电热箱单片机的温度控制系统设计方案

1、电热箱单片机的温度控制系统设计方案学生所在班级电气导师导师职称副教授论文题目电热箱单片机温控系统设计题目 分类1 应用与非应用类：0工程0科研 0教学建设0理论分析0模拟2.软件与软硬结合类：0软件0硬件0软硬结合0非软硬件（1、2类中必须各选一项适合自己题目的类型在0打2）主要研究容及指标：电热箱用电热丝加热，温度探头感应出电热箱中的温度，放大器将温度信号传输给AD转换器，AD转换器把温度信号转换成数字信号，这个数字信号输入单片机与人为设定的 温度值进行比较后发出控制信号，经光电隔离器去驱动双向可控硅以调节加在电热丝上的 电压，从而控制电热箱的温度。主要参考文献：1 何立编单片机应用与设计：

2、航空航天大学，2000.82 何立编单片机应用技术选编（1）（7）.:航空航天大学，199319993 胡健主编单片机原理及接口技术实践教程：机械工业，20044 AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors 1999.dec5 肖洪兵胡辉郭速学编著跟我学单片机：航空航天大学，2002.8阶段规划：1.8 3.1 :查阅有关技术资料，构思设计方案。3.3 3.15 :开题报告。3.16 3.20 :硬件电路设计。3.21 4.20 :完成毕业设计，准备第一次论文答辩。5.16.3 :完善毕业设计，准备第二次论文答辩（如第一次答辩未通过）。开题时间2008.

3、3.3完成论文时间专家审定意见：系主任签字：年月日注：1 任务书由指导教师填写后交给学生，要求学生妥善保存。2 此任务书夹于论文扉页与论文一并装订，作为论文评分依据之。温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。自 然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系。在很多生产过程中，温 度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能 源等重大技术经济指标相联系。而且在我们的日常生活中也使用微波炉、电 烤箱、电热水器、空调等家用电器，温度与我们息息相关。另外在各高等院 校的实验室中，无不将温度作为被控参数，构成微机测控系统，供学生作综 合实验或课程设计。可见温度控

4、制电路广泛应用于社会生活的各个领域，所 以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。温度测控技术包括温度测量技术和温度控制技术两个方面。在温度的测量技术中，接触式测温发展较早，这种测量方法的优点是 : 简 单、可靠、低廉，测量精度较高，一般能够测得真实温度 ; 但由于检测元件热 惯性的影响，响应时间较长，对热容量小的物体难以实现精确的测量，并且 该方法不适宜于对腐蚀性介质测温，不能用于极高温测量，难于测量运动物 体的温度。非接触式测温是通过对辐射能量的检测来实现温度测量的方法， 其优点是不破坏被测温场，可以测量热容量小的物体，适于测量运动温度， 还可以测量区域的温度分布，响应速度较快。但也存在测量

5、误差较大，结构 复杂，价格昂贵等缺点。因此，在实际的测量中，要根据具体的测量对象选 择合适的测量方法，在满足测量精度要求的前提下尽量减少人力和物力的投 入。温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类 : 动态温度跟踪与恒值温 度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好 的曲线进行变化。在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标，如在发酵 过程控制，化工生产中的化学反应温度控制， 冶金工厂中燃烧炉中的温度控 制等。恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一数值上，且要求 其波动幅度 （ 即稳态误差 ） 不能超过某一给定值。 本课题所研制的电热器单片 机温控系统就是要实现恒

6、值温度控制的要求， 故以下仅对恒值温度控制进行 讨论。本设计所研究的主要容以 AT89C51为核心组建测控系统，它必须快速准确 采取各种待测参数转化为数字量。由于要求的精度很高，采集系统应尽可能 的排除谐波干扰，充分利用高精度A/D器件的性能，提高所测物理量的精度。该单片机控制系统功能：温度探头（AD590感应出电热箱中的温度，放大器将温度信号传输给 A/ D转换器，A/D转换器把温度信号转换成数字信号， 这个数字信号输入单片机与人为设定的温度值进行比较后发出控制信号，经光电隔离器去驱动双向可控硅以调节加在电热丝上的电压，从而控制电热箱的温度。1 绪论1.1 课题背景对电热箱的温度控制以往主要

