基于单片机的电加热炉温度控制新版系统的设计.doc

武汉职业技术学院毕业设计（论文）题目：基于AT89C51单片机电加热炉温度控制系统院 系：机电工程学院专 业：电气自动化班 级：电气13302姓 名：何 艳 辉学 号：指引教师：方 波完毕日期：3月摘 要随着国民经济发展，人们对生活质量规定越来越高，各种电子产品开始进入人们生活并成为人们生活不可或缺一某些，因而对电子产品自动化控制规定也越来越高，本设计正是选用了其中具备代表性电加热炉作为研究对象。本设计以单片机为核心对电加热炉温度进行监测和控制，采用单片机来对她们控制不但具备控制以便，简朴和灵活性大等长处，并且可以大幅度提高被控温度技术指标，从而可以大大提高产品质量和数量。为了实现高精度温度控制，本单片机系统采用PID算法控制，通过控制双向可控硅变化电炉和电源接通、断开，从而用变化加热时间办法来实现对温度控制。本系统由按键显示和温度采样控制以及上下限报警几种模块构成，通过模块间通信完毕温度设定、实际温度和测量温度显示等功能。本文对系统硬件、选型、软件中流程控制实现均有较为详细阐述，对使用编程软件也有描述，对于本系统控制特点也进行总结阐明，比较详尽地论述了整个系统有关事宜。核心词：单片机、PID算法、温度控制。AbstractAlong with the development of national economy，the people to the requirements of the quality of the life more and more high，all kinds of electronic products began to enter into the peoples life and become an integral part of life，so the requirements of electronic products of automation control also become more and more high，this design is just choose the electric heating which one is representative as the research object.This design with the single chip processor as the core to monitoring and control electric heating temperature，Using the monolithic control has not only to control convenient，simple and flexible and other advantages，and can greatly increase the specifications of temperature，which can greatly improve the quality and quantity of products.In order to realize high precision temperature control，the SCM system adopts PID control algorithm，through controlling the on and off of the Bidirectional controllable silicon and the method of changing the heating time to achieve the control of the temperature. The system is composed of button display and temperature sampling control and upper alarm several modules，through the communications of the module to realize temperature set，and the display function of the actual temperature and measuring temperature.This article is detailed in hardware，selection，software process control realization of the system，and also describes the programming software ，control characteristic and also summarizes that more exhaustive account of the system related issues.Key words ：Microcontroller、Temperature control、PID algorithm.目 录第一章 绪 论11.1课题背景及国内外研究概况11.2自动控制理论及其发展21.3课题建立以及本文完毕重要工作3第二章 总体方案设计42.1总体方案拟定42.2系统构成5第三章 单片机技术和PID算法63.1 AT89C51简介63.1.1单片机引脚简介63.1.2单片机存储构造93.2 PID算法简介103.2.1 PID算法数字化103.2.2 PID算法运用11第四章 系统硬件设计134.1系统概况134.2功能模块134.2.1单片机控制模块134.2.2数据转换与采集模块A/D0808144.2.3按键选取模块154.2.4显示模块154.2.5报警模块164.2.6输出模块164.3总体方案实现和元器件清单174.3.1系统整体设计174.3.2元器件清单18第五章 系统软件设计195.1 Protues7软件概况195.2 WAVE6000软件简介215.2.1软件概况215.2.2程序界面215.3子程序设定225.4程序流程225.5程序仿真调试295.5.1 WAVE6000仿真调试295.5.2软硬连调29第六章 课题特点316.1单片机技术应用316.2 PID算法运用316.3软件调试仿真31结 论32参照文献33附 录34致 谢48电加热炉温度控制系统设计第一章 绪 论1.1课题背景及国内外研究概况温度控制系统在国内各行各业应用虽然已经十分广泛，但从国内生产温度控制器来讲，总体发展水平依然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，依然有着较大差距。