智能（單片機(jī)）溫度控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、目錄摘要第一章 緒論1第二章 設(shè)計(jì)要求12.1 設(shè)計(jì)課題工藝過程簡(jiǎn)介12.2 控制任務(wù)指標(biāo)及要求2第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想2第四章 硬件的選擇34.1 單片機(jī)的選擇34.2 溫度傳感器的選擇34.3 顯示器的選擇34.4 鍵盤的選擇44.5 溫度控制部分44.6 自動(dòng)推舟控制部分44.7 實(shí)現(xiàn)方案4第五章 硬件設(shè)計(jì)55.1 單片機(jī)基本系統(tǒng)55.1.1 單片機(jī) 805155.1.2 8155 簡(jiǎn)介75.2 前向通道115.2.1 溫度傳感器135.2.2 運(yùn)算放大器135.2.3 a/d 轉(zhuǎn)換器155.3 后向通道175.4 人機(jī)對(duì)話通道175.4.1 顯示器175.4.2 鍵盤205.4.3 74

2、922 引腳說明及功能235.5 其它外圍器件3第六章 軟件設(shè)計(jì)256.1 軟件設(shè)計(jì)思路256.2 程序設(shè)計(jì)流程說明256.3 主程序流程圖如下256.4 鍵盤輸入中斷程序276.5 溫度檢測(cè)子程序流程圖276.6 程序清單28結(jié)論32謝辭33參考文獻(xiàn)34摘 要 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。本系統(tǒng)是以單片機(jī)的基本語言匯編語言來進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)編程的，其指令的執(zhí)行速度快

3、，節(jié)省存儲(chǔ)空間。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。 根據(jù)本溫度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，該系統(tǒng)是由單片機(jī)和溫度傳感器與一體的綜合設(shè)計(jì)，由于是用單片機(jī)采集溫度信號(hào)，所以在之前必須對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換，就應(yīng)該選擇放大器和 a/d 轉(zhuǎn)換器，本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)人工智能化，就必須有對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)定，所以還需要設(shè)計(jì)鍵盤與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行溝通關(guān)鍵字關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)，溫度傳感器，鍵盤，a/d 轉(zhuǎn)換器，放大器大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院專科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）1第一章 緒 論 計(jì)算機(jī)是人類有史以來最偉大的發(fā)明之一，人類經(jīng)過幾個(gè)世紀(jì)的努力，把計(jì)算機(jī)從中國古老的算盤

4、發(fā)展到當(dāng)代的計(jì)算機(jī)。當(dāng)代計(jì)算機(jī)并非僅用于計(jì)算，它更廣泛地應(yīng)用到社會(huì)生活中的各個(gè)領(lǐng)域，從宇宙飛船到人造衛(wèi)星，從天氣預(yù)報(bào)到地震預(yù)報(bào)，從辦公自動(dòng)化到生產(chǎn)過程自動(dòng)化，都離不開計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)已成為促進(jìn)現(xiàn)代文明的進(jìn)步，推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展的“智能工具” 。單片微型計(jì)算機(jī)（single chip microcomputer）被稱為單片機(jī)，它是各類專用控制器而設(shè)計(jì)的通用或?qū)Ｓ梦⑿陀?jì)算機(jī)系統(tǒng)，高密度集成了普通微機(jī)的微處理器、一定容量的 ram 和 rom 以及輸入/輸出接口，定時(shí)器等電路于一塊芯片上構(gòu)成的。單片機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，其具體有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1） 小巧靈活、成本低，易于產(chǎn)品化。它能方便地組裝成各種智

5、能化的控制設(shè)備及各種智能儀器儀表。（2） 面向控制，能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得最佳的性能價(jià)格比。（3） 抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境條件下都能可靠地工作，這是其它機(jī)種無法比擬的。可以很方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布控制。使整個(gè)系統(tǒng)的效率和可靠性他大為提高。 （4）單片機(jī)具有體積小、功耗低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，今年來還開發(fā)了一些以單片機(jī)母片（如8051） ，在片中嵌入更多的專用型單片機(jī)，因此單片機(jī)在計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。單片機(jī)的應(yīng)用意義不僅帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益。更重要的意義還在于單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的抗?fàn)幭到y(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路

6、或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件的方法實(shí)現(xiàn)。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)標(biāo)志著一種全新概念的出現(xiàn)，是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣和普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展，日益完善。溫度是工業(yè)控制對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一,特別是在冶金,化工, 建材,食品加工,機(jī)械制造等各類工業(yè)中廣泛使用加熱爐,熱處理爐,反應(yīng)爐等。這些技術(shù)高精度高的自動(dòng)控制可以使用計(jì)算機(jī)來完成。但由于在工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)的對(duì)象往往是復(fù)雜多變的，都用計(jì)算機(jī)控制可能增加生產(chǎn)成本，因此為了能夠滿足人們的生產(chǎn)需要，在很多生產(chǎn)控制中就運(yùn)用到了單片機(jī)控制下面就是運(yùn)用單片機(jī)

7、控制元件生成的推舟設(shè)計(jì)系統(tǒng)。第二章 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)推舟系統(tǒng)具體要求如下:2.1 設(shè)計(jì)課題工藝過程簡(jiǎn)介隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和電力電子技術(shù)領(lǐng)域中，半導(dǎo)體元器件得到廣泛的利用。在半導(dǎo)體產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)過程中，有一道關(guān)系到半導(dǎo)體器件性能的關(guān)鍵工序在外延片上均勻地生長若干不同厚度的摻雜層，生長的方法是： 首先，將待加工的外延片放在液相外延爐中預(yù)熱，在推桿的前端并列放著幾個(gè)小方框，小方框中裝有不同的慘雜物。當(dāng)爐溫達(dá)到一定溫度值后，預(yù)熱結(jié)束后爐溫開始下降，根據(jù)半導(dǎo)體器件的要求，大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院專科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）2當(dāng)爐溫降到某個(gè)設(shè)定值時(shí)，便要將推桿

8、推進(jìn)一 個(gè)舟的距離，使舟中的摻雜物對(duì)準(zhǔn)外延片，并在外延片生長一片薄層。當(dāng)爐溫再降到另一個(gè)規(guī)定值時(shí)，直到摻雜完所有層，生成半導(dǎo)體器件。根據(jù)該半導(dǎo)體器件的摻雜層數(shù)的不同推舟的距離在 20mm-170mm 之間。同樣，推舟的速度也各有不同的要求，大約介于 7mm/s-25mm/s 之間。圖 2.1.1 預(yù)熱爐簡(jiǎn)圖2.2 控制任務(wù)指標(biāo)及要求摻雜推舟工作溫度范圍：700- 400推舟總距離：小于 170mm一次推舟距離：20mm-170mm推舟的速度（可轉(zhuǎn)化為時(shí)間）：7mm/s-25mm/s一次工序推舟次數(shù)：1-6 個(gè)舟第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想由于每種半導(dǎo)體器件在摻雜推舟中，其生長層數(shù)、舟長度、推舟速度以及

