基于單片機(jī)的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目：基于單片機(jī)的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 院：現(xiàn)代科技學(xué)院專業(yè)班級：電子信息工程0601學(xué) 號：2006614250308學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師姓名：指導(dǎo)教師職稱：二零一零年六月一日目錄緒i侖11單片機(jī)對加熱爐溫度控制的總體設(shè)計22單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳的選擇31單片機(jī)內(nèi)部模塊32. 1. 1 mcs-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)32. 1.2主電源引腳42.1.3外接晶體引腳42. 1.4 mcs-51輸入/輸出引腳42. 1.5 mcs-51 控制線42.2單片機(jī)外總線結(jié)構(gòu)52.3 mcs-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展53硬件系統(tǒng)設(shè)計61總體設(shè)計63.2程序存儲器的擴(kuò)展73. 3溫控模塊的設(shè)

2、計83.4 8155 接 口電路818155 簡介83.4.2 8155的ram和t/0 口地址編碼93.5 a/d轉(zhuǎn)換電路101引腳結(jié)構(gòu)103.6可控硅控制電路114軟件系統(tǒng)設(shè)計134. 1 主程序134.2 t0中斷服務(wù)程序144.3采樣子程序154.4數(shù)字濾波程序165做18參考文獻(xiàn):19隠20矛呈賴單20緒論溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然己經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器 來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比，仍然有著較大的差 距。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的ptd控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫 度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適

3、應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟， 形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及加入wto,我國政府及企 業(yè)對此都非常重視，對相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心， 開展創(chuàng)新性研究，使我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，近年來單片機(jī)發(fā)展十分迅速，一個以微機(jī)應(yīng)用為主的 新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機(jī)械、 食品、石油等各個行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費吋費力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn) 使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對象中的一個重要的被 控參數(shù)。然而所采用的測溫元件和測量

4、方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度 也不相同。因此對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。傳統(tǒng)的控制方式以不能滿 足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點是溫度波動范圍人, 由于它主要通過控制接觸器的通斷吋間比例來達(dá)到改變加熱功率的0的，受儀表本身誤差 和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。近幾年來快速發(fā)展了多種先進(jìn)的溫度控制方式, 如：pid控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制等。這些控制技術(shù)大大的提高了控制 精度，不但使控制變得簡便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效 率。本系統(tǒng)所使用的加熱器件是電爐絲，功率為三千瓦，要求溫度在4001

5、000°c。靜態(tài) 控制精度為2.43'c。本設(shè)計使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特 別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨特優(yōu)點，在數(shù)字、 裨能化方面有廣泛的用途。本系統(tǒng)使用8031單片機(jī)，使溫度控制大為簡便。1單片機(jī)對加熱爐溫度控制的總體設(shè)計加熱爐是將物料或工件加熱的設(shè)備。按熱源劃分有燃料加熱爐、電阻加熱爐、感 應(yīng)加熱爐、微波加熱爐等。應(yīng)用遍及石油、化工、冶金、機(jī)械、熱處理、表面處理、 建材、電子、材料、輕工、日化、制藥等諸多行業(yè)領(lǐng)域。加熱爐按爐溫分布，爐膛沿 長度方向可分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段。單片機(jī)的溫度控制

6、是數(shù)字控制系統(tǒng)的一個應(yīng)用。本系統(tǒng)所使用的加熱爐為電加熱爐， 爐絲功率為3kw,系統(tǒng)耍求爐膛恒溫，誤差為士 2°c，超調(diào)量可能小，溫度上升較快且有良 好的穩(wěn)定性。單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是以ms-51單片機(jī)為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅(qū)動電路， 晶閘管主電路對電爐爐溫進(jìn)行控制的微機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的原理框閣如閣1.1所示，其基 本控制原理為：用鍵盤將溫度的設(shè)定值送入單片機(jī)，啟動運行后，通過信號采集電路將 溫度信號采集到后，送到a/d轉(zhuǎn)換電路將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行p1d控制 運算，將控制量輸出，控制電阻爐的加熱。給定值8031控制電路驅(qū)動電路品閘管被控輸出主電路對象4溫度采樣電路

