摘 要
本设计采用了MCS-51系列单片机软硬件的结合达到对温度的控制，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。电阻炉炉温控制是这样一个反馈调节过程：由单片机定时对炉温进行检测，经A/D转换芯片得到相应的数字量和需要的炉温量得到偏差，通过对偏差的处理获得控制信号，去调节炉子的加热功率，在本系统中单片机采用了运用较为广泛的PID控制算法，把检测温度和人们输入的期望温度相比较，然后通过PID控制算法，计算出系统在本工作周期内应该导通的波头数，由此调节输入功率，从而达到控制温度的目的。在测定和控制温度的过程中可以通过LED显示器显示温度的变化过程，同时连上报警装置，达到安全，时实的控制温度的效果。使得该系统设计合理、功能完善、性能优越，在实际生产中应用效果良好。
关键词：MCS-51单片机；温度控制；PID；电加热炉
目 录
1绪论…………………………………………………………………………………………………………1
1.1课题研究的目的和意义 …………………………………………………………………………………1
1.2国内外发展概况………………………………………………………………………………………… 1
1.2.1经典控制技术阶段 ……………………………………………………………………………………2
1.2.2现代控制理论阶段 ……………………………………………………………………………………2
1.2.3智能控制技术阶段 ……………………………………………………………………………………2
2单片机温度控制系统的硬件设计…………………………………………………………………… 6
2.1单片机温度控制系统的工作原理……………………………………………………………………… 6
2.2MCS-51单片机…………………………………………………………………………………………… 7
2.2.1MCS-51单片机的特点及功能 …………………………………………………………………………7
2.2.2MCS-51单片机内部资源 ………………………………………………………………………………7
2.2.3MCS单片机的引脚及其功能……………………………………………………………………………8
2.3温度检测元件和变送器 ………………………………………………………………………………10
2.3.1热电偶的选择 ………………………………………………………………………………………10
2.3.2热电偶测温原理 ……………………………………………………………………………………10
2.3.3热电偶测温的冷端补偿………………………………………………………………………………11
2.3.4温度检测及放大………………………………………………………………………………………12
2.4A/D转换电路及其接口技术 ……………………………………………………………………………13
2.4.1A/D转换器工作原…………………………………………………………………………………… 13
2.4.2 ADC0809转换器及其与单片机接口电路……………………………………………………………15
2.5显示电路…………………………………………………………………………………………………16
2.5.1 8279显示芯片 ………………………………………………………………………………………16
2.5.2 LED显示器及其接口技术……………………………………………………………………………17
2.5.3键盘/显示器电路 ……………………………………………………………………………………19
2.6温度过零触发检测控制电路……………………………………………………………………………20
2.6.1过零稳态检测电路……………………………………………………………………………………20
2.6.2触发脉冲输出电路……………………………………………………………………………………21
2.6.3晶闸管主回路…………………………………………………………………………………………22
2.7报警与指示电路…………………………………………………………………………………………22
3.系统的软件设计 ………………………………………………………………………………………24
3.1系统主程序………………………………………………………………………………………………24
3.2温度检测与标度变换子程序……………………………………………………………………………25
3.3PID参数整定方法 ………………………………………………………………………………………28
3.3.1PID整定概述 …………………………………………………………………………………………28
3.3.2比例、积分、微分系数的作用…………………………………………………………………29
3.3.3衰减曲线法……………………………………………………………………………………………29
3.4数字调节器的设计…………………………………………………………………………………31
3.4.1电阻炉的数学模型………………………………………………………………………………31
3.4.2调节器的选择及参数计算………………………………………………………………………31
3.4.3温度控制算法及程序设计………………………………………………………………………32
3.5数字触发器的设计…………………………………………………………………………………34
3.5.1数字触发器的组成和工作原理…………………………………………………………………34
3.5.2准备程序…………………………………………………………………………………………34
3.5.3触发中断服务程序………………………………………………………………………………34
结束语…………………………………………………………………………………………………37
致 谢……………………………………………………………………………………………………38
参考文献………………………………………………………………………………………………39
附 录……………………………………………………………………………………………………40
附录A……………………………………………………………………………………………………40
附录 B……………………………………………………………………………………………………41
