電熱箱單片機的溫度控制系統設計方案

1、<p>　　電熱箱單片機的溫度控制系統設計方案</p><p>　　注：1．任務書由指導教師填寫后交給學生，要求學生妥善保存。</p><p>　　2．此任務書夾于論文扉頁與論文一并裝訂，作為論文評分依據之。</p><p>　學生姓名所在班級電氣導師姓名導師職稱副教授</p><p>　論文題目電熱箱單片機溫控系統設計</p

2、><p>　題目分類1．應用與非應用類：〇工程 〇科研 〇教學建設 〇理論分析〇模擬2．軟件與軟硬結合類：〇軟件〇硬件〇軟硬結合〇非軟硬件（1、2類中必須各選一項適合自己題目的類型在〇內打√）</p><p>　主要研究內容及指標： 電熱箱用電熱絲加熱，溫度探頭感應出電熱箱中的溫度，放大器將溫度信號傳輸給A/ D轉換器，A/ D轉換器把溫度信號轉換成數字信號，這個數字信號輸入單片機與人為設定的

3、溫度值進行比較后發(fā)出控制信號，經光電隔離器去驅動雙向可控硅以調節(jié)加在電熱絲上的電壓，從而控制電熱箱的溫度。</p><p>　主要參考文獻：[1]何立民主編.單片機應用與設計.北京：北京航空航天大學出版社，2000.8[2]何立民主編.單片機應用技術選編（1）～（7）.北京：北京航空航天大學出版社，1993～1999[3]胡健主編.單片機原理及接口技術實踐教程.北京：機械工業(yè)出版社，2004[4]AT89C51

4、DATA SHEEP Philips Semiconductors 1999.dec [5]肖洪兵.胡輝.郭速學編著.跟我學單片機.北京：北京航空航天大學出版社，2002.8</p><p>　階段規(guī)劃：1.8－3.1：查閱有關技術資料，構思設計方案。3.3－3.15：開題報告。3.16－3.20：硬件電路設計。3.21－4.20：完成畢業(yè)設計，準備第一次論文答辯。5.1－6.3： 完善畢業(yè)設計，準備第二次論文答

5、辯（如第一次答辯未通過）。</p><p>　開題時間2008.3.3完成論文時間2008.6.3</p><p>　專家審定意見：系主任簽字：年 月 日</p><p>　　溫度是生活及生產中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。自然界中任何物理、化學過程都緊密地與溫度相聯系。在很多生產過程中，溫度的測量和控制都直接和安全生產、提高生產效率、保證產

6、品質量、節(jié)約能源等重大技術經濟指標相聯系。而且在我們的日常生活中也使用微波爐、電烤箱、電熱水器、空調等家用電器，溫度與我們息息相關。另外在各高等院校的實驗室中，無不將溫度作為被控參數，構成微機測控系統，供學生作綜合實驗或課程設計?？梢姕囟瓤刂齐娐窂V泛應用于社會生活的各個領域，所以對溫度進行控制是非常有必要和有意義的。</p><p>　　溫度測控技術包括溫度測量技術和溫度控制技術兩個方面。</p>

7、<p>　　在溫度的測量技術中，接觸式測溫發(fā)展較早，這種測量方法的優(yōu)點是:簡單、可靠、低廉，測量精度較高，一般能夠測得真實溫度;但由于檢測元件熱慣性的影響，響應時間較長，對熱容量小的物體難以實現精確的測量，并且該方法不適宜于對腐蝕性介質測溫，不能用于極高溫測量，難于測量運動物體的溫度。非接觸式測溫是通過對輻射能量的檢測來實現溫度測量的方法，其優(yōu)點是不破壞被測溫場，可以測量熱容量小的物體，適于測量運動溫度，還可以測量區(qū)域的溫度分

8、布，響應速度較快。但也存在測量誤差較大，結構復雜，價格昂貴等缺點。因此，在實際的測量中，要根據具體的測量對象選擇合適的測量方法，在滿足測量精度要求的前提下盡量減少人力和物力的投入。</p><p>　　溫度控制技術按照控制目標的不同可分為兩類:動態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。動態(tài)溫度跟蹤實現的控制目標是使被控對象的溫度值按預先設定好的曲線進行變化。在工業(yè)生產中很多場合需要實現這一控制目標，如在發(fā)酵過程控制，化工生產中

9、的化學反應溫度控制，冶金工廠中燃燒爐中的溫度控制等。恒值溫度控制的目的是使被控對象的溫度恒定在某一數值上，且要求其波動幅度(即穩(wěn)態(tài)誤差)不能超過某一給定值。本課題所研制的電熱器單片機溫控系統就是要實現恒值溫度控制的要求，故以下僅對恒值溫度控制進行討論。</p><p>　　本設計所研究的主要內容以AT89C51為核心組建測控系統，它必須快速準確采取各種待測參數轉化為數字量。由于要求的精度很高，采集系統應盡可能的排

10、除諧波干擾，充分利用高精度A/D器件的性能，提高所測物理量的精度。</p><p>　　該單片機控制系統功能：溫度探頭（AD590）感應出電熱箱中的溫度，放大器將溫度信號傳輸給A/ D轉換器，A/D轉換器把溫度信號轉換成數字信號，這個數字信號輸入單片機與人為設定的溫度值進行比較后發(fā)出控制信號，經光電隔離器去驅動雙向可控硅以調節(jié)加在電熱絲上的電壓，從而控制電熱箱的溫度。</p><p>&l

