畢業(yè)設計智能烘箱溫度控制器設計論文

1、智能烘箱溫度控制器設計摘要: 電烘箱在機械、冶金、化工等行業(yè)具有廣泛的應用，如機械零件的熱處 理。在某些情況下，要求對電烘箱的溫度實現(xiàn)準確控制，若采用一般控制方法則 難以實現(xiàn)。以鈾熱電阻溫度傳感器 PTlOO 作為感應烘箱溫度傳感器，它將溫度的變化轉 換為電阻阻值的變化，由鈾熱電阻 PTlOO 組成的測量電橋將烘箱溫度的變化轉換 成電壓信號變換、再經(jīng)集成運放 7650 放大成 0-5V 的模擬電壓信號后，經(jīng) ADC0804轉換成 8位數(shù)字信號送入 AT89C52單片機系統(tǒng)，AT89C52 單片機對所采 集的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)字濾波、變換等處理后送入 164顯示模塊進行顯示，同時輸出控制 量，控制可控硅的

2、導通從而控制加熱裝置開啟或關閉，實現(xiàn)對烘箱溫度的智能控 制。本次設計所要求實現(xiàn)的溫度測量范圍為 ，分辨率為土1.C。測量 結果用 3位 LED數(shù)碼管顯示。設計中利用STC89C52系列單片機實現(xiàn)了實時溫度采樣、智能控制，有較高的實用價值:此外，采用數(shù)碼顯示和鍵盤輸入實現(xiàn)了"人機對話" ，充分滿足了使 用者對于產(chǎn)品使用便捷直觀的要求。關鍵字:溫度傳感器、A/D 轉換 、實時測溫指導教師簽字:The development of InteUigent Oven SystemStudent Name: Yaoxi Classe: 098205234Supervisor: Chen

3、lijuanAbstract : Electric oven in the machinery，metallurgical，chemical and other industries has a wide range of applications，such as mechanical p盯tsannealing.Under certain circumstances，the oven temperature is reguired to achieve accuratecontrol，such as the general control methods will be difficult

4、to achieve.Platinum resistance to heat as 也e temperat町e sensor PT100 sensors oven temperature sensitive components ，It will change the temperature of the resistance to the resistance changes，Platinum by the thermal resistance of Surfacing Bridge will bemeasured temperature of the oven converted into

5、 voltage signal conversion，thenintegrated operational amplifier 7650 enlarge 0 - 5V voltage signal simulation. AfterADC0804 converted into eight digital signal into AT89C52 system，AT89C52 of the data collected by digital filtering，After processing transform into 164 Module for，anddetermine whether t

6、he effective temperature range beyond，由us completing 由e measurement of temperature. The design calls for the temperature measurement range of 0 0 C to 300 0 C，resolution of :!: 1 0 C. Measurement results using three digitalLED Display.Design Series MCU STC89C52 use real-time temperature sampling，int

7、elligent control，have high practical value; In addition，the use of digital display and keyboard input of the "man-machine dialogue" fully meet the users for the products easy to use visual requirements.Keywords : temperature sensor，A / D conversion，real-time temperat田e measurementsignature

8、 of instructor :目錄第一章緒論.11.1 選題的依據(jù)及課題的意義.11.2 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢.11.3 本文的主要研究內(nèi)容 . . . . . .2第二章烘箱系統(tǒng)的組成及工作原理 .32.1 系統(tǒng)的設計要求與技術指標.32. 2 系統(tǒng)組成框圖與功能分析.3第三章烘箱系統(tǒng)硬件電路的設計.53.1 單片機最小系統(tǒng).53. 1.1 時鐘電路 . . . . . . . . . 53. 1.2 復位電路.53.2 溫度采集放大電路.73.3 A/D 轉換電路設計.四.3.4 鍵盤、顯示接口電路. .123.4.1 LED顯示接口電路. . . . . . 123.4.2 鍵盤接

9、口電路. . .133.5 加熱控制電路.153.6 報警電路.16第四章烘箱系統(tǒng)軟件設計184. 1 軟件設計總體框圖.四.4.2 系統(tǒng)子程序設計.194.2.1 A/D 轉換子程序. . . . . .194.2.2顯示程序. . . . . . . . . . . 214.2.3鍵盤輸入程序. . .22第五章系統(tǒng)調(diào)試.235.1 單片機系統(tǒng)調(diào)試. .235.2 溫度采集電路的調(diào)試. .235.3顯示電路的調(diào)試.23第六章結論 256. 1 實現(xiàn)功能. .256.2不完善之處 .25參考文獻 .26 致謝 .27 附錄一 電路原理圖 .28 附錄二 程序清單.29第一章緒論1.1 選題的

10、依據(jù)及課題的意義在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一，例如在冶 金、機械、食品、化工各類工業(yè)中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐 等，對工件的處理溫度要求嚴格控制，現(xiàn)代計算機溫度控制系統(tǒng)使溫度控制指標 得到大幅度的提高。溫度控制無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作 用。在工業(yè)控制中，溫度控制是一個很重要的環(huán)節(jié)。溫度控制的好壞，往往影響 成品的好壞。在日常生活中，過低的溫度滿足不了人們的需求，而過高的溫度則 會造成能源的巨大浪費。特別是在當前全球能源極度有限的情況下，掌握好對溫 度的控制是必要的。烘箱的用途十分廣泛，它適用于烘烤有化學性氣體及食品加

