基于单片机的炉温控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的炉温控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

特殊功能介绍如下所示： 物理科学与工程技术学院毕业设计 8 /RXD 串行数据接收； /TXD 串行数据发送； /INT0 外部中断 0 申请； /INT1 外部中断 1 申请； T0 定时计数器 0 输入； T1 定时计数器 1 输入； /WR 外部 RAM 写选通； /RD 外部 RAM 读选通； 本设计 STC89C52 单片机的 口和 口接 LED 显示， X1 和 X2 接的是晶振电路，RESET 接复位电路。 物理科学与工程技术学院毕业设计 9 时钟电路 时钟电路提供单片机的时钟控制信号，单片机时钟产生方式有内部时钟方式和外部时钟方式。 最常用的是内部 时钟方式，是采用外接晶振和电容组成的。 时钟振荡电路如图 ： 图 时钟振荡电路 系统的时钟电路设计是采用的内部方式，单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚 XTAL1 和引脚 XTAL2 分别是放大器的输入端和输出端，由这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起构成一个自己振荡器，这种方式形成的时钟信号称为内部时钟方式，即利用芯片内部的振荡电路内部振荡器就产生自激振荡。 定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。 晶体振荡频率可以在 ～ 12MHz 之间选择，电容值在 5～ 30pF 之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。 电容取 30PF 左右。 XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端， XTAL2 则是输出端。 复位电路 整个复位电路包括芯片内、外两部分。 外部电路产生的复位信号 (RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的 S5P2 时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。 本系统采用按键电平复位方式。 按键电平复位是通过使复位端经电阻与 Vcc 电源接通而实现的。 其电路图如图所示 图 复 位电路图 串口通信电路 串口通信的主要功能是完成单片机与上位机的通信，便于进行温度数据统计，为将来系统功能的扩展做好基础工作。 串行通信的主要功能是实现单片机与 PC机的数据交换，当需要进行数据记录、数据统计、数据分析的时候，可以把数据发送给上位机，使用上位机进行数据处理，并且将数据处理的结果又发送给单片机。 这样可以大大提高系统数据处理速度，还可以方便的对单片机进行控制。 计算机与外界的数据传送大部分都是串行的，其传送距离可以从几米到几千米。 串行口通信原理图如图 ： 物理科学与工程技术学院毕业设计 10 图 串行口通信 电路图 报警电路 报警电路的功能是当炉温值超过系统设定的最大值或者低于系统设定的最小值时，都会驱动单片机的 I/O接口，报警电路发出声光警报。 由于单片机 I/O 口输出的电流太小难以驱动蜂鸣报警器器，所以设计了蜂鸣器驱动电路，具体电路连接如图 ： 图 报警电路图 显示电路 数码管是把多个 LED 晶体管显示段集合在一起的一个具有显示功能的设备。 他一共有两种类型，一种类型是共阳型的，还一种类型是共阴型的。 阳极作为二极管的正极端，还叫做正极，阴极就是二极管的负极端，也称作负极。 一般的数码管分 为 8 段，也就是有 8 段 LED 显示，这种是为了工程上的应用设计的，分别叫 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 DP， DP 是小数点段位。 然而多位数码管，除 了有一位的公共端是连接在一起的，其他的不同位的数码管相同端会连接在一起。 数码管的动态显示原理为：每个数码管的相同端连接在一起，他们一起占用了 8 位管线；每个数码管的阳极连接在一起。 他是利用了人的眼睛的视觉暂留特点，按次序通给每个数码管公共端加上有效的信号，这个时候给该数码管加有用的数据信号，等到全段扫描的速度大于视觉暂留速度时，它就会显示出来。 设计中 采用 4位共阴极 LED静态显示方式，选用 7段显示数码管。 显示内容有温度值的千位、百位、十位、个位。 由于单片机不能直接驱动数码管显示，所以必须在单片机与 LED164之间加上 74LS164，它的管脚图如图。 物理科学与工程技术学院毕业设计 11 图 74LS164 管脚图 A 和 B 为 74LS64 的串行输入端； QAQH 为 74LS64 的并行输出端； CLK 是串行时钟输入端； CLR是串行输出清零端； VCC： +5V； GND：接地端。 一英寸以下的的 LED 数码管内，每一笔段含有一只 LED 发光二极管，导通在串联方式中，确定电源电压 VCC 时，每只 LED 工作电压通常以 计算， 4 英寸 7 段 LED 数码显示器 LC4141 的每一笔段由四只 LED 发光二极管按串联方式连接而成，因此导通电压应在 78V 之间，电源电压 VCC 必须取9V 以上。 图 LED 数码管显示器 数码管结构有共阴极和共阳极之分。 本设计采用的是共阴极数码管。 共阴极公共端接地，高电平有效（灯亮），共阴极数码管内部发光二极管的阴极 (负极 )都联在一起，此数码管阴极 (负极 )在外部只有一个引脚。 LED 显示电路如下图 所示。 