单片机课程设计-电烤箱温度控制系统的设计

1、中北大学信息商务学院课程设计任务书 2012/2013 学年第 二 学期学 院： 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 电烤箱温度控制系统的设计 起 迄 日 期： 2013年6月3日2013年6月7日 课程设计地点： 电气工程系中心实验室 指 导 教 师： 贾建芳 系 主 任： 王明泉 下达任务书日期: 2013 年 6 月 1日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：1、掌握单片机的工作原理；2、能够进行单片机最小系统的设计，包括电源模块、复位模块、键盘模块及相应的控制模块的设计；3、掌握单片机的指令系统，能够对具体的设计要求编写相应的控制程序；4、能够根据相应的控制要

2、求选择相应的外围器件实现控制任务；5、利用proteus软件绘制硬件电路图并仿真调试。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：用单片机控制一个电烤箱，满足如下指标：1）电烤箱由1kw电炉加热，最高温度为150；2）电烤箱温度可设置，电烤过程恒温控制，温度控制误差小于1；3）实时显示温度和设置温度，显示精确为1；4）温度超出设置温度5时发超限报警。具体要求如下：1、cpu的最小系统设计，包括cpu的选择，晶振电路和复位电路的选择与设计；2、选择测温传感器，确定温度检测与采集电路，利用proteus软件绘制电路原理图；3、根据电路工作过程，画出软件流程图，根据流程图编写相应的

3、程序4、用c语言或汇编语言编制相应的控制程序 5、利用proteus与keil联调，进行仿真调试。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：按照设计任务书要求，完成课程设计说明书一份，系统原理图、程序清单和仿真结果，并按照规定格式打印装订。 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1孙涵芳. mcs-51/96系列单片机原理及应用（修订版）.北京航空航天大学出版社，2001 2李朝青.单片机原理及接口技术（第三版）. 北京航空航天大学出版社，2005 3王力虎.李红波.pc控制及接口程序设计实例.科学出版社，20044周润景、袁伟亭、景晓松.proteus

4、在mcs-51&arm7系统中的应用百例.电子工业出版社.20065设计成果形式及要求：1. 电路原理图 2. 软件流程图和程序清单 3. 仿真结果6工作计划及进度：2013 年 6月3日 6 月3日 查找资料，确定方案 6月4日 6 月 5日 设计硬件电路，选择所需器件，绘制电路原理图 6月6日 6 月 7日 软件设计，并调试通过 6月7日 编写课程设计报告，答辩考核系主任审查意见： 签字： 年 月 日1 设计主思路 随着微电子学和计算机技术进一步发展，以微型计算机为主体智能仪表将逐步取代常规传统仪表。因为无论在测量速度、精确度、自动化程度还是性价比方面，智能仪表都具有传统仪表所不可比拟的优

5、势，能实现零点、多点检测、自动修正各种测量误差、数字滤波、自 30 诊断和掉电保护等功能，智能仪表已经渗透到我们生活中各个方面。电烤箱是我们生活中一个主要生活电气，在饭店、酒店、企事业单位和学校食堂食品加工中广泛应用，烘烤的对象主要是面包、副食品等，传统电烤箱效果不甚理想。作为单片机课程设计，我们班级做了关于电烤箱温度控制系统的设计，我负责的主要为最后的软件功能设计中温度控制模块、警告模块和主程序模块。 该文以电烤箱为控制对象，用单片机作为主机, 外加控制、检测电路，设计出结构紧凑的智能温度控制仪， 控制电烤箱温度使其渐趋于设定值且达到平衡，以此来达到控温目的。 2 硬件部分设计 系统的硬件部

6、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 2.2 温度检测电路设计这部分包括温度传感器，变送器和a/d转换三部分。2.2.1 温度传感器 定义：利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主要有体。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。 根据设计要求，温度控制范围为控制温度最高位150连续可调。因此我们需要一种，电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有

7、良好的线性关系。电阻率高，热容量小，反应速度快。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:el 型号:ntc 的热敏电阻 符合我们的要求： 2.2.2 变送器 传感器是能够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。2.3 温度控制电路设计 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、结构相对简单、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、