11、工行業(yè)的欲烘烤 物品、基板應力的去除、油墨的固化、漆膜的烘干等，并且廣泛使用于電子、電 機、通訊、電鍍、塑料、五金化工、食品、印刷、制藥、PC 板、粉體、含浸、 噴涂、玻璃、陶瓷、木器建材等等的精密烘烤、烘干、回火、預熱、定型、加工 等，既適用于工業(yè)生產(chǎn)的加工過程，也適用于日常生活的一些物品的烘烤。隨著 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和生活的要求不斷提高，對其過程中溫度控制器的精度、通用性、 人性化、安全穩(wěn)定性等性能要求越來越高，同時其成本及實用性對人們來說也不 容忽視。所以如果能將烘箱的溫度控制的技術提高的話，那么人們的許多日?；?動都將變得更加方便，對能源的節(jié)約也起到了重要的意義。本系統(tǒng)以單片機為核心，主要

12、部分包括傳感器溫度來集、A/D 轉換、按 鍵操作、顯示等部分。采用 PID 算法實現(xiàn)溫度控制功能，并使其達到要求 的精度，完成對溫度的采集和實時顯示、超溫報警等功能的實現(xiàn)。1 . 2 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢己往的烘箱采用的是手控式的和電子式的溫度控制裝置，隨著人們對溫度控 制的精度和操作簡便的要求的提高，人們又發(fā)明了以單片機為核心的溫度控制裝 置，該種裝置是目前較先進的溫度檢測和控制裝置。具有溫度控制準確，操作簡 便和結構簡單等眾多的優(yōu)點。但它也還存在著許多的不足之出不能滿足人們某些 方面的要求。例如其輸出結果常用數(shù)碼管顯示，結果不夠形象，對于復雜數(shù)據(jù)的 處理更是力不從心。因此許多溫度控制系

13、統(tǒng)增加了 RS-232 等的接口電路，增強了與上位機的聯(lián)系，并通過編程可實時的畫出溫度曲線，更有利于對溫度進行控制，更可進一步觀察溫度變化的規(guī)律。PID 等算法的運用使的溫度的控制更加的 精確。隨著計算機技術的發(fā)展和完善，微機被廣泛運用與檢測和控制領域。微機在 測控技術中的運用，使得傳統(tǒng)的測控手段，方法和設備發(fā)生了根本的變化，形成 了自動化，實時化和智能化的微機檢測與控制系統(tǒng)。用 PC 機替代單片機，PC 機 的強大的數(shù)據(jù)處理和人機對話功能可以用來彌補單片機控溫的不足。隨著科學技 術的發(fā)展和自動化程度的進一步提高，烘箱做為實驗室的常用設備也在不斷的發(fā) 展，由原來單一的產(chǎn)品逐漸向多個方向發(fā)展，比

14、如電腦控溫、真空烘箱等等。1.3 本文的主要研究內(nèi)容本系統(tǒng)的研發(fā)主要包括了系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件的設計。硬件設計工作主要包 括了: 掌握溫度傳感器、數(shù)碼管顯示、鍵盤輸入、放大器件和模數(shù)轉換芯片工作 原理，并由此設計出具體硬件電路:在軟件方面則是利用單片機組成控制系統(tǒng)， 編程實現(xiàn)鍵盤數(shù)據(jù)輸入，溫度數(shù)據(jù)采集及實時顯示和加熱控制的功能。本系統(tǒng)以 STC89C52 單片機為微控制器，利用PTlOO傳感器與單片機組成的測控系統(tǒng)，檢測 當前溫度并通過單片機的控制實現(xiàn)對烘箱的加熱。單片機數(shù)通過HD7279鍵盤顯示 當前采樣溫度值以及鍵盤輸入的設定溫度值。2. 1第二章烘箱系統(tǒng)的組成及工作原理控系制對象 統(tǒng)的設計

15、要求與技術指標本課題的任務是應用單片機技術對一脫蠟烘箱進行溫度控制。具體技術要求如下:1.設計一路溫度采集電路:2. 設計鍵盤、顯示接口電路，可時實顯示和設定溫度值;3. 設計輸出控制接口電路和報警電路:4. 控溫范圍為 O 300.C，精度為土1.C2. 2 系統(tǒng)組成框圖與功能分析本系統(tǒng)主要由四大部分組成:數(shù)據(jù)采集轉換電路模塊、控制電路模塊、鍵盤 顯示模塊、加熱驅動模塊、報警電路模塊。各模塊主要功能:一、數(shù)據(jù)采集、放大、轉換模塊完成溫度信號的測量放大和轉換。 二、控制模塊主要包括單片機最小系統(tǒng)、各種接口電路。 三、顯示模塊主要是通過 7279 鍵盤顯示來實現(xiàn)。 四、加熱驅動電路模塊主要完成單

