1、I遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)單片機原理及接口技術(shù)單片機原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）題目：題目： 電烤箱加熱控制器設(shè)計電烤箱加熱控制器設(shè)計 院（系）：院（系）： 光伏學(xué)院光伏學(xué)院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 電氣電氣122122 學(xué)學(xué) 號：號： 121803043121803043 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 董越董越 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時間：起止時間： 本科生課程設(shè)計（論文）II課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：光伏學(xué)院 教研室： 注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算學(xué) 號121803043學(xué)生姓名董越專業(yè)班

2、級電氣122課程設(shè)計（論文）題目電烤箱加熱控制器設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務(wù)電烤箱由電阻絲加熱，功率達(dá) 5kW。通過傳感器測量溫度并調(diào)節(jié)加熱功率。溫度控制范圍 0300，可設(shè)定恒溫值。設(shè)計任務(wù)：設(shè)計任務(wù)：1. CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計（包括 CPU 選擇，晶振電路，復(fù)位電路）2. 溫度傳感器選擇及接口電路設(shè)計3. 溫度顯示、電熱絲驅(qū)動電路設(shè)計4 . 程序流程圖及程序清單編寫技術(shù)參數(shù)：技術(shù)參數(shù)：1溫度控制范圍 0300，功率達(dá) 5kW2工作電源 220V設(shè)計要求設(shè)計要求：1、分析系統(tǒng)功能，選擇合適的單片機及傳感器，溫度檢測電路設(shè)計等；2、應(yīng)用專業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫、

3、打印設(shè)計說明書一份，其中程序開發(fā)要有詳細(xì)的軟件設(shè)計說明，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的工作過程，字?jǐn)?shù)應(yīng)在 4000 字以上。進(jìn)度計劃第 1 天 查閱收集資料第 2 天 總體設(shè)計方案的確定第 4 天 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計第 5 天 傳感器選擇及其接口電路設(shè)計第 6 天溫度顯示、電熱絲驅(qū)動電路及電源電路設(shè)計第 7 天 程序流程圖設(shè)計第 8 天 軟件編寫與調(diào)試第 9 天 設(shè)計說明書完成第 10 天 答辯指導(dǎo)教師評語及成績 平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日本科生課程設(shè)計（論文）III摘 要家用電烤箱是一種具有自動控溫、加熱、定時等功能的家用廚房器具。制出的食品色、香、味俱全。本課題主要

4、針對家用電烤箱溫度控制器進(jìn)行研究。本課題以 AT89C51 單片機系統(tǒng)為核心，對單點的溫度進(jìn)行實時檢測。采用模擬溫度傳感器 PT100 對溫度進(jìn)行檢測；采用串型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 MAX197 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換把溫度信號調(diào)解轉(zhuǎn)換為電壓信號與 AT89C51 單片機接口設(shè)置 LED 八段數(shù)碼管實時顯示溫度值。本設(shè)計包括溫度傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、溫度顯示模塊四個部分。文中對每個部分功能、實現(xiàn)過程作了詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞：電烤箱；單片機微處理器；溫度傳感器 PT100；89C51； 本科生課程設(shè)計（論文）IV目 錄第 1 章 緒論 .11.1 溫度控制器概況 .11.2 本文研究內(nèi)容 .2第

5、 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計.32.1 電烤箱加熱控制器總體設(shè)計方案 .32.2 CPU 的選擇 .42.3 數(shù)據(jù)存儲器擴展 .62.4 復(fù)位電路設(shè)計 .62.5 時鐘電路設(shè)計 .72.6 電源電路設(shè)計 .82.7 CPU 最小系統(tǒng)圖 .8第 3 章 89C51 輸入輸出接口電路設(shè)計.103.1 溫度傳感器的選擇 .103.2 溫度檢測接口電路設(shè)計 .103.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換器選擇.103.2.2 模擬量檢測接口電路圖.123.3 加熱輸出接口電路設(shè)計 .123.4 人機對話接口電路設(shè)計 .13第 4 章 電烤箱軟件設(shè)計 .154.1 軟件實現(xiàn)功能綜述 .154.2 流程圖設(shè)計 .154

