毕业设计（论文）基于单片机的电加热恒温控制器的设计

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1、毕毕业业设设计计说说明明书书小型电加热热水控制器小型电加热热水控制器班级班级电信 09-2学号学号姓名姓名专业专业电子信息工程指导教师指导教师完成日期完成日期2012 年 2 月 29 日兰州工业高等专科学校盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)基于单片机的电加热恒温控制器的设计基于单片机的电加热恒温控制器的设计摘 要:随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。介绍了一种以AT89S52为主要控制器件，以DS18

2、B20为温度传感器的新型数字温度计设计方法，其硬件电路包括主控制器，测温电路和显示电路等。该温度计用于软件编写过程中对上下报警温度值设置，当温度不在设置范围内时，可以报警。与传统的温度计相比，该数字温度计减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点。关键词：单片机；恒温控制器；DS18B20盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)Based on Monolithic Integrated Circuits Electric Heating Constant Temperature Controllers DesignAbstract : Along with national econom

3、y development, the people need to each heating furnace、the heat-treatment furnace、in the reactor and the boiler the temperature carry on the monitor and the control. Not only uses the monolithic integrated circuit to come to them to control has the control to be convenient, simple and flexibility bi

4、g and so on merits, moreover may enhance large scale is accused the temperature technical specification, thus can big enhance the product the quality and quantity.A new type digital thermometer is introduced, which take a micro controller unit as primary control component andDS18B20 as temperature s

5、ensor. The hardware circuit mainly includes master controller, temperature measurement circuit and display circuit. The software development can be made up from temperature，when the temperature is not in the rank of written in，the thermometer can warning. Compared with the traditional thermometer, t

6、his digital thermometer can reduce external hardware circuit, and it features low lost and easily use.Key words: Monolithic Integrated Circuit; Heating Constant; DS18B20盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)目目 录录1 概 述.11.1 课题研究的背景.11.2 课题研究的意义.11.3 课题研究的内容.22 系统的方案设计.32.1 系统设计要求.32.2 方案设计.32.2.1 控制电路和温度设定电路方案与选择.32.

7、2.2 测温电路方案选择.42.2.3 显示模块的选择方案和论证.42.2.4 加热电路方案选择.42.2.5 单片机的选择.52.2.6 单片机 AT89S52 .52.2.7 总体电路设计.83硬件电路的设计.93.1 电路总体原理框图.93.2 系统各功能模块电路设计.93.2.1 最小系统.93.2.2 温度采集电路的设计.113.2.3 键盘和显示的设计.113.2.4 加热控制电路的设计.123.2.5 报警及指示灯电路的设计.133.2.6 时钟电路及外部复位电路.143.2.7 电源电路.153.3 原理图的设计.164软件系统的设计.194.1. 主程序模块.194.2. 温

8、度采集模块.194.3 键盘模块.204.4 显示模块.214.5 中断模块.224.6. 运算控制模块.235设计总结.25盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)参考文献.26致 谢.27附录 1 基于单片机的电加热恒温控制器的设计电路原理图.28附录 2 基于单片机的电加热恒温控制器的设计的 PCB 图 .29附录 3 程序清单.30盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)1基于单片机的电加热恒温控制器的设计基于单片机的电加热恒温控制器的设计1 概概 述述 随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。对于不同场所、不同工艺、所需

9、温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同。因而，对温度的测控方法多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。然而现有的温度传感元件大多为模拟器件（热电耦）体积大、应用复杂、而且不容易实现数字化等缺点，阻碍了应用领域的扩展。从实际应用出发选取了体积小、精度相对高的数字式温度传感元件 DS18B20 作为温度采集器，单片机 AT89S

10、52 作为主控芯片，数码管作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。1.1 课题研究的背景温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同。在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对

11、象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。1.2 课题研究的意义随着电子技术的发展和人们生活质量的提高

12、，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化。现代社会中，随着社会的发展、科技基于单片机的电加热恒温控制器的设计2的进步以及工业水平的逐步提高，各种恒温控制系统开始进人了工业以及其他领域，以单片机为核心的电热恒温控制系统就是其中之一同时也标志了恒温控制领域成为了自动化时代的一员。它实用性强，功能比较齐全，使人们相信这是科技进步的成果。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用，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。1.3 课题研究的内容本课题主要完成以下

