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

1、 本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目： 基于單片機(jī)的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院： 現(xiàn)代科技學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電子信息工程0601 學(xué) 號(hào)： 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23目錄緒 論11 單片機(jī)對(duì)加熱爐溫度控制的總體設(shè)計(jì)22 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳的選擇32.1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(jì)63.1 總體設(shè)

2、計(jì)63.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展73.3溫控模塊的設(shè)計(jì)83.4 8155接口電路83.4.1 8155簡(jiǎn)介83.4.2 8155的RAM和I/O口地址編碼93.5 A/D轉(zhuǎn)換電路103.5.1引腳結(jié)構(gòu)103.6 可控硅控制電路114 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)134.1 主程序134.2 T0中斷服務(wù)程序144.3 采樣子程序164.4 數(shù)字濾波程序165 總結(jié)18參考文獻(xiàn)19附錄20程序清單20緒 論溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)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(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主

3、，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)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(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及加入WTO，我國(guó)政府及企業(yè)對(duì)此都非常重視，對(duì)相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國(guó)家、企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國(guó)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(gè)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(gè)行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)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(duì)象

4、中的一個(gè)重要的被控參數(shù)。然而所采用的測(cè)溫元件和測(cè)量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。因此對(duì)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(diǎn)是溫度波動(dòng)范圍大，由于它主要通過控制接觸器的通斷時(shí)間比例來達(dá)到改變加熱功率的目的，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(jiǎn)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

5、絲，功率為三千瓦，要求溫度在4001000。靜態(tài)控制精度為2.43。本設(shè)計(jì)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(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智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(jiǎn)便。1 單片機(jī)對(duì)加熱爐溫度控制的總體設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(gè)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)要求爐膛恒溫，誤差為士2,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-5l單片機(jī)為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅(qū)動(dòng)電路，晶閘管主電路對(duì)電爐爐溫進(jìn)行控制的微機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的原理框圖如圖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(dòng)運(yùn)行后，通過信號(hào)采集電路將溫度信號(hào)采集到后，送到A/D 轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行PID 控制運(yùn)算，將控制量輸出，控制電阻爐的加熱。給定值采樣電路輸出溫度被控對(duì)象晶閘管主電路驅(qū)動(dòng)電路8031控制電路圖1.1 原理框圖2

7、單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳的選擇單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是指在一塊芯片上集成了中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM或EPROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制器及串型和并行I/O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(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)、數(shù)據(jù)的采集以及對(duì)應(yīng)用對(duì)象的控制。它具有體積小、重量輕、價(jià)格低、可靠性高、耗電少和靈活機(jī)動(dòng)等許多優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)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(jì)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MCS51系列單片機(jī)的一種型號(hào)，在MCS5

8、1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(yùn)算器、控制器、片內(nèi)存儲(chǔ)器、4個(gè)I/O口、串行圖2.1單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。圖2.1中SP是堆棧指針寄存器，PC是程序計(jì)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(gè)引腳。2.1.4 MCS-51 輸入/輸出引腳MC

9、S-51單片機(jī)有4個(gè)I/O端口，共32根I/O線，4個(gè)端口都是準(zhǔn)雙向口。每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器，即專用寄存器P0-P3，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。為方便起見，我們把4個(gè)端口和其中的鎖存器都統(tǒng)稱P0-P3。 在訪問片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時(shí)傳送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這4個(gè)口的每一位均可作為雙向的I/O口使用。P0口：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)時(shí)，它分時(shí)作低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)總線用。P1口：每一位均可獨(dú)立作為I/O口。P2口：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)時(shí)，它分時(shí)作為高8位地址線。 P3口

10、：雙功能口。作為第一功能使用時(shí)同P1口，每一位均可獨(dú)立作為I/O口。另外，每一位均具有第二功能，每一位的兩個(gè)功能不能同時(shí)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)震蕩工作時(shí)，該引腳上將出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，這時(shí)可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。當(dāng)Vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，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。ALE/PROG（30腳）：地址鎖存有效信號(hào)輸出端。ALE在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個(gè)脈沖。在訪問片外程序存儲(chǔ)器期

