搜索
目录摘要..........................................................1第1章绪论...................................................21.1单片机的应用........................................................21.2电热炉控制中的问题..................................................21.3本设计主要内容......................................................3第2章编程软件.................................................42.1编程软件KEIL........................................................4第3章系统硬件结构设计........................................53.1系统硬件组成........................................................53.2PROTEUS原理图设计....................................................53.3硬件电路结构........................................................73.3.1主控制芯片AT89C51原理及其说明............................................93.3.2外部时钟电路.............................................................113.3.3测温模块................................................................113.3.4显示模块................................................................133.3.5开关模块................................................................133.3.6报警模块................................................................14第4章系统软件设计及调试.....................................154.1系统程序设计.......................................................154.1.1DS18B20测温程序设计.....................................................174.1.2LM016L显示程序设计...................................................................................................................18第5章总结与展望.............................................195.1总结...............................................................195.2展望...............................................................19参考文献......................................................20附录........................................................211摘要：电热炉可使用金属发热体或非金属发热体来产生热源，其构造简单，工业电热炉的主要用途是供机械工业对原材料、毛坯、机械零件加热用。温度控制对于电热炉是至关重要的。为了更好地控制温度、提高控制质量，选用单总线芯片DS18B20作为温度传感器，进行了基于单片机AT89C51的温度控制系统的设计与仿真。显示模块选用LCD显示器，控制更为简单，显示更为清晰。配以键盘模块及由二极管、蜂鸣器组成的报警模块，组合成较为完整的温度控制系统硬件。选用Proteus软件绘制电路原理图，同时选用软件Keil进行编程编译，并将Keil与Proteus联调，在Proteus中查看仿真结果，实现温度的自动控制。关键词：单片机、温度控制、Keil、Proteus仿真2第1章绪论1.1单片机的应用单片机具有体积小、可靠性高、功能强、使用方便、性能价格比高、容易产品化等特点。国际上从1970年代开始，国内自1980年代以来，单片机已广泛应用于国民经济的各个领域，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起重要的推动作用。其应用大致可分为如下几个范畴：1、在智能仪器仪表上的应用单片机具有功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。2、在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。在工业过程控制、机床控制、机器人控制、汽车控制以及飞行器制导系统等方面得到广泛应用。3、在家用电器中的应用这个领域的应用特点是量大面广并且具有价格低廉的特点，如电饭锅、电子游戏机、电视机、录音机、组合音响、洗衣机、电冰箱以至电子玩具等，都广泛地使用单片机进行控制。4、在计算机网络和通信领域中的应用现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。5、单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6、在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），需要复杂的类似于计算机的原理。又如音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。7、单片机在汽车设备领域中的应用单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，ABS防抱死系统，制动系统等等。[1]1.2电热炉控制中的问题温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数。许多生产过程都是在一定的温3度范围内进行的，甚至对温度的要求相当严格，因此生产现场需要测量温度和控制温度。温度是电热炉需要控制的主要参数。在传统的电热炉温度控制系统中，炉温控制采用温度仪表监视和人工调节相结合的方式，电热炉的电源通断大多采用交流接触器来控制。这种控制方式结构简单，但控制精度差，控制速度慢，在资源方面耗费人力且本身耗能多，控制器的噪音大，而且在控温过程中由于接触器频繁通断，经常发生触点电弧放电现象，容易造成短路，使接触器损坏，对操作人员和设备带来不利影响及安全隐患。传统的定值开关温度控制法存在温度滞后的问题，而多数传统基于常规PD控制的控制装置，存在精度不高、效率低等问题。1.3本设计主要内容本课题是基于单片机的电热炉温度控制系统的设计，要求实现温度自动控制，同时显示实际温度值和设定温度值，并控制实际温度值与设定温度值相差不超过2度，超过范围时自动报警并作出相应的动作。温度的控制图如图1-1所示。图1-1温度控制反馈图第二章中简单介绍了编程软件Keil及电路设计仿真软件Proteus。第三章介绍本设计硬件结构及所涉及的芯片、电路说明，主控制芯片采用AT89C51；由于DS1302是一种高性能的芯片，可自动计时计数，故时钟电路采用DS1302；温度传感芯片DS18B20是单总线结构芯片，结构简单，接线少，且程序编写简单，故温度采集、转换、传递采用DS18B20；LCD显示电路结构简单且软件设计也相对简单，具有低功耗特点，因此显示模块采用LCD显示。第四章简单讲述了程序的编写及Keil与Proteus联调显示的结果，具体程序见附录。本课题基于编程软件Keil和硬件电路仿真软件Proteus，在Keil软件中程序编译成功后与Proteus软件的原理图联调，仿真实现课题要求。CPU对象测温显示设定值输出值-4第2章设计编程软件2.1编程软件Keil目前流行的51系列单片机开发软件是德国Keil公司推出的KeilC51软件，它是一个基于32位Windows环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程，其6.0以上的版本将编译和仿真软件统一为μVision（通常称为μV2）。Keil提供C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等的完整开发方案，界面如图2-2所示。该软件由以下几部分组成：μVisionIDE集成开发环境、C51编译器、A51汇编器、LIB51库管理器、BL51连接/定位器、OH51目标文件生成器以及Monitor-51、RTX51实时操作系统。图2-2Keil界面keilμvision2编写程序一般步骤如下：1、新建工程2、新建源程序文件，可以是C语言或汇编语言等3、把源程序添加到工程中4、编译并生成Hex文件绘制原理图及编写程序过程见第三章、第四章，本章不再叙述。5第3章系统硬件结构设计3.1系统硬件组成系统硬件设备由以下几部分组成：⑴单片机：本系统选用AT89C51,它的片内有集成的存储器,无需外接存储器，使程序写入更加方便。⑵温度测量电路：采用美国公司生产的单总线数字式温度传感器,由于是单总线结构，具有结构简单,不需要外接电路,可用一根数据线既供电又传输数据,并且具有体积小,分辨率高,转换快等优点。⑶键盘设定电路：输入设定的温度,必须依靠键盘,这里利用单片机的P2口连接矩阵式键盘,采用扫描方式读键值，以实现温度设定。⑷温度显示电路：采用LCD显示器，电路比较简单，且在软件设计上也相对简单，具有低功耗功能，能够满足设计最优的要求。为使显示器能正常显示、稳定工作,单片机的P0口作为数据输出接口，P1口作为控制字输入端口。⑸报警电路：在系统温度达到上下限报警温度时选择发光二极管和蜂鸣器来实现这一功能。发光二极管工作时需要电流,设计时考虑了相应的控制电路。3.2Proteus原理图设计本设计采用AT89C51作为控制系统，DS18B20温度传感器采集、转换温度，显示器LM016L显示温度，用proteus画的原理图如图3-1所示：图3-1原理图6电路图的绘制过程如下：1、将所需元器件添加到对象选择器窗口。单击对象选择器按钮，如图3-2所示。图3-2选择元件弹出“PickDevices”页面，在“Keywords”输入AT89C51，系统在对象库中进行搜索查找，并将搜索结果显示在“Results”中，如图3-3所示。图3-3查找元件在“Results”栏中的列表项中，双击“AT89C51”，则可将“AT89C51”添加至对象选择器窗口。同理，添加LM016L、DS18B20、LED、DS1302等其他涉及的元器件至对象选择器窗口。如图3-4所示。图3-4对象选择器窗口72、放置元器件至图形编辑窗口在对象选择器窗口中，选中