【正文】 圖 21 電烤箱溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) 隨著 社會(huì)的 發(fā)展 ，單片機(jī)以其 體積小、可靠性高、使用方便 等特點(diǎn)在社會(huì)生活中達(dá)到廣泛應(yīng)用 。 本系統(tǒng)是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 5℃時(shí)發(fā)聲報(bào)警。 (2) 電烤 箱溫度可預(yù)置， 烤 干過程恒溫控制，溫度控制誤差≤177。根據(jù)溫度變化快慢，并且控制精度不易掌握等特點(diǎn)，本文電烤箱的溫度控制為模型，設(shè)計(jì)了以 AT89C51單片機(jī)為檢測(cè)控制中心的溫度控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)電烤箱的溫度控制。單片機(jī)發(fā)展之快、品種之多。自 1975 年美國(guó)德克斯儀器公司首次推出8位單片機(jī) TMS1000 后才開始快速發(fā)展。 機(jī)電控制實(shí)現(xiàn)了以電氣來控制機(jī)械。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 ３ 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)，溫度 ， 電烤箱，控制 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 ２ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明 和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。其中硬件部分包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)電路、傳感器電路、放大器電路、轉(zhuǎn)換器電路、以及鍵盤和顯示電路。從石油化工到電力生產(chǎn)，從冶金到建材，從食品到機(jī)械都要對(duì)溫度進(jìn)行控制 .甚至在有些產(chǎn)品生產(chǎn)過 程中溫度的控制直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。 隨著 機(jī)電控制技術(shù) 的發(fā)展， 主要體現(xiàn)出了單片機(jī)和 PLC 兩種控制方式。機(jī)器的誕生，為我們減少了部分或者全部的腦力勞動(dòng)和體力勞動(dòng)。電子技術(shù)的誕生更是帶來了翻天覆地的變化。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制。單片機(jī)溫度控制無論是現(xiàn)在還是未來都會(huì)起到重要作用。軟件部分包括：主程序、運(yùn)算控制程序、以及各功能實(shí)現(xiàn)模塊的程序。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容 編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 單片機(jī)的出現(xiàn)使機(jī)電控制技術(shù)突飛猛進(jìn)。 1976 年 9 月，美國(guó) Intel 公司首次推出 MCS48系列 8 位單片機(jī)以后，單片機(jī)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。其中最常用的主要有： AT89 系列單片機(jī)、 AVR 單片 機(jī) Motorola 公司的 M68HC08 系列單片機(jī)以及 PIC 單片機(jī)。 通過本次設(shè)計(jì)進(jìn)一步詳細(xì)說明單片機(jī)控制系統(tǒng)在社會(huì)生活中的應(yīng)用。溫度控制采用 PID數(shù)字控制算法，顯示采用 3 位 LED 靜態(tài)顯示。 2℃。 (5) 對(duì)升降溫過程的線性沒有要求。從技術(shù)指標(biāo)可以看出，系統(tǒng)對(duì)控制精度的要求不高，對(duì)升降溫過程的線性也沒有要求，因此，系統(tǒng)采用最簡(jiǎn)單的通斷控制方式，即當(dāng)烘干箱溫度達(dá)到 設(shè)定值時(shí)斷開加熱電爐，當(dāng)溫度降到低于某值時(shí)接通電爐開始加熱，從而保持恒溫控制。根據(jù)溫度控制的 特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖如下所示。同一般微機(jī)的 CPU 類似。其 CMOS 工藝制造的低地功耗芯片也有采用方形封裝的。 如 主機(jī)溫 度 顯 示鍵盤聲 音 報(bào) 警A / D 轉(zhuǎn) 換 器 變 送 器 熱 電 阻光耦 驅(qū) 動(dòng) 器可 控 硅調(diào) 功 器電爐人 機(jī) 對(duì) 話 部 分溫 度 檢 測(cè) 部 分溫 度 控 制 部 分陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 ８ 圖 23 單片機(jī)引腳圖 。 其中，對(duì)用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī) ,XTAL1 腳接地， XTAL2 腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。 P0 口即可作為地址 /數(shù)據(jù)總線使用，又可作為通用的 I/O 口線。是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線。 P2 口即可作為通用的 I/O 口使用。是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線。 ① ALE/PROG 地址鎖存有效信號(hào)輸出率。 AT89C51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器 4個(gè)存儲(chǔ)空間。 