11、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(chǔ)器期間，可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。 PSEN（29腳）：片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出端，低電平有效。在從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)該信號(hào)有效兩次，并通過數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令或常數(shù)。在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，該信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP（31腳）： EA為片外程序存儲(chǔ)器選通斷。該引腳有效（低電平）時(shí)，只選用片外程序存儲(chǔ)器，否則單片機(jī)上電或復(fù)位后選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。對(duì)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(jì)算機(jī)大多數(shù)CPU外部

12、都有單獨(dú)的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，而MCS51單片機(jī)由于受到芯片管腳的限制，數(shù)據(jù)線和地址線（低8位）是復(fù)用的，而且是I/O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。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(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，在此情況下直接使用單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)功能、中斷功能、I/O端口等，組成的應(yīng)用系統(tǒng)的成本較低。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)展法是利用單片機(jī)的三種線（AB

13、、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，一般串行接口器件速度慢，在需要高速應(yīng)用的場(chǎng)合，還是并行擴(kuò)展法占主導(dǎo)地位。3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)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。803174Ls3732764過零信號(hào)發(fā)生器8155ADC0809傳感檢測(cè)電路溫控電路電爐鍵盤與顯示圖3.1 總體設(shè)計(jì)原理圖3.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展8031片內(nèi)不帶ROM，采用8031芯片時(shí)，須擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。用作程序存儲(chǔ)器的芯片主要有EPROM和EEPROM。由于EPROM價(jià)格低廉、性能可靠，所以設(shè)計(jì)用EPROM.E

14、PROM是紫外線可擦除電可編程的半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器，掉電后信息不會(huì)丟失。EPROM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(chǔ)器時(shí)，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(hào)線。即A：數(shù)據(jù)總線：P0口接EPROM的O0-O7。B：地址總線：P0口經(jīng)鎖存器向EPROM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：PSEN片外程序存儲(chǔ)器取指令控制信號(hào)，接EPROM

15、的OE，ALE接鎖存器的G。EA接地。結(jié)合本次設(shè)計(jì)，選擇擴(kuò)展的型號(hào)為2764。8031與2764的連接圖如圖3.2所示。圖3.2 2764與8031連接圖3.3溫控模塊的設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)元件和變送器的選擇和被控溫度及精度等級(jí)有關(guān)。設(shè)計(jì)采用鎳鉻/鎳鋁熱電偶，此電偶用于01000的溫度測(cè)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(hào)，將采集到的信號(hào)經(jīng)冷端補(bǔ)償后送運(yùn)算放大器放大, 由變送器將熱電偶信號(hào)（溫度信號(hào)）變?yōu)殡娏鬏敵?，再由高精密電?電壓變換器將電流信號(hào)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，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)字量。 具體設(shè)計(jì)為，將溫度傳感器輸出的

16、電流信號(hào)Iin，輸入到電流/ 電壓轉(zhuǎn)換電路，在采樣電阻R1 上獲得對(duì)應(yīng)的電壓分量VR=R1*Iin，并將該值經(jīng)過由R2，C1構(gòu)成的帶有一定延時(shí)(時(shí)間與溫度傳感器的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)應(yīng)) 作用的低通濾波電路后，輸入到放大器A1 的正相端。因?yàn)閭鞲衅鬏敵?mA 時(shí)，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(gè)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/RW1)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(shí)，A1的2 腳與3

17、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(huì)增加系統(tǒng)的慣性，對(duì)變化較快的信號(hào)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(cè)到的電信號(hào)VT 放大后，送入下一級(jí)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(duì)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(yùn)行后，為了實(shí)現(xiàn)誤差測(cè)量，單片機(jī)依據(jù)時(shí)鐘定時(shí)器，按一定的時(shí)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(yùn)放A2 送入由A3、R6、R7、R8 和R9 構(gòu)成的差值檢測(cè)放大電路的正相端，

18、與經(jīng)過轉(zhuǎn)換的采樣電壓值VT 作差，得到的差值VT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0-10mA范圍內(nèi)的電流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的0-10MA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(diǎn)遷移。例如：若溫度測(cè)量范圍為4001000，則熱電偶輸出為16.4mV-41.32mV,毫伏變送器零點(diǎn)遷移后輸出0-10mV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)。3.4 8155接口電路3.4.1 8155簡(jiǎn)介8155是Intel公司研制的通用

