基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計

1、湖南科技大學瀟湘學院畢業(yè)設計（論文）題目單片機溫度控制系統(tǒng)作者系部信息與電氣工程系專業(yè)電氣工程及其自動化學號指導教師二0一年月曰湖南科技大學學院畢業(yè)設計（論文）任務書信息與電氣工程系電氣工程及其自動化教研室教研室主任：（簽名）年月日學生姓名：學號：專業(yè)：電氣工程及其自動化1設計（論文）題目及專題：單片機溫度控制系統(tǒng)2學生設計（論文）時間：自年月日開始至年月曰止3設計（論文）所用資源和參考資料：（1）單片機溫度控制系統(tǒng)流程圖（2）單片機程序設計基礎（3）protelse99軟件（4）單片機使用接口技術（5）單片機程序設計基礎（6）網上有關技術資料4設計（論文）應完成的主要內容：（1）某于單片機溫

2、度控制系統(tǒng)的發(fā)展及應用（2）單片機溫度控制系統(tǒng)設計包含的基本內容（3）單片機溫度控制系統(tǒng)技術（4）單片機溫度控制系統(tǒng)實現（5）全文總結5提交設計（論文）形式（設計說明與圖紙或論文等）及要求：（1）程序。要求：編譯通過：基本能運行。（2）畢業(yè)論文。要求：止確：規(guī)范：通順。（3）可供發(fā)表的研究論文（可詵）。要求：規(guī)范：新意均需提交由子版和紙質版。6發(fā)題時間：年月日（簽名）指導教師:學生:（簽名）湖南科技大學學院畢業(yè)設計（論文）指導人評語指導人：（簽名）年月日指導人評定成績：湖南科技大學學院畢業(yè)設計（論文）評閱人評語評閱人評定成績:（簽名）評閱人:湖南科技大學學院畢業(yè)設計（論文）答辯記錄日期：學生：

3、學號：班級：題目：提交畢業(yè)設計（論文）答辯委員會下列材料：1設計（論文）說明書共頁2設計（論文）圖紙共頁3指導人、評閱人評語共頁答辯委員會主任：委員:畢業(yè)設計（論文）答辯委員會評語：（簽名）（簽名）（簽名）（簽名）（簽名）答辯成績:總評成績:隨著國民經濟的發(fā)展，人們需要對各中加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中溫度進行監(jiān)測和控制。自動控制越來越成為人們關注的焦點，自動調節(jié)電阻爐溫度系統(tǒng)也備受關注-。其中微機及其應用已經成為高、新科學技術的重要內容和標志之一，它在國民經濟的各個領域正在發(fā)揮著引人注目的作用。微機控制的電阻爐溫度控制系統(tǒng)實際上就是一個智能控制系統(tǒng)，是一種能耗相對來說比較低的溫度控制系統(tǒng)

4、。采用單片機來對他們控制不僅具有控制方便，簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大的提高產品的質量和數量。本設計采用無ROM勺8031作為主控制芯片。8031的接口電路有8155、2764。8155用于鍵盤/LED顯示器接口，2764可作為8031的外部ROM?儲器。其中溫度控制電路是通過可控硅調功器實現的。雙向可控硅管和加熱絲串聯接在交流220V,50HZ交流試點回路，在給定周期內，8031只要改變可控硅管的接通時間便可改變加熱絲功率，以達到調節(jié)溫度的目的。關鍵字：溫度控制；接口電路；可控硅ABSTRACTAlongwithnationaleconomydev

5、elopment,thepeopleneedtoeachheatingfurnace、theheat-treatmentfurnaceinthereactorandtheboilerthetemperaturecarryonthemonitorandthecontrol.theautocontrolbecomesmoreandmoreimportant.Theautocontroloftheresistancefurnaceishighlyanticipated.Microcomputeranditsapplicationhasbecomeoneofthemostimportantconten

6、tsandsignsinthefieldofHigh-scientifictechnologyandnewscientifictechnology,whichplaysanattractiveroleineveryfieldinournationaleconomy.Asamatteroffact,ResistanceTemperatureControlSystemwhichisoperatedbymicrocomputerisanIntellectualControlSystem.Notonlyusesthemonolithicintegratedcircuittocometothemtoco

