電烤箱溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄第1章 題意分析與解決方案. .11.1 技術(shù)指標(biāo). .21.2 控制方案. .2第2章 硬件設(shè)計(jì). .3 2.1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì). .4 2.1.1 AT89C51AT89C51單片機(jī)引腳功能.。.5 2.1.2 AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘電路及時(shí)序.5 2.1.3 AT89C51單片機(jī)復(fù)位電路.5 2.2 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì). .6 2.2.1 溫度傳感器.8 2.2.2 變送器. .8 2.3 溫度控制電路設(shè)計(jì). .8 2.4 鍵盤及顯示電路設(shè)計(jì). .10 2.4.1 鍵盤電路設(shè)計(jì).10 2.4.2 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì).11第3 章 控制程序設(shè)計(jì).14 3.2 功能模塊.14 3.2

2、功能模塊. .14 3.3 資源分配模塊. . .14 3.3 軟件功能設(shè)計(jì). .14 3.4.1 鍵盤管理. .15 3.4.2 顯示管理. .16 3.4.3 溫度檢測(cè)模塊.18 3.4.4 溫度控制模塊.19 3.4.5 警告模塊.19 3.4.6 主程序模塊. .20 第4 章 設(shè)計(jì)結(jié)果分析及問(wèn)題討論.22 4.1 本次溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題及其解決方法.22 4.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向. .22結(jié)論. 23參考文獻(xiàn). 24附錄. 25附錄1. 25附錄2. 251 提義分析與解決方案1.1 技術(shù)指標(biāo) 電烤箱的具體指標(biāo)如下： （1）電烤箱為一封閉長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)， （2）烤箱內(nèi)尺

3、寸：0.8m0.6m0.4m。 （3）加熱器件為一1kw（220v）電熱絲。 （4）從室溫開(kāi)始升溫到100系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間ts5分鐘，超調(diào)量10%。 （5）控制溫度范圍為50200連續(xù)可調(diào)。 （6）顯示實(shí)時(shí)溫度，顯示精確到1。 （7）溫度超出預(yù)設(shè)溫度正負(fù)5發(fā)生報(bào)警。1.2 控制方案 產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同，就溫度控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性來(lái)講，基本上都是具有純滯后的一階環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)精度及溫控的線性性能要求較高時(shí)，多采用PID算法來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制。 本系統(tǒng)是一個(gè)典型的閉環(huán)系統(tǒng)控制。從技術(shù)指標(biāo)來(lái)看，系統(tǒng)對(duì)控制精度的要求不高，對(duì)升溫過(guò)程的線性也沒(méi)有要求，因此，系統(tǒng)采用最簡(jiǎn)

4、單的通斷控制方式，即但烤箱達(dá)到設(shè)定溫度附近（略小于）斷開(kāi)電阻絲加熱，當(dāng)溫度降到低于設(shè)定值時(shí)接通加熱，從而實(shí)現(xiàn)恒溫控制2 硬件部分設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件部分包括單片機(jī)電路設(shè)計(jì)、傳感器電路設(shè)計(jì)、 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、 放大器電路設(shè)計(jì)、鍵盤及顯示電路設(shè)計(jì)五部分。圖2-1 電烤箱溫度控制結(jié)構(gòu)2.1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 有優(yōu)異的性能價(jià)格比。 集成度高，體積小，可靠性好。 控制能力強(qiáng)。 低功耗,低電壓,便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 易擴(kuò)展。目前，應(yīng)用廣泛的主流機(jī)型是80C51系列8位單片機(jī)。該機(jī)型具有性能價(jià)格比高；開(kāi)發(fā)裝置多；國(guó)內(nèi)技術(shù)人員熟悉；芯片功能夠用適用；有眾多芯片制造廠商加盟，可廣泛選擇等優(yōu)點(diǎn)，此次我們

5、采用美國(guó)intel公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)，其中主要包括有CPU、存儲(chǔ)器（RAM和ROM）、IO接口電路及時(shí)鐘電路等 2.1.1 AT89C51單片機(jī)引腳功能 40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。圖2-3 單片機(jī)引腳圖 電源: VCC - 芯片電源，接+5V； VSS - 接地端； 時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 控制線:控制線共有4根， ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖 ALE功能：用來(lái)鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 PSEN:外R