19、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(gè)8位I/O端口（A口和B口）和一個(gè)6位（C口），而且也可為CPU提供一個(gè)256字節(jié)RAM存儲(chǔ)器和一個(gè)14位的定時(shí)器/計(jì)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(gè)字節(jié)片外RAM、22位I/O口線以及一個(gè)14位定時(shí)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IO/的地址控制線決定，因此在圖中

20、的連接狀態(tài)下，可以確定各個(gè)端口的地址：RAM的地址范圍：FC00HFCFFH命令/狀態(tài)口： FD00H； PA口： FD01H；PB口： FD02H； PC口： FD03H；定時(shí)器低8位： FD04H； 定時(shí)器高8位：FD05H3.4.2 8155的RAM和I/O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)IOM/=0時(shí)，單片機(jī)對(duì)8155內(nèi)RAM讀/寫，RAM低8位編址為00FFH；當(dāng)IO/M=1時(shí)，單片機(jī)對(duì)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 圖3.3 單片機(jī)與8155的連接以及鍵

21、盤顯示電路3.5 A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809是一個(gè)典型的A/D轉(zhuǎn)換芯片，為逐次逼近式8位CMOS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(dú)工作。輸入輸出與TTL 兼容。8 路8 位AD 轉(zhuǎn)換器， 即分辨率8 位。具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s， 單個(gè)5V 電源供電， 模擬輸入電壓范圍05V， 不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。首先輸入3 位地址， 并使ALE1， 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

22、寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換， 之后EOC 輸出信號(hào)變低， 指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD 轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖剑?指示AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器， 這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE 輸入高電平時(shí)， 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)字量輸送到單片機(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）IN7IN0：8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(gè)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(hào)由地址A、

23、B、C控制的8路模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)。 同一時(shí)刻，ADC0809只接收一路模擬量輸入，不同時(shí)刻對(duì)8路模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。3.5.2 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(duì)溫度的控制是通過可控硅調(diào)控器實(shí)現(xiàn)的。可控硅功輸出與通斷時(shí)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(diǎn)回路。在給定的周期T內(nèi)，8031只要改變可控硅管的接通時(shí)間便可改變加熱絲功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。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(shí)間的情況。顯然，可控硅在給定周期T的100%時(shí)間內(nèi)接通的功率最大?？煽毓杞油〞r(shí)間可以通過可控硅控

24、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(dòng)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(cè)爐溫對(duì)所需爐溫的偏差值，然后對(duì)偏差值處理而獲得控制信號(hào)去調(diào)節(jié)電阻爐的功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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： （3.1）式中e 測(cè)量值與給定值之間的偏差;TD 微分時(shí)間:T - 積分時(shí)間; （3.2）KP 調(diào)節(jié)器的放大系數(shù).將上式離散化得到數(shù)字PID位置式算法式中在位置式算法的基礎(chǔ)之上得到數(shù)字PID增量式算法： （3.3

25、）4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)主要運(yùn)用Keil Vison3軟件，這個(gè)軟件是德國(guó)Keil Software公司推出的51系列兼容單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)。Vison3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(jì)。Keil Vison系列可以支持單片機(jī)C51程序設(shè)計(jì)語言，也可以直接進(jìn)行匯編語言的設(shè)計(jì)與編譯。Keil Vison系列的集成開發(fā)環(huán)境最高版本是Vison3，版本號(hào)為V8.08。Keil Vison系列是一個(gè)非常優(yōu)秀的編譯器，受到廣大單片機(jī)設(shè)計(jì)者的廣泛使用。其主要特點(diǎn)如下：支持匯編語言、C51語言等多

26、種單片機(jī)設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)器/計(jì)數(shù)器以及中斷等資源，同時(shí)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(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)；支持在一個(gè)工作空間中進(jìn)行多項(xiàng)目的程序設(shè)計(jì)。支持多級(jí)代碼優(yōu)化。4.1 主程序 主程序主要完成加熱控制系統(tǒng)各部件的初始化和實(shí)現(xiàn)各功能子程序的調(diào)用，以及實(shí)際測(cè)量中各個(gè)功能模塊的協(xié)調(diào)在無外部中斷申請(qǐng)時(shí)，單片機(jī)通過循環(huán)對(duì)外部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。應(yīng)當(dāng)注意：由于T0被設(shè)定為計(jì)數(shù)器方式2，初值為0