16、片機控制可控硅加熱。 五、報警電路模塊實現(xiàn)在烘箱溫度超過設定溫度時發(fā)出警告。1.硬件電路組成框圖簡化的硬件組成框圖如下:鍵盤顯示電路報警顯示 .國 2. 1 硬件原理圖2、基本功能使用 ptl00構成電橋測量溫度，溫度的信號經(jīng)過 AD 轉換電路后進入單片機 系統(tǒng)實現(xiàn)顯示溫度，控制加熱設備等功能，同時可通過鍵盤可設置電路參數(shù).3、軟件的基本組成軟件主要有主程序，A/D 轉換程序，鍵盤輸入等幾部分組成，主要實現(xiàn)鍵 盤數(shù)據(jù)輸入，溫度數(shù)據(jù)采集及實時顯示和加熱控制的功能。第三章烘箱系統(tǒng)硬件電路的設計3. 1 單片機最小系統(tǒng)3.1.1時鐘電路 時鐘電路是計算機的心臟，它是控制著計算機的工作節(jié)奏。STC89

17、C52內(nèi)部都有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2 分別是反相放大器輸入和輸出端，外接定 時反饋元件就組成震蕩器產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。如下圖3. 1 所 示，片內(nèi)電路與片外器件構成一個時鐘發(fā)生電路，CPU 的所有操作均在時鐘脈沖 向步下進行。片內(nèi)振蕩器的震蕩頻率fOSC 非常接近晶振頻率，一般多在1.2睡Iz.-.12陽z 之間選取，這次畢設用的時鐘頻率是6陽恒。圖 3. 1 中C1、C2 是反饋電容，其值在5pF.-.30pF 之間選擇，其典型值是30肘。作用有兩個: 其一是使振蕩器起 振，其二是對振蕩器的頻率f 起微調(diào)作用 (C1、C2 大，f 變小。ICl Iæ&

18、gt;ET POD PO.lE.A.A1pPO:lP03XlPOJ PO.5PO.6PO.1xlP2 DPSENP2.1ALEIP P2:lPBp:;aTl P2.5P2.6PIDP2.1Pl.l001P12 INTO P13 100) P1.4 2 P1.5 w:R P1.6 RDP11.A丁89CS21'0圖3. 1 單片機時鐘電路3. 1.2 復位電路系統(tǒng)在啟動運行時都要復位，使中央處理器和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個 確定的初始狀態(tài)，并從這狀態(tài)開始工作。采用上電復位方式，在RST復位端接一 個電容R16 至Vcc 和一個電容C6 至Vss(地)，就能實現(xiàn)上電自動復位。在上電的 瞬

19、間，電容通過電阻充電，就在端出現(xiàn)一定時間的高電平。只要保持RST 引腳為 高電平時間足夠長，就可使CPU 復位。所需高電平時間的長短與Vcc 上升時間和 振蕩器起振時間有關。10 陽z 時，約1ms; 1MHz 時，約10ms。若Vcc 上升時間小 于20肘，那么從上電時間算起，只要保持RST 引腳在高電平停留時間不小于20ms 即可。圖3.2 中R16=51KO ，C6=22J，J F，若頻率為12陽fz，可以保證可靠的上電復 位。如果頻率降低，可以適當加大電容C6。單片機復位電路最小系統(tǒng)如圖3. 2所 刁可:mmmmClPl.oPl.lP12P13P1.4PU Pl.6P11.A丁S筑52

20、IClPO.o PO.l PO.2P03PO.4P05PO.6PO.1國3.2 單，片機復位電路3. 2 溫度來集放大模塊方案論證與比較方案 1: 采用集成溫度傳感器的采集電路集成祖度傳感器的原理是基于硅基 p-n 結對溫度的敏感效應，它有三種類 型: 1. 線性輸出集成溫度傳感器，電壓與溫度成比例關系; 2. 臨界點輸出集 成溫度傳感器，探測溫度以防止過熱，臨界溫度點的調(diào)整可通過電阻設置來完成。3. 數(shù)字傳感器，用數(shù)據(jù)總線傳輸油度值，用數(shù)字輸出取代模擬輸出。集成溫度 傳感器的工作淚度范圍是有限的，通常在-55.C150.C之間， 且具有價格低廉、 設計簡易、測量精確等優(yōu)越性。集成溫度傳感器搭

21、乘個人電腦的班車而得到迅猛發(fā)展，個人電腦及外設這些 需要熱電偶的地方，即是需求集成溫度傳感器的地方。集成溫度傳感器特有的低 價格是制造商手中的法寶，在溫度傳感器中集成溫度傳感器價格最低，但它也有 兩個弱點，即受溫度限制和受電磁干擾。采用集成數(shù)字溫度傳感器設計電路，可以省略 A/D 轉換電路。傳感器直接輸 出數(shù)字信號電路簡單而且生產(chǎn)成本低，測量精確。但集成溫度傳感器工作溫度范 圍通常在-550 C 1500 C 達不到設計的要求，因此在本次畢設中未采用幾集成 溫度傳感器。方案 2: 采用溫度傳感器 PTl00 作為電橋電路的采集電路鈾電阻在 O.C 的額定電阻值是 100 n，它是一種標準化的器

