【正文】 1 摘 要 溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的過(guò)程控制，有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是 具有不一般的價(jià)值與意義。 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用 MCS51 單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控 溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。 將這個(gè)問(wèn)題地解決，能很好地提升生產(chǎn)效率，節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本。 本文從硬件和軟件兩方面介紹了 MCS51 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，對(duì)硬件原理圖和程序框圖作了簡(jiǎn)捷的描述該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制算法新穎，控制精度高，有較強(qiáng)的通用性。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 溫度控制 數(shù)字 PID 控制 2 ABSTRACT In the modern industrial production, the current, voltage, temperature, pressure, and flow, velocity, and switch quantity is accused of main example,n metallurgical industry, chemical industry, electric power engineering, paper industry, machinery and food processing and so on many domains, people need to all kinds of heating furnace, heat treatment furnace, reactors and boiler temperature detection and MCS 51 SCM to control temperature, has not only convenient control, simple and flexible configuration advantages, and can greatly improve the technical indexes are controlled temperature, which can greatly improve the product39。s quality and , the problem of temperature control chip is a industrial production we often encounter problems. Based on it, for example, hope to receive other cases and the effect. From the two aspects of hardware and software are introduced MCS 51 SCM temperature control system design, hardware diagram and the procedures for the description of the simple diagram. Keywords: Microputer Temperature control system Digital PID control 3 目 錄 摘 要 ................................................. 1 ABSTRACT ............................................... 2 目 錄 ................................................. 3 第一章 總體設(shè)計(jì)方案及要求 ............................... 5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 ................................................... 5 課程 設(shè)計(jì) 的 任務(wù) 要求 ............................................. 6 第二章 硬件電 路的設(shè)計(jì) ................................... 7 單片機(jī)的最小系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) ................................ 7 單片機(jī) AT89S52 的介紹 ......................................... 8 復(fù)位電路 .................................................... 10 時(shí)鐘電路 .................................................... 11 顯示硬件電路的設(shè)計(jì) ............................................ 11 液晶顯示電路 ................................................ 11 液晶顯示電路的設(shè)計(jì) ......................................... 13 鍵盤硬件電路的設(shè)計(jì) ............................................ 13 溫度傳感器的硬件電路設(shè)計(jì) ...................................... 14 溫度傳感器電路設(shè)計(jì) .......................................... 14 溫度傳感器 DS18B20 的簡(jiǎn)介 .................................... 14 溫度控制執(zhí)行電路設(shè)計(jì) .......................................... 18 串行通信接口電路 ............................................. 19 4 電源電路的設(shè)計(jì) ............................................... 20 溫度報(bào)警系統(tǒng)電路 .............................................. 21 第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .................................. 22 主程序軟件設(shè)計(jì) ................................................ 23 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì) .............................................. 24 中斷處理軟件設(shè)計(jì) .............................................. 25 顯示軟件設(shè)計(jì) .................................................. 27 報(bào)警的軟件設(shè)計(jì) ................................................ 27 溫度部分軟件設(shè)計(jì) .............................................. 