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陕西国防学院机电工程学院毕业论文摘 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: 日 期: 指导教师签名: 日期: 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: 日 期: 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。作者签名: 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 日目录前 言3第1章 概 述41.1 技术指标41.2 控制方案4第2章 硬件部分设计52.1 单片机电路设计52.2 传感器电路设计82.3 A/D转换电路设计112.4 放大器电路设计142.5 键盘及显示电路的设计182.6 抗干扰电路设计21第3章 软件部分设计243.1 工作流程243.2 功能模块243.3 资源分配243.4 功能软件设计24结 论36谢 辞37参考文献38附 录39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。单片机在工业控制、仪器仪表、商用商品、家用电器以及计算机接口等领域应用广泛。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。第1章 概 述温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对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。根据温度变化快慢,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: (1) 电烤箱由2 kW电炉加热,最高温度为500。 (2) 电烤箱温度可预置,烤干过程恒温控制,温度控制误差2。 (3) 预置时显示设定温度,烤干时显示实时温度,显示精确到1。 (4) 温度超出预置温度5时发声报警。(5) 对升降温过程的线性没有要求。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,即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,从而保持恒温控制。 第2章 硬件部分设计 系统的硬件部分包括单片机电路、A/D转换器电路、放大器电路、传感器电路、键盘及显示电路五部分。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的发展,单片机以其体积小、可靠性高、使用方便等特点在社会生活中达到广泛应用。根据温度控制的特点,本次设计采用AT89C51单片机。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(包括RAM和ROM)、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两部分。2.1.2 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封装;另一种是方形封装。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封装的。但为44个引脚,其中4个引脚是不使用的。由于89C51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2-3单片机引脚图。1.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。2.外接晶体引脚两根 XTAL1:接外部石英体和微调电源的一端。XTAL2:接外部晶体和微调电容的另一端。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的输入端。对CHMOS单片机XTAL1脚作为外部振荡信号的输入端,XTAL2脚空不接。3. 引脚功能 IO引脚共32根。 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总线。 P1口:P1.0-P1.7统称为P1口。是8位准双向I/O口线。P1口作为通用的I/O口使用。 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:P3.0-P3.7统称为P3口。是8位准双向I/O口线。P3口除作为准双向口使用外。每个引脚还具有第二功能。P3口的每一个引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能,P3口的第二功能如下表所示:P3口的第二功能P3.0 RXD 串行口输入P3.1 TXD 串行口输出P3.2 外部中断0输入P3.3 外部中断1输入P3.4 T0 定时/计数器0计数输入P3.5 T1 定时/计数器1输入P3.6 片外RAM写选通信号(输出)P3.7 片外RAM读选通信号(输出)4控制线控制线共四根。ALE/PROG 地址锁存有效信号输出率。PSEN 片外程序存储器读选通信号输出端低电平有效。RST/VPD 复位信号备用电源输入信号。EA/VPP 片外程序存储器选用端。2.1.3 AT89C51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4个存储空间。2.1.4 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 2-4I/O口位结构图所示。1.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。2.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,当某某位输出高电平时,可以提供上拉电流负载,不
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