基于單片機(jī)的加熱爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)說明

1、基于單片機(jī)的加熱爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄一緒論2二系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3三硬件設(shè)計(jì)61. 8031單片機(jī)62. 溫度測(cè)量設(shè)計(jì)102.1檢測(cè)元件112.2溫度變送器123. 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)173.1 AD574轉(zhuǎn)換器173.2 采樣保持器204. 鍵盤與顯示的設(shè)計(jì)234.1鍵盤電路234.2 顯示電路294.3 8255A芯片315. 報(bào)警顯示電路356. 譯碼電路387 . D/A轉(zhuǎn)換器41四數(shù)學(xué)模型45五. 結(jié)束語48六 .辭49七參考文獻(xiàn)與附錄49基于單片機(jī)的加熱爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（側(cè)重硬件設(shè)計(jì)）一緒言溫度是工業(yè)對(duì)象中最主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金，化工，機(jī)械各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐，熱處理

2、爐，反應(yīng)爐等。由于爐子的種類不同，因此所采用的加熱方法與燃料也不同，如煤氣，天然氣，油，電，等等。但是就其控制系統(tǒng)的本身的動(dòng)態(tài)特性來說，基本上都屬于一階純滯后環(huán)節(jié)，因而在控制算法上基本一樣。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，特別是單片機(jī)的發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有處理能力強(qiáng)，運(yùn)行速度快，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在溫度測(cè)量和控制方面，控制簡(jiǎn)單方便，測(cè)量圍廣，精度較高。實(shí)踐證明，控制方法的優(yōu)劣，運(yùn)行效果的好壞，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，能源的消耗，設(shè)備的生產(chǎn)效率。而用微型計(jì)算機(jī)對(duì)爐窯進(jìn)行控制，無論在提高產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量，節(jié)約能源，還是在改善勞動(dòng)條件等方面都顯示出無比的優(yōu)

3、越性。特別是單片機(jī)對(duì)被控對(duì)象采樣功能強(qiáng)，體積小，價(jià)格低的智能溫度控制裝置進(jìn)行控制已成為現(xiàn)實(shí)。本文將設(shè)計(jì)一種基于8031單片機(jī)的加熱爐爐溫控制的控制系統(tǒng)。本文選擇的控制對(duì)象是用天然氣加熱的退火爐，天然氣燒嘴為自帶空氣式。退火爐主要用于鋼材的熱處理，以改變鋼材的物理性能。被測(cè)參數(shù)主要是溫度，測(cè)量圍為01000。針對(duì)加熱爐的上述特點(diǎn)，采用8031單片機(jī)作為主機(jī)，對(duì)其進(jìn)行智能控制的控溫系統(tǒng)。這種控制方法具有超調(diào)小，調(diào)整時(shí)間快，精度高的特點(diǎn)。系統(tǒng)通過硬件電路和軟件程序來實(shí)現(xiàn)智能控制。不但資源豐富，易于擴(kuò)展以太網(wǎng)接口，并且速度快，對(duì)于溫度擴(kuò)展完全能滿足實(shí)時(shí)性要求。設(shè)計(jì)所開發(fā)的系統(tǒng)由8031為主控芯片構(gòu)成，

4、由檢測(cè)與溫度變送電路，A/D轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采樣電路，鍵盤，顯示接口電路，報(bào)警顯示電路，譯碼電路等組成。被測(cè)參數(shù)溫度經(jīng)熱電偶WB測(cè)量后轉(zhuǎn)換成毫伏信號(hào)，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成05V電壓信號(hào)；再經(jīng)多路開關(guān)，把8座退火爐的溫度測(cè)量信號(hào)分時(shí)地送到采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)I/O接口讀入到CPU,在CPU中經(jīng)數(shù)據(jù)處理（數(shù)字濾波、標(biāo)度變換和數(shù)字控制計(jì)算）后，一方面送顯示，并判斷是否有警報(bào)，另一方面與給定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)偏差值進(jìn)行控制計(jì)算。控制器輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成420mA電流信號(hào)，以帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。當(dāng)采樣值大于給定值時(shí)，把天燃?xì)忾y門關(guān)小，反之將開大閥門，這樣通過改變進(jìn)入退

5、火爐的天然氣的流量，達(dá)到控制溫度的目的。本系統(tǒng)不但可以進(jìn)行恒溫控制，而且可以通過軟件設(shè)計(jì)使其能按著一定的升溫曲線控制。當(dāng)系統(tǒng)中某座退火爐發(fā)生底限或超限報(bào)警時(shí)，將發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒操作人員注意，并采取相應(yīng)措施。二溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案以單片機(jī)位核心組成的工業(yè)控制，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，種類繁多，用途各異，硬件設(shè)計(jì)涉與到多方面接口電路和結(jié)構(gòu)，如模擬電路，驅(qū)動(dòng)電路等。本文設(shè)計(jì)的各種芯片的原理，結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方法，是以8031單片機(jī)位最小應(yīng)用系統(tǒng)的。在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，信號(hào)往往有數(shù)字或模擬信號(hào)混合存在。這樣，模擬部分與數(shù)字部分的功能分工是硬件設(shè)計(jì)的重要容。它涉與到應(yīng)用系統(tǒng)研制的技術(shù)水平和難度。在這種模擬

