毕业设计-基于at89c51单片机的电烤箱温度控制系统设计与实现

基于单片机的电烤箱控制系统设计内容摘要随着社会的不断发展，人们改造自然的能力也在不断的提高。机器的诞生，为我们减少了部分或者全部的脑力劳动和体力劳动。电子技术的诞生更是带来了翻天覆地的变化。机电控制系统成为机械技术与微电子技术集成的共性关键技术。人们通过它可以使机械完全按照自己的意愿来执行。随着机电控制技术的发展，主要体现出了单片机和PLC两种控制方式。本设计采用单片机控制。单片机在日常生活中的运用越来越广泛。温度控制在工业生产中经常遇到。从石油化工到电力生产，从冶金到建材，从食品到机械都要对温度进行控制甚至在有些产品生产过程中温度的控制直接影响到产品的质量。单片机温度控制无论是现在还是未来都会起到重要作用。本文介绍了以AT89C51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。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SINGLECHIPBASEDONTHEOVENSTEMPERATURECONTROLSYSTEMDESIGNABSTRACTWITHTHECONTINUOUSDEVELOPMENTOFSOCIETY,PEOPLESABILITYTOTRANSFORMNATUREOFTHEADVANCEHASBEENTHEBIRTHOFTHEMACHINEFORUSTOREDUCESOMEORALLOFTHEMENTALANDPHYSICALTHEBIRTHOFELECTRONICTECHNOLOGYHASBROUGHTEVENMOREEARTHSHAKINGCHANGESELECTRICALANDMECHANICALENGINEERINGCONTROLSYSTEMSBECOMEINTEGRATEDWITHTHEMICROELECTRONICTECHNOLOGYCOMMONKEYTECHNOLOGIESPEOPLECANMAKETHROUGHITSMACHINERYINFULLACCORDANCEWITHTHEWISHESOFTHEIROWNTOIMPLEMENTWITHTHEDEVELOPMENTOFELECTRICALANDMECHANICALCONTROLTECHNIQUES,MAINLYREFLECTINGTHETWOTYPESOFSINGLECHIPCOMPUTERANDPLCCONTROLTHEDESIGNUSESASINGLECHIPCONTROLSINGLECHIPMICROCOMPUTERUSEINTHEIRDAILYLIVESMOREANDMOREWIDELYTEMPERATURECONTROLININDUSTRIALPRODUCTIONAREOFTENENCOUNTEREDCHEMICALSFROMOILTOELECTRICITYPRODUCTION,OREVENSOMEPRODUCTSINTHEPRODUCTIONPROCESSCONTROLOFTEMPERATUREDIRECTLYAFFECTSTHEQUALITYOFTHEPRODUCTSINGLECHIPTEMPERATURECONTROLBOTHNOWANDWILLPLAYANIMPORTANTROLEINTHEFUTURETHISPAPERINTRODUCESTHEAT89C51SINGLECHIPMICROCOMPUTERASTHECOREOFTHEOVENTEMPERATURECONTROLSYSTEMHARDWARECOMPONENTSWHICHINCLUDESINGLECHIPCIRCUIT,SENSORCIRCUIT,AMPLIFIERCIRCUIT,CONVERTERCIRCUIT,ASWELLASTHEKEYBOARDANDDISPLAYCIRCUITSOFTWAREINCLUDETHEMAINPROGRAM,OPERATORCONTROLPROCEDURES,ASWELLASTHEREALIZATIONOFTHEFUNCTIONALMODULESOFTHEPROGRAMFINALLYKEYWORDSMICROCONTROLLERTEMPERATUREELECTRICOVENSCONTROL目录前言11概述111技术指标112控制方案22硬件部分设计221单片机电路设计2211中央处理器CPU2212运算器3213AT89C51单片机引脚功能4214引脚功能5215控制线6216AT89C51单片机的存储器结构6217AT89C51单片机的并行I/O端口6218AT89C51单片机时钟电路及时序7219复位电路72110AT89C51单片机的指令系统822传感器电路设计8221传感器概述8222传感器的基本特性9223热电阻的测量电路及应用1023A/D转换电路设计11231逐次逼近型A/D转换器ADC08091124放大器电路设计14241交流放大器电路14242直流放大器电路17243运算放大器电路17244集成运算放大器概述1825键盘及显示电路的设计18251键盘接口电路18252LED显示器接口电路2026抗干扰电路设计21261电磁干扰的形成因素22262干扰的分类22263单片机应用系统电磁干扰控制的一般方法22264硬件抗干扰措施223软件部分设计2331工作流程2332功能模块2433资源分配2434功能软件设计24341键盘管理模块24342显示模块27343温度检测模块29344温度控制模块30345温度越限报警模块32346主程序和中断服务子程序334结论35附录37参考文献38基于单片机的电烤箱控制系统设计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TMS1000后才开始快速发展。