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计算机控制技术课程设计电烤箱温度控制系统设计学生姓名*******学号************学院名称************专业名称****************指导教师********2012年6月18日徐州工程学院计算机控制技术课程设计I目录1概述..............................................................11.1技术指标.......................................................11.2控制方案.......................................................12硬件部分设计........................................................22.1单片机电路设计.................................................22.1.1AT89C51单片机引脚功能......................................32.1.2AT89C51单片机的并行I/O端口................................42.1.3AT89C51单片机时钟电路及时序................................32.1.4复位电路...................................错误!未定义书签。2.1.5AT89C51单片机的指令系统....................................62.2传感器电路设计.................................................62.2.1传感器概述.................................................62.2.2传感器的基本特性...........................................62.2.3热电阻的测量电路及应用.....................................62.3A/D转换电路设计................................................72.3.1逐次逼近型A/D转换器ADC0809................................72.4放大器电路设计.................................................92.4.1直流放大器电路.............................................92.4.2运算放大器电路..............................................92.4.3集成运算放大器概述........................................102.5键盘及显示电路的设计..........................................112.5.1键盘接口电路..............................................112.6抗干扰电路设计................................................133软件部分设计......................................................153.1工作流程......................................................153.2功能模块......................................................153.3资源分配......................................................15徐州工程学院计算机控制技术课程设计II3.4功能软件设计..................................................153.4.1键盘管理模块..............................................153.4.2显示模块..................................................163.4.3温度检测模块..............................................173.4.4温度控制模块..............................................183.4.5温度越限报警模块..........................................193.4.6主程序和中断服务子程序....................................204结论.............................................................21参考文献.............................................................22徐州工程学院计算机控制技术课程设计11概述温度控制是工业生产过程中经常遇到的控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。根据温度变化快慢的特点，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：a.电烤箱为一封闭长方体结构，烤箱内尺寸：0.8m×0.6m×0.4m，加热器件为-1kw（220v）电热丝。b.当控制设定100℃时，从室温开始升温要求控制系统调节时间ts≤5分钟，超调量≤10%。c.要求控制温度范围为50～200℃连续可调。d.用数码管实时显示箱内温度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的特性来讲，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算法来实现温度的控制。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，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，从而保持恒温的控制。徐州工程学院计算机控制技术课程设计22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、放大器、传感器、键盘及显示电路五大部分。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单片机电路设计根据温度控制特点，本次设计采用AT89C51。AT89C51单片机是美国Intel公司的8位高档单片机的系列。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，I\O接口电路及时钟电路等部分组成。图2-2AT89C51单片机内部结构简化框图主机温度显示键盘声音报警A/D转换器变送器热电阻光耦驱动器可控硅调功器电炉人机对话部分温度检测部分温度控制部分徐州工程学院计算机控制技术课程设计32.1.1AT89C51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的封装；另一种是方形的封装。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的封装。但为44个引脚，其中4个引脚是不使用的。由于at89C51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。a.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。b.外接晶体引脚两根XTAL1:接外部石英体和微调电源一端。XTAL2:接外部晶体和微调电容另一端。其中，对用外部时钟时，对于HMOS单片机,XTAL1脚接地，XTAL2脚作为外部振荡信号输入端。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I\O引脚共32根。1．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的总线。徐州工程学院计算机控制技术课程设计42．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I/O口使用。3．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口的第二功能如下表所示：P3口的第二功能P3.0RXD串行口输入P3.1TXD串行口输出P3.20IM外部中断0输入P3.31IM外部中断1输入P3.4T0定时/计数器0计数输入P3.5T1定时/计数器1输入P3.6WR片外RAM写选通信号（输出）P3.7RD片外RAM读选通信号（输出）2.1.2AT89C51单片机的并行I/O端口AT89C51单片机有4个8位并行I/O端口（P0、P1、P2、P3）每个端口都各有8条I/O口线，每条I/O口线都独立地用作输入输出，在具有片外扩展存储器的系统中，P2口送出高8位地址，P0口分时送出低8位地址和8位数据。各端口的功能不同，结构上也有差异，但是每个端口的8位结构是完全相同的。如图2-4I/O口位结构图所示。a.P0口，P0口是一个三态双向口，可作为地址/数据分时复用口，也可作为通用I/O接口。b.P1口，P1口为准双向口，它在结构上与P0口的区别在与输出驱动部分。其输出驱动部分由场效应管V1与内部上拉电阻组成，当某位输出高电平时，可以提供上拉电流负载，不必像P0口上那样需要外接上拉电阻。c.P2口，P2口也为准双向口。其具有通用I/O接口或高8位地址总线输出两种功能，所以其输出驱动结构比P1口输出驱动结构多了一个输出模拟转换开关MUX和反相器3。d.P3口P3口的输出驱动由与非门3和V1组成，比P0、P1、P2口结构多了一个缓冲器4。P3口除了可为通用准双向I/O接口外，每一根线还具有第二功能。徐州工程学院计算机控制技术课程设计5图2-4I/O口位结构图2.1.3AT89C51单片机时钟电路及时序a.时钟电路AT89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一种是内部的方式，一种是外部的方式。图2-5、2-6所示。b.时序AT89C51单片机指令字节数和机器周期数可分为六类。即单字节单机器周期指令、单字节双机器周期指令、单字节四机器周期指令、双字节单机器指令、双字节双机器周期指令和三字节双机器周期指令。图2-5内部方式时钟电路图2-6外部方式时钟电路徐州工程学院计算机控制技术课程设计62.1.4复位电路复位是通过某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初值状态操作，AT89C51单片机在时钟电路工作以后，在RST/VPD端持续给出两个机器周期的高电平就可以完成复位操作。复位分为上电复位和按键手动复位两种方式。AT89C51单片机复位状态如下所示：寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0-P1OFFHIPXXX00000BIE0XX00000BTMOD0