6、.2.1 主程序流程圖設(shè)計.154.2.2 模擬量檢測流程圖設(shè)計.174.3 程序清單 .18第 5 章 系統(tǒng)設(shè)計與分析 .215.1 系統(tǒng)原理圖 .215.2 系統(tǒng)原理綜述 .21本科生課程設(shè)計（論文）V第 6 章 課程設(shè)計總結(jié) .23參考文獻(xiàn) .24本科生課程設(shè)計（論文）0第 1 章 緒論1.1 溫度控制器概況電烤箱作為家用西式小電器之一，在我國隨著人們居住環(huán)境的不斷改善，廚房的地位也越來越重要。電烤箱易于操作而且制作食物方便，味道保持了傳統(tǒng)燒烤的美味而被人們爭相購買。在電烤箱的研究過程中，溫度的控制尤為重要，溫度控制器的研究又顯得舉足輕重。溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛

7、，但從生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，通日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比有著較大差距。目前，我國在這方面總體技術(shù)水平處于 20 世紀(jì) 80 年代中后期水平，成熟產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主。它只能適應(yīng)一般溫度控制系統(tǒng)，難于控制滯后、復(fù)雜、時變溫度控制系統(tǒng)。而適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并在儀表控制參數(shù)的自整定方面。國外已有較多的成熟產(chǎn)品。但由于國外技術(shù)保密及我國開發(fā)工作的滯后，還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件?？刂茀?shù)大多靠人工經(jīng)驗及現(xiàn)場調(diào)試確定。國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成

8、果。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。目前社會上溫度控制大多采用智能調(diào)節(jié)器，國產(chǎn)調(diào)節(jié)器分辨率和精度較低，溫度控制效果不是很理想，但價格便宜，國外調(diào)節(jié)器分辨率和精度較高，價格較貴。通過對智能控制算法及相關(guān)溫度控制器的深入研究，設(shè)計出了一整套的溫度控制系統(tǒng)，包括其系統(tǒng)軟硬件組成結(jié)構(gòu)。將嵌入式引進(jìn)溫度控制系統(tǒng)中，加入鍵盤和 LCD 顯示。清晰顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)，用戶也可以根據(jù)實際情況通過核心板鍵盤和計算機隨時更改初始數(shù)據(jù)，使溫控系統(tǒng)更加智能化，更易于操作。這種設(shè)計方法彌補了國產(chǎn)調(diào)節(jié)器精度較低的缺點。實驗證明。系統(tǒng)在增量式 PID 算法的控制下運用 ARM 控制器

9、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度達(dá)到 0.5以內(nèi)，運行速度極快。從市場角度看，如果我國的大中型企業(yè)將溫度控制，可以降低消耗，控制成本，從而提高生產(chǎn)效率。嵌入式溫度控制系統(tǒng)符合國家提出的“節(jié)能減排”的要求，符合國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策，具有十分廣闊的市場前景?，F(xiàn)今，應(yīng)用比較成熟的如電力脫硫設(shè)備中，主本科生課程設(shè)計（論文）1控制器在主蒸汽溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，已經(jīng)達(dá)到了世界前沿。電力部門 1980年產(chǎn)生廢氣是現(xiàn)今的八倍。節(jié)約了兩倍的初級能源，相當(dāng)于少開采了三個中型煤礦。如今，在微電子行業(yè)中。溫度控制系統(tǒng)也越來越重要，如單晶爐、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制。因此。溫度控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)前景非常廣泛，我國的高新精尖行業(yè)研究其應(yīng)用的意義更是更加

10、重大。 1.2 本文研究內(nèi)容本文研究電烤箱溫度控制器。電烤箱由電阻絲加熱，功率達(dá) 5kW。通過傳感器測量溫度并調(diào)節(jié)加熱功率。溫度控制范圍 0300，可設(shè)定恒溫值。研究包括CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計（包括 CPU 選擇，晶振電路，復(fù)位電路） 、 溫度傳感器選擇及接口電路設(shè)計、溫度顯示、電熱絲驅(qū)動電路設(shè)計、程序流程圖及程序清單編寫等步驟。本科生課程設(shè)計（論文）2第 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計2.1 電烤箱加熱控制器總體設(shè)計方案根據(jù)加熱爐的功能和指標(biāo)要求，本系統(tǒng)可以從元件級開始設(shè)計，選用單片機為主控機。通過連接外圍控制電路，實現(xiàn)對加熱爐溫度的測量和控制。該系統(tǒng)以89C51單片機為核心，由溫度傳感器、運算