1976年9月，美国INTEL公司首次推出MCS48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MCS96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AT89C51单片机为控制核心，采用数字PID控制算法。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。1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AT89C51单片机为检测控制中心的温度控制系统。温度控制采用PID数字控制算法，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。11技术指标电烤箱的具体指标如下A电烤箱由2千瓦电炉加热，最高温度为500。B电烤箱温度可预置，烤干过程恒温控制，温度控制误差小于或者等于2。C预置时显示设定温度，烤干时显示实时温度，显示精确到1。D温度超出预置温度5时发声报警。E对升降温过程的线性是没有要求的。12控制方案产品的工艺不同，控制温度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同。就温度控制系统的动态的特性来讲，基本上都是具有纯滞后的一阶环节，当系统精度及温控的线性性能要求较高时，多采用PID算法来实现温度的控制。本系统是一个典型的闭环控制系统。从技术指标可以看出，系统对控制精度的要求不高，对升降温过程的线性也没有要求，因此，系统采用最简单的通断控制方式，当烘干箱温度达到设定值时断开加热电炉，当温度降到低于某值时接通电炉开始加热，从而保持恒温的控制。2硬件部分设计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21所示。图21电烤箱温度控制系统结构21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AT89C51。以下对其进行详细介绍。AT89C51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。其内部结构简化框图如下所示。AT89C51系列单片机主要有A/DCPU、存储器，IO接口电路及时钟电路等部分组成。211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。AT89C51单片机内部CPU包括控制器和运算器。如图2121212运算器AT89C51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2121AT89C51单片机内部结构简化框图B程序状态寄存器程序状态寄存器PSW是一个8位的状态寄存器。用于存放标志的寄存器。用于存放指令执行后的状态，以供程序查询和判别。PSW各位的状态通常是在指令执行的过程中自动设置。但可以由用户根据需要指令加以改变。状态寄存器共有进位标志位CY、辅助进位标志位（或称半进位）AC、用户自定义标志位F0、工作寄存器组选择位RS1、RS0、溢出标志位OV、奇偶标志位PC控制器控制部件是单片机的神经中枢。它包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器和定时器控制电路。它先以主振频率为基准发出CPU的时序对指令进行译码，然后发出各种控制信号。完成一系列定时控制微操作。用来协调单片机各部分的正常工作。213AT89C51单片机引脚功能AT89C51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。AT89C51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AT89C51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2131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2131单片机引脚图214引脚功能IO引脚共32根。APO口P00P07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。BP1口P10P17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。