7、圖1. 1原理框圖2單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳的選擇單片微型計算機(jī)(single chip microcomputer)簡稱單片機(jī)，是指在一抉芯片上集 成了中央處理器cpu、隨機(jī)存儲器ram、程序存儲器rom或eprom、定時器/計數(shù)器、中斷 控制器及串型和并行1/0接口等部件。單片機(jī)主要應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，用來實現(xiàn)對信號的檢測、數(shù)據(jù)的采集以及對應(yīng)用對 象的控制。它具有體積小、重量輕、價格低、可靠性高、耗電少和靈活機(jī)動等許多優(yōu)點。 單片機(jī)是微型計算機(jī)的一個重要分支，特別適合用于智能控制系統(tǒng)?；诮?jīng)濟(jì)上的的考慮，以及本次設(shè)計的加熱爐的精度要求，選用8031單片機(jī)作為中 央處理器。8031是1cs 51

8、系列單片機(jī)的一種型號，在mcs 51系列單片機(jī)中還有8051、 8032、80c31 等。2.1單片機(jī)內(nèi)部模塊2.1.1 mcs-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)mcs-51系列單片機(jī)組成結(jié)構(gòu)中包含運算器、控制器、片內(nèi)存儲器、4個i/o 口、串行p0.0 p0.7vccramilbjll：寄存器ram3l_b寄存器31：acc1 二p2.0 p2.7 po驅(qū)動器戸2驅(qū)動器ipo鎖存器匪p2鎖存器eprom 或rom程序地址苻儲器pswsp特殊功能搿存器中斷、啡行u及定吋器/汁數(shù)器pc增 i?（器 <=>定時及指令寄存1 控制器振蕩器xtauxtal2pl驅(qū)動器apl.op1.7介.vjs p3鎖

9、存器piw動器p3.0 p3.7> dptr <=圖2.1單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖門、定時器/計數(shù)器、屮斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。圖2.1屮sp是堆棧指針寄存器,pc是程序計數(shù)器，psw是程序狀態(tài)字寄存器，dptr是數(shù)據(jù)指針寄存器。2.1.2主電源引腳vcc （40腳）：接+5v電源正端 vss （20腳）：接+5v電源地端2.1.3外接晶體引腳xtal1 （19腳）和xtal2 （18腳）：接外部晶振的兩個引腳2.1.4 mcs-51輸入/輸出引腳mcs-51單片機(jī)有4個t/0端口，共32根t/0線，4個端1_1都是準(zhǔn)雙向u。每個u都 包含一個鎖存器，即專用寄存器p0-p3, 一個輸

10、出驅(qū)動器和輸入緩沖器。為方便起見，我 們把4個端u和其中的鎖存器都統(tǒng)稱p0-p3。在訪問片外擴(kuò)展存儲器時，低8位地址和數(shù)據(jù)由p0 口分吋傳送，高8位地址由p2 口 傳送。在無片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中，這4個u的每一位均可作為雙向的t/0u使用。p0 u：可作為一般的i/o 口用，但應(yīng)用系統(tǒng)采用外部總線結(jié)構(gòu)吋，它分吋作低8位地 址和8位雙向數(shù)據(jù)總線用。pl u：每一位均可獨立作為t/0 u。p2 u：可作為一般i/o 口用，但應(yīng)用系統(tǒng)采用外部系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)吋，它分吋作為 高8位地址線。p3 li：雙功能ll作為第一功能使用時同p1 口，每一位均可獨立作為i/o 口。另外，每一位均具 有第二功能，

11、每一位的兩個功能不能同時使用。2.1.5 mcs-51 控制線rst/vpd （9腳）:rst即為reset, vpd為備用電源。該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉 電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)震蕩工作吋，該引腳上將出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，這吋可實 現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)冋復(fù)到初始狀態(tài)。當(dāng)vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電吋，該引腳上可接備用電源vpd （+5v） 為內(nèi)部ram供電，以保證ram中的數(shù)據(jù)不丟失。八le/pr0g （30腳）:地址鎖存有效信號輸出端。ale在每個機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個脈沖。 在訪問片外程序存儲器期間，下降沿用于控制鎖存p0輸出端的低八位地址；在不訪問片 外程序存儲器期間，可

