基于单片机的温度控制系统设计(2011毕业设....doc

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河南机电高等专科学校毕业论文

基于单片机的温度控制系统设计

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。

本设计采用无ROM的8031作为主控制芯片。

8031的接口电路有8155、2764。

8155用于键盘/LED显示器接口，2764可作为8031的外部ROM存储器。

其中温度控制电路是通过可控硅调功器实现的。

双向可控硅管和加热丝串联接在交流220V，50HZ交流试点回路，在给定周期内，8031只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。

关键字：

温度控制；接口电路；可控硅

Ⅱ

DESIGNOFTEMPERATURECONTROLSYSTEMBASEDONSCM

ABSTRACT

Alongwithnationaleconomydevelopment,thepeopleneedtoeachheatingfurnace、theheat-treatmentfurnace、inthereactorandtheboilerthetemperaturecarryonthemonitorandthecontrol.Notonlyusesthemonolithicintegratedcircuittocometothemtocontrolhasthecontroltobeconvenient,simpleandflexibilitybigandsoonmerits,moreovermayenhancelargescaleisaccusedthetemperaturetechnicalspecification,thuscanbigenhancetheproductthequalityandquantity.

Thisdesignusesnon-ROM8031totakethemastercontrolchip.8031connectionelectriccircuitshave8155、2764.8155usesinthekeyboard/LEDmonitorconnection,2764maytake8031exteriorROMmemories,onetemperature-controlcircuitisadjuststhemeritrealizationthroughthesilicon-controlledrectifier.Thebidirectionalsilicon-controlledrectifiertubeandtheheaterseriesconnectioninexchange220V,50HZexchangecityelectricityreturnroute,inassignsinthecycle,8031solongasthechangesilicon-controlledrectifiertubeputsthroughthetimethentobepossibletochangetheheaterpower,achievestheattemperationthegoal.

Keywords:

Temperaturecontrol；Connectionelectriccircuit；Silicon-controlledrectifier

目录

绪论 1

第一章 单片机温度控制系统方案简介 2

第二章 单片机 3

2.1单片机内部模块 3

2.1.1MCS-51单片机内部结构 3

2.1.2MCS-51输入/输出端口的结构与功能 3

2.1.3MCS—51单片机的引脚及其功能 4

2.1.48031系统扩展设计 5

2.2单片机外总线结构 5

2.3芯片的扩展设计 5

2.4单片机温控模块 7

第三章 系统硬件设计 8

3.1系统总体设计 8

3.28155接口电路 8

3.3A/D转换电路 10

3.4可控硅控制电路 10

第四章 系统软件设计 13

4.1主程序流程图 13

4.2T0中断服务程序 14

4.3采样子程序 18

4.4数字滤波程序 19

总结 21

参考文献 22

绪论

温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。

成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。

本设计使用单片机作为核心进行控制。

单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。

本系统所使用的单片机8031有128K的RAM，使温度控制大为简便。

第一章单片机温度控制系统方案简介

单片机温度控制系统是以MS-5l单片机为控制核心，辅以采样反馈电路，驱动电路，晶闸管主电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。

其系统结构框图可表示为:

系统采用单闭环形式，其基本控制原理为:

将温度设定值（即输入控制量）和温度反馈值同时送入控制电路部分，然后经过调节器运算得到输出控制量，输出控制量控制驱动电路得到控制电压施加到被控对象上，电炉因此达到一定的温度。

给定值

采样电路

输出

温度

被控

对象

8031控制电路

驱动

电路

晶闸管

主电路

图1.1控制电路的设计

第二章单片机

单片机是单片微型计算机SCM（singlechipmicro-computer）的译名简称，在国内也常简称为“单片机”。

它包括中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器、串行口和I/O等等。

单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。

它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点，单片微型计算机（简称单片机）是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种，特别适合用于智能控制系统。

2.1单片机内部模块

在本设计中,从经济上以及性能上考虑，我选用8031作为CPU。

8031是MCS－51系列单片机的一种型号。

MCS-51单片机的类型有：

8051、8031、8751等。

2.1.1MCS-51单片机内部结构

8031单片机内部结构见图2.1。

它其中包含CPU、震荡器和时序电路、4KB的ROM、256B的RAM、两个16定时/计数器T0和T1、4个8位I/O端口（P0、P1、P2、P3）、串行口等组成。