9、推舟溫度都不完全相同，因而，在控制系統(tǒng)中必須配備簡(jiǎn)易的鍵盤和顯示器，以便能夠輸入和顯示各種控制參數(shù)，以及控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。該控制系統(tǒng)應(yīng)該能夠接受采集溫度信號(hào)，并完成信號(hào)的非電量到電量的轉(zhuǎn)換，a/d 轉(zhuǎn)換，根據(jù)對(duì)應(yīng)的溫度值來執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。在本推舟控制系統(tǒng)中，擬采用步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲桿相結(jié)合的方法來帶動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)。因而推桿的運(yùn)動(dòng)是步進(jìn)式的?？刂撇竭M(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)和時(shí)間間隔，便可以精確的控制位移和時(shí)間。 為了便于控制，系統(tǒng)軟件應(yīng)該具備簡(jiǎn)易的監(jiān)控功能，以管理顯示和鍵盤。要對(duì)接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和各種換算，還要將檢測(cè)到的給定值進(jìn)行比較，比較值相符合，發(fā)出相應(yīng)的換算的步進(jìn)脈沖，以達(dá)到控制目的。依據(jù)設(shè)

10、計(jì)的要求，可以有以下的硬件設(shè)計(jì)框圖：大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）3 圖 3.3.1 系統(tǒng)硬件框圖通過上面框圖我們可以劃分為幾個(gè)模塊來進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，通過模塊話設(shè)計(jì)將使設(shè)計(jì)思路能夠清晰明了的展現(xiàn)出來，便于分析和編程。第四章 硬件的選擇4.1 單片機(jī)的選擇在當(dāng)今的單片機(jī)世界里，現(xiàn)在世界上用量最大的幾種單片機(jī)是 mcs-51 系列。該系列單片機(jī)以其高性價(jià)比，兼容性強(qiáng)，軟硬件資源豐富，得到了廣泛的應(yīng)用。針對(duì)本設(shè)計(jì)，選用對(duì)于存儲(chǔ)空間的要求不是很高，4k 的程序存儲(chǔ)空間已經(jīng)夠用，沒有必要使用其他存儲(chǔ)空間擴(kuò)展的單片機(jī)。4.2 溫度傳感器的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，由于此設(shè)計(jì)屬于工業(yè)生產(chǎn)范圍，所以對(duì)傳感

11、器的要求也很高。在推舟過程中爐溫在 400700之間，所以要求溫度傳感器的測(cè)量范圍在這個(gè)之間或有結(jié)余。經(jīng)過對(duì)資料的查找本設(shè)計(jì)選擇裝配式鎳鎘-銅鎳熱電偶傳感器。工業(yè)用的裝配式熱電偶作為測(cè)量溫度的變送器通常和顯示儀器、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。它可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)過程中從 0到 1800范圍的液體、氣體和蒸汽介質(zhì)以及固體的表面溫度，在測(cè)量過程中熱電偶傳感器能夠至于爐溫中直接檢測(cè)到爐溫，所以選擇熱電偶式傳感器較為合適。 （設(shè)計(jì)中選擇了型號(hào)的傳感器）4.3 顯示器的選擇題目要求能夠顯示所測(cè)得的溫度值實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。并且可以根據(jù)需要，既要能夠顯示爐溫的溫度還要能夠顯示設(shè)定值溫度。同時(shí)為了節(jié)約成本我們

12、采用三支 led 數(shù)碼顯示管，并且要使顯示器呈大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）4動(dòng)態(tài)顯示狀態(tài)。4.4 鍵盤的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)思路知道，設(shè)計(jì)要求能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)對(duì)話，也就是可以根據(jù)不同元器件的生產(chǎn)需要進(jìn)行人為的設(shè)置溫度，控制溫度上限、下限以及對(duì)各個(gè)溫度點(diǎn)的設(shè)置，從而來控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)推舟生產(chǎn)過程。所以為了更方便的進(jìn)行操作，我們選擇 44 式鍵盤 4.5 溫度控制部分我們要通過單片機(jī)的引腳來對(duì)溫度進(jìn)行控制，顯然，直接通過引腳對(duì)溫度的加熱設(shè)備進(jìn)行控制，不是很現(xiàn)實(shí)，我們只有通過驅(qū)動(dòng)器來對(duì)引腳的信號(hào)進(jìn)行處理，來對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。在本計(jì)中，為了采集溫度信號(hào)，使溫度能夠準(zhǔn)確的采集和處理，我采用了

13、熱電偶式溫度傳感器。通過它的外圍器件，能夠以小的信號(hào)控制比較大的信號(hào)。由于熱電偶傳感器的測(cè)量點(diǎn)可以放置在被測(cè)對(duì)象上或周圍，因此檢測(cè)到的信號(hào)比較準(zhǔn)確。為了補(bǔ)償熱電偶在測(cè)量過程中損失的熱電勢(shì)，我采用了電橋冷端補(bǔ)償法。具體信息將在后面進(jìn)行介紹。4.6 自動(dòng)推舟控制部分由于自動(dòng)推舟控制過程中，根據(jù)生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)定位控制，因此在設(shè)計(jì)中采用性能良好的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)通過絲桿把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線位移，從而推動(dòng)舟的運(yùn)動(dòng)。我們之所以選用步進(jìn)電機(jī)是因?yàn)槠渚哂锌煽康目焖賳?dòng)和停止的功能，如果負(fù)荷不超過其所提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠在一剎那間啟動(dòng)與停止，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。由于時(shí)間比較倉促的關(guān)系

14、在本設(shè)計(jì)中我就對(duì)其軟件部分進(jìn)行了省略。4.7 實(shí)現(xiàn)方案方案一 ：由于設(shè)計(jì)題目要求選用 8031 單片機(jī)來實(shí)行系統(tǒng)的控制，但受到 8031 的內(nèi)存限制，在設(shè)計(jì)過程中需要對(duì) 8031 進(jìn)行擴(kuò)展，因此增加了硬件需求，同時(shí)增加了成本。方案二：8051 和 8031 具有相同的功能，但 8051 內(nèi)部增加了 rom/eprom 從而使存儲(chǔ)的空間加大，在設(shè)計(jì)中不許要擴(kuò)展其他硬件。通過以上比較，選用 8051 作為次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制核心比較理想。具體的實(shí)現(xiàn)過程，將會(huì)在硬件，軟件部分詳細(xì)的進(jìn)行說明大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）5第五章 硬件設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)中需要用到單片機(jī)、a/d 轉(zhuǎn)換、步進(jìn)電機(jī)

15、、鍵盤、顯示器、傳感器、電阻、電容等，具體器件介紹如下：5.1 單片機(jī)基本系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它完成整個(gè)系統(tǒng)的信息處理及協(xié)調(diào)控制功能。由于系統(tǒng)對(duì)控制速度、精度及功能要求都無特別之處，因此可以選用目前廣泛使用的 mcs-51 系列單片機(jī)8051。8051 可以提供系統(tǒng)控制所需的中斷、定時(shí)及存放中間結(jié)果的 ram 電路但片內(nèi)沒有程序存儲(chǔ)器，因此單片機(jī)基本系統(tǒng)中除了應(yīng)包括復(fù)位電路和晶體振蕩電路以外，還應(yīng)擴(kuò)充程序存儲(chǔ)器。5.1.1 單片機(jī) 80518051 是 mcs-51 系列單片機(jī)中的一個(gè)產(chǎn)品，mcs-51 系列單片機(jī)是 intel 公司推出的通用型單片機(jī)。mcs-51 系列單片機(jī)