22、件。鈾金屬的長 期穩(wěn)定性、可重復操作性、快速響應及較寬的工作溫度范圍等特性使其能夠適合多種應用。鈾電阻阻值的溫度特性存在非線性，這影響了溫度測量的精度。Pt100 傳感 器是利用鈾電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關系的特性來進行測 溫，其溫度/阻值對應關系為:(1) -200.C<t<0.C 時，Rt =100 1+At+Bt2+Ct3 (t-100) (3. 1)(2) O.C 運t850.C時，Rt =100 (1+At+Bt2)(3. 2)勾式中，a，b，c 均為系數(shù) 3.908 xlO-3 ，b: -5.802 x lO-7 ，c 紹-4.273xlO-J 2 。R

23、t - PTlOO 的電阻阻值。Pt100溫度傳感器的主要技術參數(shù)如下:測量范圍: -200.C，. +850.C; 允許偏差值6.C: A 級土 (0.15+0.002I t 仆 ，B 級土 (0.30+0.005I t I ) ;熱 響應時間<30s; 最小置入深度:熱電阻的最小置入深度二三200mm; 允通電流:;5mA。 另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點其測溫電路的工作原理:溫度傳感器 PTlOO 作為電橋電路的一個橋臂，電橋 在某一溫度時呈現(xiàn)平衡狀態(tài)，其輸出為零: 當溫度發(fā)生變化時，PTlOO 的阻值也 跟著發(fā)生變化，電橋的平衡被打破，電

24、橋將輸出一個電壓值，這樣就實現(xiàn)了溫度 信號到電壓信號的轉變。由于電橋輸出的電壓信號很小(毫伏級)，所以應經(jīng)過一 個高精度而且放大倍數(shù)也很匹配的運放該將信號進行放大。電壓量到數(shù)字量的轉 變方法是將放大后的電壓信號輸入 A/D 轉換器，A/D 轉換器將電壓信號轉換成數(shù) 字量信號，這樣就完成了溫度采集的過程。應當注意的是:使用運放時，要考慮 到該運放的放大倍數(shù)是否能達到系統(tǒng)的要求，要能夠實現(xiàn)對其放大倍數(shù)進行調(diào)-p。由于 PTlOO 的技術參數(shù)可以滿足本次畢設的要求。因此采用了以鈾熱電阻 溫度傳感器 PTI00作為烘箱環(huán)境溫度變化的敏感元件，由含鈾熱電阻 PTI00為 橋臂的電橋將 PTI00電阻值的

25、變化轉換成電壓信號變換、再經(jīng)集成運放7650放大成 o ，.5V 的電壓信號，進入 A/D 轉換器的方案。其電路原理圖如圖 3.40R11C二 10lCOK-5"圖 3_ 3 、溫度轉換及放大電路'-，飛1.溫度轉換電路:+12VC6O.M'因 3. 4 溫度轉換電路這部分電路完成 PTlOO 的電阻到電壓的轉換。根據(jù) (3.1) 可以得到設 計溫度要求范圍內(nèi)的 PTlOO 的電阻阻值。在電橋中上兩橋臂用了 10KO 的電 阻，下臂分別用 1000的電阻和 PTlOO，且 R3調(diào)到等于 1000(O.C 時 PTlOO 的阻值)，可以保證流過 PTlOO 的電流適中。

26、設電橋輸出電壓為叭，R3、PTlOOJ兩端電壓計作U和叭，電源電壓U.=12V 。則有:JU() =U+U2(3. 3)又 ··u，= JLUe.RJ + R3 .(3.4)(3.5)(3. 6)得:叫I (3. 7)fR3， R() (1+T+ bT 2 lu根據(jù) (3. 1)EE+R即可得到 O.C，._，850.C內(nèi)任意溫度點的電橋輸出電壓。2. 運放放大電路:.5Y圖 3.5 運放放大電路TOuFl.這部分電路主要完成對前級電橋輸出電壓的放大和濾波。為使最終輸出 0-5V 的電壓信號，放大電路的增益 A"應為 24，且應采用正相放大電路。R7 和電位 器

27、R8 夠成反饋支路，R7、C3 是濾波電路。取 R7=10Kn 、R6 調(diào)節(jié)到適當?shù)碾娮柚怠?A，= 一R.+R ，(3. 8)R6(3.9)故有 R6 紹 1.0KQ ，所以選 2KO 的電位器作 R6。3.3 A/D 轉換電路設計A/D 轉換是決定測量精度和穩(wěn)定性的重要一環(huán)，溫度信號由LM35溫度傳感器 組成的電路傳導測量，經(jīng)傳輸放大后由模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字量，由單片機進行 采集，用于溫度控制。因為系統(tǒng)只有一路模擬輸入，故采用了ADC0804 作為A/D 轉 換器。它是一種一路模擬輸入、8 位數(shù)字輸出的A/D 轉換器。A/D 芯片介紹ADC0804 是用CMOS 集成工藝制成的逐次比較型摸