13、内容： A. 在明确系统功能要求的前提下设计出系统的总体结构；B. 方案设计，根据现场系统工作原理框图和系统的结构图以 AT89S52 芯片为控制核心，选择控制系统所需的硬件并进行系统硬件电路的设计；C. 在原理图的基础上设计 PCB 图； D. 完成系统的软件设计；盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)32 系统的方案设计系统的方案设计2.1 系统设计要求A. 温度控制范围：室温+10+90；B. 温度控制精度：0.5；C. 温度设置：可以由按键设置控制温度；D. 显示：四位有效值显示。2.2 方案设计对课题进行深入的分析和思考，可将整个系统分区为以下几部分：控制电路、温度设定电路、测温

14、电路、显示电路、加热电路 。温度传感器键盘超越报警显示器控制器加热器单片机图 2-1 系统总体框图2.2.1 控制电路和温度设定电路方案与选择控制电路和温度设定电路方案与选择控制电路可以用硬件的方式实现，也可以用软件的方式实现，具体方案有三：A. 方案一可可以用运放等模拟电路搭接一个控制器，用模拟方式实现PID控制，对纯粹的水温控制这是足够的。但是附加的显示，温度的设定等功能，还要附加许多电路，稍显麻烦。同样也可以用逻辑电路实现，但总体的电路设计和制作繁琐。B. 方案二可以使用FPGA实现控制功能，使用FPGA时，电路设计比较简单，通过相应的编程设计，可以很容易实现控制、显示、键盘等功能。是一

15、种可选的方案。但基于单片机的电加热恒温控制器的设计4与单片机相比较，价格较高，显得大材小用。C. 方案三可以使用单片机作为核心，同时可以实现控制、显示、键盘等功能。电路设计和制作比较简单，是一种非常好的方案。2.2.2 测温电路方案选择测温电路方案选择A. 方案一可以使用热敏电阻作为测温元件，热敏电阻精度高，需要配合电桥电路，电路设计比较麻烦。B. 方案二可以使用热点偶作为测温元件，热电偶在工业上应用比较广泛，测温精度比较高，性能可靠，并有专用的热电偶测温电路。C. 方案三采用半导体集成温度传感器作为测温元件，半导体温度传感器应用也比较广泛，精度、可靠性都不错，价格适中，使用比价简单，是一种较

16、好的方案。2.2.3 显示模块的选择方案和论证显示模块的选择方案和论证A. 方案一采用LED液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字、图形,显示多样、清晰可见，但是价格昂贵，需要的接口线多，所以在此设计中不采用LED液晶显示屏。B. 方案二采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，所以也不用此种作为显示。C. 方案三采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中，对于显示数字最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用的单片机口线少。综上所述，所以采用了LED数码管作为显示。2.2.4 加热

17、电路方案选择加热电路方案选择根据题目，可以使用电炉加热，当水温过高时，一般只能关掉加热器，让其自动冷却，加热电源选用220V交流电。A. 方案一采用电力电子技术的PWM技术，控制其功率实现较好的精度，但电路设计比较麻烦，制作难度比较大。B. 方案二盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)5可以使用固体继电器控制加热器工作。固态继电器使用比较简单，而且没有触电，可以频繁工作。是一个比较好的方案。2.2.5 单片机的选择单片机的选择A方案一采用89C51作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM存储空间，能于3V的超低压工作，而且与MCS-51系列单片机完全兼容，但是运用于电路

18、设计中时由于不具备ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次插拔会对芯片造成一定的损坏。B. 方案二采用AT89S52,片内ROM全都采用Flash ROM，能以3V的超低压工作。同时，也与MCS-51系列单片机完全兼容。该芯片内部存储器为8KB ROM存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。所以，选择采用AT89S52单片机作为主控制系统。2.2.6 单片机单片机 AT89S52A. 主要

19、性能a. 与MCS-51单片机产品兼容b. 8K字节在系统可编程Flash存储器c. 1000次擦写周期d. 全静态操作：0Hz33Hze. 三级加密程序存储器f. 32个可编程I/O口线g. 三个16位定时器/计数器h. 八个中断源i. 全双工UART串行通道j. 低功耗空闲和掉电模式k. 掉电后中断可唤醒l. 看门狗定时器m. 双数据指针n. 掉电标识符B. 功能特性描述AT89S52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。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品基于单片机的电加热恒温控制器的设计6指令和引脚完全兼容。片

20、上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，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，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作