11、t;b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1課題背景 </p><p>　　對電熱箱的溫度控制以往主要采用常規(guī)儀器儀表加接觸器的斷續(xù)控制方法,裝置多、體積大、溫度控制精度低。采用單片機實現溫度控制則可以大大提高溫度控制系統的性能價格比，且易于推廣應用等顯著優(yōu)點。</p><p><b>　　1.2選題意義</b

12、></p><p>　　溫度在工業(yè)控制中是個很重要的參數,特別在冶金、機械、食品、化工等工業(yè)中,對工件的處理溫度都要求嚴格控制,對于溫度的精確度和穩(wěn)定性均有較高的要求。</p><p>　　在此項課題中有以下技術指標要求:</p><p>　　①.溫度最高可加熱到100℃，并在此溫度下保持恒定，控制其最大溫差不超過1℃。</p><p>

13、;　　②.根據用戶要求，使系統對該電熱箱控制的恒定溫度在0℃～100℃范圍內，做到能夠進行自動識別和連續(xù)可調的功能。并能使各恒溫點的控制精度保持在±1℃。</p><p>　?、?對電熱箱的溫度進行實時監(jiān)測和實時顯示。</p><p>　　④.裝置整機體積小、靈敏度高、性能可靠。</p><p>　　這種單片機控制方案可大大地提高工作效率和控制精度,有助于

14、自動化水平的提高,具有良好的經濟效益和推廣價值。</p><p><b>　　2系統的總體設計</b></p><p>　　2.1系統功能及其工作原理</p><p>　　該電熱箱具有以下功能：(1)使用高清晰度數碼管實時顯示電熱箱溫度，范圍0℃～100℃；(2)可用鍵盤方便地設定所需溫度值，并顯示設定的溫度； (3)按設定溫度加熱到相應溫度，

15、并具有保溫功能。系統利用集成溫度傳感器AD590完成溫度測量并轉換成模擬電壓信號，經由A／D轉換器 ADC0804 轉換成數字信號送到AT89C51單片機中，單片機將采集到的溫度值與通過鍵盤設定的溫度值進行比較，來控制加熱器的開斷，同時將溫度值實時顯示在 LED 顯示器上。</p><p>　　2.2系統基本組成方框圖</p><p>　　此電熱箱的溫控系統框圖如下圖1。</p>

16、;<p>　　從圖中可以看出，系統主要功能模塊分為3類：</p><p>　?、?數據采集：是指在單片機的控制下，使用功能傳感器完成特定信號的測量和數據采集的功能。傳感器將采集到的信號和數據傳輸到單片機中進行處理。</p><p>　?、?結果顯示：是指單片機將采集到的數據發(fā)送到液晶顯示模塊，并控制液晶顯示模塊按照一定的格式將其顯示的功能。</p><p&

17、gt;　　操作輸入：是指操作者或其他器件向單片機發(fā)送控制指令，用來控制儀器的模式，該指令一般通過鍵盤輸入。單片機在控制指令的要求下，完成一定功能，如進行信號測量、數據顯示等。</p><p>　?、?控制執(zhí)行：是指單片機控制執(zhí)行器件的通斷電，從而實現對被控量穩(wěn)定、有序、規(guī)則的控制。</p><p>　　除了上述3個主要功能模塊外，還有電源模塊，用來提供+5V和±12V直流電壓。&

18、lt;/p><p><b>　　3系統硬件電路設計</b></p><p>　　3.1AT89C51單片機</p><p>　　ATMEL公司的生產的AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位

19、微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，具有低功耗，速度快，程序擦寫方便等優(yōu)點，完全滿足本系統設計需要。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖2所示。</p><p>　　圖2 AT89C51單片機引腳圖</p><

20、;p>　　主要特性：與MCS-51 兼容 ；4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數據保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz～24Hz；三級程序存儲器鎖定；128×8位內部RAM；32可編程I/O線；兩個16位定時器/計數器；5個中斷源 ；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內振蕩器和時鐘電路。</p><p>　　本系統選擇AT89C51作為主控制器，P0口作為ADC0804

21、轉換數據的輸入端。P2.0接ADC0804的INTR端檢測數據轉換是否結束，P2.6、P3.0、P3.1口經74LS164串行輸出顯示數據到數碼管，P1口用來連接獨立式鍵盤，實現電熱箱溫度的動態(tài)設定。P2.7用于控制加熱器電路的通斷，P3.6用于控制 ADC 轉換器的啟動，P3.7用于控制讀取 ADC 的轉換結果。</p><p>　　3.2AD590溫度采集電路設計</p><p>　　

22、AD590是美國模擬器件公司生產的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：</p><p>　　①.流過器件的電流（A）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數，即：</p><p><b>　　Ir/T=1A/K</b></p><p>　　式中：Ir—流過器件（AD590）的電流，單位為A；</p><p>　

23、　T—熱力學溫度，單位為K。</p><p>　?、?AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃。</p><p>　?、?AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V～6V范圍變化，電流變化1A，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。</p><p>　?、?輸出電阻為710M。</p&g

24、t;<p>　　⑤.精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內，非線性誤差為±0.3℃。</p><p>　　3.2.1AD590基本應用電路</p><p>　　圖3（a）是AD590的封裝形式，圖3（b）是AD590用于測量熱力學溫度的基本應用電路。因為流過AD590的電流與熱力學溫度成正比，當電阻R1和電位器R