CP2口P20P27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P30RXD串行口输入P31TXD串行口输出P320IM外部中断0输入P331外部中断1输入P34T0定时/计数器0计数输入P35T1定时/计数器1输入P36WR片外RAM写选通信号（输出）P37D片外RAM读选通信号（输出）215控制线控制线共四根。AALE/PROG地址锁存有效信号输出率。BPSEN片外程序存储器读选通信号输出端低电平有效。CRST/VPD复位信号备用电源输入信号。DEA/VPP片外程序存储器选用端。216AT89C51单片机的存储器结构AT89C51单片机的存储器物理结构上分为片内数据存储器、片内程序存储器、片外数据存储器和片外程序存储器等4个存储空间。217AT89C51单片机的并行I/O端口AT89C51单片机有4个8位并行I/O端口（P0、P1、P2、P3）每个端口都各有8条I/O口线，每条I/O口线都独立地用作输入输出，在具有片外扩展存储器的系统中，P2口送出高8位地址，P0口分时送出低8位地址和8位数据。各端口的功能不同，结构上也有差异，但是每个端口的8位结构是完全相同的。如图2171I/O口位结构图所示。AP0口，P0口是一个三态双向口，可作为地址/数据分时复用口，也可作为通用I/O接口。BP1口，P1口为准双向口，它在结构上与P0口的区别在与输出驱动部分。其输出驱动部分由场效应管V1与内部上拉电阻组成，当某位输出高电平时，可以提供上拉电流负载，不必像P0口上那样需要外接上拉电阻。CP2口，P2口也为准双向口。其具有通用I/O接口或高8位地址总线输出两种功能，所以其输出驱动结构比P1口输出驱动结构多了一个输出模拟转换开关MUX和反相器3。DP3口P3口的输出驱动由与非门3和V1组成，比P0、P1、P2口结构多了一个缓冲器4。P3口除了可为通用准双向I/O接口外，每一根线还具有第二功能。图2171I/O口位结构图218AT89C51单片机时钟电路及时序A时钟电路AT89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生一种是内部的方式，一种是外部的方式。图2181、2182所示。B时序AT89C51单片机指令字节数和机器周期数可分为六类。即单字节单机器周期指令、单字节双机器周期指令、单字节四机器周期指令、双字节单机器指令、双字节双机器周期指令和三字节双机器周期指令。图2181内部方式时钟电路图2182外部方式时钟电路219复位电路复位是通过某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初值状态操作，AT89C51单片机在时钟电路工作以后，在RST/VPD端持续给出两个机器周期的高电平就可以完成复位操作。复位分为上电复位和按键手动复位两种方式。AT89C51单片机复位状态如下所示寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0P1OFFHIPXXX00000BIE0XX00000BTMOD00HTCON00HTL0、TL100HTH0、TH100HSCON00HSBUF不定PCON0XXX0000B2110AT89C51单片机的指令系统控制计算机与操作指令是一组二进制编码，称之为机器语言。计算机只能识别和执行机器语言指令。AT89C51单片机指令与指令系统共有111条指令，从功能上可分成数据传输类指令、算术运算指令、逻辑运算和移位指令、程序控制转移类指令和位操作指令五大类。22传感器电路设计221传感器概述根据国家标准，传感器定义是能感受规定的被测量并按照一定得规律转换成可用输出信号器件或装置。传感器一般由敏感元件，转换元件和转换电路三部分组成。其组成框图如2211所示。图2211传感器组成框图敏感元件它是直接感受被测量并输出与被测量成确定关系某一种量的元件。转换元件敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。转换电路，上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。传感器按其工作原理可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。物理传感器是利用某些变换元件的物理性质，及某些动作功能材料的特殊物理性能制成的传感器。化学传感器是利用电化反应的原理，把无机和有机化学物质成分。浓度等转换为电信号传感器。生物传感器是一种利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质传感器。随着科学技术发展和社会进步的需要，推动着传感器技术的迅速发展。目前传感器技术的发展方向主要有开发新型传感器、开发新材料、采用新工艺、集成化多功能化与智能化等几个方面。222传感器的基本特性根据被测量的变化状态，可以把传感器输入量分为静态量和动态量两大类。静态量指传感器的输入量位程序状态信号或变化及其缓慢的准静态信号；动态量指传感器的输入量为周期信号、瞬变信号或随机信号等时间变化的信号。