6、，數(shù)字系統(tǒng)中，模擬電路，數(shù)字邏輯電路功能與計(jì)算機(jī)的軟件功能分工設(shè)計(jì)應(yīng)該協(xié)調(diào)好。應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 要有大量的接口。檢測(cè)，控制，驅(qū)動(dòng)的功能電路，在很大程度上決定了應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)性能，如A/D,D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率，轉(zhuǎn)換速度等。 2. 必須適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求：如溫度，濕度與電磁干擾。其傳感器與接口可能采用數(shù)字式或數(shù)字傳感器，以利于減少干擾竄入計(jì)算機(jī)中和提高測(cè)量的精確度。 3. 單片機(jī)本身帶有一部分接口電路功能，在實(shí)際應(yīng)用中仍需擴(kuò)展一部分接口。如并行8255A等。擴(kuò)展的規(guī)模取自于設(shè)計(jì)要求，但在設(shè)計(jì)時(shí)要注意留有充分的余地和擴(kuò)展空間。根據(jù)以上基于單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)該加熱爐爐溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，該控制系

7、統(tǒng)的硬件是實(shí)現(xiàn)溫度控制的基礎(chǔ)，溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要容包括溫度測(cè)量，A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展，鍵盤操作，溫度顯示電路，報(bào)警電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，I/O設(shè)備等。整體設(shè)計(jì)原理是：被測(cè)參數(shù)溫度經(jīng)熱電偶WB測(cè)量后轉(zhuǎn)換成毫伏信號(hào)，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成05V電壓信號(hào)；再經(jīng)多路開關(guān)，把8座退火爐的溫度測(cè)量信號(hào)分時(shí)地送到采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)I/O接口讀入到CPU,在CPU中經(jīng)數(shù)據(jù)處理（數(shù)字濾波、標(biāo)度變換和數(shù)字控制計(jì)算）后，一方面送顯示，并判斷是否有警報(bào)，另一方面與給定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)偏差值進(jìn)行控制計(jì)算?？刂破鬏敵鼋?jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成420mA電流信號(hào)，以帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

8、動(dòng)作。當(dāng)采樣值大于給定值時(shí)，把天燃?xì)忾y門關(guān)小，反之將開大閥門，這樣通過改變進(jìn)入退火爐的天然氣的流量，達(dá)到控制溫度的目的。下圖是其系統(tǒng)方框圖：退火爐單片機(jī)控制系統(tǒng)原理圖三硬件電路設(shè)計(jì)：1.8031單片機(jī)單片機(jī) (Single-Chip-Microcomputer)又稱微控制器(Microcontroller)，其實(shí)就是一個(gè)簡(jiǎn)化的微機(jī)，將微機(jī)的CPU、存儲(chǔ)器、串行工/0接口、并行1/0接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等集成在一片芯片上就是單片機(jī)了，單片機(jī)雖然只是一個(gè)芯片，但無論從組成還是從功能上來看它都具有了微機(jī)系統(tǒng)的含義。它主要用來完成各種控制功能。相對(duì)微機(jī)來說，單片機(jī)價(jià)格很低，非常適用于簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)合以降

9、低成本。另外，單片機(jī)是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，其可靠性很高，可以在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的環(huán)境下運(yùn)行。單片機(jī)依靠其可靠性和極高的性價(jià)比，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀表、家用電器等方面得到了單片機(jī)應(yīng)用在檢測(cè)、控制領(lǐng)域中具有如下特點(diǎn):(1) 小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。能組成各種智能式測(cè)控設(shè)備與智能儀器儀表。(2 ) 可靠性好，應(yīng)用圍廣。單片機(jī)芯片本身是按工業(yè)控制環(huán)境設(shè)計(jì)的，抗干擾能力強(qiáng)，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，這是其他機(jī)種無法比擬的。(3 ) 易擴(kuò)展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強(qiáng)。單片機(jī)的邏輯控制功能很強(qiáng)，指令系統(tǒng)有各種控制功能指令，可以對(duì)邏輯功能比較復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行控制。(4 ) 具有通訊功

10、能，可以很方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，形成控制網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程控制。單片機(jī)以其高可靠性、高性能價(jià)格比、控制方便簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀器儀表等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制，可以提高控制質(zhì)量和自動(dòng)化水平。1.1 8031單片機(jī)的引腳與功能8031是INTEL公司70年代末發(fā)展的高性能8位單片機(jī)，8031部有128KBRAM，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)可屏蔽的中斷源，帶有32個(gè)并行I/O口，1個(gè)串行I/O口。此外8031的片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間都為64KB，且可完全重疊，均為0000HFFFFH,這在絕大多數(shù)工業(yè)控制場(chǎng)所都能滿足要求。（1）電源引腳V

11、cc和Vss Vcc（40腳）：接+5V電壓。 Vss（20腳）：接地。（2）外接晶體引腳XTAL1和XTAL2（共兩根） XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）引腳接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的信號(hào)直接連到部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。（3）控制和復(fù)位引腳ALE、/PSEN、/EA和RST（共四根） ALE （30腳）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變得頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)。需要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。ALE端

12、可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)TTL門電路。 /PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取出指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門電路。/EA（31腳）：當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，訪問部程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過片程序存儲(chǔ)器容量時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于常用的8031來說，無部程序存儲(chǔ)器，所以/EA腳必須常接地這樣才能選擇外部程序存儲(chǔ)器。單片機(jī)

13、只在復(fù)位期間采樣/EA腳的電平，復(fù)位結(jié)束以后/EA腳的電平對(duì)程序存儲(chǔ)器的訪問沒有影響。RST（9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。建議在此引腳與Vss引腳之間連接一個(gè)約8.2千歐的下拉電阻，與Vcc引腳之間連接一個(gè)約10uF的電容，以保證可靠復(fù)位。（4）輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3 （共32根） P0口（32腳39腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低8位與數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。 P1口（1腳8腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存 ，故不是真正的雙向I