28、數(shù)轉換芯片。分辨率8 位，轉換時間100 IJ S，輸入電壓范圍為0 5V，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，當與計算機連接時，轉換電路的輸出可以直接連接在CPU 數(shù)據(jù)總線上，無須附加邏輯接口電路。ADC0804芯片外引腳圖如圖3. 6 所示:-'1 CS V: RD CLKR W 民 DBOCLKn叫 DBl-口叫TRDB2 戶-Vin f0日3-Vin- DB4AGND DBS-Vrcff2 DB6 一一-DGNDDß7圖3.6 0804號 腳圖Vin+'-Vin是ADC0804 的兩模擬信號輸出端，用以接受單極性、雙極性和差

29、 摸輸入信號。D7 DO : A/D 轉換器數(shù)據(jù)輸出端，該輸出端具有三態(tài)特性，能與微 機總線相接。3. 3. 2A/D 轉換的電路在使用ADC0804 進行模數(shù)轉換時，應注意以下問題:1、參考電壓的調(diào)節(jié)。在使用A/D 轉換器時，為保證其轉換精度，要求輸入電壓 滿量程使用。如輸入電壓動態(tài)范圍較小，則可調(diào)節(jié)參考電壓，以保證小信號輸入 時ADC0804 芯片8 位的轉換精度。2、接地。模數(shù)、數(shù)模轉換電路中要特別注意到地線的正確連接，否則干擾很嚴 重，以至影響轉換結果的準確性。A/D、D/A 及取樣保持芯片上都提供了獨立的 模擬地 CAGND) 和數(shù)字地 CDGND) 的引腳。在線路設計中，必須將所有

30、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)字地僅在一點上相連。 圖3. 7 為 AD 轉換的電路設計圖。!14 ADCQS(4飛飛"R.RDcsCLK立交CLK-R15npFD706 D5 D403 DD: DCD!寸1史msbDB7DB6OB50B4OB3DB2OBlLsbDBO飛，r壘:'2A-GXD主Yi.n(-)u 旦j也，.t)_l g_IKCll于 n 卡工1隊5圖3. 7 A/D轉換電路 其中:Vin(+)為模擬電壓輸入端; A-GND 為模擬地，作為輸入模擬電壓和基準電壓基地端的接地參考點。VREF 為基準電壓輸入端，接5V參考電壓。WR 和RD 接8

31、9C52 的讀寫端。在執(zhí)行程序查詢時ADC0804 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的工作過程:采 集數(shù)據(jù)時，首先微處理器執(zhí)行一條傳送指令，在該指令執(zhí)行過程中，微處理器在 控制總線的同時產(chǎn)生CS，陽低電平信號，啟動A/D 轉換器工作，ADC0804經(jīng)100us 后將輸入模擬信號轉換為數(shù)字信號存于輸出鎖存器，并在等待轉換結束后，通知 微處理器可來取數(shù)。微處理器立即執(zhí)行輸入指令，以產(chǎn)生CS，RD 低電平信號到 ADC0804 相應引腳，將數(shù)據(jù)取出并存入存儲器中。整個數(shù)據(jù)采集過程中，由微處 理器有序的執(zhí)行若干指令完成。3.4 鍵盤、顯示接口電路3. 4.1 LED顯示接口電路本系統(tǒng)采用的是 LED 數(shù)碼管顯示顯示接

32、口是智能化儀器儀表中人機接口的 一個重要組成部分，一方面通過顯示器監(jiān)視參數(shù)輸入的狀態(tài)，另一方面，通過顯 示器顯示儀器儀表測量和控制的結果和運行的狀態(tài)。目前常用的顯示器有 LED 顯示器，LCD 顯示器，平面等離子顯示器，CRT 顯示器等，LED 顯示器由于其體 積小，驅動方便，亮度大，壽命長而得到廣泛應用，而 LCD 由于其所需功率甚低， 在一些便攜式儀器中得到廣泛應用，另外點陣式 LCD，由于它能方便地顯示各種 圖形和符號，因此，越來越多的復雜儀器也開始采用這一顯示技術。3. 4. 1.1 LED 顯示器結構LED 顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器，有 7 段和 "米&qu

33、ot; 字段 之分，這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。如圖七所示，共陰極 LED 顯示器的發(fā) 光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當某個發(fā)光二極管的陽極為 高電平時，相應的段就被點亮，同樣，共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極連 接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當某發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光 二極管被點亮，相應的段被顯示。COMa斗斗斗斗斗斗斗斗g f eorn a bBS 21 2型共陽極十十斗十十十牛毛BS 202型共陰極f l b lI g Ie ， e，1 d '.1 COMe d eorn e dp圖 3.87 段 LED 顯示器引腳及原理圖共陰極和共陽極

34、 LED 數(shù)碼管的幾何尺寸和字形是相同的，使用時要加以注 意，另外，每一種 LED 又有不同的發(fā)光顏色，如:紅、綠、黃、橙等。 一般地， 發(fā)紅光的 LED，每段流過 5mA的平均電流，就可以有較滿意的亮度，7mA電流會 更亮些，10mA以上也不會再亮多少，但長期運行于 10mA以上會縮短其壽命，最 大電流平均值不得超過 30時，LED 顯示器允許的反向電壓最大值為 5V，此時的 反向電流一般小于 10uA，小尺寸的 LED 顯示器每段只有一個發(fā)光二極管，其正 向壓降約為 1. 5V，一般最大不大于 2V，大尺寸的 LED 顯示器每段可能由數(shù)個發(fā) 光二極管串聯(lián)，每段壓降也要增大。七段 LED 數(shù)