25、2的電阻之和為1k時，輸出電壓Vo隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應對電路進行調整。調整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調整電位器R2，使VO=273.2mV?；蛟谑覝叵?25℃)條件下調整電位器,使VO=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調整只可保證在0℃或25℃附近有較高精度。</p><p>　　3.2.2AD590測溫放大電路</p>

26、<p>　　為了提高精度，擴大測量范圍，在A/D轉換前還要將信號加以放大并進行零點遷移，因而一個高穩(wěn)定性的、高精度的放大電路是必須的。當溫度變化時，AD590會產生電流變化，當AD590的電流通過一個10k的電阻時，這個電阻上的壓降為10mV，即轉換成10mV／K，為了使此10k電阻精確，可用一個9k的電阻與一個2k的電位器串聯，然后通過調節(jié)電位器來獲得精確的10k。運算放大器AR1被接成電壓跟隨器形式，以增加信號的輸入阻

27、抗，降低輸出阻抗，由運放AR2減去2.732做零位調整（即把絕對溫度轉成攝氏溫度），最后由運放AR3反相并放大５倍輸送給A/D轉換器。具體硬件連接圖如圖4所示。</p><p>　　圖4 AD590溫度采集放大電路</p><p>　　AD590溫度測量變量關系，如表1所示。</p><p>　　表1 AD590溫度放大測量變量關系</p><p

28、>　　該溫度采集電路采用LM741集成運算放大器，它是一種高放大倍數、高輸入阻抗、低輸出阻抗的直接耦合多級放大電路，具有兩個輸入端和一個輸出端，可對直流信號和交流信號進行放大。外接負反饋電路后，輸出電壓Vo與輸入電壓Vi的運算關系僅取決于外接反饋網絡與輸入的外接阻抗，而與運算放大器本身無關。</p><p>　　如圖5 LM741集成運放的外引線圖，各引腳功能如下。</p><p>

29、　　圖5 LM741的外引線圖</p><p>　　3.3ADC0804模數轉換電路</p><p>　　ADC0804型A/D轉換器。它是中速廉價型產品之一。片內有三態(tài)數據輸出鎖存器，與微處理器兼容，輸入方式為單通道。</p><p>　　1.ADC0804模數轉換器功能及引腳說明</p><p>　　①．8位COMS逐次逼近型A/D轉換

30、器；</p><p><b>　?、冢龖B(tài)鎖定輸出；</b></p><p>　?、郏嫒r間：135µs；</p><p><b>　?、埽直媛剩?位；</b></p><p>　?、荩D換時間：100µs；</p><p>　　⑥．總誤差：±

31、;1LSB；</p><p>　?、撸ぷ鳒囟龋篈DC0804LCN—0度～+70度；</p><p>　?、啵娫措妷簽閱我?5V；</p><p><b>　　引腳說明:</b></p><p>　　/CS：芯片選擇信號； 圖6 ADC0804引腳圖</p>

32、<p>　　/RD：外部讀取轉換結果的控制腳輸出信號； </p><p>　　/WR：用來啟動轉換的控制輸入；</p><p>　　CLKIN，CLKR：時鐘輸入或者震蕩元件（R，C），頻率約限制在100KHZ～1460KHZ，如果使用RC電路則振蕩頻率為1/（1.1RC）；</p><p>　　/INTR：中斷請求信號輸出，低電平動作；</p&

33、gt;<p>　　VIN（+），VIN（-）：差動模擬電壓輸入；</p><p>　　AGND，DGND：模擬信號以及數字信號的接地；</p><p>　　Vref/2：輔助參考電壓；</p><p>　　DB0—DB7：8位數字輸出；</p><p>　　VCC：電源供應以及作為電路的參考電壓；</p><

34、p>　　2.ADC0804使用說明</p><p>　　ADC0804的被轉換的電壓信號從和輸入，允許此信號是差動的或不共地的電壓信號,模擬地和數字地分別設置引入端,使數字電路的地電流不影響模擬信號回路，以防止寄生耦合造成的干擾。參考電壓可以由外部電路供給，從“”端直接送入。當電源準確、穩(wěn)定時，也可作參考基準。此時，由ADC0804片內部設置的分壓電路可自行提供參考電壓(2.5V)，“”端不必外接電源，浮空

35、即可。 </p><p>　　ADC0804片內有時鐘電路，只要在外部“CLKR”和“CLK”兩端外接一對電阻電容即可產生A/D轉換所需要的時鐘，其振蕩頻率為≈1/1.1RC。其典型應用參數為：R=10k，C=150pF，≈640kHz，每秒鐘可轉換1萬次。若采用外部時鐘，則外部可從CLK端送入，此時不接R、C。是轉換結束信號輸出端，輸出電平高跳到低表示本次轉換已經完成

36、，可作為中斷或查詢信號。如果和端與端相連，則ADC0804就處于自動循環(huán)轉換狀態(tài)。為轉換結果讀出控制端，當它與同時為低電平時，輸出數據鎖存器DB0～DB7端上出現8位并行二進制數碼，以表示A/D結果。</p><p>　　3.單片機與ADC0804接口電路</p><p>　　圖7 單片機與ADC0804接口電路</p><p>　　0804由于具有三態(tài)輸出鎖存器