其中，传感器的静态特性是指传感器在被测量处于稳定状态下的输出输入关系。传感器的静态特性是在静态标准工作条件测定的。衡量传感器静态静态特性的主要技术指标有量程、线性度、迟滞、重复性、灵敏度、漂移。传感器的动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。A传感器的技术性能指标及改善性能途径传感器技术性能指标传感器动态性能指标量程指标包括测量范围、过载能力。灵敏度指标包括灵敏度、分辨力、满量程输出、输出输入阻抗。A精度有关指标包括精度（误差）、重复性、线性、滞后、灵敏度误差、阀值稳定性、漂移。B动态性能指标包括固有频率阻尼系数、时间常数、频响范围、频率特性、临界频率、临界速度、稳定时间。C环境参数指标A温度指标包括工作温度范围、温度误差、温度漂移、温度系数、热滞后。B抗冲击振动指标包括各向冲击振动的频率、振幅、加速度、冲击振动引入的误差。C其他环境参数包括抗潮湿、抗介质腐蚀能力、抗电磁场干扰能力。C可靠性指标包括工作寿命，平均故障时间、保险期、疲劳性能、绝缘电阻耐压弧性能。D其他指标A使用方面包括供电方式、电压幅度与稳定性功能、各项分布参数。B结构方面名手外形尺寸质量、壳体材质、结构特点。C要装连接方面包括安装方式、馈成、电缆。改善传感器性能的技术途经A差动技术B平均技术C零示法和微差法D闭环技术E屏蔽隔离子干扰抑制F补偿修正技术G稳定性处理。根据本设计要求选用热电式传感器。将被测量变化转换成热生电动势传感器称热电式传感器、热电式传感器可将温度及温度相关的信号转化为电量输出、热电式传感器有热电阻、热敏电阻、热电效方式等各种类型。根据电烤箱特点采用热电阻传感器。热电阻利用金属导体的电阻值随温度升高而增大的特性来来进行了温度测量的，常用测量范围为20。C150。C。随着其技术的发展，其测温范围也不断扩大，低温已可测量1K3K,高温则可测量1000。C1300。C热电阻力传感器的主要优点有A测量精度高，热电阻材料电阻温度特性稳定，重复性好，不存在热电偶参比端误差问题；B测量范围较宽，尤其在低温的方面；C易于在自动测量或远距离测量中的使用；常用的热电阴材料有铂、铜、镍、铁等。223热电阻的测量电路及应用热电阻常用接入电桥使用引出线有两、三线式和四线式三种形式。采用两线式接法时（如图2231所示RT的接法）引出的导线接于电桥的一个臂上，当由于环境温度或通以电流引起导成温度变化时，将产生附加的电阻、引起测量误差，所以，当热电阻值较小时，常采用三线式、四线式接法，以消除接线电阻和引线电阻影响。三线式接法是将两条具有相同温度特性的导成接于相邻两桥臂上，此时由于附加电阻引起电阻变化是相同的，根据电桥特性，电桥输出将互相抵消。图2231热电阻传感器的接线方式四线式接法R2R3为固定电阻，R1可调，热电阻RT,通过电阻为R1、R2、R3、R4的四要导线和电桥连接，R1、R4分别串联在相邻两桥臂内，R2、R3与电源去路串联，将开关接通，调节R1使电桥平衡，则R1R1RTR4再将开关接通B，重新调整R1，使电桥达到新的平衡，则R1R1RTR1两式相加得RT21R四线式测量方法比较麻烦，一般用于精度要求较高的场合。23A/D转换电路设计231逐次逼近型A/D转换器ADC0809AADC0809的内部逻辑结构（如图2311）如图，多路开关可达通讯员89模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址供进行锁存和译码，其译码输出用于通道的选择。8位A/D转换器是逐次逼近式，由控制时序电路，逐次逼近寄存器，树状开关以及其256R电阻下型网络等组成输出锁存器用于存放和输出转换得到的数字量BADC0809的引脚及各引脚功能图2311ADC0809内部逻辑结构图ADC0809的引脚入各引脚双引直插式封装，其引脚排列见图2312所示各引脚功能如下A、INT2NO8咱模拟量输入引脚，ADC0809对输入模拟量的要求主要有二信号的单极性，电压范围05V；若信号过小还需要进行放大。另外，在A/D转换的过种中，模拟量输入值不应变化太快，因此，对变化速度快模拟量在输入前应增加采样保持电路。B、A、B、C地址线，A为低位地址，C为高位地址用于对模拟通道进行的选择。C、ALE地址锁存允许信号，在对应ALE跳转，A、B、C地址状态送入地址的锁存器中。图2312ADC0809引脚功能图D、VREF参考电压正端参考电压用来与输入模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准，其曲型值为5V（VREF（）5V，VREF0）D、START转换启动信号。START上跳转时，所有内部寄存器清0；START下跳转时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。E、DTD0数据输出线，其为三态缓冲输出形式，可以和单片机数据线直接相连。F、DE输出允许信号，ADC0809的内部设有时钟电路，所需时钟，信号由外界提供，因此有时钟信号的引脚。通常使用频率为500KHZ时钟信号。I、VCC5电源232AT89C51单片机与ADC0809接口A8路模拟通道选择A、B、C分别接地址锁存器提供的低三位地址。