基于单片机的电阻炉温控制系统设计毕业论文设计(编辑修改稿)

基于单片机的电阻炉温控制系统设计毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

4 液晶显示屏。 12864 液晶显示屏具有功耗低、轻薄短小无辐射危险 ，不闪烁，可视面积大，画面效果好， 能显示文字和图像，抗干扰能力强。 但是 12864 价格昂贵。 比较以上方案，方案二是显示温度曲线的首选，但是因为设计会做单片机与上位机通信，通过上位机显示温度曲线， 下位机无需再显示温度曲线， 考虑经济因素，采用方案 三 作为显示模块。 上位机软件 方案一： VB 是 Visual Basic 的缩写，是微软公司于 1991 年推出的以结构化Basic 语言为基础，以事件驱动为运行机制的集成开发环境。 从任何标准来说， VB都是世界上使用人数最多的语言 —— 不仅是盛赞 VB的开发者还是抱怨 VB的开发者的数量。 它源自于 BASIC 编程语言。 VB拥有图形用户界面（ GUI）和快速应用程序开发（ RAD）系统，可以轻易的使用 DAO、 RDO、 ADO 连接数据库，或者轻松的创建 ActiveX 控件。 程序员可以轻松的使用 VB提供的组件快速建立一个应用程序。 方案二： VC 是 Visual C 或 Visual C++的缩写，也是微软公司推出的，支持 C和 C++语言。 也 就是在 VC 环境下，可以用 C/C++编写代码，然后编译、运行、调试，并最终生成可运行的 EXE 文件及相关配置。 机电工程学院毕业论文设计 系统方案选择和工作 原理 5 比较以上两种语言后发现 vb 相对 vc 来说更简单易学，编译快速，生成软件体积更小，所以这里选择 vb 进行上位机编程。 系统各模块的最终方案 根据以上分析，结合器件和设备等因素， 采取以下 方案： ① 采用 STC89C51 单片机作为控制器，分别对温度采集、 LCD 显示、温度设定、加热装置、上位机通信 进行控制。 ② 温度测量模块采用 DS18B20，此 器件的使用可以省去 A/D（模数转换）部分。 ③ 电热丝有效功率控制采用固体继电器控制，实现电路简单实用，固体继电器的开关频率可以满足设计要求。 ④ 显示用 LCD1602 显示屏显示温度值 和时间 ，用数字键和功能设置键实现温度、时间的设置。 ⑤ 上位机采用 vb 语言编写，因为 vb 相对来说更简洁、易学，编程界面更友好。 3 系统硬件设计 STC89C52 构成的最小系统 微型计算机是 因 工业测控系统数字化， 智能化的迫切需求而发展起来的。 STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。 它 具有以下标准功能： 8k Flash， 512 RAM， 32 位 I/O 接 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM， MAX810 复位电路，三个 16 位 定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。 晶振回路 河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统硬件设计 6 晶振回路主 要任务是为 STC89C52 单片机工作需要的时钟电路提供一个 稳定的 工作频率。 根据 STC89C52 单片机 时钟周期的要求，回路要选用频率为。 晶振回路 是 由电容和陶瓷谐振器晶振组成 的。 作为单片机的时钟源 ， STC89C51 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器， 这个 放大器的输入和输出端分别是引脚 XTAL0 与 XTAL1,在 XTAL0 与 XTAL1 端口 接上时钟电源即可构成时钟电路。 电容 C1 与 C2 对频率有微调作用。 电容 C1 与 C2 尽可能的安装在单片机芯片附近，以减少寄生电容，保证振荡器稳定可靠的工作 性。 晶振 电路 如图 31所示 图 31 晶振电路 复位电路 电路正常工作需要供电电源为 5V177。 5%，即 ～。 因为 微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号， 所以 在电源上电时，只有 VCC 超过 且 低于 以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才 可以 被撤除，微机电路 才能 开始正常工作。 复位电路第二功能是 手动 复位。 手动 复位需要人为在复位输入端 RST上加入高电平 ， 一般采用的办法是在 RST端和正电源 Vcc之间接一个按钮。 当人为按下按钮时，则 Vcc 的 +5V 电平就会直接加到 RST 端。 复位电路如图 33所示： 图 33 复位电路 河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统硬件设计 7 温度 采集 模块的硬件设计 温度传感器 DS18B20 概述 温度传 感器是将温度信号转换为电信号的装置，型号有很多，数字式温度传感器常用的有 DS18B20 等。 此设计采用的是 DS18B20。 DS18B20 是 DALLAS 公司产的一线式数字温度传感器，是世界上第一片支持“ 一线总线”接口的温度传感器 , 在其内部使用了在板 (ONBOARD)专利技术。 被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出；多个 DS18B20 可以并联到 3根或 者 2 根线上， CPU 只 要 一根端口线就能与诸多 DS18B20 通信，占用微处理器的端口 比较 少，可 以 节省大量的引线和逻辑电路。 DS18B20内部结构如图 34所示，主要由 四 部分组成： 温度传感器， 64 位 ROM、非挥发的温度报警触发器 TH 与 TL、配置寄存器。 DQ 为数字信号输入∕输出端；GND 为电源地； VCC 为外接供电电源 [5]。 64 位R O W和一线端口存储和控制逻辑高速暂存器8 位 CRC 生成器温度传感器高温触发器 TH低温触发器 TL配置寄存器供电方式选择V C CDQ 图 34 DS18B20 内部结构框图 DS18B20 中的温度传感器完成对温度的测量，用 十六 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 ℃ /lsb 形式表达，其中 S 为符号位。 DS18B20 主要特性如下： ①适应 更宽的 电压范围 ,电压范围： ～ ,在寄生电源方式下可 以 由 数据线供电。 ②独 一 无二 的单线接口方式 , DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与的双向通讯。 ③ DS18B20可以 支持多点组网功能 ,多个 DS18B20能 并联在唯一的三线上 ,实现组网多点测温 等。 