27、6H，故它的溢出中斷時(shí)間為250個(gè)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(shí)間必須滿足T0的制一時(shí)間要求，因?yàn)門1的中斷是嵌套在T0中斷之中的。主程序框圖如圖4.1圖4.1 主程序流程圖4.2 T0中斷服務(wù)程序T0中斷服務(wù)程序是溫度控制系統(tǒng)的主程序，用于啟動(dòng)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(bào)警和處理，PID計(jì)算和輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。P1.3引腳上輸出的該同步脈沖寬度由T1計(jì)數(shù)器的溢出中斷控制，8031利用等待T1溢出中斷空隙時(shí)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(chǎng)和返回主程序，以等待

28、下次T0中斷。T0中斷服務(wù)程序框圖如圖4.2所示圖4.2 T0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所有采樣結(jié)束？A/D完成？延時(shí)選同IN0啟動(dòng)ADC返 回NYNY4.3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(chǎng)對(duì)采樣值的干擾。本設(shè)計(jì)采用中值濾波數(shù)字濾波程序框圖如圖4.4YNNYYYYNYYN(2CH)送A (2CH)(2DH)?(2CH)>(2DH)?(2CH)(2DH)(2DH)(2EH)?(2DH)>(2EH)?(2CH)(2EH)?(2EH)>(2CH)?(2CH) 送2AH返回(2EH

29、)送2AH(2EH)送2AH(2DH) 送2AH(2DH) 送2AH N圖4.4數(shù)字濾波程序框圖5 總結(jié)設(shè)計(jì)使用無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(dú)特優(yōu)點(diǎn)，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01000的溫度測(cè)量范圍，相應(yīng)的輸出電壓為0mV-41.32mV.溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(gè)重要的被控參數(shù)，在本系統(tǒng)中，采用單片機(jī)控制，這些控制技術(shù)會(huì)大大提高控制精度，不但使控制簡(jiǎn)捷，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率.參考文獻(xiàn)1 蔡振江.單片機(jī)原理與應(yīng)用. 北京

30、：電子工業(yè)出版社，20082 賴壽宏.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.20033 王毓銀主編.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，19994 清源計(jì)算機(jī)工作室編著.Protel 99原理圖與PCB及仿真. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20085 索雪松等.傳感器與信號(hào)處理電路.北京：中國(guó)水利水電出版社，2008 6 李華等.單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20027 陸子明.單片機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用基礎(chǔ)教程.北京:北京國(guó)防工業(yè)出版社,20058 孫炳達(dá).自動(dòng)控制原理.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，20089 沙占友.王曉君.數(shù)字化測(cè)量.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200910 李廣弟.

31、單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200111 Yuan N ,Yeo T S ,Nie X C ,Li L W,et al . Analysis of Sca -ttering f rom Composite Conducting and Dielect ric Target susing the Precorrected - FFT AlgorithmJ . Elect romagn.Wave and Appl. ,2003 ,17 (3) :499 - 515.12 St reet M Q1 The microelect ronics and computer systems l

32、aboratory J 1Microelect ronics Journal , 1993 , 24 (5) : 5805841.附錄程序清單1.主程序： ORG 0100HDISM0 DATA 78HDISM1 DATA 79HDISM2 DATA 7AHDISM3 DATA 7BHDISM4 DATA 7CHDISM5 DATA 7DHMOV SP, #50H; 50H送SPCLR 5EH ; 清本次越限標(biāo)志CLR 5FH ； 清上次越限標(biāo)志CLR A ； 清累加器AMOV 2FH, AMOV 30H, AMOV 3BH, AMOV 3CH, A清暫存單元MOV 3DH, AMOV 3EH, AMOV 44H, AMOV DISM0, AMOV DISM1, AMOV DISM2, AMOV DISM3, A清顯示緩沖區(qū)MOV DISM4, AMOV DISM5, AMOV TMOD, #56HMOV TL0, #06HMOV TH0, #06HCLR PT0SETB TR0SETB ET0SETB EALOOP ACALL DISPLY ；調(diào)用顯示程序ACALL SCAN ；調(diào)用掃