毕业设计基于AT89C51单片机的电烤箱温度控制系统设计与实现1

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1、XXX 大学本科毕业设计I基于单片机的电烤箱控制系统设计基于单片机的电烤箱控制系统设计内容摘要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

2、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XXX 大学本科毕业设计IISingle-chip based on the ovens temperature control system d

3、esignAbstract: With the continuous development of society, peoples ability to transform nature of the advance has been. The birth of the machine for us to reduce some or all of the mental and physical. The birth of electronic technology has brought even more earth-shaking changes. Electrical and mec

4、hanical engineering control systems become integrated with the microelectronic technology common key technologies. People can make through its machinery in full accordance with the wishes of their own to implement. With the development of electrical and mechanical control techniques, mainly reflecti

5、ng the two types of single-chip computer and PLC control. The design uses a single-chip control. Single-chip microcomputer use in their daily lives more and more widely. Temperature control in industrial production are often encountered. Chemicals from oil to electricity production, Or even some pro

6、ducts in the production process control of temperature directly affects the quality of the product. Single-chip temperature control both now and will play an important role in the future. This paper introduces the AT89C51 single-chip microcomputer as the core of the oven temperature control system.

7、Hardware components which include: Single-chip circuit, sensor circuit, amplifier circuit, converter circuit, as well as the keyboard and display circuit. Software include: the main program, operator control procedures, as well as the realization of the functional modules of the program. Finally. Ke

8、ywords: Microcontroller Temperature Electric ovens ControlXXX 大学本科毕业设计III目目 录录前 言 .11 概 述 .11.1 技术指标.11.2 控制方案.22 硬件部分设计 .22.1 单片机电路设计.22.1.1 中央处理器 CPU .22.1.2 运算器.32.1.3 AT89C51 单片机引脚功能 .42.1.4 引脚功能.52.1.5 控制线.62.1.6 AT89C51 单片机的存储器结构 .62.1.7 AT89C51 单片机的并行 I/O 端口 .62.1.8 AT89C51 单片机时钟电路及时序 .72.1.9

9、 复位电路.72.1.10 AT89C51 单片机的指令系统 .82.2 传感器电路设计.82.2.1 传感器概述.82.2.2 传感器的基本特性.92.2.3 热电阻的测量电路及应用.102.3 A/D 转换电路设计 .112.3.1 逐次逼近型 A/D 转换器 ADC0809 .112.4 放大器电路设计.142.4.1 交流放大器电路.142.4.2 直流放大器电路.172.4.3 运算放大器电路.172.4.4 集成运算放大器概述.182.5 键盘及显示电路的设计.182.5.1 键盘接口电路.18XXX 大学本科毕业设计IV2.5.2 LED 显示器接口电路 .202.6 抗干扰电路

10、设计.212.6.1 电磁干扰的形成因素.222.6.2. 干扰的分类.222.6.3 单片机应用系统电磁干扰控制的一般方法.222.6.4 硬件抗干扰措施.223 软件部分设计 .233.1 工作流程.233.2 功能模块.243.3 资源分配.243.4 功能软件设计.243.4.1 键盘管理模块.243.4.2 显示模块.273.4.3 温度检测模块.293.4.4 温度控制模块.303.4.5 温度越限报警模块.323.4.6 主程序和中断服务子程序.334 结 论 .35附 录 .37参考文献 .38XXX 大学本科毕业设计1基于单片机的电烤箱控制系统基于单片机的电烤箱控制系统设计设

11、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

12、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

13、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。XXX 大学本科毕业设计2c.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.

14、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。

15、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A/DXXX 大学本科毕业设计3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，IO 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

16、片机内部 CPU 包括控制器和运算器。如图 2.1.2-12.1.2 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

17、，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 2.1.2-1 AT89C51 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XXX 大学本科毕业设计4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

18、 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。2.1.3 AT89C51 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

19、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。XXX 大学本科毕业设计5图 2.1.3-1 单片机引脚图2.1.4 引脚功能IO 引脚共 32 根。APO 口：P0.0-P0.7 统称为 PO 口是 8 位双向 I/O 口

20、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。BP1 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。CP2 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.