图中的 P11 和 P10 分别连接 到单片机的 和 引脚，作为时钟输入端和数据端口。 物理科学与工程技术学院毕业设计 12 图 LED 显示电路 按键电路 键盘是单片机不可缺少的人机交互设备，键盘上的键犹如一个个机械开关，手按下闭合，手放开键释放，在单片机系统中通常使用的是价格便宜的矩阵键盘。 矩阵式键盘适用于按键数量多的场合，按键位于行线和列线的交叉点上。 键盘上每个键都担负着一项处理功能，所以键盘接口对应的软件。 键盘扫描通常行扫描法和线反转扫描发，一般是由软件来实现的，通过程序不停地查找闭合键。 在本设计中采用的是 4 *4 的非编码键盘，其电路图如 图 所示，列线由 口控制，行线由 口控制。 电路中共 16 个按键，其中 0到 9 为数字键， A(设置键 )、 3 个温度参数和时间设置键、 E(增加键 ) 、 F(减小键 )。 系统在程序初始化时控制键盘行线的 口输出高电位，控制键盘列线的 口输出低电位，在判断电路是否有按键按下时，读 端口值，若端口值不是 11110000，则说明电路中有按键按下。 然后根据程序进行去抖动处理和计算键值。 物理科学与工程技术学院毕业设计 13 图 矩阵式键盘电路图 D/A 转换电路 DAC0832 的基本原理是把数字量的每一位按照权重转换成相应的模拟分量，然后根据叠加定理将每一位对应的模拟分量相加，输出相应的电流或电压。 DAC0832 是一个 8位 D/A 转换器。 单电源供电，从 +5V～ +15V 均可正常工作。 基准电压的范围为177。 10V；电流建立时间为 1μ S； CMOS 工艺，低功耗 20mW。 DAC0832 转换器芯片为 20 引脚，双列直插式封装，其引脚排列如图 所示。 图 DAC0832 引脚图 对各引脚信号说明如下： (1) DI7～ DI0：转换数据输入 (2) CS：输入片选信号，当低电平时有效 (3) ILE：输入数据锁存允许信号，当高电平时有效 (4) WR1：输入写信号 1，当低电平时有效 上述两个信号控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当 ILE=1 和 WR1=0 时，为输入寄存器直通方式；当 ILE=1 和 WR1=1 时，为输入寄存器锁存方式。 (5) WR2：输入写信号 2，当低电平时有效 (6) XFER：输入数据传送控制信号，低电平有效 (7) Iout1：电流输出 1。 当数据为全 1 时， 输出电流最大，当为全 0 时，输出电流最小。 (8) Iout2：电流输出 2 DAC 转换器的特性之一是： Iout1+Iout2=常数。 (9) Rfb— 反馈电阻端 就是运算放大器的反馈电阻端， 物理科学与工程技术学院毕业设计 14 (10) Vref：基准电压。 (11) DGND：数字地 (12) AGND：模拟地 DAC0832 与单片机 的接法如图 所示。 图 D/A 转换电路图 因为多片 DA 转换器同步输出 DAC0832 采用双缓冲方式工作方式， 内部两个寄存器均受控制，转换分两步： (1) CPU 分时控制输入寄存器，输入数据。 (2) CPU 同时控制各路的 DAC 寄存器，使得输入寄存器中的数据进入 DAC 寄存器，实现同步转换输出。 物理科学与工程技术学院毕业设计 15 第 4 章 软件设计 软件设计思路 本部分详细介绍了基于 STC89C52单片机的电阻炉温度控制系统的软件设计。 根据系统功能，可以将系统设计分为若干个子程序进行设计，如温度采集子程序、 PID控制子程序、报警子程序、显示子程序、键盘扫描子程序、键盘处理子程序、 D/A转换子程序等。 采用 Keil uVision3集成编译环境和 C语言来进行系统软件的设计。 本章从设计思路、软件系统框 图出发，先介绍整体的思路，再逐一分析各模块程序算法的实现，最终编写出满足任务需求的程序。 本系统要完成温度信号的采集与控制，需要实现温度信号的采集与 A/D转换、数据处理、数据显示、数据传输等基本功能。 从功能上可将其分为温度信号采集及数据处理、人机交互、执行三大部分进行设计。 主程序流程图 在系统软件中，主程序依次完成系统初始化、炉温检测与处理、 PID控制算法、温度显示、键盘输入等，这些都由子程序来完成。 流程图如图。 物理科学与工程技术学院毕业设计 16 开 始系 统 初 始 化调 用 温 度 检 测 子 程 序调 用 显 示 子 程 序测 量 值 大 于 上 限 设 定 值。 报 警调 用 P I D 子 程 序调 用 键 盘 子 程 序D / A 转 换NY 图 主程序流程图 温度检测与处理子程序 温度信号采集与处理子程序，主要完成温度信号采集与 A/D功能、数据处理的功能，由芯片MAX6675来完成。 温度信号采集子程序主要包括传感器初始化、单片机给传感器写命令、单片机给传感器写数据、单片机从传感器读数据等部分，数据处理部分对该数据进行处理，主要是把采集到的物理科学与工程技术学院毕业设计 17 二进制的温度数据转换成十进制温度数据。 流程图如图。 开 始返 回初 始 化温 度 转 换延 时读 M A X 6 6 7 5 的 1 6 位 转 换 数 据启 动 新 的 温 度 转 换计 算 温 度 数 值保 存 温 度 数 据 图 温度检测与处理子程序 报警子程序 如果温度超过了系统限定值，报警子程序响应，实现声光报警功能，并切断电源。 具体流程图如下图。 物理科学与工程技术学院毕业设计 18 开 始结 束声 光 报 警关 闭 电 源是 否 越 限。 返 回YN 图 报警子程序流程图 PID 子程序 根据炉温对给定温度的偏差，连续改变电压的大小，使炉温控制在稳定温度范围内，以满足电阻炉温度的需要。 电阻炉的炉温控制是一个反馈调节过程，比较实际炉温和需要炉温得到偏差，通过对偏差的处理获得控制信号，调节电阻炉的热功率，从而实现对电阻炉温度的控。