电烤箱温度计算机控制系统设计.docx

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1、第1章题意分析与解决方案错误!未定义书签。1.1 技术指标21.2 控制方案2第2章硬件设计32.1 单片机电路设计42. 1.1AT89C51AT89C51单片机引脚功能53. 1.2AT89C51单片机时钟电路及时序54. 1.3AT89C51单片机复位电路52.2 温度检测电路设计62.2.1 温度传感器82.2.2 变送器82.3 温度控制电路设计82.4 键盘及显示电路设计错误!未定义书签。O2.4.1 键盘电路设计错误!未定义书签。O2.4.2 数码管显示电路设计错误!未定义书签。1第3章控制程序设计错误!未定义书签。43.2功能模块错误!未定义书签。43.2 功能模块错误!未定义

2、书签。43.3 资源分派模块错误!未定义书签。43.4 软件功能设计错误!未定义书签。43.4.1 键盘管理错误!未定义书签。53.4.2 显示管理错误!未定义书签。63.4.3 温度检测模块183.4.4 温度控制模块193.4.5 警告模块193.4.6 主程序模块20第4章设计结果分析及问题讨论224.1 本次温度控制系统设计中存在的问题及其解决方法224.2 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125附录2251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:O.8m0.6m0.4m0(3)加热器件为一I

3、kw(220v)电热丝。(4)从室温开始升温到100系统调节时间1.5分钟，超调量10%(5)控制温度范围为50200C连续可调。(6)显示实时温度，显示精确到1C。(7)温度超过预设温度正负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规定较高时，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，系统对控制精度的规定不高，对升温过程的线性也没有规定，因此，系统采用最简朴的通断控制方式，即但烤箱达成设定温度附近（略小于）断开电阻丝

4、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涉及单片机电路设计、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：有优异的性能价格比。集成度高，体积小，可靠性好。控制能力强。（4）低功耗,低电压,便于生产便携式产品。（5）易扩展。目前，应用广泛的主流机型是80C51系列8位单片机。该机型具有性能价格比高；开发装置多；国内技术人员熟悉；芯片功可以用合用；有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择等优点，本次我们采用美国intel公司生产的AT89C51单片机，其中重要涉及有CPU

5、、存储器（RAM和ROM）、10接口电路及时钟电路等2.1.1AT89C51单片机引脚功能40个引脚大体可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。-roo-!Ol-!02-FO3-ro4-!05-E6-107-un-Aiin一而-PiT2S-PZ4Y3一22-Ptl-P20ru三FSa一WWC一二三三P3双港口图2-3单片机引脚图1 .电源：VCC-芯片电源，接+5V；VSS-接地端；2 .时钟:XTA1.I、XT1.2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。3 .控制线:控制线共有4根，A1.E/PROG:地址锁存允许/片内EPRoM编程脉冲A1.E功能：用来锁存PO口送出的低8位地址PRoG功能

6、：片内有EPRoM的芯片，在EPRoM编程期间，此引脚输入编程脉冲。PSEN:外ROM读选通信号o(3) RST/VPD:复位/备用电源。RST(Reset)功能：复位信号输入端。VPD功能：在VCC掉电情况下，接备用电源。(4) EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。EA功能:内外ROM选择端。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、Pl、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)。P3.0RXD：串行口输入端；P3.1TXD：串

7、行口输出端；P3.2INTO：外部中断0请求输入端；P3.3INT1：外部中断1请求输入端；P3.4T0：定期/计数器。外部信号输入端；P3.5T1：定期/计数器1外部信号输入端；P3.6WR：外RAM写选通信号输出端；P3.7RD：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、PkP2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，PO口应外接上拉电阻。(2)PO口的负载能力为8个1.STT1.门电路；PIP3口的负载能力为4个1.STT1.门电路。(3)在并行扩展外存储器或I/O口情况下：PO

8、口用于低8位地址总线和数据总线(分时传送)P2口用于高8位地址总线,P3口常用于第二功能，用户能使用的I/O口只有Pl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2-4AT89C51单片机时钟电路图(b)外振荡输入时钟周期。80C51振荡器产生的时钟脉冲频率的倒数，是最基本最小的定期信号。机器周期。80C51单片机工作的基本定期单位，简称机周。机器周期是时钟周期的12倍。当时钟频率为12MHz时,机器周期为1S；当时钟频率为6MHz时，机器周期为2So2.1.3 AT89C51单片机复位电路图2-5AT89C51单片机复位电路图复位是通过某种方式，使单片