7、采用常规仪器仪表加接触器的断续控制方法, 装置多、体积大、温度控制精度低。采用单片机实现温度控制则可以 大大提高温度控制系统的性能价格比，且易于推广应用等显著优点。1.2 选题意义温度在工业控制中是个很重要的参数 , 特别在冶金、机械、食品、化工 等工业中 , 对工件的处理温度都要求严格控制 , 对于温度的精确度和稳定性 均有较高的要求。在此项课题中有以下技术指标要求 : .温度最咼可加热到 100 C,并在此温度下保持恒定，控制其最大温差不超过1C。 .根据用户要求，使系统对该电热箱控制的恒定温度在0C100C围,做到能够进行自动识别和连续可调的功能。 并能使各恒温点的控制精度保持 在土 1

8、 Co . 对电热箱的温度进行实时监测和实时显示。 .装置整机体积小、灵敏度高、性能可靠。这种单片机控制方案可大提咼工作效率和控制精度 , 有助于自动化水平 的提高，具有良好的经济效益和推广价值。2系统的总体设计2.1系统功能及其工作原理该电热箱具有以下功能：(1)使用高清晰度数码管实时显示电热箱温度， 围0 C100 C； (2)可用键盘方便地设定所需温度值，并显示设定的温度； (3)按设定温度加热到相应温度，并具有保温功能。系统利用集成温度传感 器AD590完成温度测量并转换成模拟电压信号，经由A/ D转换器ADC0804转换成数字信号送到AT89C51单片机中，单片机将采集到的温度值与通

9、过键盘设定的温度值进行比较，来控制加热器的开断，同时将温度值实时显示在 LED显示器上。2.2系统基本组成方框图此电热箱的温控系统框图如下图1图1系统基本组成框图从图中可以看出，系统主要功能模块分为3类： 数据采集：是指在单片机的控制下，使用功能传感器完成特定信号 的测量和数据采集的功能。传感器将采集到的信号和数据传输到单片机中进 行处理。 .结果显示：是指单片机将采集到的数据发送到液晶显示模块，并控 制液晶显示模块按照一定的格式将其显示的功能。操作输入：是指操作者或其他器件向单片机发送控制指令，用来控制仪器的 模式，该指令一般通过键盘输入。单片机在控制指令的要求下，完成一定功 能，如进行信号

10、测量、数据显示等。 .控制执行：是指单片机控制执行器件的通断电，从而实现对被控量 稳定、有序、规则的控制。除了上述3个主要功能模块外，还有电源模块，用来提供+5V和土 12V直流电压。3系统硬件电路设计3.1AT89C51 单片机ATME公司的生产的AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存 储器(FPERO Flash Programmable and Erasable Read Only Memory )的 低电压，高性能 CMOS 8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。ATMEU的AT89C

11、51是一种高效微控制器，具有低功耗，速度快，程序 擦写方便等优点，完全满足本系统设计需要。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图2所示。234567813 小15143119189101 1201.P1.0/TP0.0,P1.1/TP0.1.P1.2P0.2,P1.3P0.3.P1.4P0.4.P1.5P0.5,P1.6P0.6P1.7P0.7P3. 3/INTFRDP3.7P3. 2/INT0"WR/P3.66 AT89C51P3. 5/T1P2. 0 P3. 4/T0P2.1P2.2 EA/VPPP2.3P2.4X1P2.5X2

12、P2.6P2.7RESETVCCP3. 0/RXDP3. 1/TXDALE/PROGGNDPSEN30021222324252627""28-403938373635343337图2 AT89C51单片机引脚图;寿命：10000Hz24Hz;三级程序存主要特性：与 MCS-51兼容;4K字节可编程闪烁存储器 写/擦循环；数据保留时间： 10年；全静态工作： 储器锁定；128X8位部RAM 32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器; 5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片振荡器和时 钟电路。本系统选择 AT89C51作为主控制器，P0 口作为ADC0804

13、转换数据的输 入端。P2.0接ADC0804的INTR端检测数据转换是否结束，P2.6、P3.0、P3.1口经74LS164串行输出显示数据到数码管，P1 口用来连接独立式键盘，实现电热箱温度的动态设定。P2.7用于控制加热器电路的通断，P3.6用于控制ADC转换器的启动，P3.7用于控制读取 ADC的转换结果。3.2AD590温度采集电路设计AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要 特性如下： .流过器件的电流(mA等于器件所处环境的热力学温度(开尔文) 度数，即：I r/T=1mA/K式中：I r 流过器件(AD590)的电流，单位为 mAT热力学温度，单位为Ko