11、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、輸入光電隔離、驅(qū)動電路、鍵盤、LED顯示電路共同組成。在系統(tǒng)中，溫度的設(shè)置、溫度值及誤差顯示、控制參數(shù)的設(shè)置、運行、暫停及復(fù)位等功能由鍵盤及顯示電路完成。溫度傳感器把測量的電阻爐溫度信號轉(zhuǎn)換成弱電壓信號，經(jīng)過信號放大電路，送入低通濾波電路，以消除噪音和干擾，濾波后的信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入89C51單片機。下圖為加熱爐溫度控制系統(tǒng)框圖：圖 2.1 電烤箱加熱控制器設(shè)計框圖溫度傳感器完成對電烤箱內(nèi)溫度的采集，運算放大器對溫度傳感器的采樣進(jìn)行放大，A/D 轉(zhuǎn)化器完成把模擬量轉(zhuǎn)換成單片機可以識別的數(shù)字信號，單片機的CPU 將對這個信號進(jìn)行處理和響應(yīng)，溫度的數(shù)值

12、通過 LED 顯示器顯示出來，如果還需要加熱，單片機會對驅(qū)動器發(fā)出指令，驅(qū)動器經(jīng)過光電隔離（提高系統(tǒng)抗干擾能力） 、晶閘管（通過控制晶閘管的導(dǎo)通來改變溫度）使加熱器的電阻絲發(fā)熱，繼續(xù)對電烤箱內(nèi)進(jìn)行加熱；用戶可以通過鍵盤對溫度進(jìn)行手動控制； 電壓本科生課程設(shè)計（論文）3同步信號完成將 220V 的交流電轉(zhuǎn)換成單片機的工作電壓直流電+5V。2.2 CPU 的選擇本次設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)精度較高，需要的 I/O 接口也比較多，因此采用AT89C51 單片機作為本系統(tǒng)的微處理器。AT89C51 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含

13、 2 個外中斷口，2 個 16 位可編程定時計數(shù)器，2 個全雙工串行通信口。片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的 AT89C51 提供了高性價比的解決方案。因此此單片機完全能滿足溫度控制系統(tǒng)的要求。AT89C51 的主要特性如下： 1、壽命達(dá) 1000 寫/擦循環(huán) 2、數(shù)據(jù)保留時間：10 年 3、

14、 全靜態(tài)工作：0Hz24MHz 4、三級程序存儲器鎖定 5、128B 內(nèi)部 RAM 4KB 內(nèi)部 ROM 6、4 個并行 I/O 口，共 32 條可單獨編程的 I/O 線 7、2 個 16 位定時器/計數(shù)器 8、5 個中斷源，2 個中斷優(yōu)先級 9、可編程串行通道 10、低功耗閑置和掉電模式 11、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路89C51 單片機的接法及引腳功能為:VCC（40）：接5V 電源 GND（20）：接地P0 口（3932）：P0 口為 8 位漏極開路雙向 I/O 口，每個引腳可吸收 8 個TTL 門電流。 P1 口（18）：P1 口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩本

15、科生課程設(shè)計（論文）4沖器能接收和輸出 4 個 TTL 門電流。 P2 口（2128）：P2 口為內(nèi)部上拉電阻器的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收和輸出 4 個 TTL 門電流。 P3 口（1017）：P3 口是 8 個帶有內(nèi)部上拉電阻器的雙向 I/O 口，可接收和輸出 4 個 TTL 門電流，P3 口也可作為 AT89C51 的特殊功能口。 RST（9）：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時，要保持 RST 引腳 2 個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG（30）：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)，在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時

16、，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6，它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的，要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過 1 個 ALE 脈沖。 PSEN（29）：外部程序存儲器的讀選通信號。在由外部程序存儲器取值期間，每個機器周期 2 次 PSEN 有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這 2 次有效的 PSEN信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP（31）：當(dāng) EA 保持低電平時，外部程序存儲器地址為（0000HFFFFH）不管是否有內(nèi)部程序存儲器。FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。 XTAL1（19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時