成熟温控产品重要以“点位”控制及常规PID控制器为主，它们只能适应普通温度系统控制，而用于较高控制场合智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十提成熟，形成商品化并广泛应用控制仪表较少。随着国内经济发展及加入WTO，国内政府及公司对此都非常注重，对有关公司资源进行了重组，相继建立了某些国家、公司研发中心，开展创新性研究，使国内仪表工业得到了迅速发展。随着新技术不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一种以微机应用为主新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机应用已经渗入到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。老式温度采集办法不但费时费力，并且精度差，单片机浮现使得温度采集和数据解决问题可以得到较好解决。温度是工业对象中一种重要被控参数。然而所采用测温元件和测量办法也不相似；产品工艺不同，控制温度精度也不相似。因而对数据采集精度和采用控制办法也不相似。老式控制方式已不能满足高精度，高速度控制规定，如温度控制表温度接触器，其重要缺陷是温度波动范畴大，由于它重要通过控制接触器通断时间比例来达到变化加热功率目，受仪表自身误差和交流接触器寿命限制，通断频率很低。近几年来迅速发展了各种先进温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大提高了控制精度，不但使控制变得简便，并且使产品质量更好，减少了产品成本，提高了生产效率。本系统规定有数据解决，显示功能等,被控对象为一阶惯性环节和一阶积分环节组合，惯性时间常数为2s，开环增益k=10，温度控制范畴为50150。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具备集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用以便等独特长处，在数字、智能化方面有广泛用途。本系统使用AT89C51单片机，使温度控制大为简便。1.2自动控制理论及其发展随着科学技术进步，自动控制技术在各个应用领域中应用已日渐广泛，不但使得生产设备或生产过程实现自动化，大大提高了劳动生产率和产品质量，改进了劳动条件，还在人类征服大自然，改进居住条件等方面发挥了非常重要作用。自动控制（automatic control）是指在没有人直接参加状况下，运用外加设备或装置，使机器、设备或生产过程某个工作状态或参数自动地按照预定规律运营。自动控制是相对人工控制概念而言。指是在没人参加状况下，运用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运营。自动控制理论是研究自动控制共同规律技术科学，是分析和设计自动控制系统理论基本。它发展初期，是以反馈理论为基本自动调节原理，重要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其她基于反馈原理军用设备，进一步增进并完善了自动控制理论发展。到战后，已形成完整自动控制理论体系，这就是以传递函数为基本典型控制理论，它重要研究单输入-单输出，线形定常系统分析和设计问题。自动控制理论发展历程如下：140年代-60年代初需求动力：市场竞争,资源运用，减轻劳动强度，提高产品质量，适应批量生产需要。重要特点：此阶段重要为单机自动化阶段，重要特点是:各种单机自动化加工设备浮现，并不断扩大应用和向纵深方向发展。典型成果和产品：硬件数控系统数控机床。 260年代中-70年代初期需求动力：市场竞争加剧，规定产品更新快，产品质量高，并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度。重要特点：此阶段重要以自动生产线为标志，其重要特点是：在单机自动化基本上，各种组合机床、组合生产线浮现，同步软件数控系统浮现并用于机床，CAD、CAM等软件开始用于实际工程设计和制造中，此阶段硬件加工设备适合于大中批量生产和加工。典型成果和产品：用于钻、镗、铣等加工自动生产线。 370年代中期-至今需求动力：市场环境变化，使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重，规定自动化技术向其广度和深度发展，使其各有关技术高度综合，发挥整体最佳效能。重要特点：自70年代初期美国学者初次提出CIM概念至今，自动化领域已发生了巨大变化，其重要特点是：CIM已作为一种哲理、一种办法逐渐为人们所接受；CIM也是一种实现集成相应技术，把分散独立单元自动化技术集成为一种优化整体。所谓哲理，就是公司应依照需求来分析并克服现存“瓶颈”，从而实现不断提高实力、竞争力思想方略；而作为实现集成相应技术，普通以为是:数据获取、分派、共享；网络和通信；车间层设备控制器；计算机硬、软件规范、原则等。