基于单片机的功率调节装置的设计.

1、目前单片机实际应用以及教学中主要以 51以及 52芯片为核心制作开发板， 其自 身具有性能稳定， 价格比较低廉， 操作性比较高等优越的特点。 本次设计的目的是实 现对加热设备输出功率的调节， 以控制晶闸管的导通角的形式实现， 应用仿真软件以 及程序编制软件进行程序的编译、调试以及电路图的绘制，最终实现了相应的功能， 并且达到了对于单片机的学习、设计、软硬件开发的能力。本次设计以STC89C52单片机芯片为核心，通过编写的程序进行控制，以LM1602 为显示屏， 同时以其他外围电路辅助， 实现对加热设备的输出功率的控制， 同时用户 可以根据自身需要通过按钮调整温度上限， 实现平滑的温度上升以及温

2、度恒定， 具有 较好的人机操作界面。关键词： 单片机；功率控制；过零触发4AbstractCurrently practical application and teaching of SCM mainly 51 and 52 chips as the core production development board, which itself has a stable performance, relatively inexpensive, relatively higher superior maneuverability characteristics. The purpose of

3、the design is to achieve the output power of the heating equipment adjusted to control the thyristor conduction angle form realization, application simulation software and programming software for compiling, debugging, and draw circuit diagrams, and ultimately realizes the corresponding function and

4、 reached for the study, design, hardware and software development capability microcontroller.STC89C52 microcontroller chip as a core of the design, through the preparation of program control to LM1602 for the display, while other peripheral circuits auxiliary, heating equipment to achieve the output

5、 power control, while the user can limit the temperature buttons to adjust according to their needs achieve a smooth increase in temperature and the temperature constant, and has good man-machine interface.Key Words： Microcontroller; Power Control; Zero Trigger绪 论 11 系统功能要求 21.1 系统功能概述 22 方案设计 52.1

6、系统整体设计 52.2 设计方案选择 52.2.1 单片机选型 52.2.2 温度检测设备选型 62.2.3 显示设备选型 62.2.4 过零检测设备的选择 62.2.5 启动触发设备的选择 72.3 芯片简介 72.4 系统电路设计 132.4.1复位电路 132.4.2晶振电路 142.4.3程序下载电路 142.4.4显示电路 152.4.5 温度检测电路 162.4.6 过零检测电路 162.4.7加热电路 172.5 系统 I/O 接口设计 182.6 系统软件设计 193 系统调试 203.1 软件调试 203.2 硬件调试 203.3 仿真调试 204 总结 234.1 结论 2

7、34.2 心得 23参考文献 24致 谢 25附录 1 硬件电路图 26附录 2 程序代码 27长江师范学院本科毕业设计基于单片机的功率调节装置的设计绪论在高科技快速发展的当今时代，人们的生产以及生活方式发生了非常明显的变化，而产生这 一巨大变化的重要原因就是微机技术以及集成技术的发展，其中就包括了微电子技术的高速发 展。而单片机在工业控制、家用设备、通信、信息处理设备、便携设备、尖端武器等各种领域的 应用中都占有相当大的比重，其开发技术已成为电子、电气、通信、自动化、机电一体化等专业 技术人员必须掌握的技术。人们通过对火的使用，实现取暖以及进行食品的加工，这是人类文明进步之中不可缺少的因素，

8、但是具有温度难以控制，需要人为的不间断操作，并且容易造成火灾等危险。而在现今生活中，用单片机设计的功率调节已经成为了单片机实验中一个很常用的项目。原因是因为它具有很好的开放以及开发者的可发挥性，不仅考察了对单片机的掌握能力，同时也考 察了单片机扩展应用，并且在硬件设计电路中也要力求简洁，功能齐全，显示的效果优异，对于 实际的操作人员的的要求比较高。本次的毕业设计说明书主要对以 STC89C52芯片为核心辅以外围扩展电路实现对加热设备的 加热功率的调节。通过程序以及各种电路构成了一个单片机功率调节以及当前温度显示，具有显 示准确当前温度的功能，同时可对温度上限进行手动调整，由于采用了LCD160

9、2进行显示，所以具有了夜视功能，具有比较优异的人机交互功能，并且本次设计的过零检测以及启动触发部分 采用了单独的芯片电路实现，具有较好的稳定性。鉴于本人水平以及能力有限，本次毕业设计设计以及毕业设计说明书中难免会有错误以及不 足之处，恳请各位老师和同学批评指正。第48页，共36页1系统功能要求1.1系统功能概述系统功能：本次毕业设计所实现的主要功能的是：以STC89C52芯片为核心，配合温度检测电路、供电电路、显示电路、过零检测电路，触发电路等扩展电路，使用12MHz的晶振连接单片机的晶振接口（ XTAL1、XTAL2 ）给系统的正常工作保证稳定的震荡信号，保证整个系统的的稳定安全的 运行。R

