【《基于单片机的温度控制系统设计与实现》11000字（论文）】

目录 基于单片机的温度控制系统设计与实现摘要温度是工业生产当中最常见的被控参数,在人们的日常生活中也就需要经常使用到对温度的自动化检测及其控制，本文设计一个温度控制系统，采用PID控制温度按一定曲线变化，并且附加报警功能。这里介绍的控制器是以AT89C52单片机为核心，通过热敏电阻去感受加热片温度，以LCD1602为温度显示，通过AD转换和串口通信到上位机进行PID控制。当温度到达设定值附近时，蜂鸣器鸣叫，当温度高于设定值继电器自动断电，加热片停止加热，随后温度下降后若温度低于设定值继电器工作，如此反复使得温度保持在设定值附近。温度控制效果不错，但是在降温时是通过加热片自然冷却，所以时间长精度也没有那么高。关键词：单片机；温度控制；PID控制；报警目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 I第一章绪论1.1选题背景及研究意义二十一世纪是科技迅速发展的信息时代，微机、电子技术的应用更是数不胜数，由于科学技术的发展，对各种参数的温度测量需求越来越多。温度是表示物体冷热程度的物理量，温度测量则是现代工农业生产过程中一个常见而且很重要的参数[1]。温度的测量与控制对于产品质量、生产效率及安全、节约能源还有国民经济的发展起到非常重要的作用[2]。单片机温度测量系统的关键是对温度的测量、控制以及保持，温度测量是工业对象中主要的被控参数之一。单片机温度测量能够对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产得到广泛的应用，尤其是在电力工程、冶金工程、机械制造等重要领域中，担负着非常重要的测量任务[3]。同时，在日常生活中，也可以应用在空调器、电加热器、地热等各种工业设备温度测量以及家庭试问测量场合。由于温度是一个模拟量所以要采取适当的技术及原件将其转化为数字量，虽然转换并不困难，但是电路设计比较复杂，成本比较高[4]。1.2发展状况及发展前景在各种类型工业生产的产品温度控制处理系统中，所采用的温度测温处理元件和其他各种测量处理手段各不相同，产品的设计制造生产工艺不同，其对于控制产品温度的操作准确性和控制精度不相同。通常是由位式或者是时间比例式的温度调节计进行控制的一种工业加热炉的温度调节控制系统，其中的主回路是接触器进行控制时由于不能够实现快速响应，所以这些温度控制的精度都比较低，大多是在几度甚至十几度以上[5]。随着电力电子技术及元器件的发展，出现了以下几个可以解决问题的方法：(1)该主控制回路采用无触点智能可控硅和智能固态继电器等多种方式元件代替接触器，配以采用PID或模糊逻辑控制的调节仪构成的温度控制系统，其温度控制精度大幅提高，常在温度±2℃以内，优势就是实现采用模糊控制与简单PID逻辑控制相结合，对这种控制温度区域广、响应速度快且连续线性可调的温度系统过程具有巨大的控制技术性和优越性。(2)温度控制系统采用单片机的温度管理。用一种单线式数字温度传感器实时采集各种温度信号，打破了传统热电阻、热电偶再经A/D转换后所采集的温度信号的工作思路。用一个单片机自动对数字温度值进行信号处理和控制，通过RS-232串口发送到PC机对温度值进行监测和报警，设定温度上限及下限。它的优势就是软件结构较为简单，编程时不要求使用专门的编程器，只需要直接点击计算机就能够把已经编好的应用程序直接写入到单片机中，便于调试、修改和安装升级[6]。(3)ARM(AdvancedRISCMachine)用于嵌入式控制系统设计中的模糊性和温度控制。它充分利用ARM微处理器的强大物理特点和复杂功能，通过直接方式读取温度传感器的温度数据，并与所有仪器设定的温度值分别进行功率计算和温度比较,然后针对各个特定温度控制区域分别进行了温度控制。通过直接使用一种内嵌模式操作系统μclinux使其可以获得非常良好的数据实时性，并且通过使用TCP/IP协议它可以很快地与PC机进行实时通信。它的优势不仅是温度控制的工作精确率高，而且用户可以直接通过现场跟踪和遥控两种控制方式自动准确设置所有需要的温度[7]。