原标题：基于PIC16F877单片机的低成本、多回路温度控制系统设计方案

基于PIC16F877单片机+C8051F020单片机+SED1335的多回路温度控制系统设计方案

1. 引言

温度控制是工业自动化、家居智能化和实验设备中重要的功能之一。多回路温度控制系统旨在同时监测和控制多个温度点，实现高效、精准的温度调节。本文设计一种低成本的多回路温度控制系统，采用PIC16F877单片机作为主控核心，C8051F020单片机用于辅助处理，显示模块基于SED1335图形显示控制器驱动液晶屏，提供直观的用户界面。

2. 系统总体架构

本设计包含以下模块：

• 主控模块： PIC16F877单片机负责系统的主逻辑控制。

• 辅助处理模块： C8051F020单片机用于多通道温度采集与数据预处理。

• 显示模块： 由SED1335图形控制器驱动液晶屏显示温度状态和参数设定界面。

• 温度传感模块： 使用热电偶和DS18B20温度传感器完成多点温度检测。

• 执行器控制模块： 控制继电器或加热器的开关，调节温度。

3. 各模块详细设计

3.1 主控模块

• 主芯片型号： PIC16F877

• 主要参数：

• 8位单片机，工作频率为20MHz

• 368字节RAM，256字节EEPROM

• 33个I/O端口，8通道10位ADC

• 支持UART、I2C和SPI通信

设计中的作用：

• 控制整个系统的逻辑运转，包括接收温度数据、判断温度状态、输出控制信号。

• 通过UART与C8051F020进行数据通信。

• 通过I2C与SED1335通信，更新液晶显示内容。

关键功能实现：

• 定时器用于实现多任务调度和时间管理。

• 中断模块处理外部事件，如按键输入或传感器报警信号。

3.2 辅助处理模块

• 主芯片型号： C8051F020

• 主要参数：

• 8051内核，最高工作频率25MHz

• 8KB SRAM，64KB Flash

• 8个16位ADC，分辨率12位

• 多种串行通信接口

设计中的作用：

• 实现多通道温度数据的快速采集和预处理，包括滤波和非线性校正。

• 将处理后的温度数据发送至PIC16F877，减轻主控芯片的运算负担。

关键功能实现：

• 多通道ADC采集模块将传感器信号数字化。

• 利用内置定时器和DMA功能实现高效数据采集。

3.3 显示模块

• 主控制芯片： SED1335图形控制器

• 主要参数：

• 支持240x128的液晶屏分辨率

• 内部字符生成器，支持多种字体显示

• 提供内置显示存储器，简化主控与显示模块通信

设计中的作用：

• 通过I2C或并行接口与PIC16F877连接，实现显示内容更新。

• 提供直观的用户界面，包括当前温度显示、目标温度设定和系统状态指示。

关键功能实现：

• 初始化SED1335配置寄存器，设置显示模式和字体参数。

• 使用内存映射方式实时刷新显示内容。

3.4 温度传感模块

• 传感器型号： DS18B20、K型热电偶

• 主要参数：

• DS18B20：单总线接口，分辨率912位，测温范围-55℃+125℃

• K型热电偶：宽测温范围，高灵敏度

设计中的作用：

• DS18B20用于低精度温度检测，连接至PIC16F877，通过单总线通信获取温度值。

• 热电偶用于高精度温度检测，连接至C8051F020，通过ADC采样完成信号转换。

3.5 执行器控制模块

• 控制元件： 固态继电器或电磁继电器

• 设计实现：

• PIC16F877通过I/O口输出控制信号，驱动继电器实现加热器或冷却设备的启停控制。

• PWM输出用于调节加热器的功率，优化温度控制效果。

4. 软件设计

4.1 系统主程序

主程序由以下部分组成：

• 初始化阶段：完成芯片外设的初始化，包括ADC、UART、I2C和定时器设置。

• 数据采集：通过C8051F020采集多路温度数据，使用滤波算法消除噪声。

• 控制逻辑：对比当前温度和设定值，计算控制量，并通过PWM输出控制执行器。

• 显示更新：实时刷新液晶屏，显示温度状态和系统参数。

4.2 通信协议设计

• UART通信协议：

• PIC16F877与C8051F020之间通过UART通信，数据包包括起始位、温度数据、校验位。

• I2C通信协议：

• 主控芯片与SED1335通过I2C通信，使用标准I2C帧格式更新显示内容。

4.3 控制算法

采用比例积分微分（PID）控制算法：

• P控制： 根据当前温差计算基本控制量。

• I控制： 累积误差值，提高系统的稳态精度。

• D控制： 根据温度变化趋势调整控制输出，减少过冲。

5. 系统特点与优势

• 低成本： 采用成熟的PIC16F877和C8051F020，硬件成本低，易于采购。

• 多回路控制： 支持多达8路温度监测和独立控制，适应多种应用场景。

• 高可靠性： 通过软硬件协同设计，具备抗干扰能力和故障保护机制。

• 直观界面： SED1335液晶屏显示简洁美观，操作便捷。

6. 应用场景

• 工业加热设备的多区域温度控制

• 实验室多点温度监测与管理

• 智能家居中的采暖和制冷系统

7. 结论

本文提出的基于PIC16F877、C8051F020和SED1335的多回路温度控制系统，通过模块化设计和高效的软硬件结合，满足低成本、多功能和高精度的设计需求，适合广泛的工业和民用应用场景。