10、ST接口连接复位电路，进行运行过程中意外状态（比如程序跑空等）的复位。而温度的 检测则是对加热炉的输出电压模拟信号通过运放然后经过模数转换芯片（MX1241 ）转换为成为数字信号，而通过单片机的P2.3/A11、P2.4/A12、P2.5/A13三个接口实现温度信号的控制输入。由于需要进行加热设备输入电压正弦波的斩波，所以需要使用电源过零点检测电路，检测电源输 入波形过零点的位置时间，将过零信号输入到P3.2/INT0接口以引起外部中断，配合程序在P2.6/A14接口输出延时的启动信号，经过7407 （缓冲驱动器）进入 MOC3021 （光电耦合器）触发双向晶闸管导通和断开，进而驱动加热设备进

11、行加热控制，又因为电源的频率较高，一个周期 会触发两次中断，如果应用一个芯片将会导致过零模块影响到其他模块的正常运行，为了稳定性 的考虑本次设计采用了两块单片机进行分工协作，大大提高的稳定性。通过P1.0/T2、P1.1/T2EX两个接口实现用户根据自身需要对于温度的上限的调节。通过P0 口输出LCD显示器的信号，由于P0 口没有驱动能力，所以辅助10K电源上拉电阻驱动 LCD1602，其中显示器的 RS、RW、E三个控制接口分别连接 P2.0/A8、P2.1/A9、P2.2/A10进行显示器的数据写入读出的控制，显示用 户设置的最高温度以及当前的温度。通过MAX232 （电源电平转换芯片）连

12、接RS232串口进而于P3.0/RXD、P3.1/TXD连接进行程序的烧录。系统要求：（1）通过电平转换电路经过串口对程序进行下载烧录（2）用户可根据实际需要通过按键来增减上限温度数值（3）实现对当前加热炉的加热温度进行实时检测（4）实现将上限温度以及当前温度进行显示以及夜视功能（5）确保实时加热炉的温度的显示控制的准确性（6）实现过零检测的精确性和稳定性（7）实现对电源输入正弦波的斩波时机的智能控制（8）硬件电路的设计力求正确，电源电路以及信号传输电路之间力求避免干扰（9） 程序的设计力求简洁较少占用CPU资源且功能全部实现（10）电路的连接避免交叉以及节省材料（11）整体设计力求经济性以及

13、稳定性良好（12）整体设计力求绿色无污染（13）要求整体设计具有相对比较好的操控性能系统技术指标：最小系统：芯片：89C52工作电压：+5V外接晶振：12MHz晶振电容：22pF复位电阻：1K复位电容20uF保证晶振震荡正常，程序下载以及系统稳定运行通信部分：串口： RS232电平转换：MAX232程序下载烧录稳定供电部分电源：220V市电经变压器转换电压：5V供电电路与通信电路之间必须保持足够的距离，避免造成干扰显示部分：显示器：LCD1602电压：+5V复位电路：自带数据存储：80字节DDRAM点阵：192个5X7点阵的字型的字符发生器 CGROM上拉电阻：10K按键部分：数量：2个类型：

14、点动温度检测部分:芯片：MAX1241放大器：LM108电源：+12V启动触发部分:光电耦合器：MOC3021控制端电压：+5V双向可控硅：Q5006L4加热设备：OVEN2万案设计2.1系统整体设计本设计的总体思路：通过OVEN加热炉加热设备的电压模拟信号通过运算放大器经由A/D转换芯片转换为数字信号输入到单片机中进行实时的温度检测比较，并在LCD显示屏上进行显示。通过过零检测电路对电源输入的波形信号进行检测是否经过零点，然后将经过零点的信号输 入单片机，单片机根据所收到的电源输入过零信号经程序自动判断然后延时输出启动触发信号， 通过光耦控制加热设备的启动。整体系统的结构如下：显示电总|匚8

15、9052d斷下载U |laM |i图2-1系统结构图2.2设计方案选择本设计若实现功能可以使用多种元器件来满足所需，其中单片机芯片、温度检测设备、显示 设备、过零检测设备、启动触发设备都需要进行论证选择。2.2.1单片机选型在本次毕业设计中，芯片可以提供选择的有两种：方案一：采用 AT89C52芯片为核心芯片，AT89C52是由爱特梅尔公司生产的具有比较良好 的性能的8位处理芯片，其拥有 8KB的可以多次檫写的存储器，包含12B的随机存取数据存储器，可以相对较好的兼容标准为MKONGZHI-51的指令系统。方案二：采用STC89C52为核心芯片，此芯片与爱特梅尔公司生产的芯片89C52的技术参