14、/O口。P1口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL負(fù)載。 P2口（21腳28腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為高8位地址總線送出高8位地址。P2口可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL負(fù)載。P3口（10腳17腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口，在MCS-51中，這8個(gè)引腳除用于普通輸入、輸出外，還可用于專門功能，它是一個(gè)復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL負(fù)載。P3口作為第一功能使用時(shí)，即作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口一樣。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如下表所示。值得強(qiáng)調(diào)的是，P3 口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。表1 P3

15、口第二功能引腳第二功能P3.0RXD（串行口輸入端）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2/INT0（外部中斷0 請(qǐng)求輸入端，低電平有效）P3.3/INT1（外部中斷1 請(qǐng)求輸入端，低電平有效）P3.4T0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖輸入端）P3.5T（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端，低電平有效）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效）2. 溫度測(cè)量因?yàn)橥嘶馉t的溫度測(cè)溫圍是0 1000攝氏度，所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求檢測(cè)原件選用鎳鉻-鎳鋁熱電偶（分度號(hào)為K），對(duì)其輸出信號(hào)為041.2643毫伏。溫度變送器選用現(xiàn)成的集成一體化變送器，在0

16、1000攝氏度時(shí)對(duì)應(yīng)輸出為05伏。2.1. 檢測(cè)原件K型熱電偶，熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是： 測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測(cè)量圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800（如鎢-錸）。構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。2.1.1 熱電偶測(cè)溫基本原理K型熱電偶是以鎳鉻合金為正極，鎳硅合金為負(fù)極的兩導(dǎo)體的一端焊接而成的。這兩根導(dǎo)體的焊接端稱為K型熱電偶的熱電極，其焊接端為熱端，非焊接端為冷端。在進(jìn)

17、行溫度測(cè)量時(shí)，將熱電偶插入被測(cè)的物體介質(zhì)中，使其熱端感受到被測(cè)介質(zhì)的溫度，其冷端置于恒定的溫度下，并用連接導(dǎo)線連接電氣測(cè)量?jī)x表。由于熱電偶兩端所處的溫度不同，在熱電偶回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，在保持熱電偶冷端溫度不變的情況下，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)只隨其熱端溫度而變化，因此，用電氣測(cè)量?jī)x表測(cè)得熱電勢(shì)的數(shù)值后，便可求出對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)值。表 溫度/數(shù)字對(duì)照表溫度/01002003004005006007008009001010熱電偶輸出/mV04.108.1412.2116.4020.6524.9029.1333.2937.3341.56變送器輸出/V00.490.981.471.972.482.993.5

18、04.004.485.00A/D輸出/H0001913224B364E7F0991B33CCDE56FFF2.2 溫度變送器(1)引言信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成了以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線就是順應(yīng)這一形勢(shì)發(fā)展起來的新技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備（稱為現(xiàn)場(chǎng)總線儀表）之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)，它在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動(dòng)化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。 目前，在國(guó)可購(gòu)到的FF（現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)）現(xiàn)場(chǎng)總線儀表有：羅斯蒙特公司的FF3051壓力（壓差）變送器

19、、FF3244MV溫度變送器、FFDVC50000智能閥門；Smart公司的FFLD302壓力（壓差）變送器、FFTT302溫度變送器、FFFP302現(xiàn)場(chǎng)總線到氣壓轉(zhuǎn)換器。本文從工程應(yīng)用出發(fā)，對(duì)FFTT302溫度變送器的原理和應(yīng)用加以介紹，以供自動(dòng)化人員參考。 (2)原理 2.2.1功能與特性 TT302是一種將溫度、溫差、毫伏等工業(yè)過程參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字信號(hào)的變送器，它還具有控制功能，起到了基地式（現(xiàn)場(chǎng)）儀表的作用。 TT302測(cè)量溫度配用RTD（熱電阻）或熱電偶，但也可配用其他具有電阻或毫伏輸出的傳感器，諸如高溫計(jì)、負(fù)荷傳感器、電阻或位置指示器等。TT302采用數(shù)字技術(shù)后能實(shí)現(xiàn)下列性能

20、：?jiǎn)我坏男吞?hào)能接受多種傳感器、寬量程圍、單值或差值測(cè)量；在現(xiàn)場(chǎng)和控制室之間接口容易，可大大減少安裝和維護(hù)費(fèi)用，能接受二路輸入，也就是說有兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)，準(zhǔn)確度為0.02%。 TT302溫度變送器裝AI（模擬輸入）、PID（比例加積分加微分控制）、ISS（輸入選擇）、CHAR（線性化）和ARTH（計(jì)算）等5種功能模塊。它們具有可由用戶組態(tài)的基本功能，各種功能模塊都有輸入、輸出，并裝有參數(shù)和一個(gè)算法。各功能模塊用一個(gè)標(biāo)識(shí)符來表示，功能模塊的輸入、輸出等能用其他儀表從總線上讀出，它們之間也能互相連接，其他儀表也能寫入模塊的輸入。TT302與其他現(xiàn)場(chǎng)總線儀表互連構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。用戶可通過功能模塊的連

21、接建立適合控制應(yīng)用所需的控制策略。 2.2.2、硬件構(gòu)成原理 由TT302輸入板、主電路板和顯示板組成。TT302接受來自熱電偶（TC）、mV發(fā)生器、熱電阻（ohm）傳感器的信號(hào)，這些輸入信號(hào)必須在規(guī)定圍。電壓規(guī)定圍為50500mV，電阻的規(guī)定圍為0200W。量程可以組態(tài)。 輸入板 MUX為多路轉(zhuǎn)換器，它的作用是確保傳感器端子到信號(hào)調(diào)理板接收的電壓信號(hào)是正確的端子間電壓。 信號(hào)調(diào)理板的功能是給輸入信號(hào)乘上一個(gè)正確的增益以適合A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換器的信號(hào)接收圍。 電源隔離和信號(hào)隔離的作用是防止輸入信號(hào)與地形成地環(huán)電流而引入干擾。來自主電路板CPU的控制信號(hào)和來自A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)通過光電耦合器傳

