基于AT89C51单片机电烤箱的温度控制系统设计与实现本科毕业设计论文.docx

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基于AT89C51单片机电烤箱的温度控制系统设计与实现本科毕业设计论文

基于单片机的电烤箱控制系统设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

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指导教师签名：

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使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

内容摘要：

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

Single-chipbasedontheoven’stemperaturecontrolsystemdesign

Abstract:

Withthecontinuousdevelopmentofsociety,people'sabilitytotransformnatureoftheadvancehasbeen.Thebirthofthemachineforustoreducesomeorallofthementalandphysical.Thebirthofelectronictechnologyhasbroughtevenmoreearth-shakingchanges.Electricalandmechanicalengineeringcontrolsystemsbecomeintegratedwiththemicroelectronictechnologycommonkeytechnologies.Peoplecanmakethroughitsmachineryinfullaccordancewiththewishesoftheirowntoimplement.

Withthedevelopmentofelectricalandmechanicalcontroltechniques,mainlyreflectingthetwotypesofsingle-chipcomputerandPLCcontrol.Thedesignusesasingle-chipcontrol.Single-chipmicrocomputeruseintheirdailylivesmoreandmorewidely.Temperaturecontrolinindustrialproductionareoftenencountered.Chemicalsfromoiltoelectricityproduction,Orevensomeproductsintheproductionprocesscontroloftemperaturedirectlyaffectsthequalityoftheproduct.Single-chiptemperaturecontrolbothnowandwillplayanimportantroleinthefuture.

ThispaperintroducestheAT89C51single-chipmicrocomputerasthecoreoftheoventemperaturecontrolsystem.Hardwarecomponentswhichinclude:

Single-chipcircuit,sensorcircuit,amplifiercircuit,convertercircuit,aswellasthekeyboardanddisplaycircuit.Softwareinclude:

themainprogram,operatorcontrolprocedures,aswellastherealizationofthefunctionalmodulesoftheprogram.Finally.

Keywords:

MicrocontrollerTemperatureElectricovensControl

基于单片机的电烤箱控制系统设计

前言

随着社会的不断发展，人们对机械的应用也越来越广，进而人们对机械运动的控制要求亦越来越高。

机电控制实现了以电气来控制机械。

单片机的出现使机电控制技术突飞猛进。

单片机出现的历史并不长，但发展迅猛。

自1975年美国德克斯仪器公司首次推出8位单片机TMS-1000后才开始快速发展。

1976年9月，美国Intel公司首次推出MCS-48系列8位单片机以后，单片机发展进入了一个新的阶段。

1983年Intel公司推出的MCS-96系列、1987年Intel公司又推出的80C96等位16位单片机。

近年来各个计算机生产厂家已进入更高性能的32位单片机研制、生产阶段。

单片机发展之快、品种之多。

其中最常用的主要有：

AT89系列单片机、AVR单片机Motorola公司的M68HC08系列单片机以及PIC单片机。

随着社会的发展，单片机的特点体现在体积小、可靠性高、使用方便等方面。

根据温度控制的特点，本次设计采用AT89C51单片机为控制核心，采用数字PID控制算法。

实现对电烤箱的温度的控制。

通过本次设计进一步详细说明单片机控制系统在社会生活中的应用。

为以后进一步应用单片机系统提供帮助。

1概述

温度控制是工业生产过程中经常遇到的控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。

根据温度变化快慢的特点，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：

a.电烤箱由2千瓦电炉加热，最高温度为500℃。

b.电烤箱温度可预置，烤干过程恒温控制，温度控制误差小于或者等于±2℃。

c.预置时显示设定温度，烤干时显示实时温度，显示精确到1℃。

d.温度超出预置温度±5℃时发声报警。

e.对升降温过程的线性是没有要求的。

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的特性来讲，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算法来实现温度的控制。

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，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，从而保持恒温的控制。

2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、放大器、传感器、键盘及显示电路五大部分。

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

随着社会发展，单片机以其体积小、可靠性高、使用方便的特点在社会生活中达到广泛应用。

根据温度控制特点，本次设计采用AT89C51。

以下对其进行详细介绍。

AT89C51单片机是美国Intel公司的8位高档单片机的系列。

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，I\O接口电路及时钟电路等部分组成。

2.1.1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的中心。

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。

如图2.1.2-1

2.1.2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操作。

运算结果的状态由程序寄存器PSW保存。

A.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、除等算数的运算。

而且还能对8位变量进行逻辑“与”“或”“异或”循环位移等逻辑的运算。

累加器ACC（简称累加器A）为一个8位寄存器，它是CPU中使用最频繁寄存器。

专门存放操作数或运算结果。

图2.1.2-1AT89C51单片机内部结构简化框图

B．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。

用于存放标志的寄存器。

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。

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.

