电烤箱的智能温控仪表设计本文介绍了以STC89C51单片机为核心的电烤箱温度控制系统。

电烤箱的温度控制系统有两个部分组成：硬件部分和软件部分。

其中硬件部分包括：单片机电路、传感器电路、放大器电路、转换器电路、以及键盘和显示电路。

软件部分包括：主程序、运算控制程序、以及各功能实现模块的程序，以如下设计为要求：⑴电烤箱由1kW电加热器加热，最高温度为120°C。

⑵电烤箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差≤±2°C。

⑶可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1°C。

⑷当实际温度超出设置温度±5°C时发出报警⑸采用STC89C51单片机和11MHz的晶振；采用AD590温度传感器。

⑹采用位式控制、并用晶闸管过零驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。

文章最后对本设计进行了总结。

对温度控制系统的发展提出了几点建议。

关键词：单片机；温度；电烤箱；控制目录前言 (4)第1章概述 (4)1.1技术指标 (4)1.2控制方案 (4)第2章电烤箱的智能温控仪表硬件部分设计 (5)2.1硬件部分 (5)2.2单片机电路设计 (5)2.2.1 中央处理器CPU (6)2.2.2 运算器 (6)2.2.3 STC89C51单片机引脚功能 (7)2.2.4 引脚功能 (8)2.2.5 控制线 (9)2.2.6 STC89C51单片机的存储器结构 (9)2.2.7 STC89C51单片机的并行I/O端口 (9)2.2.8 STC89C51单片机时钟电路及时序 (10)2.2.9 复位电路 (11)2.2.10 STC89C51单片机的指令系统 (11)2.3传感器电路设计 (11)2.3.1 传感器概述 (11)2.3.2 传感器的基本特性 (12)2.3.3 热电阻的测量电路及应用 (15)2.4A/D转换电路设计 (14)2.4.1 逐次逼近型A/D转换器ADC0809 (16)2.5放大器电路设计 (19)2.5.1 交流放大器电路 (19)2.5.2 直流放大器电路 (20)2.5.3 运算放大器电路 (20)2.6键盘及显示电路的设计 (21)2.6.1 键盘接口电路 (21)2.6.2 LED显示器接口电路 (26)2.7抗干扰电路设计 (27)2.7.1 电磁干扰的形成因素 (27)2.7.2. 干扰的分类 (28)2.7.3 单片机应用系统电磁干扰控制的一般方法 (28)2.7.4 硬件抗干扰措施 (29)第3章软件部分设计 (30)3.1工作流程 (30)3.2功能模块 (30)3.3资源分配 (30)3.4功能软件设计 (31)3.4.1 键盘管理模块 (31)3.4.2 显示模块 (34)3.4.3 温度检测模块 (31)3.4.4 温度控制模块 (38)3.4.5 温度越限报警模块 (40)3.4.6 主程序和中断服务子程序 (41)第4 章结论 (43)参考文献 (44)附录1 (45)附录2 (45)前言随着社会的不断发展，人们对机械的应用也越来越广，进而人们对机械运动的控制要求亦越来越高。

机电控制实现了以电气来控制机械。

单片机的出现使机电控制技术突飞猛进。

单片机出现的历史并不长，但发展迅猛。

自1975年美国德克斯仪器公司首次推出8位单片机TMS-1000后才开始快速发展。

1976年9月，美国Intel公司首次推出MCS-48系列8位单片机以后，单片机发展进入了一个新的阶段。

1983年Intel公司推出的MCS-96系列、1987年Intel公司又推出的80C96等位16位单片机。

近年来各个计算机生产厂家已进入更高性能的32位单片机研制、生产阶段。

单片机发展之快、品种之多。

其中最常用的主要有：AT89系列单片机、AVR单片机Motorola公司的M68HC08系列单片机以及PIC单片机。

随着社会的发展，单片机的特点体现在体积小、可靠性高、使用方便等方面。

根据温度控制的特点，本次设计采用STC89C51单片机为控制核心，采用位式控制算法并用晶闸管过零驱动1000W电加热器。

实现对电烤箱的温度的控制。

通过本次设计进一步详细说明单片机控制系统在社会生活中的应用。

为以后进一步应用单片机系统提供帮助。

第1章概述温度控制是工业生产过程中经常遇到的控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。

根据温度变化快慢的特点，并且控制精度不易掌握等特点，本文电烤箱的温度控制为模型，设计了以STC89C51单片机为检测控制中心的温度控制系统。

温度控制显示采用3位LED静态显示。

该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强的通用性。

1.1 技术指标功能及技术指标：⑴电烤箱由1kW电加热器加热，最高温度为120°C。

⑵电烤箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差≤±2°C。

⑶可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1°C。

⑷当实际温度超出设置温度±5°C时发出报警⑸采用STC89C51单片机和11MHz的晶振；采用AD590温度传感器。

⑹采用位式控制、并用晶闸管过零驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。

1.2 控制方案•位式控制位式控制就是通断控制。

如果设定值为A，当系统的输入值小于A或大于A 时，输出的控制信号只有0和1两种状态，称为二位式控制。

举个例子：假设x表示水箱的实际水位、A表示设定的水位控制高度，y表示输出的控制信号，则：当实际水位x低于设定的A时，y=1，水泵导通，水箱开始进水；当水位达到或超出了A时，y=0，水泵关断，水箱停止进水。