其中震荡时序与时钟组成定时控制部件。

图2.18031单片机功能方框图

2.1.2MCS-51输入/输出端口的结构与功能

MCS-51单片机有4个I/O端口，公32根I/O线，4个端口都是准双向口。

每个口都包含一个锁存器，即专用寄存器P0~P3，一个输出驱动器和输入缓冲器。

为方便起见，我们把4个端口和其中的锁存器都统称P0~P3。

在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送。

在无片外扩展存储器的系统中，这4个口的每一位均可作为双向的I/O口使用。

P0口：

可作为一般的I/O口用，但应用系统采用外部总线结构时，它分时作低8位地址和8位双向数据总线用。

P1口：

每一位均可独立作为I/O口。

P2口：

可作为一般I/O口用，但应用系统采用外部系统采用总线结构时，它分时作为高8位地址线。

P3口：

双功能口。

作为第一功能使用时同P1口，每一位均可独立作为I/O口。

另外，每一位均具有第二功能，每一位的两个功能不能同时使用。

2.1.3MCS—51单片机的引脚及其功能

MCS-51单片机采用40引脚的双列直插封装形式。

1）主电源引脚VCC和VSS

VSS（40脚）：

主电源+5V，正常操作的对EPROM编程及验证时均接+5V电源。

VSS（20脚）：

接地。

2）XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）：

接外部晶振的两个引脚。

3）RST/VPD、ALE、/PROG——、PSEN——控制信号引脚。

RST/VPD（9脚）：

单片机复位/备用电源引脚。

刚接上电源时，其内部寄存器处于随机状态，在引脚上输入持续两个机器周期的高电平将使单片机复位。

VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，一旦芯片在使用中VCC电压突然下降或短电，能保护片内RAN中信息不丢失，使复电后能继续正常运行。

ALE、/PROG——（30脚）：

当访问片外存储器时，ALE的输出用于锁存低字节地址信号。

即使不访问片外存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现脉冲信号。

其频率为振荡器频率1/6。

因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时的目的。

应注意的是：

当访问片外数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲；ALE端可以驱动8个LSET负载。

对含有EPROM的单片机，片内EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG——）。

PROG——（29脚）：

输出访问片外程序存储器的读选通信号。

CPU在从片外程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次有效。

每当访问片外存储器时，这两次有效的PROG——信号将不会出现。

该端同样可驱动8个LSTTL负载。

EA——/VPP（31脚）：

当EA——输入端输入高电平时，CPU可访问片内程序存储器4KB的地址范围。

若PC值超出4KB地址时，将自动转向片外程序存储器。

当EA——输入低电平时，不论片内是否有程序存储器，则CPU只能访问片外程序存储器。

2.1.48031系统扩展设计

单片机系统扩展的方法有并行扩展法和串行扩展法两种。

并行扩展法是利用单片机的三种线（AB、DB、CB）进行的系统扩展；串行扩展法是利用SPI三线总线或I2C双总线的串行系统扩展。

但是，一般串行接口器件速度慢，在需要高速应用的场合，还是并行扩展法占主导地位。

在本设计中，由于存储数据比较少，单片机内部的数据存储器能满足需要，故不需再扩展片外存储器。

2.2单片机外总线结构

微型计算机大多数CPU外部都有单独的地址总线、数据总线和控制总线，而MCS—51单片机由于受到芯片管脚的限制，数据线和地址线（低8位）是复用的，而且是I/O口兼用。

为了将它们分离开来，以便同单片机之外的芯片正确地相连，常常在单片机外部加地址锁存器来构成与一般CPU相类似的三总线，如图2.2所示。

图2.2三总线图

2.3芯片的扩展设计[7]

1）程序存储器扩展设计

（A）程序存储器简介

常见的EPROM有：

2716（容量2K×8位）、2732（容量4K×8位）、2764（容量8K×8位