传统的温度控制方式并不能满足高速度，高精度的控制要求，比如温度控制表和温度接触器，它的一个主要缺点就是温度误差波动的影响范围较大，仪表本身有误差和交流接触器使用寿命有限制，并且它是通过控制器的通断时间比例去改变加热功率，这就导致它的通断频率很低。成熟的新型温控设备和仪表产品主要是以"点位"调温控制及各种基于常规的PID调温控制器产品为主，它们都不再是仅仅用于能够进行适应普通控制温度系统的自动控制，而且是专门设计用于在较高的温度控制场合下进行使用的一种智能化、自适应控制仪表[8]，国内的温控技术尚不成熟，形成了一种商品化并且被广泛应用的新型温控仪表相对比较少，因此不适合厂家采用这样的制造方法设计制造用于加热高温锅炉的一种温控仪表设备。近几年来迅速地发展创造出了多种先进的锅炉温度控制方式例如模糊控制。这个控制技术极大地改善了控制的精度，它不单单使得控制变得简洁，而且使其同类产品质量变得更好，降低了产品的成本造价和生产费用,提高了批量生产的工作效率。不过,模糊控制技术系统的各种动态特性良好，但是它的稳态控制特性相对来说较差，且很难做到促使控制系统的各项主要性能指标均达到理想的性能要求。[9]目前大部分采用的模糊-线性复合自动控制器充分发挥了模糊控制和线性控制的特殊技术优点，使我们所采用设计的系统控制管理系统同时具备了较好的系统动态性和系统稳定性两项指标[10]。但是,模糊-线性复合控制的系统设计中还常常会出现一些技术问题:线性前馈复合控制的系统性能对参数变化比较敏感；在线性控制的误差通道并联模糊控制器系统和模糊控制器与线性控制器并联的系统并不能从根本上解决模糊控制器动态性能与稳态性能之间存在的矛盾。结合了加热炉、热处理炉、反应器和锅炉等以工业温度管理控制技术为主的工业温度管理控制体系对于产品的工艺、温度要求，再综合考虑不同类型的加热系统温控技术和方法，考虑到各种加热炉的温控技术和方法的优缺点，选择最佳解决方案，而采用单片机作为工业温度管理控制体系的基础，其温控技术和核心设备在工业生产中比较合适[11]。用这种单片机可以对热炉的温度变化进行自动控制，不但操作精度高，反映速率快，对使用环境的要求也不高，价格低廉和易于设计等诸多优点，使其能够得到大规模运用和批量生产，能很好地完成对温度变化的监测和自动化控制[12]。单片机是一种用于集成电路的技术芯片。该芯片采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器集成CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、多种I/O口和多种中断口的控制处理系统、定时器/计时器等多种集成功能(也许还包含了显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路信号转换器、A/D转换器等电路)。它是由一块多晶硅片上元件组合而成所形成的小型、完善的计算机系统[13]。主要应用了单片机接口技术，微型计算机接口技术，传感器与数字信号处理等技术。用温度传感器直接使其感知物体温度，并将其进行转换后成为带有相应输出电压的信号输出，单片机的外围信号控制电路通过TLC1543芯片把这个模拟信号进行转化后成为一个数字信号，输入后再发送到单片机中[14]。包括系统的硬件设计和软件设计。在温度硬件控制设备设计方面，我们首先有电源电路，A/D信号转换接口电路，串口通信电路等等对它进行了硬件设计，然后把它们进行组装起来可以形成一个新的整体，完成了对于整个温度传感信号系统进行温度控制的各个重要硬件设备组成部分[15]。在工业系统管理软件设计过程方面，对于系统主程序，中断器和伺服处理程序，采样子处理程序，数字滤波处理程序等都已经进行了系统编写。1.3论文主要内容回流焊广泛应用于电子产品领域、显示器领域和LED灯领域，为了保证其温度安全，其温度控制越来越受到重视。本课题要求设计一个温度控制系统，采用PID控制温度按一定曲线变化，并且附加语音播报功能。该系统预计设计一个烤箱，采集温度信号，通过A/D转换和串口通信到上位机进行PID控制。要求温度按照一定的曲线所变化，当变化脱离预期曲线后，有语音播报功能警报。