16、的各種型號(hào)都是以 8051 為核心電路發(fā)展起來的，因此他們都具有 mcs-51 的基本結(jié)構(gòu)與軟件特征。8051 的特點(diǎn)：8 位的 cpu 具有布爾處理功能4k 字節(jié)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（rom）128 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）21 個(gè)特殊功能寄存器（sfr）4 個(gè) 8 位的并口、32 根口線兩個(gè) 16 位的定時(shí)計(jì)數(shù)器一個(gè)全雙丁的串口5 個(gè)中斷源，2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)8051 引腳說明: :i/o 端口:p0.0p0.7, p1.0p1.7, p2.0p2.7, p3.0p3.7.8051 共有 4 個(gè) i/o 端口,為 p0, p1,p2,p3,4 個(gè) i/o 都是雙向的,且每個(gè)口都具有鎖存器.每個(gè)

17、口有 8 條線,共計(jì) 32 條 i/o 線.各端口的功能敘述如下.（1） p0 有三個(gè)功能:外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí),當(dāng)作數(shù)據(jù)總線（d0d7）.外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí),當(dāng)作地址總線（a07）.不擴(kuò)充時(shí),可做一般 i/o 使用,但內(nèi)部無上拉電阻,作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻.（2）p1 只做 i/o 口使用,起內(nèi)部有上拉電阻.（3） p2 有兩個(gè)功能:大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）6擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器時(shí),當(dāng)作地址總線（a8a15）.做一般 i/o 使用,起內(nèi)部有上拉電阻.（4） p3 有兩種功能. 除了作為 i/o 使用外（內(nèi)部有上拉電阻）,還有一些特殊功能,(略)端口 1,2,3 有內(nèi)部上拉

18、電阻,當(dāng)作為輸入時(shí),其電位被拉高,若輸入為低電平可提供電流源;起作為輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) ls ttl.而端口 0 當(dāng)作輸入時(shí),出在高阻抗的狀態(tài),其輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) ls ttl(外部的上拉電阻).vdd:電源+5v.vss:gnd 接地.（5） ale/prog (addresslatchenable) 地址鎖存器使能信號(hào)端有三種功能:8051 外接 ram/rom:ale 接地址鎖存器 8282(8212)的 stb 腳,74373 的 en 腳,當(dāng) cpu 對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí),用以鎖住地址的低位地址.8051 未外接 ram/rom:在系統(tǒng)中未使用外部存儲(chǔ)器時(shí),ale 腳也會(huì)

19、有 1/6 石英晶體的振蕩頻率,可作為外部時(shí)鐘。在燒寫 eprom：ale 作為燒寫時(shí)鐘的輸入端。（6）psen（program stor enable）：程序儲(chǔ)存使能端。內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀取：不動(dòng)作。外部程序存儲(chǔ)器讀?。╮om） ；在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀取（ram）：兩個(gè)/psen 脈沖被跳過不會(huì)輸出。外接 rom 時(shí)，與 rom 的/oe 腳連接。（7）reset 此 腳為高電平時(shí)（約 2 個(gè)機(jī)器周期）,.可將 cpu 復(fù)位,cpu 復(fù)位后其累加器及存儲(chǔ)器的內(nèi)容如表 5.1.1：表 5.1.1 寄存器地址(8) ea/vpp:接高電平時(shí)：cpu 讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（rom

20、） ，如 8051/8052。擴(kuò)充外部 rom：當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器超過 0fffh（8051） 、1fffh（8052）時(shí)，自動(dòng)讀取外部rom。接低電平時(shí)：cpu 讀取外部程序存儲(chǔ)器（rom） ，如 8031/8032。大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）78751 燒寫內(nèi)部 eprom 時(shí)，利用此腳輸入 21v 的燒寫電壓。（9） xtal1，xtal2：接石英晶體振蕩器。機(jī)器周期=石英晶體12，如 12mhz 石英晶體/12=1 微秒。8051 硬件如下圖：圖 5.1.2 mcs51 單片機(jī)內(nèi)部機(jī)構(gòu)綜上所述：?jiǎn)纹瑱C(jī)的 4 個(gè)并行口線，除 p1 口可以作為用戶使用的 i/o 口線，

21、在需要擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器時(shí)，p0，p2 口只能用作數(shù)據(jù)總線和地址總線，由于 p0 口在擴(kuò)展時(shí)，既可作為數(shù)據(jù)總線又可作為地址總線，所以它作為地址總線時(shí)，需要外加地址鎖存器。p2 口作為第二功能時(shí)，其中的許多口線是作為控制信號(hào)線使用的。只有在不使用 p0，p1，p3 口的第二功能時(shí)，它們可以作為一般的 i/o 口使用，如不需要擴(kuò)展存儲(chǔ)器和 i/o 口時(shí)，p0、p2 可作為一般的雙向口。2.控制口線：ea/vpp，psen，ale，rstea/vpp：片內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇/編程電壓 ea/vpp=1，cpu 從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器開始執(zhí)行程序，即 pc 首先指向片內(nèi) rom。 ea/vpp=0，cpu 指向片

22、外程序存儲(chǔ)器中的程序，即 pc 只指向片外 rom。 ea/vpp=21v，編程電壓，對(duì)于片內(nèi) eprom 進(jìn)行編程。 片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) psen=0 時(shí)，cpu 從片外程序存儲(chǔ)器取指令。ale/prg：地址鎖存信號(hào)/編程脈沖 訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale 用于鎖存地址的低 8 位。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ale 仍然以震蕩頻率的 1/6 周期性的向外輸出正脈沖，用它作為外部定時(shí)基準(zhǔn)。ale 端的負(fù)載能力為 8 個(gè) lsttl。在對(duì)片內(nèi) eprom 進(jìn)行編程時(shí)，作為編程脈沖輸入端。rst/vpd：復(fù)位信號(hào)/掉電保護(hù)此端保持兩端周期的高電平，可以使單片機(jī)復(fù)位。在 vcc 掉電期間，此引腳

23、接上備用電源，可保持片內(nèi) ram 中的信息5.1.2 8155 簡(jiǎn)介 8155 為 intel 公司的一種功能可編程接口芯片，它具有兩個(gè) 8 位和一個(gè) 6 位可編程的 i/o 接口、256 字節(jié)的 ram 存儲(chǔ)器、一個(gè) 14 位的計(jì)數(shù)/定時(shí)器。在單片機(jī)中有廣泛的應(yīng)用。8155 的特點(diǎn)如下：大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院專科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）8ad7ad0，三態(tài)地址/數(shù)據(jù)總線；pa7pa0，a 口輸入/輸出線；pb7pb0，b 口輸入/輸出線；pc5pc0，c 口輸入/輸出線或?yàn)?a，b 口的控制信號(hào)線當(dāng) c 口作為控制信號(hào)線時(shí)，其功能如下；pc0，a 口中斷請(qǐng)求信號(hào)線。pc1，a 口緩沖器信號(hào)線。 p