只要把三位地址写入0809中的地址锁存器就实现了模拟通道选择。对系统来说，地址锁存器是一个输出口，为了把三位地址写入，还要提供口地址。B数据的传输方式定时传输方式；查询方式；中断方式。24放大器电路设计传感器是将待测物理量或化学量转换成电信号的输出。但其输出的信号通常的都很小，需要进行放大。传感器信号的放大，根据具体情况可采用分立元件放大器（晶体管放大器）和集成元件放大器（运算放大器）。241交流放大器电路A共发射极放大电路A工作点不稳定状态静态工作点，,ECIBRIBUE交流等效电路/FZCFZ图2411工作点不稳定状态放大电路输入电阻RSRRBE（当RBERB时）输出电阻RSCRCERCRS放大倍数KFZB此放大器特点放大倍数大。B工作点稳定状态A静态工作点由（）12REUEB21EUEBRC交流等效电路RFZ1RC1/RBE，RFZ2RC2/RFZ输入电阻RSRRBE2（当RBE1R1/R2时）输出电阻RSCRC放大倍数K（当RC1RB2时）USCR12RFZBE此放大电路特点放大倍数大，工作点稳定。B静态工作点UB，UAUBUBE，12ECRBIE，UCEECIC（RERC）EU交流等效电路RFZRC/RFZ输入电阻RSRRBE（当RBERB1/RB2）输出电阻RSCRC放大倍数KRFZRBE图2412工作点稳定状态A类放大器电路此放大电路特点RSR较大，|K|1且与晶体管参数几乎无关。图2413工作点稳定状态B类放大器电路C静态工作点UB、UC同左，但IE，UCEECIC（RCRERF）REUCF交流等效电路RFZRC/RFZ输入电阻12/SRBFBERR输出电阻（当时）ESCER放大倍数（当）FZKRFBER此放大电路特点大，小，SRSC1图2414工作点稳定状态C类放大器电路AV共集电极放大电路。静态工作点,CBBCECEIIUEIRR交流等效电路输入电阻/FZCFZSRBF放大倍数1FZBEKR图2415共集电极放大器电路B反馈凡是引入反馈以后使放大镜器的放大倍数减小的称为负反馈。反之凡是引反馈以后使放大倍数增大的称为正反馈赠。其中换反馈有电压串联负反馈赠，电流串联负反馈赠，电压并联负反馈赠，电流并联的负反馈。242直流放大器电路将缓慢直流量信号进行广大器件称直流放大器。它与前述交流放大器的区别是交流放大器级与级之间加了三个隔离的直电流电容（即耦合电容）而直流放大器级与级之间没有这个电路，故直流放大器又称直接耦合放大器243运算放大器电路A概述在直流差动放大器的输入端子输出端之间跨接各种网络（如电阻R1、电容C等），使构成用来实现信号组合和运算的运算放大器，运算放大器通常是由放大电路组成，输入级（第一级）由晶体管T1和T2组成差动放大镜电路T3和T4是T1和T2的有源负载。T9是恒流源，第二级放大电路由晶体管T5和T6组成，T10是恒流源（T6的有源负载），为了获得输出阻抗，输出级（第三级）由晶体管T7和T8组成，采用互补对称放大电路。运算放大器是一种具有高放大倍数，深度负反馈的直流放大器。便于实现信号的组合和运算。有很大灵活性，尤其在线性固体组件出现后，有具有体积小，质量轻等优点，所以在实际中应用固体组件运算放大器所组成的电路是多种多样的。理想运算放大器的特性A开环增益AD无限大；B输入阻抗无限大；C输出阻抗Z为0；图2431运算放大器电路图D输入电压的失调电压RF为；E带宽无限大；F上述AE的特性不随环境温度的变化而变化；B运算放大器的典型电路A反馈型号放大电路B加法放大电路C减法放大电路D积分电路E对数放大电路F乘法器电路G除法器电路H比较器电路I整流器电路J限频器电路K数据放大器电路L弱电流放大器M电荷放大器电路。244集成运算放大器概述在信号放大，信号的运算（加、法、乘、除、对数、反对数、平方、开方），信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换的单元中，运算放大器是它们的核心部分，由多级直接耦合放大电路组成，主要有，总体，偏置电路、单位增益转换、电平转移、恒流反馈、消振补偿等组成，主要参数有差模开环增益（或差模开环放大倍数）AUD、共模开环增益AUC、共模抑制比KCMR、输入失调电压VI0失调电压温度系数AUI0DUI0/DT输入失调电流II0I1I，失调电流温度系数AI10DI10/DT，单位增益宽带FBWG、转换速率SR以及其他参数。本次设计根据实际情况采用多级交流放大电路。接线图见附图。25键盘及显示电路的设计251键盘接口电路A键盘的工作原理A按键的确认在单片机应用系统中，按键都是以开关状态来设置控制功能或能入数据的，键的半合与否，反映在电压上就是呈高电平或低电平，如果高电平表示断开的话，那么低电平就是表示闭合，所以通过电平的高代状态的检测，使可以克认按键接下与否。B按键的抖动处理当按键被迫按下或释放时，通常伴随有一定的时间的触点机械抖动，然后其独占才稳定下来，抖动时间一般为510MS，在使用过程，必须去抖措施。去抖有硬件和软件两种方法，硬件方法通常采用通过RS触发器连接按键除抖，软件方法采用昝方法除抖，其过程是在检测到有按键按下时，进行一个10MS左右的昝程序后，若该键仍保持闭合状态，则确认该键处于讨债状态，同理，在检测到该键释放后，也应珠步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。