14、 .AD590的测温围为-55 C+150C。 .AD590的电源电压围为 4V30V。电源电压可在 4V6V围变化，电 流Ir变化1mA相当于温度变化 1Ko AD590可以承受44V正向电压和20V反 向电压，因而器件反接也不会被损坏。 .输出电阻为 710MW .精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中 M档精度最高，在 -55 C+150 C围，非线性误差为土 0.3 C。基本应用电路图3 ( a)是AD590的封装形式，图 3 (b)是AD590用于测量热力学温 度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kW时，输出电

15、压 Vo随温度的变化为 1mV/Ko 但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整 的方法为：把 AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2,使VO=273.2mV。或在室温下(25 C )条件下调整电位器,使Vo=273.2+25=298.2( mV。但这样调整只可保证在 0 C或25 C附近有较高精度。+5VUUUR1950 Q(a)封装形式(b)基本应用电路图3 AD590封装及基本应用电路测温放大电路为了提高精度，扩大测量围，在A/D转换前还要将信号加以放大并进行零点迁移，因而一个高稳定性的、高精度的放大电路是必须的。当温度变化 时，AD590会产生电流变化，

16、当AD590的电流通过一个 10kW的电阻时，这个电阻上的压降为 10mV即转换成10mV/K,为了使此10kW电阻精确，可 用一个9kW的电阻与一个2kW的电位器串联，然后通过调节电位器来获得精 确的10kW运算放大器 AR1被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻 抗，降低输出阻抗，由运放AR2减去2.732做零位调整（即把绝对温度转成 摄氏温度），最后由运放 AR3反相并放大5倍输送给 A/D转换器。具体硬件 连接图如图4所示。+5 V-12V图4 AD590温度采集放大电路AD590温度测量变量关系，如表1所示。表1 AD590温度放大测量变量关系摄氏温度AD590电流经10K Q电压

17、 AR1输出电压AR2输出电压 AR3输出电压0 C273.2A2.732 V2.732 V0 V0 V10C283.2A2.832 V2.832 V-0.1V0.5V20 C293.21 A2.932 V2.932 V-0.2V1 V30 C303.21 A3.032 V3.032 V-0.3V1.5V40 C313.21 A3.132 V3.132 V-0.4V2 V50 C323.21 A3.232 V3.232 V-0.5V2.5V60 C333.21 A3.332 V3.332 V-0.6V3 V100 C373.21 A3.732 V3.732 V-1 V5 V该温度采集电路采用

18、LM741集成运算放大器，它是一种高放大倍数、高 输入阻抗、低输出阻抗的直接耦合多级放大电路，具有两个输入端和一个输 出端，可对直流信号和交流信号进行放大。外接负反馈电路后，输出电压 Vo与输入电压Vi的运算关系仅取决于外接反馈网络与输入的外接阻抗，而 与运算放大器本身无关。如图5 LM741集成运放的外引线图，各引脚功能如下+Vcf7一屯禅电沐心溺I一电淞电爪员端6愉川圖I、書一调零蒯图5 LM741的外引线图3.3ADC0804模数转换电路ADC0804型 A/D转换器。它是中速廉价型产品之一。片有三态数据输出 锁存器，与微处理器兼容，输入方式为单通道。1. ADC0804模数转换器功能及

19、引脚说明 .8位COMS逐次逼近型 A/D转换器； .三态锁定输出； .存取时间：135卩s; .分辨率：8位； .转换时间：100卩s; .总误差：土 1LSB; .工作温度： ADC0804LC 0度+70度； .电源电压为单一 +5V；引脚说明：/CS :芯片选择信号；图6 ADC0804引脚图/RD:外部读取转换结果的控制脚输出信号；/WR:用来启动转换的控制输入；CLKIN, CLKR时钟输入或者震荡元件(R, C),频率约限制在100KHZ1460KHZ如果使用RC电路则振荡频率为 1/ (1.1RC)； /INTR :中断请求信号输出，低电平动作；VIN ( +)，VIN (-)

20、:差动模拟电压输入； AGND DGND模拟信号以及数字信号的接地；Vref /2 :辅助参考电压；DB0- DB7: 8位数字输出；VCC电源供应以及作为电路的参考电压；2. ADC0804使用说明ADC0804的被转换的电压信号从 Vn()和Vn()输入，允许此信号是差动的流不影响模拟信号回路，以防止寄生耦合造成的干扰。参考电压Vref/2可以由外部电路供给，从“ Vref/2 ”端直接送入。当 Vcc电源准确、稳定时，也可 作参考基准。此时，由ADC0804片部设置的分压电路可自行提供Vref/2参考电压（2.5V），“Vref/2”端不必外接电源，浮空即可。ADC0804片有时钟电路，

