本科生课程设计（论文）辽宁工业大学单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：加热炉温度控制器设计院（系）：电气工程学院专业班级：电气092学号： 090303040学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2012.06.24-2012.07.06课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 电气工程及其自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号学生姓名专业班级电气092课程设计（论文）题目加热炉温度控制器设计课程设计（论文）任务 高温加热炉利用煤气加热，通过传感器测量温度，四相5V 、1A 步进电机调节阀门来调节进气量。

温度控制范围0～1800℃。

设计任务：1. CPU 最小系统设计（包括CPU 选择，晶振电路，复位电路）2. 温度传感器及接口电路设计3. 步进电机驱动电路设计4. 程序流程图设计及程序清单编写 技术参数：1．温度控制范围：0-1800℃ 2．工作电源220V 设计要求：1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适的单片机、AD 转换器、输出电路等；2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。

进度计划第1天 查阅收集资料 第2天 总体设计方案的确定 第3-4天 CPU 最小系统设计第5天 温度传感器及接口电路设计 第6天 步进电机驱动电路设计 第7天程序流程图设计第8天 软件编写与调试 第9天 设计说明书完成 第10天答辩指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩：总成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘要本文主要从硬件和软件两方面介绍了如何运用89C51单片机设计加热炉的温度控制系统，说明了怎么实现对加热炉温度的控制，并对硬件原理图和程序流程图作了简洁的描述。

还介绍了在加热炉温度控制系统的软硬件设计中的一些主要技术关键环节，该系统主要以89C51单片机为核心，由LED显示电路，键盘输入电路，模拟检测电路，模/数转换电路，步进电动机控制电路等构成。

用89C51单片机设计的温度检测电路是本次设计的主要内容，是整个单片机温度控制系统设计中不可缺少的一部分，该系统利用温度传感器对温度进行了实时采集与检测，从而对加热炉的温度进行更精确的控制。

本设计介绍的单片机温度控制系统主要内容包有系统方案、元器件选择、系统理论分析、硬件设计、软件设计、系统调试等几方面。

关键词：单片机；温度传感器；温度检测；目录第1章绪论 (1)1.1加热炉温度控制器概况 (1)1.2本文研究内容 (1)第2章CPU最小系统设计 (3)2.1加热炉温度控制器总体设计方案 (3)2.1.1加热炉温度控制框图设计 (3)2.1.2工作过程分析 (3)2.2CPU的选择 (4)2.3复位电路设计 (5)2.4时钟电路设计 (6)2.5CPU最小系统图 (6)第3章输入输出接口电路设计 (8)3.1温度传感器的选择 (8)3.2温度检测接口电路设计 (8)3.2.1 A/D转换器 (8)3.2.2模拟量检测接口电路图 (9)3.3四相步进电动机与单片机接口电路 (10)3.4人机对话接口电路设计 (11)3.4.1按键设计 (11)3.4.2显示电路设计 (11)第4章系统软件设计 (13)4.1软件实现功能及主程序设计 (13)4.2模拟量检测流程图设计 (14)4.3步进电机流程图设计 (15)4.4中断系统的流程图设计 (15)第5章系统设计与分析 (17)5.1系统原理图 (17)5.2系统原理综述 (17)第6章课程设计总结 (19)参考文献 (20)第1章绪论1.1加热炉温度控制器概况随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。

温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数。

在工业生产过程中为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程中的主要参数，如温度，压力，流量，速度等进行有效的控制。

其中温度的控制在生产过程中占有相当大的比例。

准确测量和有效控制温度是优质，高产，低耗和安全生产的重要条件。

在工业的研制和生产中，为了保证生产过程的稳定运行并提高控制精度，采用微电子技术是重要的途径。

它的作用主要是改善劳动条件，节约能源，防止生产和设备事故，以获得好的技术指标和经济效益。

加热炉是将物料或工件加热的设备。

按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。

应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。

加热炉按炉温分布，炉膛沿长度方向可分为预热段、加热段和均热段。

作为控制系统中的一个典型实验设计，单片机温度控制系统综合运用了微机原理、自动控制原理、传感器原理、模拟电子技术、数字控制技术、键盘显示技术等诸多方面的知识，是对所学知识的一次综合运用。