24、c2，a 口選通信號(hào)線pc3，b 口中斷請(qǐng)求信號(hào)線。pc4，b 口緩沖器信號(hào)線。pc5，b 口選通信號(hào)線ce，片選信號(hào)線，低電平有效rd，存儲(chǔ)器讀信號(hào)線wr，存儲(chǔ)器寫信號(hào)線，低電平有效ale，地址鎖存信號(hào)線io/m，i/o 口與存儲(chǔ)器選擇信號(hào)線。io/m 為 1 時(shí)，選擇 i/o 口；i/o 為 0 時(shí)，選擇存儲(chǔ)器。timein，計(jì)數(shù)/定時(shí)器脈沖輸入有效。timeout，計(jì)數(shù)/ 定時(shí)器輸出端。reset，復(fù)為信號(hào)線。vcc，+5v 電源。vss，接地端。8155 的外型結(jié)構(gòu)如圖 5.2.3 所示：8155 的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)：8155 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括兩個(gè) 8 位的并行輸入/輸出端口，256 個(gè)字節(jié)

25、的靜態(tài) ram， ，一個(gè)地址鎖存器，一個(gè) 14 位的計(jì)數(shù)/定時(shí)器和控制邏輯電路。8155 的工作方式： 8155 的控制邏輯中設(shè)置了一個(gè)命令/狀態(tài)寄存器，它實(shí)際上使兩個(gè) 不同的寄存器，分別存放命令字和狀態(tài)字，對(duì)控制命令寄存器只能進(jìn)行寫操作，而對(duì)一起稱為命令/狀態(tài)字寄存其。其中，命令字用于選擇 i/o 口的工作方式，狀態(tài)字用于選擇 a 口和 b 口和定時(shí)器當(dāng)前的工作狀態(tài)，其格式大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院專科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）9如下：在控制信號(hào)中，io/m =1 時(shí)，cpu 選擇對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫操作。256 個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器地址范圍為 00hffh，i/o 口和寄存器的地址分配如下表：表 5.1.2

26、i/o 地址分配表命令字寄存器：8155 的 a 口和 b 口具有基本輸入輸出和選通輸入輸出兩種工作方式，這個(gè)方式選擇由 c 口的工作方式?jīng)Q定，當(dāng) c 口的工作方式作為一般輸入/輸出口時(shí)，a、b 口工作于基本 輸入輸出方式；當(dāng) c 口用于提供控制/狀態(tài)信號(hào)時(shí)，a、b 口工作于選通工作方式。a、b 口具體工作于輸入還是輸出，又命令字的的 d1、d0 位決定。表 5.1.3 8155 地址功能表8155 的 c 口既可用作基本輸入/輸出口，也可以用于提供 a、b 的控制/狀態(tài)信號(hào)，具體地說，有 alt1、alt2、alt3、alt4 四種工作方式，如圖三所示。c 口的前兩種工作方式分別為輸入輸出方

27、式。c 口工作于 alt3 方式時(shí)，b 口工作于基本輸入/輸出，a 口工作于選通工作方式。c 口為 a 口提供 3 根控制/狀態(tài)信號(hào)線（c 口的另 3 位輸出） 。c 口工作于 alt4 方式時(shí)，a 口和 b 口均工作于選通方式，c 口位 a、b 口提供 6 根控制/狀態(tài)信號(hào)（c 口全為控制/狀態(tài)線） 。c 口的工作方式與 a、b 口工作關(guān)系如表 5.1.4：大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院專科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）10表 5.1.4 8155i/o 工作方式8155 片內(nèi)設(shè)置了一個(gè) 14 位的減法計(jì)數(shù)器，用于對(duì)外部輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行減 1 計(jì)數(shù)。定時(shí)計(jì)數(shù)器的外部脈沖信號(hào)由 timerin 引腳輸出，定時(shí)器

28、的輸出引腳位 timerout。計(jì)數(shù)/定時(shí)器的計(jì)數(shù)值和工作方式，由 8 位計(jì)數(shù)/定時(shí)器寄存器設(shè)定，如下圖 5.1.5 所示：圖 5.1.5 8155 計(jì)數(shù)/定時(shí)器寄存器格式其中，t13t0 為計(jì)數(shù)器值，范圍為 0002h3fffh，m2、m1 用于設(shè)置定時(shí)器的工作方式。定時(shí)器的工作方式有四種，每一種的區(qū)別主要在于輸出波形不同，方式 00 和 01 常用于對(duì)脈沖進(jìn)行分頻，方式 10 和 11 為計(jì)數(shù)/定時(shí)到，輸出負(fù)脈沖信號(hào)，具體波形如下圖 5.1.6 所示：圖 5.1.6 8155 定時(shí)器各種方式輸出波形對(duì)定時(shí)器進(jìn)行編程時(shí)，應(yīng)該先將技數(shù)初值和定時(shí)器工作方式裝入寄存器，計(jì)數(shù)是否啟動(dòng)由命令字的最高二

29、位控制 ，具體控制方式如下。tm2 tm100：空操作，不影響計(jì)數(shù)01：停止定時(shí)器計(jì)數(shù)，若計(jì)數(shù)器沒有啟動(dòng)，則相當(dāng)于空操作10：定時(shí)器值減為 0 時(shí)，停止計(jì)數(shù) 1 1：?jiǎn)?dòng)，置方式和初置后立即啟動(dòng)；若正在計(jì)數(shù)則表示置新的方式和初置，計(jì)數(shù)結(jié)束后，按新的方式和初值計(jì)數(shù)。 任何時(shí)刻都可以設(shè)置定時(shí)器的初值和工作方式，但是必須將啟動(dòng)命令寫入命令寄存器。如何定時(shí)器正在計(jì)數(shù)，那么，只有寫入啟動(dòng)命令之后，定時(shí)器才接收新的計(jì)數(shù)初值并按新的工作方式計(jì)數(shù)。大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）11由于 8155 內(nèi)部帶有地址鎖存器，因此，它與 8031 的接口電路非常簡(jiǎn)單，不需任何附加的電路。圖 7 是 803

30、1 與 8155 的接口電路，存儲(chǔ)器 ram 和 i/o 口的地址分配如下。 存儲(chǔ)器的地址：7e00h7effh。i/o 的地址 命令/狀態(tài)寄存器 7ff8h pa 口 7ff9h pb 口 7ffah pc 口 7ffbh 定時(shí)器底 8 位 7ffch 定時(shí)器高 8 位 7ffdh 5.2 前向通道前向通道是信息采集的通道，主要包括傳感器、信號(hào)放大、ad 轉(zhuǎn)換等電路。由于溫度變化是一個(gè)相對(duì)緩慢的過程，固此前向通道中沒有使用采樣保持電路。按設(shè)計(jì)要求，溫度控制靜態(tài)誤差l 0c，爐溫給定范圍為 400700，而對(duì)爐溫的檢測(cè)范圍應(yīng)適當(dāng)大于此范圍，設(shè)為 4007500c，則系統(tǒng)的控制總誤差應(yīng)不大于 1