论文主要有系统方案的设计，硬件电路的设计，软件电路的设计还有实物的调试与个人总结：1）系统方案的设计主要是经过对任务和要求的初步分析之后进行核心器件的选型，在此基础上确定总体硬件电路的方案；2）硬件电路的设计主要是对各个部分的硬件电路进行原理说明，并设计出电路的连接方式，根据设计的原理图去绘制PCB图；3）软件部分的设计则是对温度控制系统的各个硬件部分进行编程，在编写程序之前要确定上位机；4）调试和个人总结则是对系统进行焊接以及程序烧写确定实物的功能是否达到任务要求，通过得到的结果进行个人总结第二章系统方案设计第二章系统方案设计2.1设计任务解析根据设计任务要求，设计一个基于单片机的温度控制系统，以期实现达到温度的目的。其控制要求总结如下：1）在熟悉编码器、单片机及温度芯片的工作原理基础上，设计系统总体框架、各个模块的硬件电路和软件编程；2）绘制硬件原理图及PCB图；3)使用所需要设计的电路原理图和PCB图将实物绘制出来，并对其进行了相应的硬件电路调试，确保整体硬件电路能够正常工作；4)画出软件的工作流程图，编写各种模块的程序语言；5）采集温度数据；6）根据温度信息实时显示在LCD屏幕上；7）设计语音播报功能；8）上位机进行PID控制；9）设计ADC；10）设计串口模块。2.2系统方案构成下面将对温度控制系统进行简单的介绍：1）用热敏电阻感应加热片温度；2）经过A/D转换电路将模拟信号转变为数字信号显示在单片机上；3）并通过串口通信将温度信息传送至上位机。系统构成图如下：图1系统构成图2.3核心器件选型2.3.1单片机选型采用STC89C52作为主控芯片。STC89C52是一种CMOS8位微控制器，内部含有8K可编程Flash存储器，它还有低功耗、高性能的优点。通过采用高密度非易大损失性数据存储器集成技术进行生产而非集成，能够和传统80c51系列产品系统中的所有指令和数据接口完全交互相容。片上软件Flash设计允许应用程序中的存储器能够进行系统的全部可编程，同时它也适合于一些常规的程序编程器。在这种单一硬件芯片上，拥有灵巧的工业嵌入式软件在线操作系统，并且具有可编程化的Flash和8位的CPU，使得STC89C52为众多的工业嵌入式控制器和应用程序系统以及设计者用户提供了更高效的在线解决模式方案。STC89C52具有以下的主要标准技术特点:32位射频I/O口线，8k字节Flash，256字节RAM，2个数据指针，看门狗定时器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，三个16位定时器/计数器，片内晶振及时钟电路。除此之外，STC89C52能降至0Hz静态逻辑操作，支持两种软件可选择的节电模式。在空闲模式下，CPU将停止工作，允许RAM、串口、中断、定时器/计数器的正常工作。掉电自动保护的工作方式下，RAM的硬件内容将同时会被一个振荡器自动保存，振荡器也将会被机器冷却和硬件冻结，单片机将暂时停止所有的硬件工作，直到下一次发生硬件的自动复位或者可能是软件中断。8位的数字微控制器8k每个字节的八位可编程Flash。2.3.2通信模块的选择用串口和CH340模块都可以让计算机和单片机进行通信，但是使用CH340更加方便，省去了使用串口的麻烦。CH340是一个USB总线的转接芯片，实现USB转串口、USB转IrDA红外或者USB转打印口。在串口方式下，CH340提供常用的MODEM联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者把一般串口通信装置直接提升为一个USB总线。在红外通信方式下,CH340外加红外收发器就是用户可以直接组合一个USB外加红外线通信适配器，实现与SIR红外线的实时通信。图2CH340模块2.3.3显示模块的选择采用LCD1602液晶显示屏。LCD1602液晶亦可称作LCD1602字符型液晶。它的显示功能非常强大，可以同时显示32个字符，内容可以是数字、字母、符号、甚至是自定义的字符。LCD1602液晶显示器的字符都是由5*7的点阵组成的。LCD1602既可以采用串行数据传输也可以采用并行数据传输，控制原理与HD44780液晶相同，并且控制起来很方便。