7、ntrolhasthecontroltobeconvenient,simpleandflexibilitybigandsoonmerits,moreovermayenhancelargescaleisaccusedthetemperaturetechnicalspecification,thuscanbigenhancetheproductthequalityandquantity.Thisdesignusesnon-ROM8031totakethemastercontrolchip.8031connectionelectriccircuitshave815s2764.8155usesinth

8、ekeyboard/LEDmonitorconnection,2764maytake8031exteriorROMmemories,onetemperature-controlcircuitisadjuststhemeritrealizationthroughthesilicon-controlledrectifier.Thebidirectionalsilicon-controlledrectifiertubeandtheheaterseriesconnectioninexchange220V,50HZexchangecityelectricityreturnroute,inassignsi

9、nthecycle,8031solongasthechangesilicon-controlledrectifiertubeputsthroughthetimethentobepossibletochangetheheaterpower,achievestheattemperationthegoal.Keywords:Temperaturecontrol;Connectionelectriccircuit;Silicon-controlledrectifier.第一章緒論1第二章單片機溫度控制系統(tǒng)方案簡介32.1 單片機技術的應用32.2 單片機系統(tǒng)主機的選擇32.3 系統(tǒng)設計方案4第三章硬件

10、電路的設計61. 單片機簡介61. 單片機內部模塊61 MCS-51單片機內部結構61 MCS-51輸入/輸出端口的結構與功能71 MCS51單片機的引腳及其功能71 8031系統(tǒng)擴展設計81. 單片機外總線結構91. 芯片的擴展設計101. 單片機溫控模塊111. 系統(tǒng)總體設計111 8155接口電路121 A/D轉換器141 溫度控制161 2764芯片161 74LS373簡介171 鍵盤、顯示器接口電路181 溫度檢測電路22第四章系統(tǒng)軟件設計24（1） 主程序流程圖24（1） T0中斷服務程序25（1） 采樣子程序28（1） 數字濾波程序29（1） PID算法的實現31（1） 如何實

11、現P、I、D參數的小數化31（1） P、I、D參數的整定方法31（1） 數據的記錄32第五章結論34致謝35參考文獻36第一章緒論隨著國民經濟的發(fā)展，人們需要對各中加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中溫度進行監(jiān)測和控制。采用單片機來對他們控制不僅具有控制方便，簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大的提高產品的質量和數量。本設計采用無ROM8031作為主控制芯片。8031的接口電路有8155、27648155用于鍵盤/LED顯示器接口，2764可作為8031的外部ROMP儲器。其中溫度控制電路是通過可控硅調功器實現的。雙向可控硅管和加熱絲串聯接在交流220V,50H

12、及流試點回路，在給定周期內，8031只要改變可控硅管的接通時間便可改變加熱絲功率，以達到調節(jié)溫度的目的。溫度控制系統(tǒng)在國內各行各業(yè)的應用雖然已經十分廣泛，但從國內生產的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內技術還不十分成熟，形成商品化并廣泛應用的控制儀表較少。隨著我國經濟的發(fā)展及加入WTO我國政府及企業(yè)對此都非常重視，對相關企業(yè)資源進行了重組，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

13、業(yè)得到了迅速的發(fā)展。隨著新技術的不斷開發(fā)與應用，近年來單片機發(fā)展十分迅速，一個以微機應用為主的新技術革命浪潮正在蓬勃興起，單片機的應用已經滲透到電力、冶金、化工、建材、機械、食品、石油等各個行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費時費力，而且精度差，單片機的出現使得溫度的采集和數據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。然而所采用的測溫元件和測量方法也不相同；產品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。因此對數據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大，由于他主要通過控制接觸器的通斷時間

14、比例來達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)展了多種先進的溫度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神經網絡及遺傳算法控制等。這些控制技術大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便，而且使產品的質量更好，降低了產品的成本，提高了生產效率。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4001000Co靜態(tài)控制精度為2.43C。本設計使用單片機作為核心進行控制。單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點，在數字、智能化方面有廣泛的用途。本系統(tǒng)所使用的單片機8031有128

15、K的RAM使溫度控制大為簡便。單片機溫度控制系統(tǒng)是數控系統(tǒng)的一個簡單應用。在冶金、化工、建材、機械、食品、石油等各類工業(yè)中，廣泛使用著加熱爐、熱處理爐、反應爐等，因此，溫度是工業(yè)對象中一個主要的被控參數。由于爐子的種類不同，因而所使用的燃料和加熱方法也不同，例如煤氣、天然氣、油、電等；由于工藝不同，所需要的溫度高低不同，因而所采用的測溫元件和測溫方法也不同；產品工藝不同，控制溫度的精度也不同，因而對數據采集的精度和所采用的控制算法也不同。單片微型計算機的功能不斷的增強，為先進的控制算法提供的載體，許多高性能的新型機種應運而生。本系統(tǒng)所使用的加熱爐為電加熱爐，爐絲功率為2kw,系統(tǒng)要求爐膛恒溫，