35、碼管的字高有 7.6mm、10. 8mm、12. 5mm、15.缸m、20. 3mm、25.釘m和 45. 7rnm 等兒種。3. 4. 1.2 顯示電路方案比較 方案一:采用 74LS164 芯片驅動在本次設計中，用單片機的串行口來外接 3 片 74LS164 作為 6 位 LED 顯示器的靜態(tài)顯示接口，把單片機的 RXD 作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD 作為移位時鐘脈沖。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I!O 接口用于筆 劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路就可以了， 直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼。使用這種方法，占用 CPU 的內(nèi)部資 源

36、少，控制程序簡單，但占用較多的硬件資源。故本次設計采用可提供單獨鎖存 的 1/0 接口電路的串并轉換電路 74LS164。其電路原理圖如圖 3. 9 所示。+5P10P llP12Pl)P14PlSP16P11P3011U(l) P3 l1IJ(1) P32J1N1O P33/l叮2P34/1'OP35lTlXlmRESEr圖 3.9 164 顯示電路74LS164 為 TTL 單向8 位移位寄存器，可實現(xiàn)串行輸入、并行輸出的功能。 它的 A、B (第 1、2 腳為串行數(shù)據(jù)輸入端，2 個引腳按一邏輯與運算規(guī)律輸入 信號，公用一個輸入信號時可并接。T (第 8 腳)為時鐘輸入端， 可連接

37、到串行 口的 TXD 端。每一個時鐘信號的上升沿加到 T 端時，移位寄存器移一位，8 個時 鐘脈沖過后，8 位二進制數(shù)全部移入 74LS164 中。R (第 9 腳)為復位端，當 R=0 時，移位寄存器各復位為 0，只有當 R=1 肘，時鐘脈沖才起作用。QI-Q8 (第 3-6 和 10-13 引腳并行輸出端分別接 LED 顯示器的 dp、g、f 、e、d、c、 b、a 各段對應的引腳上。所謂時鐘脈沖端，其實就是需要高、低、高、低的脈沖，在 74LS164 獲得時 鐘脈沖的瞬間，如果數(shù)據(jù)輸入端(第 1、2 腳是高電平，則就會有一個 1 進入 到 74LS164 的內(nèi)部。如果數(shù)據(jù)輸入端是低電平，

38、則就有一個 0 進入其內(nèi)部。在給 出了 8 個脈沖后，最先進入 74LS164 的第一個數(shù)據(jù)就到達了最高位，然后再來一個脈沖，從單片機以D 端輸出的數(shù)據(jù)就進入到第一片 74LS164 中，當?shù)诙€ 8個脈沖到來后，第一個數(shù)據(jù)就進入第二片 74LS164，而新的第二個數(shù)據(jù)就進入到 了第一片 74LS164 中，這樣依次類推。方案二: HD7279 鍵盤顯示電路HD7279A，它共有 28 個引腳。它是一片具有串行接口的，可同時驅動 8 位共 陰式數(shù)碼管(或 64 只獨立的智能顯示驅動芯片，該芯片同時還可連接多達 64鍵盤矩陣，單片即可完成 LED 顯示、鍵盤接口的全部功能。HD7279 內(nèi)部含有

39、譯碼器，可直接接受 BCD 碼或 16 進制碼，并同時具有 2 種譯碼方式.此外，還具有 多種控制指令，如消隱，閃爍，左移，右移，段尋址等.HD7279A 芯片大大簡化系統(tǒng)電路。HD7279A 只需要4 根線 CCS、CLK，DATA、 KEY) 與AT89C51 相連，僅僅使用單片機的Pl.O-Pl.3 口，大大節(jié)省了CPU 的端 口資源，即可實現(xiàn)鍵盤接口功能。由于四7279A 內(nèi)部含有去抖動電路，軟件編程時不需要鍵盤的消抖動程序。電路如圖3. 10所示:s 2二·U·3. 10 硬件鍵盤顯示電路為了電路的簡潔方便，因此選擇了 7279 鍵盤顯示。3. 5 加熱控制電路控

40、制部分最主要是電子開關電路。電子開關電路一般由光電藕合芯片、繼 電器、雙向可控硅的等電子器件組成。電路要實現(xiàn)控制回路(輸入)與負載回路 (輸出)之間的電隔離及信號耕合，可達到無觸點，無火花接通和斷開電器的目 的。電子開關電路應用領域十分廣泛，如用于計算機的接口、微機的測控系統(tǒng)、 自動控制等領域。本次畢設采用光電精合器和雙向可控硅等元件設計等器件構成開關電路，該 電路除用于控制交流接觸器，還可以用于控制燈光、加熱器等，但一定要注意雙 向可控硅的參數(shù)是否能滿足負載的要求。工作原理:在輸入端加一個控制信號，就可以控制輸出端的"通"和"斷"， 實現(xiàn) "

