3 硬件电路设计

根据图3-1，可以设计出基于单片机控制电烤箱的硬件电路图，如图2-2所示，AT89S52的晶振频率为6MHz。其他各部分的选择如下所示。

图3-1 硬件电路图

SCR500 V8 A电炉~220 V＋12 V1=蜂鸣器＋5 V复位启动+100+10+1Q7~Q174LS164CCrP＋+5 VLED2..ag.…LED1..ag.…LED0..ag.…74LS373P08031ALEP2.0RXDP2.PSE5TXND~GQ7~Q174LS164CCrPQ7~Q174LS164CCrPDSADSB+5 V74LS74DQCKQD0~D7A0~A72764A8A12OE~P1.WRP1.0P2.7P1.1P1.2RD3RSTINT1XTAL1EAXTALP1.26P1.7CLKAD0~D71211≥113STARBCTALE98≥110OEIN0ADC080EO91＝C6MHz20 pF×2热电阻变送器＋12 V3.1 温度显示功能

温度显示电路，利用单片机串行口外接移位寄存器74LS164，采用3位LED数码

显示器，停止加热时显示设定温度，启动加热时显示当前烤箱温度。采用串行口扩展的静态显示电路作为显示接口电路。

3.2 按键功能

为使系统简单紧凑，键盘只设置3个功能键，分别是启动、“百位+1”、“十位+1”和“个位+1”键，由P1口P1.0、P1.1、P1.2低3位作为键盘接口。利用+1按键可以分别对预置温度的百位、十位和个位进行加1设置，并在LED上显示当前设置值。连续按动相应位的加1键即可实现0℃～120℃的温度设置。按键电路如图3-2所示。

图3-2 按键电路

3.3 报警功能

报警功能由蜂鸣器实现。当由于意外因素导致烤箱温度高于设置温度时，P1.3口送出的低电平经反向器驱动蜂鸣器鸣叫报警。

3.4 温度传感器

采用AD590集成温度传感器，它测量温度的范围为-55～+150℃,有非常好的线性输出特性。其中AD590是美国ANALO G DEV ICES公司的单片集成两端感温电流源，电源电压范围为4～30 V，可以承受44 V正向电压和20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏，输出电阻为710 mΩ，精度高，非线性误差仅为±0.3℃。 AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。

3.5 放大器

放大器采用集成运算放大器μA741，741运算放大器的输出级由NPN晶体管以及两个电阻组成，主要的功能是电压位准移位器，或是Vbe的倍增器。由于基极端的偏压已经固定，因此晶体管集极至射极端的压降恒为一定值。运算放大器的输出级电压摆幅最高约可比正电源低1V，由晶体管的集极-射极饱和电压。虽然741运算放大器的输出阻抗不如理想运算放大器所要求的等于零，不过在连接成负回授组态应用时，

其输出阻抗确实非常接近零。：虽然早期741运算放大器在音响设备或是仪器上被广泛使用，但是今日已经有很多性能更好的运算放大器取代了741的功能，例如抗噪声的表现更好。对于741与其他早期的运算放大器而言，它们的共模抑制比逊于现代的运算放大器，在实际应用时容易造成干扰或是噪音。

3.6 ADC转换器

A/D转换器件的选择主要取决于温度的控制精度。本系统要求温度控制误差≤±2℃，采用8位A/D转换器，其最大量化误差为+-0.2℃，完全能够满足精度要求。这里我们采用ADC0809作为A/D转换器。电路设计好后，调整变送器的输出，使 0℃～500℃的温度变化对应于0～4.9 V的输出，则A/D转换对应的数字量为00H～FAH，即0～250，则转换结果乘以2正好是温度值。用这种方法一方面可以减少标度转换的工作量，另一方面还可以避免标度转换带来的计算误差。

ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。主要特性为8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为

8位；具有转换起停控制端；转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时）；模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准；工作温度范围为-40～+85摄氏度；单个+5V电源供电；低功耗，约15mW。

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图3-2所示，它由8

路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。

图3-2 ADC0809内部结构图和外部引脚图

3.7 温度控制

电烤箱控制采用可控硅来实现，双向可控硅和电炉电阻丝串接在交流220 V市电

回路中。单片机的P1.4口通过光电隔离器MOC3011和驱动电路送到可控硅的控制端，由P1.4口的高低电平来控制可控硅的导通与断开，从而控制电阻丝的通电加热时间。光电隔离器MOC3011对输入、输出电信号起隔离作用，光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。

3.8 其他可扩展电路

对于要求更高的系统，在现有电路的基础上，还-可以视需要自行扩展以下接口电路：实时时钟电路：连接实时时钟芯片DS12887可以获得长的采样周期，显示年、月、日、时、分、秒，而其片内带有的114 B非易失性RAM，可用来存入需长期保存但有时也需变更的数据。如采样周期、PID控制算法的系数KP、KI、KD等；“看门狗”电路：连接集成监控芯片MAX705可实现对主电源VCC的监控，提高系统的可靠性。

4 软件设计

单片机资源分配情况。数据存储器的分配与定义见表4.1。

表4.1

地址 40H 41H 42H~44H 45H 50H以后 PSW.5 功能 当前检测温度，高位在前 预置温度 BCD码显示缓冲区百位、十位、个位 二进制显示缓冲区，高位在前 堆栈 报警允许标志F0=0时禁止 0 初始化值 00H OOH OOH 00H 程序存储器：EPROM2764的地址范围为0000H~1FFFH

I/O口：P1.0~P1.2——键盘输入；P1.3、P1.4——报警控制和电炉控制。 A/D转换器0809：通道0~通道7的地址为7FF8H~7FFFH，使用通道0。

4.1主程序流程图

主程序采用中断嵌套方式设计，各功能模块可直接调用。主程序完成系统的初始化，温度预置及其合法性检测，预置温度的显示及定时器0设置,流程图如图4-1所示。程序为程序一。