21、停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图 2-2 AT89S52 引脚结构图A. VCC: 电源B. GND: 地C. P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。D. P1 口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部

22、上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)7将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。E. P2 口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16

23、位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时F. P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。G. P3 口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。H. P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在fla

24、sh编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。I. RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。J. ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过

25、。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。K. PSEN: 外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活基于单片机的电加热恒温控制器的设计8两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。L. EA/VPP: 访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令

26、，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。M. XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。N. XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。2.2.7 总体电路设计总体电路设计本着简单实用的原则，最后选择以下方案：A. 测温电路选用DS18B20集成数字测温电路。B. 功率控制电路选用继电器控制。C. 控制芯片选用常见的AT89S52。D. 显示方式选用数码管显示。E. 键盘采用43的扫描键盘。盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)93硬件电路的设计硬件电路的设计3.1 电路总体原理框图温度测量及加热系统控制的总体

27、结构如图3-1所示。系统主要包括现场温度采集、实时温度显示、加热控制参数设置、加热电路控制输出、与报警装置和系统核心AT89S52单片机作为微处理器。 DS18B20键盘超越报警LED显示固态继电器SSR-40DA加热器AT89S52 图 3-1 系统总体原理框图温度采集电路以数字量形式将现场温度传至单片机。单片机结合现场温度与用户设定的目标温度，按照已经编程固化的模糊控制算法计算出实时控制量。以此控制量控制固态继电器开通和关断，决定加热电路的工作状态，使水温逐步稳定于用户设定的目标值。在水温到达设定的目标温度后，由于自然冷却而使其温度下降时，单片机通过采样回的温度与设置的目标温度比较，做出相

28、应的控制，开启加热器。当用户需要比实时温度低的温度时，此电路可以利用风扇降温。系统运行过程中的各种状态参量均可由数码管实时显示。3.2 系统各功能模块电路设计3.2.1 最小系统最小系统AT89S52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口（P0、P1、P2、P3），AT89S52单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一条I/O线都能独立地作为输出或输入。单片机的最小系统电路原理图如图3-2所示，18引脚和19引脚接时钟电路，XTAL1接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，基于单片机的电加热恒温控制器的设计10XTAL2接外部晶振和微调电容的另一

29、端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出。第9引脚为复位输入端，接上电容，电阻及开关后能够形成上电复位电路。图 3-2 最小系统电路原理图盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)113.2.2 温度采集电路的设计温度采集电路的设计温度采集电路模块如图3-3所示。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。其中DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。图 3-3 温度采集电路原理图DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.06

30、25/LSB形式表达，其中S为符号位。这是12位转化后得到的12位数据，存储在DS18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。3.2.3 键盘和显示的设计键盘和显示的设计键盘采用行列式和外部中断相结合的方法，图3-4中各按键的功能定义如下表1。其中设置键与单片机的INT0脚相连,S0 - -S9、YES、NO用四行三列接单片机P0 口，REST键为硬件复位键，与R、C构成复位电路。键盘模块电路如图3-4所示。

31、表表 3-1：按键功能：按键功能按键键名功能REST复位键使系统复位RET设置键使系统产生中断，进入设置状态S0S9数字键设置用户需要的温度YES确认键用户设定目标温度后进行确认NO清除键用户设定温度错误或按了 YES 键后使用基于单片机的电加热恒温控制器的设计12图3-4 键盘接口电路原理图显示采用4位共阳LED显示方式,显示内容有温度值的十位、个位及小数点后两位。用P2口作为段控码输出，并用74ALS244作驱动。P1.0P1.2和P0.7作为位控码输出，用PNP型三极管做驱动。模块电路如图3-5所示。图 3-5 显示接口电路原理图3.2.4 加热控制电路的设计加热控制电路的设计用于在闭环

32、控制系统中对被控对象实施控制，被控对象为电热杯，其功率为400W，采用对加在电热杯两端的电压进行通断的方法进行控制，以实现对水加热功率的调整，从而达到对水温控制的目的。对电炉丝通断的控制采用SSR-40DA固态继电器。它的使用非常简单，只要在控制端TTL电平，即可实现对继电器的开关，使用时完全可以用NPN型三极管接成电压跟随器的形式驱动。当单片机的P1.3为高点平时，三极管驱动固态继电器工作接通加热器工作，当单片机的P1.3为低电平时固态继电器关断，加热器不工作。控制电路图如图3-6所示。盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)13图 3-6 加热控制电路原理图3.2.5 报警及指示灯电路的