图3液晶显示模块2.3.4A/D转换器的选择这此设计使用的模数转换器是TLC2543串行模数转换器，在实现A/D转换的过程，该元器件不仅性价比很高而且能够让系统得到分辨率比较高的图像分辨率。能够通过设计输出一路模拟量去选择AINO一路输入的通道。图4A/D转换模块2.3.5温度传感器的选择使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行A/D转换。是用热敏电阻作为传感器的话需用A/D转换电路，设计方便，符合本次设计要求。这里将热敏电阻作为探头。图5传感器模块2.4系统硬件结构图通过核心器件选型，系统总体硬件图如图所示，由总电源电路、独立按键、复位电路、蜂鸣器电路、LCD1602显示、光敏电阻测温模块以及通信电路组成，实现基于单片机的温度控制系统。图6基于单片机的温度控制系统第三章硬件电路设计第三章硬件电路设计为了更加方便调试和理解，本次设计硬件电路将使用模块化，下面将对各个模块进行具体的介绍。3.1STC89C52最小系统设计单片机最小系统是控制系统不可缺少的部分，一般情况下，电路需要正常运行的话也就需要提供电源，所以电源模块是必须的，另外，电路系统相当于人的机体，时钟电路则可以代表心脏，要想使机体正常运作，那么就需要心脏正常的跳动，这也就说时钟电路要对电路系统进行控制维持其正常运行，除此之外，还需要复位电路模块，该模块发挥着重要的作用，其能够将运行的程序复位，使系统维持在正常运行状态。STC89c52的内部结构图如图7所示，其具有丰富的内部集成模块，结构非常完整，可以满足大部分的系统设计要求。图7STC89C52引脚图STC89C52单片机一共有40个输出引脚，按照其主要的功能来对它们进行了分类，大致来说可以划分为三类：1）电源及时钟引脚：VCC、VSS、XTAL1、XTAL2；2）控制引脚：EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(___),P)EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(__),S)EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(___),E)EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(__),N)、EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(____),EA)、ALE、RESET（RST）。这些引脚可以提供控制信号，有的还包括复用功能；3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3，为四个8位I/O口的外部引脚；3.1.1电源设计对于一个移动电子产品来说移动电源是必不可少，系统的正常运作离不开电源，在本文的电源设计中因为51单片机的正常工作电压是在4.5-5.5v之间，所以我们就可以使用5V输出的移动电源或者USB电源线连接手机充电器插头让单片机能够正常工作。图7电源电路3.1.2时钟电路设计时钟控制电路简单来说的话就是振荡器和单片机相互结合在一起使用，其将会产生一个时钟信号，并将时钟信号传递给单片机。时钟控制电路大致可以划分为内部与外部的时钟，前者主要是指通过使用内部振荡电路将一个振荡的石英晶体连接到XTAL1和XTAL2,进而实现自激振荡。当外部连接一个石英晶体组成内部的时钟电路，其还可能根据需要选择外部的电容。电容的大小会对振荡电路的性能和稳定性都产生一定的影响。一般而言，晶体振荡器的电路主要是由两个30pf电容器和一个晶体芯片组合连接而成。因此，本设计将采用12Mhz晶体芯片设计晶体振荡器电路。图8时钟电路3.1.3复位电路设计复位开关控制电路大致可划分两类为：开关复位与上电自动复位。接通电源的瞬间，由于换路定理电容两端的电压不能发生跃变，这时候电容的负极与单片机的RESET引脚相连接，电压全部输出在电阻上，当RESET为1时，芯片复位。随后用5V的电源给电容充电，电阻两端的电压逐渐减小，最后趋近于0，芯片能正常工作。