6、OM讀選通信號(hào)。 RST/VPD:復(fù)位/備用電源。 RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。 VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。 EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。 EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。 Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。4.I/O線 80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。 P3.0 RXD：串行口輸入端； P3.1 TXD：串行口輸出端； P3.2 INT0：外部中斷0請(qǐng)求輸入端； P3.3 INT1：

7、外部中斷1請(qǐng)求輸入端； P3.4 T0：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部信號(hào)輸入端； P3.5 T1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部信號(hào)輸入端； P3.6 WR：外RAM寫(xiě)選通信號(hào)輸出端； P3.7 RD：外RAM讀選通信號(hào)輸出端。5.I/O端口結(jié)構(gòu)及工作原理 (1)有4個(gè)8位并行I/O口,共32條端線：P0、P1、P2和P3口。每一個(gè)I/O口都能用作輸入或輸出。用作輸入時(shí)，均須先寫(xiě)入“1”；用作輸出時(shí)，P0口應(yīng)外接上拉電阻。 (2)P0口的負(fù)載能力為8個(gè)LSTTL門電路；P1P3口的負(fù)載能力為4個(gè)LSTTL門電路。 (3)在并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器或I/O口情況下: P0口用于低8位地址總線和數(shù)據(jù)總線(分時(shí)傳送) P2口用于

8、高8位地址總線， P3口常用于第二功能， 用戶能使用的I/O口只有P1口和未用作第二功能的部分P3口端線。2.1.2 AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘電路及時(shí)序圖2-4 AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘電路圖 時(shí)鐘周期。 80C51振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖頻率的倒數(shù)，是最基本最小的定時(shí)信號(hào)。 機(jī)器周期。 80C51單片機(jī)工作的基本定時(shí)單位，簡(jiǎn)稱機(jī)周。 機(jī)器周期是時(shí)鐘周期的12倍。 當(dāng)時(shí)鐘頻率為12MHz時(shí)，機(jī)器周期為1S； 當(dāng)時(shí)鐘頻率為6MHz時(shí)，機(jī)器周期為2S。2.1.3 AT89C51單片機(jī)復(fù)位電路圖2-5 AT89C51單片機(jī)復(fù)位電路圖復(fù)位是通過(guò)某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作復(fù)位條件：R

9、ST引腳保持2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平。2.2 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)這部分包括溫度傳感器，變送器和A/D轉(zhuǎn)換三部分。2.2.1 溫度傳感器 定義：利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)主要有體。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。 種類：目前，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）推薦了8種類型的熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，即為T型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，溫度控制范圍為控制溫度范圍為50200連續(xù)可調(diào)。因此我們需要一種，電阻溫度系

10、數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定的熱電偶，通過(guò)查閱資料，品牌:EL 型號(hào):NTC 的熱敏電阻 符合我們的要求： (1)該產(chǎn)品為電烤箱專用溫度傳感器(2)具有反應(yīng)速度快、性能穩(wěn)定、安裝方便等特點(diǎn)。 (3)芯片類型：NTC熱敏電阻。 (4)電阻值范圍：R1K2000K。 (5)B值范圍：28005000K。（通常使用參數(shù)：R2550K1B255039501； (6)R25100K1B255039501）。 (7)工作溫度范圍：-50300。 (8)熱時(shí)間常數(shù)：10秒。 (9)絕緣強(qiáng)度：DC500V100M。 (10)

11、耐電壓：AC1500V5mA5S。2.2.2 變送器 傳感器是能夠受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置的總稱，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。當(dāng)傳感器的輸出為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，則稱為變送器。 變送器將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成與溫度成正比的電壓，當(dāng)溫度在-50+300時(shí)變送器輸出 03.5V左右的電壓。2.2.3 A/D轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換的基本概念：A/D轉(zhuǎn)換的功能是把模擬量電壓轉(zhuǎn)換為N位數(shù)字量。 設(shè)D為N位二進(jìn)制數(shù)字量，UA為電壓模擬量，UREF為參考電壓，無(wú)論A/D或D/A，其轉(zhuǎn)換關(guān)系為 UA = DUREF / 2N （其中：D=D020+D121+ +DN-12N-1）1、A/