22、輸，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)電的隔離。同樣，輸入板上的電源也必須是隔離的，電源隔離是采用把直流轉(zhuǎn)換為一高頻交流，并使用變壓器分隔電的聯(lián)系來實(shí)現(xiàn)的。 主電路板 中央處理器CPU是TT302的核心部件，它控制著整個(gè)儀表各個(gè)部件的協(xié)調(diào)工作、線性化和通信。系統(tǒng)程序存貯于CPU外部的只讀存貯器PROM，運(yùn)算數(shù)據(jù)暫存貯于RAM，如果電源開關(guān)斷開，RAM中的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。然而，CPU還有一個(gè)非易失性存貯器EEPROM，當(dāng)電源開關(guān)斷開時(shí)，這里的數(shù)據(jù)仍保留。因此，一些重要的標(biāo)定、組態(tài)和辨識(shí)等應(yīng)用程序都存貯在這里。主電路板上的EEPROM存貯器用來存貯組態(tài)參數(shù)（指功能模塊的參數(shù)）。 CPU與信號(hào)整形之間是通信控制器，此控制

23、器用來監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)總線上的占空系數(shù)（或情況），調(diào)制和解調(diào)通信信號(hào)，引入和刪除數(shù)字信號(hào)中開始和結(jié)束的定界符。 本機(jī)調(diào)整為兩個(gè)干簧管（也稱磁性開關(guān)）1。在本機(jī)調(diào)整時(shí)，不用打開儀表的端蓋，即在儀表的電路全部被密封的情況下，利用磁棒的置入與置出就可觸發(fā)TT302的磁開關(guān)，進(jìn)行儀表的組態(tài)和調(diào)整，從而使現(xiàn)場(chǎng)儀表的電子元件不與現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境直接接觸，大大延長(zhǎng)了電子元件的使用壽命，也使儀表適應(yīng)惡劣環(huán)境的性能得到提高。 TT302是由現(xiàn)場(chǎng)總線供電的，供電電壓為932VDC。在供電的同時(shí)，儀表的輸入-輸出的數(shù)字信號(hào)也由現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸，與二線制模擬變送器相近，但現(xiàn)場(chǎng)總線中的數(shù)字信號(hào)是雙向的，而且傳輸?shù)氖嵌鄠€(gè)信號(hào)。信號(hào)規(guī)程

24、符合IEC-1158-2，本安，隔爆。 顯示板 顯示板是一個(gè)從CPU接收數(shù)據(jù)的微功耗液晶顯示器，它為四位半數(shù)字值和五位字母的LCD（液晶顯示器）。 （3）應(yīng)用目前，在中國(guó)已有十幾家工業(yè)企業(yè)選用了Smart公司的302現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。石化腈綸廠是國(guó)率先采用Smart302現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的廠家，其現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)應(yīng)用示意圖如圖2所示。 PCI為過程控制接口卡，它通過卡上的OPRAM（雙口RAM）與PC機(jī)CPU進(jìn)行快速信息交換，從而實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與所有現(xiàn)場(chǎng)總線儀表間的信息交換，而PC機(jī)的CPU主要從事管理工作。每塊卡可接4個(gè)相互獨(dú)立的通道，每個(gè)通道下可掛接4塊總線安全柵（SB302）。 總線安全柵除

25、了起總線安全隔離作用外，還起總線供電和總線重復(fù)器（放大器）作用。 LD302是一種將差壓、絕壓、差壓、液位和流量等工業(yè)過程參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字信號(hào)的變送器，它還具有控制功能，起到了基地式儀表的作用。 TT302可就地實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制，同時(shí)把溫度信號(hào)通過現(xiàn)場(chǎng)總線傳送給操作站。 FI302是把現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為420mADC電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，IF302是把420mA (DC)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器可使現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)與常規(guī)模擬控制系統(tǒng)相連。 操作站采用普通工控機(jī)與AIMAX-WIN人機(jī)界面軟件。 雙向的全數(shù)字通信總線從控制室的操作站一直延伸到現(xiàn)場(chǎng)儀表，中間節(jié)省

26、了很多A/D、D/A等環(huán)節(jié)，既可提高系統(tǒng)的精度，又可減少I/O卡與其安裝空間，因而可以大大減少運(yùn)行和維護(hù)方面的費(fèi)用。在安全可靠性方面，由于控制功能下放在各處的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，從而將危險(xiǎn)分散，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。溫度顯示程序： SW EQU 33H BW EQU 34H GW EQU 35H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030HMAIN:CLR P1.4 MOV R0,#100 MOV R1,#8 MOV R2,#00 MOV R3,#00 MOV R4,#04 MOV R5,#04 MOV GW,#0AH MAIN1:MOVX DPTR,A P3.2,$ MOVX A,

27、DPTR CLR C ADD A,R2 MOV R2,A CLR A RLC A ADD A,R3 MOV R3,A DJNZ R1,MAIN1 MOV A,R2 LCALL ZH1 LCALL ZH MAIN2:LCALL LOP1 DJNZ R0,MAIN2 LJMP MAIN ZH1:CLR C RRC A DJNZ R4,ZH1 MOV R2,A MOV A,R3 ZH2:CLR C RLC A DJNZ R5,ZH2 ORL A,R2 RET ZH:MOV B,#10 DIV AB MOV R5,B MOV B,#16 MUL AB ADD A,R5 DA A PUSH A ANL