37、，可直接驅動數據總線，故與AT89C51接口電路十分簡單，直接連接成上圖7即可。</p><p>　　當與同時有效時便啟動A/D轉換，轉換結束時產生信號，可供輸出查詢或中斷信號。在和共同控制下可以讀取轉換結果數據。</p><p>　　在A/D轉換過程中，如果再次啟動轉換器，則終止正在進行的轉換，進入新的轉換，在新的轉換過程中，數據寄存器中仍保持上一次的轉換結果。</p>&

38、lt;p>　　0804提供兩個信號輸入端和，如果輸入電壓的變化范圍從0V到，則芯片的端接地，輸入電壓加到端。對于差動輸入，輸入電壓可以從非零開始，即到。此時端應接至等于的恒定電壓上，而輸入電壓仍加到端上。</p><p>　　0804轉換器的零點無需調整，而輸入電壓的范圍可以通過調整端處的電壓加以改變。端電壓應為輸入電壓的1/2。例如輸入電壓范圍是0V至2V，則在端應加1V，但當輸入電壓為0～+5V時，端無

39、需外加任何電壓，而由內部電源分壓得到。</p><p>　　4.ADC0804電壓輸入與數字輸出關系</p><p>　　本設計參考電壓Vref=5V所以可確定輸入模擬量所對應的數字信號量如表2所示。</p><p>　　表2 ADC0804輸入輸出關系</p><p><b>　　3.4顯示電路設計</b></p

40、><p>　　顯示電路采用74LS164連接4個共陽極數碼管，實現串行口靜態(tài)顯示。如圖8所示。由P2.6.控制串行口TXD的允許端，只有當P2.6=1時，才打開與門，放開顯示傳送。AT89C51的串行口RXD和TXD為一個全雙工串行通信口，但在工作方式0下可以作同步移位寄存器用，其數據由RXD（P3.0）串行輸出或輸入；而同步移位時鐘由TXD（P3.1）端串行輸出，在同步時鐘作用下，實現由串行到并行的數據通信。利用串

41、行口加外圍芯片74LS164就構成一個或多個并行輸出，用于串-并行轉換，驅動顯示LED。</p><p>　　圖8 串行靜態(tài)顯示電路</p><p>　　這種顯示電路屬于靜態(tài)顯示，比動態(tài)顯示亮度更高一些。由于74LS164允許通過電流達8mA，所以添加100驅動電路，亮度比較理想。與動態(tài)顯示相比，無需CPU不停的掃描，頻繁的為顯示服務，節(jié)省了CPU時間，提高了工作效率。</p>

42、<p>　　74LS164移位寄存器底層驅動:74LS164是一款8位移位寄存器,串行輸入并行輸出,常用于端口擴展,引腳排列如圖9所示。</p><p>　　圖9 74LS164引腳圖</p><p><b>　　引腳說明：</b></p><p>　　CLK：時鐘輸入斷；</p><p><b>

43、;　　CLR：清除端；</b></p><p>　　A,B：為數據輸入端；</p><p>　　當CLR為低電平時QA～QH輸出均為低電平,當數據輸入端任意引腳為低電平時,禁止數據輸入。并在CP上升沿作用下決定QA的狀態(tài)，當任意一引腳為高電平的時候，允許另一引腳輸入數據并且在CP上升沿的作用下決定QA的狀態(tài)。在使用的時候經常把DSA、DSB其中的一個設置永久高電平,或者兩只腳同

44、時接信號端。</p><p><b>　　3.5時鐘電路</b></p><p><b>　　圖10 時鐘電路</b></p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　

45、XATL1和XATL2兩端接石英晶體及兩個電容就可以構成穩(wěn)定的自激震蕩。電容器C1和C2通常去32pF左右，可穩(wěn)定頻率并對震蕩頻率有微調作用。震蕩脈沖范圍為。如圖10所示。</p><p>　　振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對

46、外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　3.6復位及鍵盤溫度設定電路</p><p>　　1.RESET：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RESET腳兩個機器周期的高電平時間。如圖11所示，在按鍵瞬間，電容C1通過R1充電，RESET端出現正脈沖，用以復位。關于參數的選定，在震蕩穩(wěn)定后應保證復位高電平持續(xù)時間（即正脈沖寬度）大于兩個機器周

47、期。當采用6MHz時，可取C3=22µF，R4=1K；當采用12MHz時，可取C3=10µF,R4=8.2K。</p><p><b>　　圖11復位電路</b></p><p>　　2.鍵盤部分在程序運行過程中設置為外部中斷1方式，S1～S4實現各功能通道鍵。S1鍵為中斷輸入鍵，只有按下S1鍵，其他鍵才有效。中斷按鍵的功能就是設定恒溫值，以便對測

48、得溫度對比判斷，鍵盤電路如圖12所示。</p><p>　　圖12 設定溫度鍵盤</p><p><b>　　3.7控制加熱電路</b></p><p>　　該部分采用了Motorola公司推出的單片集成可控硅驅動器件 MOC3041，作為對加熱器的驅動和控制。MOC3041芯片是一種集成的帶有光耦合的雙向可控硅驅動電路，其內部集成了發(fā)光二極管