12、D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)： 轉(zhuǎn)換精度。轉(zhuǎn)換精度通常用分辨率和量化誤差來(lái)描述。 分辨率。分辨率 = UREF / 2N 表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。N為A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)，N越大，分辨率越高，習(xí)慣上分辨率常以A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)N表示。 量化誤差。量化誤差是指零點(diǎn)和滿度校準(zhǔn)后，在整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)的最大誤差。 轉(zhuǎn)換時(shí)間。指A/D轉(zhuǎn)換器完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，適應(yīng)輸入信號(hào)快速變化能力越強(qiáng)。2、A/D轉(zhuǎn)換器分類按轉(zhuǎn)換原理形式可分為逐次逼近式、雙積分式和V/F變換式；按信號(hào)傳輸形式可分為并行A/D和串行A/D。圖2-6 AD0809內(nèi)部電路圖及其與51單片機(jī)連接圖引腳功

13、能和典型連接電路 IN0IN7：8路模擬信號(hào)輸入端。 C、B、A：8路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換選擇端。 與低8位地址中A0A2連接。由A0A2地址000111選擇IN0IN7八路A/D通道。 CLK：外部時(shí)鐘輸入端。 時(shí)鐘頻率高，A/D轉(zhuǎn)換速度快。允許范圍為101280KHz 。 通常由80C51 ALE端直接或分頻后與0809 CLK端相連接。 D0D7：數(shù)字量輸出端。 OE：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允許控制端。 OE=1，允許將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果從D0D7端輸出。通常由80C51的端與0809片選端（例如P2.0）通過(guò)或非門與0809 OE端相連接。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。 0809 ALE信號(hào)有效時(shí)

14、將當(dāng)前轉(zhuǎn)換的通道地址鎖存。 START：?jiǎn)?dòng)A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端。 當(dāng)START端輸入一個(gè)正脈沖時(shí)，立即啟動(dòng)0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。START端與ALE端連在一起，由80C51WR與0809片選端（例如P2.0）通過(guò)或非門相連。 EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，高電平有效。 UREF（+）、UREF（-）：正負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端。 Vcc：正電源電壓（+5V）。GND：接地端。A/D轉(zhuǎn)換器件的選擇主要取決于溫度的控制精度，本系統(tǒng)要求溫度控制誤差10%,采用8位A/D轉(zhuǎn)換器，其最大量化誤差為=，完全能滿足精度要求。這里采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器。變送器輸出為05V，則A/D轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)的數(shù)字量

15、為00HFFH,既0255,則轉(zhuǎn)換結(jié)果乘以（70/51-50）為溫度值。2.3 溫度控制電路設(shè)計(jì) 可控硅，是可控硅整流元件的簡(jiǎn)稱：是一種具有三個(gè)PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件，亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。該器件被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電子產(chǎn)品中，多用來(lái)作可控整流、逆變、變頻、調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。圖2-7 可控硅等效圖解圖工作原理： 可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件,共有三個(gè)PN結(jié),分析原理時(shí),可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成當(dāng)在陽(yáng)極和陰極之間加上一個(gè)正向電壓Ea，又在控制極G和陰極C之間（相當(dāng)BG1的基一射間）

16、輸入一個(gè)正的觸發(fā)信號(hào)，BG1將產(chǎn)生基極電流Ib1，經(jīng)放大，BG1將有一個(gè)放大了1倍的集電極電流IC1。因?yàn)锽G1集電極與BG2基極相連，IC1又是BG2的基極電流Ib2。BG2又把比Ib2（Ib1）放大了2的集電極電流IC2送回BG1的基極放大。如此循環(huán)放大，直到BG1、BG2完全導(dǎo)通。實(shí)際這一過(guò)程是“一觸即發(fā)”的過(guò)程，對(duì)可控硅來(lái)說(shuō)，觸發(fā)信號(hào)加入控制極，可控硅立即導(dǎo)通。導(dǎo)通的時(shí)間主要決定于可控硅的性能。 可控硅一經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通后，由于循環(huán)反饋的原因，流入BG1基極的電流已不只是初始的Ib1，而是經(jīng)過(guò)BG1、BG2放大后的電流（1*2*Ib1）這一電流遠(yuǎn)大于Ib1，足以保持BG1的持續(xù)導(dǎo)通。此時(shí)觸發(fā)