口。其輸出驅(qū)動(dòng)部分由場(chǎng)效應(yīng)管 V1 與內(nèi)部上拉電阻組成，當(dāng)某某位輸出高電平時(shí)，可以提供上拉陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 １０ 電流負(fù)載，不必像 P0口上那樣需要外接上拉電阻。 P3 口的輸出驅(qū)動(dòng)由與非門 3 和 V1 組成，比 P0、 P P2 口結(jié)構(gòu)多了一個(gè)緩沖器 口除了可為通用準(zhǔn)雙向 I/O 接口外，每一根線還具有第二功能。 復(fù)位電路 復(fù)位是通過某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌踔禒顟B(tài)的操作， AT89C51 單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后，在 RST/VPD 端持續(xù)給出兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以完成復(fù)位操作。 AT89C51 單片機(jī)指令與指令系統(tǒng)共有 111 條指令，從功能上可分成數(shù)據(jù)傳輸類指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算和移位指令、程序控制轉(zhuǎn)移類指令和位操作指令五大類。 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 １１ 傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成。它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。 化學(xué)傳感器是利用電化反應(yīng)原理，把無機(jī)和有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分。目前傳感器技術(shù)的發(fā)展方向主要有開發(fā)新型傳感器，開發(fā)新材料，采用新工藝，集成化多功能化與智能化等幾個(gè)方面。傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)工作條件測(cè)定的。 B． 靈敏度指標(biāo)：包括靈敏度、分辨力、滿量程輸出、輸出輸入阻抗等。 ：包括各向沖擊振動(dòng)的頻率、振幅、加速度、沖擊振動(dòng)引入的誤差等。 C。采用兩淺式接法時(shí)（如圖 28 所示 Rt 的接法）引出的導(dǎo)線接于電橋的一個(gè)臂上，當(dāng)由于環(huán)境溫度或通以電流引起導(dǎo)成溫度變化時(shí)，將產(chǎn)生附加電阻、引起測(cè)量誤差，所以，當(dāng)熱電阻值較小時(shí)，常采用三線式、四線式接法，以消除接線電阻和引線電阻的影響 三線式接法是將兩條具有相同溫度特性的導(dǎo)成接于相鄰兩橋臂上，此時(shí)由于附加電阻引起的電阻變化是相同的，根據(jù)電橋的特性，電橋的輸出將互相抵消。 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式，由控制時(shí)序電路，逐次逼近寄存器，樹狀開關(guān)以及其 256R 電阻下型網(wǎng)絡(luò)等組成 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 １４ 輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量 的引腳及各引腳功能 圖 29 ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 ADC0809 的引腳入各引腳雙引直插式封裝，其引腳排列見圖 210 所示 各引腳功能如下： ①、 INT— 2NO： 8 咱模擬量輸入引腳， ADC0809 對(duì)輸入模擬量的要求主要有二信號(hào)單極性，電壓范圍 0~5V；若信號(hào)過小還需要 進(jìn)行放大。 START 上跳轉(zhuǎn)時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清 0； START 下跳轉(zhuǎn)時(shí)，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間， START 應(yīng)保持低電平 ⑤、 DT~D0：數(shù)據(jù)輸出線，其為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連 ⑥、 DE：輸出允許信號(hào)， ADC0809 的內(nèi)部設(shè)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘，信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。 ⑨、 Vcc： +5電源 ⑩、 Vref：參考電壓正端參考電壓用來與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)，其曲型值為 +5V（ Vref（ +） =+5V， Vref()=0） AT89C51 單片機(jī)與 ADC0809 接口 ADC0809 與 AT89C51 單片機(jī)邊接如圖 211 所示，電路連接主要涉及兩個(gè)問題，一是不是路模擬信號(hào)通道選擇，二是 A/D 轉(zhuǎn)換完成后數(shù)據(jù)的傳送 1. 8路模擬通道選擇 A、 B、 C 分別接地址鎖存器提供的低三位地址。但其輸出的信號(hào)通常都很小，需要進(jìn)行放大。= rbcfzR??? 此放大器特點(diǎn)：放大倍數(shù)大。fz2=Rc2//Rfz 輸入電阻 rsr≈ rbe2（當(dāng) rbe1〈〈 R1//R2 時(shí)） 輸出電阻 rsc≈ Rc 放大倍數(shù) K39。 (a)電路圖 （ b）圖解法 （ c）交流等效電路 圖 214 工作點(diǎn)穩(wěn)定狀態(tài) b 類放大器電路 C． 靜態(tài)工作點(diǎn) Ub 、 Uc同左，但 Ie= RFUc?Re ， Uce≈ EcIc（ Rc+Re+RF） 交流等效電路 R39。39。// ?? 放大倍數(shù) Rr R fzbe fzK 39。其中換反饋 有電壓串聯(lián)負(fù)反饋贈(zèng)，電流串聯(lián)負(fù)反饋贈(zèng)，電壓并聯(lián)負(fù)反饋贈(zèng)，電流并聯(lián)負(fù)反饋。 運(yùn)算放大器是一種具有高放大倍數(shù)，深度負(fù)反饋的直流放大器。 理想運(yùn)算放大器的特性： ① 開環(huán)增益 Ad 無限大； ② 輸入阻抗無限大； ③ 輸出阻抗 Z為 0； 圖 217 運(yùn)算放大器電路圖 ④ 輸入電壓的失調(diào)電壓 rf 為； ⑤ 帶寬無限大； ⑥ 上述 ① — ⑤ 的 特性不隨環(huán)境溫度的變化而變化； A 反饋型號(hào)放大電路 B 加法放大電路 C 減法放大電路 D 積分電路 E 對(duì)數(shù)放大電路 F 乘法器電路 G 除法器電路 H 比較器電路 I 整流器電路 J 限頻器電路 K 數(shù)據(jù)放大器電路 L 弱電流放大器 M 電荷放大器電路 集成運(yùn)算放大器概述 在信號(hào)的放大，信號(hào)的運(yùn)算（加、法、乘、除、對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)、平方、開方），信號(hào)的處理（濾波、調(diào)制）以及波形的產(chǎn)生和變換的單元中，運(yùn)算放大器是它們的核心部分， 由多級(jí)直接耦合放大電路組成的，主要有，總體，偏置電路、單位增益轉(zhuǎn) 換、電平轉(zhuǎn)移、恒流反饋、消振補(bǔ)償?shù)冉M成，主要參數(shù)有：差模開環(huán)增益（或差模開環(huán)放大倍數(shù)） AUD、共模開環(huán)增益 AUC、共模抑制比 KCMR、輸入失調(diào)電壓 Vi0 失調(diào)電壓溫度系數(shù)aUi0=dUi0/dT\輸入失調(diào)電流 Ii0=I1I，失調(diào)電流溫度系數(shù) aI10=dI10/dT，單位增益寬陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 ２０ 帶 fBWG、轉(zhuǎn)換速率 Sr以及其他參數(shù)。 當(dāng)按鍵被迫按下或釋放時(shí)，通常伴隨有一定的時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其獨(dú)占才穩(wěn)定下來，抖動(dòng)時(shí)間一般為 5~10ms，在使用過程，必須去抖措施。其中，矩陣式鍵盤有以下幾種工作方式： 編程掃描是 CPU 完成其他工作的空余時(shí)間，調(diào)用鍵盤掃描子程序來響應(yīng)鍵盤輸入的要求，在執(zhí)行鍵功能程序時(shí)， CPU 不再響應(yīng) 鍵輸入要求，直到 CPU 重新掃描鍵盤為止。 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 ２２ 圖 219 矩陣式鍵盤與單片機(jī)接口 LED 顯示器接口電路 常用的 LED 顯示器有 LED 狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管） LED 七段顯示器（俗稱數(shù)碼管和 LED 十六段顯示器，發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示； LED 十六段顯示器，用于字符顯示） 1．?dāng)?shù)碼管結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管由 8 個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱字段）構(gòu)成，通過不同組合可用來顯示數(shù)字 AF及小數(shù)點(diǎn)“ .”。共陰極數(shù)碼管的 8個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。較小的電流即可獲得較大的亮度。通常各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起由 8 位的 I/O 口控制。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將 要顯示的字符。一方面，這是由于當(dāng)前電子技術(shù)正朝著高速、高靈敏 度、高集程度方面發(fā)展，增加了現(xiàn)代電子設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生電磁干擾的可能性；另一方面，使用隨著自動(dòng)化技術(shù)裝備的廣泛使用，形成了電子設(shè)備和大功率強(qiáng)電設(shè)備在同一場(chǎng)合共存和使用的局面，惡化了電子電路工作的外部電磁環(huán)境。 ② 按噪聲波形 及性質(zhì)分為持續(xù)正弦波干擾和浪涌脈沖波形干擾以及脈沖干 擾 。 單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)主要包括以下四個(gè)方面的內(nèi)容 ① 精心選擇元器件 元器件是構(gòu)成部件或系統(tǒng)的基礎(chǔ)。如 A/D 芯片的調(diào)零及滿量程調(diào)整等。 ④ 采用軟件抗干擾技術(shù) 軟件抗干擾方法具有簡(jiǎn)單、靈活方便、耗費(fèi)硬件資源少的特點(diǎn)。 通過合理的硬件抗干擾措施，可以消除絕大部分電磁干擾。 屏蔽接地其原理可分為電 場(chǎng)屏蔽。防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。這種接地可以保證設(shè)備和人身安全，提供靜電屏蔽。對(duì)這種接地的要求時(shí)盡量減小接地回路中的公共阻抗壓降，以減少系統(tǒng)中干擾