28、A,#0FH MOV SW,A POP A SWAP A ANL A,#0FH MOV BW,A RET LOP1:CLR P2.5 MOV A,GW MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0EFFFH MOVX DPTR,A SETB P2.1 CLR P2.3 LCALL LEY MOV A,SW MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0EFFFH MOVX DPTR,A SETB P2.3 CLR P2.2 LCALL LEY MOV A,BW MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DP

29、TR,#0EFFFH MOVX DPTR,A SETB P2.2 CLR P2.1 LCALL LEY ret TAB:DB 0C0H 0F9H 0A4H 0B0H 099H 092H 082H 0F8H 080H 090H 0C6H LEY:MOV R6,#10 LOOP5:MOV R7,#250 LOOP6:DJNZ R7,LOOP6 DJNZ R6,LOOP5 RET3A/D轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)采樣3.1 本系統(tǒng)采用AD574，12位A/D轉(zhuǎn)換器。（1）A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理：其原理圖如下：y(Ktn)數(shù)字處理X（t）前置濾波采樣/保持量化編碼AD574是具有三態(tài)輸出的緩沖器，可與8位或16位微

30、處理器直接連接的12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片。AD574A它由高精度的12位D/A，基準(zhǔn)參考電壓，時(shí)鐘，逐次逼近寄存器，控制邏輯和三態(tài)緩沖器等組成。其轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)端可直接同8位或16位微機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線連接，控制端同TTL或CMOS電平兼容。允許對(duì)輸入的+5V等信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出可為單極性二進(jìn)制碼或雙極性偏移二進(jìn)制碼。其主要功能特性如下：分辨率：12位非線性誤差：小于±1/2LBS或±1LBS轉(zhuǎn)換速率：25us模擬電壓輸入圍：010V和020V，0±5V和0±10V兩檔四種電源電壓：±15V和5V數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位芯片工作模式：全速工

31、作模式和單一工作模式AD574的引腳說明:：1. Pin1(+V)+5V電源輸入端。2. Pin2()數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出。3. Pin3()片選端。4. Pin4(A0)字節(jié)地址短周期控制端。與端用來控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。須注意的是，端TTL電平不能直接+5V或0V連接。5. Pin5()讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。6. Pin6(CE)使能端。7. Pin7(V+)正電源輸入端，輸入+15V電源。 8. Pin8(REF OUT)10V基準(zhǔn)電源電壓輸出端。9. 

32、Pin9(AGND)模擬地端。10. Pin10(REF IN)基準(zhǔn)電源電壓輸入端。 11. Pin(V-)負(fù)電源輸入端，輸入-15V電源。12. Pin1(V+)正電源輸入端，輸入+15V電源。13. Pin13(10V IN)10V量程模擬電壓輸入端。14. Pin14(20V IN)20V量程模擬電壓輸入端。15. Pin15(DGND)數(shù)字地端。 16. Pin16Pin27(DB0DB11)12條數(shù)據(jù)總線。通過這12條數(shù)據(jù)總線向外輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。   17. P

33、in28(STS)工作狀態(tài)指示信號(hào)端，當(dāng)STS=1時(shí)，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng)STS=0時(shí)，聲明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號(hào)可以判別A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或查詢信號(hào)之用?，F(xiàn)在我們來討論AD574A的CE、和A0對(duì)其工作狀態(tài)的控制過程。在CE=1、=0同時(shí)滿足時(shí)，AD574A才會(huì)正常工作，在AD574處于工作狀態(tài)時(shí)，當(dāng)=0時(shí)A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)=1是進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出。和A0端用來控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。A0-0時(shí)，啟動(dòng)的是按完整12位數(shù)據(jù)方式進(jìn)行的。當(dāng)A0=1時(shí)，按8位A/D轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行。當(dāng)=1，也即當(dāng)AD574A處于數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí)，A0和控制數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)的格式。當(dāng)=1時(shí)，數(shù)據(jù)以

34、12位并行輸出，當(dāng)=0時(shí)，數(shù)據(jù)以8位分兩次輸出。而當(dāng)A0=0時(shí)，輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高8位，A0=1時(shí)輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的低4位，這四位占一個(gè)字節(jié)的高半字節(jié)，低半字節(jié)補(bǔ)零。AD574A的工作模式：以上我們所述的是AD574A的全控狀態(tài)，如果需AD574A工作于單一模式，只需將CE、端接至+5V電源端，和A0接至0V，僅用端來控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)和數(shù)據(jù)輸出。當(dāng)=0時(shí)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)25us后STS=1，表明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時(shí)將置1，即可從數(shù)據(jù)端讀取數(shù)據(jù)。AD574A控制端標(biāo)志意義CEA0工作狀態(tài)0XXXX禁止x1XXX禁止100X0啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換100X1啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換101接+5VX12位并行

35、輸出有效101接0V0高8位并行輸出有效101接0V1低4位并行輸出有效A/D轉(zhuǎn)換器與8031的接口電路如圖 3-4-6所示。3.2 采樣保持采樣保持器又稱為采樣保持放大器（SHA），它是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的基本部件之一。采樣保持器的作用是：在采樣期間，其輸出能跟隨輸入的變化而變化；而在保持狀態(tài)，能使其輸出值保持不變。如圖 3-4-2 采樣/保持原理，在時(shí)刻前，處于采樣狀態(tài)，此刻K為閉合狀態(tài)，輸出信號(hào)V0跟輸入Vi保持同步變化；而在時(shí)間，K斷開，此刻處于保持狀態(tài)（如圖 3-4-3 采樣/保持原理電路），輸出電壓恒值保持在不變；而在時(shí)刻，保持結(jié)束，新一個(gè)采樣時(shí)刻到來，此時(shí)相當(dāng)于K重新閉合，V0又隨V