B独立工按键独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会其他I/O口线的状态C矩阵式按键单片机系统中，若使用按键分明，通常采用矩阵式（也称行列式）键盘，如图2511所示一个44的行列结构可以构成一个含有16个按键的键盘。在矩阵式键盘中，行列式分别连接到按键开关的两端，行式通过二伴电阻接到5V上，当无键按下时，行式于高电平状态，当有键按下时，行列式将贯通，此时图2511矩阵式键盘结构行线电平，将由与此行线相连的列线电平决定，这是识别按键是否按下的关键，然而，矩阵键盘中的行线，列线和多个键相边，各按键按下与否均影响该键反在行线和死线的电平，各按键间将相互影响，因此必须将行线，列线信号配合起来作适应处理，才能确定闭合键的位置。其中，矩阵式键盘有以下几种工作方式A编程扫描方式编程扫描是CPU完成其他工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求，在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。键盘扫描程序一般应饫以下内容A差别有无键按下降键盘扫描取得闭合键的行、列值；B用计算法或查表法得到键值；C判断闭合键是否释放，如释放则继续等待；D将闭合键键号保存，同时转去执行该执行该闭合键的功能。B定时扫描方式定时扫描方式就是每隔一段时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定时间定时，当定时时间到就产生定时溢出中断，CPU响应中断后对键盘进行扫描。C中断扫描方式为提高CPU工作效率，可采用中断扫描工作方式其工作过和如下当无键接下时，CPU处理自己的工作，当有键接下时产生中断请求，CPU转去执行键盘扫描子程序，并识别键号。252LED显示器接口电路常用LED显示器有LED状态显示器（俗称发光二极管）LED七段显示器（俗称数码管和LED十六段显示器，发光二极管可显示两种状态，用于系统的显示；数码管用于数字的显示；LED十六段的显示器，用于字符显示）A数码管结构数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同组合可用来显示数字09字符AF及小数点“”。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。B数码管工作原理共阳极数码管8个发光二级管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常会共阳极接高电平1,一般接电源1,当某个阴极接低电平时，则该数码管导通并点亮。共阴极数码管8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。公共阴极接低电平（一般接地）当某个阳极接高电平，则该数码管并点亮。C静态显示接口静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式各位数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴极）获接正电源（共阳极）每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O地址相连，I/O口只要有断码输出，相应字符即显示出来并保持不变直动I/O口输出新的端码采用静态显示的方式。较小的电流即可获得较大亮度。且占用CPU时间少编程简单，显示，便于检测和控制，但其占用口线多，硬件电路复杂、成本高，只适合于显示位数较少场合。D动态显示接口动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管。这种逐位点亮显示方式称为位扫描。通常各位数码管的段选线相应并联在一起由8位I/O口控制。各位选线（公共阴极或阳极）有另外I/O口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使稳定显示，必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管。并送出相应端码，在另一位数码管并送出相应的端码。依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示字符。虽然这些字符是在不同时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。图2521数码管与单片机接口26抗干扰电路设计随着强电弱电设备在通信计算机自动化等领域的广泛应用。处于同一工作环境各种电子电气电路因距离过近而相互影响（耦合）形成电磁干扰（EMI）电磁干扰已成为现代电子电气工程设计和研究人员在设计过程中必须考虑问题。一方面，这是由于当前电子技术正朝着高速、高灵敏度、高集程度方面的发展，增加了现代电子设备内部产生电磁干扰的可能性；另一方面，使用随着自动化技术装备的广泛使用，形成了电子设备和大功率强电设备在同一场合共存和使用的局面，恶化了电子电路工作的外部电磁环境。