16、誤差為±VC,超調量可能小，溫度上升較快且有良好的穩(wěn)定性。單片機溫度控制系統(tǒng)是以MS-51單片機為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅動電路，晶閘管主電路對電爐爐溫進行控制的微機控制系統(tǒng)。具系統(tǒng)結構框圖可表示為：系統(tǒng)采用單閉環(huán)形式，其基本控制原理為：將溫度設定值（即輸入控制量）和溫度反饋值同時送入控制電路部分，然后經過調節(jié)器運算得到輸出控制量，輸出控制量控制驅動電路得到控制電壓施加到被控對象上，電爐因此達到一定的溫度。第二章單片機溫度控制系統(tǒng)方案簡介單片機技術的應用隨著計算機技術的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應用，以及設備向小型化、智能化發(fā)展，作為高新技術之一的單片機以其體積小、功能強、價格低

17、廉、使用靈活等優(yōu)勢，顯示出很強的生命力。它和一般的集成電路相比有較好的抗干擾能力，對環(huán)境的溫度和濕度都有較好的適應性，可以在工業(yè)條件下穩(wěn)定工作。且單片機廣泛地應用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，提高它們的測量速度和測量精度，加強控制功能。如Mcs-51系列單片機控制的“船舶航行狀態(tài)自動記錄儀”、“煙葉水分測試儀”、“智能超聲波測厚儀”等。單片機也廣泛地應用于實時控制系統(tǒng)中，例如對下SID卜各種窯爐的溫度、酸度、化學成分的測量和控制。將測量技術、自動控制技術和單片機技術相結合，充分發(fā)揮其數據處理功能和實時控制功能，使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產效率和產品質量。從航空航天、地質石油、冶金

18、采礦、機械電子、輕工紡織等行業(yè)的分布系統(tǒng)與智能控制以及機電一體化設備和產品，到郵電通信、日用設備和器械，單片機都發(fā)揮了巨大作用。其應用大致可分為以下兒方面：.機電一體化設備的控制核心機電一體化是機械設備發(fā)展的方向。單片機的出現促進了機電一體化技術的發(fā)展，它作為機電產品的控制器，充分發(fā)揮其自身優(yōu)點，大大強化了機器的功能，提高了機器的自動化、智能化程度。最典型的機電產品機器人，每個關節(jié)或動作部位都是個單片機控制系統(tǒng)。.數據采集系統(tǒng)的現場采集單元大型數據采集系統(tǒng)，要求數據采集的同步性和實時性要好。使用單片機作為系統(tǒng)的前端采集單元，由主控計算機發(fā)出采集命令，再將采集到的數據逐一送到主計算機中進行處理。

19、如有些氣象部門、油田采油部門以及電廠等均可采用這樣的系統(tǒng)。.分布控制系統(tǒng)的前端控制器在直接控制級的計算機分布控制系統(tǒng)（DCS）中，單片機作為過程控制中每一分部操作或控制的控制器，進行數據采集、反饋計算、控制輸出，并在上位機命令的指揮下進行相應協(xié)調工作。單片機系統(tǒng)主機的選擇Intel公司的MCS-48（8位機）：8位CPU并行I/O口，8位定時/計數器尋址范圍不大于4k,且無用行口，屬于初級單片機，功能小，易于控制。Intel公司的MCS-51（8位機）：多級中斷處理系統(tǒng)，8位定時/計數器。RAM,ROM址范圍可達64k字節(jié)，且?guī)в写蠭/O口，此類單片機應用領域極其廣泛。且貨源充足，其在國內的