12、作為對外輸出的時鐘脈沖或用于定吋目的。（29腳）：片外程序存儲器選通信號輸出端，低電平有效。在從外部程序存儲器 讀取指令或常數(shù)期間，每個機(jī)器周期內(nèi)該信號有效兩次，并通過數(shù)據(jù)總線p0 口讀冋指令 或常數(shù)。在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，該信號將不出現(xiàn)。wvpp （31腳）：m為片外程序存儲器選通斷。該引腳冇效（低電平）吋，只選用片外程序存儲器，否則單片機(jī)上電或復(fù)位后選用片內(nèi)程序存儲器。對于片內(nèi)還有eprom的機(jī)型，在編程期間，此引腳用作12v編程電源vpp的輸入端。2.2單片機(jī)外總線結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)大多數(shù)cpu外部都有單獨的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，而mcs51 革片機(jī)由于受到芯片管腳的限制，數(shù)據(jù)線

13、和地址線（低8位）是復(fù)用的，而且是1/0 口兼 用。為了將它們分離開來，以便同單片機(jī)之外的芯片正確地相連，常常在單片機(jī)外部加地 址鎖存器來構(gòu)成與一般cpu相類似的三總線，如圖2. 2所示。mcs-51alepsen'wr'rd'ea'地址總線控制總線圖2. 2單片機(jī)外總線結(jié)構(gòu)2.3 mcs-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展通常情況下，采用mcs-51系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)只能用于一些很簡單的應(yīng)用場合， 在此情況下直接使用單片機(jī)內(nèi)部存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時功能、中斷功能、i/o端u等, 組成的應(yīng)用系統(tǒng)的成木較低。單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的方法有并行擴(kuò)展法和串行擴(kuò)展法兩種。并行擴(kuò)展法是利用單

14、片機(jī)的 三種線（ab、db、cb）進(jìn)行的系統(tǒng)擴(kuò)展；串行擴(kuò)展法是利用spi三線總線或i2c雙總線的 串行系統(tǒng)擴(kuò)展。但是，一般串行接u器件速度慢，在需要高速應(yīng)用的場合，還是并行擴(kuò)展 法占主導(dǎo)地位。3硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1總體設(shè)計系統(tǒng)控制主電路是由8031及其外圍芯片，及一些輔助的部分構(gòu)成的。如圖3.1所示。過零信號發(fā)生器276474ls373溫控電路80318155adc0809鍵盤與顯示i 傳感檢測電路電爐閣3. 1總體設(shè)計原理閣3.2程序存儲器的擴(kuò)展8031片內(nèi)不帶rom，米用8031芯片時，須擴(kuò)展程序存儲器。用作程序存儲器的芯片主 耍有eprom和eeprom。由于eprom價格低廉、性能可靠，

15、所以設(shè)計用eprom.eprom是紫外線可擦除電可編程的半導(dǎo)體只讀存儲器，掉電后信息不會丟失。epkom中 程序一般通過專門編程器可寫入。常用的eprom芯片主要有：2716、2732、2764、27128、 27256等。擴(kuò)展程序存儲器時，一般擴(kuò)展容量大于256字節(jié)，因此，除了由p0 口提供低8位地 址線外，還需由p2 口提供若干地址線，最大的擴(kuò)展范圍位64k字節(jié)，即需16位地址線。 具體方法是cpu應(yīng)向eprom提供三種信號線。即a：數(shù)據(jù)總線:p0 口接eprom的00-07。b：地址總線：p0 口經(jīng)鎖存器向epkom提供地址低8位，p2 口提供高8位地址以及片 選線。c：控制總線：片外程