21、0 RXD 串行口输入P3.1 TXD 串行口输出P3.2 0IM 外部中断 0 输入P3.3 1IM 外部中断 1 输入XXX 大学本科毕业设计6P3.4 T0 定时/计数器 0 计数输入P3.5 T1 定时/计数器 1 输入P3.6 WR 片外 RAM 写选通信号（输出）P3.7 RD 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。2.1.6 AT89C51 单片机的存储器结构AT89C

22、51 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。2.1.7 AT89C51 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 2.1.7-1 I/O 口位结构图所示。a.P0 口，P0 口是一个三态双向口，可作为

23、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，

24、每一根线还具有第二功能。XXX 大学本科毕业设计7图 2.1.7-1 I/O 口位结构图2.1.8 AT89C51 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

25、存器的值变为初值状态操作，AT89C51 单片XXX 大学本科毕业设计8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 PC 0000H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0-P1 OFFH IP XXX00000B IE 0XX00000B TMOD 00H TCON 00H TL0、TL1 00H TH0、TH1 00H SCON 00H SBUF 不定 PCON 0XXX0000B

26、2.1.10 AT89C51 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

27、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。XXX 大学本科毕业设计9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要有开发新型传感器、开发新材料、采用新工艺、集成

28、化多功能化与智能化等几个方面。2.2.2 传感器的基本特性根据被测量的变化状态，可以把传感器输入量分为静态量和动态量两大类。静态量指传感器的输入量位程序状态信号或变化及其缓慢的准静态信号；动态量指传感器的输入量为周期信号、瞬变信号或随机信号等时间变化的信号。其中，传感器的静态特性是指传感器在被测量处于稳定状态下的输出输入关系。传感器的静态特性是在静态标准工作条件测定的。衡量传感器静态静态特性的主要技术指标有量程、线性度、迟滞、重复性、灵敏度、漂移。传感器的动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。A.传感器的技术性能指标及改善性能途径传感器技术性能指标传感器动态性能指标量程指标：包括测

29、量范围、过载能力。灵敏度指标：包括灵敏度、分辨力、满量程输出、输出输入阻抗。A. 精度有关指标：包括精度（误差） 、重复性、线性、滞后、灵敏度误差、阀值稳定性、 、漂移。B. 动态性能指标：包括固有频率阻尼系数、时间常数、频响范围、频率特性、临界频率、临界速度、稳定时间。C. 环境参数指标a.温度指标包括工作温度范围、温度误差、温度漂移、温度系数、热滞后。b.抗冲击振动指标：包括各向冲击振动的频率、振幅、加速度、冲击振动引入的误差。c.其他环境参数：包括抗潮湿、抗介质腐蚀能力、抗电磁场干扰能力。XXX 大学本科毕业设计10C.可靠性指标：包括工作寿命，平均故障时间、保险期、疲劳性能、绝缘电阻耐

30、压弧性能。D其他指标：a使用方面：包括供电方式、电压幅度与稳定性功能、各项分布参数。b结构方面：名手外形尺寸质量、壳体材质、结构特点。c. 要装连接方面：包括安装方式、馈成、电缆。改善传感器性能的技术途经：a差动技术 b.平均技术 c.零示法和微差法 d.闭环技术 e.屏蔽隔离子干扰抑制 f.补偿修正技术 g.稳定性处理。根据本设计要求选用热电式传感器。将被测量变化转换成热生电动势传感器称热电式传感器、热电式传感器可将温度及温度相关的信号转化为电量输出、热电式传感器有热电阻、热敏电阻、热电效方式等各种类型。根据电烤箱特点采用热电阻传感器。热电阻利用金属导体的电阻值随温度升高而增大的特性来来进行

31、了温度测量的，常用测量范围为-20。C +150。C。随着其技术的发展，其测温范围也不断扩大，低温已可测量 1K3K,高温则可测量+1000。C +1300。C 热电阻力传感器的主要优点有：A.测量精度高，热电阻材料电阻温度特性稳定，重复性好， 不存在热电偶参比端误差问题；B.测量范围较宽，尤其在低温的方面；C.易于在自动测量或远距离测量中的使用；常用的热电阴材料有铂、铜、镍、铁等。2.2.3 热电阻的测量电路及应用热电阻常用接入电桥使用引出线有两、三线式和四线式三种形式。采用两线式接法时（如图 2.2.3-1 所示 Rt 的接法）引出的导线接于电桥的一个臂上，当由于环境温度或通以电流引起导成