8、调压、无触点开关等。图2-1 可控硅等效图解图2.4键盘及显示电路设计2.4.1 键盘电路设计 键盘的工作原理：在单片机应用系统中，按键都是由开关状态来设置控制功能或输入数据的，键盘的半合与否，反映在电压上就是呈高电平或低电平，所以通过检测电平的高低，便可确认按键与否.3 控制程序设计3.1 工作流程电烤箱上电复位后先处于停止加热状态，这时由a/d先读出箱内环境温度，同时通过按键由显示器显示预设温度，设置完后按启动键启动系统工作，温度检测系统不断定时检测箱内温度，并由数码管显示，达到低于温度值1时停止加热，利用余热升温至预设温度，当温度下降到下限（比预定值低2）时再启动加热，不断重复上述过程，

9、使温度保持在预设允许误差范围内。若想修改预设温度，停止加热后，再按键修改。（30秒内温度无明显变化，蜂鸣器报警，五分钟内未达到允许温差范围内温度，蜂鸣器报警，期间任意时刻温度高于预设温度5%，蜂鸣器报警）3.2 功能模块根据上面的流程分析，分为以下模块：(1)按键管理：检测键盘输入，接收温度预置，启动/停止系统工作。(2)数码管显示：显示设置温度，当前箱内温度。(3)温度检测及转换：完成a/d转换及十进制显示(4)温度控制：根据检测到的温度控制电烤箱工作。（5)报警：30秒内温度无明显变化，五分钟内未达到允许温差范围内温度，期间任意 时刻温度高于预设温度5%，报警。3.3 资源分配模块i/o口

10、分配：p0.0，p0.1-a/d开始采集，发送控制位。 p0.2-温度控制口。 p1.0p1.2，p3.2-键盘输入。 p1.3p1.7-数码管显示。 p2.0p2.7-a/d数据接收口。 3.4 软件功能设计 本次系统控制采用keil软件，c环境下编写。 3.4.1 键盘管理 上电复位后系统处于键盘管理状态，功能为温度设置和启动键。当设置温度百位超过2自动归零。3.4.2 显示管理 显示子程序的功能是将a/d转换完成的二进制数转换为十进制，表示当前环境温度和将按键设置返回的值表示为预设温度通过数码管显示3.4.3 温度检测模块 a/d转换采用查询方式。为提高数据可靠性，对采样温度数字滤波，取

11、三次采样值取平均值。3.4.4 温度控制模块 电烤箱温度控制是通过控制电烤箱输入功率的大小实现对温度的控制，其控制方法有两种：一种是可控硅移相触发调节方式，其触发方式是移相触发，实质是通过改变交流电压每周期内电压波形的导通角从而控制输出功率；另一种是通断控制调节方式，其触发方式是过零触发，实质是通过改变交流电压每周期内电压波头出现的次数从而控制输出功率，本文中达到低于温度值1时停止加热，利用余热升温至预设温度，当温度下降到下限（比预定值低2）时再启动加热，控制子程序如下：if(ts-tt)2) /在离设定温度差值1摄氏度以上时电阻丝持续加热，否则停止加热 burn=0;elseburn=1;

12、3.4.5 警告模块按照课程设计中要求，温度超出设置温度5时发超限报警 警告子程序如下： /*中断定时检验*/ void exter0() interrupt 1 th0=6; tl0=6; +count; if(count=2000) count=0; /清零 count1+; if(20*tt-21*ts)5) /高于设定温度5%以上时报警 burn=1;alarm=0; 3.4.6主程序模块 一个完整系统，除了必需的硬件条件以外，还需要相应的软件配合才能完成其功能。因此，本部分将在硬件结构基础上讨论系统软件设计，整个系统包括主模块、温度检测模块、温度控制模块、键盘输入模块、led 显示模

13、块、输出控制模块等模块，主程序完成系统的初始化，温度预设及电阻丝的通断。 程序main:void main() ex0=1;tmod=0x02;th0=6;tl0=6;et0=1;tr0=1;ea=1; start=0; oe=0;ad();t0=tt; /采第一次温度作为室温作为参考 ch451_init(); /ch451初始化 ch451_write(0x401); /设定系统参数，数码显示使能 ch451_write(0x568); /设定显示参数、6位扫描极限、16/16显示驱动占空比 while(1) ad(); if(ts-tt)2)/在离设定温度差值1摄氏度以上时电阻丝持续加热