温度 采集 模块的硬件设计 河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统硬件设计 8 当 DS18B20 正在执行温度转换或从高速暂存器 EPPROM 传送数据时，工作电流可达 ， 这个电流可能会引起连接单总线的弱上拉电阻的不可接受的压降，这需要更大的电流，而此时 Cpp（寄生电源储能电容）无法提供，为了保证DS18B20 有充足的供电，当进行 温度转换或拷贝数据到 EEPROM 操作时，必须给单总线一个上拉电阻，一般为 的上拉电阻， 根据 距离远 近 可以适当 调节 阻值 ，距离近时 减小 阻值 ，但不能低于 ， 否则 DS18B20将无法复位。 其数据线 DQ端接单片机。 硬件 电路如图 35 所示。 图 35 DS18B20 接线图 在外部电源供电方式下 , DS18B20 工作电源由 VCC 引脚接人 , 不存在电源电流不足的问题 , 可以保证转换精度 , 同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20 传感器 , 组成多点测温系统。 报警电路设计 报警电路的功 能是 指 在 AT89C52 单片机的控制下 达到 声光报警或解除报警 的目的。 假若 单片机检测 实时温度大于设定报警温度 时，通过报警电路向报警 器 发出信号 (低 电平 )，声音报警电路接 收 到有效电平后 就 自动发出预置的报警声， 与此同时报警指示灯发出信号。 报警电路结构如 图 所示 河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统硬件设计 9 图 36 报警电路 接线图 电源电路设计 系统温度测量的 电源 为 直流电源。 电源是整个系统的 地基 ， 他 的稳定工作对整个 以单片机为 核心的 系统的内 稳定工作起着 十分 重要的作用。 STC89C52 单片机 与 DS18B20 温度传感器芯片工作电压范围是 ～。 为了使系统安全稳定的工作，还需要设计系统的电源电路。 +220V 的交流电压需要经过变压器降到 15V 左右。 经过桥式整流电路把交流电转变成直流电。 然 后的电流经过稳压器 LM7805 输出稳定的 +5V 电压。 VD1 和 VD3 两个二极管组成一对桥臂； 因为 二极管的启动电压比较小，所以经过变压器的电压可以使 VD1 与 VD3二极管组成 的 桥臂在正半周期导通， VD2 与 VD4 2 个二极管组成的桥臂 可 在负半周期导通。 稳压器 LM7805 由三个管脚 组成 的串联型降压式电源芯片。 Vin 是输入端， Vout 输出端。 经稳压器 LM7805 稳压后， 输 出端输出稳定的 +5V 直流电压。 电源输出基本不受外输入变动的干扰。 稳压器 LM7805电源电路设计如图 37所示。 图 37 电源电路图 河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统硬件设计 10 按键 电路设计 矩阵式键盘的结构与工作原理 在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。 在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。 这样，一个端口（如 P1 口）就可以构成 4*4=16 个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成 20 键的键盘 ，而直接用端口线则只能多出一键（ 9 键）。 由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。 矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些。 列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的 I/O 口作为输出端，而列线所接的 I/O 口则作为输入。 这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。 行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。 矩阵键盘两种扫描方式 ① 行扫描法 行扫描法又称为逐行 （或列）扫描查询法，是一种最常 见 的按键识别方法，介绍过程如下 ： 1)判断键盘中有无键按下。 将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。 只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与 4根行线相交叉的 4 个按键之中。 若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。 2)判断闭合键所在的位置。 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。 其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。 在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。 若某列为低，则该列线与置为低 电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。 ② 高低电平翻转法 首先让 P1口高四位为 1，低四位为 0,。 若有按键按下，则高四位中会有一个 1 翻转为 0，低四位不会变，此时即可确定被按下的键的行位置。 然后让 P1 口高四位为 0，低四位为 1,。 若有按键按下，则低四位中会有一个1 翻转为 0，高四位不会变，此时即可确定被按下的键的列位置。 最后将上述两者进行或运算即可确定被按下的键的位置。 方法 ② 程序更简洁，这里使用第二种方法 “高低电平翻转法 ”。 硬件连接图如河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统硬件设计 11 38 所示 ： 图 38 矩阵键盘电路 显示电路 设计 LCD1602 简介 液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，因此，在袖珍式仪表和 低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。 本系统采用 LCD1602 液晶显示模块，它可以显示两行，每行 16 个字符，采用单 +5V 电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。 LCD1602 实物图 如 39 所示： 图 39 LCD1602 实物图 LCD1602 管脚功能介绍 LCD1602 接口引脚及其功能介绍 如表 31所示： 表 31 接口引脚及其功能 引脚号 符号 状态 功能 河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统硬件设计 12 1 GND 电源地 2 VCC 电源 +5V 3 V0 液晶驱动电源 4 RS 输入 寄存器选择 5 R/W 输入。