32、温度变化时，将产生附加的电阻、引起测量误差，所以，当热电阻值较小时，常采用三线式、四线式接法，以消除接线电阻和引线电阻影响。三线式接法是将两条具有相同温度特性的导成接于相邻两桥臂上，此时由于附加电阻引起电阻变化是相同的，根据电桥特性，电桥输出将互相抵消。XXX 大学本科毕业设计11 图 2.2.3-1 热电阻传感器的接线方式四线式接法 R2=R3 为固定电阻，R1 可调，热电阻 Rt,通过电阻为 r1、r2、r3、r4的四要导线和电桥连接，r1、r4 分别串联在相邻两桥臂内，r2、r3 与电源去路串联，将开关接通，调节 R1 使电桥平衡，则：R1+r1=Rt+r4再将开关接通 B，重新调整 R

33、1，使电桥达到新的平衡，则：R1+r1=Rt+r1两式相加得：Rt=2 11RR 四线式测量方法比较麻烦，一般用于精度要求较高的场合。2.3 A/D 转换电路设计2.3.1 逐次逼近型 A/D 转换器 ADC0809a.ADC0809 的内部逻辑结构（如图 2.3.1-1）如图，多路开关可达通讯员 89 模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用一个A/D 转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对 A、B、C 三个地址供进行锁存和译码，其译码输出用于通道的选择。8 位 A/D 转换器是逐次逼近式，由控制时序电路，逐次逼近寄存器，树状开关以及其 256R 电阻下型网络等组成输出锁存器用于存放和输

34、出转换得到的数字量b.ADC0809 的引脚及各引脚功能XXX 大学本科毕业设计12图 2.3.1-1 ADC0809 内部逻辑结构图ADC0809 的引脚入各引脚双引直插式封装，其引脚排列见图 2.3.1-2 所示各引脚功能如下：A、INT2NO：8 咱模拟量输入引脚，ADC0809 对输入模拟量的要求主要有二信号的单极性，电压范围 0+5V；若信号过小还需要进行放大。另外，在 A/D 转换的过种中，模拟量输入值不应变化太快，因此，对变化速度快模拟量在输入前应增加采样保持电路。B、A、B、C:地址线，A 为低位地址，C 为高位地址用于对模拟通道进行的选择。C、ALE：地址锁存允许信号，在对应

35、 ALE 跳转，A、B、C 地址状态送入地址的锁存器中。XXX 大学本科毕业设计13图 2.3.1-2 ADC0809 引脚功能图D、Vref：参考电压正端参考电压用来与输入模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准，其曲型值为+5V（Vref（+）=+5V，Vref(-)=0）D、START：转换启动信号。START 上跳转时，所有内部寄存器清 0；START 下跳转时，开始进行 A/D 转换；在 A/D转换期间，START 应保持低电平。E、DTD0：数据输出线，其为三态缓冲输出形式，可以和单片机数据线直接相连。F、DE：输出允许信号，ADC0809 的内部设有时钟电路，所需时钟，信号由外界提供

36、，因此有时钟信号的引脚。通常使用频率为 500KHZ 时钟信号。I、Vcc：+5 电源2.3.2 AT89C51 单片机与 ADC0809 接口A.8 路模拟通道选择:A、B、C 分别接地址锁存器提供的低三位地址。只要把三位地址写入 0809 中的地址锁存器就实现了模拟通道选择。对系统来说，地址锁存器是一个输出口，为了把三位地址写入，还要提供口地址。B.数据的传输方式：定时传输方式；查询方式；中断方式。2.4 放大器电路设计传感器是将待测物理量或化学量转换成电信号的输出。但其输出的信号通常的都很小，需要进行放大。传感器信号的放大，根据具体情况可采用分立元件放大器（晶XXX 大学本科毕业设计14

37、体管放大器）和集成元件放大器（运算放大器） 。2.4.1 交流放大器电路a.共发射极放大电路A.工作点不稳定状态静态工作点： ，,EcIbRbIcIb UceEcIcRc交流等效电路： /R fzRcRfz图 2.4.1-1 工作点不稳定状态放大电路输入电阻： rsrrbe（当 rbeRb 时）输出电阻： rscRceRcrsc放大倍数： K=R fzrbc此放大器特点：放大倍数大。B.工作点稳定状态a.静态工作点： 由（）12 1112Re1Ue RUbeRR(2)1EeUeUbeRc交流等效电路： Rfz1=Rc1/rbe，Rfz2=Rc2/Rfz输入电阻： rsrrbe2（当 rbe1R