16、序存儲器取指令控制信號，接epkom的ale接鎖存 器的g。eal地。結(jié)合本次設(shè)計，選擇擴(kuò)展的型號為2764。8031與2764的連接圖如圖3. 2所示。40+5v2x30p19xtal,vcc p2.oxtal2u2|22z21242510mf ;5 vo1 h<=- 8.2k3120f80312.72728resetale30easspsenpo.o39383332pozcosds2 g5 56 49 3廠9q丄：+5.52fcfc21a35671927r0丄圖3. 2 2764與8031連接圖3.3溫控模塊的設(shè)計溫度檢測元件和變送器的選擇和被控溫度及精度等級有關(guān)。設(shè)計采用鎳鉻/鎳鋁

17、熱電 偶，此電偶用于o°cioo（rc的溫度測量范圍。系統(tǒng)功能和系統(tǒng)的工作工程為：反映爐溫 的熱電偶，用于采集爐內(nèi)的溫度信號，將采集到的信號經(jīng)冷端補(bǔ)償后送運算放大器放大，由變送器將熱電偶信號（溫度信號）變?yōu)殡娏鬏敵觯儆筛呔茈娏?電壓變換器將電流 信號變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電壓信號，將放大的電壓送入采樣保持器和轉(zhuǎn)換電路后得到與爐溫相應(yīng)的數(shù)j=l子里。具體設(shè)計為，將溫度傳感器輸出的電流信號lin,輸入到電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，在采 樣電阻r1上獲得對應(yīng)的電壓分量vr=rl*lin,并將該值經(jīng)過由r2, c1構(gòu)成的帶有一定延時 （時間與溫度傳感器的響應(yīng)時間相對應(yīng)）作用的低通濾波電路后，輸入到放大器a1的

18、正相 端。因為傳感器輸出4ma時，在取樣電阻上的電壓不等于零，直接經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量也不等于零，所以單片機(jī)不能直接利用，這樣利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生一個精確基 準(zhǔn)電壓vref與r3。rw1構(gòu)成的可調(diào)分壓電路，通過調(diào)節(jié)rw1可以獲得精確的vx=（rx/rwl）vref,該值可用于抵消4ma電流在取樣電阻上產(chǎn)生的壓降，所以當(dāng)溫度傳感器 為最小值4ma時，a1的2腳與3腳之間的電壓差基本為0v。與a1相連的c2、r3、r4、r5構(gòu) 成帶有積分校正的放大電路，積分校正會增加系統(tǒng)的慣性，對變化較快的信號起阻尼作用。 通過適當(dāng)調(diào)整電阻就可以獲得理想的比例增益，再將經(jīng)過處理的溫度傳感器感測到的電信

19、號vt放大后，送入下一級的差值放大電路的負(fù)相端。系統(tǒng)的爐溫工藝曲線經(jīng)分段換算后 轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)，再經(jīng)過進(jìn)制轉(zhuǎn)換后存入e2prom中。當(dāng)系統(tǒng)投入運行后，為了實現(xiàn) 誤差測量，單片機(jī)依據(jù)時鐘定時器，按一定的時間間隔將數(shù)據(jù)通過總線傳至dac0832的數(shù) 據(jù)寄存器，經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后的模擬電壓vts，從運放a2送入由a3、r6、r7、r8和r9構(gòu)成的 差值檢測放大電路的正相端，與經(jīng)過轉(zhuǎn)換的采樣電壓值vt作差，得到的差值avt放大后 送入a/d轉(zhuǎn)換器0809。另外，變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出 的0-41. 32mv變換成0-1 oma范圍內(nèi)的電流；電流/電壓變送

20、器用于把毫伏變送器輸出的 0-1oma電流變換成0-5v范圍的電壓。為了提高精度，變送器可以進(jìn)行零點遷移。例如：若溫度測量范圍為400°c1000°c, 則熱電偶輸出為16. 4mv-41. 32mv,毫伏變送器零點遷移后輸出0-1 omv范圍電流。這樣，采 用8位a/d轉(zhuǎn)換器就可以使量化誤差達(dá)到正負(fù)2. 34度以內(nèi)。3.48155 接口電3.4.18155 簡介8155是intel公司研制的通用i/o接口芯片。mcs-51和8155相連不僅可為外部設(shè)備 提供兩個8位1/0端口（a 口和b 口）和一個6位（cd）,而且也可為cpu提供一個256字節(jié)ram存儲器和一個14位的