31、(9535)x100167，分配到前向通道的信號(hào)采集總誤差應(yīng)不大于系統(tǒng)總誤差的 12，即精度應(yīng)為o83，可以采用 8 位 ad 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。前向通道包括：a/d 轉(zhuǎn)換器、傳感器、放大器5.2.1 溫度傳感器 我們知道，在推舟工作區(qū)中，推舟摻雜的工作溫度范圍為 700 400 。為了檢測(cè)溫度并控制推舟，這里采用了接觸式的溫度測(cè)量方法，以熱電偶作為測(cè)溫元件，置于工作區(qū)中?？紤]到測(cè)溫范圍和精度，以及價(jià)格因素的影響，這里選用裝配式熱電偶 wre2 型傳感器。其測(cè)溫上限長期為 900，短期可達(dá) 700。1.熱電偶特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 特點(diǎn)熱電偶可將溫度直接轉(zhuǎn)換成電量信號(hào),便于監(jiān)測(cè)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造容易,價(jià)格便宜

32、；惰性小,準(zhǔn)確度高,測(cè)量范圍廣；可做成多種結(jié)構(gòu),以滿足各種測(cè)量對(duì)象的要求；適用于遠(yuǎn)距離測(cè)量與控制；但其準(zhǔn)確度難以超過 0.2；參考端溫度影響測(cè)量,必須進(jìn)行補(bǔ)償；在高溫或長期使用時(shí),因受被測(cè)介質(zhì)的影響或環(huán)境氣氛的腐蝕作用而發(fā)生劣化。 應(yīng)用范圍：大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）12熱電偶適用于各行各業(yè)各個(gè)領(lǐng)域生產(chǎn)過程中2001300范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，在特殊情況下，可測(cè)量 2800的高溫和 4k 的低溫。 2. 熱電偶傳感器工作原理熱電偶是一種使用最多的一種傳感器，它的工作原理是由兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 a 和 b 組成的一個(gè)回路，其兩端相互連接，只要結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端的溫度為 t，

33、另一端的溫度為 t0，則回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中存在電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。當(dāng)回路斷開時(shí)，在斷開處 a, b 之間便有一電動(dòng)勢(shì) et,其極性和量值與回路中的熱電勢(shì)一致，規(guī)定為冷端，當(dāng)電流由 a 流向 b 時(shí)，稱 a 為正極，b 為負(fù)極。熱電勢(shì) et 與溫度差（t t0）成正比，即et =sab（t t0） sab 為賽貝克西蜀，又稱為熱電勢(shì)率，它是熱電偶的最重要的特征量，其符號(hào)和大取決于熱電極材料的相對(duì)特性。 兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì) 不同金屬自由電子密度不同，當(dāng)兩種金屬接觸在一起時(shí)，在結(jié)點(diǎn)處會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散，濃度大的向濃度小的金屬擴(kuò)散。濃度高的失去電子顯正電，濃度低的得到電子顯負(fù)電。當(dāng)擴(kuò)散達(dá)

34、到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，得到一個(gè)穩(wěn)定的接觸電勢(shì)。溫度 t 時(shí)熱端接觸電勢(shì)：冷端接觸電勢(shì)：式中：a、b 代表不同材料； 在閉合回路中，總的接觸電勢(shì)為：3. 熱電偶傳感器的主要技術(shù)參數(shù) 熱電偶的主要技術(shù)參數(shù)有型號(hào)、分度號(hào)、測(cè)量范圍、允許誤差、熱響應(yīng)時(shí)間、公稱壓力、熱電動(dòng)勢(shì)率、長期穩(wěn)定性、熱電偶的電阻 r0 等。wre2 溫度型傳感器屬于裝配式鎳鎘-康銅熱電偶傳感器，其工作范圍為 333900，允許誤差在0.0075，時(shí)間常數(shù) t90 ，該型號(hào)在系統(tǒng)中測(cè)量 400700之間的溫度，經(jīng)查表知在 400時(shí)，其大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）13熱電動(dòng)勢(shì)為 33.767mv,在 700時(shí)其電動(dòng)勢(shì)為 57

35、.873熱電偶的的熱電動(dòng)勢(shì)計(jì)算公式：e =biti 熱響應(yīng)時(shí)間：熱響應(yīng)時(shí)間也稱時(shí)間常數(shù)，它是用來表示熱電偶對(duì)溫度變化感應(yīng)快慢的惰性參數(shù)，在溫度出現(xiàn)階躍變化時(shí)，熱電偶的輸出變化至相當(dāng)于該階躍變化的 63.2所需的時(shí)間。冷端補(bǔ)償： 本系統(tǒng)使用鎳鉻康銅熱電偶，被測(cè)溫度范圍為 400700，冷端補(bǔ)償采用補(bǔ)償電橋法，采用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。不平衡電橋由電阻r1、r2、r3(錳銅絲繞制)、rcu(銅絲繞制)四橋臂和橋路穩(wěn)壓源組成，串聯(lián)在熱電偶回路中。rcu 與熱電偶冷端同處于0,而 r1=r2=r3=1，橋路電源電壓為 4v，由穩(wěn)壓電源供電，rs 為限流電阻

36、，其阻值因熱電偶不同而不同，電橋通常取在 20時(shí)平衡，這時(shí)電橋的四個(gè)橋臂電阻 r1=r2=r3=rcu，a、b 端無輸出。當(dāng)冷端溫度偏離 20時(shí)，例如升高時(shí)，rcu 增大，而熱電偶的熱電勢(shì)卻隨著冷端溫度的升高而減小。uab 與熱電勢(shì)減小量相等，uab 與熱電勢(shì)迭加后輸出電勢(shì)則保持不變，從而達(dá)到了冷端補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)完成。5.2.2 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器（常簡(jiǎn)稱為“運(yùn)放”），是廣泛應(yīng)用的、具有超高放大倍數(shù)的電路單元?？梢杂煞至⒌钠骷M成，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，如今絕大部分的運(yùn)放是以單片的形式存在。現(xiàn)今運(yùn)放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的行業(yè)當(dāng)中。在這里選用集成放大器0p07

37、 型，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及硬件圖如下：工作原理： 一般可將運(yùn)放簡(jiǎn)單地視為：具有一個(gè)信號(hào)輸出端口（out）和同相、反相兩個(gè)高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可采用運(yùn)放制作同相、反相及差分放大器。 運(yùn)放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對(duì)于雙電源供電運(yùn)放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動(dòng)輸入電壓為零時(shí)輸出也可置零。采用單電源供電的運(yùn)放，輸出在電源與地之間的某一范圍變化。 運(yùn)放的輸入電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。這種運(yùn)放稱為軌到軌（rail-to-rail）

38、輸入運(yùn)算放大器。 運(yùn)放的輸出電位通常只能在高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值之間變化。經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸出電位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)區(qū)間變化。這種運(yùn)放成為軌到軌（rail-大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）14to-rail）輸出運(yùn)算放大器。 運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)與兩個(gè)輸入端的信號(hào)電壓差成正比，在音頻段有：輸出電壓=a0（e1-e2） ，其中，a0 是運(yùn)放的低頻開環(huán)增益（如 100，即 100000 倍） ，e1 是同相端的輸入信號(hào)電壓，e2 是反相端的輸入信號(hào)電壓運(yùn)算放大器均是采用直接耦合的方式，直接耦合式放大電路的各級(jí)的 q 點(diǎn)是相互影響的，由于各級(jí)的放大作用，