17、鐘工作電路的輸入。 XTAL2（18）：來自反向振蕩器的輸出。本科生課程設(shè)計（論文）5圖 2.2 89C51 引腳圖2.3 數(shù)據(jù)存儲器擴展由于本次設(shè)計中選用的 CPU，89C51 單片機的內(nèi)部僅有 128 個字節(jié)的RAM，在實時采集電壓、電流和隔離開關(guān)、斷路器的閉、合，以及對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理等，僅靠片內(nèi)提供的 RAM 容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這就需要擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。本次設(shè)計的數(shù)據(jù)存儲器的電路采用 8K 的靜態(tài) 6264 數(shù)據(jù)存儲器。具體擴展如下所示：6264 數(shù)據(jù)存儲器的容量為 8K。共有 13 根地址線 A0-A12。其中，低八位地址線通過鎖存器與 89C51 的 P0 口相連，高 5 位與 89

18、C51 的 P2.0-P2.4 相連。當(dāng)89C51 發(fā)出 13 位地址信息時，分別選中 6264 片內(nèi) 8KB 存儲器中個單元，而 8 根數(shù)據(jù)線直接與 89C51 的 P0 口相連。6264 的 OE 端與 89C51 的 RD 相連。6264 的WE 端與 89C51 的 WR 相連。6264 的片選線 CE 直接連 89C51 的 P2.6。圖 2.3 數(shù)據(jù)存儲器擴展圖2.4 復(fù)位電路設(shè)計單片機的復(fù)位電路分上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。A. 上電復(fù)位：在加電之后通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。當(dāng)Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的初始化電路原理圖

19、。RST上的電壓必須保證在斯密特觸發(fā)器的閥值電壓以上足夠長時間，滿足復(fù)位操作的要求。B. 按鍵復(fù)位：P0 .336P0 .138P0 .237P0 .039P0 .534P3 .6 /W R16P3 .7 /RD17P2 .0 /A 821P2 .1 /A 922P2 .2 /A 1 023P2 .3 /A 1 124P2 .4 /A 1 225P0 .633P0 .732P2 .7 /A 1 528A L E30E A31P0 .43589 c5 1O E1Q 02D 03D 14Q 15Q 26D 27D 38Q 39L E11Q 412D 413D 514Q 515Q 616D 617D

20、 718Q 71974 L S 37 3+5A 010A 19A 28A 37A 46A 55A 64A 73A 825A 924A 1021A 1123A 122O E22W E27C E 120D 011D 112D 213D 315D 416D 517D 618D 71962 64.本科生課程設(shè)計（論文）6程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動。RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效。按鍵復(fù)位又分按鍵脈沖復(fù)位和按鍵電平復(fù)位。電平復(fù)位將復(fù)位端通過電阻與Vcc相連，按鍵脈沖復(fù)位是利用RC分電路產(chǎn)生正脈沖來達(dá)到復(fù)位的。 C 10R 2V C

21、 CS 2.圖 2.4 復(fù)位電路原理圖2.5 時鐘電路設(shè)計單片機內(nèi)部有一個高增益反向放大器，輸入端為芯片引腳 ，輸出端為引腳 。而在芯片外部 和 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。晶體震蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快，但反過來運行速度快對存儲器的速度要求就高，對印制電路板的工藝要求也高，所以，這里使用震蕩頻率為12MHz的石英晶體。震蕩電路產(chǎn)生的震蕩脈沖并不直接是使用，而是經(jīng)分頻后再為系統(tǒng)所用，震蕩脈沖經(jīng)過二分頻后才作為系統(tǒng)的時鐘信號。在設(shè)計電路板時，振蕩器和電容應(yīng)盡量靠近單片機，以避免干擾。需要注意的是：電路板時，振蕩器和電容應(yīng)盡量安裝得與單片

22、機靠近，以減小寄生電容的存在更好的保障振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作電路圖如圖所示。C 712 M H zC 630 pFC 530 pFV CCX 1X 2.圖 2.5 時鐘電路原理圖本科生課程設(shè)計（論文）72.6 電源電路設(shè)計控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用5V直流電源供電，其電路如圖3-10所示，把頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的5V直流電壓。其主要原理是把單相交流電經(jīng) 過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流。由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，

23、所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負(fù)載電路的正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。電路使用集成穩(wěn)壓芯片LM7805解決了電源穩(wěn)壓問題。圖2.6 電源電路圖2.7 CPU 最小系統(tǒng)圖89C51單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個I/O口（P0、P1、P2、P3），D 1D 2D 3D 4T1C1220uFC20.1uFC30.1uFC4220uFV in1GND2+537805220A C.本科生課程設(shè)計（論文）889C

