电阻炉炉温控制系统的研制毕业论文(编辑修改稿)

电阻炉炉温控制系统的研制毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

盘 显示 报警 通讯 温度检测电路 传感器 电 阻 炉 温度控制 长春工业大学本科生毕业论文 10 和设定的温度进行比较，如果温度超过上限温度，则会触发报警电路，便于值班人员进行检修，以保证正常的生产。 液晶显示：用于显示电阻炉的实时温度，便于人工和自动控制系统对温度的监控，当出现超出上限温度的时候及时反馈给系统或值班人员，也可显示设定时间，实际时间，使工作人员能更清楚和准确的了解电阻炉当前的运行情况。 键盘：是人工设定时间，温度等的输入通道，单片机 I/O 接口控制，通过键盘录入设定时间，设定温度，有的按键在不同的情况下可以实现不同的功能。 温度控制电路：在设定温度与反馈过来的电阻温度出现偏差，单片机触发温度控制电路，调节电阻炉的温度，直至达到生产要求的温度。 单片机的选择 单片机 AT89c51 的介绍 单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广，发展很快。 单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好。 由于具有以上优点，单片机被广泛应用于诸多领域，如工业控制系统、智能化仪表、自动检测、数据采集系统等各个方面。 本设计采用 MCS51 系列单片机 AT89C51 作为控制机构的核心。 AT89C51 是一种带 4K字节 FLASH存储器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8位微处理器，可以按照常规办法进行编程，也可以在线编程。 外形及引脚排列如图。 图 单片机 AT89C51 的引脚图 AT89C51 单片机的功能特性 与 MCS51 兼容 长春工业大学本科生毕业论文 11 4K 字节可编程 FLASH 存储器 寿命： 1000 写 /擦循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0Hz24MHz 三级程序存储器锁定 128 8位内部 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 片内振荡器和时钟电路 AT89C51 单片机的基本组成 1． CPU： CPU 是单片机的核心部分， CPU 包括两个基本部分：运算器和控制器。 ① 运算器：运算器即算术逻辑运算单元 ALU（ Arithmetic Logic Unit）是进行算术或逻辑运算的部件。 可实现算术运算和逻辑运算。 操作的结果一般送回累加器 ACC（ Accumulator），而其状态信息送至程序状态寄存器 PSW（ Program Status Word）。 ② 控制器：控制器是用来控制计算机工作的部件。 控制器接收来自存储器的指令，使各部分协调工作， 完成指令所规定的操作。 2．内部数据存储器： AT89C51芯片内共有 256B（地址为： 00H～ FFH）的数据存储器，其中高 128B（地址为： 80H～ FFH）被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是低 128B（地址为： 00H～ 7FH），用于存放可读写的数据，如程序执行过程中的变量。 3．内部程序存储器： AT89C51 共有 4KB（地址为： 0000H～ 0FFFH）的 flash程序存储器，用于存放程序、原始数据或表格常数。 4．定时 /计数器：定时计数器 AT89C51 共有两个 16 位的定时 /计数器，每个定时 /计数 器都可以设置成计数方式，用于对外部事件进行计数；也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现对单片机运行的控制。 5．并行 I/O 口：并行口共有 4 个 8 位的 I/O口（ P0、 Pl、 P P3）。 每个 8 位的口，既可用作输入口，也可用作输出口，每个口即可以 8 位同步读写，又可对每一位进行单独的操作，十分的方便。 长春工业大学本科生毕业论文 12 6．串行口： AT89C51 单片机有一个全双工的串行接口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。 该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。 7．中断控制系统： AT89C51 单片机有较强的中断系统，可以满足控制应用的 需要。 AT89C51 的中断系统有 5 个中断源，包括两个外中断、 两个定时 /计数中断和一个串行口中断。 8．时钟电路： AT89C51 芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。 时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。 AT89C51 单片机引脚及其功能 （一） 主电源引脚 VCC和 GND VCC：供电电压。 GND：接地。 （二） 输入 /输出（ I/O)引脚 P0、 P P2和 P3 P0口： P0口为一个 8位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当P0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为 高阻 输入。 P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2口缓冲器可接收，输出 4个 TTL 门电流，当 P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址“ 1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口： P3 口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O口，可接收输出 4 个 TTL门电流。 