14、，否则停止加热 burn=0; else burn=1; 总程序：#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuint tt=0,ts=0,t0=0,t=2,count=0,count1=0,count2=3,count3=10,dat,ge,shi,bai,ge_1=0,shi_1=0,bai_1=0,z,q=0,p=38;char code table=0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x3f;/数码管段显#define ch451_dig0 0x0800

15、#define ch451_dig1 0x0900 #define ch451_dig2 0x0a00 #define ch451_dig3 0x0b00 #define ch451_dig4 0x0c00 #define ch451_dig5 0x0d00 sbit start=p00; sbit oe=p01; sbit burn=p02; /加热/停止 sbit dout=p10; /串行接口数据输出 sbit load=p11; /串行数据加载 sbit din =p12; /串行数据输入 sbit dclk=p13; /串行数据时钟线 sbit c1=p14; /温度个位设定 sbi

16、t c2=p15; /温度十位设定 sbit c3=p16; /温度百位设定 sbit alarm=p17;/警报 sbit set=p32; /设定温度开关/*延时函数*/ void delay(int z) int y;for(z;z0;z-)for(y=25;y0;y-); /*ch451初始化*/void ch451_init() din=0; / 给din一个高电平 设置ch451选择4线串行接口 din=1; dclk=1;/置为默认的高电平 load=1; dout=1;/置为输入/*ch451写入*/void ch451_write(uint dat) /,uint lengt

17、h uint i; load=1; /串行数据加载端置1 for(i=12;i0;i-) dclk=0; /串行数据时钟线 置0 if(dat&0x01)=0x01) /判断data最低位是否为1 din=1; / data最低位为1的话就向din(串行数据输入)写1 else din=0; / data最低位为0的话就向din(串行数据输入)写0 dclk=1; /串行数据时钟线 置1 dat=dat1; /data向右移动一位 load=0; /串行数据加载端置1 load=1; /给load一个上升沿使data数据全部导入ch451 delay(5);/*ch45显示六位数码管*/ vo

18、id display( int ge, int shi, int bai,int ge_1, int shi_1, int bai_1)ch451_write(ch451_dig0|ge);/第1位显示,实际温度要显示的内容 ch451_write(ch451_dig1|shi);/第2位显示 ch451_write(ch451_dig2|bai);/第3位显示 ch451_write(ch451_dig3|ge_1);/第4位显示,设置温度要显示的内容 ch451_write(ch451_dig4|shi_1);/第5位显示 ch451_write(ch451_dig5|bai_1);/第6

19、位显示/*ad采集*/ void ad() while(count2) start=1; delay(1); start=0; delay(5); count2-; oe=1; delay(1); tt=p1*70/51-50; oe=0; bai=tt/100+bai; shi=(tt/10)%10+shi; ge=tt%10+ge; count2=3; bai=bai/3; shi=shi/3; ge=ge/3; while(count3) display(ge,shi,bai,ge_1,shi_1,bai_1); delay(1); count3-; count3=10;/*键盘设置温度

20、*/ void settemp() if(set=0)delay(5);q=1; while(!q) if(c1=0) while(p-)display(ge,shi,bai,ge_1,shi_1,bai_1);p=36;bai_1+; if(bai_1=3)bai_1=0; if(c2=0) while(p-)display(ge,shi,bai,ge_1,shi_1,bai_1);p=36; shi_1+; if(shi_1=10)shi_1=0; if(c3=0) while(p-)display(ge,shi,bai,ge_1,shi_1,bai_1);p=36; ge_1+; if(ge_1=10)ge_1=0; display(ge,shi,bai,ge_1,shi_1,bai_1); if(set=0)delay(20);break; q=0;ad(); /*主程序*/ void main() ex0=1;tmod=0x02;th0=6;tl0=6;tr0=1;ea=1; ch451_init(); /ch451初始化 ch451_write(0x401); /设定系统参数，数码显示使能 ch451_write(0x568); /设定显示参数、6位扫描极限、16/16显示驱动占空比 start=0; oe=0; ad();t0=tt; /采第