16、数大致相似。综合考虑比较方案一以及方案二，由于，但是STC芯片具有程序烧录方便并且价格低廉并且稳定性能较好等优点，用户使用起来调试以及安装连接更加方便和快捷本次设计选择方案二，即 选择STC89C52作为核心芯片。222温度检测设备选型在本次毕业设计中，温度的检测电路部分的设备可以有两种选择方案：方案一：以 DS18B20为温度检测设备，其具有操作简便，程序编写容易，线路连接方便等 优点，但是限制温度在-5C + 125 C ( -67F +257 F)，且需要做好密封防水等措施，较为麻 烦。2方案二：以OVEN加热炉的电压输出点采集电压信号，经过运算然后输入 A/D进行模数转 换，将转换后的

17、数字信号发送给单片机进行换算，最终换算为温度数据在显示器上显示以及在程 序中进行运算。综合比较上述两个方案，再考虑到本次设计实际应用中需要应用到加热炉，温度上限较高， 且需要温度的检测精确，并且温感由于引脚问题而需要进行密封，但是加热炉温度可能会比较高，对于密封材料的要求也会相对较高，这无疑增加了整个设计的成本，加热炉的温度中各个地方有 差异，无法获得准确的温度，所以采用方案二。2.2.3显示设备选型在本次毕业设计中，显示器的选择可以选用两种设备进行选择：方案一：采用数码管进行用户设置的上限温度以及当前温度的显示，此种显示方法价格低廉,但是需要单独增加驱动电路，而程序编制中需要对数码管输入信号

18、进行循环扫描，以保证显示数 字闪烁间隔小于人眼所能识别的时间，这样才可以使人眼看起来数字的显示是连续变化的。5：方案二：采用液晶显示器LCD1602进行显示，此种显示方式编程不是很复杂，不需要单独的驱动电路，在单片机接口增加一个电源上拉电阻便可驱动，且具有良好的夜视功能，人眼观察无闪烁之感，对于整个电路的影响较小。综合考虑上述两种方案，同时考虑到本毕业设计的难易程度以及可操作性，选择方案二使用液晶显示屏进行数据的实时显示，LCD显示器显示的清晰度比数码管好，而且使用者的操作要相对来说简单，扩展性较好，界面相对好看。2.2.4过零检测设备的选择方案一：先将电源进行变压，然后通过二极管整流，信号输

19、入到三极管，三极管充当开关元件，然后连接非门取反，将数据输入单片机的外部中断o端口，当电源正弦波经过二极管整流电路后成为连续的半波，每个周期有两个零点，非门将零点信号输入到中断接口引起单片机中断，再有中断程序进行判断运行输出启动触发信号。8方案二：将电源进行变压后输入到双向光电耦合器，光耦另一端经运算放大输入到单片机的 中断端口进行触发中断， 再由单片机内部中断程序进行比较运算输出相应的加热设备的启动触发 信号。综合考虑本次设计所要实现的功能以及环境，考虑选择方案一，因为方案一进行仿真更加清 晰方便易懂，并且稳定性较好，并且方案一电源经由电源整流后的连续半波更加容易进行检测， 容易进行电路设计

20、，同时为了稳定性以及可靠性的考虑，采用两个单片机芯片进行分开控制，一个单片机主控按键部分，显示部分，温度检测部分等，另外一个主控过零检测和触发部分。225启动触发设备的选择启动触发在本次毕业设计中可以采用两种方案：方案一：采用继电器 Relay进行加热设备的启动以及断开的控制方案二：采用双向可控硅串联在加热电路中，双向可控硅的导通角采用光电耦合器进行弱电 控制强电进行控制，通过程序自动输出的启动触发信号改变导通的角度的大小来调节加热设备的 功率的大小。10通过对比两种方案以及考虑本次设计所实现的功能的特点，本次设计采用方案二，即以双向 可控硅作为加热设备的功率调节元件，同时加以继电器的主电路控

21、制以增强安全性。方案二具有 功率调节的精准性以及稳定性，并且用户可以根据需要以及各种不同的场合进行导通角的设置， 只需要对程序中的数据进行简单的更改即可。并且光电耦合器具有隔离的作用，这样弱电部分与 强电部分不会形成干扰，且具有控制更加的准确和安全的性能。同时应用双向可控硅进行加热设 备功率的调节具有比较实际的意义，因为现实生活中我们的加热设备一般情况下都是导通的交流电，那么双向可控硅就可以进行正向和反向的导通角度的大小的控制，这样功率的调节的效率更 加的高且不浪费资源。2.3芯片简介通过上述系统的方案的选择和对比，本次毕业设计的主要的硬件的选择已经基本可以确定， 本段将对这些硬件的功能，技术