21、只要在外部“CLKR和“ CLK'两端外接一对电阻电容即可产生 A/D转换所需要的时钟，其振荡频率为fCLK1/1.1RC。其典型应用参数为：R=10kW C=150pF, fCLK640kHz，每秒钟可转换 1万次。若采用外部时钟，则外部fCLK可从CLK端送入，此时不接R、Co INTR是 转换结束信号输出端，输出电平高跳到低表示本次转换已经完成，可作为中断或查询信号。如果 CS和WR端与1NTR端相连，则 ADC0804就处于自动循 环转换状态。RD为转换结果读出控制端，当它与 CS同时为低电平时，输出 数据锁存器 DB旷DB7端上出现8位并行二进制数码，以表示 A/D结果。P3

22、.1 /TXDP3.0 /RXDRESETX2X1EA/VPPP3.4 /TOP3.5 /T1P3.2 /INTOP3.3 /INT1P1.1P1.5P1.CP1.9P1.TP1.AP1.17TP1.0 /T%单片机与9 ADC0804接 口电路图7 单片机与 ADC0804接口电路0804由于具有三态输出锁存器，可直接驱动数据总线，故与AT89C51接口电路十分简单，直接连接成上图7即可。当CS与WR同时有效时便启动A/D转换，转换结束时产生1NTR信号，可供输出查询或中断信号。在CS和RD共同控制下可以读取转换结果数据。在A/D转换过程中，如果再次启动转换器，则终止正在进行的转换，进入新

23、的转换，在新的转换过程中，数据寄存器中仍保持上一次的转换结果。0804提供两个信号输入端Vin（）和Vin（），如果输入电压 Vin的变化围从0V到Vmax，则芯片的V|N（）端接地，输入电压加到 V|N（）端。对于差动输入， 输入电压可以从非零开始，即Vmin到Vmax。此时V|n（）端应接至等于Vmin的恒定电压上，而输入电压V|n仍加到V|N（）端上。0804转换器的零点无需调整，而输入电压的围可以通过调整Vref/2端处111091819311415121387654321的电压加以改变。Vref/2端电压应为输入电压的1/2。例如输入电压围是0V至2V,则在Vref/2端应加1V,但

24、当输入电压为 0+5V时，Vref/2端无需外加 任何电压，而由部电源分压得到。4.ADC0804电压输入与数字输出关系本设计参考电压 Vref =5V所以可确定输入模拟量所对应的数字信号量如 表2所示。表2 ADC0804输入输出关系ADC0804输入电压ADC0804输出值0V00H0.5V19H1V32H1.5V4BH2V64H2.5V7DH3V96H5VFAH3.4显示电路设计显示电路采用74LS164连接4个共阳极数码管，实现串行口静态显示。 如图8所示。由P2.6.控制串行口 TXD的允许端，只有当 P2.6=1时，才打 开与门，放开显示传送。AT89C51的串行口 RXD和TXD

25、为一个全双工串行通信口，但在工作方式 0下可以作同步移位寄存器用，其数据由RXD( P3.0)串行输出或输入；而同步移位时钟由TXD( P3.1 )端串行输出，在同步时钟作用下，实现由串行到并行的数据通信。利用串行口加外围芯片74LS164就构成一个或多个并行输出，用于串-并行转换，驱动显示 LEDbDS1DS2DS3DS4P3. 1 1P2.6图8串行静态显示电路这种显示电路属于静态显示，比动态显示亮度更高一些。由于 74LS164 允许通过电流达 8mA所以添加100W驱动电路，亮度比较理想。与动态显 示相比，无需CPU不停的扫描，频繁的为显示服务，节省了CPU时间，提高了工作效率。74L