复位按键并联在电容的两端，当按键没有按下时电路实现了电复位，在芯片正常工作后，按下按键就能时RET管脚输出高电平从而达到了手动复位的效果。通常情况下，只需要让RET管脚上维持10ms以上的高电平就能够让单片机有效的复位。图9复位电路3.2LCD1602显示电路设计3.2.1LCD1602的概述LCD1602液晶也叫LCD1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5*7或者5*11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。LCD1602液晶模块内部使用HD44780控制器，HD44780包含了许多简单而功能较强的指令集，可以通过指令集来实现字符闪烁，移动等功能，单片机与LCD1602通讯可采用4位或8位并行传输的方式，HD44780控制器有两个8位寄存器，数据寄存器（DR）和指令寄存器(IR)忙标志（BF），显示数RAM（DDRAM），字符发生器ROMA（CGOROM）字符发生器RAM（CGRAM），地址计数器RAM(AC)。因为IR是被用于寄存指令码，所以只能执行写入操作不能读出，DR是用于寄存数据，数据通过内部操作能够自行写入CGRAM和DDRAM，或者暂时的存储从CGRAM和DDRAM读出的数据，当BF为高电平时，液晶模块将处于内部模式，它不会再去响应外部操作指令和接受数据，DDTAM是被用来存储显示的字符，它能够存储80个字符码，CGROM有160种8位字符码生成5*7点阵字符和32种5*10点阵字符.8位字符编码和字符的对应关系，而CGRAM是为了让用户能够编写特殊的字符，它的容量只有64B，用户能够自定义5*7点阵字符8个或者5*10点阵字符4个，AC可以存储CGROM和DDRAM的地址，如果IR中被写入了地址码，则地址码会被IR装入AC中，同时选用DDRAM或CGRAM，LCD1602液晶实物图如图10所示。图10LCD1602液晶实物图3.2.2LCD1602的引脚说明LCD1602液晶显示器的引脚使用功能详细说明请参见本文下面的图表1。表1LCD1602引脚排号名称定义排号名称定义1VSS工作电压负极9D2数据端2VCC工作电压正极10D3数据端3VL液晶调节端11D4数据端4RS数据/命令端（H/L）12D5数据端5R/W读/写端（H/L）13D6数据端6E使能信号端14D7数据端7D0数据端15Bla背景灯正端8D1数据端16Blk背景灯负端2组直流电源:一组采用的是液晶背光灯电源;另一组则是采用液晶工作的电源;二者都是由5V供电。1）RS:是数据/命令的数据选择端。RS引脚进行数据传输时是高电平；进行写命令时引脚是低电平。2）RW:是读/写的选择端。当液晶向外围执行读操作时该引脚是高电平；当单片机向液晶执行写操作时引脚是低电平。3）VO:是对比度调节端。想要通过调节电位器来调节显示对比度可在硬件设计上接上一个电位器的调节端。4）E:是使能端。该引脚可通过接收外部的高脉冲把数据输出并传递给液晶显示。5）D0—D7:是8位的数据总线。3.2.3LCD1602的工作原理LCD1602一共包含了十一条指令,单片机只要向LCD1602发送这些指令，就能够实现一些特定的功能，比如开关显示和清屏等等。LCD1602可以直接调用自己字库里的字符进行显示，如果字库中没有想找的字符可以将自己自定义的字符写入CGROM当中，自定义的字符分辨率为5*8，并且自定义的字符数量有限需要合理的使用，可以定义不超过八个字符，可以随意调用已经写入CGROM的自定义字符，调用的方式与正常显示的字符是相同的。想要控制LCD1602液晶显示器对应的引脚电平就必须要会对LCD1602进行读写数据操作、读状态操作和写指令操作。表2LCD1602操作指令的引脚电平读状态写指令读数据写数据输入RS=1，R/W=1，E=1RS=0，R/W=0，D0-D7=指令码，E=高脉冲RS=1，R/W=1，E=1RS=1，R/W=0，D0-D7=数据，E=高脉冲输出D0-D7=状态无D0-D7=数据无上表中E为使能端：RS为寄存器选择，当RS=1时表示选择数据寄存器，RS=0时选择指令寄存器；R/W为信号线，R/W=H时执行读操作，R/W=L时执行写操作。