38、1/R2 时）输出电阻： rscRc放大倍数： K= （当 RC1rb2 时）UscUsr1 2 21R fzRbe此放大电路特点：放大倍数大，工作点稳定。XXX 大学本科毕业设计15b.静态工作点： Ub，Ua=Ub-Ube，112EcRbRbRb Ie=，UceEc-Ic（Re+Rc）ReUe交流等效电路： Rfz=Rc/Rfz输入电阻： rsr=rbe（当 rbeRb1/Rb2）输出电阻： rscRc放大倍数： K=R fzrbe 图 2.4.1-2 工作点稳定状态 a 类放大器电路此放大电路特点： rsr 较大，|K|1 且与晶体管参数几乎无关。图 2.4.1-3 工作点稳定状态 b

39、类放大器电路C静态工作点： Ub 、Uc 同左，但 Ie=，UceEc-Ic（Rc+Re+RF）ReUcRF交流等效电路： Rfz=Rc/RfzXXX 大学本科毕业设计16输入电阻： 12/()srbbFberRRRr输出电阻： （当时）bbescRrreRbbeRr放大倍数： （当）fzRKRF beRFr此放大电路特点： 大，小，srrscr1K 图 2.4.1-4 工作点稳定状态 c 类放大器电路A. V 共集电极放大电路。静态工作点： ,cbcbcecccbcEIII UEI RRR交流等效电路： 输入电阻 /fzcfzRRR /srbfzrRR放大倍数： (1)(1)fzbefzRK

40、rRXXX 大学本科毕业设计17图 2.4.1-5 共集电极放大器电路B. 反馈凡是引入反馈以后使放大镜器的放大倍数减小的称为负反馈。反之凡是引反馈以后使放大倍数增大的称为正反馈赠。其中换反馈有电压串联负反馈赠，电流串联负反馈赠，电压并联负反馈赠，电流并联的负反馈。2.4.2 直流放大器电路将缓慢直流量信号进行广大器件称直流放大器。它与前述交流放大器的区别是交流放大器级与级之间加了三个隔离的直电流电容（即耦合电容）而直流放大器级与级之间没有这个电路，故直流放大器又称直接耦合放大器2.4.3 运算放大器电路A.概述在直流差动放大器的输入端子输出端之间跨接各种网络（如电阻 R1、电容 C 等） ，

41、使构成用来实现信号组合和运算的运算放大器，运算放大器通常是由放大电路组成，输入级（第一级）由晶体管 T1 和 T2 组成差动放大镜电路 T3 和 T4 是 T1 和 T2 的有源负载。T9 是恒流源，第二级放大电路由晶体管 T5 和 T6 组成，T10 是恒流源（T6 的有源负载） ，为了获得输出阻抗，输出级（第三级）由晶体管 T7 和 T8 组成，采用互补对称放大电路。运算放大器是一种具有高放大倍数，深度负反馈的直流放大器。便于实现信号的组合和运算。有很大灵活性，尤其在线性固体组件出现后，有具有体积小，质量轻等优点，所以在实际中应用固体组件运算放大器所组成的电路是多种多样的。 理想运算放大器

42、的特性：a.开环增益 Ad 无限大；b.输入阻抗无限大；c.输出阻抗 Z 为 0；XXX 大学本科毕业设计18图 2.4.3-1 运算放大器电路图d.输入电压的失调电压 rf 为；e.带宽无限大；f.上述 ae 的特性不随环境温度的变化而变化；B.运算放大器的典型电路a.反馈型号放大电路 b.加法放大电路 c.减法放大电路 d.积分电路 e.对数放大电路 f.乘法器电路 g.除法器电路 h.比较器电路 i.整流器电路 j.限频器电路 k.数据放大器电路 l.弱电流放大器 m.电荷放大器电路。2.4.4 集成运算放大器概述在信号放大，信号的运算（加、法、乘、除、对数、反对数、平方、开方） ，信号

43、的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换的单元中，运算放大器是它们的核心部分， 由多级直接耦合放大电路组成，主要有，总体，偏置电路、单位增益转换、电平转移、恒流反馈、消振补偿等组成，主要参数有：差模开环增益（或差模开环放大倍数）AUD、共模开环增益 AUC、共模抑制比 KCMR、输入失调电压 Vi0 失调电压温度系数aUi0=dUi0/dT输入失调电流 Ii0=I1-I，失调电流温度系数 aI10=dI10/dT，单位增益宽带 fBWG、转换速率 Sr 以及其他参数。本次设计根据实际情况采用多级交流放大电路。接线图见附图。2.5 键盘及显示电路的设计2.5.1 键盘接口电路A. 键盘的工作原理