49、、雙向可控硅和過零觸發(fā)電路等器件。他由輸入和輸出兩部分組成。輸入部分是一個砷化鎵發(fā)光二極管，在5～15mA正向電流的作用下發(fā)出足夠強度的紅外光去觸發(fā)輸出部分。輸出部分包括一個硅光敏雙向可控硅和過零觸發(fā)器。在紅外線的作用下，雙向可控硅可雙向導通，與過零觸發(fā)器一起輸出同步觸發(fā)脈沖，去控制執(zhí)行機構—外部的雙向可控硅。其工作過程是：當單片機的P2.7口輸出高電平時， MOC3041 輸入部分的發(fā)光二極管導通。發(fā)出足夠強度的紅外光去觸發(fā)輸出部分，

50、即控制可控硅的導通，從而打開加熱器；同理，當P2.7口輸出為低電平時，MOC3041輸入部分的發(fā)光二極管截止，可控硅斷開，關閉加熱器。該系統具體電路圖如圖13所示。</p><p>　　圖13 雙向可控硅控制電路</p><p>　　3.8輔助直流穩(wěn)壓電源設計</p><p>　　方案1：采用單一電源供電。這種方法明顯不行。因為電路中有模擬電路、數字電路等弱電部分

51、電路，還有感應加熱負載的強電流電路。如果采用單一電源，各個部分很可能造成干擾，系統無法正確工作，還可能因為負載過大，電源無法提供足夠的工作電流。特別是壓機啟動瞬間電流很大，而且逆變電路負載電流波動較大會造成電壓不穩(wěn)，有毛刺等干擾，嚴重時可能造成弱電部分電路掉電。</p><p>　　方案2：采用雙電源，即電源負載驅動電路等強電部分用一個電源，模擬電路、數字電路等弱電部分用一個電源。這種方法明顯比前一種方案可靠性要

52、高，但是電路間還是可能會產生干擾，造成系統不正常，而且還可能會對單片機的工作產生干擾，影響單片機的正常工作。</p><p>　　方案3：采用多電源供電方式，即對數字電路、模擬電路、驅動電路分別供電，這種方案即降低了系統各個模塊間的干擾，還保證了電源能為各部分提供足夠的工作電流，提高系統的可靠性。</p><p>　　根據上述分析，決定采用方案3。</p><p>

53、　　3.8.1三端固定穩(wěn)壓器</p><p>　　CW78××為固定式三端穩(wěn)壓器，它只能輸出一個穩(wěn)定電壓。固定式三端穩(wěn)壓器的常見產品如圖14所示。</p><p>　　圖14 CW78××、CW79××系列穩(wěn)壓器</p><p>　　CW78××系列穩(wěn)壓器輸出固定的正電壓，如7805

54、輸出為＋5V；CW79××系列穩(wěn)壓器輸出固定的負電壓，如7905輸出為－5V。</p><p>　　其典型應用電路如圖15所示。</p><p>　　圖15 CW78××典型應用電路</p><p>　　輸入端接電容可以進一步濾除紋波，輸出端接電容能改善負載的瞬態(tài)影響，使電路穩(wěn)定工作。、最好采用漏電流小的鉭電容，一般不得小

55、于0.1µF ，如采用電解電容，則電容量要比圖中數值增加10倍。</p><p>　　3.8.2本次設計用的電源</p><p>　　圖16所示電路為±12伏輸出的直流穩(wěn)壓電源，從圖可見，該直流穩(wěn)壓電是由變壓器、二極管整流橋、濾波器和集成穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)組成。如果把圖16中的集成穩(wěn)壓器7812換成7805 (注意7912管腳的輸入、輸出和接地都與7812不同的)。則穩(wěn)壓電源變

56、為輸出+5伏的單路直流穩(wěn)壓電源，供給AT89C51等芯片工作。 </p><p>　　圖16 +5V和±12伏雙路穩(wěn)壓電源</p><p>　?。?）使用中應注意：</p><p>　?、僬鳂蜉敵龅囟藨釉诖箅娊怆娙萆?，以利于降噪。電解電容應大于1000μF，以為7812三端穩(wěn)壓模塊提供較穩(wěn)定的直流輸入。</p><p>　

57、　②為消除三端穩(wěn)壓模塊內部產生的高次諧波，抑制穩(wěn)壓電路的自激震蕩，實現頻率補償，應在模塊兩端分別并聯一小電容。</p><p>　　3.8.3元器件選擇及參數計算</p><p><b>　?。?）三端穩(wěn)壓器</b></p><p>　　根據電路中所需要的電源，選擇7805、7812、7912分別輸出+5V、+12V和-12V，其輸出電壓和輸出

58、電流均滿足指標要求。</p><p><b>　　（2）輸入輸出電容</b></p><p>　　輸入輸出電容的取值如上圖所示(主要根據工程經驗而得到)，一般為瓷片電容。</p><p>　?。?）變壓器二次側電壓有效值和輸入電壓</p><p>　　這兩個值的取定決定了相關元器件及參數的選擇。一般情況下，輸入電壓應比輸

59、出電壓高3V左右(太小影響穩(wěn)壓；太大穩(wěn)壓器功耗大，易受熱損壞)。假設+5V的輸入為V11，輸出為Vo1；+12V的輸入為V12,輸出為Vo2；-12V的輸入為V13， 輸出為Vo3，而它們所對應的變壓器二次側電壓有效值分別為V21、V22、V23則有，V11=8V，V12=15V，考慮電網電壓10%的波動，最終可取V11=9V，V12=16.5V。</p><p>　　由式V1≈(1.1～1.2)V2可取變壓器二