22、要求，参数等进行比较详细的说明。STC89C52STC89C52是宏晶科技公司生产的高速运算芯片，具有功耗比较低、运算速度较快、抗干扰 能力超强以及可以很好的适合传统的8051系列，并且STC89C52的芯片在进行开发板程序烧录时可以不进行MAX232芯片进行烧录电路的设计，可以直接采用下载器连接单片机的读写引脚， 使用烧录软件对单片机进行程序下载的时候只需要对单片机进行一次冷启动便可以向单片机的 存储器之中下载十六进制的程序。9具体的参数性能介绍如下：主要特性如下：（1） 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完 全兼容传统8051。（2） 工作电压

23、：5.5V 3.3V（ 5V 单片机）/3.8V 2.0V（ 3V 单片机）。（3） 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的0 80MHz，实际工作频率可达 48MHz。（4）用户应用程序空间为 8K字节。（5）片上集成512字节RAM。（6） 通用I/O 口（ 32个）复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口 /弱上拉，P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口用时，需加上拉电阻。（7） ISP （在系统可编程）/IAP （在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可 通过串口（ RxD/P3.0,TxD/P3.1 ）直接下载用户程序，数秒即可

24、完成一片。（8）具有EEPROM功能。（9）具有看门狗功能。（10） 共3个16位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2。（11） 夕卜部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电 平触发中断方式唤醒。（12） 通用异步串行口（ UART ），还可用定时器软件实现多个UART。（13） 工作温度范围：-40 +85 C （工业级）/075 C （商业级）。（14）PDIP 封装。各引脚功能：(1)40引脚：电源电压(2)VSS:接地(3)P0:漏极开路的8位双向I/O 口(4)P1 :带内部上拉电阻的8位双向I/O口(5)P2 :带内部上拉电阻的8位双向

25、I/O端口(6)P3:带内部上拉电阻的8位双向I/O端口（7）RST （ 9引脚）：复位输入（8）ALE/ ROG :锁存低8位地址的输出脉冲（9）PSEN :选通信号输出引脚（10）A/VPP :访问外部程序存储器控制信号（11）XTAL1 :振荡器输入端(12) XTAL2:振荡器输入端11T2-ri. nT2EX FI. !lbL 2Pi. 5 PL.h PIT 断RXD PJ. 0TXD/P3.1P： 2 lTl T：L 3T0/P3. 1_TIT15RDr ?3r 7XTAL2MALI辰lop3H37師拓.1 L33323J创汙2H?72b252-1L!;i2221 DI740m 二

26、 nnA二nnrmAmmro. ft AjciIO. 2 - Wra. .v-PG. l/MMItk 5,価0 6-皿阳H1.7.-.W7EA JkLE/EHOGPsmP2, 7/JM5P2.6/A14P2.5/iM3P2.4/Al 211.3/AllP1.2/A1U图 2-2 STC89C52 40引脚封装内部结构:P0.0P0.7inxxnP0驱动器P2.0P2.7nntmP2驱动器V ccV ssXRA MJQP0锁存器irP2锁存器ITEPROM 或ROM程序地址 存储器RA M地址寄存器B寄存器A CCSP缓冲器PS ENALEEA RES ET振荡器匚-11-11暂存器1P1锁存器

27、定时及控制指令寄存 器XTA L2特殊功能寄存器卞断、串行口及 定时器/计数器P3锁存器P1驱动器EXZIZXIZ：M-T- -F4 r TrIP1.0P1.7P3驱动器P3.0P3.7图2-3 89C52内部结构PC增量器MOC3021MOC3021是摩托罗拉公司生产的光耦，可用于弱电控制强电，以及弱电和强电之间的隔离, 效果较好，使用方便，即时的触发功能。MOC3021的技术参数：隔离电压:7500V输出类型:双向可控硅驱动输入电流:60mA输出电压:400V通道数：1MOC3021引脚功能：输入端1:弱电电源输入端（控制端）输入端2:弱电电源输出（控制端）输出端6:强电电源或用电器输出端