同步，并行工程作为一种经营哲理和工作模式自80年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域，并将进一步增进单元自动化技术集成。典型成果和产品：CIMS工厂，柔性制造系统(FMS)。 随着当代应用数学新成果推出和电子计算机应用，为适应自动控制、宇航技术发展，自动控制理论跨入了一种新阶段当代控制理论。重要研究具备高性能，高精度多变量多参数最优控制问题，重要采用办法是以状态为基本状态空间法。当前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基本智能控制理论进一步。 为了实现各种复杂控制任务，一方面要将被控制对象和控制装置按照一定方式连接起来，构成一种有机总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象输出量即被控量是规定严格加以控制物理量，它可以规定保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用机构总体，它可以采用不同原理和方式对被控对象进行控制，但最基本一种是基于反馈控制原理反馈控制系统。 在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加控制作用，是取自被控量反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间偏差从而实现对被控量进行控制任务，这就是反馈控制原理。1.3课题建立以及本文完毕重要工作本文重要涉及如下内容：1以单片机为核心，建立自动控制系统，构建按键、采样、显示以及输出等外围电路，实现整个系统搭建，建立电加热炉系统仿真图；2画出软件流程图，依照流程图编写程序，并对其进行调试，使其符合系统详细规定；3将所编写程序下载到单片机中去，对系统进行整体调试，进而实现系统整个功能，设计出符合实际规定系统。第二章 总体方案设计2.1总体方案拟定由于温度控制系统控制对象具备惯性大，持续性特点。因而可以归于具备纯滞后一阶大惯性环节。普通来说，热过程大多具备较大滞后，它对任何信号响应都会推迟一段时间，使输出与输入之间产生相移。对于这样某些存在大滞后特性过渡过程控制，普通来说可以采用如下几种控制方案：1输出开关量控制对于惯性较大过程可以简朴地采用输出开关量控制办法。这种办法通过比较给定值与被控参数偏差来控制输出状态：开关或者通断，因而控制过程十分简朴，也容易实现。但由于输出控制量只有两种状态，使被控参数在两个方向上变化速率均为最大，因而容易引起反馈回路产生振荡，对自动控制系统会产生十分不利影响，甚至会由于输出开关频繁动作而不能满足系统对控制精度规定。因而，这种控制方案普通在大惯性系统对控制精度和动态特性规定不高状况下采用。2比例控制（P控制）比例控制特点是控制器输出与偏差成比例，输出量大小与偏差之间有相应关系。当负荷变化时，抗干扰能力强，过渡时间短，但过程始终存在余差。因而它合用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、容许被控量在一定范畴内变化系统。使用时还应注意通过一段时间后需将累积误差消除。3比例积分控制（PI控制）由于比例积分控制特点是控制器输出与偏差积提成比例，积分作用使得过渡过程结束时无余差，但系统稳定性减少。虽然加大比例度可以使稳定性提高，但又使过渡时间加长。因而，PI控制合用于滞后较小、负荷变化不大、被控量不容许有余差控制系统，它是工程上使用最多、应用最广一种控制办法。4比例积分加微分控制（PID控制）比例积分加微分控制特点是微分作用使控制器输出与偏差变化速度成正比例,它对克服对象容量滞后有明显效果。在比例基本上加上微分作用，使稳定性提高，再加上积分作用，可以消除余差。因而，PID控制合用于负荷变化大、容量滞后较大、控制品质规定又很高控制系统。结合本例题设计任务与规定，由于温度系统传递函数事先难以精准获得，因而很难判断哪一种控制办法可以满足系统对控制品质规定。但从以上对控制办法分析来看，PID控制办法最适合本例采用。另一方面，由于可以采用单片机实现控制过程，无论采用上述哪一种控制办法都不会增长系统硬件成本，而只需对软件作相应变化即可实现不同控制方案。因而本系统可以采用PID控制方式，以最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质规定。2.2系统构成就控制器自身而言，控制电路可以采用典型控制理论和常规模仿控制系统实现温度自动调节。但随着计算机与超大规模集成电路迅速发展，以当代控制理论和计算机为基本，采用数字控制、显示、A/D与D/A转换，配合执行器与控制阀构成计算机控制系统，在过程控制过程中得到越来越广泛应用。由于本例是一种典型检测、控制型应用系统，它规定系统完毕从温度检测、信号解决、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现温度控制全过程。因而，应以单片微型计算机为核心构成一种专用计算机应用系统，以满足检测、控制应用类型功能规定。此外，单片机使用也为实现温度智能化控制以及提供完善人机交互界面及多机通讯接口提供了也许，而这些功能在常规数字逻辑电路中往往是难以实现或无法实现。因此，本例采用以单片机为核心直接数字控制系统（DDC）。第三章 单片机技术和PID算法3.1 AT89C51简介微型计算机是指由微解决器加上采用大规模集成电路制成程序存储器和数据存储器，以及输入输出设备相连接I/O接口电路，微型计算机简称MC。如果将微解决器、存储器和输入/输出接口电路集成在一块集成电路芯版上，称为单片微型计算机，简称单片机。本次设计选用是AT89C51，是MCS-51单片机系列一种。