C.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。

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微操作。

用来协调单片机各部分的正常工作。

2.1.3AT89C51单片机引脚功能

AT89C51系列单片机的封装形式有两种：

一种是双列直插方式的封装；另一种是方形的封装。

AT89C51单片机40个引脚及总线结构图如下所示。

其CMOS工艺制造的低地功耗芯片也有采用方形的封装。

但为44个引脚，其中4个引脚是不使用的。

由于at89C51单片机是高性能的单片机。

同时受到引脚数目的限制，所以有部分引脚具有第二功能。

如图2.1.3-1单片机引脚图。

a.主电源引脚

主电源引脚两根：

VCC接+5V电源正端；VSS接+5V电源地端。

b.外接晶体引脚两根

XTAL1:

接外部石英体和微调电源一端。

XTAL2:

接外部晶体和微调电容另一端。

其中，对用外部时钟时，对于HMOS单片机,XTAL1脚接地，XTAL2脚作为外部振荡信号输入端。

对CHMOS单片机XTAL1脚作为外部振荡信号的输入端，XTAL2脚空不接。

图2.1.3-1单片机引脚图

2.1.4引脚功能

I\O引脚共32根。

A．PO口：

P0.0-P0.7统称为PO口是8位双向I/O口线。

P0口即可作为地址/数据总线使用，又可作为通用的I/O口线。

在不接片外存储器与不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口。

在接有片外存储器或扩展I/O时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据的总线。

B．P1口：

P1.0-P1.7统称为P1口。

是8位准双向I/O口线。

P1口作为通用I/O口使用。

C．P2口：

P2.0-P2.7统称为P2口。

是8位准双向I/O口线。

P2口即可作为通用的I/O口使用。

也可作为片外存储器的高8位地址线。

与P0口组成16位片外存储器单元地址。

P3口的第二功能如下表所示：

P3口的第二功能

P3.0RXD串行口输入

P3.1TXD串行口输出

P3.2

外部中断0输入

P3.3

外部中断1输入

P3.4T0定时/计数器0计数输入

P3.5T1定时/计数器1输入

P3.6

片外RAM写选通信号（输出）

P3.7

片外RAM读选通信号（输出）

2.1.5控制线

控制线共四根。

A：

ALE/PROG地址锁存有效信号输出率。

B：

PSEN片外程序存储器读选通信号输出端低电平有效。

C：

RST/VPD复位信号备用电源输入信号。

D：

EA/VPP片外程序存储器选用端。

2.1.6AT89C51单片机的存储器结构

AT89C51单片机的存储器物理结构上分为片内数据存储器、片内程序存储器、片外数据存储器和片外程序存储器等4个存储空间。

2.1.7AT89C51单片机的并行I/O端口

AT89C51单片机有4个8位并行I/O端口（P0、P1、P2、P3）每个端口都各有8条I/O口线，每条I/O口线都独立地用作输入输出，在具有片外扩展存储器的系统中，P2口送出高8位地址，P0口分时送出低8位地址和8位数据。

各端口的功能不同，结构上也有差异，但是每个端口的8位结构是完全相同的。

如图2.1.7-1I/O口位结构图所示。

a.P0口，P0口是一个三态双向口，可作为地址/数据分时复用口，也可作为通用I/O接口。

b.P1口，P1口为准双向口，它在结构上与P0口的区别在与输出驱动部分。

其输出驱动部分由场效应管V1与内部上拉电阻组成，当某位输出高电平时，可以提供上拉电流负载，不必像P0口上那样需要外接上拉电阻。

c.P2口，P2口也为准双向口。

其具有通用I/O接口或高8位地址总线输出两种功能，所以其输出驱动结构比P1口输出驱动结构多了一个输出模拟转换开关MUX和反相器3。

d.P3口P3口的输出驱动由与非门3和V1组成，比P0、P1、P2口结构多了一个缓冲器4。

P3口除了可为通用准双向I/O接口外，每一根线还具有第二功能。

图2.1.7-1I/O口位结构图

2.1.8AT89C51单片机时钟电路及时序

a.时钟电路

AT89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：

一种是内部的方式，一种是外部的方式。

图2.1.8-1、2.1.8-2所示。

b.时序

AT89C51单片机指令字节数和机器周期数可分为六类。

即单字节单机器周期指令、单字节双机器周期指令、单字节四机器周期指令、双字节单机器指令、双字节双机器周期指令和三字节双机器周期指令。

图2.1.8-1内部方式时钟电路图2.1.8-2外部方式时钟电路

2.1.9复位电路

复位是通过某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初值状态操作，AT89C51单片机在时钟电路工作以后，在RST/VPD端持续给出两个机器周期的高电平就可以完成复位操作。

复位分为上电复位和按键手动复位两种方式。

AT89C51单片机复位状态如下所示：

寄存器复位状态寄存器复位状态

PC0000HACC00H

B00HPSW00H

SP07HDPTR0000H

P0-P1OFFHIPXXX00000B

IE0XX00000BTMOD00H

TCON00HTL0、TL100H

TH0、TH100HSCON00H

SBUF不定PCON0XXX0000B

2.1.10AT89C51单片机的指令系统

控制计算机与操作指令是一组二进制编码，称之为机器语言。

计算机只能识别和执行机器语言指令。

AT89C51单片机指令与指令系统共有111条指令，从功能上可分成数据传输类指令、算术运算指令、逻辑运算和移位指令、程序控制转移类指令和位操作指令五大类。

2.2传感器电路设计

2.2.1传感器概述

根据国家标准，传感器定义是：

能感受规定的被测量并按照一定得规律转换成可用输出信号器件或装置。

传感器一般由敏感元件，转换元件和转换电路三部分组成。

其组成框图如2.2.1-1所示。

图2.2.1-1传感器组成框图

敏感元件：

它是直接感受被测量并输出与被测量成确定关系某一种量的元件。

转换元件：

敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。

转换电路，上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。

传感器按其工作原理可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。

物理传感器是利用某些变换元件的物理性质，及某些动作功能材料的特殊物理性能制成的传感器。

化学传感器是利用电化反应的原理，把无机和有机化学物质成分。

浓度等转换为电信号传感器。

生物传感器是一种利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质传感器。

随着科学技术发展和社会进步的需要，推动着传感器技术的迅速发展。

目前传感器技术的发展方向主