39、第一級(jí)的微弱變化，會(huì)使輸出級(jí)產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)輸入短路時(shí)（由于一些原因使輸入級(jí)的 q 點(diǎn)發(fā)生微弱變化，比如：溫度），輸出將隨時(shí)間緩慢變化，這樣就形成了零點(diǎn)漂移。 產(chǎn)生零漂的原因是：晶體三極管的參數(shù)受溫度的影響實(shí)際電路中，從熱電偶輸出的信號(hào)最多不過幾十毫伏(30mv)，且其中包含工頻、靜電和磁偶合等共模干擾，對(duì)這種電路放大就需要放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗，因此宜采用測(cè)量放大電路。測(cè)量放大器又稱數(shù)據(jù)放大器、儀表放大器和橋路放大器，它的輸入阻抗高，易于與各種信號(hào)源匹配，而它的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流及輸入偏置電流小，并且溫漂較小。由于時(shí)間溫漂小，因而測(cè)量放大器的穩(wěn)定

40、性好。由三運(yùn)放組成測(cè)量放大器，差動(dòng)輸入端 r1和 r2分別接到 a1和 a2的同相端。輸入阻抗很高，采用對(duì)稱電路結(jié)構(gòu)，而且被測(cè)信號(hào)直接加到輸入端，從而保證了較強(qiáng)的抑制共模信號(hào)的能力。a3實(shí)際上是一差動(dòng)跟隨器，其增益近似為 1。測(cè)量放大器的放大倍數(shù)為：av=v0/（v2-v1），av=rf/r(1+(rf1+rf2)/rw)。在此電路中，只要運(yùn)放 a1和a2性能對(duì)稱(主要指輸入阻抗和電壓增益)，其漂移將大大減小，具有高輸入阻抗和共模抑制比，對(duì)微小的差模電壓很敏感，適宜于測(cè)量遠(yuǎn)距離傳輸過來的信號(hào)，因而十分易于與微小輸出的傳感器配合使用。rw是用來調(diào)整放大倍數(shù)的外接電阻，在此用多圈電位器。 實(shí)際電路

41、中 a1、a2采用低漂移高精度運(yùn)放 op-07 芯片，其輸入失調(diào)電壓溫漂 vios和輸入失調(diào)電流溫漂 iios都很小，op-07 采用超高工藝和“齊納微調(diào)”技術(shù)，使其 vios、iios、vios和iios都很小，廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定積分、精密加法、比校檢波和微弱信號(hào)的精密放大等。op-07 要求雙電源供電，使用溫度范圍 070，一般不需調(diào)零，如果需要調(diào)零可采用 rw進(jìn)行調(diào)整。a3采用741 芯片，它要求雙電源供電，供電范圍為(318)v，典型供電為15v，一般應(yīng)大于或等于5v，其內(nèi)部含有補(bǔ)償電容，不需外接補(bǔ)償電容。0p07 放大器的具體參數(shù)：開環(huán)增益(v/v)：0.12；模抑制比（db）:9410

42、6；始失調(diào)電壓（v）：75150；調(diào)電壓漂移：（v/）：2.5；置電流（25）n a max:412；壓噪聲（1hz）:11；源電壓：4經(jīng)過測(cè)量放大器放大后的電壓信號(hào)，其電壓范圍為05v，此信號(hào)為模擬信號(hào)，計(jì)算機(jī)無法接受，故必須進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換。放大器的放大倍數(shù)計(jì)算如下：大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）15上式中 g 為放大倍數(shù)通過對(duì)各個(gè)器件性能分析計(jì)算，得出不同的電阻值參數(shù)，把電阻參數(shù)帶入計(jì)算公式中得到放大倍數(shù)為 101 倍，當(dāng)控制溫度在 400時(shí)，傳感器輸出熱電勢(shì)為 33.3mv,當(dāng)在 700時(shí)，其輸出熱電勢(shì)為 57.89mv。經(jīng)過電橋法冷端補(bǔ)償和兩個(gè)同相放大器放大后輸出放大

43、電壓分別是 3.3v 和5.8v。高于 a/d 轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，因此需要在二級(jí)放大輸出端接一小電阻來進(jìn)行分壓。前向通道硬件接線如圖：圖 5.1.9 前向通道5.2.3 a/d 轉(zhuǎn)換器 模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量和數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量是計(jì)算機(jī)與外部環(huán)境進(jìn)行聯(lián)系的主要形式。計(jì)算機(jī)控制過程如圖所示，當(dāng)計(jì)算機(jī)用于工程控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集等方面時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的模擬信號(hào)必須通過 a/d 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量，送入計(jì)算機(jī)處理，計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)又必須通過 d/a 轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)送到現(xiàn)場(chǎng)去驅(qū)動(dòng)機(jī)械或電氣設(shè)備動(dòng)作。所以 d/a 和 a/d 轉(zhuǎn)換是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的重要接口技術(shù)。在這里選用 adc0804 芯片做為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。大連水產(chǎn)學(xué)院

44、職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）16【1】a/dc 0804 的基本原理adc0804 是用 cmos 集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率 8 位，轉(zhuǎn)換時(shí)間 100s，輸入電壓范圍為 05v，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為 5v。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在 cpu 數(shù)據(jù)總線上。 1 a/d 轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。2 /dc0804 的參數(shù)規(guī)格：8 位 coms 逐次逼近型的 a/d 轉(zhuǎn)換：三態(tài)鎖定輸出存取時(shí)間：135s:轉(zhuǎn)換時(shí)間：100s分辨率：8 位總誤差：1lsb工作溫度：adc0804 lcn-0+70a/d080

45、4 lcd- -40-+85【2】引腳功能說明如下：/cs： 芯片選擇信號(hào)，低電平有效，一旦 cs 有效，表明 a/d 轉(zhuǎn)換器被選中，可啟動(dòng)工作。wr：寫信號(hào)輸入，接受微機(jī)系統(tǒng)或其它數(shù)字系統(tǒng)控制芯片的啟動(dòng)輸入端，低電平有效，當(dāng) cs、wr 同時(shí)為低電平時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 /rd：外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制腳輸出信號(hào)。/rd 為 hi 時(shí)，db0db7 處于高阻抗；/rd 為 lo 時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會(huì)輸出。/wr：用來啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于 adc 的轉(zhuǎn)換開始（/cs=0 時(shí)） ，當(dāng)/wr 由 hi 變?yōu)?lo 時(shí)，轉(zhuǎn)換器被清除；當(dāng)/wr 回到 hi 時(shí)，轉(zhuǎn)換正式開始。clk in，clk r：時(shí)鐘輸

46、入或接震蕩元件（r，c） ，頻率約限制在 100khz1460 khz，如果使用 rc 電路則其震蕩頻率為 1/（1.1rc） 。/intr：中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出，低電平動(dòng)作。輸出低電平表示本次轉(zhuǎn)換已完成。該信號(hào)常作為向微機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)。 vin（+） 、vin（-）：差動(dòng)模擬電壓輸入。輸入單端正電壓時(shí)，vin（-）接地：而差動(dòng)輸入時(shí)，直接加入 vin（+） 、vin（-） 。 agnd，dgnd：模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)的接地。vref：輔助參考電壓。 db0db7：8 位的數(shù)字輸出。 vcc：電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓。【3】模塊功能（1） 溫度信號(hào)經(jīng) adc0804 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換