其构造体系完整、指令系统功能完善、内部寄存器规范、性能优越、技术成熟、具备高可靠性和高性价比。它提供如下原则功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定期/计数器，一种5向量两级中断构造，一种全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同步，AT89C51可降至0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选节电工作模式。空闲方式停止CPU工作，但容许RAM，定期/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一种硬件复位。 3.1.1单片机引脚简介其引脚图如图1所示图1 单片机引脚图其各引脚功能如下VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一种8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸取8TTL门电流。当P0口管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0可以用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必要接上拉电阻。 P1口：P1口是一种内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接受。 P2口：P2口为一种内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器可接受，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因而作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它运用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器内容。P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉缘故。 P3口也可作为AT89C51某些特殊功能口，如下表所示： 各管脚备选功能 P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同步为闪烁编程和编程校验接受某些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存容许输出电平用于锁存地址低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。因而它可用作对外部输出脉冲或用于定期目。然而要注意是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一种ALE脉冲。如想禁止ALE输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。此外，该引脚被略微拉高。如果微解决器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效/PSEN信号将不浮现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不论与否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。 XTAL2：来自反向振荡器输出。3.1.2单片机存储构造存储器是构成计算机三大部件之一，其功能是存储信息（数据和程序）。存储器按其存储方式可分为两大类：一类为随机存储器（RAM）；另一类为数据存储器（ROM）。CPU在运营时可对RAM随时进行数据写入和读出，但在关闭电源时，RAM中所存信息也会丢失，因此RAM只能用来存储暂时性输入/输出数据、运算中成果等。RAM也因而常被称为数据存储器。而ROM是一种写入数据后不能改写只能读出存储器。在断电后，ROM中信息保存不变，因此ROM用来存储固定程序或数据。ROM因而也常被称为程序存储器。MCS-51单片机存储器配备比普通微机配备复杂，其详细配备是各种存储器交叠。这种交叠不但反映在存储器种类上，并且还体当前存储器地址空间上。MCS-51单片机存储器可分为5类：1片内程序存储器；2片外程序存储器；3片内数据存储器；4特殊功能存储器；5片外数据存储器。MCS-51单片机存储器地址空间可分为3个，在访问3个不同地址空间时采用不同形式指令： 1片内片外统一编址64K程序存储器地址空间（16位地址0000H-FFFFH）；2片内数据存储器与特殊功能存储器统一编址256B内部数据存储器地址空间（8位地址00H-7FH，80H-FFH）；364KB片外数据存储器地址空间（16位地址0000H-FFFFH）。89C51内部RAM共有256个单元，这256个单元共分为两某些。其一是地址从00H7FH单元（共128个字节）为顾客数据RAM。从80HFFH地址单元（也是128个字节）为特殊寄存器（SFR）单元。从图2中可清晰地看出它们构造分布。图2 存储器构造图单片机内部数据存储器共有128个字节，地址范畴是00H-7FH，提成工作寄存器区、位寻址区、通用RAM区三某些。3.2 PID算法简介PID调节是Proportional（比例）、Integral（积分）、Differential（微分）三者缩写，是持续系统中技术最成熟、行之有效、应用最广泛一种调节方式。PID调节实质就是依照输入偏差值，按比例、积分、微分函数关系进行运算，其运算成果用以输出控制。