1设计方案概述1.1设计内容某工业电炉在对产品进行加工的过程中，炉温从室温上升到1000℃应为30min，然后温度保持到1000℃，其时间为1小时。最后断电，使电炉自然冷却。电炉的加热源是热阻丝，利用大功率可控硅控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。炉温控制的基本原理是：改变可控硅的导通角即改变电热炉加热丝两端的有效电压，有效电压可在0～140V内变化。温度传感器是通过一个热电偶及其放大电路组成，温度越高其输出电压越小。外部LED灯的亮灭表示可控硅的导通与关断的占空比时间，如果炉温低于设定值则可控硅导通，系统加热，否则系统停止加热，炉温自然冷却到设定值。设计要求为：一个以单片机为核心，包括主要过程输入输出通道及主要接口，外配LED显示、键盘操作以及包括传感变送器及执行器的小型计算机控制系统。1.2设计方案该控制系统使用单片机作为微处理器，连接温度传感器、A/D转换、温度控制电路，并附加显示部分及键盘部分。它可以实时地显示温度，实现对温度的自动控制并设有报警电路。还可以通过键盘对PID参数进行设置。该控制系统使用热电偶测出电阻炉实际温度并转换成电压信号。此电压信号经过温度检测电路转换成与炉温相对应的数字信号送入单片机，而单片机经过数据处理后，控制显示部分显示温度。此外，将温度与设定值比较，根据设定计算出控制量，通过控制电阻丝两端交流电压的通断时间比例来实现电阻丝发热量的控制。2硬件部分设计2.1温度检测电路该部分采用热电偶传感器，该传感器具有价廉、精度高、构造简单、测量范围宽（通常从-50℃～1600℃）及反应快速的优点。热电偶传感器采用MAX6675，其引脚功能图如下：表1MAX6675引脚功能图引脚号名称功能1GND接地端2T-热电偶负极（使用时接地）3T+热电偶正极4VCC电源端5SCK串行时钟输入端6CS片选信号7S0数据串行输入端8NC悬空不用MAX6675的数据输出分为3位串行接口，因此只需要占用微处理器的3个I/O口。图3为温度检测电路图，图中串行外界时钟由微处理器的P2.6提供，片选信号由P2.5提供，转换数据由P2.7读取。热电偶的模拟信号由T+和T-端输入，其中T-需接地。MAX6675的转换结构将在SCK的控制下连续输出。图1温度检测电路热电偶工作原理如下：热电偶产生的热电势，经过低噪声电压放大器A1和电压跟随器A2放大、缓冲后，得到热电势信号U1,在经过S4送至ADC。电压可由如下公式来近似计算：2.2单片机连接电路本设计选用了ATMEL公司的AT89C52单片机，该型号单片机片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内部集成了微处理器、储存器、I/O接口、定时/计数器、中断系统、串行接口等基本部件。完全能满足控制要求。此外，考虑到该设计中需使用显示输出、A/D转换、键盘输入、报警电路、信号输出等外部扩展功能，固选用经典的8255作为并行输出接口，方便外部数据寻址。最小实现系统示意如下图2最小实现系统原理图2.3显示电路的选择方案一：使用LED数码管显示LED数码管是由发光二极管构成的,亦称半导体数码管.将条状发光二极管按照共阴极(负极)或共阳极(正极)的方法连接,组成"8"字,再把发光二极管另一电极作笔段电极,就构成了LED数码管。若按规定使某些笔段上的发光二极管发光,就能显示从0～9的…系列数字。同荧光数码管(VFD),辉光数码管(NRT)相比,它具有:体积小,功耗低,耐震动,寿命长,亮度高,单色性好,发光响应的时间短,能与TTL,CMOS电路兼容等的数显器件。+,-分别表示公共阳极和公共阴极。a～g是7个笔段电极,DP为小数点。另有一种字高为7.6mm的超小型LED数码管,管脚从左右两排引出,小数点则是独立的。由于本次设计不只是显示数字，还需要显示汉字，故不采用此方案。方案二：使用LCD液晶显示LCD是一种利用液晶的扭曲/向列效应制成的新型显示器，它具有功耗极低、体积小，抗干扰能力强，价格廉等特点，目前已广泛应用于各个显示领域，尤其袖珍仪表和低功耗应用系统中。LCD液晶显示器是LiquidCrystalDisplay的简称，LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。综合比较以上两种方案，选择方案二。2.4按键与报警电路按键控制电路如下图所示，分别接在单片机P1.