基于单片机的电烤箱温度控制系统 (1)

基于单片机的电烤箱的温度控制系统

摘要

随着社会的不断发展，人们改造自然的能力也在不断的提高。机器的诞生，为我们减少了部分或者全部的脑力劳动和体力劳动。电子技术的诞生更是带来了翻天覆地的变化。机电控制系统成为机械技术与微电子技术集成的共性关键技术。人们通过它可以使机械完全按照自己的意愿来执行。

随着机电控制技术的发展，主要体现出了单片机和PLC两种控制方式。本设计采用单片机控制。单片机在日常生活中的运用越来越广泛。温度控制在工业生产中经常遇到。从石油化工到电力生产，从冶金到建材，从食品到机械都要对温度进行控制.甚至在有些产品生产过程中温度的控制直接影响到产品的质量。单片机温度控制无论是现在还是未来都会起到重要作用。

本文介绍了以AT89C51单片机为核心的电烤箱温度控制系统。电烤箱的温度控制系统有两个部分组成：硬件部分和软件部分。其中硬件部分包括：单片机电路、传感器电路、放大器电路、转换器电路、以及键盘和显示电路。软件部分包括：主程序、运算控制程序、以及各功能实现模块的程序。文章最后对本设计进行了总结。对温度控制系统的发展提出了几点建议。

关键词：单片机，温度，电烤箱，控制

AT89C51 SINGLE-CHIP BASED ON THE OVEN'S TEMPERATURE

CONTROL SYSTEM DESIGN

目录

前言.................................................. 错误!未定义书签。第1章概述.. (1)

1.1技术指标 (1)

1.2控制方案 (1)

第2章硬件部分设计 (2)

2.1单片机电路设计 (2)

2.2传感器电路设计 (8)

2.3A/D转换电路设计 (11)

2.4放大器电路设计 (14)

2.5键盘及显示电路的设计 (19)

2.6抗干扰电路设计 (22)

第3章软件部分设计 (25)

3.1工作流程 (25)

3.2功能模块 (25)

3.3资源分配 (25)

3.4功能软件设计 (25)

结论 (37)

谢辞.................................................. 错误!未定义书签。参考文献.............................................. 错误!未定义书签。附录. (38)

外文翻译资料......................................... 错误!未定义书签。

第1章概述

温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。根据温度变化快慢，并且控制精度不易掌握等特点，本文电烤箱的温度控制为模型，设计了以AT89C51单片机为检测控制中心的温度控制系统。温度控制采用PID数字控制算法，显示采用3位LED静态显示。该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强的通用性。

1.1 技术指标

电烤箱的具体指标如下：

(1) 电烤箱由2 kW电炉加热，最高温度为500℃。

(2) 电烤箱温度可预置，烤干过程恒温控制，温度控制误差≤±2℃。

(3) 预置时显示设定温度，烤干时显示实时温度，显示精确到1℃。

(4) 温度超出预置温度±5℃时发声报警。

(5) 对升降温过程的线性没有要求。

1.2 控制方案

产品的工艺不同，控制温度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同。就温度控制系统的动态特性来讲，基本上都是具有纯滞后的一阶环节，当系统精度及温控的线性性能要求较高时，多采用PID算法来实现温度控制。

本系统是一个典型的闭环控制系统。从技术指标可以看出，系统对控制精度的要求不高，对升降温过程的线性也没有要求，因此，系统采用最简单的通断控制方式，即当烘干箱温度达到设定值时断开加热电炉，当温度降到低于某值时接通电炉开始加热，从而保持恒温控制。

第2章硬件部分设计

系统的硬件部分包括单片机电路、A/D转换器电路、放大器电路、传感器电路、键盘及显示电路五部分。其各部分连接关系如图2-1所示。

图2-1 电烤箱温度控制系统结构

2.1 单片机电路设计

随着社会的发展，单片机以其体积小、可靠性高、使用方便等特点在社会生活中达到广泛应用。根据温度控制的特点，本次设计采用AT89C51单片机。以下对其进行详细介绍。

AT89C51单片机是美国Intel公司的8位高档单片机系列。也是目前应用最为广泛的一种单片机系列。其内部结构简化框图如下所示。AT89C51系列单片机主要有CPU、存储器（包括RAM和ROM）、I\O接口电路及时钟电路等部分组成。

一中央处理器CPU

中央处理器CPU是单片机的核心。是计算机的控制指挥中心。同一般微机的CPU类似。AT89C51单片机内部CPU包括控制器和运算器两部分。如图2-2AT89C51单片机内部结构简化框图

1.运算器

AT89C51运算器电路以算术逻辑单元ALU为核心。有累加器ACC、寄存器B、

暂存器1、暂存器2、程序状态寄存器PSW和布尔处理机共同组成。它主要完成数据的算术运算、逻辑运算、位变量处理和数据传输等操作。运算结果的状态由程序寄存器PSW保存。

①算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄存器B

算术逻辑单元ALU不但能完成8位二进制的加、减、乘、除等算数运算。而且还能对8位变量进行逻辑“与”“或”“异或”循环位移等逻辑运算。累加器ACC(简称累加器A) 为一个8位寄存器，它是CPU中使用最频繁的寄存器。专门存放操作数或运算结果。

图2-2 AT89C51单片机内部结构简化框图

②．程序状态寄存器

程序状态寄存器PSW是一个8位的状态寄存器。用于存放标志寄存器。用于存放指令执行后的状态，以供程序查询和判别。PSW各位的状态通常是在指令执行的过程中自动设置的。但可以由用户根据需要指令加以改变。状态寄存器共有进位标志位CY、辅助进位标志位（或称半进位）AC、用户自定义标志位F0、工作寄存器组选择位RS1、RS0、溢出标志位OV、奇偶标志位P.

③. 控制器

控制部件是单片机的神经中枢。它包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器和定时器控制电路等。它先以主振频率为基准发出CPU的时序对指令进行译码，然后发出各种控制信号。完成一系列定时控制的微操作。用来协调单片机各部分正常工作。