41、開關" 功能。其中藕合電路是以光電藕合器作為輸入、輸出間的通道，又 在電氣上實現(xiàn)電隔離，以防止輸出端對輸入端的影響。吸收電路由電阻、電容組 成，它是為了防止電源中帶來尖峰電壓、浪涌電流對開關器件的沖擊和干擾而設的。如圖 3.11 所示電路.:3R.30電 主。J>) F220飛'圖3.11 控制電路原理圖圖中 Rl 的阻值由下式確定: R31=V/1.拙，1.2A 為雙向開關的額定電流。 當主電網(wǎng)電壓為 220V 時，V=/2*220=308V，則Rl=308/1.2=2500. 所以，可控 硅 SCR 的規(guī)格應依R31 的大小進行選擇。3.6 報警電路本設計當溫度超過

42、 300.C時，這就需要報警。電路中采用燈報警，就是點亮 一個發(fā)光二極管。當 P3.4 為 0 時，報警燈亮: 當 P3.4 為 1時，報警燈不亮。電路圖如圖 3.12所示。z可-'氣'飛R31200VCC圖 3.12 報警電路vcc VF發(fā)光二極管發(fā)出的光必須達到一定的強度，一般要求流過發(fā)光二極管的電流 為 5-10mA，限流電阻 R31 應取:R 3I =UUF(3.lOIF其中: 凡一電源電壓V昕一發(fā)光二極管的管壓降，一般為1.5'"'-'2.OV1" 一 要求流過發(fā)光二極管的電流第四章烘箱系統(tǒng)軟件設計4. 1 軟件設計總體框圖

43、根據(jù)系統(tǒng)的總體設計要求以及硬件電路原理，按照硬件連接和各個模塊芯片 的特性以及功能實現(xiàn)要求，本系統(tǒng)的主要流程包括五個步驟: 系統(tǒng)初始化，調(diào)鍵 掃程序，采樣溫度并送顯，加熱控制和報警。主程序框圖如圖4.1所示竄口初始化，并規(guī)定波特率 定時器。初始化，開中斷圖 4. 1 主程序框圖4. 2 系統(tǒng)子程序設計4. 2. 1 A/D 轉換子程序根據(jù)設計選取的AID 轉換芯片ADC0804 以及提高分辨率到小數(shù)點后一位 的要求，按照硬件電路圖的連接情況，設計了AID 轉換子程序。其中選取 AT89C52 的PO 口與AID 轉換器的數(shù)據(jù)口相連。1.AD 轉換時序ADC0804 控制信號的時序圖如下圖 4.

44、 2 所示W(wǎng)RINTRRD黯m圖 4. 2 ADC0804 控制時序圖 根據(jù)控制時序，圖，可見各控制信號時序關系為: 當CS 與WR 同時為低電平，A/D 轉換器被啟動，且在WR 上升沿后1001-1 s 模數(shù)轉換完成，轉換結果存入數(shù)據(jù) 鎖存器: 同時，INTR 自動變?yōu)榈碗娖?，以表示本次轉換結束。此時，如果CS、 RD 同時來低電平，則數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)門打開，數(shù)字信號送出，而在RD 高電平到 來后三態(tài)門處于高阻狀態(tài)。簡而言之，即當CS 與陽同時為低，啟動A/D 轉換; 然后短暫延時(如O. lms) 后，將CS 與RD 同時為低，則可開始讀取A/D 轉換結 果。A/D轉換程序如圖4. 3所示:

45、讀取AfD 轉換數(shù)據(jù) datdat/lO，商為百位數(shù)圖 4.3 A/D 轉換的流程圖4. 2. 2 顯示程序本次設計用了 8個七段共陽極數(shù)碼，開辟顯緩區(qū)單元40H，-.，47H，顯示程序 采用查表的方法把 40H'"'-'47H中的內(nèi)容顯示出來。其程序框圖如圖 4.4所示。顯緩單元 40HRON圖 4.4 顯示子程序框圖4. 2. 4 鍵盤輸入程序本次設計的鍵盤是獨立式鍵盤，采用行掃描法。本次按鍵選擇子程序采用查 詢方式來實現(xiàn)按鍵的識別，這時 CPU 只要一有空閑就調(diào)用鍵盤掃描程序，查詢鍵 盤，識別鍵值，并予以處理。程序流程圖如 4. 7 所示:H川nHH移位

46、鍵減鍵 鍵圖 4.7 鍵掃程序流程圖5. 1 單片機系統(tǒng)調(diào)試第五章系統(tǒng)調(diào)試最小系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心，必須保證它的正常工作。首先得保證線路連接正確和導通，有時系統(tǒng)板工作不正常往往是這方面的原因; 另外 AT89C52 的 P 口必須 得正常工作，其調(diào)試方法是:將 AT89C52 的 P 口與調(diào)試好的顯示電路連接起來， 再利用 E2PROM仿真器編寫簡單的程序，比如說讓P1 口的某一位輸出方波，然后 用示波器去檢查波形是否正確:或者讓 P1 口的某一位置高電平/低電平，然后用 萬用表去檢查引腳上的電平。還可以測試外部中斷口和內(nèi)部定時器的工作情況， 測試方法是:在 P 口正常工作的情況下，可以通過改變外