24、51單片機共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一條I/O線都能獨立地作為輸出或輸入。單片機的最小系統(tǒng)電路原理圖如圖3-2所示，18引腳和19引腳接時鐘電路，XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入，XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出。第9引腳為復(fù)位輸入端，接上電容，電阻及開關(guān)后能夠形成上電復(fù)位電路。P1 .01P1 .12P1 .23P1 .34P1 .45P1 .56P1 .67P1 .78R ST9R X D /P3 .010T X D /P3 .111IN T R 0/ P3.212IN T R 1/ P

25、3.313T I M E R 0/P 3.414T I M E R 1/P 3.515W R/ P3 .616R D /P 3.717X T A L 218X T A L 119E A31A L E30PS E N29P0 .0 (A D 0)39P0 .1 (A D 1)38P0 .2 (A D 2)37P0 .3 (A D 3)36P0 .4 (A D 4)35P0 .5 (A D 5)34P0 .6 (A D 6)33P0 .7 (A D 7)32P2 .0 (A 8 )21P2 .1 (A 9 )22P2 .2 (A 1 0)23P2 .3 (A 1 1)24P2 .4 (A 1 2)

26、25P2 .5 (A 1 3)26P2 .6 (A 1 4)27P2 .7 (A 1 5)2889 c5 1C 10R 2V CCS2C 712 M H zC 530 pFC 630 pFV CC.圖 2.6 最小系統(tǒng)圖本科生課程設(shè)計（論文）9第 3 章 89C51 輸入輸出接口電路設(shè)計3.1 溫度傳感器的選擇本課設(shè)要求測量的溫度范圍是 0300，PT100 熱電阻的測溫范圍是-200800，滿足設(shè)計要求。雖然 K 型熱電偶也可以滿足設(shè)計要求，但是在低溫時一般常用 PT100，因為它在低溫時精度較高，運行速度較快。PT100 溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱電阻傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下： 測量范圍：-

27、200+850； 允許偏差值： A 級 ， B 級 ；0.150.002 t0.300.005 t 響應(yīng)時間30s； 最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm； 允通電流5mA。另外，PT100 溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點。鉑熱電阻的線性較好，在 0100 攝氏度之間變化時，最大非線性偏差小于 0.5攝氏度。鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系為： -200t0時，；231001*100RtRAtBtCtt 0t850時，；21001RtRAtBt式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735?？梢奝T100 在常溫

28、0100 攝氏度之間變化時線性度非常好，其阻值表達(dá)式可近似簡化為：，當(dāng)溫度變化 1，PT100 阻值近似變化 0.39。1001RtRAt3.2 溫度檢測接口電路設(shè)計3.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換器選擇本設(shè)計要求溫度在0300范圍內(nèi)，要是選用8位分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換器不能滿足要求，所以必須選擇12位分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換器。12位分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換器中最本科生課程設(shè)計（論文）10常使用的就是由美國美信公司生產(chǎn)的 MAX197. 它是可程控多量程8通道12位多路復(fù)用 A/ D 轉(zhuǎn)換集成電路,具有5MHz 的跟蹤/保持帶寬、 100kS/ s 的采樣速率、可編程控制的內(nèi)/外部時鐘與采樣模式、 8

29、+ 4位并行接口、三種電源關(guān)閉模式(包括一種硬觸發(fā)關(guān)閉和兩種可編程式軟關(guān)閉)。MAX197用標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口,通過讀寫三態(tài)數(shù)據(jù) I/ O 端口可以控制對數(shù)據(jù)總線的訪問與釋放。 圖 3.2.1 MAX197 引腳圖MAX197 的引腳功能：1 CLK 時鐘輸入。在內(nèi)部時鐘模式下,從該引腳接一100pF 的電容可獲得1. 56MHz 內(nèi)部時鐘2 CS 片選,低電平有效3 WR 當(dāng) CS 為低電平時,在內(nèi)部時鐘模式下,WR的上升沿將鎖存設(shè)置并開始一個自動采集和轉(zhuǎn)換周期,在外部時鐘模式下,WR 處的第一個上升沿開始采集,第二個上升沿結(jié)束采集并進(jìn)入轉(zhuǎn)換周期4 RD 當(dāng) CS 低電平時,RD 上的下降沿使