26、S164 移位寄存器底层驱动 :74LS164 是一款 8 位移位寄存器 , 串行输 入并行输出 , 常用于端口扩展 ,引脚排列如图 9 所示。图 9 74LS164 引脚图引脚说明：CLK时钟输入断；CLR清除端；A,B :为数据输入端；当CLR为低电平时QA- QH输出均为低电平,当数据输入端任意引脚为低 电平时，禁止数据输入。并在 CP上升沿作用下决定 QA的状态，当任意一引 脚为高电平的时候，允许另一引脚输入数据并且在CP上升沿的作用下决定QA的状态。在使用的时候经常把DSA DSB其中的一个设置永久高电平,或者两只脚同时接信号端。3.5 时钟电路图 10 时钟电路XTAL1 :反向振

27、荡放大器的输入及部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。XATL1 和 XATL2 两端接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激震 荡。电容器 C1和C2通常去32pF左右，可稳定频率并对震荡频率有微调作 用。震荡脉冲围为 fosc 0 24MHz 。如图 10所示。振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向 放大器可以配置为片振荡器。 石晶振荡和瓷振荡均可采用。如采用外部时钟 源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至部时钟信号要通过一个二分频触发 器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求， 但必须保证脉冲的高低电平要 求的宽度。3.6 复位及键盘温度

28、设定电路1. RESET:复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RESET脚两个机器周期的高电平时间。如图11所示，在按键瞬间，电容C1通过R1充电，RESET 端出现正脉冲，用以复位。关于参数的选定，在震荡稳定后应保证复位高电 平持续时间（即正脉冲宽度）大于两个机器周期。当采用6MHz 时，可取C3=22卩 F，R4=1KW 当采用 12MHz时，可取 C3=10卩 F,R4=8.2KW。图 11 复位电路2. 键盘部分在程序运行过程中设置为外部中断1方式，S1S4实现各功能通道键。S1键为中断输入键，只有按下S1键，其他键才有效。中断按键的功能就是设定恒温值，以便对测得温度对比判断，键盘电路

29、如图12所示。图12设定温度键盘3.7控制加热电路该部分采用了 Motorola公司推出的单片集成可控硅驱动器件MOC3041,作为对加热器的驱动和控制。MOC3041芯片是一种集成的带有光耦合的双向可控硅驱动电路，其部集成了发光二极管、双向可控硅和过零触发电路等器件。他由输入和输出两部分组成。输入部分是一个砷化傢发光二极管，在515mA正向电流的作用下发出足够强度的红外光去触发输出部分。输出部分 包括一个硅光敏双向可控硅和过零触发器。在红外线的作用下， 双向可控硅可双向导通，与过零触发器一起输出同步触发脉冲，去控制执行机构一外部 的双向可控硅。其工作过程是：当单片机的P2.7 口输出高电平时

30、，MOC3041输入部分的发光二极管导通。发出足够强度的红外光去触发输出部分，即控制可控硅的导通，从而打开加热器；同理，当P2.7 口输出为低电平时，MOC30411入部分的发光二极管截止，可控硅断开，关闭加热器。该系统具 体电路图如图13所示。+5VR2 3200图13 双向可控硅控制电路3.8辅助直流稳压电源设计方案1：采用单一电源供电。这种方法明显不行。因为电路中有模拟电 路、数字电路等弱电部分电路，还有感应加热负载的强电流电路。如果采用 单一电源，各个部分很可能造成干扰，系统无确工作，还可能因为负载过大,电源无法提供足够的工作电流。特别是压机启动瞬间电流很大，而且逆变电 路负载电流波动

31、较大会造成电压不稳，有毛刺等干扰，严重时可能造成弱电 部分电路掉电。方案2:采用双电源，即电源负载驱动电路等强电部分用一个电源，模拟电路、数字电路等弱电部分用一个电源。这种方法明显比前一种方案可靠性要高，但是电路间还是可能会产生干扰，造成系统不正常，而且还可能会 对单片机的工作产生干扰，影响单片机的正常工作。方案3:采用多电源供电方式，即对数字电路、模拟电路、驱动电路分 别供电，这种方案即降低了系统各个模块间的干扰，还保证了电源能为各部 分提供足够的工作电流，提高系统的可靠性。根据上述分析，决定采用方案3。三端固定稳压器CW78<X为固定式三端稳压器，它只能输出一个稳定电压。固定式三端稳

32、压器的常见产品如图14所示。图14 CW78 XX、CW79XX系列稳压器CW78<X系列稳压器输出固定的正电压，女口7805输出为+ 5V; CW7XX系列稳压器输出固定的负电压，女口7905输出为一5V。其典型应用电路如图15所示。图15 CW78 XX典型应用电路输入端接电容 Ci可以进一步滤除纹波，输出端接电容Co能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。G、Co最好采用漏电流小的钽电容，Co 一般不得小于0.1卩F ,如采用电解电容，贝皿容量要比图中数值增加10倍。本次设计用的电源图16所示电路为土 12伏输出的直流稳压电源，从图可见，该直流稳压 电是由变压器、二极管整流桥、滤波器