47、部中斷和定時中斷到來 前后 P 口的電平來檢測外部中斷和定時中斷的工作情況。5.2 溫度來集電路的調(diào)試首先調(diào)試采樣轉換電路。用電阻箱模擬 PT100，先將打到 1000 檔，用萬用 表測量電橋輸出端的電壓，同時調(diào)節(jié)精密電位器 R3 使得萬用表示數(shù)為零。此時 電橋平衡。再用萬用表測運放輸出端，看電壓是否為 0。實際上應該是 0.01V 左 右，不可能真的為 0。再將電阻箱打到 138. 50 (100.C對應的 PT100 的電阻值)， 用萬用表測電橋輸出端電壓，與理論值相比較。實際值是 45.8mVo 再用萬用表 測運放輸出電壓，看看是否是 5V 左右。實際上比 5V 小，此時調(diào)節(jié)電位器 R6

48、 使 運放輸出電壓接近 5Vo 由于運放給的工作電壓為土5V，所以一般是達不到 5V 輸 出的，因此可以加大運放的工作電壓，從而使運放輸出電壓為 5V。注意運放的工作電壓要對稱地加大，且不可超過土15V。作好后再把電阻箱打到 1000 檔， 看看運放輸出電壓是多少。如果趨于 OV 就表示調(diào)好了，否則就說明放大電路或 是電橋存在問題，要重復上面的工作找原因。實際上此時運放輸出為 0. 22V，根 據(jù)上述分析可以認定采樣電路調(diào)好了。A/D 轉換電路要結合程序一起調(diào)試。由于用到了外部中斷 1 CINT1)，所以在 運行時可以用萬用表測 89C52 的 WR 和 RD 腳，看看電平是否滿足正確的時序。

49、5.3 顯示電路的調(diào)試本電路由于有 5 個按鍵(外加一個單獨的復位鍵)和 8 個數(shù)碼管，所以此電 路單獨制作一塊 PCB 板，用了一個四腿的插排與最小系統(tǒng)板連接通訊。此電路 是接在單片機實驗箱與最小系統(tǒng)板上直接連P1.0-P1.3 口進行調(diào)試的。將程序通過串行線由電腦輸入單片機再通過仿真線輸入最小系統(tǒng)板，運行程序，則 164鍵盤顯示板上就會顯示運行結果。如初始狀態(tài)數(shù)碼管顯 COOL，通過按鍵盤上預 先設定好的功能鍵，數(shù)碼管依次進行顯示， 結束顯示功能，按下此鍵時能夠顯 示結束標志 STOP，清零顯示功能，則要使的按下此鍵，可實現(xiàn)所有顯示的清零， 信息發(fā)送與信息接收功能鍵，此時只要附個固定值，按

50、下此鍵時，能夠正確顯示 出所設定的值。這樣便可確定顯示及鍵盤的硬件電路的可行性。硬件調(diào)試: 首先要檢查數(shù)碼管是否能被點亮。上電前，用萬用表測量，簡單的方法:把萬用表的紅表筆接到數(shù)碼管的 3 或 8 腳上系統(tǒng)采用共陽極數(shù)碼管)，黑表筆接 到其余的腳，如果每一段都被點亮，則說明數(shù)碼管是好的。再送一個小程序，使八 個數(shù)碼管顯示 u 00000000"，實際操作說明顯示電路完全正確。軟件調(diào)試: 軟件調(diào)試是根據(jù)子程序和主程序間的順序來調(diào)試的?？砂达@示子程序、A/D采樣子程序、數(shù)制轉換子程序。但在調(diào)試中必須注意到時序，即延時問題。只有充分考慮到這些各方面的 問題，顯示部分的調(diào)試才會相對順利。細致

51、分析下來，有以下問題在調(diào)試時需要 注意: (1)制作鍵值表，以便在掃描鍵盤時通過程序讀取被按鍵的行首鍵號，然后再 查鍵值表即可知道什么鍵被按下。(2) 判斷是否有鍵按下，無鍵按下時為即H。 (3)按鍵的去抖動。被按鍵的簧片總會有輕微的抖動，這種抖動會持續(xù) 10ms。 (4) 求鍵值，由于鍵盤上所有按鍵的鍵值都存放在鍵值表中，可以利用查表指 令求得被按鍵的鍵值。(5) 按鍵的類型判別。第4血 f戶L/、與王 J口t匕6. 1 實現(xiàn)功能通過將近四個月的設計與制作，完成了查找資料、硬件原理圖設計、PCB 線 路板的制作、軟件編寫，系統(tǒng)調(diào)試等幾項工作。系統(tǒng)成功的達到了設計的要求。 本次設計完成的主要功能如下:實時地在數(shù)碼管上顯示fmI.度。單片機獲得鍵盤輸入的設定值后，比較兩者的 淚度來決定開啟或關閉可控硅。6. 2 不完善之處雖然該設計