60、次側電壓有效值V21=V11/1.1=8.18V， V22=V12/1.1=15V鑒于變壓器規(guī)格的限制，實際應選V21=10V，V22=15V。</p><p><b>　?。?）濾波電容</b></p><p>　　由式Ro CL≥(3～5)T/2可暫定Ro CL=5T/2,則CL=5T/2Ro,式中，Ro為CL右邊的等效電阻，應取最小值，T為市電交流電源的周期，T

61、=20ms，取 =1A，因此幾個電源的Ro分別為：</p><p>　　Ro1min=V11/Iomax=1.1×10V/1A=11，所以取C1=5T/2Ro1min=5×20×1000/(2×11)≈4545μF,同理有， Ro2min=1.1×15V/1A=16，C2=5×20×1000/(2×16)≈3125μF。</p&

62、gt;<p>　　可見，濾波電容容量較大，應選電解電容。受規(guī)格的限制，實際容量應選為C1=4700μF/25V，C10=4700μF/30V，其耐壓值要大于相應的輸入電壓的1.5倍。</p><p><b>　?。?）整流二極管</b></p><p>　　整流二極管的參數應滿足最大整流電流IF>Iomax(暫定)；最大反向電壓VR>V2，其

63、中V2為變壓器二次側電壓有效值。以上兩個橋式的所有整流二極管可選IN4001小功率二極管。</p><p><b>　　3.9本章小結</b></p><p>　　本章對系統的硬件進行詳細的設計，其核心器件為單片機，主要功能模塊為ADC0804和AD590傳感器組成的數據采集電路以及LED顯示電路；其次就是按鍵、執(zhí)行、時鐘、復位幾個功能電路；硬件系統的檢測電路的選擇直

64、接決定單片機數據處理程序的編寫，這顯得尤其重要。在本章中對各部分電路設計進行了比較詳細的敘述。</p><p><b>　　4系統軟件設計</b></p><p>　　該系統軟件部分用MCS-51匯編語言編程實現，采用模塊化程序設計思想，將軟件劃分成若干單元，主要包括主程序模塊、十進制數據轉換及調整子程序模塊、LED數碼顯示子程序和延時子程序等模塊。</p>

65、;<p><b>　　4.1系統主流程圖</b></p><p>　　在主程序中，系統上電自動復位以后首先設置堆棧，然后啟動ADC0804，開始轉換AD590測溫電路輸入的電信號，待數據轉換結束后讀入到累加器A，然后進行十進制數據轉換調整，輸出給顯示電路，同時當測得溫度大于等于設定值加1則停止加熱，進行保溫。當小于等于設定值減1則驅動執(zhí)行器件進行加熱。主程序流程圖如圖17所示。

66、</p><p><b>　　主程序：</b></p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　SJMP MAIN</p><p>　　ORG 0013H</p><p>　　SJMP INT1</p><p><b>　　CLR

67、 C</b></p><p>　　MOV IE,#85H</p><p>　　MAIN: MOVX @DPTR,A</p><p>　　WAIT: JB P2.0,ADC</p><p>　　AJMP WAIT</p><p>　　ADC:

68、 MOV A,@DPTR</p><p><b>　　PUSH A</b></p><p><b>　　ACALL L1</b></p><p>　　ACALL DISP</p><p>　　MOV A,60H</p><p>　　MOV 1

69、00H,A</p><p>　　DEC 100H</p><p><b>　　POP A</b></p><p>　　CJNE A,100H,rel1</p><p>　　XL1: SETB P2.7</p><p>　　CLR P2.5</p&g

70、t;<p>　　SJMP ADC</p><p>　　rel1: JNC C,XL1</p><p>　　INC 100H</p><p>　　INC 100H</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　CJNE

71、 A,100H,rel2</p><p>　　XL2: CLR P2.7</p><p>　　SETB P2.5</p><p>　　rel2: JC C,XL2</p><p>　　SET P2.5</p><p>　　AJMP ADC</p>

72、;<p>　　4.2十進制數據轉換調整子程序</p><p>　　由于ADC0804轉換后的數據是二進制數據，而七段碼LED顯示器所要顯示的數據是十進制數據，因此需要進行二、十進制數據轉換。ADC0804輸出的最大轉換值為FFH(255)，由于運放AR3放大５倍，因此本數字溫度計的最大測量溫度為5.1V/5＝1.02Ｖ，即102℃。由255×Ｘ=102，得知Ｘ＝0.4，即先乘４再除10。2

73、55×4=1020，其中高位10送高位顯示緩沖區(qū)R4，低位20送低位顯示緩沖區(qū)R5，將小數點設在D2位上，并將其分別顯示為1(D4) 0(D3) 2(D2) . 0(D1) ℃。所以，十進制轉換調整流程為A/D（二進制）→十進制→乘４→顯示。程序流程圖如圖18所示。</p><p>　　圖18 十進制數據轉換調整子程序流程圖</p><p>　　十進制數據轉換子程序：</

74、p><p>　　L1: CLR C</p><p>　　MOV R5,#00H</p><p>　　MOV R4,#00H</p><p>　　MOV R3,#08H</p><p>　　NEXT: RLC A</p><p>　　MOV R2,A&l

