基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2#/7理203.2系統(tǒng)輸入單元鍵盤的設(shè)計203.3系統(tǒng)AD采樣單元的設(shè)TOC\o"1-5"\h\z計233.4系統(tǒng)顯示單元設(shè)計243.5PWM控制的基本原理253.6單片機對PWM控制的實現(xiàn)263.7復(fù)位電路的原理278熱電偶測溫電路283.9系統(tǒng)硬件原理圖29設(shè)計結(jié)論英文文獻中文翻譯34致謝..36參考文獻37、八、■前言溫度控制設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)中常見的控制設(shè)備之一，因此溫度控制是生產(chǎn)過程自動化的重要任務(wù)之一。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料、控制方案也有所不同，例如冶金、機械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等，燃料有煤氣、天然氣、油、電等。傳統(tǒng)的繼電器控制調(diào)溫電路簡單實用,但由于繼電器動作頻繁,其觸點因頻繁通斷而產(chǎn)生接觸不良而影響正常工作。隨著電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展,微機測量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，利用微機對溫度進行測控得到日益發(fā)展和完善，且越來越顯示出其優(yōu)越性。如IGBT、晶閘管等電子器件的出現(xiàn)，采用主回路無觸點控制,克服了繼電器接觸不良的缺點,且維修方便。同時計算機技術(shù)的發(fā)展也使得新的控制方法得以實現(xiàn)，如PID控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。而PID控制由于其結(jié)構(gòu)簡單、實用、價格低，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)過程控制中。同時溫度控制系統(tǒng)的控制器也多采用PID控制。單片機即簡稱單片微型計算機，它是微型計算機發(fā)展的產(chǎn)物，自產(chǎn)生到現(xiàn)在已有30余年。微型計算機出現(xiàn)以后，計算機硬件系統(tǒng)得到了長足的發(fā)展，通用微處理以驚人的速度更新，出現(xiàn)了許多性能極佳的通用微型計算機系統(tǒng)。單片機就是微型計算機發(fā)展的一個重要的分支，應(yīng)用面廣，發(fā)展很快，其發(fā)展大致經(jīng)歷了3個歷史階段：1974-1978年，為初級單片機階段。第一代單片機始于1974年，以INTEL公司的MCS-48系列為代表，其特點是采用專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這個系列的單片機在片內(nèi)集成了8位CPU、并行I/O端口、8位定時器/計數(shù)器、RAM、ROM等。沒有串行I/O端口，中斷處理也比較簡單，片內(nèi)RAM、ROM的容量較小，且尋址范圍小于4KB。1978-1983年，為高性能單片機階段。第二代單片機以INTEL公司的MCS-51系列為代表，其技術(shù)特點是完善了外部總線，并確立了單片機的控制功能。外部總線規(guī)范化為16位地址總線，用以尋址的外部64KB的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間，8位數(shù)據(jù)總線及相應(yīng)的控制總線，形成了完整的并行三總線結(jié)構(gòu)。同時還提供了多機通信的串行I/O端口、16位定時器，具有多級的中斷處理，片內(nèi)的RAM和ROM容量大，有的片內(nèi)還帶A/D。從1983年至今，為8位單片機的鞏固提高階段，是完善16位單片機及32位和64位單片機的研制階段。單片機有以下主要特點：低功耗。一般單片機都能在3到6V范圍內(nèi)工作，對電池供電的單片機不再需要對4電源采取穩(wěn)壓措施。低電壓供電的單片機電源已由從5V降低到3V、2V甚至1V左右，0.9V供電的單片機已經(jīng)問世，工作電流也從毫安降到微安級?？构I(yè)噪聲干擾能力強，可靠性高。單片機芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，適應(yīng)溫度范圍寬，能在惡劣環(huán)境條件下可靠的工作，這也是其他機種無法比擬的優(yōu)點之一。系統(tǒng)擴展性能強。有供擴展外部電路用的三總線結(jié)構(gòu),以方便構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。單片機應(yīng)用系統(tǒng)涉及多種外部設(shè)備或系統(tǒng)的互連和通信，有必要在單片機與外部芯片之間插入有通信功能的接口總線。一直以來，單片機沒有自己的總線標(biāo)準(zhǔn)，通常是由著名廠家推出自己產(chǎn)品時配套設(shè)計的，例如MCS—51系列單片機就設(shè)計有完整的三總線結(jié)構(gòu)（地址總線AB，數(shù)據(jù)總線DB,控制總線CB）。后來根據(jù)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及多機系統(tǒng)的需要出現(xiàn)了串行、并行接口總線，可以方便的實現(xiàn)多機和分布式控制，構(gòu)成各種規(guī)模地多機系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使系統(tǒng)的效益和規(guī)模大為提高。壽命長。這里說的壽命長，一方面指用單片機開發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠的工作十年、二十年，另一方面是指與微處理器（MPU）相比的壽命長。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，MPU更新?lián)Q代的速度越來越快，以386、486、586為代表的MPU，很短時間內(nèi)就被淘汰出局，而傳統(tǒng)的單片機已經(jīng)二十多歲了，產(chǎn)量仍然是上升的。這一方面是由于其在相應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域的適應(yīng)性，另一方面是由于以該類CPU為核心，集成以更多I/O功能模塊的新單片機系列層出不窮。第1章溫度控制系統(tǒng)的方案確定在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。采用單片機來對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。1.1系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)本設(shè)計的控制對象為一電加熱爐，輸