毕业设计论文基于单片机AT89C51的电热炉温度控制系统的设计与仿真.doc

目 录摘 要 1ABSTRACT 2第1章 绪 论 31.1 单片机的应用 31.2 电热炉控制中的问题 31.3 本设计主要内容 4第2章 设计仿真平台和编程软件 52.1 设计仿真软件Proteus 52.2 编程软件Keil 7第3章 系统硬件结构设计 83.1 系统硬件组成 83.2 Proteus原理图设计 83.3 硬件电路结构 123.3.1 主控制芯片AT89C51原理及其说明 123.3.2 外部时钟电路 143.3.3 测温模块 143.3.4 显示模块 163.3.5 开关模块 173.3.6 报警模块 183.4 实际情况中的问题 18第4章 系统软件设计及调试 204.1 系统程序设计 204.1.1 DS18B20测温程序设计 224.1.2 LM016L显示程序设计 234.2 Keil与Proteus联调 24第5章 总结与展望 275.1 总结 275.2 展望 27参考文献 28致 谢 29附 录 30摘 要：电热炉可使用金属发热体或非金属发热体来产生热源，其构造简单，工业电热炉的主要用途是供机械工业对原材料、毛坯、机械零件加热用温度控制对于电热炉是至关重要的。

为了更好地控制温度、提高控制质量，选用单总线芯片DS18B20作为温度传感器，进行了基于单片机AT89C51的温度控制系统的设计与仿真显示模块选用LCD显示器，控制更为简单，显示更为清晰配以键盘模块及由二极管、蜂鸣器组成的报警模块，组合成较为完整的温度控制系统硬件选用Proteus软件绘制电路原理图，同时选用软件Keil进行编程编译，并将Keil与Proteus联调，在Proteus中查看仿真结果，实现温度的自动控制 关键词：单片机、温度控制、Keil、Proteus仿真Abstract：Electric furnace can use metal heater or ThermalTek to generate heat. Its structure is simple. Industrial electric furnaces are mainly used for the engineering industry for heating raw materials, blanks and machine parts. Temperature control is critical for electric furnace. In order to control the temperature better and improve control quality, temperature control system based on AT89C51 microcontroller is designed and simulated. It uses a single bus chip DS18B20 as a temperature sensor. LCD monitor is used in display module for more simple control and more clearly shown. Accompanied by the keyboard module and alarm module consisting of the diode and buzzer, complete temperature control system hardware is formed. Circuit schematic diagram is drawn in proteus software, and the programs are compiled in the Keil platform. By debagging of keil and proteus, the simulation results can be viewed in proteus. And then temperature control is achieved.Keywords: Single Chip、Temperature control、Keil、Proteus simulation第1章 绪 论1.1 单片机的应用单片机具有体积小、可靠性高、功能强、使用方便、性能价格比高、容易产品化等特点。

国际上从1970年代开始，国内自1980年代以来，单片机已广泛应用于国民经济的各个领域，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起重要的推动作用其应用大致可分为如下几个范畴：1、在智能仪器仪表上的应用　　单片机具有功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量2、在工业控制中的应用　　用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统在工业过程控制、机床控制、机器人控制、汽车控制以及飞行器制导系统等方面得到广泛应用3、在家用电器中的应用　　这个领域的应用特点是量大面广并且具有价格低廉的特点，如电饭锅、电子游戏机、电视机、录音机、组合音响、洗衣机、电冰箱以至电子玩具等，都广泛地使用单片机进行控制4、在计算机网络和通信领域中的应用　　现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从，机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动，集群移动通信，无线电对讲机等5、单片机在医用设备领域中的应用　　单片机在医用设备中的用途相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