44、：a.按键的确认：在单片机应用系统中，按键都是以开关状态来设置控制功能或能入数据的，键的半合与否，反映在电压上就是呈高电平或低电平，如果高电平表示断开的话，那么低XXX 大学本科毕业设计19电平就是表示闭合，所以通过电平的高代状态的检测，使可以克认按键接下与否。b.按键的抖动处理：当按键被迫按下或释放时，通常伴随有一定的时间的触点机械抖动，然后其独占才稳定下来，抖动时间一般为 510ms，在使用过程，必须去抖措施。去抖有硬件和软件两种方法，硬件方法通常采用通过 RS 触发器连接按键除抖，软件方法采用昝方法除抖，其过程是在检测到有按键按下时，进行一个 10ms 左右的昝程序后，若该键仍保持闭合状

45、态，则确认该键处于讨债状态，同理，在检测到该键释放后，也应珠步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。B. 独立工按键：独立式按键是直接用 I/O 口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根 I/O 口线，每个按键的工作不会其他 I/O 口线的状态C. 矩阵式按键：单片机系统中，若使用按键分明，通常采用矩阵式（也称行列式）键盘，如图2.5.1-1 所示：一个 4*4 的行列结构可以构成一个含有 16 个按键的键盘。在矩阵式键盘中，行列式分别连接到按键开关的两端，行式通过二伴电阻接到+5V 上，当无键按下时，行式于高电平状态，当有键按下时，行列式将贯通，此时图 2.5.1-1 矩阵式键盘结构

46、行线电平，将由与此行线相连的列线电平决定，这是识别按键是否按下的关键，然而，矩阵键盘中的行线，列线和多个键相边，各按键按下与否均影响该键反在行线和死线的电平，各按键间将相互影响，因此必须将行线，列线信号配合起来作适应处理，才能确定闭合键的位置。其中，矩阵式键盘有以下几种工作方式：a.编程扫描方式：XXX 大学本科毕业设计20编程扫描是 CPU 完成其他工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求，在执行键功能程序时，CPU 不再响应键输入要求，直到 CPU 重新扫描键盘为止。键盘扫描程序一般应饫以下内容：a：差别有无键按下降键盘扫描取得闭合键的行、列值；b：用计算法或查表法得到键值；

47、c:判断闭合键是否释放，如释放则继续等待；d：将闭合键键号保存，同时转去执行该执行该闭合键的功能。b.定时扫描方式：定时扫描方式就是每隔一段时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定时间定时，当定时时间到就产生定时溢出中断，CPU 响应中断后对键盘进行扫描。 c.中断扫描方式：为提高 CPU 工作效率，可采用中断扫描工作方式其工作过和如下：当无键接下时，CPU 处理自己的工作，当有键接下时产生中断请求，CPU 转去执行键盘扫描子程序，并识别键号。2.5.2 LED 显示器接口电路常用 LED 显示器有 LED 状态显示器（俗称发光二极管）LED 七段显示器（俗称数码管和 LED 十六

48、段显示器，发光二极管可显示两种状态，用于系统的显示；数码管用于数字的显示；LED 十六段的显示器，用于字符显示）A数码管结构：数码管由 8 个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同组合可用来显示数字0-9.字符 A-F 及小数点“.” 。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。B. 数码管工作原理:共阳极数码管 8 个发光二级管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常会共阳极接高电平 1,一般接电源 1,当某个阴极接低电平时，则该数码管导通并点亮。共阴极数码管 8 个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。公共阴极接低电平（一般接地）当某个阳极接高电平，则该数码管并点亮。C. 静态显示接口:静态显

49、示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式各位数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴极）获接正电源（共阳极）每个数码管的 8 个字段分别与一个 8 位 I/O 地址相连，I/O 口只要有断码输出，相应字符即显示出来并保持不变直动 I/O 口输出新的端码采用静态显示的方式。较小的电流XXX 大学本科毕业设计21即可获得较大亮度。且占用 CPU 时间少编程简单，显示，便于检测和控制，但其占用口线多，硬件电路复杂、成本高，只适合于显示位数较少场合。D. 动态显示接口:动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管。这种逐位点亮显示方式称为位扫描。通常各位数码管的段选线相应并联