因此，电磁干扰已成为许多电子设备与系统在环境正常操作运行主要障碍之一。261电磁干扰的形成因素电池干扰由电磁干扰源发射经过耦合途径传输到被干扰设备（敏感设备）因此形成电磁干扰的要素有电磁干扰源、传输通到、敏感设备。262干扰的分类A按干扰源分为自然干扰和人为干扰。B按噪声波形及性质分为持续正弦波干扰和浪涌脉冲波形干扰以及脉冲列干扰。C按干扰传输系统的方式分为共模干扰、差模干扰、传导耦合、感应耦合和辐射耦合。263单片机应用系统电磁干扰控制的一般方法单片机应用系统干扰源分为内部干扰源和外部干扰源。其中内部干扰源主要来自于印制电路板的布局及布线。单片机系统的抗干扰技术主要包括以下四个方面的内容A精心选择元器件元器件是构成部件或系统的基础。要选择集成度高、抗干扰能力强功耗小电子器件。B元部件要精密调整元器件的精密度是保证系统完成设定功能重要保证。因此在使用前或经过一段运行时间之后，都应该对元器件及部件进行精确调整。如A/D芯片的调零及满量程调整。C采用硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术是设计系统时首选的抗干扰措施，它能有效抑制干扰源，阻断干扰传输通道，只要合理地布置与选择有关的参数。硬件抗干扰措施就能抑制系统的绝大部分干扰。常用的硬件抗干扰技术措施有吸收技术、去耦技术、屏蔽技术、接地技术、隔离技术以及印制电路板布线技术。D采用软件抗干扰技术软件抗干扰方法具有简单、灵活方便、耗费硬件资源少的特点。在微机测控系统中获得了广泛应用。常用的软件抗干扰技术有数字滤波、信息传输过程的自动检验，系统运行状态监视与发生故障时的自动恢复。本次设计采用硬件抗干扰技术中的屏蔽技术。通过合理的硬件抗干扰措施，可以消除绝大部分电磁干扰。应用硬件抗干扰措施是经常采用的一种方法。下面做详细介绍。264硬件抗干扰措施A屏蔽技术屏蔽技术能有效地抑制通过自由空间传播的电磁干扰，通过应用屏蔽技术，可以限制系统内部的辐射电磁能对外部元件和装置干扰，同时也防止来自系统外部辐射干扰进入系统内部。屏蔽接地其原理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。屏蔽分析一般采用两种方法一种是应用电路理论。另一种是应用场理论B接地技术实践证明良好的接地可以在很大程度上抑制系统内部噪声耦合。防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。反之若接地处理得不好，会导致噪声耦合，形成严重干扰。电气设备中的“地”通常有两种含义一种是”大地”另一种是“工作基准地“。所谓“大地”这里是指电气设备的金属外壳，线路等通过通过接地线、接地极与地球大地的相连接。这种接地可以保证设备和人身安全，提供静电的屏蔽。通路降低电磁感应噪声。“工作基准地“是指信号回答的基准导体（如控制电源的零电位）。称“系统地“这是的所谓接地是指将各单元，装置内部各部分电路信号返回线与基准导体之间的连接。这种接地的目的是为各部分提供稳定的基准电位。对这种接地的要求时尽量减小接地回路中的公共阻抗压降，以减少系统中干扰信号公共阻抗的耦合。电气设备接地的目的有三个其一是为各电路的工作提供基准电位；其二是为了安全；其三是为了抑制干扰。根据电气设备回路性质和接地目的，可将接地方式分为三类安全接地、工作接地和屏蔽接地。此外电磁干扰源硬件控制技术还有滤波技术、隔离技术、电路平衡结构、双绞线抗干扰接地、信号线间的抑制。漏电干扰防止措施。3软件部分设计31工作流程烤箱在上电复位后先处于停止加热的状态，这时可以用“1”键设定预置温度，显示器显示预定温度；温度设定好后就可以按启动键启动系统工作了。温度检测系统不断定时检测当前温度，并送往显示器显示，达到预定值后停止加热并显示当前温度；当温度下降到下限（比预定值低2）时再启动加热。这样不断重复上述过程，使温度保持在预定温度范围之内。启动后不能再修改预置温度，必须按复位/停止键回到停止加热状态再重新设定的预置温度。32功能模块根据上面对工作流程的分析，系统软件可以分为以下几个功能模块A键盘管理监测键盘输入，接收温度预置，启动系统工作；B显示显示设置温度及当前温度；C温度检测及温度值变换完成A/D转换及数字滤波；D温度控制根据检测到的温度控制电炉工作；E报警当预置温度或当前炉温越限时报警。33资源分配为了便于阅读程序，首先给出单片机资源分配情况。如表3411所示。程序存储器EPROM2764的地址范围为0000H1FFFH。I/O口P10P13键盘输入；P16、P17报警控制和电炉控制。A/D转换器ADC0809通道07的地址为7FF8H7FFFH，使用通道0。34功能软件设计341键盘管理模块上电或复位后系统处于键盘管理状态，其功能是监测键盘输入，接收温度预置和启动键。程序设有预置温度合法检测报警，当预置温度超过500时会报警并将温度设定在500。键盘管理子程序流程图如图所示。