47、成數(shù)字信號(hào)并輸入 8155 的 pa 口，經(jīng) 8155 送入 8051 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，8051 發(fā)出脈沖信號(hào)通過其 p1 口（p1.1、p1.2、p1.3、p1.4）經(jīng)放大器來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)作。 （2）零點(diǎn)和滿刻度調(diào)節(jié)。 adc0804 的零點(diǎn)無須調(diào)整。滿刻度調(diào)整時(shí)，先給輸入端加入電壓 ，使?jié)M刻度所對(duì)應(yīng)的電壓值大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院專科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）17是 ，其中 是輸入電壓的最大值， 是輸入電壓的最小值。當(dāng)輸入電壓與 值相當(dāng)時(shí)，調(diào)整 端電壓值使輸出碼為 feh 或 ffh。（3）參考電壓的調(diào)節(jié) 在使用 a/d 轉(zhuǎn)換器時(shí)，為保證其轉(zhuǎn)換精度，要求輸入電壓滿量程使用。如輸入電壓動(dòng)態(tài)范圍較小，則可

48、調(diào)節(jié)參考電壓 ，以保證小信號(hào)輸入時(shí) adc0804 芯片 8 位的轉(zhuǎn)換精度。 （4）接地 模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中要特別注意到地線的正確連接，否則干擾很嚴(yán)重，以至影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。a/d、d/a 及取樣保持芯片上都提供了獨(dú)立的模擬地（agnd）和數(shù)字地（dgnd）的引腳。在線路設(shè)計(jì)中，必須將所有的器件的模擬地和數(shù)字地分別連接，然后將模擬地與數(shù)字地僅在一點(diǎn)上相連。地線的正確連接方法如圖 5.1.11 所示。圖 5.1.10 adc0804 硬件圖在模擬輸入信號(hào)較小時(shí)，如 00.5 伏時(shí)，自動(dòng)調(diào)零電容可選比積分電容 cint大一倍，以減小噪聲，caz的值越大，噪聲越小，如果 cint選為 0.15

49、f，則 caz=2cint=0.33f。 由傳感器傳來的微弱信號(hào)經(jīng)放大器放大后為 05v，這時(shí)噪聲的影響不是主要的，可把積分電容 cint選大一些，使 cint=2caz，選 cint=0.33f，caz=0.15f，通常 cint和 caz可在 0.1f 至1f 間選擇。積分電阻 rint等于滿度電壓時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值(當(dāng)電流為 20a、輸入電壓=4.096v 時(shí)，rint=200k)，此時(shí)基準(zhǔn)電壓 v+ri和 v-ri之間為 2v，由電阻 r1、r3和電位器 r2分壓取得。5.3 后向通道：后向通道的工作過程跟前向通道的類似。5.4 人機(jī)對(duì)話通道人機(jī)對(duì)話通道主要由鍵盤、led 顯示組成。為了完

50、成設(shè)定檢測(cè)爐溫的變化溫度、等功能，并滿足溫度設(shè)定范圍為 400700、最小區(qū)分度為 1的功能要求，鍵盤可由 10 個(gè)數(shù)字鍵及 6 個(gè)功能鍵組成(確認(rèn)、設(shè)定溫度)。led 顯示由雙 3 位數(shù)碼管組成，顯示檢測(cè)的測(cè)溫度，顯示范圍為4007500c。本系統(tǒng)屬于開環(huán)控制5.4.1 顯示器大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）18圖 5.4.1 數(shù)碼管封裝圖數(shù)碼管原裝圖：我們都知道在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常要用多位 led 顯示，多位 led 顯示接口有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。在實(shí)際應(yīng)用中，靜態(tài)顯示的亮度高，占用 cpu 的時(shí)間短，但它的成本高。為了簡(jiǎn)化硬件電路，降低成本，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常采用動(dòng)

51、它掃描的方法，解決多位 led 顯示的問題。因此在本設(shè)計(jì)中同樣以動(dòng)態(tài)掃描的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。動(dòng)態(tài)掃描顯示的硬件接口簡(jiǎn)單，只需一個(gè)公共的七段碼輸出口，一個(gè)選擇 led 位的數(shù)位選擇口（本系統(tǒng)中選用共陰極接法，則為所有 led 的共陰極端） ，顯示時(shí)，從左到右（或從右到左）依次輪流點(diǎn)亮每一位顯示器，并保持一段時(shí)間。各位都掃描完再從頭開始，只要保證掃描一位到重新掃描此位的時(shí)間不超過一定的限度（一般在 20ms 以下） 。由于視覺的暫留，可達(dá)到“同時(shí)”顯示各位不同的數(shù)字和字符的目的。在設(shè)計(jì)中采用 led 數(shù)碼七段顯示管，而采用 7407 與 7406 兩種鎖存驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的顯示?？偣残枰贿@樣的管

52、子，在控制中采用滾動(dòng)式顯示。 顯示中 8155 的擴(kuò)展 i/o 口經(jīng) 7407 電流放大后來驅(qū)動(dòng)三位 led 數(shù)碼顯示管。8051 的 p2.7 經(jīng)反相器反相后與 8155 的片選端 ce 相連，p2.6 接 8155 的 i/o 口與 ram 選擇端 io/m，p0 口作為數(shù)據(jù)總線與 8155 的 d0d7 相接，8051 的 ale 與 8155 的 ale 相連。經(jīng)這樣連接后，8155 的 i/o 口可以定義為：命令狀態(tài)寄存器口 fff0ha 口 fff1hb 口 fff2h c 口 fff3h 定時(shí)器低 8 位 fff4h 定時(shí)器高 6 位及方式口 fff5h 數(shù)碼管的段控用 pb 口

53、輸出，位控由 pc0、pc1、pc2口控制。7407 是 6 位的驅(qū)動(dòng)門，它是一個(gè)集電極開路門，當(dāng)輸入為“0”時(shí)輸出為“0” ；輸入為“1”時(shí)輸出斷開，須接上位電路。共用兩片7407，分別作為段控和位控的驅(qū)動(dòng)。數(shù)碼管選共陽極接法，當(dāng)位控為“1”時(shí)，該數(shù)碼管 選通，動(dòng)態(tài)顯示用軟件完成，節(jié)省硬件開銷。在圖 5.4.1 中，通過 8155 的 pc 口經(jīng)一塊 7406 組成芯片反向后來控制顯示器的輸出。大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）19表 5.4.1 七段碼下面列出了 led 的七段碼表（字型碼）如表 5.57406 和 7407 的結(jié)構(gòu)和功能如下：它們的外部引角完全相同，不同的是 7

54、406 是集電極開路反向驅(qū)動(dòng)，7407 是集電極開路同向驅(qū)動(dòng) y=a。 7406、7407 電路的外部引腳圖如下： vcc：正電源端，+5vgnd：接地端xa：輸入端xy：輸出端大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）205.4.2 鍵 盤在微機(jī)系統(tǒng)中鍵盤是最常用的輸入設(shè)備，鍵盤通常由數(shù)字鍵和功能鍵組成，其規(guī)模取決于系統(tǒng)的要求。 鍵盤可以分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤，編碼鍵盤的按鍵識(shí)別、去抖動(dòng)、鍵編碼都由硬件完成；非編碼鍵的上述功能在少量的硬件支持下由軟件完成。由此可見編碼鍵盤產(chǎn)生鍵編碼的速度快且基本不占 cpu 的時(shí)間，但硬件開銷大，電路復(fù)雜，成本高；非編碼鍵盤則硬件電路簡(jiǎn)單，成本低，但占用