9、机内各寄存器的值变为初始状态的操作复位条件：RST引脚保持2个机器周期以上的高电平。2.2温度检测电路设计这部分涉及温度传感器，变送器和A/D转换三部分。2.2.1 温度传感器定义：运用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。这些呈现规律性变化的物理性质重要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。种类：目前，国际电工委员会(IEC)推荐了8种类型的热电偶作为标准化热电偶，即为T型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型。根据设计规定，温度控制范围为控制温度范围为50200

10、连续可调。因此我们需要一种，电阻温度系数要大并且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。电阻率高，热容量小，反映速度快。在测温范围内化学物理特性稳定的热电偶，通过查阅资料，品牌:E1.型号:NTC的热敏电阻符合我们的规定：(1)该产品为电烤箱专用温度传感器(2)具有反映速度快、性能稳定、安装方便等特点。(3)芯片类型：NTC热敏电阻。(4)电阻值范围:R=IK2023K。(5)B值范围：28005000Ko(通常使用参数:R25C=50K1%B25/50=3950+1%；(6) R25=100K1%B25/50=39501%)。(7)工作温度范围：-50+300。(8)热时间常数：VlO秒

11、。(9)绝缘强度：DC500V100MQ。(10)耐电压：AC1500V5m5S02.2.2 变送器传感器是可以受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称，通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。变送器将电阻信号转换成与温度成正比的电压，当温度在-50+300C时变送器输出03.5V左右的电压。2.2.3A/D转换A/D转换的基本概念：A/D转换的功能是把模拟量电压转换为N位数字量。设D为N位二进制数字量，UA为电压模拟量，UREF为参考电压，无论A/D或D/A,其转换关系为UA二DXUREF/2N(其中：D=D020+Dl21+D

12、N-12N-1)1、A/D转换器的重要性能指标：(1)转换精度。转换精度通常用分辨率和量化误差来描述。分辨率。分辨率=UREF/2N表达输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。N为A/D转换的位数，N越大，分辨率越高，习惯上分辨率常以A/D转换位数N表达。量化误差。量化误差是指零点和满度校准后，在整个转换范围内的最大误差。转换时间。指A/D转换器完毕一次A/D转换所需时间。转换时间越短，适应输入信号快速变化能力越强。2、A/D转换器分类按转换原理形式可分为逐次逼近式、双积分式和V/F变换式；按信号传输形式可分为并行A/D和串行A/Do图2-6AD0809内部电路图及其与51单片机连

13、接图引脚功能和典型连接电路INOIN7：8路模拟信号输入端。C、B、A：8路模拟信号转换选择端。与低8位地址中AoA2连接。由AOA2地址OoOIll选择INOIN7八路A/D通道。C1.K：外部时钟输入端。时钟频率高，A/D转换速度快。允许范围为101280KHz。通常由80C51A1.E端直接或分频后与0809C1.K端相连接。（4）DOD7：数字量输出端。0E：A/D转换结果输出允许控制端。OE=I,允许将A/D转换结果从DOD7端输出。通常由80C51的端与0809片选端（例如P2.0）通过或非门与0809OE端相连接。（6） A1.E：地址锁存允许信号输入端。0809A1.E信号有效

14、时将当前转换的通道地址锁存。START：启动A/D转换信号输入端。当START端输入一个正脉冲时，立即启动0809进行A/D转换。START端与A1.E端连在一起,由80C51WR与0809片选端(例如P2.0)通过或非门相连。(8)E0C：A/D转换结束信号输出端，高电平有效。(9) UREF(+)、UREF(一)：正负基准电压输入端。(10) Vcc：正电源电压(+5V)0GND：接地端。A/D转换器件的选择重要取决于温度的控制精度，本系统规定温度控制误差10%,采用8位A/D转换器，其最大量化误差为二，完全能满足精度规定。这里采用ADCO809作为A/D转换器。变送器输出为(T5V,则A/D转换相应的数字量为OOHFFH,既。255,则转换结果乘以(70/51-50)为温度值。2.3温度控制电路设计J3J2JlV2P2W图2-7可控硅等效图解图可控硅，是可控硅整流元件的简称：是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简朴、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。工作原理:可控硅是PINIP2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时,可以把它看作由一个PN