20、主流的地位有可能穩(wěn)定一個相當時期。Intel公司的MCS-96（16位機）：多級中斷處理系統(tǒng)。16位定時/計數器。并行I/O口擴展，且?guī)в杏眯锌?，屬于高檔單片機，功能強大，性能穩(wěn)定，是今后單片機發(fā)展的主體方向。因考慮頻率的顯示程序中需使用用行輸出，而MCS-48系列無用行口，且尋址范圍過小，故不易實現產品的功能，MCS-51系列單片機功能全面，可靠性高，容易達到產品的性能指標，且貨源充足，性能價格比較高。MCS-96雖功能強大，但本次設計頻率計軟件對單片機性能要求較低，且MCS-96價格昂貴故MCS-51系列能基本滿足要求，是首要選擇。在眾多單片機成員中，MCS-51系列單片機以其優(yōu)越的性能，

21、成熟的技術及高可靠性和高性能價格比。迅速占領了工業(yè)測控和自動化工程應用的主要市場，成為國內單片機應用領域中的主流。近年來，MCS-51系列單片機以8位機，如8031/8032,8051/8052,8751/8752尤為變得熱門由于MCS-51單片機的程序計數器為16位，因此，可尋址的地址空間為64K空間。805和8751單片機內部有4K字節(jié)ROM/EPROW5存儲器，當管腳EA=1時，低4K地址（0000H-0FFFH指向片內，而當EA=0時，低4K地址指向片外。8052內部有8KROMS序存儲器，外部同樣可擴展到64K。對于片內無ROM/EPROM單片機8031/8032構成應用系統(tǒng)時，必須

22、使EA=0,程序存儲器只能外部擴展。另外，MCS-51系列單片機內部有128個字節(jié)的數據存儲器（8052/8032內部有256個字節(jié)的RAM。針對本系統(tǒng)，則只需要采用8031即可，由于EPRO的擦寫比較麻煩，給開發(fā)制造了一定的困難，因此，我采用INTEL公司生產的新型單片機（8位），指令與8031完全兼容，但片內的4KUPROMK用白是4K的FlashROM存儲器，這種存儲器可電擦寫，速度快，且擦寫次數1000余次，從而縮短了開發(fā)周期，方便開發(fā)者，因此，我的最終選擇是INTEL公司的8031單片機，以其高性能價格比得到用戶的信賴1。系統(tǒng)設計方案單片機溫度控制系統(tǒng)是數控系統(tǒng)的一個簡單應用。在冶金

23、、化工、建材、機械、食品、石油等各類工業(yè)中，廣泛使用著加熱爐、熱處理爐、反應爐等，因此，溫度是工業(yè)對象中一個主要的被控參數。由于爐子的種類不同，因而所使用的燃料和加熱方法也不同，例如煤氣、天然氣、油、電等；由于工藝不同，所需要的溫度高低不同，因而所采用的測溫元件和測溫方法也不同；產品工藝不同，控制溫度的精度也不同，因而對數據采集的精度和所采用的控制算法也不同。單片微型計算機的功能不斷的增強，為先進的控制算法提供的載體，許多高性能的新型機種應運而生。本系統(tǒng)所使用的加熱爐為電加熱爐，爐絲功率為2kw,系統(tǒng)要求爐膛包溫，誤差為士vc,超調量可能小，溫度上升較快且有良好的穩(wěn)定性6。單片機溫度控制系統(tǒng)是

24、數控系統(tǒng)的一個簡單應用，單片機溫度控制系統(tǒng)的設計包括如下幾個部分：單片機溫度控制系統(tǒng)是以MS-51單片機位控制核心輔以采樣反饋電路，驅動電路品閘管電路時電爐溫度進行控制的微機控制系統(tǒng)，具系統(tǒng)結構框圖可表示為系統(tǒng)采用單閉環(huán)形式。其控制原理為：將溫度設為定值（即輸入控制量）和溫度反饋值同時送入控制電路部分，然后經過調節(jié)器運算得到控制輸出量，輸出控制量控制驅動電路得到控制電壓施加到被控對象上，電爐因此達到一定溫度。其控制電路的設計圖2.1所示：圖2.1控制電路的設計第三章硬件電路的設計單片機簡介單片機是單片微型計算機SCM（singlechipmicro-computer）的譯名簡稱，在國內也常簡稱

25、為“單片機”。它包括中央處理器CPU隨機存儲器RAM只讀存儲器ROM中斷系統(tǒng)、定時器/計數器、用行和I/O等等。單片機主要應用于工業(yè)控制領域，用來實現對信號的檢測、數據的采集以及對應用對象的控制。它具有體積小、重量輕、價格低、可靠性高、耗電少和靈活機動等許多優(yōu)點，單片微型計算機（簡稱單片機）是微型計算機的一個重要分支，也是一種非?；钴S和頗具生命力的機種，特別適合用于智能控制系統(tǒng)。單片機內部模塊在本設計中，從經濟上以及性能上考慮，我選用8031作為CPU8031是MCS51系列單片機的一種型號。MCS-5俾片機的類型有：8051、8031、8751等。MCS-51單片機內部結構8031單片機內部