33、设计报警及指示灯电路的设计当设定的目标温度达到时需用声音的形式提醒用户，此时蜂鸣器为三声断续的滴答滴答的叫声。系统中我们设计了越限报警，当温度低于设置的目标温度10度或高于10度时蜂鸣器为连续不断的滴答滴答叫声。当单片机P1.7输出高电平时，三极管导通，蜂鸣器工作发出报警声。P1.7为低电平时三极管关断，蜂鸣器不工作。D1为电热杯加热指示灯，P1.5低电平有效；D0为检测到DS18B20的指示，高电平有效；D10为降温指示灯，低电平有效。报警及指示灯电路如图3-7所示。图 3-7 报警及指示灯电路原理图基于单片机的电加热恒温控制器的设计143.2.6 时钟电路及外部复位电路时钟电路及外部复位电

34、路单片机内部有一个高增益反向放大器，输入端为芯片引脚 ，输出端为引脚 。而在芯片外部 和 之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。晶体震荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快，但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印制电路板的工艺要求也高，所以，这里使用震荡频率为12MHz的石英晶体。震荡电路产生的震荡脉冲并不直接是使用，而是经分频后再为系统所用，震荡脉冲经过二分频后才作为系统的时钟信号。在设计电路板时，振荡器和电容应尽量靠近单片机，以避免干扰。需要注意的是：电路板时，振荡器和电容应尽量安装得与单片机靠近，以减小寄生电容的存在更好的保障振荡器稳定、可靠的

35、工作电路图如图3-8所示。图3-8 时钟电路原理图单片机的复位电路分上电复位和按键复位两种方式。A. 上电复位：在加电之后通过外部复位电路的电容充电来实现的。当Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的初始化电路原理图。RST上的电压必须保证在斯密特触发器的阀值电压以上足够长时间，满足复位操作的要求。B. 按键复位：程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需按复位键以重新启动。RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效。按键复位又分按键脉冲复位（图3-9）和按键电平复位。电平复位将复位端通过电阻与Vcc相连，按键脉冲复位是利用RC

36、分电路产生正脉冲来达到复位的。C. 注意：因为按键脉冲复位是利用RC微分电路产生正脉冲来达到复位的。所以电平复位要将复位端通过电阻与Vcc相连.如复位电路中R、C的值选择不当，使复位时间过长，单片机将处于循环复位状态。故本设计采用按键复位。盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)15图 3-9 外部复位电路原理图3.2.7 电源电路电源电路控制系统主控制部分电源需要用5V直流电源供电，其电路如图3-10所示，把频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定的5V直流电压。其主要原理是把单相交流电经 过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转换成稳定的直流。由于输入电压为电网电

37、压，一般情况下所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而电源变压器的作用显现出来起到降压作用。降压后还是交流电压，所以需要整流电路把交流电压转换成直流电压。由于经整流电路整流后的电压含有较大的交流分量，会影响到负载电路的正常工作。需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得稳定性足够高的直流电压。电路使用集成稳压芯片LM7805解决了电源稳压问题。基于单片机的电加热恒温控制器的设计16图 3-10 电源部分连线原理图3.3 原理图的设计A. 使用Protel进行电路板设计原理图，步骤如图3-11所示。盐城工学院

38、本科生毕业设计说明书(2010)17开始添加元件库Add/Remove Library调出元件Find-Place元件布局连线设置元件属性结束新建原理图New-SCH存盘Save图 3-11 protel 设计的流程图B. 在完成原理图的基础上生成PCB，其步骤如图3-12所示。基于单片机的电加热恒温控制器的设计18开始结束规划电路板添加元件库Add/Remove更新PCB元件布局走线设置丝印字新建印制板图New-PCB存盘Save图 3-12 制作 PCB 板的流程盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)194软件系统的设计软件系统的设计系统的软件由三大模块组成：主程序模块、温度采集模块、

39、键盘模块、显示模块、中断模块和运算控制模块。4.1. 主程序模块主程序主要完成加热控制系统各部件的初始化和实现各功能子程序的调用，以及实际测量中各个功能模块的协调在无外部中断申请时，单片机通过循环对外部温度进行实时显示。把设置键作为外部中断0，以便能对数字按键进行相应处理。主程序流程图如图4-1所示。开始系统初始化读取温度温度显示调比较程序是否有键按下？按键处理报警越限？继电器控制YYNN图 4-1 主程序流程图4.2. 温度采集模块温度测量通过DS18B20数字温度传感器测量将测得量转换为数字量接入AT89S52单片机中。在通过与控制温度比较对固态继电器进行控制。温度采集流程图如图4-2所示