75、t;/p><p>　　MOV A,R5</p><p>　　ADDC A,R5</p><p><b>　　DA A</b></p><p>　　MOV R5, A</p><p>　　MOV A, R4</p><p>　　ADDC A, R

76、4</p><p>　　MOV R4, A</p><p>　　MOV A, R2</p><p>　　DJNZ R3, NEXT</p><p>　　MOV R7, #02</p><p>　　L2: MOV A, R5</p><p>　　ADD A

77、, R5</p><p><b>　　DA A</b></p><p>　　MOV R5, A</p><p>　　MOV A, R4</p><p>　　ADDC A, R4</p><p><b>　　DA A</b></p>

78、<p>　　MOV R4, A</p><p>　　DJNZ R7, L2</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　4.3顯示子程序</b></p><p>　　顯示采用共陰極LED串行口靜態(tài)顯示，這樣不僅大大減少了單片機的時間，不必為顯示頻繁的

79、掃描，還可以使顯示亮度更為優(yōu)越。由P2.6控制串行口TXD的允許端，只有當P2.6=1時，才打開與門，開放顯示傳送。89C51的串行口RXD和TXD為一個全雙工串行通信口，但在工作方式0下可以作同步移位寄存器用，其數據由RXD（P3.0）串行輸出或輸入；而同步移位時鐘由TXD（P3.1）端串行輸出，每當發(fā)送完一個字節(jié)T1就會自動置1.用軟件查詢方式來檢測每一字節(jié)的發(fā)送。</p><p><b>　　程序

80、如下：</b></p><p>　　DISP: MOV R4，#04H；存顯示位數</p><p>　　MOVSCON，00H；置串行方式0</p><p>　　CLRES；串口禁中斷</p><p>　　SETBP2.6；允許TXD發(fā)送脈沖</p>

81、<p>　　DIR1： MOVSUBF，@R3；串行輸出一位顯示字段碼</p><p>　　JNBTI,$；等待串行發(fā)送完畢</p><p>　　CLRTI；清串行標志</p><p>　　DECR0；更新顯示位數</p><p>　　DJNZR4，DIR1

82、；是否顯示完畢</p><p>　　CLRP2.6；關閉TXD發(fā)送脈沖</p><p>　　RET；返回</p><p>　　4.4鍵盤處理子程序</p><p>　　本系統采用的是鍵盤中斷法：S1鍵接至P3.3口，作為設置鍵，當S1鍵沒按下時，其他鍵有動作，系統都不作反應，只有S1鍵按下，S2～S

83、4才能實現相應功能。</p><p>　　S3鍵：加1；S4鍵：減1；S2鍵：確定；</p><p><b>　　鍵盤中斷子程序：</b></p><p>　　INT1: CLR EX1 ；關中斷</p><p>　　CLR IT1</p><

84、p>　　CLR EA</p><p>　　PUSH A ；保護現場</p><p>　　PUSH B</p><p>　　PUSH R0</p><p>　　PUSH R1</p><p>　　PUSH R3</p&

85、gt;<p>　　PUSH R4</p><p>　　PUSH R5</p><p>　　MOV R3,#60H；進入設置顯示狀態(tài)</p><p>　　LCALL CHABIAO </p><p>　　LCALL DISP</p><p>　　KEY

86、: MOV P1，#FFH；送P1全零</p><p>　　JB P1.3，UPLINE；P1.3=0轉到恒溫加1處理</p><p>　　JB P1.5，DONWLINE；P1.5=0轉到恒溫減1處理</p><p>　　JB P1.7，END；確定返回</p><

87、;p>　　SJMP KEY；重新掃描</p><p>　　UPLINE: LCALL DS10MS；消抖延時</p><p>　　JB P1.3，KEY；無按鍵返回掃描</p><p>　　MOV R3,#60H；顯示恒溫溫度</p><p>　　LCALL

88、 DISP</p><p>　　JIAYI: LCALL DS10MS；溫度加1處理子程序</p><p>　　JB P1.3，UPLINE</p><p>　　INC @R5；加1溫度</p><p>　　MOV @R3，#11H；十進制轉換</p><p

89、><b>　　EDC R3</b></p><p>　　MOV A，@R4</p><p>　　MOV B，#100</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV @R3，A</p><p><b>　　ED

90、C R3</b></p><p><b>　　MOV A，B</b></p><p>　　MOV B，#10</p><p>　　DIV ABMOV@R3，A</p><p><b>　　EDC R3</b></p><p>　　MOV

91、 A，B</p><p>　　MOV @R3，A</p><p>　　LCALL CHABIAO ；調用查表</p><p>　　LCALL DISP</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DONWLINE: LCALL D

92、S10MS </p><p>　　JB P1.5，KEY</p><p>　　MOV R3,#60H</p><p>　　LCALL DISP</p><p>　　JIANYI: LCALL DS10MS ；溫度減一處理子程序</p><p>　　JB

93、 P1.5，DONWLINE</p><p>　　DEC @R5</p><p>　　MOV @R3，#12H ；十進制轉換</p><p>　　EDC R3</p><p>　　MOV A，@R4</p><p>　　MOV B，#100<

94、/p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV @R3，A</p><p><b>　　EDC R3</b></p><p><b>　　MOV A，B</b></p><p>　　MOV B，#10</

95、p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV @R3，A</p><p><b>　　EDC R3</b></p><p>　　MOV A，B</p><p>　　MOV @R3，A</p><p>