30、數(shù)據(jù)處于數(shù)據(jù)總線上可被讀取5 HBEN用于12 位轉(zhuǎn)換結(jié)果的多路復(fù)用。當(dāng) HBEN 為低電平時可讀取結(jié)果的高 4 位,當(dāng)為高電平時,可讀取結(jié)果的低8位6 SHDN 設(shè)置電源關(guān)閉模式7 - 14 D0 - D11 三態(tài)數(shù)字 I/ O 端口15 AGND 模擬信號地16 - 23 CH0 - CH7 模擬信號輸入通道本科生課程設(shè)計（論文）1124 INT 當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束且數(shù)據(jù)可被訪問時為低電平25 REFADJ帶寬基準(zhǔn)電壓調(diào)整引腳。當(dāng) REF 引腳使用外部基準(zhǔn)電壓時直接接 VDD , 否則旁路一0. 01 F 的電容26 REF基準(zhǔn)緩存輸出和緩存輸入引腳。在用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓時,基準(zhǔn)緩存輸出一4. 096

31、V 的名義電壓,并可通過 REFADJ 引腳調(diào)整。在用外部基準(zhǔn)電壓時,則通過 REFADJ 直接接 VDD 使基準(zhǔn)緩存無效27 VDD + 5V 電源28 DGND 數(shù)字信號地3.2.2 模擬量檢測接口電路圖熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。通常將其放在電橋的橋臂上，溫度變化時，熱電阻兩端的電壓信號被送到儀器放大器 LM741 的輸入端，經(jīng)過儀器放大器放大后的電壓輸出送給MAX197A/D 轉(zhuǎn)換芯片，從而把熱電阻的阻值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。電路原理圖如圖 3.2.2所示。R12KR22KR11120KR310KR410KR511.5KRP210KRP110KR

32、T1PT10032184LM741VCC+5GNDGND-5D0/D814CLK1REF26D1/D913CH016CH117CH218D2/D1012CH319CH420D3/D1111CH521CH622D410CH723VDD27D59SHDN6REFADJ25D68AGND15D77DGND28HBEN5CS2INT24RD4WR3U?MAX197100uF4.5uF0.1uF0.01uFP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT13P3.4/T014P3.5/T

33、115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL119P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE30EA31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039XTAL21889C51(40)C110uFGND.圖 3.2.2 溫度檢測接口圖本科生課程設(shè)計（論文）123.3 加熱輸出接口電路設(shè)計 輸出通道采用 Motorola 公司推出的單片集成可控硅驅(qū)動

34、器件 MOC3041 來作為輸出的驅(qū)動控制。MOC3041 芯片是一種集成的帶有光電耦合的雙向可控硅驅(qū)動電路。它的內(nèi)部集成了發(fā)光二極管、雙向可控硅和過零出發(fā)電路等器件。它由輸入和輸出兩部分組成。輸入部分是一個砷化鎵發(fā)光二極管，在 515mA 正向電流的作用下發(fā)出足夠強度的紅光外去觸發(fā)輸出部分；輸出部分包括一個硅光敏雙向可控硅和過零出發(fā)器，在紅外線的作用下，雙向可控硅雙向?qū)?，與過零觸發(fā)器一起輸出同步觸發(fā)脈沖，去控制執(zhí)行機構(gòu)（外部的雙向可控硅）MOC3041 組成的過零出發(fā)雙向可控硅電路簡單可靠，電路圖如下圖所示圖 3.3.1MOC3041 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部引腳圖.R11R12R15加加加R14R

35、13C?CAPQ1342516MOC3041+5220AC.圖 3.3.2 加熱系統(tǒng)圖3.4 人機對話接口電路設(shè)計鍵盤采用行列式和外部中斷相結(jié)合的方法，圖3-4中各按鍵的功能定義如下表1。其中設(shè)置鍵與單片機的INT0腳相連,S0 - -S9、YES、NO用四行三列接單片機P0 口，REST鍵為硬件復(fù)位鍵，與R、C構(gòu)成復(fù)位電路。鍵盤模塊電路如圖3.4所本科生課程設(shè)計（論文）13示。表 3.4 鍵盤功能表 .4705218OKCLR694.7K4.7K4.7K4.7K3VCCP03P04P05P06P03P04P05P06P03P04P05P06P03P04P05P06.圖 3.4 鍵盤電路按鍵鍵