26、結構如圖3.1所示，它其中包含CPU震蕩器和時序電路、4KB的ROM256B的RAM兩個16定時/計數器T0和T1、4個8位I/O端口（P0、P1、P2、P3）、用行等組成。其中震蕩時序與時鐘組成定時控制部件1o震蕩鞋和時序OSC外部事件計數程序存儲器4KBO數據有悔磊6031CPU總黜展闞鐫V可編程1/00卜申慚PQPIP2P3并行口全雙工串并口圖3.18031單片機功能方框圖MCS-51輸入/輸出端口的結構與功能MCS-51單片機有4個I/O端口，公32根I/O線，4個端口都是準雙向口。每個口都包含一個鎖存器，即專用寄存器P0P3一個輸出驅動器和輸入緩沖器。為方便起見，我們把4個端口和其中

27、的鎖存器都統(tǒng)稱P0P3在訪問片外擴展存儲器時，低8位地址和數據由P0口分時傳送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，這4個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，但應用系統(tǒng)采用外部總線結構時，它分時作低8位地址和8位雙向數據總線用。P1口：每一位均可獨立作為I/O口。P2口：可作為一般I/O口用，但應用系統(tǒng)采用外部系統(tǒng)采用總線結構時，它分時作為高8位地址線。P3口：雙功能口。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，每一位的兩個功能不能同時使用。MCS51單片機的引腳及其功能8031單片機采用40引腳雙列直插

28、封裝（DIP）形式，對于CMOS片機除采用DIP形式外，還采用方形封裝工藝。MCS-51單片機引腳如圖3.2所示：用戶i/o:控制線（P1P2P0P3ALEPSENEARST8031XTAL1VccXTAL2Vss）地址線）地址：數據線控制線圖3.28031引腳功圖由于受到引腳數目的限制，所以有一些引腳具有第二功能。在單片機的40條引腳中，有兩條專用于主電源的引腳，兩條外接晶體的引腳，四條控制和其它電源復用引腳，32條輸入/輸出引腳。下面分別說明這些引腳的名稱和功能：.主電源引腳：Vcc和VssVcc（40腳）：正常操作、對EPRO編程和驗證時接+5V電源。Vss（20腳）：接電源地。.時鐘電

29、路弓|腳：XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：內部晶體振蕩電路的反相放大器的輸入端。使用內部振蕩電路時接外部石英晶體和微調電容的一端；使用外部時鐘時，該引腳接地XTAL2（18腳）：內部晶體振蕩電路的反相放大器的輸出端。使用內部振蕩電路時，接外部石英晶體和微調電容的另一端；使用外部時鐘時，該引腳用于輸入外部時鐘脈沖。.控制信號引腳：RST/Vpd（9腳），RST為復位信號輸入端，在該引腳上保持兩個機器周期（24個部RAM&用電源輸入端。當主電源Vcc一旦發(fā)生掉電或電壓降低到一定值時，可通過Vpd是為單片機內部RAM是供電源，以保護片內RAM中的信息不丟失，使主電源恢復后能繼續(xù)正

30、常運行。.ALE/（30腳）：地址鎖存器使能輸出/編程脈沖端。當CPUJ問外部存儲器時ALE的輸出作為外部鎖存地址的低位字節(jié)的控制信號，當不訪問外部存儲器時，ALE端仍以1/6的時鐘振蕩頻率固定地輸出正脈沖。另外，在對MCS805升內EPROMS?（固化）時，此引腳用于輸入編程脈沖。.（29腳）：程序存儲允許輸出。是片外部程序存儲器ROM勺讀選通信號。從片外程序存儲器取數時，每個機器周期內激發(fā)兩次（然后，當執(zhí)行片外程序存儲器存取時，在每次存取片外數據存儲器時，有兩個脈沖是不出現的）。從內程序存取時不激發(fā)。對8031而言，訪問外部程序存儲器時，將PC的十六位地址輸出到P2口和P0口外部的地址寄存