键盘管理子程序KINKINACALCHK；预置温度合法性检测MOVBT1，ST1MOVBT0，ST0；预置温度送显示缓冲区ACALLDISP；二次调用显示子程序延时去抖ACALLKEY；再检测有无键按下表3411温度控制软件数据存储器分配表地址功能名称初始发值50H51H当前检测温度，高位在前TEMP1TEMP000H52H53H预置温度，高位在前ST1ST000H54H56HBCD码显示缓冲区，百位、十位、个位T100T10T00H57H58H二进制显示缓冲区，高位在前BT1BT000H59H7FH堆栈区PSW5报警允许标志F00时禁止报警F01时允许报警F00LCALLDISP；显示预置温度KIN0ACALLKEY；读键值JZKIN0；无键闭合和重新检测ACALLDISPJZKIN0；无键按下重新检测JBACC1，S10MOVA，100；百位键按下AJMPSAP110P120P130P100100A10A1AAAYNYNNYYYNNNYNY图3411键盘管理子程序流程图S10JBACC2，S1MOVA，10；十位键按下AJMPSUMS1JBACC3，S0MOVA，01；个位键按下SUMADDA，ST0；预置温度按键1MOVST0，AMOVA，00HADDCA，ST1MOVST1，AKIN1ACALLKEY；判断闭合键释放JNZKIN1；未释放继续判断AJMPKIN；闭合键释放继续扫描键盘S0JNBACC0，KIN；无键按下重新扫描键盘RET；启动键按下返回KEYMOVA，P1；读键值子程序CPLAANLA，0FHRET预置温度合法性检测子程序CHK用双字节减法比较预置温度是否大于50001F4HCHKMOVA，0F4H；预置温度上限低8位送ACLRCSUBBA，ST0；低8位减，借位送CYMOVA，01H；预置温度上限高8位送ASUBBA，ST1；高8位带借位减JCOUTA；预置温度越界，转报警MOVA，00H；预置温度合法标志RETOUTAMOVST1，01H；将500写入预置温度数据区MOVST0，0F4HCLRP16；发报警信号06SACALLD06SSETBP16；停止报警RET342显示模块显示子程序功能是将显示缓冲区57H和58H的二进制数据先转换成三个BCD码，分别存入百位、十位和个位显示缓冲区（54H、55H和56H单元），然后通过串口送出显示。显示子程序DISPDISPACALLHTB；将显示数据转换为BCD码MOVSCON，00H；置串行口为方式0MOVR2，03H；显示位数送R2MOVR0，T100；显示缓冲区首地址送R0LDMOVDPTR，TAB；指向字型码表首地址MOVA，R0；取显示数据MOVCA，ADPTR；查表MOVSBUF，A；字型码送串行口WAITJBCTI，NEXT；发送结束转下一个数据并清中断标志SJMPWAIT；发送未完等待NEXTINCR0；修改显示缓冲区指针DJNZR2，LD；判3位显示完否，未完继续RETTAB；字型码表（略）BCD码转换子程序HTBHTBMOVA，BT0；取二进制显示数据低8位MOVB，100；除100，确定百位数DIVABMOVT100，A；百位数送54H单元MOVA，10；除10，确定十位XCHA，BDIVA，BMOVT10，A；十位数送55H单元MOVT，B；个位数送56H单元MOVA，BT1；取二进制显示数据高8位JNZLH1；高位不为0转LH1继续高8位转换RET；高位为0结束，返回LH1MOVA，06H；高位不为0，低位转换结果加256（因为温度数据不会大于500，所以高8位最多为01H，即256）ADDA，TDAA；个位加6（十进制加）MOVT，A；结果送回个位MOVA，05HADDCA，T10DAA；十位加5（十进制加）MOVT10，A；结果送回十位MOVA，02HADDCA，T100DAA；百位加2（十进制加）MOVT100，A；结果送回百位RET343温度检测模块A/D转换采用查询的方式。为提高数据采样可靠性，对采样温度进行数字滤波。数字滤波的算法很多，这里采用4次采样取平均值的方法。如前面所述，本系统A/D转换结果乘2正好是温度值，因此，4次采样的数字量之和除以2就是检测的当前温度。检测结果高位存入50H，低位存入51H。温度检测子程序流程图如图所示温度检测子程序TINTINMOVTEMP1，00H；清检测温度缓冲区MOVTEMP0，00HMOVR2，04H；取样次数送R2MOVDPTR，7FF8H；指向A/D转换器0通道LTIN1MOVXDPTR，A；启动转换HEREJNBIE1，HERE；等待转换结束MOVXA，DPTR；读转换结果ADDA，TEMP0；累加（双字节加法）MOVTEMP0，AMOVA，00HADDCA，TEMP1MOVTEMP1，ADJNZR2，LTIN1；4次采样完否，未完继续CLRC；累加结果除2双字节除法RRCAMOVTEMP1，A4R2A/D851H850HAR210A42YNNY图3431温度检测子程序流程图MOVA，TEMP0RRCAMOVTEMP0，ARET344温度控制模块将当前温度与预置温度比较，当前温度小于预置温度时，继电器闭合，接通电阻丝加热；当前温度大于预置温度时，继电器断开，停止加热；当二者相等时电炉保持原来的状态；当前温度降低到比预置温度低2时，再重新启动加热；当前温度超出报警上下限时将启动报警，并停止加热。由于电炉开始加热时，当前温度可