33、和集成稳压等环节组成。如果把图 16中的集成稳压器 7812换成7805 （注意7912管脚的输入、输出和接地都 与7812不同的）。则稳压电源变为输出+5伏的单路直流稳压电源，供给AT89C51等芯片工作。+1 2V-12 VAC5V图16 +5V和土 12伏双路稳压电源(1 )使用中应注意： 整流桥输出地端应接在大电解电容上，以利于降噪。电解电容应大于1000卩F,以为7812三端稳压模块提供较稳定的直流输入。 为消除三端稳压模块部产生的高次谐波，抑制稳压电路的自激震荡，实现频率补偿，应在模块两端分别并联一小电容。元器件选择及参数计算(1) 三端稳压器根据电路中所需要的电源，选择7805、

34、7812、7912分别输出+5V、+12V和-12V，其输出电压和输出电流均满足指标要求。(2) 输入输出电容输入输出电容的取值如上图所示(主要根据工程经验而得到)，一般为瓷片电容。(3) 变压器二次侧电压有效值和输入电压这两个值的取定决定了相关元器件及参数的选择。一般情况下，输入电压应比输出电压高3V左右(太小影响稳压；太大稳压器功耗大，易受热损坏)。假设+5V的输入为V11，输出为Vo1 ； +12V的输入为V12,输出为V02 ； -12V的输入 为V13，输出为Vo3，而它们所对应的变压器二次侧电压有效值分别为V21、V22、V23则有，W=8V, V12=15V，考虑电网电压10%的

35、波动，最终可取V11=9V， V12=16.5V。由式V1" (1.11.2)V 2可取变压器二次侧电压有效值V21=Vn/1.1=8.18V ，V22=w/1.1=15V鉴于变压器规格的限制，实际应选V21=10V，V22=15V。(4) 滤波电容Cl由式Ro Cl> (35)T/2可暂定R。Cl=5T/2,则Cl=5T/2R。，式中，R。为Cl右边的 等效电阻，应取最小值， T为市电交流电源的周期， T=20ms,取Iomax =1A，因 此几个电源的R分别为：R)1min=W/l omax=1.1 X 10V/1A=11W,所以取 Cl=5T/2Ro1min =5 X 2

36、0 X 1000/(2 X 11)4545 卩 F,同理有， Ro2min=1.1 X 15V/1A=16W Q=5X 20X 1000/(2 X 16) 3125卩F。可见，滤波电容容量较大，应选电解电容。受规格的限制，实际容量应选为3=4700卩F/25V , C10=4700卩F/30V，其耐压值要大于相应的输入电压的 1.5 倍。(5) 整流二极管整流二极管的参数应满足最大整流电流I F>I omax(暂定)；最大反向电压Vr> . 2 V2，其中V2为变压器二次侧电压有效值。以上两个桥式的所有整流二极 管可选IN4001小功率二极管。3.9本章小结本章对系统的硬件进行详细

37、的设计，其核心器件为单片机，主要功能模 块为ADC0804和 AD590传感器组成的数据采集电路以及LED显示电路；其次就是按键、执行、时钟、复位几个功能电路；硬件系统的检测电路的选择直 接决定单片机数据处理程序的编写，这显得尤其重要。在本章中对各部分电 路设计进行了比较详细的叙述。4系统软件设计该系统软件部分用 MCS-51汇编语言编程实现，采用模块化程序设计思 想，将软件划分成若干单元，主要包括主程序模块、十进制数据转换及调整 子程序模块、LED数码显示子程序和延时子程序等模块。4.1系统主流程图在主程序中，系统上电自动复位以后首先设置堆栈，然后启动ADC0804开始转换AD590测温电路

38、输入的电信号， 待数据转换结束后读入到累加器A，然后进行十进制数据转换调整，输出给显示电路，同时当测得温度大于等于设定值加1则停止加热，进行保温。当小于等于设定值减 1则驱动执行器件进行加热。主程序流程图如图17所示。图17系统主流程图主程序：ORG0000HSJMPMAINORG0013HSJMPINT1CLRCMOVIE,#85HMAIN: MOVX DPTR,AWAIT:JBAJMPP2.0,ADCWAITADC:MOV A,DPTRPUSHAACALL L1ACALL DISPMOVA,60HMOV100H,ADEC100HPOPACJNEA,100H,rel1XL1:SETB P2.