31、儲器后，產生負脈沖選通片外程序存儲器。相應的存儲單元的指令字節(jié)送到P0口，供8031讀取。.Vpp（31腳）：外部訪問允許/編程電源輸入。當端輸入高電平時，CPIB行程序。低4KB（0000H-0FFFH地址范圍內，訪問片內程序存儲器，在程序計數器PC的值超過4KB地址時，將自動轉向執(zhí)行片外程序存儲器的程序。當EA輸入低電平時，CPUR訪問片外程序存儲器1o3.2.48031系統(tǒng)擴展設計通常情況下，采用MCS-51系列單片機的最小系統(tǒng)只能用于一些很簡單的應用場合，在此情況下直接使用單片機內部存儲器、數據存儲器、定時功能、中斷功能、I/O端口等，組成的應用系統(tǒng)的成本較低。單片機系統(tǒng)擴展的方法有并

32、行擴展法和申行擴展法兩種。并行擴展法是利用單片機的三種線（ARDBCB進行的系統(tǒng)擴展；串行擴展法是利用SPI三線總線或I2C雙總線的串行系統(tǒng)擴展。但是，一般用行接口器件速度慢，在需要高速應用的場合，還是并行擴展法占主導地位。在本設計中，由于存儲數據比較少，單片機內部的數據存儲器能滿足需要，故不需再擴展片外存儲器1o單片機外總線結構微型計算機大多數CPU外部有單獨的地址總線、數據總線和控制總線，而MCS-51單片機因受到芯片管腳的限制，數據線和地址線（低8位）是復用的，而且是I/O口兼用。為了將它們分離開來，以便同單片機外的芯片正確地相連，在單片機外部加地址鎖存器來構成與一般CPU®類

33、似的三總線，如圖所示3.3所示:P01控制鎖存器MCS-51ALEPSEN1服RIT圖3.3三總線圖.地址總線：地址總線寬度為16位。.數據總線：總線寬度為8位，由P0口提供P0.0-P0.7o.控制總線：由P3口第二功能狀態(tài)和4根獨立控制線組成。主要性能：內部程序存儲器：4KB內部數據存儲器：128B外部程序存儲器：可擴展到64KR外部數據存儲器：可擴展到64KB并行口輸入/輸出線：32根（4個端口，每個端口8根）。定時/計數器：2個16位可編程的定時計數器。用行口：全雙工，二根。寄存器區(qū)：在內部數據存儲器的128KB中劃出一部分作為寄存器區(qū)，分為四個區(qū)，每個區(qū)8個通用寄存器。中斷源：5個中

34、斷源，2個優(yōu)先級別。布爾處理機：即位處理機，對某些單元的某位做單獨處理。指令系統(tǒng)（系統(tǒng)時鐘為12MH2W）:大部分指令執(zhí)行時間為1us；少部分指令執(zhí)行時間為2us;只有乘、除指令的執(zhí)行時間為4uso芯片的擴展設計程序存儲器簡介常見的EPROMI:2716（容量2Kx8位）、2732（容量4Kx8位）、2764（容量8Kx8位）、27128（容量16Kx8位）、27256（容量32Kx8位）、27512（容量64Kx8位）。EPROM卜引腳功能如下：A0A15地址輸入線；O0O7三態(tài)數據總線，讀或編程校驗時為數據輸出線，編程時為數據輸入線。維持或編程禁止時O0O4高阻抗；CE:片選信號輸入線，“

35、0"（即TTL低電平）有效；PGM編程脈沖輸入線；其值因芯片型號和制造廠商不同而異；Vpp：編程電源輸入線，其值因芯片型號和制造廠商不同而異；OET:讀選通信號輸入線，“0”有效；U主電源輸入線，一般為+5V;擴展方法擴展程序存儲器時，一般擴展容量大于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，最大的擴展范圍位64K字節(jié)，即需16位地址線。具體方法是CPUS向EPROM1供三種信號線。A:數據總線：P0口接EPROMfcOO-O7（D7D0）B:地址總線：P0口經鎖存器向EPROM1供地址低8位，P2口提供高8位地址以及片選線。擴展的程序存儲器究竟需