在实际应用中，依照被控对象特性和控制规定，可灵活地变化PID构造，取其中一某些环节构成控制规律，如比例（P）调节、比例积分（PI）调节、比例积分微分（PID）调节等。尽管凭着单片微机优势，计算机数字控制系统取代了模仿控制系统，但是，在长期生产实践中，模仿PID控制算法所积累经验并未被人们遗忘，而是被广泛地应用到计算机控制系统中来，形成一种新型PID控制方式，称之为数字PID控制。3.2.1 PID算法数字化PID算法数字化，其实质就是将持续形式PID微分方程式转化为离散形式PID差分方程。在模仿系统中，PID算法表达式为：(3-1)式中，u(t)-调节器输出信号；e(t)-调节器偏差信号，等于给定值与测量值之差； Kp-调节器比例系数； Ti-调节器积分时间； Td-调节器微分时间。控制点当前包括三种比较简朴PID控制算法，分别是：增量式算法，位置式算法，微分先行。这三种PID算法虽然简朴，但各有特点，基本上能满足普通控制大多数规定。 事实上，位置式与增量式控制对整个闭环系统并无本质区别。增量型算法仅仅是就是办法改进，而没有变化位置型算法本质。3.2.2 PID算法运用由于计算机控制是一种采样控制，它只能依照采样时刻偏差值来计算控制量。因而，在计算机控制系统中，必要一方面对式（3-1）进行离散化解决，用数字形式差分方程代替持续系统微分方程，此时积分项和微分项可用求和及增量式表达。对温度控制算法，采用技术成熟PID算法，对于时间常数比较大系统来说，其近似于持续变化，因而用数字PID完全可以得到比较好控制效果。简朴比例调节器可以反映不久，但不能完全消除静差，控制不精准，为了消除比例调节器中残存静差，在比例调节器基本上加入积分调节器，积分器输出值大小取决于对误差累积成果，在误差不变状况下，积分器还在输出直到误差为零，因而加入积分调节器相称于能自动调节控制常量，消除静差，使系统趋于稳定。积分器虽然能消除静差，但使系统响应速度变慢。进一步改进调节器办法是通过检测信号变化率来预报误差，并对误差变化作出响应，于是在PI调节器基本上再加上微分调节器，构成比例、积分、微分(PID)调节器，微分调节器加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定，同步加快了系统稳定速度，缩短调节时间，从而改进了系统动态性能，其控制规律为：(3-2)单片机是一种采样控制，它只能依照采样时刻误差值计算控制变量，不能直接计算公式中积分项和微分项，采用数值计算法逼近后，PID调节规律可以通过数值公式(3-3)计算，如果采样获得足够小，这种逼近可相称精确，被控过程与持续过程十分接近。咱们变换上式(3-3)得：(3-4)把ei = ei - ei-1,2 ei=ei -ei-1带人上式（3-4）得：(3-5)式中ei=WYi，W为设定值，Yi为第i次实际输出值，Kp为比例系数，积分系数I=T/Ti，微分系数D=Td/T，T为采样周期，以(3-5)式来编程比较以便。用PID控制算法实现温度控制是这样一种反馈过程：比较实际温度和设定炉温得到偏差，通过对偏差解决获得控制信号，再去调节电加热炉加热功率，从而实现对炉温控制，由于电阻炉普通都是下一阶段对象和带纯滞后一阶对象，因此式中Kp、Kd和Ki选取取决于电阻炉响应特性和实际经验。本程序先将顾客设定温度和锅炉实际温度T比较，计算出偏差ei，然后分两种状况进行计算控制变量：1ei不不大于等于设定偏差e时，由于积分控制器使系统响应速度变慢，不采用积分控制器调节，直接使用PD调节，获得比较快动态响应，计算Pd和Pp，最后得到控制量获得比较快动态响应。2ei不大于设定设定偏差e时，正常分别计算Pi、Pd和Pp，然后依照算法公式计算出控制变量。第四章 系统硬件设计4.1系统概况本系统是采用以AT89C51单片机为核心温度控制系统，通过温度传感器采样实时温度，并通过变送器将温度最后转换为电压信号通过A/D转换器0808将其转换为数字信号，送入单片机与给定值进行比较，通过运用PID算法得出控制成果，送显示并进行控制。总体设计方案见如图3所示。测量变送看门狗看门狗报警提示通信接口LED显示键盘微型控制机AT89C51温度检测PT100驱动执行机构8路D/A转换器DAC0832测量变送8路A/D转换器ADC0809加热电阻温度图3 系统设计方案图4.2功能模块4.2.1单片机控制模块A/T89C51是整个系统控制核心，将采集来数据与设定值进行比较，运用PID算法得出成果并送输出。整个控制系统程序就下载到单片机中去。A/T89C51仿真图如图4所示。图4 单片机仿真4.2.2数据转换与采集模块A/D0808AD0808是CMOS8位模/数转换器，采用逐次逼近原理进行A/D转换，芯片内有模仿多路转换开关和A/D转换两大某些，可对8路05V输入模仿电压信号分时进行转换。模仿多路开关由8路模仿开关和3位地址锁存译码器构成，可选通8路模仿输入中任何一路，地址锁存信号ALE将3位地址信号ADDA、ADDB、ADDC进行锁存，然后由译码电路选通其中一路，被选中通道进行A/D转换。A/D转换某些涉及比较器、逐次逼近寄存器（SAR）、256R电阻网络、树状电子开关、控制与时序电路等。此外ADC0809输出具备TTL三态锁存缓冲器，可直接连到CPU数据总线上。实时温度通过传感器检测并通过变送器将其转换成模仿电压信号，而A/D0808则用来采集电压信号并将其转换为数字信号存储在单片机中，以便后续对数据解决。其硬件仿真图如图5所示。图5 A/D0808仿真图4.2.3按键选取模块系统采用了两个按键用来进行温度设定，一种进行温度加，一种进行温度减。每按下一次，温度就相应加一或减一。按照设计规定，温度设定范畴为50-150度，其仿真如图6所示。图6 按键示意图4.2.4显示模块显示模块采用两个7段共阴极数码管，一种用来显示实时温度，一种用来显示设定温度。