40、。基于单片机的电加热恒温控制器的设计20开始DS18B20初始化跳过ROM温度转换指令延时等待DS18B20初始化匹配ROM读出温度指令读出温度值结束图 4-2 温度采集流程图4.3 键盘模块系统设置了14键的键盘用于实现人机交换。用户可以通过键盘直接设置和查询考勤机的相关参数。14个按键分为4排，在 P1口高4位和低4位的逻辑控制下轮流扫描。对应代表 09 十个数字键及“Set”等4个功能键。键盘扫描流程图如图4-3所示。盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)21 开始返回键盘扫描建立有效标志计算键值建立无效标志扫描键盘延时去键抖动有键闭合？找到闭合键？闭合键释放？NYYYNN图 4-3

41、 键盘扫描流程图4.4 显示模块4位LED数码管显示，采用的是动态扫描，其中不同位显示时间间隔可以通过调整延时程序的延时长短来完成。数码管显示的时间间隔也能确定数码管显示时的亮度，若显示的时间间隔长，显示时数码管的亮度将亮些。若显示时间间隔过长的话，数码管显示时将产生闪烁现象。所以，在调显示时间间隔时要考虑到数码管的亮度和不产生闪烁现象，其流程图如图4-4所示。基于单片机的电加热恒温控制器的设计22开始置七段码首地址调延时1us子程序将七段码送显示端口送位扫描信号四个端口的数据全送完否？四位扫描完否？置下一组七段码起始位置YNYN图 4-4 显示流程图4.5 中断模块图4-5为中断子程序流程图

42、，程序执行过程中，允许外部或内部事件通过硬件打断程序的执行，使其转向为处理外部或内部事件的中断服务程序中去；完成中断服务程序后，CPU继续原来被打断的程序，这个主要是为了保障整个软件程序在运行时可以达到中断从而使系统进一步达到完善。盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)23开始中断保护寄存器内容调显示子程序调键处理子程序调温度处理子程序返回恢复寄存器内容调键扫描子程序调比较子程序温度设定完？YN图 4-5 中断流程图4.6. 运算控制模块系统为一温度控制系统，由于无法确切确定电炉的物理模型，因而无法建立其数学模型和传递函数。加热器为一惯性系统，采用模糊控制的方法，通过多次温度测量模糊计算当

43、用户设定目标温度时需提前关断加热器的温度，利用加热器自身的热惯性使温度上升到其设定温度。每隔5 摄氏度我们进行一次温度测量，并当达到其温度时关断加热器记录下因加热器的热惯性而上升的温度值。从而可以建立热惯性的温度差值表，在程序中利用查表法，查出相应设定温度对应的关断温度。通过对设置的目标温度与温控系统监测温度进行差值处理就可近似的求出单片机的提前关断温度。程序流程图如图4-4所示。基于单片机的电加热恒温控制器的设计24开始设温（38H）实温（29H单元）？设温25度？设温50度？设温80度？设温90度？设温-实温3？设温-实温3？设温-实温3？设温-实温3？设温设温-2度设温实温+1.4度设温

44、实温+1度设温设温-1度设温实温+1.2度设温设温-2度设温实温+1.5度设温设温-2度返回YYYYYYYYYNNNNNNNNN图 4-6 模糊控制算法子程序流程图盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)25设计总结设计总结在刚一拿到这个设计题目时，我很茫然，不知道怎么着手去弄，有时候感觉自己就快坚持不下去了，感觉很辛苦，还产生了放弃了的念头，但是我还是坚持下来了，因为我知道它对我来说具有很大的挑战性，我要去克服我的薄弱环节，我选择了拼搏，后来就慢慢的进入了状态，思路也逐渐的清晰了，历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计

45、的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。在感觉自己做的差不多的时候，我就将初稿拿给了我的老师，老师对我的设计进行了仔细的研究，一项一项的对我讲解，每一个部分都讲解的很详细透彻，对我提出了宝贵的意见，后来张老师将初稿修改后及时反馈给我，看了之后才发现论文中的论文漏洞很多，老师给了我很好的建议，至此，我发现，要干好一件事并非那么简单，但也不是很难，敷衍了事是万万不可的，对待任何事情都要认真去思考，用思想来完成任务。一篇好的毕业设计不是写出来的，而是修改出来的，这需要的是耐心，还要用心。在设计过程中，我遇到的问题很多，有些是在自己技术所在范围之外，每当无法实现自己的想法或者运行不下去的时候，我就会出