17、信號(hào)即使消失，可控硅仍保持導(dǎo)通狀態(tài)只有斷開(kāi)電源Ea或降低Ea，使BG1、BG2中的集電極電流小于維持導(dǎo)通的最小值時(shí)，可控硅方可關(guān)斷。當(dāng)然，如果Ea極性反接，BG1、BG2由于受到反向電壓作用將處于截止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)，即使輸入觸發(fā)信號(hào)，可控硅也不能工作。反過(guò)來(lái)，Ea接成正向，而觸動(dòng)發(fā)信號(hào)是負(fù)的，可控硅也不能導(dǎo)通。另外，如果不加觸發(fā)信號(hào)，而正向陽(yáng)極電壓大到超過(guò)一定值時(shí)，可控硅也會(huì)導(dǎo)通，但已屬于非正常工作情況了。 雙向可控硅又稱為雙向晶閘管：普通晶閘管(VS)實(shí)質(zhì)上屬于直流控制器件。要控制交流負(fù)載，必須將兩只晶閘管反極性并聯(lián)，讓每只SCR控制一個(gè)半波，為此需兩套獨(dú)立的觸發(fā)電路，使用不夠方便。雙向晶閘管是

18、在普通晶閘管的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，它不僅能代替兩只反極性并聯(lián)的晶閘管，而且僅需一個(gè)觸發(fā)電路，是目前比較理想的交流開(kāi)關(guān)器件。 由于電阻絲是與220V市電直接接通的，因此選擇采飛利浦公司的BT138-600E雙向可控硅作為通斷元件。 該型號(hào)為四象限/非絕緣型/雙向可控硅，電流 = 12.0（A）電壓 = 600（V）結(jié)溫 = 125（） 浪涌電流ITSM = 65A(50Hz)/71A(60Hz) 正向耐壓VDRM 600V 反向耐壓VRRM 600V 觸發(fā)電流IGT (I/II/III/IV) 10/10/10/25mA 通態(tài)壓降VTM 1.65V(ITM=10.0A) 主要用于變頻電路，調(diào)光、調(diào)

19、溫、調(diào)速電路，電扇、洗衣機(jī)、飲水機(jī)、 微波爐、空調(diào)等家用電器的控制電路。 圖2-8 BT137元件圖 光耦合器（opticalcoupler，英文縮寫(xiě)為OC）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡(jiǎn)稱光耦。它是以光為媒介來(lái)傳輸電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管LED）與受光器（光敏半導(dǎo)體管）封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電光電”轉(zhuǎn)換。以光為媒介把輸入端信號(hào)耦合到輸出端的光電耦合器，由于它具有體積小、壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字電路上獲得廣泛的應(yīng)用。 圖2-8 光耦元件

20、圖電烤箱控制采用可控硅來(lái)實(shí)現(xiàn)，雙向可控硅和電阻絲串接在交流220V市電的回路中。單片機(jī)的P1.7口通過(guò)光電隔離器和驅(qū)動(dòng)電路送到可控硅的控制端，由P1.7口德高低電平來(lái)控制可控硅的導(dǎo)通與斷開(kāi)，從而控制電阻絲的通電加熱時(shí)間。 圖2-9 溫控硬件連接圖2.4鍵盤及顯示電路設(shè)計(jì)2.4.1 鍵盤電路設(shè)計(jì) 鍵盤的工作原理：在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵都是由開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的，鍵盤的半合與否，反映在電壓上就是呈高電平或低電平，所以通過(guò)檢測(cè)電平的高低，便可確認(rèn)按鍵與否圖2-10 獨(dú)立式按鍵接口電路鍵盤的掃描控制方式： 程序控制掃描方式 鍵處理程序固定在主程序的某個(gè)程序段。 特點(diǎn)：對(duì)CPU工作影響小