55、 cpu 的時(shí)間長。 鍵盤接口電路有兩個(gè)基本特點(diǎn)：（1）.是隨機(jī)性，系統(tǒng)操作人員對(duì)鍵盤的操作是隨機(jī)的，所以操作的鍵也是隨機(jī)的；（2）.是抖動(dòng)性，這是鍵盤的機(jī)械特性決定的。根據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn)可以得出以下的接口設(shè)計(jì)原則：鍵盤的電平與系統(tǒng)總線電平兼容。單片機(jī)能夠有效地抑制鍵盤抖動(dòng)。抑制抖動(dòng)是由軟件實(shí)現(xiàn)的，一般采用多數(shù)為主 的原則。單片機(jī)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤的有效控制。單片機(jī)系統(tǒng)鍵盤接口的目的是為了控制鍵盤 ，而鍵盤電路不能影響總線。（1）消抖措施 ：在一般電路設(shè)計(jì)中，按鍵按下閉合后，應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)一個(gè)負(fù)脈沖。但由于在按鍵按動(dòng)時(shí)總有一些抖動(dòng)，因此在負(fù)脈沖的開始和末尾部位總要出現(xiàn)一些毛齒波，其長短與開關(guān)的機(jī)械特性有

56、關(guān)，一般為 510ms。除了抖動(dòng)之外還有重鍵，即一個(gè)鍵按下后緊接著又按下一個(gè)鍵，或者兩個(gè)鍵同時(shí)按下，這些需要采取一定的措施加以消除。目前消除抖動(dòng)的方法有兩種，一種是用硬件電路來實(shí)現(xiàn)，即用rc濾波電路濾除抖動(dòng)。另一種大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院專科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）21就是軟件延時(shí)的方法來解決。在本設(shè)計(jì)中主要以軟件去抖動(dòng)。主要通過延時(shí)來等待信號(hào)穩(wěn)定，在信號(hào)穩(wěn)定后查詢健碼。其過程是在查詢到有按健按下后延時(shí)一段時(shí)間（12ms20ms）,再查詢一次看是否有按健按下，若第一次查詢不到，則說明前一次查詢結(jié)果為干擾或抖動(dòng)，若這一次查詢到有按健按下，則說明信號(hào)已經(jīng)穩(wěn)定，然后判斷閉和按健的按碼。當(dāng)閉和按健的健碼確定之

57、后，再去查詢按鍵是否釋放，待按鍵釋放后再進(jìn)行處理，這樣即可消除釋放抖動(dòng)的干擾。重鍵則以后一次查詢?yōu)樽詈蠼Y(jié)果。（2）鍵盤接口及掃描方式說明：通過對(duì)設(shè)計(jì)要求的具體分析，在這里采用矩陣式鍵盤來控制系統(tǒng)參數(shù)的輸入和調(diào)整。矩陣式鍵盤又成為行列式鍵盤。 假設(shè) 0 鍵被按下,稱為被按鍵或閉合鍵,這時(shí),鍵盤矩陣中 a 點(diǎn)的行線和列線相通.行掃描法的基本原理是這樣的:使一條列線為低電平,如果這條列線上沒有閉合鍵,則各行線的狀態(tài)都為高電平;如果列線上有閉合鍵,則相應(yīng)的那條行線即變?yōu)榈碗娖?這樣,就可以根據(jù)行線號(hào)和列線號(hào)求得閉合鍵的鍵碼.行掃描的過程是:先使輸出口輸出 feh,然后輸入行線狀態(tài),判斷行線狀態(tài)中是否有

58、低電平,如果沒有低電平,則使輸出口輸出 fdh,再判斷行線狀態(tài).到輸出口輸出 fch 時(shí),行線中有狀態(tài)為低電平,則閉合鍵找到.至此,行掃描似乎可以結(jié)束,但實(shí)際上掃描往往繼續(xù)進(jìn)行下去,以排除可能出現(xiàn)的多鍵同時(shí)被按下的現(xiàn)象.鍵盤中有 4 根行線和 4 根列線，經(jīng)限流電阻接+5v 電源上，按鍵跨接在行線和列線上，44行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成 16 個(gè)按鍵。當(dāng)無鍵閉合時(shí)，74922 芯片的 x、y 接口處于開路狀態(tài)。當(dāng)有鍵閉合時(shí)，與閉合鍵相連的兩條 i/o 口線之間短路。判斷有無按鍵按下的方法是：一，置 74922 的x1、x2、x3、x4 為輸入狀態(tài)，從行線輸出低電平，讀入列線數(shù)據(jù)，若某一列線為低電平，則該列

59、線上有鍵按下。第二步，置 74922 的 y1、y2、y3、y4 口為輸入狀態(tài)，從列線輸出低電平，讀入行線數(shù)據(jù)，若某一行為低電平，則該行線上有按鍵按下。綜合一、二兩步的結(jié)果，可確定按鍵的編碼號(hào)。但是鍵閉合一次只能進(jìn)行一次鍵功能任務(wù)，因此須等待按鍵釋放后，在進(jìn)行鍵功能操作。通過循環(huán)掃描方式可以重復(fù)掃描是否有鍵按下，并在鍵按下后等待一定時(shí)間，在這段時(shí)間可以消除按鍵的抖動(dòng)。（3）鍵盤功能說明：通過鍵盤的不同鍵來設(shè)定我們需要的數(shù)值，對(duì)數(shù)字的輸入設(shè)定用“*”鍵，當(dāng)正確無誤時(shí)按“enter”鍵，有誤時(shí)按下“cencer”鍵以便重新輸入。按 “#”鍵來進(jìn)行設(shè)定溫度與實(shí)測(cè)溫度的顯示變換。 “run”鍵用來啟動(dòng)

60、系統(tǒng)工作，當(dāng)沒有按該鍵時(shí)系統(tǒng)處于爐溫預(yù)熱狀態(tài)，也就是爐溫保持在 700的狀態(tài)，該狀態(tài)由加熱器進(jìn)行控制這里不進(jìn)行介紹。上限、下限兩鍵是分別進(jìn)行溫度上下限設(shè)定的按鍵。（4）鍵盤與 8051 實(shí)際接線圖如下：大連水產(chǎn)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）22圖 5.4.4 人機(jī)控制顯示通道本電路經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換、十進(jìn)制、乘 4、顯示，省略 d1（小數(shù)）取 3 位數(shù)整數(shù)輸出，最大轉(zhuǎn)值=ffh（225） ，放大器 741 為放大 101 倍時(shí)，則本電路的最大顯示值值為 750（5）求鍵值 根據(jù)按鍵的位置求鍵值的方法很多，對(duì)于 44 的鍵盤，采用查表法求取： 鍵識(shí)別碼=行碼求反（高 4 位）+列碼（低 4