当 P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 管脚 （备选功能） RXD（串行输入口） 长春工业大学本科生毕业论文 13 TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 （三）控制信号引脚 RST、 ALE/PROG、 /PSEN、 /EA/VPP RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时 ，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程 序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000H～ FFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（ VPP）。 （四）时钟电路引脚 XTAL1和 XTAL2 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 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内振荡器。 石晶 振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2应不接。 有余输入至内部 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。 单片机的复位电路 长春工业大学本科生毕业论文 14 手动复位电路：为确保单片机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。 一般单片机电路正常工作需要供电电源为 5V177。 5%，即 ～。 由于单片机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时只有当 VCC 以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，单片机电路才开始正常工作。 复位电路的工作原理如下图所示， VCC 上电时， C充电，在 1K 电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后， C充满， 1K电阻上电流将为 0，电压也为 0，使得单片机进入工作状态。 工作期间，按下 S， C放电。 S松手， C又充电，在 10K电阻上出现电压，使得单片机复位。 几个毫秒后，单片机进入工作状态。 图 手动复位电路 单片机的时钟电路 本系统使用 AT89C51 单片机片内振荡和时钟产生电路外接微调电容和振荡晶体来产生时钟周期信号来完成对时间周期的准确计时，不但节省了开支，而且提高元件利用效率。 AT89C51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反向放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体构成自激振荡器。 外接石英晶体及电容接在放大器的反馈回路中并构成并联振荡电路。 电容容量的大小会稍微影响振荡频率的高低，振荡器工作的稳定性用石英晶体电容使用 30pf，后面的电容是负载电容，可以用来微 调 晶体振荡频率，这个电容要根据所用晶体来选择。 晶振电路如下图所示。 长春工业大学本科生毕业论文 15 图 时钟电路 前向通道设计 温度采集电路部分包括：传感器，信号调理电路， A/D 转换。 从资料中查到，目前在温度测量领域内除了广泛使用热电偶外，电阻温度计也得到了广泛的应用，尤其工业生产中 120～ +500℃范围内的温度测量常常使用电阻温度计。 由于本系统要求的温度属于中高温范围，所以本系统采用 K型（镍镉 镍硅）热电偶，可测量 1312℃，其线性度较好，而且价格便宜。 K型热电偶的输出时毫伏级电压信号，最终要将其转换成数字信号与 CPU 通信。 传统的温度检测电路采用“传感器 滤波器 放大器 冷端补偿 线性化处理 A/D 转换”模式，转换环节多、电路复杂、精度低。 在本系统中，采用的是高精度的集成芯片 MAX6675来完成“热电偶电势 温度”的转换，不需要外围电路、 I/O 接线简单、精度高、成本低。 本次设计采用的 MAX6676 是 MAXIM 公司开发的 K型热电偶转换器，集成了滤波器、放大器等，并带有热电偶断线检测电路，自带冷端补偿，能将 K 型热电偶输出的电势直接转换成 12位数字量，分辨率 ℃，工作电压 ～。 温度数据通过 SPI 端口输出给单片机，其冷端补偿的范围是 20～ 80℃，测量范围 0～1024℃。 温度检测电路设计 K 型热电偶的介绍 K型热电偶作为一种温度传感器， K型热电偶通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。 K 型热电偶可以直接测量各种生产中从 0℃ 到 1300℃ 范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。 图 型热电偶图片 长春工业大学本科生毕业论文 16 K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。 K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。 K型热电偶丝直径一般为 ～。 正极（ KP）的名义化学成分为： Ni： Cr=92： 12，负极（ KN）的名义化学成分为： Ni： Si=99： 3，其使用温度为 200～ 1300℃。 K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中广泛为用户所采用。 K型热电。