基于单片机的温度控制系统的硬件设计

2#/7理203.2系统输入单元键盘的设计203.3系统AD采样单元的设TOC\o"1-5"\h\z计233.4系统显示单元设计243.5PWM控制的基本原理253.6单片机对PWM控制的实现263.7复位电路的原理278热电偶测温电路283.9系统硬件原理图29设计结论英文文献中文翻译34致谢..36参考文献37、八、■前言温度控制设备是工业生产中常见的控制设备之一，因此温度控制是生产过程自动化的重要任务之一。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料、控制方案也有所不同，例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，燃料有煤气、天然气、油、电等。传统的继电器控制调温电路简单实用,但由于继电器动作频繁,其触点因频繁通断而产生接触不良而影响正常工作。随着电子技术和微型计算机的迅速发展,微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用，利用微机对温度进行测控得到日益发展和完善，且越来越显示出其优越性。如IGBT、晶闸管等电子器件的出现，采用主回路无触点控制,克服了继电器接触不良的缺点,且维修方便。同时计算机技术的发展也使得新的控制方法得以实现，如PID控制、模糊控制、神经网络等。而PID控制由于其结构简单、实用、价格低，被广泛应用在工业过程控制中。同时温度控制系统的控制器也多采用PID控制。单片机即简称单片微型计算机，它是微型计算机发展的产物，自产生到现在已有30余年。微型计算机出现以后，计算机硬件系统得到了长足的发展，通用微处理以惊人的速度更新，出现了许多性能极佳的通用微型计算机系统。单片机就是微型计算机发展的一个重要的分支，应用面广，发展很快，其发展大致经历了3个历史阶段：1974-1978年，为初级单片机阶段。第一代单片机始于1974年，以INTEL公司的MCS-48系列为代表，其特点是采用专门的结构设计，这个系列的单片机在片内集成了8位CPU、并行I/O端口、8位定时器/计数器、RAM、ROM等。没有串行I/O端口，中断处理也比较简单，片内RAM、ROM的容量较小，且寻址范围小于4KB。1978-1983年，为高性能单片机阶段。第二代单片机以INTEL公司的MCS-51系列为代表，其技术特点是完善了外部总线，并确立了单片机的控制功能。外部总线规范化为16位地址总线，用以寻址的外部64KB的程序存储器和数据存储器空间，8位数据总线及相应的控制总线，形成了完整的并行三总线结构。同时还提供了多机通信的串行I/O端口、16位定时器，具有多级的中断处理，片内的RAM和ROM容量大，有的片内还带A/D。从1983年至今，为8位单片机的巩固提高阶段，是完善16位单片机及32位和64位单片机的研制阶段。单片机有以下主要特点：低功耗。一般单片机都能在3到6V范围内工作，对电池供电的单片机不再需要对4电源采取稳压措施。低电压供电的单片机电源已由从5V降低到3V、2V甚至1V左右，0.9V供电的单片机已经问世，工作电流也从毫安降到微安级。抗工业噪声干扰能力强，可靠性高。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，适应温度范围宽，能在恶劣环境条件下可靠的工作，这也是其他机种无法比拟的优点之一。系统扩展性能强。有供扩展外部电路用的三总线结构,以方便构成各种应用系统。单片机应用系统涉及多种外部设备或系统的互连和通信，有必要在单片机与外部芯片之间插入有通信功能的接口总线。一直以来，单片机没有自己的总线标准，通常是由著名厂家推出自己产品时配套设计的，例如MCS—51系列单片机就设计有完整的三总线结构（地址总线AB，数据总线DB,控制总线CB）。后来根据控制系统网络及多机系统的需要出现了串行、并行接口总线，可以方便的实现多机和分布式控制，构成各种规模地多机系统和网络系统，使系统的效益和规模大为提高。寿命长。这里说的寿命长，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠的工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器（MPU）相比的寿命长。随着半导体技术的飞速发展，MPU更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，很短时间内就被淘汰出局，而传统的单片机已经二十多岁了，产量仍然是上升的。这一方面是由于其在相应应用领域的适应性，另一方面是由于以该类CPU为核心，集成以更多I/O功能模块的新单片机系列层出不穷。第1章温度控制系统的方案确定在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。1.1系统设计的主要任务本设计的控制对象为一电加热炉，输