21、定時器/計數(shù)器，所以8155廣泛用于mcs-51系統(tǒng)中。mcs-51單片機(jī)可以和8155直接連接而不需要任何外加邏輯器件，就可為系統(tǒng)增加256個字節(jié)片外ram、22位1/0 口線以及一個14位定時器。p0 口輸出的低8位地址不必再另加鎖存器，可直接與8155的ad0-ad7相連，既可作低8位地址總線，又可作數(shù)據(jù)總線。從p0 口傳送過來的地址信息在ale的作用下在8155 內(nèi)部被鎖存。高8位地址由及10/的地址控制線決定，因此在閣中的連接狀態(tài)下，可以確 定各個端口的地址：ram的地址范圍：fc00hfcffh命令 / 狀態(tài)口：fd00h； pad:fd01h；i)b 口：fd02h； i)c 口

22、：fd03h；定時器低8位：fd04h；定時器高8位：fd05h3.4.2 8155的ram和i /0 口地址編碼8155在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是16位地址數(shù)據(jù)，其高8位由片選線提供，而低8位地址 為片內(nèi)地址。當(dāng)10m/=0時，單片機(jī)對8155內(nèi)ram讀/寫，ram低8位編址為00ffh;當(dāng) i0/m=l時，單片機(jī)對8155中的i/o 口進(jìn)行讀/寫。8031與8155的連接如圖和鍵盤顯示連接圖如圖3. 3所示8155pa7 pa6 pa5 pa4 pa3 pa2 pa i pao8031p2.7p2.0alerdwrp05vo_|prdwriom pq) ale pcipc2pc316 /2410

23、1113147 5.1 ldi <=>15dopb7pb6pb5pb4pb3reset pb2 pbi pbo1725182619 /27 /2() /2829 /22 /3023-(=>31oqo.qd.qqn<11000x8-czj+5v+5 vpoalerdwrp2.0p2.18031rstrestetad0 7pa<alepb <rdpc <wr10/ktce timer -intimer -out8155reset圖3. 3單機(jī)與8155的連接以及鍵盤敁示電路3.5 a/d轉(zhuǎn)換電路八dc0809是一個典型的a/d轉(zhuǎn)換芯片，為逐次逼近式8位cm

24、os型a/d轉(zhuǎn)換器，片內(nèi) 有8路模擬選通開關(guān)、三態(tài)輸出鎖存器以及相應(yīng)的通道地址鎖存與譯碼電路。adc0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連， 也可單獨工作。輸入輸出與ttl兼容。8路8位a/d轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。具有轉(zhuǎn)換 起停控制端。轉(zhuǎn)換吋間為100 m單個+ 5v電源供電，模擬輸入電壓范圍0+ 5v，不 需零點和滿刻度校準(zhǔn)。首先輸入3位地址，并使ale=1,將地址存入地址鎖存器中。此 地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。start上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降 沿啟動a/d轉(zhuǎn)換，之后eoc輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到a/d轉(zhuǎn)換完成，eoc 變?yōu)?/p>

25、高電平，指示a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。 當(dāng)0e輸入高電平吋，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。a/d轉(zhuǎn)換是把從熱電偶接收到的溫度模擬量轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)字量輸送到竿片機(jī)里，以便 可以用單片機(jī)進(jìn)行控制。3.5.1引腳結(jié)構(gòu)(1) tn7tno: 8條模擬量輸入通道(2) 地址輸入和控制線：4條(3) 數(shù)字量輸出及控制線：11條(4) 電源線及其他：5條輸入為8個可選通的模擬量in0-in7。至于adc轉(zhuǎn)換器接收哪一路輸入信號由 地址a、b、c控制的8路模擬開關(guān)實現(xiàn)。同一時刻，adc0809只接收一路模擬量輸入, 不同時刻對8路模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。3.5