21、，但應(yīng)考慮鍵盤處理程序的運(yùn)行間隔周期不能太長(zhǎng)，否則會(huì)影響對(duì)鍵輸入響應(yīng)的及時(shí)性。 定時(shí)控制掃描方式 利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器每隔一段時(shí)間產(chǎn)生定時(shí)中斷，CPU響應(yīng)中斷后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。 特點(diǎn)：與程序控制掃描方式的區(qū)別是，在掃描間隔時(shí)間內(nèi)，前者用CPU工作程序填充，后者用定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)控制。定時(shí)控制掃描方式也應(yīng)考慮定時(shí)時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則會(huì)影響對(duì)鍵輸入響應(yīng)的及時(shí)性。 中斷控制方式 中斷控制方式是利用外部中斷源，響應(yīng)鍵輸入信號(hào)。 特點(diǎn)：克服了前兩種控制方式可能產(chǎn)生的空掃描和不能及時(shí)響應(yīng)鍵輸入的缺點(diǎn)，既能及時(shí)處理鍵輸入，又能提高CPU運(yùn)行效率，但要占用一個(gè)寶貴的中斷資源。2.5.2 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) LED數(shù)

22、碼管分類： (1)按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為共陰型和共陽(yáng)型 (2)按其外形尺寸有多種形式，使用較多的是0.5和0.8； (3)按顯示顏色也有多種形式，主要有紅色和綠色； 正向壓降一般為1.52V，額定電流為10mA，最大電流為40mA。 圖2-11 LED數(shù)碼管圖2-8 LED數(shù)碼管八段編碼表顯示電路選擇采用CH451芯片： CH451 是一個(gè)整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤掃描控制以及P 監(jiān)控的多功能外圍芯片。CH451 內(nèi)置RC振蕩電路，可以動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng) 8位數(shù)碼管或者64 只LED 發(fā)光管，具有BCD 譯碼、閃爍、移位等功能；同時(shí)還可以進(jìn)行 64 鍵的鍵盤掃描；CH451 通過(guò)可以級(jí)聯(lián)的串行接口與單片機(jī)等

23、交換數(shù)據(jù)；并且提供上電復(fù)位和看門狗等監(jiān)控功能。圖2-12 CH451封裝圖2-13 CH451各引腳功能 CH451對(duì)數(shù)碼管和發(fā)光管采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)，順序?yàn)?DIG0至 DIG7，當(dāng)其中一個(gè)引腳吸入電流時(shí)，其它引腳則不吸入電流。CH451 內(nèi)部具有大電流驅(qū)動(dòng)級(jí)，可以直接驅(qū)動(dòng)0.5 英寸至2 英寸的共陰數(shù)碼管，段驅(qū)動(dòng)引腳 SEG6SEG0 分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的段 G段 A，段驅(qū)動(dòng)引腳 SEG7 對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)，字驅(qū)動(dòng)引腳 DIG7DIG0 分別連接 8 個(gè)數(shù)碼管的陰極；圖2-14 CH451與51單片機(jī)連接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管圖3 控制程序設(shè)計(jì)3.1 工作流程電烤箱上電復(fù)位后先處于停止加熱狀態(tài)，這時(shí)由A/

24、D先讀出箱內(nèi)環(huán)境溫度，同時(shí)通過(guò)按鍵由顯示器顯示預(yù)設(shè)溫度，設(shè)置完后按啟動(dòng)鍵啟動(dòng)系統(tǒng)工作，溫度檢測(cè)系統(tǒng)不斷定時(shí)檢測(cè)箱內(nèi)溫度，并由數(shù)碼管顯示，達(dá)到低于溫度值1時(shí)停止加熱，利用余熱升溫至預(yù)設(shè)溫度，當(dāng)溫度下降到下限（比預(yù)定值低2）時(shí)再啟動(dòng)加熱，不斷重復(fù)上述過(guò)程，使溫度保持在預(yù)設(shè)允許誤差范圍內(nèi)。若想修改預(yù)設(shè)溫度，停止加熱后，再按鍵修改。（30秒內(nèi)溫度無(wú)明顯變化，蜂鳴器報(bào)警，五分鐘內(nèi)未達(dá)到允許溫差范圍內(nèi)溫度，蜂鳴器報(bào)警，期間任意時(shí)刻溫度高于預(yù)設(shè)溫度5%，蜂鳴器報(bào)警）3.2 功能模塊 根據(jù)上面的流程分析，分為以下模塊： (1)按鍵管理：檢測(cè)鍵盤輸入，接收溫度預(yù)置，啟動(dòng)/停止系統(tǒng)工作。 (2)數(shù)碼管顯示：顯示設(shè)

25、置溫度，當(dāng)前箱內(nèi)溫度。 (3)溫度檢測(cè)及轉(zhuǎn)換：完成A/D轉(zhuǎn)換及十進(jìn)制顯示 (4)溫度控制：根據(jù)檢測(cè)到的溫度控制電烤箱工作。 (5)報(bào)警：30秒內(nèi)溫度無(wú)明顯變化，五分鐘內(nèi)未達(dá)到允許溫差范圍內(nèi)溫度，期間任意 時(shí)刻溫度高于預(yù)設(shè)溫度5%，報(bào)警。3.3 資源分配模塊I/O口分配：P0.0，P0.1-A/D開(kāi)始采集，發(fā)送控制位。 P0.2-溫度控制口。 P1.0P1.2，P3.2-鍵盤輸入。 P1.3P1.7-數(shù)碼管顯示。 P2.0P2.7-A/D數(shù)據(jù)接收口。 3.4 軟件功能設(shè)計(jì) 本次系統(tǒng)控制采用KEIL軟件，C環(huán)境下編寫(xiě)。 3.4.1 鍵盤管理 上電復(fù)位后系統(tǒng)處于鍵盤管理狀態(tài)，功能為溫度設(shè)置和啟動(dòng)鍵。

26、當(dāng)設(shè)置溫度百位超過(guò)2自動(dòng)歸零。鍵盤管理子程序如下： /*鍵盤設(shè)置溫度*/ void settemp() if(set=0)delay(5);q=1; while(!q) if(C1=0) while(p-)display(ge,shi,bai,ge_1,shi_1,bai_1);p=36;/延時(shí)去抖bai_1+; if(bai_1=3)bai_1=0; if(C2=0) while(p-)display(ge,shi,bai,ge_1,shi_1,bai_1);p=36; shi_1+; if(shi_1=10)shi_1=0; if(C3=0) while(p-)display(ge,shi

27、,bai,ge_1,shi_1,bai_1);p=36; ge_1+; if(ge_1=10)ge_1=0; display(ge,shi,bai,ge_1,shi_1,bai_1); if(set=0)delay(20);break; q=0;AD(); 3.4.2 顯示管理 顯示子程序的功能是將A/D轉(zhuǎn)換完成的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，表示當(dāng)前環(huán)境溫度和將按鍵設(shè)置返回的值表示為預(yù)設(shè)溫度通過(guò)數(shù)碼管顯示 顯示子程序如下：/*CH451初始化*/void CH451_Init() DIN=0; / 給DIN一個(gè)高電平 設(shè)置CH451選擇4線串行接口 DIN=1; DCLK=1;/置為默認(rèn)的高電平 L

28、OAD=1; DOUT=1;/置為輸入/*CH451寫(xiě)入*/void CH451_Write(uint dat) /,uint length uint i; LOAD=1; /串行數(shù)據(jù)加載端置1 for(i=12;i0;i-) DCLK=0; /串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘線 置0 if(dat&0x01)=0x01) /判斷data最低位是否為1 DIN=1; /data最低位為1的話就向din(串行數(shù)據(jù)輸入)寫(xiě)1 else DIN=0; / data最低位為0的話就向din(串行數(shù)據(jù)輸入)寫(xiě)0 DCLK=1; /串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘線 置1 dat=dat1; /data向右移動(dòng)一位 LOAD=0; /串行數(shù)據(jù)加

29、載端置1 LOAD=1; /給load一個(gè)上升沿使data數(shù)據(jù)全部導(dǎo)入CH451 delay(5); /*CH451顯示六位數(shù)碼管*/ void display( int ge, int shi, int bai,int ge_1, int shi_1, int bai_1)CH451_Write(CH451_DIG0|ge);/第1位顯示,實(shí)際溫度要顯示的內(nèi)容 CH451_Write(CH451_DIG1|shi);/第2位顯示 CH451_Write(CH451_DIG2|bai);/第3位顯示 CH451_Write(CH451_DIG3|ge_1);/第4位顯示,設(shè)置溫度要顯示的內(nèi)容

30、CH451_Write(CH451_DIG4|shi_1);/第5位顯示 CH451_Write(CH451_DIG5|bai_1);/第6位顯示3.4.3 溫度檢測(cè)模塊A/D轉(zhuǎn)換采用查詢方式。為提高數(shù)據(jù)可靠性，對(duì)采樣溫度數(shù)字濾波，取三次采樣值取平均值。溫度檢測(cè)子程序如下：/*AD采集*/ void AD() while(count2) start=1; delay(1); start=0; delay(5); count2-; oe=1; delay(1); tt=P1*70/51-50; oe=0; bai=tt/100+bai; shi=(tt/10)%10+shi; ge=tt%10+

31、ge; count2=3; bai=bai/3; shi=shi/3; ge=ge/3; while(count3) display(ge,shi,bai,ge_1,shi_1,bai_1); delay(1); count3-; count3=10; 3.4.4 溫度控制模塊達(dá)到低于溫度值1時(shí)停止加熱，利用余熱升溫至預(yù)設(shè)溫度，當(dāng)溫度下降到下限（比預(yù)定值低2）時(shí)再啟動(dòng)加熱，控制子程序如下：if(ts-tt)2) /在離設(shè)定溫度差值1攝氏度以上時(shí)電阻絲持續(xù)加熱，否則停止加熱 burn=0;elseburn=1; 3.4.5 警告模塊30秒內(nèi)溫度無(wú)明顯變化，蜂鳴器報(bào)警，五分鐘內(nèi)未達(dá)到允許溫差范圍內(nèi)

32、溫度，蜂鳴器報(bào)警，期間任意時(shí)刻溫度高于預(yù)設(shè)溫度5%，蜂鳴器報(bào)警 警告子程序如下： /*中斷定時(shí)檢驗(yàn)*/ void exter0() interrupt 1 TH0=6; TL0=6; +count; if(count=2000) count=0; /清零 count1+; if(20*tt-21*ts)5) /高于設(shè)定溫度5%以上時(shí)報(bào)警 burn=1;alarm=0; if(count1=30) /30秒內(nèi)溫度無(wú)明顯變化，報(bào)警 if(tt-t0)5) alarm=0; count1=0; 3.4.6主程序模塊 主程序完成系統(tǒng)的初始化，溫度預(yù)設(shè)及電阻絲的通斷。 程序MAIN:void main(

33、) EX0=1;TMOD=0x02;TH0=6;TL0=6;ET0=1;TR0=1;EA=1; start=0; oe=0;AD();t0=tt; /采第一次溫度作為室溫作為參考 CH451_Init(); /CH451初始化 CH451_Write(0x401); /設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，數(shù)碼顯示使能 CH451_Write(0x568); /設(shè)定顯示參數(shù)、6位掃描極限、16/16顯示驅(qū)動(dòng)占空比 while(1) AD(); if(ts-tt)2)/在離設(shè)定溫度差值1攝氏度以上時(shí)電阻絲持續(xù)加熱，否則停止加熱 burn=0; else burn=1; 圖3-1 軟件設(shè)計(jì)流程圖 結(jié)論 就本次溫度控制系統(tǒng)

34、設(shè)計(jì)整體而言完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電烤箱的閉環(huán)恒定控制。但是不當(dāng)之處在所難免。在實(shí)際過(guò)程中，由于電烤箱加熱時(shí)有一定的溫度緩沖，即斷電時(shí)，加熱并不是立即停止，這樣我們的控制很不準(zhǔn)確，會(huì)出現(xiàn)較大誤差。鑒于此種情況，當(dāng)電烤箱溫度接近我們要求額的溫度時(shí)，由連續(xù)加熱改為斷續(xù)加熱。且由于系統(tǒng)精度要求一般，采用最為簡(jiǎn)單通斷控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，若精度要求提高后，應(yīng)采用PID控制更為有效。本次電烤箱的溫度控制是以AT89C51為核心，采用軟件編程，通過(guò)對(duì)電烤箱的通斷來(lái)控制溫度。其中采用的元件精度低，控制不準(zhǔn)確等都需要我們進(jìn)一步提高。 隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)電控制的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。單片機(jī)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛不管做什么樣的，作用

35、也越來(lái)越重要，但就目前單片機(jī)控制的情況來(lái)看，單片機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能社會(huì)的要求，單片機(jī)要繼續(xù)向單一化，微型化等方向發(fā)展，與此同時(shí)還要努力提高傳感器，放大器及轉(zhuǎn)換器等外圍元件的精度。這樣才能全面提高單片機(jī)的控制質(zhì)量，整體的提高電機(jī)控制的質(zhì)量，進(jìn)而更好的服務(wù)社會(huì)。參考文獻(xiàn)1謝維成，楊加國(guó)單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)（第二版）清華大學(xué)出版社，20092張俊謨單片機(jī)中級(jí)教-原理與應(yīng)用（第二版）北京航空航天大學(xué)出版社，20063余孟嘗數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程高等教育出版社，20064楊素行數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程高等教育出版社，20065羅先覺(jué).電路（第五版）. 高等教育出版社，20066譚浩強(qiáng).C語(yǔ)言程序

36、設(shè)計(jì)（第二版）.清華大學(xué)出版社，2006.7劉紅玲，邵曉根.微機(jī)原理與接口技術(shù).中國(guó)電力出版社，2006.附錄附錄1附錄2#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuint tt=0,ts=0,t0=0,t=2,count=0,count1=0,count2=3,count3=10,dat,ge,shi,bai,ge_1=0,shi_1=0,bai_1=0,z,q=0,p=38;char code table=0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0X3F;/數(shù)碼管

37、段顯#define CH451_DIG0 0x0800 #define CH451_DIG1 0x0900 #define CH451_DIG2 0x0a00 #define CH451_DIG3 0x0b00 #define CH451_DIG4 0x0c00 #define CH451_DIG5 0x0d00 sbit start=P00; sbit oe=P01; sbit burn=P02; /加熱/停止 sbit DOUT=P10; /串行接口數(shù)據(jù)輸出 sbit LOAD=P11; /串行數(shù)據(jù)加載 sbit DIN =P12; /串行數(shù)據(jù)輸入 sbit DCLK=P13; /串行數(shù)據(jù)

38、時(shí)鐘線 sbit C1=P14; /溫度個(gè)位設(shè)定 sbit C2=P15; /溫度十位設(shè)定 sbit C3=P16; /溫度百位設(shè)定 sbit alarm=P17;/警報(bào) sbit set=P32; /設(shè)定溫度開(kāi)關(guān)/*延時(shí)函數(shù)*/ void delay(int z) int y;for(z;z0;z-)for(y=25;y0;y-); /*CH451初始化*/void CH451_Init() DIN=0; / 給DIN一個(gè)高電平 設(shè)置CH451選擇4線串行接口 DIN=1; DCLK=1;/置為默認(rèn)的高電平 LOAD=1; DOUT=1;/置為輸入/*CH451寫(xiě)入*/void CH451_

39、Write(uint dat) /,uint length uint i; LOAD=1; /串行數(shù)據(jù)加載端置1 for(i=12;i0;i-) DCLK=0; /串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘線 置0 if(dat&0x01)=0x01) /判斷data最低位是否為1 DIN=1; / data最低位為1的話就向din(串行數(shù)據(jù)輸入)寫(xiě)1 else DIN=0; / data最低位為0的話就向din(串行數(shù)據(jù)輸入)寫(xiě)0 DCLK=1; /串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘線 置1 dat=dat1; /data向右移動(dòng)一位 LOAD=0; /串行數(shù)據(jù)加載端置1 LOAD=1; /給load一個(gè)上升沿使data數(shù)據(jù)全部導(dǎo)入CH451 delay(5);/*CH45顯示六位數(shù)碼管*/ v