36、i同步變化，直至?xí)r刻，新的保持信號(hào)到來，K斷開，V0保持A1的電位不變。因此，利用采樣/保持器，在啟動(dòng)A/D變換時(shí)，保持住輸入信號(hào)，從而可避免A/D轉(zhuǎn)換孔徑時(shí)間（在采樣保持器中，由于模擬開關(guān)有一定的動(dòng)作滯后，從保持命令發(fā)出到模擬開關(guān)斷開的時(shí)間叫孔徑時(shí)間，它會(huì)導(dǎo)致A/D采樣時(shí)間被延遲。）帶來轉(zhuǎn)換誤差；在進(jìn)行多路信號(hào)瞬態(tài)采集時(shí)，可利用多個(gè)采樣保持器并聯(lián)，在同一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)保持信號(hào)，則能得到某一瞬時(shí)各路信號(hào)的瞬態(tài)值，然后再分時(shí)對(duì)各路保持信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到所需的值。3.2.1采樣放大器工作原理采樣保持原理圖V0RkViC圖 采樣保持原理電路它由模擬開關(guān)K，保持電容Ch和緩沖器A1和A2構(gòu)成。高輸入阻抗

37、輸入放大器A1對(duì)輸入信號(hào)起緩沖作用，輸出用于對(duì)Ch充電。由上述討論知為保證量化精度，當(dāng)ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出時(shí)，取樣保持Ch端電壓應(yīng)該保持不變，所以輸出放大器A2必須為高輸入阻抗放大器。3.2.2 采樣放大器主要指標(biāo) 由于SHA和外接Ch為非理想器件，使實(shí)際SHA在信號(hào)采樣和信號(hào)保持這兩個(gè)狀態(tài)的過度過程中，產(chǎn)生了信號(hào)采樣幅值的誤差和信號(hào)的時(shí)延。其指標(biāo)如下：l 捕捉時(shí)間：捕捉時(shí)間是從采樣保持器接收到采樣命令開始，到輸出從保持信號(hào)幅值跟蹤為當(dāng)前輸入信號(hào)幅值所需要的時(shí)間，它同模擬開關(guān)從截止到導(dǎo)通的延時(shí)，放大器的延時(shí)，輸入信號(hào)的幅度變化以與容許的逼近誤差有關(guān)。捕捉時(shí)間影響采樣頻率的提高，它

38、和轉(zhuǎn)換精度無關(guān)。l 孔徑時(shí)間：孔徑時(shí)間是指采樣保持器在接受到系統(tǒng)輸出的保持命令，由于模擬開關(guān)從導(dǎo)通轉(zhuǎn)截止所存在的延時(shí)，導(dǎo)致采樣保持器的輸出仍繼續(xù)跟蹤輸入信號(hào)的變化，因此采樣保持器在穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸出已不是接收到保持命令時(shí)輸入信號(hào)的瞬時(shí)幅值。l 保持溫度時(shí)間：保持穩(wěn)定時(shí)間是從模擬開關(guān)完全截止到SHA輸出不超過指定誤差所需要的時(shí)間，通常是指從保持命令發(fā)出到輸出最終值在某一誤差圍所需要的時(shí)間。l 保持階躍：保持階躍是開關(guān)電路從采樣方式轉(zhuǎn)為保持方式時(shí)，輸出電壓產(chǎn)生的階躍幅值。4 鍵盤/顯示電為了使操作人路員能夠隨時(shí)掌握每個(gè)爐子的溫度變化情況，設(shè)計(jì)了四個(gè)LED顯示器。第一位為通道號(hào)，第二至四位用來顯示溫度，最

39、大為999攝氏度。根據(jù)系統(tǒng)的需要 ，顯示方法設(shè)計(jì)有兩種方式。 （1） 自動(dòng)循環(huán)顯示在這種方式下，計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)地把采樣的1號(hào)到8號(hào)退火爐的溫度進(jìn)行顯示，同時(shí)顯示通道號(hào)。（2） 定點(diǎn)顯示即操作人員可以隨時(shí)任意查看某一退火爐的溫度，并且兩種顯示方式可以任意切換。4.1鍵盤電路圖 矩陣式鍵盤接口電路（1）鍵盤的結(jié)構(gòu)與類型 鍵盤是一組按鍵的集合。按鍵是一種按壓式或觸摸式常開型按鈕開關(guān)。平時(shí)（常態(tài)）按鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài) ，當(dāng)按壓或觸摸按鍵時(shí)兩個(gè)觸點(diǎn)才處于閉合連通狀態(tài)。按鍵閉合時(shí)能向微機(jī)輸入數(shù)字（09或0-F）的鍵稱為數(shù)字鍵，能向微機(jī)輸入命令以實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能的鍵稱為功能鍵或命令鍵。鍵盤上的按鍵是按一定

40、順序排列在一起的，每個(gè)按鍵都有各自的命令。為了便于CPU區(qū)分各個(gè)按鍵，必須給鍵盤上的每個(gè)按鍵賦以一個(gè)獨(dú)有的編號(hào)，按鍵的編號(hào)或編碼稱為鍵號(hào)或鍵值。CPU知道了按鍵的鍵號(hào)或鍵值，就能區(qū)分這個(gè)鍵是數(shù)字鍵還是功能鍵。如果是數(shù)字鍵，就直接將該鍵值送到顯示緩沖區(qū)進(jìn)行顯示，如果是功能鍵則由該鍵值找到執(zhí)行該鍵功能的程序的入口地址，并轉(zhuǎn)去運(yùn)行該程序即執(zhí)行該鍵的命令。因此，確定按鍵的鍵值是執(zhí)行該鍵功能的前提。鍵盤接口與鍵盤程序的根本任務(wù)就是要檢測(cè)有沒有鍵按下？按下的是哪個(gè)位置的鍵？這個(gè)鍵的鍵值是多少？這個(gè)任務(wù)叫做鍵盤掃描。鍵盤掃描可以用硬件來實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件來實(shí)現(xiàn)。帶有鍵盤掃描硬件電路的鍵盤稱為編碼鍵盤，不帶鍵