28、4:强电电源或用电器12MAX1241MAX1241是一种功能损耗相对比较低，并且最低可启动的电压也比较低的ADC转换元件，拥有12位串行。次芯片的最大非线性的误差可以低于1LSB,转换的时间可以精确到 9us,其内部结构如下图所示。CSSCLKTOUTGND图2-5 MAX1241内部结构及引脚MAX1241的供电部分需要用单相的电源进行供电，当它以73K的转换速度工作的时候，所VDD *SHDHREF控制邃辑-丽4输出移位寄存器12 位 ADC需要的电流仅为0.9mA，而当其工作在休眠模式之下时的电源电流仅为1uA即可，其管脚定义如下：管脚1： VDD电源输入管脚2： VIN模拟电压输入管

29、脚3： SHDN节电方式控制端管脚4： REF参考电压输入端管脚5： GND接地管脚6： DT串行数据输出管脚7： KONGZHI控制端管脚8： SK驱动时钟的输入13其工作时序图如下:MAX232MAX232是由Maxim生产的一种专为通信接口的设计芯片，比较适用于电源供电系统，对于电流以及电压的要求不是很高，功耗也同样较低，但是速度却可以达到1Mbps，自身成本也比较低。其可应用于以下领域：便携式计算机，低功耗调制解调器，接口转换等。14CU1+16 VccV-h :215GNDC1-3vizixivi14T10UTC2+4MAX220MAX23213R1INC2-5MAX232AJ2.R

30、1OUTV-611T1INT20UT110T2INR2IN89R2OUTDIP/SOCAPACITANCE gF)DEVICEC1C2C3C4C5MAX2200 0470.330.330.330.33MAX232101.01.01.0i.oMAX232A0.10J0.10,10.1图2-7 MAX232芯片LCD1602本设计考虑过两种显示电路，一是使用多个数码管进行数据显示，另外一个是使用液晶显示屏进行温度数据的显示。最终根据实际需要选择了液晶显示屏幕LCD1602，此液晶显示屏显示效果优异，而且具有夜视的效果，其实物外观如下图所示:图2-8 LCD1602引脚图以及实物图如上图所示，LCD

31、1602具有16个引脚，其中7至14脚是属于数据端，引脚1和2分别为电源的接地以及+5V电源接入端，具体的引脚定义如下：第1脚：VSS为电源地。第2脚：VDD接5V电源正极。第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。第6脚：E（或EN）端为使能（enable）端。第714脚：D0 D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。2.4系统电路设计本次毕业设计的各个主要硬件模块为：复

32、位电路、晶振电路、按键电路、模数转换电路、加热电路、过零检测电路等必要的电路组成。2.4.1 复位电路复位电路作为系统之中的一个基础的电路具有非常重要的作用，当程序运行的过程中出现意外情况，例如程序跑空或者卡死等，复位电路可以将程序复位重新正常开始运行，而不需重启整个系统，相对来说比较方便快捷，所以复位电路相对来说是一个非常重要而且基础的电路部分，在各种特殊或者紧急情况下可以起着重大作用的电路，并且设计简单，操作方便，所以对于开发设计人员来说复位电路是必须要熟记的一个基本电路，具体的电路图如下所示：1k-图2-9复位电路如上图所示，复位电路中采用了大小为1K的电阻连接接地端，+5V的电源输入端

33、连接按钮和20uF的电容并联接入 RST复位端，在无操作的状态中，RST接口默认为无电平输入，当按下按钮时即为复位状态，接口为高电平，系统进入复位状态，松开后接口又重新变为低电平状态。复位电路属于最小系统之中必不可少的一部分，具有非常重要的作用，而且其元件以及接线简单,操作方便，适用性比较强，所以在系统开发的电路设计之中属于首先设计的电路。242 晶振电路晶振电路属于最小系统之中的一个重要部分,电路的正确设计可以给系统的运行提供正确的震荡，其连接线路如下所示:一 C12-2pF teK1C222pF卜CRYSTAL -匚mU11918 XTAL1XTAL2图2-10晶振电路如上图所示，晶振电路

34、之中并联两个电容值为22pF的电容，连接接地端，然后与12MHz的晶振连接，分别接入单片机的晶振上拉接口之中，形成一个完整的晶振震荡电路。晶振电路是最 小系统中的一个必不可少的部分，因为系统的运行需要晶振电路提高精准的震荡，可以说晶振是 否正常起振对整个系统的正常运行起着至关重要的作用，若是这个电路无法运行，或者晶振距离 芯片的距离过远，则晶振电路则无法运行，那么整个系统将处于无法工作的状态。晶振电路属于 关键电路，系统开发设计人员在设计系统的时候最小系统当属于优先计算和绘制的电路部分。243程序下载电路程序下载电路是用于用户使用计算机编程且可以正常编译后将16位的HEX文件下载到单片机内部存

