦越来越高。机电控制实现了以电气来控制机械。单片机的出现使机
电控制技术突飞猛进。单片机在工业控制、仪器仪表、商用商品、家用电器以及
计算机接口等领域应用广泛。
单片机出现的历史并不长,但发展迅猛。自 1975 年美国德克斯仪器公司首次
推出 8 位单片机 TMS-1000 后才开始快速发展。1976 年 9 月,美国 Intel 公司首
次推出 MCS-48 系列 8 位单片机以后,单片机发展进入了一个新的阶段。1983 年
Intel 公司推出的 MCS-96 系列、1987 年 Intel 公司又推出的 80C96 等位 16 位单
片机。近年来各个计算机生产厂家已进入更高性能的 32 位单片机研制、生产阶段。
单片机发展之快、品种之多。其中最常用的主要有:AT89 系列单片机、AVR 单片
机 Motorola 公司的 M68HC08 系列单片机以及 PIC 单片机。随着社会的发展,单片
机的特点体现在体积小、可靠性高、使用方便等方面。
根据温度控制的特点,本次设计采用 AT89C51 单片机为控制核心,采用数字
PID 控制算法。实现对电烤箱的温度控制。通过本次设计进一步详细说明单片机
控制系统在社会生活中的应用。为以后进一步应用单片机系统提供帮助。
1
第 1 章 概 述
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:
(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 控制方案
产品的工艺不同,控制温度的精度也不同,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
第 2 章 硬件部分设计
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。
人机对话部分
温度显示
键盘
主机
温度检测部
分
A/D转换器
温度控制部
分
变送器
热电阻
声音报警
光耦 驱动器
可控硅
调功器
电炉
图 2-1 电烤箱温度控制系统结构
2.1 单片机电路设计
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)、I\O 接口电路及时钟电路等部分组成。
一 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
3
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。
① 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
②.程序状态寄存器
程序状态寄存器 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.
③. 控制器
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