50、在一起由 8 位 I/O 口控制。各位选线（公共阴极或阳极）有另外 I/O 口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使稳定显示，必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管。并送出相应端码，在另一位数码管并送出相应的端码。依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示字符。虽然这些字符是在不同时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。图 2.5.2-1 数码管与单片机接口2.6 抗干扰电路设计随着强电弱电设备在通信计算机自动化等领域的广泛应用。处于同一工作环境各种电子电气电路因距离过近而相互影响（耦合）形成电磁干扰（EMI）电磁干扰已成

51、为现代电子电气工程设计和研究人员在设计过程中必须考虑问题。一方面，这是由于当前电子技术正朝着高速、高灵敏度、高集程度方面的发展，增加了现代电子设备内部产生电磁干扰的可能性；另一方面，使用随着自动化技术装备的广泛使用，形成了电子设备和大功率强电设备在同一场合共存和使用的局面，恶化了电子电路工作的外部电磁环境。因此，电磁干扰已成为许多电子设备与系统在环境正常操作运行主要障碍之一。XXX 大学本科毕业设计222.6.1 电磁干扰的形成因素电池干扰由电磁干扰源发射经过耦合途径传输到被干扰设备（敏感设备）因此形成电磁干扰的要素有：电磁干扰源、传输通到、敏感设备。2.6.2. 干扰的分类A.按干扰源分为自

52、然干扰和人为干扰。B.按噪声波形及性质分为持续正弦波干扰和浪涌脉冲波形干扰以及脉冲列干扰。C.按干扰传输系统的方式分为共模干扰、差模干扰、传导耦合、感应耦合和辐射耦合。2.6.3 单片机应用系统电磁干扰控制的一般方法单片机应用系统干扰源分为内部干扰源和外部干扰源。其中内部干扰源主要来自于印制电路板的布局及布线。单片机系统的抗干扰技术主要包括以下四个方面的内容：A.精心选择元器件：元器件是构成部件或系统的基础。要选择集成度高、抗干扰能力强功耗小电子器件。B.元部件要精密调整：元器件的精密度是保证系统完成设定功能重要保证。因此在使用前或经过一段运行时间之后，都应该对元器件及部件进行精确调整。如 A

53、/D 芯片的调零及满量程调整。C.采用硬件抗干扰技术：硬件抗干扰技术是设计系统时首选的抗干扰措施，它能有效抑制干扰源，阻断干扰传输通道，只要合理地布置与选择有关的参数。硬件抗干扰措施就能抑制系统的绝大部分干扰。常用的硬件抗干扰技术措施有：吸收技术、去耦技术、屏蔽技术、接地技术、隔离技术以及印制电路板布线技术。D.采用软件抗干扰技术：软件抗干扰方法具有简单、灵活方便、耗费硬件资源少的特点。在微机测控系统中获得了广泛应用。常用的软件抗干扰技术有：数字滤波、信息传输过程的自动检验，系统运行状态监视与发生故障时的自动恢复。本次设计采用硬件抗干扰技术中的屏蔽技术。通过合理的硬件抗干扰措施，可以消除绝大部

54、分电磁干扰。应用硬件抗干扰措施是经常采用的一种方法。下面做详细介绍。XXX 大学本科毕业设计232.6.4 硬件抗干扰措施A.屏蔽技术：屏蔽技术能有效地抑制通过自由空间传播的电磁干扰，通过应用屏蔽技术，可以限制系统内部的辐射电磁能对外部元件和装置干扰，同时也防止来自系统外部辐射干扰进入系统内部。屏蔽接地其原理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。屏蔽分析一般采用两种方法：一种是应用电路理论。另一种是应用场理论.B.接地技术：实践证明：良好的接地可以在很大程度上抑制系统内部噪声耦合。防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。反之若接地处理得不好，会导致噪声耦合，形成严重干扰。电气设备中的“地”通

55、常有两种含义：一种是”大地”.另一种是“工作基准地“。所谓“大地”这里是指电气设备的金属外壳，线路等通过通过接地线、接地极与地球大地的相连接。这种接地可以保证设备和人身安全，提供静电的屏蔽。通路降低电磁感应噪声。“工作基准地“是指信号回答的基准导体（如控制电源的零电位） 。称“系统地“这是的所谓接地是指将各单元，装置内部各部分电路信号返回线与基准导体之间的连接。这种接地的目的是为各部分提供稳定的基准电位。对这种接地的要求时尽量减小接地回路中的公共阻抗压降，以减少系统中干扰信号公共阻抗的耦合。电气设备接地的目的有三个：其一是为各电路的工作提供基准电位；其二是为了安全；其三是为了抑制干扰。根据电气