28 第四章 調(diào)試和仿真 ...................................... 30 系統(tǒng)的調(diào)試 .................................................... 30 溫度報(bào)警系統(tǒng)的仿真 ........................................... 31 第五章 總結(jié) ............................................ 34 附錄一 程序源代碼 ..................................... 35 附錄二 系統(tǒng)的原理圖 ................................... 48 參考文獻(xiàn) .............................................. 49 5 第一章 總體設(shè)計(jì)方案及要求 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，可以看出整個(gè)溫度控制系統(tǒng)的電路組成主要由數(shù)字電路和模擬電路兩部分的結(jié)合，就可以完成對(duì)被測(cè)物體的溫度控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警。 本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心由 主控模塊、輸入通道、輸出通道、保護(hù)電路 、電源電路組成 等。硬件總體結(jié)構(gòu) 框圖如 下圖 所示。由結(jié)構(gòu)框圖可見，溫度控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，并擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器構(gòu)成主控模塊。 被測(cè)對(duì)象 的溫度由 DS18B20溫度傳感器檢測(cè) 外界溫度并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)處理發(fā)出報(bào)警信號(hào)并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)工作，其系統(tǒng)框圖如下所示： 圖 溫度報(bào)警系統(tǒng)原理框圖 傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)化成 數(shù)字 信號(hào)送給單片機(jī)處理 ，一方面將 被測(cè)對(duì)象 的溫度通過(guò)控制面板上的液晶顯示器顯示出來(lái) ； 另一方面將該溫度值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，根據(jù)其偏差值的大小，最后通過(guò)控制 繼電器來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作， 進(jìn)而達(dá)到對(duì) 被測(cè)物體 溫度進(jìn)行控制的目的 ， 如果實(shí)際測(cè)得 的溫度值超過(guò) 或低于 系統(tǒng) 設(shè) 定的極限安全溫度，保護(hù)電路會(huì)做出反應(yīng) 同時(shí)報(bào)警電路報(bào)警提示 ，從而保護(hù) 被測(cè)物體 。 單片機(jī)快速、準(zhǔn)確的進(jìn)行溫度采集、數(shù)據(jù)處理、顯示和控制主要是時(shí)鐘電路提供的時(shí)鐘頻率，使單片機(jī)正常的協(xié)調(diào)處理各項(xiàng)任務(wù)。各個(gè)器件工作的電源電壓主要有電源電路提供。則溫度的設(shè)定范圍就通過(guò)矩陣鍵盤進(jìn)行設(shè)定，并且溫度的設(shè)定范圍可以人為的重復(fù)修改，使被測(cè)物體在正常的溫度范圍下工作，而采集的溫度值和設(shè)定的溫度值要能直觀的看到就要通過(guò)相應(yīng)的顯示電路顯示到相應(yīng)的界面上，如液晶、數(shù)碼管、點(diǎn)陣等。其中保護(hù)電路就是保護(hù)被測(cè)物體避免被 損壞。 6 課程 設(shè)計(jì) 的 任務(wù) 要求 設(shè)計(jì)一個(gè)溫度報(bào) 電機(jī)工作 警系統(tǒng)： 溫度顯示范圍為 0—— 51 度 可以更大范文 ，當(dāng)溫度大于 40 度時(shí)，上限報(bào)警指示燈點(diǎn)亮，并驅(qū)動(dòng)電機(jī) 1 轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)溫度小于于 10 度時(shí)，下限報(bào)警指示燈點(diǎn)亮，并驅(qū)動(dòng)電機(jī) 2 轉(zhuǎn)動(dòng)； 課程設(shè)計(jì)的要求 根據(jù)任務(wù)要求選擇方案、設(shè)計(jì)電路、確定元器件型號(hào)和參數(shù) 硬件設(shè)計(jì)：要求設(shè)計(jì)出完整的電路原理圖，包括電源模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、按鍵電路、報(bào)時(shí)電路、顯示電路。 軟件設(shè)計(jì)：包括編程 思路，主程序和各子程序模塊的流程圖及編寫方法，并用匯編語(yǔ)言或 C 語(yǔ)言編寫出完整的源程序。 按圖焊接電路，檢查無(wú)誤后通電調(diào)試，調(diào)試電路的功能是否符合要求。 調(diào)試與仿真：對(duì)設(shè)計(jì)的硬件和程序進(jìn)行仿真調(diào)試，并給出仿真結(jié)果。制作實(shí)物進(jìn)行調(diào)試。 7 第一章 硬件電路的設(shè)計(jì) 硬件電路主要有兩大部分組成：模擬部分和數(shù)字部分；從功能模塊上來(lái)分有：主機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、 電源電路、 控制執(zhí)行電路以及掉電保護(hù)電路。 各個(gè)模塊電路通過(guò)主機(jī)電路控制，協(xié)調(diào)一致的進(jìn)行工作。完成對(duì)被測(cè)物體的溫 度控制。 單片機(jī)的最小系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 由 單片機(jī)和時(shí)鐘電路、復(fù)位電路以及電源電路 組成 ， 單片機(jī)的 I/O 接相應(yīng)的處理電路，其原理圖如下所示： 圖 主機(jī)選用 INTEL 公司的 MCS51系列單片機(jī) 89C51 來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大的特點(diǎn)， 可擦除下載， 力求用軟件完善各種控制算法和邏輯控制。本系統(tǒng)選用的 89C51 芯片時(shí)時(shí)鐘可達(dá) 12MHZ，運(yùn)算速度快，控制功能完善 ，完全能滿足溫度控制系統(tǒng)的要求 。其內(nèi)部具有 128 字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM， 還可以通過(guò)地址、數(shù) 據(jù)線進(jìn)行外圍擴(kuò)展。 而且內(nèi)部含有 4KB 的 EPROM 不需要外擴(kuò)展存儲(chǔ)器 ，也有數(shù)據(jù)通信接口，通過(guò) TXD、 RXD 與 PC機(jī)連接，可以進(jìn)行人機(jī)操作，使得 8 操作更加簡(jiǎn)單、方便。 具有五個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，兩個(gè)外部中斷、兩個(gè)定時(shí)中斷還用一個(gè)通信中斷 單片機(jī) AT89S52 的介紹 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 ATMEL 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適 于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 F