41、盤掃描硬件電路的鍵盤稱為非編碼鍵盤，非編碼鍵盤的掃描靠軟件實(shí)現(xiàn)。為了節(jié)省成本起見，一般的微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)多采用非編碼鍵盤。為了能讓CPU監(jiān)測(cè)按鍵是否閉合，通常將按鍵開關(guān)的一個(gè)觸點(diǎn)通過一個(gè)電阻（稱上拉電阻）接+5V電源（這個(gè)觸點(diǎn)稱“接零端”），另一個(gè)觸點(diǎn)接地或接低電平（這個(gè)觸點(diǎn)稱“接零端” ），這樣當(dāng)按鍵開關(guān)未閉合時(shí)，其測(cè)試端為高電平，當(dāng)按鍵開關(guān)閉合時(shí)，其測(cè)試端便為低電平。（1）鍵盤是微機(jī)系統(tǒng)最常使用的輸入設(shè)備（2）小鍵盤：適用于單板機(jī)或以微處理器為基礎(chǔ)的儀器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、地址、命令與指令等的輸入（3）獨(dú)立鍵盤：通過5芯電纜與PC微機(jī)主機(jī)連接鍵盤的工作方式微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是CPU的工作容

42、之一。CPU在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式，通常鍵盤的工作方式有以下三種可供選擇。1）編程掃描工作方式 編程掃描工作方式也稱程控掃描方式或查詢方式，它是利用CPU在完成其它工作的空余，調(diào)用鍵盤掃描程序，反復(fù)地掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入數(shù)據(jù)或命令。而在執(zhí)行鍵輸入命令或處理鍵輸入數(shù)據(jù)的過程中，CPU將不再響應(yīng)鍵輸入要求，直到CPU返回重新掃描鍵盤為止。2）定時(shí)掃描方式定時(shí)掃描工作方式是利用單片機(jī)部定時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)中斷（例如10ms），CPU響應(yīng)中斷后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，并在有鍵按下時(shí)識(shí)別出該鍵并執(zhí)行相應(yīng)鍵功能程序。定時(shí)掃描工作方式的鍵盤硬件電路與編程掃描工作方式一樣。2

43、） 中斷工作方式鍵盤工作于編程掃描狀態(tài)時(shí)，CPU要不間斷地對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，以監(jiān)視鍵盤的輸入情況，直到有鍵按下為止，其間CPU不能干任何其它工作。如果CPU工作量較大，這種方式將不能適應(yīng)。定時(shí)掃描進(jìn)了一大步，除了定時(shí)監(jiān)視一下鍵盤輸入情況外，其余時(shí)間可進(jìn)行其它任務(wù)的處理，因此，CPU效率提高了。為了進(jìn)一步提高CPU的工作效率，可采用中斷掃描工作方式，即只有在鍵盤有鍵按下時(shí)，才執(zhí)行鍵盤掃描并執(zhí)行該按鍵功能程序。如果無鍵按下，CPU將不理睬鍵盤?？梢哉f，前兩種掃描方式，CPU對(duì)鍵盤的監(jiān)視是主動(dòng)進(jìn)行的，而后一種掃描方式，CPU對(duì)鍵盤的監(jiān)視是被動(dòng)進(jìn)行的。(4)按鍵輸入軟件中應(yīng)該解決的幾個(gè)問題幾個(gè)問題1)消

44、除鍵抖動(dòng)目前，無論是按鍵或是鍵盤，大部分都是利用機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。機(jī)械觸點(diǎn)由于彈性作用的影響，在閉合與斷開瞬間均有抖動(dòng)過程，從而使電壓信號(hào)也出現(xiàn)抖動(dòng)。這種抖動(dòng)的暫態(tài)過程大約經(jīng)過5-10ms的時(shí)間，雖然人的肉眼是覺察不到的，但對(duì)高速的CPU是有反映的，可能產(chǎn)生誤處理，為了保證鍵動(dòng)作一次，只作一次處理，必須采取措施以消除抖動(dòng)。軟件消除抖動(dòng)是通過延時(shí)來躲過暫態(tài)抖動(dòng)過程，執(zhí)行一段大于IOms的延時(shí)程序后，再讀取穩(wěn)定的鍵狀態(tài)。2) 按鍵編碼方法按鍵都要通過1/O口線查詢按鍵的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)鍵盤的結(jié)構(gòu)不同，采用不同的編碼方法。但無論有無編碼，以與采用什么樣的編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與單片機(jī)的累加器中的數(shù)

45、值相對(duì)應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序的散裝。鍵盤編碼主要有兩種方法。用鍵盤連接的1/O口線的二進(jìn)制組合表示鍵碼。這種鍵值編碼軟件較為簡(jiǎn)單直觀，但離散性大，不利于安排散轉(zhuǎn)程序的入口地址。順序排列鍵編碼。這種方法，健值的形成要根據(jù)1/O口線的狀態(tài)作出相應(yīng)的處理。鍵碼可以按下式形成:鍵碼=行首鍵碼十列號(hào)。由于軟件消除鍵抖動(dòng)簡(jiǎn)單，而且成本較低。順序排列鍵編碼比較好管理，而編程也比較容易實(shí)現(xiàn)。所以本文在鍵盤掃描程序中采用的是軟件延時(shí)和順序排列鍵編碼的方法來分別去掉按鍵抖動(dòng)和對(duì)按鍵進(jìn)行編碼。3)按鍵檢測(cè)方法單片機(jī)系統(tǒng)中，檢測(cè)有無按鍵按下可采用查詢工作方式、定時(shí)掃描工作方式和中斷工作方式。定時(shí)掃描工作方式是利