本课题采用98c51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态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。

1.2本文研究内容温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械等工业中，具有举足重轻的作用。

对于不同场所、不同工艺、所需温度高低、范围不同、精度不同，采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方式也有所不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。

随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。

利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。

现在我们完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，而且我们可以很容易地做到多点的温度检测，如果对此原理图稍加改进，我们还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。

本次设计：加热炉温度控制器的设计，正是运用单片机和温度传感器对温度进行控制。

本次设计的内容为：以89C51单片机为核心，高温加热炉利用煤气加热，通过传感器测量温度，四相5V、1A步进电机调节阀门来调节进气量。

具体设计任务：1. CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2. 温度传感器及接口电路设计3. 步进电机驱动电路设计4. 程序流程图设计及程序清单编写5．温度控制范围：0-1800℃6．工作电源220V阀门 步进电机加 热器显示键盘单片 机A/D 转换器第2章 CPU 最小系统设计2.1 加热炉温度控制器总体设计方案2.1.1 加热炉温度控制框图设计单片机温度控制系统是以89C5l 单片机为控制核心，辅以采样电路，驱动电路，步进电机电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。

系统的原理框图如图2.1所示。

其基本控制原理为: 用键盘将温度的设定值送入单片机，通过信号采集电路将温度信号采集到后，送到A/D 转换电路将信号转换成数字量送入单片机系统进行控制运算，控制步进电动机进而控制加热炉的温度。

图2.1加热炉温度控制框图2.1.2 工作过程分析由温度控制器工作流程图分析具体的工作过程。

首先，通过热电耦采集加热炉中的温度，通过相应的电路使温度信号转换为电压信号。

由于单片机制能识别数字量，因此还需要经A/D 转换，使模拟电压信号转化为数字量信号。

A/D 转换后的数字量进入单片机89C51后，由程序算法，判断温度是不是超过设定值，并且有相应的键盘显示电路，用以显示加热炉的温度。

根据判断温度是否超过设定值，由单片机发出相应的指令，经步进电机控制电磁阀，从而通过阀门的控制就可以控制煤气的进气量多少。

也就可以达到对加热炉温度的调节和运算放大器温度传感器控制。

2.2 CPU 的选择单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。

它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器计数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。

因此，在本课题设计的温度控制系统中，采用单片机来实现，选用89C51单片机。

芯片引脚如图2.2所示：VSS : 接地端。

VCC : 电源端。

正常操作及对FLASH ROM 编程和验证时接+5V 电源。

图2.2 89C51芯片引脚P0口：是双向8位三态 I/O 口。

在访问外部存储器时，可分时用作低8位地址线和8位数据线；在FLASH ROM 编程时，它输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令。

P0口能驱动8个LSTTL 门电路。

P1口： 是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。

在对FLASH ROM 编程和程序验证时，它接受低8位地址。

能驱动4 个LSTTL 门电路。

P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。

在访问外部存储P1.01P1.23P1.12P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RESET 9P3.010P3.111P3.313P3.212P3.414P3.515P3.616P3.717X T AL119X T AL218V SS20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN 29ALE 30EA 31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039V CC 4089c51器时，它送出高8位地址。

在对FLASH ROM编程和程序验证时，它接收高8位地址和其他控制信号。

能驱动4 个LSTTL 门电路。

P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，能驱动4 个LSTTL 门电路。

RST: 复位信号输入端，高电平有效。

当振荡器工作时，出现两个机器周期以上的高电平，就可以使单片机复位。

ALE/PROG：地址锁存允许信号。

PSEN:外部程序存储器选通信号。

EA/VPP:访问内、外部程序存储器控制信号。

接高电平时，CPU访问并执行内部程序存储器的指令，但当程序计数器值超过0FFFH时，将自动转去执行外部程序存储器中的程序。

接低电平时，CPU只访问并执行外部程序存储器中的指令。

XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。

2.3复位电路设计复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。

复位是单片机的初始化操作。

单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU 和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

因此，复位是一个很重要的操作方式。

但单片机本身不能自动复位的，必须配合相应的外部复位电路才能实现的。