26、.2 0809 與 8031 的連接圖3. 4 0809與8031的連接3.6可控硅控制電路8031對溫度的控制是通過可控硅調(diào)控器實現(xiàn)的?？煽毓韫敵雠c通斷時間關(guān)系草圖 如圖3. 5所示。雙向可控硅管和加熱絲串聯(lián)接在交流220v，50hz交流試點回路。在給定的周期t內(nèi)， 8031只要改變可控硅管的接通時間便可改變加熱絲功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的a的。圖3. 5 示出了可控硅管在給定周期t內(nèi)具有不同接通時間的情況。顯然，可控硅在給定周期t的 100%時間內(nèi)接通的功率最大?？煽毓杞油〞r間可以通過可控硅控制板上控制脈沖控制。該觸發(fā)脈沖由8031用軟件 在p1.3引腳上產(chǎn)生，受過零同步脈沖后經(jīng)光偶管和驅(qū)動

27、器輸送到可控硅的控制極上。偏 差控制的原理是先求出史冊爐溫對所需爐溫的偏差值，然后對偏差值處理而獲得控制信號 去調(diào)節(jié)電阻爐的功率，以實現(xiàn)對電阻爐的爐溫控制。在工業(yè)上，偏差控制又稱為pid控制，這是工業(yè)控制中常用的控制形式，一般能收到 令人滿意的效果?？刂普摳嬖V人們，pid控制的理想方程是：u(3. 1)式中e 測量值與給定值之間的偏差; td-微分吋間：t -積分時間;un = ken + (a - a-l)2"=17(3.2)z?= kpen + kekd(en-en-/=1kp-調(diào)節(jié)器的放大系數(shù).將上式離散化得到數(shù)字p1d位置式算法式中在位置式算法的基礎(chǔ)之上得到數(shù)字p1d增量式算

28、法：=kp (en - en- ) + ken + k0 (en - 2 a-l + 4-2 )(3. 3)=klae,i + ken + k0 en en-)4軟件系統(tǒng)設(shè)計軟件設(shè)計主要運用keil u vison3軟件，這個軟件是徳國keil software公司推 出的51系列兼容單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)。uvison3是集成的可視化windows操作界面， 其提供了豐富的庫函數(shù)和各種編譯工具，能夠?qū)?1系列單片機(jī)以及和51系列兼容的 絕大部分類型的單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計。keil uvison系列可以支持單片機(jī)c51程序設(shè)計語 言，也可以直接進(jìn)行匯編語言的設(shè)計與編譯。keil mvison系列的集成幵

29、發(fā)環(huán)境最高版本是mvison3,版本號為v8.08okeil u vison系列是一個非常優(yōu)秀的編譯器，受到廣大單片機(jī)設(shè)計者的廣泛使用。其主耍特點如下： 支持匯編語言、c51語言等多種單片機(jī)設(shè)計語言； 可視化的文件管理，界面友好； 支持豐富的產(chǎn)品線，除了 51及其兼容內(nèi)核的單片機(jī)外，還新增加了對arm內(nèi)核 產(chǎn)品的支持； 具有完善的編譯連接工具； 具備豐富的仿真調(diào)試功能，可以仿真串口、并口、a/d、d/a、定時器/計數(shù)器以 及中斷等資源，同時也可以和外部仿真器聯(lián)合進(jìn)行在線調(diào)試； 內(nèi)嵌rtx-51實時多任務(wù)操作系統(tǒng)； 支持在一個工作空間中進(jìn)行多項目的程序設(shè)計。 支持多級代碼優(yōu)化。4.1主程序主程序