6、在各种大型电器中的模块化应用　　某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），需要复杂的类似于计算机的原理又如音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换7、单片机在汽车设备领域中的应用　　单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，ABS防抱死系统，制动系统等等[1]1.2 电热炉控制中的问题温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的，甚至对温度的要求相当严格，因此生产现场需要测量温度和控制温度温度是电热炉需要控制的主要参数在传统的电热炉温度控制系统中，炉温控制采用温度仪表监视和人工调节相结合的方式，电热炉的电源通断大多采用交流接触器来控制这种控制方式结构简单，但控制精度差，控制速度慢，在资源方面耗费人力且本身耗能多，控制器的噪音大，而且在控温过程中由于接触器频繁通断，经常发生触点电弧放电现象，容易造成短路，使接触器损坏，对操作人员和设备带来不利影响及安全隐患。

传统的定值开关温度控制法存在温度滞后的问题，而多数传统基于常规PD控制的控制装置，存在精度不高、效率低等问题1.3 本设计主要内容 本课题是基于单片机的电热炉温度控制系统的设计，要求实现温度自动控制，同时显示实际温度值和设定温度值，并控制实际温度值与设定温度值相差不超过2度，超过范围时自动报警并作出相应的动作温度的控制图如图1-1所示CPU对象测温显示 设定值输出值-图 1-1 温度控制反馈图第二章中简单介绍了编程软件Keil及电路设计仿真软件Proteus第三章介绍本设计硬件结构及所涉及的芯片、电路说明，主控制芯片采用AT89C51；由于DS1302是一种高性能的芯片，可自动计时计数，故时钟电路采用DS1302；温度传感芯片DS18B20是单总线结构芯片，结构简单，接线少，且程序编写简单，故温度采集、转换、传递采用DS18B20；LCD显示电路结构简单且软件设计也相对简单，具有低功耗特点，因此显示模块采用LCD显示第四章简单讲述了程序的编写及Keil与Proteus联调显示的结果，具体程序见附录本课题基于编程软件Keil和硬件电路仿真软件Proteus，在Keil软件中程序编译成功后与Proteus软件的原理图联调，仿真实现课题要求。

第2章 设计仿真平台和编程软件2.1 设计仿真软件ProteusProteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件该软件将处理器模型、Prospice混合电路仿真、虚拟仪器、高级图形仿真、动态器件库和外设模型、处理器软仿真器、第三方的编译器和调试器等有机结合起来,真正第一次实现了在计算机上完成从原理图设计、处理器代码调试及实时仿真、系统测试及功能验证,甚至可以生成PCB，功能及其强大它运行于Windows操作系统上，可以仿真集成电路，简单介绍该软件的特点如下：① 具有强大的原理图绘制功能② 支持主流单片机系统的仿真目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、HC11系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列以及各种外围芯片如LCD、DS18B20③ 实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合在元件库中有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能 ④ 提供软件调试功能。

在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，在该软件仿真系统中同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图2-1所示包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、图形编辑窗口、对象选择器窗口、预览窗口图 2-1 Proteus界面其中各部分的功能简单介绍如下：① 原理图编辑窗口（The Editing Window）：用来绘制电路原理图蓝色方框内为可编辑区，画元件时要放置到里面这个窗口没有滚动条，可通过拖动预览窗口的绿色方框来改变原理图的可视范围② 预览窗口（The Overview Window）：它可显示两个内容，在元件列表中选择一个元件时，可以显示该元件的预览图；鼠标焦点落在原理图编辑窗口时，会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色的方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容 ③ 模型选择工具栏（Mode Selector Toolbar）：主要模型（Main Modes）：1* 选择元件（components）2* 放置连接点3* 放置标签（用总线时会用到）4* 放置文本5* 绘制总线6* 放置子电路7* 即时编辑元件参数 ④ 配件（Gadgets）：1* 终端接口（terminals）：有VCC、地、输出、输入等接口2* 器件引脚：用于绘制各种引脚3* 仿真图表（graph）：用于各种分析，如Noise Analysis 4* 录音机 5* 信号发生器（generators） 6* 电压探针：使用仿真图表时要用到 7* 电流探针：使用仿。