46、现浮躁的情绪，但是我没有放弃，而是适时地调节自己的心态，在同学老师的帮助下，完成了初次的设计。越是不懂的东西才要去学，在学习的过程中你会收获很多，其中一点就是互相学习是最好的学习途径，在学习之后你会感觉到很有成就感，这也是我在完成设计之后体会到的。我不会忘记这难忘的几个多月的时间。毕业设计的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；亲手设计电路图的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资

47、料的收集中，掌握了很多单片机的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对当今单片机的最新发展技术有所了解。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。在整个毕业设计的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事半功倍。基于单片机的电加热恒温控制器的设计26参考文献参考

48、文献1 李广弟. 单片机基础北京：北京航空航天大学出版社，20012 王福瑞. 单片微机测控系统设计大全北京：北京航空航天大学出版社，19973 赵茂泰. 智能仪器原理及应用（第 2 版）北京：电子工业出版社，20044 赖寿涛. 微型计算机控制技术北京：机械工业出版社，20005 沙占友. 模拟与数字万用表检测及应用技术北京：电子工业出版社 19996 孙育才. ATMEL 新型 AT89S52 系列单片机及其应用 M.北京清华大学出版社, 20057 岂兴明, 唐杰等. 51 单片机编程基础与开发实例详解M. 人民邮电出版社,20088 李群芳. 单片微型计算机机与接口技术M.北京: 电子

49、工业出版社, 20019 张毅刚. 新编 MCS-51 单片机应用设计M. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 200310 朱定华. 单片微机原理与应用M. 北京: 北京清华大学出版社, 北京: 北京交通大学出版,200311 李维祥. 单片机原理与应用M.天津: 天津大学出版社, 200112 钱逸秋. 单片机原理与应用M.北京: 电子工业出版社, 200213 李广弟. 单片机基础M. 北京航空航天大学出版社， 1999.1014 胡汉才. 单片机原理及其接口技术M. 清华大学出版社，2002.1215 张毅刚, 彭喜元, 董继成. 单片机原理及应用M, 北京: 高等教育出版社, 2004

50、.16 吴金戌, 沈庆阳, 郭庭吉. 8051 单片机实践与应用M. 北京:清华大学出版社, 2002, 188191.盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)27致致 谢谢本研究在张美琪老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他对我们的耐心指导。引导我们，让我学会了解决问题的方法。在这次毕业设计过程中，我知道光靠我个人的力量是不可达到的，同时要有学校给我们这个机会，我的组员给我的帮助与大力支持这样我才能将课程设计顺利地做完。非常感谢学校给我们这个机会，培训的机会，让我们有一个动手的机会，让我们得到实践的机会。同时感谢何坚强老师、顾春雷老师、王阿根老师、王建冈老师、辅小荣、沈翠凤、陆广平等老师的精

51、心授课，为我们打下了自动化专业知识的基础。正是由于他们的辛勤教育，此次毕业设计才能顺利完成。有了学校及系给的机会及条件、老师的热心指导和大力支持、同学互相帮助和团结协作，才有了这次毕业设计的成功，我在这里忠心地感谢学校、老师还有同学们！谢谢你们！经过此次的毕业设计，我受益非浅，也翻阅了大量的书籍和浏览了无数的网页。这次的设计是我的一次实践，也刚刚打开科技的大门，今后我还想拥有更多的机会去实践，让我得到更多的锻炼！最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!2010-6-8基于单片机的电加热恒温控制器的设计28附附 录录附录 1 基于单片机的电加热恒温控制器的设计电路原理图盐城工学院本科生

52、毕业设计说明书(2010)29附录 2 基于单片机的电加热恒温控制器的设计的 PCB 图盐 城 工 学 院专业自动化0610630132班级姓名B自动化061图号A4共 1 张第1张课题名称基于单片机的电加热恒温控制器的设计比例图名PCB图设计审核日期2010.6.8学号杨国强杨国强基于单片机的电加热恒温控制器的设计30附录 3 程序清单TEMPER_L EQU 29H ;用于保存读出温度的低8位TEMPER_H EQU 28H ;用于保存读出温度的高8位FLAG EQU 38H ;是否检测到DS18B20标志位DAYU EQU 44H ;设温实温XIYU EQU 45H ;设温实温DEYU

