《基于MCS-51单片机的温度控制系统》.doc

引 言 随着计算机技术尤其是单片微型计算机的发展，人们已愈来愈多地采用单片机来对一些工业过程中的诸如温度、流量和压力等参数进行检测和控制。在工业生产及科学实验等领域，温度是极为普遍却又极为重要的热工参数之一。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。 电炉是工业热处理生产中广泛采用的一种设备，由于工业电炉属于大滞后控制对象，且加热功率很大，因此有效地提高炉温的控制精度不仅能保证工件热处理的质量，而且能大大降低能耗。传统的电阻炉温度控制系统一般采用电位差计式控制方法，其主要缺点是：控温精度低且浪费能源，特别是对控温精度要求高的热处理工件用传统方法是难以实现的。此报告提出的电炉微机系统的设计方法是以8031单片机为核心，加上智能控制算法PID，不仅控温精度高，节约能源，而且功能齐全，操作方便，可靠性高。 本课题主要研究16位单片机MCS-51的原理及其应用。利用MCS-51实现工业现场的温度控制，在控制算法上尝试采用PID、模糊控制和模糊PID控制算法，采用汇编语言或C语言编程。 概述 １.1　单片机简介 单片机通常是指芯片本身，它是由芯片制造商生产的，在它上面集成的是一些作为基本组成部分的运算电路、控制器电路、存储器、中断系统、定时器/计数器以及输入/输出口电路等。但单片机只有一个芯片，而单片机系统则是在单片机芯片的基础上扩展其他电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。单片机应用系统是为控制应用而设计的，该系统与控制对象结合在一起使用是单片机开发应用的成果。单片机的控制应用十分广泛，可概括为两个方面：计算机在控制系统中的离线应用和在线应用。 单片机的发展趋势：单片机今后将向多功能，高性能，高速度，低电压，低功耗，低价格，外围电路内装化以及片内存储器容量增加的方向发展。可以预言，今后的单片机将是功能更强，集成高和可靠性更高而功耗更低，以及使用更方便。 通常单片机应用现场的环境比较恶劣，电磁干扰，电源波动，冲击震动，高低温等因素都会影响系统工作的稳定。所以稳定和可靠性在单片机的应用中具有格外重要的意义。在单片机芯片方面，大规模系统集成和总线结构是单片机稳定可靠的根本保证。在软件方面，软件固化也是系统可靠性的一个保证。除了芯片本身的因素外，为提高单片机应用系统的稳定性和可靠性，还要在系统的设计和工艺中，有针对的采用一些提高稳定性和可靠性的技术。 单片机的应用有利于产品的小型化，多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等。单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。 １.2 MCS-51系列单片机概述 MCS-51是一个单片机系列产品，具有多种芯片型号。具体说，按其内部资源配置的不同，MCS-51可分为两个子系列和4种类型，按资源配置数量，MCS-51系列分为51和52两个子系列。单片机内部程序存储器的配置共有：不含有内部程序存储器、掩模型只读存储器、紫外线擦除可编程只读存储器，电擦除可编程存储器4种类型。 1.2.1 MCS-51单片机的硬件结构 MCS-51单片机如果按功能划分，它有8个部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。他们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依然是采用CPU加上外国芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。 下面对个功能部件作进一步的说明： 数据存储器：片内为128个字节（单元），片外最多可外扩至64K字节。 程序存储器：8031无此部件；8051为4KROM；8751则为4KEPROM。片外最多可外扩至64K字节。 中断系统：具有5个中断源，2级中断优先权。 定时器/计数器：2个16位的定时器/计数器，具有4种工作方式。 串行口：1个全双工的串行口，具有4种工作方式。 P1口、P2口、P3口、P4口；为四个并行8位I/O口。 特殊功能寄存器：共有21个，用于对片内各功能模块进行管理、控制、监视。 微处理器：为8位的CPU，且内含一个1位CPU，不仅可处理字节数据，还可以进行变量的处理。 8 8 Vcc Vss XTAL1 XTAL2 8 8 PSEN EA ALE RESET 图1—1 MCS-51单片机的片内结构 1.2.2 M