30、主要完成加熱控制系統(tǒng)各部件的初始化和實現(xiàn)各功能子程序的調(diào)用，以及實際 測量中各個功能模塊的協(xié)調(diào)在無外部中斷中請時，單片機(jī)通過循環(huán)對外部溫度進(jìn)行實時顯zj o應(yīng)當(dāng)注意：由于to被設(shè)定為計數(shù)器方式2,初值為06h，故它的溢出中斷時間為250 個過零同步脈沖。為了系統(tǒng)正常工作，t1中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時間必須滿足t0的制一時 間要求，因為t1的中斷是嵌套在t0中斷之中的。主程序框閣如閣4. 1圖4.1主程序流程圖4.2 to中斷服務(wù)程序to中斷服務(wù)程序是溫度控制系統(tǒng)的主程序，用于啟動a/d轉(zhuǎn)換器，讀如數(shù)據(jù)采樣， 數(shù)字濾波，越權(quán)溫度報警和處理，pid計算和輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。p1.3引腳上 輸出

31、的該同步脈沖寬度由t1計數(shù)器的溢出中斷控制，8031利用等待t1溢出中斷空隙時間 完成把本次采樣數(shù)值轉(zhuǎn)換成顯示值而放入顯示緩沖區(qū)和調(diào)用溫度顯示程序，8031從t1中 斷服務(wù)程序返回后便可以恢復(fù)現(xiàn)場和返回主程序，以等待下次t0中斷。to中斷服務(wù)程序框圖如圖4. 2所示圖4. 2 to中斷服務(wù)程序流程圖4.3采樣子程序流程圖如圖4. 3采樣值始址送r0 采樣次數(shù)送r2選同in0 啟動adcnb4. 3采樣子程序框圖4.4數(shù)字濾波程序數(shù)字濾波程序filter:用于濾去來自控制現(xiàn)場對采樣值的干擾。 本設(shè)計采用屮值濾波數(shù)字濾波程序框圖如圖4. 4(2ch)送 a返回圖4. 4數(shù)字濾波程序框圖5總結(jié)設(shè)計使

32、用無rom的8031作為主控芯片進(jìn)行控制，單片機(jī)具有集成度高，通用性好， 功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨特優(yōu) 點，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。其中的溫控系統(tǒng)采用鎳鉻/鎳鋁熱電偶，此電偶 用于0°c1000°c的溫度測量范圍，相應(yīng)的輸出電壓為omv-41. 32mv.溫度是工業(yè)對象中的 一個重要的被控參數(shù)，在木系統(tǒng)中，采用單片機(jī)控制，這些控制技術(shù)會大大提高控制精度, 不但使控制簡捷，降低了產(chǎn)品的成木，提高了生產(chǎn)效率.參考文獻(xiàn)蔡振江.單片機(jī)原理與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2008賴壽宏.微型計算機(jī)控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

33、2003王毓銀主編.數(shù)字電路邏輯設(shè)計.北京：髙等教ff出版社，1999沾源計算機(jī)工作室編著.protel 99原理圖與pcb及仿k.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008索雪松等.傳感器與信兮處理電路.北京：巾國水利水電出版社，2008李華等.單片機(jī)實川接門技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002陸子明.單片機(jī)設(shè)計與應(yīng)川基礎(chǔ)教程.北京:北京國防工業(yè)出版社，2005孫炳達(dá).自動控制原理.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008沙占友.王曉君.數(shù)字化測量.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2001yuan n , yeo t s , nie x c , li l w

34、, et al . analysis of sea -ttering f rom composite conducting and dielect ric target susing the precorrected - pt't algorithmj . elect romagn. wave and appl. , 2003,17 (3) :499 -515.st reet m q1 the microelect ronics and computer systems laboratory j ulicroelect ronics journal , 1993 , 24 (5) : 5805841.附錄程序清單1.主程序.0rg01 oohdism0data78hdism1data79hdism2data7ahdism3data7bhdism4data7chdism5data7dhmovsp,#50h;50h 送 spclr5eh清木次越限標(biāo)志clr5fh清上次越限標(biāo)志clra清累加器amov2fh,amov30h,amov3bh,amov3ch,a清暫存單元mov3dh,amov3eh,amov44h