56、设备回路性质和接地目的，可将接地方式分为三类：安全接地、工作接地和屏蔽接地。此外电磁干扰源硬件控制技术还有滤波技术、隔离技术、电路平衡结构、双绞线抗干扰接地、信号线间的抑制。漏电干扰防止措施。3 软件部分设计3.1 工作流程烤箱在上电复位后先处于停止加热的状态，这时可以用“+1”键设定预置温度，显示器显示预定温度；温度设定好后就可以按启动键启动系统工作了。温度检测系统XXX 大学本科毕业设计24不断定时检测当前温度，并送往显示器显示，达到预定值后停止加热并显示当前温度；当温度下降到下限（比预定值低 2）时再启动加热。这样不断重复上述过程，使温度保持在预定温度范围之内。启动后不能再修改预置温度，

57、必须按复位/停止键回到停止加热状态再重新设定的预置温度。3.2 功能模块根据上面对工作流程的分析，系统软件可以分为以下几个功能模块：a.键盘管理：监测键盘输入，接收温度预置，启动系统工作；b.显示：显示设置温度及当前温度；c.温度检测及温度值变换：完成 A/D 转换及数字滤波；d.温度控制：根据检测到的温度控制电炉工作；e.报警：当预置温度或当前炉温越限时报警。3.3 资源分配为了便于阅读程序，首先给出单片机资源分配情况。如表 3.4.1-1 所示。程序存储器：EPROM2764 的地址范围为 0000H1FFFH。I/O 口：P1.0P1.3键盘输入；P1.6、P1.7报警控制和电炉控制。A

58、/D 转换器 ADC0809：通道 0 7 的地址为 7FF8H7FFFH，使用通道 0。3.4 功能软件设计3.4.1 键盘管理模块上电或复位后系统处于键盘管理状态，其功能是监测键盘输入，接收温度预置和启动键。程序设有预置温度合法检测报警，当预置温度超过 500时会报警并将温度设定在 500。键盘管理子程序流程图如图所示。键盘管理子程序 KIN： KIN： ACAL CHK ；预置温度合法性检测 MOV BT1，ST1 MOV BT0，ST0 ；预置温度送显示缓冲区 ACALL DISP ；二次调用显示子程序延时去抖 ACALL KEY ；再检测有无键按下XXX 大学本科毕业设计25表 3.

59、4.1-1 温度控制软件数据存储器分配表地址功能名称初始发值50H-51H当前检测温度，高位在前TEMP1TEMP000H52H-53H预置温度，高位在前ST1ST000H54H-56HBCD 码显示缓冲区，百位、十位、个位T100T10T00H57H-58H二进制显示缓冲区，高位在前BT1BT000H59H-7FH堆栈区PSW.5报警允许标志F0=0 时禁止报警;F0=1时允许报警F00 LCALL DISP ；显示预置温度KIN0： ACALL KEY ；读键值 JZ KIN0 ；无键闭合和重新检测 ACALL DISP JZ KIN0 ；无键按下重新检测 JB ACC.1，S10 MOV

60、 A，#100 ；百位键按下 AJMP SAP1.10P1.20P1.30P1.00100A10A1AAAYNYNNYYYNNNYNYXXX 大学本科毕业设计26图 3.4.1-1 键盘管理子程序流程图S10： JB ACC.2，S1 MOV A，#10 ；十位键按下 AJMP SUMS1： JB ACC.3，S0 MOV A，#01 ；个位键按下SUM： ADD A，ST0 ；预置温度按键+1 MOV ST0，A MOV A，#00H ADDC A，ST1 MOV ST1，AKIN1： ACALL KEY ；判断闭合键释放 JNZ KIN1 ；未释放继续判断XXX 大学本科毕业设计27 AJ

61、MP KIN ；闭合键释放继续扫描键盘S0： JNB ACC.0，KIN ；无键按下重新扫描键盘 RET ；启动键按下返回KEY： MOV A，P1 ；读键值子程序 CPL A ANL A，#0FH RET预置温度合法性检测子程序 CHK(用双字节减法比较预置温度是否大于 500(01F4H)：CHK： MOVA，#0F4H ；预置温度上限低 8 位送 A CLRC SUBBA，ST0 ；低 8 位减，借位送 CY MOVA，#01H ；预置温度上限高 8 位送 A SUBBA，ST1 ；高 8 位带借位减 JC OUTA ；预置温度越界，转报警 MOVA，#00H ；预置温度合法标志 RET