46、用單片機(jī)部定時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)中斷，CPU 響應(yīng)中斷后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，再檢測(cè)是哪個(gè)鍵按下。中斷工作方式是當(dāng)有按鍵按下時(shí)，向CPU發(fā)送一個(gè)中斷中斷請(qǐng)求信號(hào)，CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)程序中掃描鍵盤，執(zhí)行功能程序。本文采用的是查詢的方法來檢測(cè)鍵盤有無按鍵按下以與檢測(cè)是哪個(gè)鍵按下，從而編出4*4的鍵盤掃描程序。采用中斷工作方式與采用編程掃描和定時(shí)掃描兩種方式在接口電路上的區(qū)別是：各條鍵入線除了與CPU的輸入口相連外，還要經(jīng)與門同CPU的中斷口相接。通過以上敘述，在本設(shè)計(jì)中，我們選擇4*4矩陣式鍵盤。為了完成系統(tǒng)操作，該系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)了一個(gè)4乘4矩陣鍵盤，其中09為數(shù)字鍵，AF為功能鍵。鍵盤的主要功能是完成

47、參數(shù)設(shè)置，自動(dòng)/手工選擇與系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。鍵盤輸入的功能主要包括設(shè)定溫度、在led顯示中進(jìn)行顯示實(shí)際溫度和顯示工作時(shí)間這兩者循環(huán)顯示的時(shí)候進(jìn)行選擇。同時(shí)考慮避免誤操作而引起的設(shè)定溫度的改變，所以系統(tǒng)專門增加一個(gè)確定鍵。因此該系統(tǒng)具有4個(gè)按鍵：模式選擇、增加按鈕、減少按鈕與確定按鈕。電路如下圖所示。圖鍵盤輸入電路4乘4鍵盤程序：ORG 0000HLJMP MAINORG 0020HMAIN:MOV R0,#30H MOV 30H,#0 MOV 31H,#0 MOV 32H,#0 MOV 40H,#10 LCALL DISP;*檢查是否有按鍵按下* JS:MOV P0,#0FH MOV P0,A

48、 ANL A,#0FH CJNE A,#0FH,KEY LJMP MAIN;*消除抖動(dòng)*KEY:LCALL DL0 MOV A,P0 ANL A,#0FH MOV B,A CJNE A,#0FH,KEY1 LJMP JS;*確定哪個(gè)鍵按下*KEY1:MOV P0,#0F0H MOV A,P0 ANL A,#0F0H ORL A,BLOOP1:CJNE A,#7DH,LOOP2 ;鍵2 MOV 30H,#1 MOV 31H,#2 MOV 32H,#3 AA:LCALL DISP DJNZ 40H,AA LJMP MAINLOOP2:CJNE A,#77H,JS ;鍵F1LIGHT:MOV P1,

49、A LCALL DEL AAA: LCALL DISP DJNZ 40H,AAA LJMP MAIN ;*顯示程序* DISP:MOV DPTR,#TABLE MOV A,30H MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0EFFFH MOVX DPTR,A CLR P2.3 LCALL DEL SETB P2.3 MOV A,31H MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0EFFFH MOVX DPTR,A CLR P2.2 LCALL DEL SETB P2.2 MOV A,32H MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR

50、MOV DPTR,#0EFFFH MOVX DPTR,A CLR P2.1 LCALL DEL SETB P2.1 RET ;1毫秒延時(shí)程序DL0: MOV R6,#14HDL1: MOV R7,#19HDL2: DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RETTABLE: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H ,0C6H DEL:MOV R6,#10 D2:MOV R7,#50 D1:DJNZ R7,D1 DJNZ R6,D2 RET END 4.2 顯示電路（1）顯示電路采用兩個(gè)4位LED顯示數(shù)碼管，共陰極接法，（第1個(gè)數(shù)碼管

51、顯示A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集的采樣值，選用3位顯示采樣值，顯示圍0100，而第2個(gè)數(shù)碼管顯示由鍵盤輸入的設(shè)定值，用于顯示對(duì)系統(tǒng)的溫度設(shè)定，也選用3位顯示設(shè)定值，顯示圍0100.）。（2）由于LED顯示電路較多選用動(dòng)態(tài)掃描方式，為了實(shí)現(xiàn)LED顯示器的動(dòng)態(tài)掃描，除了要給顯示器提供段（字型代碼）的輸入之外，還要對(duì)顯示器加位的控制，即段控和位控。所以需要用P1口輸出6條段控線；位控線由挑選的P2.1、P2.2、P2.3、P3.0、P3.1和P3.2進(jìn)行輸出，其中P2.1、P2.2和P2.3用于驅(qū)動(dòng)鍵盤輸入的設(shè)定值的數(shù)碼管位控線，P3.0、P3.1和P3.2用于驅(qū)動(dòng)顯示A/D轉(zhuǎn)換數(shù)碼管的數(shù)據(jù)碼位控線，位控線的數(shù)目等于數(shù)碼管顯示的位數(shù)。    （3） P1接口最多可連接8個(gè)LED顯示器。為提高顯示亮度，通常加74LS05進(jìn)行段控輸出驅(qū)動(dòng)，與七段數(shù)碼管的段碼驅(qū)動(dòng)輸入端相連，由于位控線的驅(qū)動(dòng)電流較大，八段全亮需4060Ma，所以用三極管9012進(jìn)行提高驅(qū)動(dòng)能力，其集