•晶闸管过零驱动双向晶闸管在单片机控制系统中，常作为功率驱动器件，特别适合做交流无触点开关使用。

双向晶闸管接通的一般都是功率较大的电器，且连接在强电网络中，因此对单片机的控制信号会造成较大的干扰。

所以在一般情况下，都通过光电耦合器将单片机与双向晶闸管隔离。

另外，为了进一步减小双向晶闸管触发时产生的干扰，双向晶闸管的触发常采用过零触发电路，也称为过零驱动电路。

过零触发，就是在电压为零或零附近的瞬间接通。

由于采用了过零触发，所以在晶闸管的控制电路中，还需要有交流电的过零检测电路。

双向晶闸管（也称为双向可控硅）过零触发电路主要应用于单片机系统的交流负载控制电路，可以控制电炉等大功率交流设备。

当过零检测电路检测到交流电压过零时，便产生中断请求，只要在中断服务程序过单片机的P1.0引脚发出触发脉冲，即可触发双向可控硅导通。

第2章电烤箱的智能温控仪表硬件部分设计2.1硬件部分系统的硬件部分包括单片机电路、A/D转换器、放大器、传感器、键盘及显示电路五大部分。

其各部分连接关系如图2-1所示。

图2-1 电烤箱温度控制系统结构2.2 单片机电路设计随着社会发展，单片机以其体积小、可靠性高、使用方便的特点在社会生活中达到广泛应用。

根据温度控制特点，本次设计采用STC89C51。

以下对其进行详细介绍。

STC89C51单片机是美国Intel公司的8位高档单片机的系列。

也是目前应用最为广泛的一种单片机系列。

其部结构简化框图如下所示。

STC89C51系列单片机主要有CPU、存储器，I\O接口电路及时钟电路等部分组成。

2.2.1 中央处理器CPU中央处理器CPU是单片机的核心。

是计算机的控制指挥的中心。

同一般微机的CPU类似。

STC89C51单片机部CPU包括控制器和运算器。

如图2.1.2-12.2.2 运算器STC89C51运算器电路以算术逻辑单元ALU为核心。

有累加器ACC、寄存器B、暂存器1、暂存器2、程序状态寄存器PSW和布尔处理机共同组成。

它主要完成数据的算术运算、逻辑运算、位变量处理和数据传输操作。

运算结果的状态由程序寄存器PSW保存。

A. 算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄存器B算术逻辑单元ALU不但能完成8位二进制的加、减、乘、除等算数的运算。

而且还能对8位变量进行逻辑“与”“或”“异或”循环位移等逻辑的运算。

累加器ACC(简称累加器A) 为一个8位寄存器，它是CPU中使用最频繁寄存器。

专门存放操作数或运算结果。

图2.2.2-1 STC89C51单片机部结构简化框图2.2.3 STC89C51单片机引脚功能STC89C51系列单片机的封装形式有两种：一种是双列直插方式的封装；另一种是方形的封装。

STC89C51单片机40个引脚及总线结构图如下所示。

其CMOS工艺制造的低地功耗芯片也有采用方形的封装。

但为44个引脚，其中4个引脚是不使用的。

由于STC89C51单片机是高性能的单片机。

同时受到引脚数目的限制，所以有部分引脚具有第二功能。

如图2.1.3-1单片机引脚图。

a.主电源引脚主电源引脚两根：VCC接+5V电源正端；VSS接+5V电源地端。

b.外接晶体引脚两根XTAL1:接外部石英体和微调电源一端。

XTAL2:接外部晶体和微调电容另一端。

其中，对用外部时钟时，对于HMOS单片机,XTAL1脚接地，XTAL2脚作为外部振荡信号输入端。

对CHMOS单片机XTAL1脚作为外部振荡信号的输入端，XTAL2脚空不接。

图2.2.3-1 单片机引脚图2.2.4 引脚功能I\O引脚共32根。

A．PO口：P0.0-P0.7统称为PO口是8位双向I/O口线。

P0口即可作为地址/数据总线使用，又可作为通用的I/O口线。

在不接片外存储器与不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口。

在接有片外存储器或扩展I/O时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据的总线。

B．P1口：P1.0-P1.7统称为P1口。

是8位准双向I/O口线。

P1口作为通用I/O口使用。

C．P2口：P2.0-P2.7统称为P2口。

是8位准双向I/O口线。

P2口即可作为通用的I/O 口使用。

也可作为片外存储器的高8位地址线。

与P0口组成16位片外存储器单元地址。

P3口的第二功能如下表所示：P3口的第二功能P3.0 RXD 串行口输入P3.1 TXD 串行口输出IM外部中断0输入P3.2 0IM外部中断1输入P3.3 1P3.4 T0 定时/计数器0计数输入P3.5 T1 定时/计数器1输入P3.6 WR片外RAM写选通信号（输出）P3.7 RD片外RAM读选通信号（输出）2.2.5 控制线控制线共四根。

A：ALE/PROG 地址锁存有效信号输出率。

B：PSEN 片外程序存储器读选通信号输出端低电平有效。

C：RST/VPD 复位信号备用电源输入信号。

D：EA/VPP 片外程序存储器选用端。

2.2.6 STC89C51单片机的存储器结构STC89C51单片机的存储器物理结构上分为片数据存储器、片程序存储器、片外数据存储器和片外程序存储器等4个存储空间。