39、7CLRP2.5SJMPADCrel1:JNCC,XL1INC100HINC100HCLRCCJNEA,100H,rel2XL2:CLRP2.7SETBP2.5rel2:JCC,XL2SETP2.5AJMPADC4.2十进制数据转换调整子程序由于ADC0804转换后的数据是二进制数据，而七段码LED显示器所要显示的数据是十进制数据，因此需要进行二、十进制数据转换。ADC0804输出的最大转换值为FFH(255)，由于运放 AR3放大5倍，因此本数字温度计的最大测量温度为 5.1V/5 = 1.02 V，即卩102 C。由255 XX =102，得知X = 0.4，即先乘4再除 10。 255

40、X 4=1020，其中高位10送高位显示缓冲区 R4, 低位20送低位显示缓冲区R5,将小数点设在 D2位上，并将其分别显示为1(D4) 0(D3) 2(D2) . 0(D1)C。所以，十进制转换调整流程为A/D (二进制)f十进制f乘4显示。程序流程图如图18所示。图18 十进制数据转换调整子程序流程图十进制数据转换子程序：L1: CLR CMOV R5,#00HMOV R4,#00HMOV R3,#08H NEXT: RLC AMOV R2,A MOV A,R5 ADDC A,R5 DA A MOV R5, A MOV A, R4 ADDC A, R4 MOV R4, A MOV A, R

41、2 DJNZ R3, NEXT MOV R7, #02L2: MOV A, R5ADD A, R5 DA A MOV R5, A MOV A, R4 ADDC A, R4 DA A MOV R4, A DJNZ R7, L2 RET4.3 显示子程序显示采用共阴极 LED串行口静态显示，这样不仅大大减少了单片机的时 间，不必为显示频繁的扫描，还可以使显示亮度更为优越。由P2.6 控制串行口 TXD的允许端，只有当 P2.6=1时，才打开与门，开放显示传送。89C51的串行口 RXD和TXD为一个全双工串行通信口，但在工作方式 0下可以作同步移位寄存器用，其数据由RXD( P3.0 )串行输出或

42、输入；而同步移位时钟由TXD( P3.1 )端串行输出，每当发送完一个字节T1就会自动置1.用软件查询方式来检测每一字节的发送。开始程序如下：DISP:MOV R4 , #04HMOV SCON 00HCLR ESSETB P2.6DIR1:MOV SUBF R3JNB TI,$CLR TIDEC R0;存显示位数;置串行方式0;串口禁中断;允许TXD发送脉冲;串行输出一位显示字段码;等待串行发送完毕；清串行标志;更新显示位数DJNZ R4, DIR1;是否显示完毕CLR P2.6;关闭TXD发送脉冲RET;返回4.4键盘处理子程序本系统采用的是键盘中断法： S1键接至P3.3 口，作为设置键

43、，当 S1 键没按下时，其他键有动作，系统都不作反应，只有S1键按下，S2S4才能实现相应功能。S3键：力卩1; S4键：减1; S2键：确定；延时10ms是S1按下吗?NY显示设定温度（进入温度设定模式）是S3按下吗?YN是S4按下吗?YN是S2按下吗?Y恢复现场N返回图20键盘设定子程序键盘中断子程序：INT1:CLR EX1；关中断CLRIT1CLREAPUSHA；保护现场PUSHBPUSHR0PUSHR1PUSHR3PUSHR4PUSHR5MOVR3,#60H?进入设置显示状态LCALLCHABIAOLCALLDISPKEY:MOV P1， #FFH；送 P1 全零JBP1.3 ，UP

44、LINE ；P1.3=0 转到恒温加1 处理JBP1.5 ，DONWLINE；P1.5=0 转到恒温减1 处理JBP1.7 ，END ；确定返回SJMPKEY?重新扫描UPLINE:LCALLDS10MS?消抖延时JBP1.3 ，KEY ；无按键返回扫描MOVR3,#60H?显示恒温温度LCALLDISPJIAYI:LCALL DS10MS?温度加 1 处理子程序JBP1.3 ，UPLINEINCR5；加1 温度MOVR3， #11H；十进制转换EDCR3MOVA， R4MOVB， #100DIVABMOVR3， AEDCR3MOVA， BMOVB， #10DIVABMOVR3， AEDCR3