35、储之中的媒介。由于程序的编制是通过计算机进行的，无法直接写入芯片存储之中，所 以下载电路就属于不可或缺的电路。程序下载电路如下图所示，由电脑的RS232接口连接到 MAX232芯片，由于电脑的串口输出电压比较高，所遇需要由电平转换芯片即MAX232进行电平转换，然后输入到单片机的两个数简单方据读写端口完成程序的下载烧录工作。程序下载电路是系统设计之中的一个重要的部分，设计连 接完整之后只需要一根具有串口公母头的数据线就可以对芯片进行下载烧录程序的工作，便快捷，编程成员将程序编辑完成之后可以很方便的通过该电路下载程序，属于系统开发设计前 期需要进行设计的一个电路。图2-11程序下载电路244 显

36、示电路本次的毕业设计的温度数据（包括用户根据自身需要设置的上限温度以及加热炉的实时温度）需要进行显示以实现设计的可视化和合理性。LCD1602显示屏市面上大多是使用的HD44780芯片，带有内部字库，程序编写方便，显示效果良好，并且可以自调对比度，硬件线路连线简单方便，具体的线路连接如下图所示:Tj-图2-12 LCD1602显示器连线图RO.O/ADO RO. 1/AD1 RO 2/AD2 F*O 3/AD3 戸 4ZAD4- PO 5/AD5 PO 6/AD6 PO 7/AD7OOOS 圣 I .于字3837363弓343332如上图所示为1602显示屏的详细接线图，其中数据端口接在芯片的

37、无驱动能力的P0 口，由于没有驱动能力，所以需要在数据端口接一个电源上拉电阻，以供驱动显示屏的数据传输。其中数据控制端口需要配合程序将实时数据读写，其中VEE为调节分辨率的一个接口，用于调整屏幕的显示效果，一般情况下可以考虑连接一个可调电阻用于用户自行调整屏幕的分辨率。245温度检测电路本次设计之中可以选用 18B20或者选择通过电压的模拟量经由模数转换为温度数据，然后将信号传送给芯片经过计算换算为温度值。在考虑到本次毕业设计之中需要用到加热炉，温度传感 需要对其自身进行密封和保护，而加热炉温度可能会超过温感的上限温度，而且没有模数转换的 效果好，所以选用模数转换电路进行温度的转换，其具体的电

38、路图如下图所示：图2-13温度检测电路如上图所示，温度检测的电路最末端是连接的加热炉的电压输出端，再经过两个运放进行信 号处理，两个运放的外接电源和电阻的大小都是固定的，然后将输出的信号输入给模数转换芯片（MAX1241 ）进行转换，然后由单片机的程序对转换芯片的数据进行读写，将数据经过程序进行换算，进而成为实际温度数据，然后对温度数据进行对比输出启动触发信号。15246过零检测电路本次毕业设计的目的是对加热设备的加热功率进行调节，而方式是运用斩波的方式进行，那 么触发信号的延时必须要有一个基准点来提供延时的时间，即参考点，而这个参考点就是电源电 压的零点，当单片机接收到电源的过零信号的时候，

39、启动程序就进行一定时间的延时然后输出触 发信号，启动加热设备进行加热，由于延时效果加热设备的功率就得到调节，同时因为过零检测 需要应用到单片机的两个外部中断资源，从而会影响到其他的模块的正常运行，所以采用了单独 的单片机进行过零信号的采集。如下图所示，市电的电源经过电压期变压为+5V左右为单片机可以识别输入的电压后，再连接一个变阻器，用于调整波形，适应性更强。变阻器调节端接入LM108电压比较器，电压比较器的两个电源极都是输入 +12V的直流电源，输出端分别接一个和两个反向器，反向器输出的电 压为+5V左右，反向器在这里起到了很关键的作用，不仅可以输出相对稳定的波形，而且电压变化平滑，电源的正

40、弦波一个周期中波形由正向往负向变化过零点时电压比较器输出一个负跳变信 号，波形从负方向往正方向变化时输出一个正跳变，由于单片机外部中断的触发只能识别低电平 和负跳变，而正跳变无法触发中断，如果直接接入中断一个波形周期中只能检测到一个零点，而 一个周期实际上有两个零点，所以在电路中接入了一个反向器进行检测正跳变经反向变为负跳 变，而负跳变经过两次反向变压整波形接入外部中断，触发中断，进而自动运行中断的程序，进16行延时触发的程序，最后触发启动加热设备。图2-14过零检测电路247加热电路加热炉OVEN与双向可控硅串联接入电源电路中。而单片机的延时触发信号经过运放后输入到光耦之中，由于单片机发出的