36、名功能REST復(fù)位鍵使系統(tǒng)復(fù)位RET設(shè)置鍵使系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)S0S9數(shù)字鍵設(shè)置用戶需要的溫度YES確認(rèn)鍵用戶設(shè)定目標(biāo)溫度后進(jìn)行確認(rèn)NO清除鍵用戶設(shè)定溫度錯誤或按了 YES 鍵后使用本科生課程設(shè)計（論文）14第 4 章 電烤箱軟件設(shè)計4.1 軟件實現(xiàn)功能綜述本次設(shè)計的軟件主要實現(xiàn)的功能為:溫度傳感器測量的溫度信號經(jīng) MAX197 進(jìn)行信號的放大與 A/D 轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換好的數(shù)字量輸入單片機，經(jīng)過標(biāo)度變換、顯示碼處理后將顯示碼送到數(shù)碼管上顯示出來。同時，單片機對輸入的數(shù)字量進(jìn)行處理，經(jīng)過 PID 控制算法對溫度進(jìn)行控制。此外，軟件還應(yīng)該實現(xiàn)按鍵操作，例如設(shè)置參數(shù)的功能。為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能

37、，經(jīng)過認(rèn)真的分析和整理，以及對整體功能進(jìn)行細(xì)化、分配，把系統(tǒng)的程序劃分為以下幾個主要模塊:1、初始化模塊：通過該模塊來對堆棧、定時器、計數(shù)器、中斷和特殊功能寄存器進(jìn)行賦值，有關(guān)寄存器的清零，以及計數(shù)器/定時器的初值存放等。2、按鍵操作模塊：該模塊能夠在系統(tǒng)一上電后就開始對鍵盤進(jìn)行掃描，一旦在相應(yīng)時刻檢測到有鍵按下，就會相應(yīng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理程序，處理完畢后能夠返回主程序。3、A/D 轉(zhuǎn)換模塊：把溫度傳感器測量的溫度信號經(jīng) MAX665 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。4、標(biāo)度變換：主要是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為要顯示的物理量。5、顯示模塊 ：該模塊應(yīng)能夠把溫度值進(jìn)行準(zhǔn)確顯示，并且能顯示溫度上下限及各種參數(shù)。6、控制算法模塊：采

38、用 PID 控制算法對溫度進(jìn)行控制。除了上述功能以外，本著操作友好、功能齊全、安全可靠的設(shè)計原則。4.2 流程圖設(shè)計4.2.1 主程序流程圖設(shè)計主程序主要實現(xiàn)系統(tǒng)的初始化，鍵值處理，A/D 轉(zhuǎn)換，顯示數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)的初始化包括寄存器的初始化（控制寄存器、堆棧、中斷寄存器等） ，通信的初始化（串口的初始化，MAX197 的初始化，通信緩沖區(qū)的初始化） ，LED 顯示的初始化，輸出端口的初始化，采集、累計數(shù)據(jù)的初始化。 本科生課程設(shè)計（論文）15鍵值處理包括對系統(tǒng)三個鍵的判斷與處理。A/D 轉(zhuǎn)換包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（主要實現(xiàn)將測量電路監(jiān)測到的電壓信號轉(zhuǎn)換成 LED顯示所需的數(shù)據(jù)類型） 。顯示數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

39、（主要實現(xiàn)將各類參數(shù)、測量數(shù)據(jù)、計算累計值等轉(zhuǎn)換成 LED 顯示所需的數(shù)據(jù)類型）和顯示屏的刷新（包括刷新采集數(shù)據(jù)屏和根據(jù)按下的鍵更改顯示屏） 。初始化 溫度傳感器A/D 轉(zhuǎn)換89C51 處理LED 顯示鍵值處理是否有鍵盤輸入NY本科生課程設(shè)計（論文）164.2.2 模擬量檢測流程圖設(shè)計由于干擾的存在，可能導(dǎo)致 AD 轉(zhuǎn)換的結(jié)果與爐溫出現(xiàn)差異，為了提高系統(tǒng)的可靠性和信號的真實性，采用程序計算的方法對采樣信號進(jìn)行平滑加工，從而克服虛假信號，這種算法稱為數(shù)字濾波。數(shù)字濾波的方法有以下幾種： 限幅濾波，其基本方法是通過比較相鄰(n 和 n-1 時刻)的兩個采樣值和ny，如果它們的差值過大超出了參數(shù)可能