LCD1602具体的读操作时序如图11，写操作时序如图12所示。图11LCD1602读操作时序图图12LCD1602写操作时序图在实际使用的时候将D0-D7连接到51单片机的P0上方便于进行数据的传送,而VL口接一个带有可调节的电位器，当需要调节的电位器在某一点的位置发生改变时，接入VL的电压也会随之发生变化从而进行显示的清晰度也会随之发生变化，所以我们在实践中选择了这个电位器而不是采用固定电流阻值的控制电阻就是因为它能够方便地被调节以供正确使用在各种不同的电压应用场合。图13LCD1602电路图3.3蜂鸣器电路的设计蜂鸣器一般需要选用5v电磁式的有源电流蜂鸣器，由于这种有源蜂鸣器在工作时的电流比较大，以至于我们传统的各种单片机I/O口都一样是不能直接对它进行驱动的，所以我们需要充分地考虑利用三极晶体管开关电路来进行驱动。本处选用的三极管为PNP型的8550三极管。在电路基极上一个串联1k的整流电阻，这样就能与单片机I/O口电路相连。当I/O口输出的是低电平，三极管处于导通状态，蜂鸣器开始鸣叫。当I/O口输出的是高电平，三极管处于截至状态，蜂鸣器停止鸣叫。图14蜂鸣器电路3.4独立按键电路的设计本次设计需要按键电路，对于单片机的控制可以由这几个独立按键实现。按键的一端连接单片机I/O口，另一端与电源地直接相连。之所以采用这样的设计方式是因为单片机的I/O口悬空会默认是高电平，在按键没有按下时可认为单片机的I/O口是悬空状态。当按下按键后I/O口的就会变成低电平，这样的话按键是否按下可以通过单片机的I/O口是否出现低电平来检测，因为这种按键采用的是金属解除的方式就会有抖动纹波的情况，所以在程序中需要加上短暂的延迟来消除这种情况。图15按键电路三个按键的功能分别为：第一个按键：按下后进入设置温度限值。第二个按键：在设置模式下，温度的参数值加一。第三个按键：在设置模式下，温度的参数值减一。3.5通信电路设计在进行调试一个单片机编译器程序的操作时，想要清楚地了解编译器程序的实际执行状态情况或者有关的信息，一般简易的做法是用串口把这些信息传递给电脑，电脑会将它们接收后再通过上位机(串口调试助手)进行显示。但是由于单片机的串口输入器发送的信号为TTL电平，计算机能够直接接受到的输入信号为USB电平，二者不能直接进行通讯。USB转TTL模块可以把串口输入发送的TTL信号转化为USB输入的信号然后再发送给电脑，电脑就已经可以接受从单片机发送过来的信号并在上位机(串口调试助手)显示出来。图16通信电路原理图3.6AD转换电路设计由于本次选用的是热敏电阻传感器所以需要AD转换电路。TLC1543的三个控制输入端CS、I/OCLOCK、ADDRESS和一个数据输出端DATAOUT遵循串行外设接口SPI协议，要求微处理器具有SPI接口。但大多数单片机均未内置SPI接口（如目前国内广泛采用的MCS51和PIC系列单片机），需通过软件模拟SPI协议以便和TLC1543接口。TLC1543芯片的三个输入端和一个输出端与51系列单片机的I/O口可直接连。图17转换电路原理图3.7原理图绘制软件的介绍AltiumDesigner是Altium公司于2004年推出的电路设计软件版本，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。当前较为广泛流行的产品Protel98、Protel99SE和新的ProtelDXP，正是它早先的版本。AltiumDesigner2004现在不仅是PCB(印制电路板)这种系统工程设计专用工具，还是由多种设计模块所组合构成的一种系统工程设计专用工具,分别用于各种SCH(原理图)的系统设计、SCH(原理图)的系统仿真、PCB(印制电路板)的系统设计、AutoRouter(自动布线器)和各种PLC的系统设计及其他各种FPGA的系统设计。覆盖了以PCB为主要内容的整个物理设计。该软件将基于项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步处理技术、多通道网络设计、拓朴自动网络布线以及集成电路仿真等多种技术紧密结合运用到一起，为整个项目的集成电路设计提供了强有力的技术支撑。与之前的版本Protel99版本产品相比，AltiumDesigner2004不仅可以使其在美观外表和软件结构上都更加显得更为奢侈、人性化,而且很好地增强了对于应用电路设计的功能同步化，同时它还整合了FPGA和VHDL两个设计系统，其设计功能也得到了增强。