41、电压比较低，而加热部分的电压较高，所以需要光耦进行电压的 隔离，即弱电控制强电进行操作，光耦强电部分一端与电源相接，另外一端与可控硅的门极控制 端连接，通过可控硅的触发脉冲要求以发出触发脉冲控制可控硅，进而控制功率的变化。而加热 炉的温度输出端则经过温度转换电路传输到单片机进行数据处理，进而通过内部程序换算进行对比，再由启动程序控制输出延时启动触发信号，由此便构成了一个闭环的反馈控制回路。加热设备是采用双向可控硅串联在加热设备之中的，当实际温度与用户设置的温度相差较大的时候，需要加热设备的功率调整到比较大，那么斩波的大小就要相应的变小，即在计算出电源 的周期时间后根据实际选择延时的时间。而当实

42、际温度接近于用户设置的温度时，延时触发的程 序进行的延时时间则相应的增加，以降低加热的功率，实现对加热设备功率的调节作用，整体电 路设计简单，无需人为的操作，实用性较强，同时因为本次设计将过零检测以及启动触发电路由一个单独的单片机进行，所以触发启动模块的输出相对稳定抗干扰性比较强。为了防止系统卡死 或者其他特殊情况发生导致加热出现持续加热的危险情况，所以在加热炉的主电路串联了一个继电器进行保护，在当前温度到达用户所设定的温度上限的时候进行断开以提高安全性能。92.5系统I/O接口设计本次毕业设计之中系统的I/O接口的设计分配如下：（1）P0.0 P0.7: LCD液晶显示屏数据传输（2）P1.

43、1、1.2 :按键（3）P2.0、2.1、2.2 : LCD液晶显示屏的数据控制（4）P2.3、2.4、2.5 : ADC 数据读写控制（5）P2.6 :加热设备的延时启动触发（6）P3.0、3.1:串口数据下载（7）P3.1:电源过零检测输入（8）XTAL1、XTAL2 :晶振（9）RST:复位（10）EA : +5V电源输入2.6系统软件设计设计的程序部分有软件烧录进入单片机存储器之中,Keil C51进行编辑和编译，然后将编译后的十六进制HEX文件下载图2-16程序流程图具体的程序的流程图如下图所示：3系统调试本次毕业设计的过程中遇到了很多问题，后来经过一步步的调试才得以成功，总体可分为

44、软 件调试以及硬件调试。3.1软件调试本次毕业设计的软件调试工具主要依靠单片机仿真软件Proteus 7 Professional以及Keil C51软件，虽然仿真软件中无法调用STC单片机，但是由于 STC89C52与AT89C52相差无几，所以我采用的是AT89C52芯片来进行调试。在画硬件接线原理图的时候一定要先在草稿纸上或者脑 海里根据I/O接口以及所实现的功能将每个芯片以及接口等元件的位置摆放合理之后再进行画 图。不然会出现不停涂改，事倍功半。硬件线路接好之后再进行程序的调试，由于整个程序是主 程序调用各个功能的子程序来实现的，所以程序调试最好分部进行，比如检测当前环境温度这个 功能

45、就可以单独拿出来检测子程序是否正确，这样就可以保证每个子程序的正确性，同时也提高 了调试的效率。充分利用Keil软件的功能，准确查找出程序的常规错误，根据软件提示修改程序。在配合仿真软件调试的时候，如果出现可以运行，但是运行不正常的时候，尝试修改程序中的变 量数值，以达到运行正常的目的。3.2硬件调试本次毕业设计是基于 Proteus 7 Professional仿真软件平台之上进行完成的，电路的连接要比 实操要方便快捷一些，但是必须要对于本软件要熟练应用，需要补充一些专业的英语知识。单片 机最小系统的构建是应该需要熟记在心中不需要查阅其他资料就可以在仿真上绘制出来的。显示电路的调试中则需要将

46、P0 口的上拉电阻的电阻值大小设置为规定数值，不可以随意从元件库中调用而不更改数值大小。电源电路中变压器的匝数比的计算需要查阅公式进行计算，由于仿真软 件的性能限制则需要将电源的频率降低一部分，并不影响仿真的效果。过零检测需要对于三极管 有足够的了解，三极管可以充当放大以及开关作用，而本次毕业设计中的过零检测电路部分是采 用的三极管的开关作用。调试的过程中非常重要的一点是要熟练掌握示波器的使用，它可以根据 所需显示出波形，可以根据波形判断运行是否正常，程序以及硬件电路是否连接正确。3.3仿真调试本次毕业设计运用 Proteus 7 Professional软件进行仿真测试，根据本次设计的目的进