40、的最大變化范圍，則認(rèn)為發(fā)生了隨1ny機干擾，并視后一次采樣值為非法值，應(yīng)予剔除。ny 中值濾波，就是連續(xù)采樣三次，取中間值作為本次采樣值。 算術(shù)平均濾波，就是連續(xù)取幾個采樣值進(jìn)行算術(shù)平均。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:NiiyNY11因算術(shù)平均濾波方法簡單、數(shù)據(jù)采集更加精確，濾波結(jié)果就是對單點溫度多次采樣的平均值，更加準(zhǔn)確的反應(yīng)了被測溫度的大小，因此，本系統(tǒng)采用了算術(shù)平均濾波法。設(shè)計時，外部輸入的模擬量信號首先由傳感器送入測控器，然后進(jìn)行模擬量采集，在一次采樣間隔時間 T 內(nèi)，依次將各輸入量輪流接到 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換。為了準(zhǔn)確地反映被測信號，防止干擾，對每一路信號在 20 ms 內(nèi)采集 4 次，即

41、采樣間隔時間 T=5ms，4 次采集完成后再將 4 次采集的值求平均得出此次采集的結(jié)果。 在 20ms 的采集完成后，要將數(shù)據(jù)按照量程或計算公式轉(zhuǎn)換為有實際意義的數(shù)據(jù)，并根據(jù)報警界限判斷數(shù)據(jù)是否有低于下限或超出上限的報警。本科生課程設(shè)計（論文）17采樣累加計算平均值并保存結(jié)果是否大于設(shè)定值LED 顯示報警 是否被采樣 4 次開始YNYN4.3 程序清單ORG 0000HAJMP STARTORG 0003HAJMP PITOORG 0030HSTART: CLR P1.7本科生課程設(shè)計（論文）18CLR P1.3CLR P1.5SETB P1.6MOV R4, #00HMOV SP, #60H

42、 MOV PSW, #00HMOV R0, #20H MOV R7, #60H ML: MOV R0, #00HINC R0DJNZ R7, MLCLR IT0MAIN: LCALL GET_TEMPERSS: LCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAY LCALL BIJIAOLCALL XIAOYULCALL JIXIANJNB DEYU CLR P1.3 SETB P1.6 CLR DEYULCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAYAJMP TT2LCALL DISPLAY MUN: PUSH PSWMOV R0, #7AH MOV A, R0SWAP A

43、DEC R0ADD A, R0MOV R1, A本科生課程設(shè)計（論文）19ANL A, #0F0HSWAP AMOV B, #10MUL ABMOV R2, AMOV A, R1ANL A, #0FHADD A, R2MOV 38H, AMOV R0, #78HMOV 39H, R0POP PSWRETBIJIAO: MOV A, 29H MOV 40H, AMOV A, 38H CLR CCJNE A, 40H, L1MOV A, 39HCJNE A, 30H, L1SETB DEYUSJMP L2L1: JC L2SETB DAYU SJMP L2L2: RET本科生課程設(shè)計（論文）20第

44、 5 章 系統(tǒng)設(shè)計與分析5.1 系統(tǒng)原理圖圖 5.1 系統(tǒng)原理圖5.2 系統(tǒng)原理綜述先由溫度傳感器電路對溫度進(jìn)行采集，通常將其放在電橋的橋臂上，溫度變化時，熱電阻兩端的電壓信號被送到儀器放大器 LM741 的輸入端，經(jīng)過儀器放大器放大后的電壓輸出送給 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，從而把熱電阻的阻值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。經(jīng) MAX197 處理后的數(shù)字信號就可以直接交給 89C51 處理了，89C51 處理又4.7K4.7KR11120K4.7K4.7K4.7KRP210KRP110KRT1PT10032184LM741VCC+5GNDGND-5D0/D814CLK1REF26D1/D913CH016CH117CH218D2/D1012CH319CH420D3/D1111CH521CH622D410CH723VDD27D59SHDN6REFADJ25D68AGND15D77DGND28HBEN5CS2INT24RD4WR3U?MAX197100uF4.5uF0.1uF0.01uFP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT13P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL1