1、PAGE PAGE 20遼 寧 工 業 大 學單片機原理(yunl)及接口技術 課程設計（論文(lnwn)）題目(tm)： 電烤箱加熱控制器設計 院（系）： 電氣工程學院 專業班級： 電氣113 學 號： 110303087 學生(xu sheng)姓名： 張彥鵬 指導(zhdo)教師： （簽字(qin z)）起止時間：2014.06.16-2014.06.30本科生課程設計（論文）課程設計（論文）任務(rn wu)及評語院（系）：電氣(dinq)工程學院 教研室： 電氣(dinq)學 號110303087學生姓名張彥鵬專業班級電氣113課程設計（論文）題目電烤箱加熱控制器設計課程設計（論文）

2、任務電烤箱由電阻絲加熱，功率達5kW。通過傳感器測量溫度并調節加熱功率。溫度控制范圍0300，可設定恒溫值。設計任務：1. CPU最小系統設計（包括CPU選擇，晶振電路，復位電路）2. 溫度傳感器選擇及接口電路設計3. 溫度顯示、電熱絲驅動電路設計4 . 程序流程圖及程序清單編寫技術參數：1溫度控制范圍0300，功率達5kW2工作電源220V設計要求：1、分析系統功能，選擇合適的單片機及傳感器，溫度檢測電路設計等；2、應用專業繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規定格式，撰寫、打印設計說明書一份，其中程序開發要有詳細的軟件設計說明，詳細闡述系統的工作過程，字數應在4000字以上。進度計劃

3、第1天 查閱收集資料第2天 總體設計方案的確定第4天 CPU最小系統設計第5天 傳感器選擇及其接口電路設計第6天 溫度顯示、電熱絲驅動電路及電源電路設計第7天 程序流程圖設計第8天 軟件編寫與調試第9天 設計說明書完成第10天 答辯指導教師評語及成績 平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時(pngsh)20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要電烤箱是利用電熱(dinr)元件發出的輻射熱烤制食物的廚房電器， 一般具有自動控溫、加熱、定時等功能。本次課程設計研究的主要內容(nirng)為對電烤箱加熱控制器的研究與設計。以89C51單片機為主體，

4、通過對CPU最小系統、接口電路和驅動電路等溫度控制相關電路的設計實現對電烤箱溫度的實時控制。溫度信息量通過傳感器由接口電路經A/D轉換器轉換為數字量并輸入至89C51單片機，數據經過單片機CPU處理后，由數碼管顯示當前溫度值，同時將溫度設定值轉換輸出至電熱絲驅動電路以調節加熱功率，通過人機對話接口實現對電烤箱溫度的檢測與控制，由此完成溫度控制范圍0300，并可設定恒溫值的要求。本文對各模塊設計過程及其組合實現過程進行了詳細的分析介紹。關鍵詞：89C51單片機；溫度傳感器；A/D轉換模塊；人機對話接口。目 錄 TOC o 1-3 f h z HYPERLINK l _Toc391621493 第

5、1章 緒論(xln) PAGEREF _Toc391621493 h 1 HYPERLINK l _Toc391621494 1.1 加熱(ji r)控制器概況 PAGEREF _Toc391621494 h 1 HYPERLINK l _Toc391621495 1.2 本文(bnwn)研究內容 PAGEREF _Toc391621495 h 2 HYPERLINK l _Toc391621496 第2章 CPU最小系統設計 PAGEREF _Toc391621496 h 3 HYPERLINK l _Toc391621497 2.1 電烤箱加熱控制器總體設計方案 PAGEREF _Toc3

6、91621497 h 3 HYPERLINK l _Toc391621498 2.2 CPU的選擇 PAGEREF _Toc391621498 h 4 HYPERLINK l _Toc391621499 2.3 數據存儲器擴展 PAGEREF _Toc391621499 h 5 HYPERLINK l _Toc391621500 2.4 電源電路設計 PAGEREF _Toc391621500 h 8 HYPERLINK l _Toc391621501 2.5 復位電路設計 PAGEREF _Toc391621501 h 9 HYPERLINK l _Toc391621502 2.6 時鐘電路

7、設計 PAGEREF _Toc391621502 h 10 HYPERLINK l _Toc391621503 2.7 CPU最小系統圖 PAGEREF _Toc391621503 h 10 HYPERLINK l _Toc391621504 第3章 輸入輸出接口電路設計 PAGEREF _Toc391621504 h 12 HYPERLINK l _Toc391621505 3.1 溫度傳感器的選擇 PAGEREF _Toc391621505 h 12 HYPERLINK l _Toc391621506 3.1 溫度檢測接口電路設計 PAGEREF _Toc391621506 h 13 HY

8、PERLINK l _Toc391621507 3.1.1 A/D轉換器選擇 PAGEREF _Toc391621507 h 13 HYPERLINK l _Toc391621508 3.1.2 模擬量檢測接口電路圖 PAGEREF _Toc391621508 h 14 HYPERLINK l _Toc391621509 3.2 溫度控制輸出接口電路設計 PAGEREF _Toc391621509 h 15 HYPERLINK l _Toc391621510 3.3 人機對話接口電路設計 PAGEREF _Toc391621510 h 16 HYPERLINK l _Toc391621511

9、第4章 加熱控制器軟件設計 PAGEREF _Toc391621511 h 17 HYPERLINK l _Toc391621512 4.1 軟件實現功能綜述 PAGEREF _Toc391621512 h 17 HYPERLINK l _Toc391621513 4.2 流程圖設計 PAGEREF _Toc391621513 h 17 HYPERLINK l _Toc391621514 4.2.1 主程序流程圖設計 PAGEREF _Toc391621514 h 17 HYPERLINK l _Toc391621515 4.2.2 模擬量檢測流程圖設計 PAGEREF _Toc3916215

10、15 h 18 HYPERLINK l _Toc391621516 4.2.3 加熱控制流程圖設計 PAGEREF _Toc391621516 h 19 HYPERLINK l _Toc391621517 4.3 程序清單 PAGEREF _Toc391621517 h 20 HYPERLINK l _Toc391621518 第5章 系統設計(shj)與分析 PAGEREF _Toc391621518 h 23 HYPERLINK l _Toc391621519 5.1 系統(xtng)原理圖 PAGEREF _Toc391621519 h 23 HYPERLINK l _Toc391621

11、520 5.2 系統(xtng)原理綜述 PAGEREF _Toc391621520 h 24 HYPERLINK l _Toc391621521 第6章 課程設計總結 PAGEREF _Toc391621521 h 25 HYPERLINK l _Toc391621522 參考文獻 PAGEREF _Toc391621522 h 26緒論(xln)加熱(ji r)控制器概況(gikung)人類的日常生活離不開衣食住行，正所謂“民以食為天”，人們對于食品的熱情是永遠不會衰減的。隨著社會的發展和人們需求的多樣化，電烤箱作為一種常用的廚房電器被而廣泛地為人們所使用。除此之外，目前電烤箱的應用范圍

12、HYPERLINK /view/1189145.htm t _blank 適用于制藥、化工、食品、農副產品、水產品、輕工、重工等行業物料及產品的加熱固化、干燥脫水等。其結構組成主要由箱體、電熱元件、調溫器、定時器和功率調節開關等構成。無論用作何種用途，對于電烤箱溫度的控制都是其使用過程中最重要的環節。溫度控制器的主要作用即為功能電路提供溫度數據，供電路采集使用，溫度控制系統即以溫度作為被控制量的反饋控制系統。在化工、石油、冶金等生產過程的物理過程和化學反應中，溫度往往是一個很重要的量，需要準確地加以控制。除了這些部門之外，溫度控制系統還廣泛應用于其他領域，是用途很廣的一類工業控制系統。溫度控制

13、系統常用來保持溫度恒定或者使溫度按照某種規定的程序變化。其工作原理是通過溫度傳感器對環境溫度自動進行采樣、即時監控，當環境溫度高于控制設定值時控制電路啟動，可以設置控制回差。如溫度還在升，當升到設定的超限報警溫度點時，啟動超限報警功能。當被控制的溫度不能得到有效的控制時，為了防止設備的毀壞還可以通過跳閘的功能來停止設備繼續運行。主要應用于電力部門使用的各種高低壓開關柜、干式變壓器、箱式變電站及其他相關的溫度使用領域。根據溫度控制器的工作原理分類，分為機械式的和電子式。機械式采用兩層熱膨脹系數不同金屬壓在一起，溫度改變時，他的彎曲度會發生改變，當彎曲到某個程度時，接通（或斷開）回路，使得制冷（或

14、加熱）設備工作。電子式的通過熱電偶、鉑電阻等溫度傳感裝置，把溫度信號變換成電信號，通過單片機、PLC等電路控制繼電器使得加熱（或制冷）設備工作（或停止）。溫度控制器的工作原理為，根據工作環境的溫度變化，在開關內部發生物理形變，從而產生某些特殊效應，產生導通或者斷開動作的一系列自動控制元件，或者電子原件在不同溫度下，工作狀態的不同原理來給電路提供溫度數據，以供電路采集溫度數據。隨著電子器件的不斷發展，溫度控制器的形式也多種多樣。從整體上來看，溫度控制系統的發展方向即高精度、智能化、小型化等。雖然國內各行各業的應用已經十分廣泛，但從已經生產的溫度控制器來講，總體發展水平仍然不高，同其他先進國家相比

15、仍有著較大差距。目前，我國在這方面總體技術水平處于20世紀80年代中后期水平，成熟產品主要以“點位”控制及常規的PID控制器為主。它只能適應一般溫度控制系統，對于控制滯后、復雜、時變溫度控制系統，仍然存在控制技術上的問題；適應于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內技術也不十分成熟。相比之下，國外已有較多的成熟產品。目前(mqin)，國內溫度控制模塊(m kui)大多采用智能調節器，國產(guchn)調節器分辨率和精度較低，溫度控制效果不是很理想，但價格便宜，國外調節器分辨率和精度較高，價格較貴。當前應用較廣的溫度控制器為電子式溫度控制器。鑒于溫度控制器的廣泛應用，在對電烤箱相關功能的研究

16、過程中，針對其溫度控制系統的研究也顯得十分重要。本文研究內容本文主要內容為對電烤箱加熱控制器的研究與設計，設計要求電烤箱由電阻絲加熱，額定工作電壓220V，功率為5kW。通過分析系統功能，選擇合適的單片機及傳感器，溫度檢測電路設計，繪制硬件電路圖和軟件流程圖。選擇設計出CPU最小系統（包括CPU選擇，晶振電路，復位電路），溫度傳感器選擇及接口電路設計，溫度顯示、電熱絲驅動電路設計和程序流程圖及程序清單編寫。溫度信息量通過傳感器由接口電路經A/D轉換器轉換為數字量并輸入至單片機，數據經過單片機CPU處理后，由數碼管顯示當前溫度值，同時將溫度設定值輸出至電熱絲驅動電路以調節加熱功率，由此實現對溫度

17、的控制，并完成溫度控制范圍0300，可設定恒溫值的要求。CPU最小系統(xtng)設計電烤箱加熱(ji r)控制器總體設計方案(fng n)本次課程設計對于電烤箱加熱控制器的研究設計過程總體為分模塊設計再組合的過程，分模塊分別設計出CPU最小系統模塊、溫度測量轉換模塊、輸出模塊和人機對話模塊，由此實現對電烤箱加熱的控制。CPU最小系統模塊設計分為數據存儲器的擴展設計、復位電路設計和時鐘電路設計，溫度測量轉換模塊分為溫度傳感器選擇、濾波/放大電路設計和A/D轉換模塊的選擇設計，輸出模塊設計分為驅動電路設計和加熱電路設計，人機對話模塊分為鍵盤設計和LED顯示模塊設計，部分模塊設計除了硬件選擇設計外

18、，還需要完成合適的軟件設計使各模塊正常工作以達到溫度控制要求。本次加熱控制器設計以89C51單片機為主體，溫度信息由溫度傳感器經濾波放大電路輸入A/D轉換模塊，再由單片機處理溫度信息后控制加熱器裝置以達到控制電烤箱溫度的目的，人機對話接口電路由鍵盤輸入/控制部分和LED溫度顯示部分組成。圖2.1為電烤箱加熱控制器原理框圖。89C51單片機鍵盤輸入/控制LED顯示溫度傳感器濾波/放大電路A/D轉換模塊加熱電路驅動電路供電AC220V工作電源電源整流濾波電路圖2.1電烤箱加熱控制器原理框圖CPU的選擇(xunz)根據本次(bn c)課程設計要求，要求電烤箱由電阻絲加熱(ji r)，功率達5kW，通

19、過傳感器測量溫度并調節加熱功率，溫度控制范圍0300并可設定恒溫值，選擇AT89C51單片機作為溫度控制器的中央處理單元。AT89C51是一種帶4k字節FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節Flash 閃速存儲器，128字節內部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保

20、存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。其中，89C51單片機引腳功能為：VCC（40腳）：接5V電源。VSS（20腳）：接地端。P0口（39腳32腳）：P0口為8位漏極開路雙向I/O口，每個引腳可吸收8個TTL門電流。 P1口（1腳8腳）：P1口是從內部提供上拉電阻器的8位雙向I/O口，P1

21、口緩沖器能接收和輸出4個TTL門電流。 P2口（21腳28腳）：P2口為內部上拉電阻器的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收和輸出4個TTL門電流。 P3口（10腳17腳）：P3口是8個帶有內部上拉電阻器的雙向I/O口，可接收和輸出4個TTL門電流，P3口也可作為AT89C51的特殊功能口。 RST（9腳）：復位輸入。當振蕩器復位時，要保持RST引腳2個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG（30腳）：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節，在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6，它可

22、用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的，要注意的是，每當訪問外部數據存儲器時，將跳過1個ALE脈沖。 PSEN（29腳）：外部程序存儲器的讀選通信號。在由外部程序存儲器取值期間，每個機器周期2次PSEN有效，但在訪問外部數據存儲器時，這2次有效的PSEN信號將不出現。 EA/VPP（31腳）：當EA保持低電平時，外部程序存儲器地址為（0000HFFFFH）不管(bgun)是否有內部程序存儲器。FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1（19腳）：反向振蕩器放大器的輸入(shr)及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2（18腳）：來自反向(fn xin)振蕩器的輸出。A

23、T89C51單片機的外形及引腳排列如圖2.2所示。圖2.2AT89C51單片機管腳排列圖數據存儲器擴展本次課程設計要求溫度控制范圍0300，由于AT89C51單片機的內部僅有128個字節的RAM，對于設計控制器要求的條件是不能滿足的，這種情況下可利用89C51單片機所具有的的擴展功能，擴展片外數據存儲器。AT89C51單片機最大可擴展64KB RAM。常用的數據存儲器有靜態數據存儲器和動態數據存儲器，由于在實際應用中，需要擴展的容量不打，所以一般采用靜態RAM，如SRAM 6116、6264等。本次課程設計選擇6264靜態RAM作為擴展數據存儲器。6264是8K8位靜態隨機存儲器，采用CMOS

24、工藝制造，單一5V電源供電，額定功耗200mW，典型存取時間200ns，為28線雙列直插式封裝。6264的引腳功能為：A12A0（2腳10腳、23腳25腳）：地址(dzh)線，可尋址8KB的存儲空間。 I/O7I/O0（11腳13腳、15腳19腳）：輸入輸出接口(ji ku)/地址線，雙向三態。 OE（22腳）：讀出允許信號(xnho)，輸入，低電平有效。 WE（27腳）：寫允許信號，輸入，低電平有效。CE1（20腳）：片選信號1，輸入，在讀/寫方式時為低電平。 CE2（26腳）：片選信號2，輸入，在讀/寫方式時為高電平。 VCC（28腳）：+5V工作電壓。GND（14腳）：接地端。圖2.3為

25、6264靜態RAM引腳圖。圖2.36264靜態RAM引腳圖Intel 6264的操作方式由OE、WE、CE1、CE2的共同作用決定。當WE和CE1為低電平，且OE和CE2為高電平時，數據輸入緩沖器打開，數據由數據線D7D0寫入被選中的存儲單元。當OE和CE1為低電平，且WE和CE2為高電平時，數據輸出緩沖器選通，被選中單元的數據送到數據線D7D0上。當CE1為高電平，CE2為任意時，芯片未被選中，處于保持狀態，數據線呈現高阻狀態。74LS373是常用的地址鎖存器芯片，它實質是一個是帶三態緩沖輸出的8D觸發器，在單片機系統中為了擴展外部存儲器，通常需要一塊74LS373芯片。根據設計要求，選擇7

26、4LS373地址鎖存器。74LS373引腳圖如圖2.4所示。圖2.474LS373鎖存器引腳圖 74LS373功能(gngnng)真值表如表2.1所示。表2.174LS373鎖存器功能真值表DnGOEQn11010100X00Q0XX1高阻態根據(gnj)設計要求，設計出的接口電路共有(n yu)13根地址線A0A12。其中，低八位地址線通過鎖存器與89C51的P0口相連，高5位與89C51的P2.0P2.4相連。當89C51發出13位地址信息時，分別選中6264片內8KB存儲器中個單元，而8根數據線直接與89C51的P0口相連。6264的OE端與89C51的RD相連。6264的WE端與89C

27、51的WR相連。6264的片選線CE直接連89C51的P2.6端。由此可設計出AT89C51與6264靜態RAM的接口電路圖如圖2.5所示。圖2.5AT89C51與6264的接口電路電源(dinyun)電路設計 本次設計所需要使用到的元器件電源均與AT89C51單片機相同，為+5V直流電源，故需要設計出合適(hsh)的AC220V整流DC5V的電源電路。電源電路模塊包括變壓器、晶閘管橋式整流和穩壓(wn y)濾波裝置。220V市電經過變壓器轉換成帶有高次諧波的5V交流電，再經過整流橋的整流、電容濾波和穩壓管穩壓后輸出+5V穩定直流電。穩壓二極管的特點就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。這樣，

28、當把穩壓管接入電路以后，若由于電源電壓發生波動，或其它原因造成電路中各點電壓變動時，負載兩端的電壓將基本保持不變。根據設計要求，穩壓管選擇額定電壓5.1V的型號為1N4733的穩壓管，由此保證電源電路能夠提供標準的直流電，以此保證89C51單片機及其它模塊能夠正常工作。電源電路原理圖如圖2.6所示。圖2.6電源電路原理圖復位(f wi)電路設計復位電路(dinl)對于89C51是不可或缺的一部分，其功能(gngnng)是在上電或復位過程中，控制CPU的復位狀態，即在這段時間內讓CPU保持復位狀態，而不是一上電或剛復位完畢就工作，防止CPU發出錯誤的指令、執行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。復

29、位電路設計分為上電復位和手動復位兩種復位形式。上電復位在89C51上電時自動完成，手動復位需要保持RESET引腳兩個機器周期以上的高電平。上電復位電路的基本功能是系統上電時提供復位信號，直至系統電源穩定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復位。手動按鈕復位需要人為在復位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RESET端和正電源VCC之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，通過R1和R2形成回路，則VCC的+5V電平就會直接加到RESET端。手動按鈕復位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數十毫秒，

30、所以，完全能夠滿足復位的時間要求。如圖2.7為復位電路原理圖。圖2.7CPU復位電路時鐘(shzhng)電路設計時鐘電路(dinl)用于產生單片機工作所需的時鐘信號。時鐘信號可以由兩種方式產生：內部時鐘方式和外部時鐘方式。根據設計要求AT89C51內部(nib)有一個高增益反向放大器，用于構成片內振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。晶體震蕩頻率高，則系統的時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快，但反過來運行速度快對存儲器的速度要求就高，對印制電路板的工藝要求也高。經過權衡比較，本次設計使用震蕩頻率為12MHz的晶振，可知機器周期為12/（12*10）=1s。再XTAL

31、1和XTAL2兩端跨接晶振，就構成了穩定的自激振蕩器，其發出的脈沖直接送入內部時鐘發生器，時鐘電路原理圖如圖2.8所示。圖2.8時鐘電路原理圖CPU最小系統圖單片機最小系統,或者稱為最小應用系統，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統.。對AT89C51單片機來說，最小系統一般應該包括：單片機、電源、晶振電路和復位電路。XTAL1接外部晶振和微調電容的一端，在片內它是振蕩器倒相放大器的輸入，XTAL2接外部晶振和微調電容的另一端，在片內它是振蕩器倒相放大器的輸出。第9引腳為RESET輸入端，與外接電容、電阻及開關共同組成復位電路。經過上述設計過程，最終形成的完整的CPU最小系統圖如圖2.9

32、所示。圖2.9CPU最小系統圖輸入輸出接口(ji ku)電路設計(shj)溫度(wnd)傳感器的選擇根據設計要求測量溫度范圍0300，并可設定恒溫值，選擇型號WZP系列工業熱電阻作為測量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調節器配套使用。WZP系列工業熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩定。在WZP系列中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業測溫，而且被制成標準的基準儀。溫度傳感器分度號PT100，PT100溫度傳感器為正溫度系數熱電阻傳感器，是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。100即表示它在0時阻值為100歐姆，在100時它的

33、阻值約為138.5歐姆。它可以直接測量各種生產過程中從-200850范圍內的液體、蒸汽和氣體介質以及固體表面溫度。因此確定傳感器型號為WZP-PT100。PT100主要技術參數如下：（1）測量范圍：-200+850。（2）允許偏差值： A級 ，B級 。（3）響應時間30s。（4）最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm。（5）允通電流5mA。查閱相關資料得知，PT100溫度傳感器還具有抗振動、穩定性好、準確度高、耐高壓等優點。鉑熱電阻的阻值與溫度之間的關系可用式（3-1）表示，0t850時，Rt=R0（1+At+Bt） （3-1）式中Rt為t時的鉑電阻的阻值，R0為0時的鉑電阻的阻值，A、

34、B 為常數，A=3.9684710，B=-5.84710。由此可得出PT100的阻值與溫度的關系基本呈線性關系。PT100 R-t曲線圖如圖3.1所示。圖3.1PT100鉑熱電阻R-t特性曲線溫度(wnd)檢測(jin c)接口電路設計A/D轉換器選擇(xunz)由于設計要求溫度測量范圍0300，常用8位A/D轉換器ADC0809已不能夠滿足分辨率要求，故本次設計采用12位分辨率的A/D轉換器MAX197。MAX197是美國美信公司生產的多量程、12位數據采集系統（ADC），芯片工作電壓僅為5V；既可接收高于電源電壓的模擬信號，又可接收低于地電位的模擬信號。在數據采集系統中，A/D轉換的速度和

35、精度又決定了采集系統的速度和精度。MAX197可以和大部分單片機直接接口，使用十分方便。MAX197性能特性如下：（1）12位分辨率，1/2LSB線性度。（2）單5V供電。（3）軟件可編程選擇輸入量程。（4）輸入多路選擇器保護。（5）8路模擬輸入通道。（6）6s轉換時間，100kSPS采樣速率。（7）內/外部采集控制。（8）內部4.096V或外部參考電壓。（9）兩種掉電模式。（10）內部或外部時鐘。如果忽略PT100的非線性誤差和運放誤差，可以計算出選用MAX197的測量精度最小可達300/2=0.0732。其引腳圖如圖3.2所示。圖3.2MAX197引腳圖模擬量檢測(jin c)接口電路圖根

36、據(gnj)以上設計，設計出合適(hsh)的傳感器測溫電路，將鉑熱電阻放在電橋的橋臂上，溫度變化時，熱電阻兩端的電壓信號被送到儀器放大器的輸入端，經過放大器放大后的電壓輸出送給MAX197A/D轉換芯片，能夠完成把熱電阻的阻值轉換成數字量并輸入單片機的要求。HBEN為12位數據高4位或低8位有效控制位，當此位為高時，高4位數據有效，為低時低8位數據有效，可以通過控制這個引腳來讀取12位的轉換結果。通過AT89C52的P0.0P0.7與MAX197的D0D7相連，既用于輸入MAX197的初始化控制字，也用于讀取轉換結果數據。 用AT89C52單片機的P2.7作片選信號，則MAX197的高位地址為

37、7FH。選擇MAX197為軟件設置低功耗工作方式，所以置SHDN腳為高電平。本文采用外部基準電壓，所以REFDJ接高電平，而REF則接外部輸入參考電壓。AT89C52單片機的P1.0腳用做判讀高、低位數據的選擇線，直接與HBEN腳相連。MAX197的INT腳可與AT89C52的INT0相連,以便實現中斷，讀取轉換結果。最終可得出模擬量檢測接口電路圖如圖3.3所示。圖3.3模擬量檢測接口電路溫度控制輸出(shch)接口電路設計由于設計要求啟動5kW電阻電熱絲作為加熱元件，因此考慮使用(shyng)光耦元件作為AT89C51單片機與加熱電路間的耦合元件。經過查閱資料，采用單通道可控硅輸出光電耦合器

38、MOC3081作為接口電路(dinl)驅動控制，MOC3081是摩托羅拉公司生產的可控硅輸出的光電耦合器，常用做大功率可控硅的光電隔離觸發器，且是過零觸發的，具有工作穩定、抗干擾和動作迅速等優點。其封裝類型為DIP6，光電耦合器類型是三端雙向可控驅動器，功耗250mW。設計出的輸出接口電路如圖3.4所示。圖3.4溫度控制輸出接口電路人機對話接口(ji ku)電路設計根據設計(shj)要求，鍵盤輸入值包括溫度設定數字鍵09、確認鍵和復位鍵，選用43矩形(jxng)鍵盤即可滿足要求。顯示器要能夠顯示至少三位數字，因此設計3個8段LED數顯管分別顯示溫度的個位、十位和百位。綜合比較各種方案后，本次設

39、計接口電路采用8155擴展I/O口構成的鍵盤、顯示接口電路。人機對話接口電路圖如圖3.5所示。圖3.5人機對話接口電路加熱(ji r)控制器軟件(run jin)設計(shj)軟件實現功能綜述根據設計要求，本次設計軟件主要實現的功能為：將溫度傳感器經MAX197轉換后的數字量輸入單片機，經過顯示碼處理后將變量送到數碼管上顯示出來。同時，單片機對輸入的數字量進行處理，對加熱器件即電烤箱溫度進行控制。通過按鍵控制軟件還應該實現按鍵操作，例如設置參數的功能。為了能夠實現上述功能，經過認真的分析和整理，以及對整體功能進行細化、分配，把系統的程序劃分為以下幾個主要部分：（1）復位部分：通過對堆棧、定時器

40、、計數器、中斷和特殊功能寄存器進行賦值，有關寄存器的清零，以及計數器/定時器的初值存放等功能的實現。（2）A/D轉換部分：把溫度傳感器PT100測量的溫度信號模擬量經MAX197轉換為數字量輸入AT89C51單片機。（3）加熱控制部分：通過處理單片機輸入數據，將處理信號輸出至驅動電路控制加熱器加熱操作。（4）人機對話部分：把溫度值進行準確顯示，單片機上電后開始對鍵盤進行掃描，一旦檢測到有鍵按下就會轉去執行處理程序，處理完畢后能夠返回主程序。此部分穿插于以上各部分之中，無需另行設計。通過對軟件部分的設計，與硬件連接配合后能夠完成設計要求的控制電烤箱內溫度并可以設定恒溫的要求。流程圖設計主程序流程

41、圖設計主程序主要實現系統的復位、A/D轉換和顯示。 系統復位包括寄存器的初始化、通信的初始化、LED顯示的初始化、I/O端口的初始化和數據的初始化。A/D轉換即MAX197數據轉換過程。顯示包括LED數據顯示和顯示刷新。流程圖如圖4.1所示。執行中斷，輸入信號獲取AT89C51復位溫度傳感器PT100采樣鍵盤輸入模擬信號輸入MA197 A/D轉換器數字信號輸入AT89C51單片機LED顯示溫度或輸入鍵值圖4.1主程序流程圖YN模擬量檢測(jin c)流程圖設計模擬量采樣(ci yn)過程(guchng)中，由于鉑熱電阻的非線性誤差和電源干擾的存在，可能導致A/D轉換后的結果與電烤箱實際溫度不同

42、，為了提高系統的可靠性和信號的正確性，本設計采用取算術平均濾波法，就是連續取幾個采樣值進行取算術平均值。算是平均濾波法有方法簡單、數據采集精確和可操作性強等優點。根據檢測流程設計，外部輸入的模擬量信號首先由傳感器送入MAX197進行模擬量采集，在一次采樣間隔時間內，將幾次采樣數據輸入量輸入A/D轉換器進行轉換。為了準確地反映被測信號，防止干擾信號對測量結果造成的誤差，每一路信號采集4次并記錄轉換，將轉換后的數字量數據求平均得出此次采集的結果。 計算完成后將數字量數據輸出到LED數碼管上，顯示出當前電烤箱內的溫度。LED顯示溫度值取算術平均值并記錄數據求和次數3溫度傳感器PT100采樣并記錄數據

43、采樣記錄數據求和模擬量檢測開始圖4.2模擬量檢測流程圖加熱(ji r)控制流程圖設計(shj)加熱控制器軟件設計主要實現的作用是當模擬采樣(ci yn)收集的電烤箱當前溫度值與鍵盤輸入的溫度設定值不同時，控制控制加熱器工作與否的功能。加熱控制器的主要作用即為功能電路提供溫度數據，供電路采集使用，溫度控制系統即以溫度作為被控制量的反饋控制系統。加熱控制過程需要模擬量檢測過程完成時方能進行。控制過程為檢測到有鍵盤輸入量時，將鍵盤輸入量與當前溫度模擬量檢測轉換結果相比較，若大于當前溫度值則控制加熱器件停止加熱，若小于當前溫度值則控制加熱器件加熱。夠哦城中不斷檢測對比，直到電烤箱內部溫度與設定值相等。

44、加熱控制流程圖如圖4.3所示。LED顯示當前溫度NY驅動加熱器加熱控制開始檢測鍵盤輸入量大于測量值圖4.3加熱控制流程圖程序清單 PAGE 26ORG 0000HAJMP STARTORG 0003HAJMP KEYORG 0030HSTART：CLR P1.7CLR P1.3CLR P1.5SETB P1.6MOV R4, #00HMOV SP, #60HMOV PSW, #00HMOV R0, #20HMOV R7, #60HCAMP：MOV A, 30HMOV 40H, AMOV A, 38HCLR CCJNE A, 40H, DISPLAYMOV A, 39HCJNE A, 30H,

45、DISPLAYSJMP CAMPMAIN： LCALL PT100LCALL DISPLAYLCALL CAMPCLR P1.3SETB P1.6CLR CAMPLCALL PT100LCALL DISPLAYLCALL DISPLAY PT100： PUSH PSWMOV R0, #7AH MOV A, R0SWAP ADEC R0ADD A, R0MOV R1, AANL A, #0F0HSWAP AMOV B, #0AHMUL ABMOV R2, AMOV A, R1ANL A,#0FHADD A, R2MOV 38H, AMOV R0, #78HMOV 39H, R0RETKEY： M

46、OV R0, #00HINC R0DJNZ R7, MLCLR IT0 MOV A,#03H MOV DPTR,#7F00H MOVX DPTR,AKEY1：ACALL KS JNZ LK1 ACALL DISPLAY AJMP KBZLK1： ACALL DISPLAY ACALL DISPLAY JNZ LK2 AJMP KBZLK2： MOV R2,#0FEH MOV R4,#00HLK3： MOV DPTR,#7F01H MOV A,R2 MOVX DPTR,A INC DPTR INC DPTRMOVX A,DPTRJB ACC.0,LONEMOV A,#00HAJMP LKPLON

47、E： JB ACC.1,LTWO MOV A,#08H AJMP LKPLTWO： JB ACC.2 ,LTHR MOV A,#10H AJMP LKPLTHR： JB ACC.3,NEXT MOV A,#18HLKP： ADD A,R4 PUSH ACCLK4： ACALL DISPLAY ACALL KS JNZ LK4 POP ACCKEND： RETNEXT： INC R4 MOV A,R2 JNB ACC.7,KBZ RL A MOV R2,A AJMP LK3KBZ： MOV A,#0FEH AJMP KENDKS： MOV DPTR,#7F01H MOV A,#00H MOVX

48、DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,DPTR CPL A ANL A,#0FH RETDISPLAY：MOV A,#03H MOV DPTR,#7F00H MOVX DPTR,A MOV R0,#78H MOV R3,#7FH MOV A,R3DIR0： MOV DPTR,#7F01H MOVX DPTR,A INC DPTR MOV A,R0 ADD A,#0DH MOVC A,A+PC MOVX DPTR,A ACALL DEL1INC R0 MOV A,R3 JNB ACC.0,DIR1 RR A MOV R3,A AJMP DIR0DIR1:： RETDSEG： DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HDEL1： MOV R7,#02HDEL0： MOV R6,#0FEH DJNZ R6,$ DJNZ R7,DEL0 RET 系統(xtng)設計與分析系統(xtng)原理圖 根據設計(shj)要求和以上內容的設計，得出電烤箱加熱控制系統原理圖如圖5.1所示。圖5.1加熱控制系統原理圖系統(xtng)原理綜述根據(gnj)設計要求，本次設計的電烤箱加熱控制器系統以89C51單片機為主體，通過對CPU最小系統、接口