基于AT89C51单片机电烤箱的温度控制系统设计-.doc

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  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。 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。 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。 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、