96、;　　LCALL CHABIAO</p><p>　　LCALL DISP</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　CHABIAO: MOV R2,#4；查表子程序</p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>

97、;　　CHABIAO1: MOV A,@R3</p><p>　　MOV A,@A+DPTR</p><p>　　MOV @R3,A</p><p><b>　　INC R3</b></p><p>　　DJNZ R2，CHABIAO1</p><p><b>　　

98、RET</b></p><p>　　DS10MS: MOV R7,#10H；10MS延時子程序</p><p>　　DS1: MOV R6,0FFH</p><p>　　DS2: DJNZ R6,DS2</p><p>　　DJNZ R7,DS1</p

99、><p><b>　　RET</b></p><p>　　END: POP R5 ；恢復現場</p><p>　　POP R4</p><p>　　POP R3</p><p>　　POP R1</p

100、><p>　　POP R0</p><p>　　POP B</p><p>　　POP A</p><p>　　SETB EX1；開中斷</p><p>　　SETB IT1</p><p>　　SETB EA<

101、/p><p>　　RETI ；中斷返回</p><p>　　TAB:DB 040H,079H,024H,030H,19H, 12H, 02H, 058H，00H, 10H;</p><p>　　DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H, 92H, 82H, 0D8H，80H, 90H;</p><p><b

102、>　　4.5本章小結</b></p><p>　　本章介紹了系統主要的流程圖以及程序清單。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　本課程設計敘述了電熱箱溫控設計，包括硬件組成和軟件的設計，該系統在硬件設計上主要是通過溫度傳感器對溫度進行采集，把溫度轉換成變化的電壓，然后由放大器將信號放大，通過A/D轉換

103、器，ADC0809將模擬溫度電壓信號轉化為對應的數字溫度信號電壓。其硬件設計中最核心的器件是單片機AT89C51，它一方面控制A/D轉換器實現模擬信號到數字信號的轉換，另一方面，將采集到的數字溫度電壓信號經數據處理得到相應的溫度值，送到LED顯示器，以數字形式顯示測量的溫度。</p><p>　　該系統利用MCS51匯編語言編制,運行程序的主要特點是:</p><p>　　1)適用性強，用

104、戶只需對界面參數進行設置并啟動系統正常運行便可滿足不同用戶水溫的要求，實現對水溫的實時監(jiān)控。避免了電力力資源的浪費，節(jié)省了能源。</p><p>　　2)將單片機以及溫度傳感器引入對水溫的分析和處理中，單片機控制決策無需建立被控對象的數學模型，系統的魯棒性強，適合對非線性、時變、滯后系統的控制，對水溫控制系統采用單片機控制非常適合。</p><p>　　3)系統成本低廉，結構緊湊，操作非常

105、簡便，可擴展性強，只要稍加改變，即可增加其他使用功能。較好的滿足了現代工業(yè)生產和科研的需要。</p><p>　　該系統也存在一些問題：系統在控制溫度精度上不理想，控制容易產生震蕩，不穩(wěn)定。這可采用PID算法來控制PWM波的產生，進而控制電熱絲的加熱來實現溫度控制。數字PID控制則能夠較好地解決控制精度的問題,并且計算機能夠用程序既簡單又方便地實現數字PID控制規(guī)律,對精度調整起來也很方便。具體控制方案可采用了數

106、字PID算法結合積分分離方法對電熱箱溫度進行控制,具有精度高、穩(wěn)定性好的特點。</p><p>　　通過本次設計，參考了大量的資料，讓我認識到了單片機功能的強大，讓我學到了很多，受益匪淺！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]何立民主編.單片機應用與設計.北京：北京航空航天大學出版社，2000.8</p

107、><p>　　[2]何立民主編.單片機應用技術選編（1）～（7）.北京：北京航空航天大學出版社，1993～1999</p><p>　　[3]胡健主編.單片機原理及接口技術實踐教程.北京：機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[4]電力電子變流技術</p><p>　　[5]楊寧主編.單片機與控制技術.北京：北京航空航天大學出版社，200

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114、應用[M].北京：清華大學出版社，2002</p><p>　　[20]公茂法等.單片機人機接口實例集.北京：北京航空航天大學出版社，1997.6</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文是在導師朱學東副教授的悉心指導下完成的。導師淵博的知識、嚴謹的治學態(tài)度、誨人不倦的指導風格以及忘我的工作精神使我受益匪淺，是我今后工

115、作學習的楷模，將永遠激勵我前進。導師不僅在生活和學習中給我關心和指導，而且也在思想上給予我深刻的影響和教誨，在此對導師表示深深的謝意！</p><p>　　在課題研究及論文完成過程中，始終受到陪我度過四年大學生活的舍友:朱志遠、劉海軍的精心指導，沒有他們的幫助，許多工作難以開展，在此向他們表示衷心的感謝！在四年的大學學習和生活當中，電氣一班許多同學給予了無私的關心和幫助，他們與我在相關領域進行了廣泛的討論和合作，

116、提出了許多寶貴的意見和建議。感謝其他老師和同學對我的關心、支持和熱情的幫助。</p><p>　　感謝曾經幫助、培養(yǎng)過我的所有的老師。感謝百忙之中抽出寶貴時間評閱我論文的論文審閱人、評議人和答辯委員會各位專家學者，感謝你們評閱本文所付出的辛勤勞動。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　畢業(yè)論文（設計）成績單</p