53、EQU 46H ;设温=实温GAOLE EQU 47H ;温度高于最高温度DILE EQU 48H ;温度低于最低温度A_BIT EQU 79h ;数码管个位数存放内存位置B_BIT EQU 7Ah ;数码管十位数存放内存位置C_BIT EQU 78H ;数码管小数存放内存位置ORG 0000HAJMP STARTORG 0003HAJMP PITOORG 0030HSTART: CLR P1.7CLR P1.3CLR P1.5SETB P1.6MOV R4, #00HMOV SP, #60H ;确立堆栈区MOV PSW, #00H ;MOV R0, #20H ;RAM ;区首地址MOV R7

54、, #60H ;RAM ;区单元个数ML: MOV R0, #00HINC R0DJNZ R7, MLCLR IT0MAIN: LCALL GET_TEMPER ;调用读温度子程序进行温度显示,这里我们考;虑用网站提供的四位数码管来显示温度显示;范围00.00到99.99度,显示精度为1 度因为12 位转;化时每一位的精度为0.0625 度LCALL DISPLAY ;调用数码管显示子程序JNB 00H, MAIN盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)31CLR 00HMOV A, 38HCJNE A, #00H, SSAJMP MAINSS: LCALL GET_TEMPERLCALL

55、DISPLAY ;调用数码管显示子程序LCALL BIJIAOLCALL XIAOYULCALL JIXIANJNB DEYU ,LOOPCLR P1.3 ;关加热器SETB P1.6 ;关蓝灯CLR DEYULCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAYAJMP TT2LOOP: JNB DAYU, TTCLR DAYUSETB P1.3SETB P1.6SETB P0.7CLR P1.7LCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAYAJMP TT2TT: JNB XIYU, TT2CLR XIYUCLR P0.7CLR P1.6CLR P1.3CLR P1.7LCA

56、LL GET_TEMPERLCALL DISPLAYTT2: MOV A, 29HCLR CCJNE A, 50H, JXMOV A, 30HCLR C基于单片机的电加热恒温控制器的设计32CJNE A, 51H, JIA1AJMP YS2JIA1: JC JXMOV A, 51HMOV 52H, AADD A, #2MOV 52H, ACLR CMOV A, 30HCJNE A, 52H, JIA2JIA2: JNC JXYS2: SETB P1.7CLR P1.6MOV R5, #20HYS: LCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAYDJNZ R5, YSCLR P1.7

57、SETB P1.6MOV R5, #20HYS1: LCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAYDJNZ R5, YS1YS3: SETB P1.7CLR P1.6MOV R5, #20HYS0: LCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAYDJNZ R5, YS0CLR P1.7SETB P1.6MOV R5, #20HYS01: LCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAYDJNZ R5, YS01YS4: SETB P1.7CLR P1.6MOV R5, #20H盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)33YS02: LCALL GET_TEM

58、PERLCALL DISPLAYDJNZ R5, YS02CLR P1.7SETB P1.6MOV R5, #20HYS03: LCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAYDJNZ R5, YS03JX: MOV A, 29CJNE A, 31H, JX00JX01: SETB P1.7CLR CAJMP LASTJX00: JC JX01CLR P1.7CJNE A, 32H, JX03JX02: SETB P1.7CLR CAJMP LASTJX03: JNC JX02CLR P1.7LAST: LCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAYAJMP SS;*常数

59、表格区*TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H ;0-8DB 90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,0CH ;9,A,B,C,D,E,F,灭,p.TAB1:DB40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H,10H, ;0.-9.TAB2:DB 0, 0, 1, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 7, 8, 8, 9, 9, ;小数点;*1ms 延时程序*;*中断服务程序*; 完成按键识别,键值求取,按键实时显示等功能;*PITO: PUSH ACCPUSH PSWSE

60、TB RS0CLR RS1基于单片机的电加热恒温控制器的设计34SETB 00HMAIN1: MOV R7 , #0FH ;显示位数为4位MOV R0, #7AHMOV 78H, #00HMOV 79H, #00HMOV 7AH, #00HKK: LCALL DIRLCALL KEY1LOOP1:CJNE A, #11, LOOP2AJMP LAST0LOOP2:CJNE A, #12, LOOP3LJMP LAST3LOOP3: CJNE A, #10, L4MOV A, #00HL4: MOV R0, ALCALL DIRDEC R0DJNZ R7, KKSETB 01HLAST0: JN