47、行仿真 调试，测试设计目的是否已经达到，由于示波器的波形显示比较直观并且具有实时性，所以根据 波形可以准确的达到调试的目的。1、当温度差范围在 20度以上时，电源波形以及触发波形如下所示:Set tenp：069CRe teNP：032C图3-1温差20度以上波形图2、当温度差范围在10度至20度以内时，电源波形以及触发波形如下所示:Set teiiP：060CRel tehF s041 CVUS iij*_Digital Oscilloscope图3-2温差10度至20度以内波形图3、当温度差范围在 0度至10度以内时，电源波形以及触发波形如下所示:Set tenps069CC Rel te

48、np!050C 恋山Digital Oscilloscope图3-3温差0度至10度以内波形图4、当温度差范围小于等于 0度时，电源波形以及触发波形如下所示:Digital Oscjllo5eDigital Oscjllo5e图3-4温差小于0度波形图通过以上四个测试事例可以看出如下结果：1、 当温差在20摄氏度以上时启动触发延时 5ms进行触发，导通角为 176.4度；2、 当温差在10至20摄氏度之间时启动触发延时100ms进行触发，导通角为 108度；3、当温差在0至10摄氏度之间时启动触发延时 200ms进行触发，导通角为 36度；4、 当温度差小于等于 0摄氏度时启动触发持续输出高电

49、平，导通角为0度。根据以上测试结果可以得出结论：针对显示、按键等模块对过零检测以及启动触发模块的正常运行形成影响的问题进行的解决办法，即米用双CPU结构进行协调控制，主CPU控制按键、显示、温度采集等模块，控制CPU主要负责过零检测、启动触发模块，两个单片机分工协作，互不干扰。以上测试所得结论既可以证明提出的双CPU结构的方法是有效的，可以正常运行并且解决问题的。4总结4.1结论通过XXX老师的辅导，以及自身的努力，本次毕业设计任务顺利完成，所要求的功能都已 经全部实现。最小系统运行正常，按键可以调节温度上限，过零检测电路运行正常，加热电路中 电热炉可以控制加热，液晶显示器显示效果正常，实时温

50、度检测以及显示正常，整个设计都已经 达到了要求的状态4.2心得在此次毕业设计的过程中，虽然本人能力有限，但是在XXX的教导和自身的奋斗中一直都坚持，遇到了不会的问题则去网上查找相关资料进行学习操作，对于不熟悉的芯片则去官网下载 芯片对应的技术资料进行查看，遇到了生疏的电路例如过零检测电路则先自己去查找资料，如果 还是无法解决则去询问 XXX，多数情况下经过 XXX的指导都可以将问题解决而且可以学习到很 多知识。在设计过程中，学过类似的课程的师兄们就成了我的移动词典，遇到自己想不通的就会去咨 询他们，有时候在他们的讲解下自己可以弄明白一些问题。综合本次设计，所需要达到的功能已经实现，但是还是有一

51、些不足之处，比如过零检测的触 发电路触发偶尔会在仿真的平台中出现混乱的情况，也有可能属于仿真软件自身的问题，波形显 示不是很完美，另外就是电路的知识依然有一些欠缺，导致比如加热电路中双向可控硅的线路连 接不是很熟练。根据此次设计所暴露出来的个人知识点的缺乏一定要在以后的时日里努力补充巩 固相关的知识，并在以后的开发设计中注意避免再次出现类似问题。参考文献1 李朝青编著单片机原理及接口技术M.北京航空航天大学出版社,2005.2 柳淳编著电子爱好者入门要诀(技能篇) M.中国电力出版社，2010年6月第1版3 吉顺如刘新铭.辜碧容唐政编著.C语言程序设计教程(第二版)M.机械工业出版社,2010

52、年3 月第2版4 王先静基于Proteus仿真的智能温室监控系统设计与实现D.云南大学，2011.郑晓霞基于AT89S51单片机实验开发系统设计D.内蒙古大学，2009.张菁.单片机温度控制系统方案的研究J.上海交通大学学报，2007(01).J.电气应用，2009(20).J.信息技术与信息化，2006(03).7 俞欣滢曾志强.孙仪彬基于单片机的温度控制系统设计8 卿燕玲李蕾基于单片机的温度测控系统的设计与实现9 谢剑英编著微型计算机控制技术M.国防工业出版社，1991.10 李均宜编著炉温仪表与热控制M.机械工业出版社，1981.11 朱肖强陈三宝电加热炉炉温控制系统设计与仿真J.自动化与仪器仪表，2006(03).12 王俊省主编著微计算机检测技术及应用M.电子工业出版社，1996.13 库志强张锡兵杨扬基于单片机的温