45、MOV A ， BJIANYI:MOVR3 ，ALCALLCHABIAOLCALLDISPRETLCALLDS10MSJBP1.5，KEYMOVR3,#60HLCALLDISPALL DS10MSJBP1.5，DONWLDECR5MOVR3 ，#12HEDCR3MOVA，R4MOVB ，#100DIVABMOVR3 ，AEDCR3MOVA，BMOVB，#10DIVABMOVR3 ，AEDCR3MOVA ，BMOVR3 ，ALCALLCHABIAOLCALLDISPRETMOVR2,#4MOVDPTR,#TABMOVA,R3MOVA,A+DPTRMOVR3,AINCR3DJNZR2 ，CHABI

46、AO1；十进制转换RETDONWLINE:CHABIAO:CHABIAO1:；调用查表；温度减一处理子程序；查表子程序DS10MS: MOVR7,#10HDS1:MOV R6,0FFH;10MS延时子程序DS2:DJNZ R6,DS2DJNZRETR7,DS1END:POP R5；恢复现场POPR4POPR3POPR1POPR0POPBPOPASETBEX1；开中断SETBIT1SETBEARETI；中断返回TAB:DB 040H,079H,024H,030H,19H, 12H, 02H, 058H，00H, 10H;DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H, 92H, 82H,

47、0D8H ，80H, 90H;4.5 本章小结本章介绍了系统主要的流程图以及程序清单。结论本课程设计叙述了电热箱温控设计，包括硬件组成和软件的设计，该系 统在硬件设计上主要是通过温度传感器对温度进行采集， 把温度转换成变化 的电压，然后由放大器将信号放大，通过A/D转换器，ADC0809将模拟温度电压信号转化为对应的数字温度信号电压。 其硬件设计中最核心的器件是单 片机AT89C51，它一方面控制 A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换， 另一方面，将采集到的数字温度电压信号经数据处理得到相应的温度值，送 到LED显示器，以数字形式显示测量的温度。该系统利用MCS51汇编语言编制，运行程序的

48、主要特点是：1) 适用性强， 用户只需对界面参数进行设置并启动系统正常运行便可满 足不同用户水温的要求， 实现对水温的实时监控。 避免了电力力资源的浪费， 节省了能源。2) 将单片机以及温度传感器引入对水温的分析和处理中，单片机控制决策无需建立被控对象的数学模型，系统的鲁棒性强，适合对非线性、时变、 滞后系统的控制，对水温控制系统采用单片机控制非常适合。3) 系统成本低廉，结构紧凑，操作非常简便，可扩展性强，只要稍加改 变，即可增加其他使用功能。较好的满足了现代工业生产和科研的需要。该系统也存在一些问题：系统在控制温度精度上不理想，控制容易产生 震荡，不稳定。这可采用PID算法来控制PWMfe

49、的产生，进而控制电热丝的加热来实现温度控制。数字 PID 控制则能够较好地解决控制精度的问题 , 并 且计算机能够用程序既简单又方便地实现数字 PID 控制规律 , 对精度调整起 来也很方便。 具体控制方案可采用了数字 PID 算法结合积分分离方法对电热 箱温度进行控制 , 具有精度高、稳定性好的特点。通过本次设计，参考了大量的资料，让我认识到了单片机功能的强大， 让我学到了很多，受益匪浅！参考文献1 何立编 .单片机应用与设计 . ：航空航天大学， 2000.82 何立编.单片机应用技术选编(1 )(7).:航空航天大学，199319993 胡健主编 . 单片机原理及接口技术实践教程 . ：

50、机械工业， 20044 电力电子变流技术5 宁主编 . 单片机与控制技术 . :航空航天大学， 2005.36 肖洪兵 . 胡辉 . 郭速学编著 . 跟我学单片机 . :航空航天大学， 2002.87 朱定华 . 单片机原理与接口技术 . 电子工业， 2001,48 瑞新 . 单片机原理及应用教程 . 机械工业， 2003,79 丽芬 . 单片机应用系统开发典型实例 . 中国钢铁工业出版 ,200410 余家春 .Prote199SE 电路设计实用教程 .: 中国铁道， 200311 Li S. Matching: invariants to translations, rotations and scale changes J