并用74LS04来驱动数码管。其仿真图如图7所示。图7 显示示意图4.2.5报警模块当实时温度高于或低于设定温度5度以上时，系统就会报警，报警批示灯红灯亮。如图4-6所示。图4-6 报警示意图4.2.6输出模块通过数据运算，单片机通过P3.4口高低电平来控制加热系统通断，通过导通时间长短来控制加热强度，以达到精准控制效果。当温度在设定温度正负5度之内时，系统进行PID运算控制；当高于设定温度5度时，停止加热；当低于设定温度5度时，全功率加热。由于仿真软件自身条件因素，使用绿色LED灯代替，当绿灯亮时，表达正在加热，不亮时，停止加热。仿真图如4-7所示。图8 加热示意图4.3总体方案实现和元器件清单4.3.1系统整体设计系统整体设计图如图9所示。图9 系统设计方案图其中：1单片机采用是MCS-51系列89C51，其集成了中央解决器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定期器/计数器、中断控制器及串型和并行I/O接口等部件。单片机重要应用于工业控制领域，用来实现对信号检测、数据采集以及相应用对象控制。它具备体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多长处。单片机是微型计算机一种重要分支，特别合用于智能控制系统。2实时温度测量由于条件限制直接用模仿电压来代替传感器及变送器，用0808来采样和转换温度。4.3.2元器件清单系统所需元器件清单如表4-1所示。表4-1 系统配备清单表序号部件名称所属类数量1AT89C51Microprocessor ICs12A/D0808Data Converters137SEG-MPX4-CCOptoelectronics24BUTTONSwitches&Relays35LED-GREENOptoelectronics16LED-REDOptoelectronics1774LS373TTL 74LS series18RESPACK-8 Resistors1974LS04 TTL 74LS series810NOTSimulator Primitives111NORSimulator Primitives212POT-HGResistors113电容Capacitors214CLOCKSimulator Primitives215CRYSTALMiscellaneous116电阻Resistors117INPUT终端418GROUND终端719VSOURCESimulator Primitives1第五章 系统软件设计5.1 Protues7软件概况PROTUES是一种基于原则仿真殷勤SOICE3F5混合电路仿真工具，既可以仿真模仿电路，又可以仿真数字电路以及数字、模仿混合电路，其最大特色在于可以仿真基于控制器系统。它是当前最佳仿真单片机及外围器件工具。虽然当前国内推广刚起步，但已受到单片机兴趣者、从事单片机教学教师、致力于单片机开发应用科技工作者青睐。Proteus是世界上知名EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品完整设计。是当前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一设计平台，其解决器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，即将增长Cortex和DSP系列解决器，并持续增长其她系列解决器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等各种编译。其程序界面如图10所示。图10 Protues7工作界面PROTUES软件功能特点简介如下：1原理布图 2PCB自动或人工布线 3SPICE电路仿真 革命性特点： 1互动电路仿真。顾客甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，某些SPI器件，某些IIC器件。 2仿真解决器及其外围电路。可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等惯用主流单片机。还可以直接在基于原理图虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运营后输入输出效果。配合系统配备虚拟逻辑分析仪、示波器等，Protues建立了完备电子设计开发环境。同步它还具备4大功能模块：智能原理图设计（ISIS），完善电路仿真功能（Prospice），独特单片机协同仿真功能（VSM），实用PCB设计平台。Protues提供了丰富资源：1Protues可提供仿真元器件资源：仿真数字和模仿、交流和直流等数千种元器件，有30各种元件库。 2Protues可提供仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一种电路中随意调用。3除了现实存在仪器外，Protues还提供了一种图形显示功能，可以将线路上变化信号，以图形方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具备抱负参数指标，例如极高输入阻抗、极低输出阻抗。这些都尽量减少了仪器对测量成果影响。 4Protues可提供调试手段 Protues提供了比较丰富测试信号用于电路测试。这些测试信号涉及模仿信号和数字信号。5.2 WAVE6000软件简介5.2.1软件概况WAVE6000是南京伟福公司单片机开发编译软件，采用中文界面。顾客源程序大小不受限制，有丰富窗口显示方式，可以多方位、动态地展示程序执行过程。其项目管理功能强大，可使单片机程序化大为小，化繁为简，便