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基于AT89S51 单片机炉温控制系统的模块电路设计

作者：曲全鹏日期：2014-02-15 15:38 来源：《生产力研究》

在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处
理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温
度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可
以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品
的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产
中经常会遇到的控制问题。
1 设计要求
设计一个基于单片机的温度控制系统，能够对炉温进行控
制。炉温可以在一定范围内由人工设定，并能在炉温变化时实
现自动控制。若测量值高于温度设定范围，由单片机发出控制信
号，经过驱动电路使加热器停止工作。当温度低于设定值时，单
片机发出一个控制信号，启动加热器。通过继电器的反复开启和
关闭，使炉温保持在设定的温度范围内。
1）温度设定范围为0 ～ 99℃，最小区分度为1℃，温度控制
的误差≤ 1℃
2）能够用数码管精确显示当前实际温度值
3）按键控制：设置复位键、加一键、减一键
4）越限处理
2 单片机选择
本设计选择AT89S51 作为主控芯片。AT89S51 单片机的
40 个引脚中有2 个专用于主电源引脚，2 个外接晶振的引脚，
4 个控制或与其它电源复用的引脚，以及32 条输入输出I/O 引
脚。
1）电源引脚Vcc 和Vss
Vcc（40 脚）：接+5V 电源正端；
Vss（20 脚）：接+5V 电源正端。
2）外接晶振引脚XTAL1 和XTAL2
XTAL1（19 脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它
是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成外部时钟时，对于
CHMOS 单片机，该引脚接地；对于CHOMS 单片机，该引脚作为外
部振荡信号的输入端。
XTAL2（18 脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至
片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于
CHMOS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS
芯片，该引脚悬空不接。
3）控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/P、
PSEN 和EA/VPP 等4 种形式。
RST/VPD（9 脚）：RST 即为RESET，VPD 为备用电源，所以该
引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作
时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操
作，使单片机复位到初始状态。
当VCC 发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可
接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM 供电，以保证RAM 中的数据
不丢失。
ALE/ P （30 脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁
存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0 口
的地址信号。
PSEN(29 脚): 片外程序存储器读选通输出端, 低电平有
效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期
PESN 两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外
部数据存储器期间，PESN 信号将不出现。
EA/Vpp（31 脚）：EA 为访问外部程序储器控制信号，低电平
有效。当EA 端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB
（MS—52 子系列为8KB）。若超出该范围时，自动转去执行外部
程序存储器的程序。当EA 端保持低电平时，无论片内有无程序
机，在EPROM 编程期间，该引脚用于接21V 的编程电源Vpp。
4）输入/ 输出（I/O）引脚P0 口、P1 口、P2 口及P3 口
P0 口（39 脚～ 22 脚）：这8 条引脚有两种不同功能，分别适
用于两种不同情况。第一种情况是89S51 不带片外存储器，P0
口可以作为通用I/O 口使用，P0.0-P0.7 用于传送CPU 的输入
/ 输出数据。第二种情况是89S51 带片外存储器，P0.0-P0.7
在CPU 访问片外存储器时用于传送片外存储器的低8 位地址，
然后传送CPU 对片外存储器的读写数据。
P1 口（1 脚～ 8 脚）：这8 条引脚和P0 口的8 条引脚类似，
P1.7 为最高位，P1.0 为最低位。当P1 口作为通用I/O 口使用时，
P1.0-P1.7 的功能和P0 口的第一功能相同，也用于传送用户的
输入和输出数据。
P2 口（21 脚～ 28 脚）：这组引脚的第一功能和上述两组引
脚的第一功能相同，既它可以作为通用I/O 口使用。它的第二功
能和P0 口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8
位地址。
P3 口（10 脚～ 17 脚）：P3.0 ～ P3.7 统称为P3 口。它为双
功能口，可以作为一般的准双向I/O 接口，也可以将每1 位用于
第2 功能，而且P3 口的每一条引脚均可独立定义为第1 功能的
输入输出或第2 功能。P3 口的第2 功能见表1。
表1 单片机P3 口管脚第2 功能
Table 1 singlechip P3 mouth second pin function
AT89S51 单片机引脚图如图1 所示
3 单片机控制模块电路设计
控制模块是整个设计方案的核心，它控制了温度的采集、处
理与显示、温度值的设定与温度越限时控制电路的启动。本控制
模块由单片机AT89S51 及其外围电路组成，电路如图2 所示。
该电路采用按键加上电复位，S2 为复位按键，复位按键按
下后，复位端通过51Ω 的小电阻与电源接通, 迅速放电, 使
RST 引脚为高电平, 复位按键弹起后, 电源通过8.2KΩ 的电
阻对10KμF 的电容C5 重新充电,RST 引脚端出现复位正脉冲.
4 结束语
本设计采用内部时钟方式, 利用芯片内部的振荡器, 然后
在引脚XTAL1 和XTAL2 两端跨接晶体振荡器, 就构成了稳定的
自激振荡器, 发出的脉冲直接送入内部时钟电路,C6 和C7 的
值通常选择为30pF 左右, 晶振Y1 选择12MHz. 为了减小寄生
电容, 更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器电容应尽可
能安装得与单片机引脚XTAL1 和XTAL2 靠近。
参考文献
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作者简介
曲全鹏（1981—），男，河南周口人，实验师，郑州华信学院
机电工程学院，研究方向：机电一体化技术
图2 单片机控制模块电路
Figure. 2 single chip control module circuit