3.8系统原理图与PCB图图18系统原理图图19PCB图第四章系统软件设计第四章系统软件设计4.1开发软件选择本设计51单片机的开发环境中选用的嵌入式keilc51是STC公司在2010年推出的，是如今嵌入式常用的一种开发环境，它采用了一种新型的集成环境，能够与51单片机处理器进行了连接、译码和调试。其软件使用较为广泛,具有非常多的软件开发工具，可以轻松实现一系列与软件相关的功能，完成一个完整的软件开发流程keilc51不仅为开发者提供了完整的windows软件开发工具和操作系统界面，支持C/C++语言的开发，而且它的C语言编辑效率也是非常高，能够促使软件开发者非常容易地通过使用C语言来对软件进行编程。本次设计将选择使用C语言，其与汇编存在一定的差异，具有更好的性能，例如可读性、结构性等等,能很好的满足本次设计需求。图20keil软件编程图4.2系统软件流程设计如图20所示，首先进行初始化程序，随后设置参数，在以用户的实际按键为依据来响应功能。图21主程序流程图4.3上位机软件设计在设计中要求上位机进行PID控制，并且显示实时的曲线变化情况,此次设计使用的是温度上位机监控系统，图像显示原理是将热敏电阻测得的温度提取并通过串行口通信的COM口在上位机软件中显示。图22上位机软件界面第五章实物调试与结果分析第五章实物调试与结果分析5.1实物制作过程在对单片机的制作中，实物的制作就显得尤为重要，系统中的硬件电路进行测试主要目的就是为了检测单片机中的电路在工作时是否存在漏焊、短路、断开、虚焊、一些特殊方向的元器件是否在工作时方向上弄错、电路设计上有任何错误。对于这些漏焊、元件的连接方向可能搞错的一种检测解决办法就是将实物电路板与PCB图中的线路相对照，检查各个漏焊元件和引脚都在实物上真实存在。若发现没有或者对应不上的情况，需要及时的重新对照确定漏焊并及时的补焊。对于发生短路、断路、虚焊等这类特殊情况，采用了这种数字万用表。将数字万用表拨到二极管档位，然后将红表笔接触黑表笔，数字万用表就会发出警报。根据此种工作原理可以便捷的检测短路，断路，虚焊。在需要检测的导线或者元器件两端用两根表笔检测，导通时蜂鸣器会鸣叫，断开时就不叫，这样根据我们需要的检测情况，再结合一下检测的现象就能判断出线路是否有问题。5.2实物调试在实物调试过程前，首先要再次确保硬件各模块连接的准确性，避免因引脚接线不正确而造成的实物调试失败。确保好一切无误后，开始硬件测试，首先通过CH340串口烧录模块与STC-ISP软件将完成的温度控制程序烧录进STC89c52单片机中。图23单片机烧录软件程序烧写完成后，启动单片机，保持串口烧录模块与电脑相连，将上位机软件开启，打开相应COM口，开始PID温度控制的调试。最终完成实物调试工作。5.3结果分析通过在室内使用一个加热片来模拟烤箱加热过程。当给加热片通电之后，加热片的温度不断上升，此时使用热敏电阻实时的检测加热片的温度，当加热片温度快接近预先设定的期望值时，根据PID控制，使得加热片的温度始终控制在期望值附近，在其上下范围内波动。通过温度上位机监控系统显示的曲线图也可以看出加热片的实时温度始终是在期望值附近。但是系统仍存在一些不足之处需要进一步完善：在加热方面，无法完整的模仿出一个烤箱的完整过程，在加热片升温过程中比较顺利，和预期的一样，但是在降温方面，却是自然散热，其中花费的时间比较长。在与PC机通信方面，因为这是在模拟烤箱的工作，温度一般比较高，在电脑等设备附近不好操作，所以改为无线通信比较安全可靠。维持在设定值温度是通过继电器的通断电实现的，所以精度相对没有那么高。图24温度控制图图25实物调试图第六章设计总结第六章设计总结将单片机作为上位机控制的核心，用一个加热片来模拟一个烤箱，并通过热敏电阻来测温和采集一个相应的温度信号，通过AD转换和串口通信发送到上位机对PID控制。要求温度按照一定的曲