61、B 01H, KKLOOP4: LCALL KEY1CJNE A, #12, LOOP5AJMP LAST3LOOP5: CJNE A, #11, LOOP4LAST1: LCALL DIRLCALL MUNLCALL JDLCALL BIJIAOLAST3: POP PSWPOP ACCRETI;*精度控制子程序*JD: PUSH ACCPUSH PSWCLR CMOV A, 38HMOV 50H, AMOV A, 39H盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)35MOV 51H, ACJNE A, 29H, L001L001: JC LAST02 ;设温实温,则跳出MOV A, 29HM

62、OV 41H, AMOV A, 38HCJNE A, #25, L002L003: CLR C ;0T25SUBB A, 41HCJNE A, #3, L004L005: MOV A, 30HADD A, #5 ;0T25, 差值小于3 度DA AJNB ACC.4, L0051ANL A, #0FHSETB CL0051: MOV 39H, AMOV A, 29HADDC A, #1MOV 38H, AAJMP LAST2LAST02: AJMP LAST2L004: JC L005MOV A, 39HSUBB A, #0DA AMOV 39H, AJNC L0041DEC 38HL0041

63、: MOV A, 38HSUBB A, #2 ;0T25, 差值大于3 度MOV 38H, AAJMP LAST2L002: JC L003CJNE A, #50, L006L007: CLR C ;25T实际温度？MOV A, 39HCJNE A, 30H, L1SETB DEYUSJMP L2L1: JC L2SETB DAYU ;设温实温，SJMP L2L2: RET基于单片机的电加热恒温控制器的设计40;*极限值求取子程序*完成上下极限值的求取,并置相应的标志位;* JIXIAN: PUSH ACCPUSH PSWCLR CMOV A, 50HSUBB A, #10MOV 31H, A

64、MOV A, 50HADD A, #10MOV 32H, APOP PSWPOP ACCRET;* *DS18B20 复位初始化子程序*INIT_1820: SETB P1.4NOPCLR P1.4 ;主机发出延时537 微秒的复位低脉冲MOV R1, #3TSR1: MOV R0, #107DJNZ R0, $DJNZ R1, TSR1SETB P1.4 ;然后拉高数据线NOPNOPNOPMOV R0, #25HTSR2: JNB P1.4, TSR3 ;等待DS18B20回应DJNZ R0, TSR2LJMP TSR4 ; 延时TSR3: SETB FLAG ; 置标志位,表示DS1820

65、 存在SETB P1.5 ;检查到DS18B20 就点亮P1.5LEDLJMP TSR5TSR4: CLR FLAG ; 清标志位,表示DS1820 不存在CLR P1.5LJMP TSR7TSR5: MOV R0, #117盐城工学院本科生毕业设计说明书(2010)41TSR6: DJNZ R0, TSR6 ; 时序要求延时一段时间TSR7: SETB P1.4RET; *读出转换后的温度值*GET_ TEMPER :SETB P1.4LCALL INIT_1820 ;先复位DS18B20JB FLAG, TSS2RET ;判断DS1820 是否存在?若DS18B20不存在则返回TSS2:

66、SETB P1.5 ;DS18B20 已经被检测到MOV A, #0CCH ;跳过ROM 匹配LCALL WRITE_1820MOV A, #44H ;发出温度转换命令LCALL WRITE_1820LCALL DISPLAY ;调用显示子程序实现延时一段时间,等待AD 转换结束,12 位750 微秒LCALL INIT_1820 ;准备读温度前先复位MOV A, #0CCH ; 跳过ROM 匹配LCALL WRITE_1820MOV A, #0BEH ;发出读温度命令LCALL WRITE_1820LCALL READ_18200 ; 将读出的温度数据保存到35H/36HSETB P1.5RET;*写DS18B20 的子程*WRITE_1820:MOV R2, #8 ;一共8 位数据CLR CWR1:CLR P1.4MOV R3, #6DJNZ R3, $RRC AMOV P1.4, CMOV R3, #23DJNZ R3, $SETB P1.4NOPDJNZ R2, WR1SETB P1.4基于单片机的电加热恒温控制器的设计42RET;*读DS18B20的程序,从DS18B20 中