62、OUTA： MOV ST1，#01H ；将 500 写入预置温度数据区 MOV ST0，#0F4H CLRP1.6 ；发报警信号 0.6 s ACALL D0.6s SETB P1.6 ；停止报警 RET3.4.2 显示模块显示子程序功能是将显示缓冲区 57H 和 58H 的二进制数据先转换成三个 BCD 码，分别存入百位、十位和个位显示缓冲区（54H、55H 和 56H 单元） ，然后通过串口送出显示。显示子程序 DISP： DISP： ACALL HTB ；将显示数据转换为 BCD 码 MOV SCON，#00H ；置串行口为方式 0 MOV R2，#03H ；显示位数送 R2XXX 大学

63、本科毕业设计28 MOV R0，#T100 ；显示缓冲区首地址送 R0LD： MOV DPTR，#TAB ；指向字型码表首地址 MOV A，R0 ；取显示数据 MOVC A，A+DPTR ；查表 MOVSBUF，A ；字型码送串行口WAIT： JBC TI，NEXT ；发送结束转下一个数据并清中断标志 SJMP WAIT ；发送未完等待NEXT： INC R0 ；修改显示缓冲区指针 DJNZR2，LD ；判 3 位显示完否，未完继续 RETTAB： ；字型码表（略）BCD 码转换子程序 HTB：HTB： MOV A，BT0 ；取二进制显示数据低 8 位 MOV B，#100 ；除 100，确定

64、百位数 DIV AB MOV T100，A ；百位数送 54H 单元 MOV A，#10 ；除 10，确定十位XCH A， B DIV A，B MOV T10，A ；十位数送 55H 单元 MOV T， B ；个位数送 56H 单元 MOV A，BT1 ；取二进制显示数据高 8位 JNZ LH1 ；高位不为 0 转 LH1 继续高 8 位转换 RET ；高位为 0 结束，返回LH1： MOV A，#06H ；高位不为 0，低位转换结果加 256（因为温度数据不会大于 500，所以高 8 位最多为 01H，即 256）ADDA，T DA A ；个位加 6（十进制加） MOVT，A ；结果送回个位

65、XXX 大学本科毕业设计29 MOVA，#05H ADDC A，T10 DAA ；十位加 5（十进制加）MOVT10，A ；结果送回十位 MOVA， #02H ADDC A， T100 DA A ；百位加 2（十进制加） MOVT100，A ；结果送回百位 RET3.4.3 温度检测模块A/D 转换采用查询的方式。为提高数据采样可靠性，对采样温度进行数字滤波。数字滤波的算法很多，这里采用 4 次采样取平均值的方法。如前面所述，本系统 A/D 转换结果乘 2 正好是温度值，因此，4 次采样的数字量之和除以 2 就是检测的当前温度。检测结果高位存入 50H，低位存入 51H。温度检测子程序流程图如

66、图所示：温度检测子程序 TIN：TIN： MOV TEMP1，#00H ；清检测温度缓冲区 MOV TEMP0，#00H MOV R2，#04H ；取样次数送 R2 MOV DPTR，#7FF8H ；指向 A/D 转换器 0 通道 LTIN1： MOVX DPTR，A ；启动转换HERE： JNB IE1，HERE ；等待转换结束 MOVX A，DPTR ；读转换结果ADD A，TEMP0 ；累加（双字节加法） MOV TEMP0，A MOV A，#00H ADDCA，TEMP1 MOV TEMP1，A DJNZ R2，LTIN1 ；4 次采样完否，未完继续 CLR C ；累加结果除 2(双字节除法)XXX 大学本科毕业设计30 RRC AMOV TEMP1，A 图 3.4.3-1 温度检测子程序流程图MOV A，TEMP0RRCAMOV TEMP0，ARET3.4.4 温度控制模块将当前温度与预置温度比较，当前温度小于预置温度时，继电器闭合，接通电阻丝加热；当前温度大于预置温度时，继电器断开，停止加热；当二者相等时电炉保持原来的状态；当前温度降低到比预置温度低 2时，再重新启动加热；