电烤箱温度计算机控制系统设计

目录

第1章题意分析与解决方案.......................... . (1)

1.1 技术指标................................................................................ . (2)

1.2 控制方案.............................................................................. (2)

第2章硬件设计.............................................................................. . (3)

2.1 单片机电路设计............... . (4)

2.1.1 A T89C51A T89C51单片机引脚功能........。 (5)

2.1.2 A T89C51单片机时钟电路及时序 (5)

2.1.3 A T89C51单片机复位电路 (5)

2.2 温度检测电路设计................ . (6)

2.2.1 温度传感器 (8)

2.2.2 变送器....................................... . (8)

2.3 温度控制电路设计............. . (8)

2.4 键盘及显示电路设计............... . (10)

2.4.1 键盘电路设计 (10)

2.4.2 数码管显示电路设计 (11)

第3 章控制程序设计 (14)

3.2 功能模块 (14)

3.2 功能模块.................................................... . (14)

3.3 资源分配模块.............. ................................................. .. (14)

3.3 软件功能设计...... (14)

3.4.1 键盘管理..................... (15)

3.4.2 显示管理............ (16)

3.4.3 温度检测模块 (18)

3.4.4 温度控制模块 (19)

3.4.5 警告模块 (19)

3.4.6 主程序模块................................................................... .. (20)

第4 章设计结果分析及问题讨论 (22)

4.1 本次温度控制系统设计中存在的问题及其解决方法 (22)

4.2 单片机控制系统的发展方向....................................................... . (22)

结论 (23)

参考文献 (24)

附录 (25)

附录1 (25)

附录2 (25)

1 提义分析与解决方案

1.1 技术指标

电烤箱的具体指标如下：

（1）电烤箱为一封闭长方体结构，

（2）烤箱内尺寸：0.8m×0.6m×0.4m。

（3）加热器件为一1kw（220v）电热丝。

≤5分钟，超调量≤10%。

（4）从室温开始升温到100℃系统调节时间t

s

（5）控制温度范围为50～200℃连续可调。

（6）显示实时温度，显示精确到1℃。

（7）温度超出预设温度正负5℃发生报警。

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系统控制。从技术指标来看，系统对控制精度的要求不高，对升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，即但烤箱达到设定温度附近（略小于）断开电阻丝加热，当温度降到低于设定值时接通加热，从而实现恒温控制

2 硬件部分设计

系统的硬件部分包括单片机电路设计、传感器电路设计、 A/D转换电路设计、放大器电路设计、键盘及显示电路设计五部分。

图2-1 电烤箱温度控制结构

2.1 单片机电路设计

单片机的优点：

⑴有优异的性能价格比。

⑵集成度高，体积小，可靠性好。

⑶控制能力强。

⑷低功耗,低电压,便于生产便携式产品。

⑸易扩展。

目前，应用广泛的主流机型是80C51系列8位单片机。该机型具有①性能价格比高；②开发装置多；③国内技术人员熟悉；④芯片功能够用适用；⑤有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择等优点，此次我们采用美国intel公司生产的AT89C51单片机，其中主要包括有CPU、存储器（RAM和ROM）、I\O接口电路及时钟电路等

2.1.1 AT89C51单片机引脚功能

40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。

图2-3 单片机引脚图

⒈电源: ⑴ VCC - 芯片电源，接+5V；

⑵ VSS - 接地端；

⒉时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。

⒊控制线:控制线共有4根，

⑴ ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

① ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址

② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

⑵ PSEN:外ROM读选通信号。

⑶ RST/VPD:复位/备用电源。

① RST（Reset）功能：复位信号输入端。

② VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。

⑷ EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

① EA功能：内外ROM选择端。

② Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

4.I/O线

80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。

P3.0 —— RXD：串行口输入端；

P3.1 —— TXD：串行口输出端；

P3.2 —— INT0：外部中断0请求输入端；

P3.3 —— INT1：外部中断1请求输入端；

P3.4 —— T0：定时/计数器0外部信号输入端；

P3.5 —— T1：定时/计数器1外部信号输入端；

P3.6 —— WR：外RAM写选通信号输出端；

P3.7 —— RD：外RAM读选通信号输出端。

5.I/O端口结构及工作原理

(1)有4个8位并行I/O口,共32条端线：P0、P1、P2和P3口。每一个I/O口都能用作输入或输出。用作输入时，均须先写入“1”；用作输出时，P0口应外接上拉电阻。

(2)P0口的负载能力为8个LSTTL门电路；P1～P3口的负载能力为4个LSTTL门电路。

(3)在并行扩展外存储器或I/O口情况下:

①P0口用于低8位地址总线和数据总线(分时传送)

②P2口用于高8位地址总线，

③ P3口常用于第二功能，

④用户能使用的I/O口只有P1口和未用作第二功能的部分P3口端线。

2.1.2 AT89C51单片机时钟电路及时序

图2-4 AT89C51单片机时钟电路图

⑴时钟周期。

80C51振荡器产生的时钟脉冲频率的倒数，是最基本最小的定时信号。