36、要多少位地址線，應根據程序存儲器容量和選用的EPROM片容量而定。C:控制總線：PSEV一片外程序存儲器取指令控制信號，接EPROIMJ“OE。ALE-接鎖存器的CEAT接地。（3）數據存儲器設計由于算法的需要，在存儲器中需要存儲24個從A/D片出來的數據，即需要24單元的存儲單元。在8031的內部數據存儲區(qū)低128字節(jié)RAMfr30H7FH#80個存儲單元使用戶RAhM,完全可以容納下24個數據以及其運算過程中的臨時數據，故不需要在另外擴展片外數據存儲器1。我選用的EPRO跛片為2764。連接如圖3.4所示:圖3.42764與8031連接圖單片機溫控模塊溫度檢測元件和變送器的選擇和被控溫度及

37、精度等級有關。本設計采用鍥銘/鍥鋁熱電偶，此電偶用于0c1000c的溫度測量范圍，相應的輸出電壓為0mV-41.32mV.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，變送器可以進行零點遷移。如：若溫度測量范圍400c1000C,則熱電偶輸出為16.4mV-41.32mV,毫伏變送器零點遷移后輸出0-10mV范圍電流。這樣，采用8位A/D轉換器就可以使量化誤差達到正負2.34度以內。系統(tǒng)總體設計系統(tǒng)控制主電路是由8031及其外圍

38、芯片，及一些輔助的部分構成的，系統(tǒng)原理圖如圖3.5所示：圖3.5系統(tǒng)設計原理圖8155接口電路8155芯片內具有256個字節(jié)的RAM兩個8位、一個16位的可編程I/O和一個14位計數器。它與51型單片機接口簡單，是單片機應用系統(tǒng)中廣泛使用的芯片。8155用作鍵盤/LED顯示器接口電路，當IO/M為高電平時，8155選通片內的I/O端口。AB、C三個口可以作為擴展的I/O口使用，MCS-51單片機的POH8155的AD3AD7ffi連。帶有I/O接口和計時器的靜態(tài)RAM815凱圖3.6所示：5432107654321076543210pcpcpcpcpcpcPBPBPBPBPBPBPBPBPAP

39、APAPAPA_PAPAPARESETTMRINq436IDq8igi8"Tr161314TF12TMROUTALE10/IffWRDCEAD?AD6AD5AD4AD3AD2ADIADO圖3.6帶有I/O接口和計時器的靜態(tài)RAM8155此時P0輸出的低8位地址只有3位有效，用于片內選址，其他位無用。使用A,B,C三個口時，首先向命令寄存器寫入一個控制字以確定三個口的工作方式。如果寫入的控制字規(guī)定他們工作于方式I或方式R下，則這三個口都是獨立的基本I/O口?？梢灾苯永肕OVXA,DPTRMOVXDPTRA令完成這三個口的讀/寫（輸入/輸出）操作。工作在方式田或方式IV時，C用作控制口

40、或部分用于控制。MCS-51單片機可以和8155直接連接，不需要任何外加電路，給系統(tǒng)增加了256個字節(jié)的RAM22位I/O線及一個計數器。當P2.0=0且P2.1=0時，選中8155的RAMT作；在P2.0=1和P20=0時，8155選中片內三個I/O端口。相應地址分配為：0000H-00FFH0100H0101HA0102HB0103HC0104H0105H8155內部RAM命令/狀態(tài)口口口口定時器低八位口定時器高八位口A/D轉換器ADC080更帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMO組件。它是逐次逼近式A/D轉換器，可以和單片機直接接口。ADC0809勺內部邏輯

41、結構ADC080的一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉換完的數字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數據。ADC0800I腳結構ADC080略腳功能如下：D7-D0:8位數字量輸出弓I腳。IN0-IN7:8位模擬量輸入引腳。VCC+5V工作電壓。GND地。REF(+):參考電壓正端。REF(-):參考電壓負端。STARTA/D轉換啟動信號輸入端。ALE地址鎖存允許信號輸入端。(以上兩種信號用于啟動A/D轉換).EOC轉換結

42、束信號輸出弓I腳，開始轉換時為低電平，當轉換結束時為高電平。OE輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數據輸出鎖存器。CLK時鐘信號輸入端(一般為500KHz。A、B、C:地址輸入線。ADC0809寸輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V,若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A,B,C三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。A,B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入

43、。數字量輸出及控制線：11條。ST為轉換啟動信號。當ST上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉換；在轉換期間，ST應保持低電平。EOE轉換結束信號。當EOC»高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行A/D轉換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。巳1,輸出轉換得到的數據；。巳0,輸出數據線呈高阻狀態(tài)。D7-D0為數字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809勺內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHzVREF(+),VREF(-)為參考電壓輸入。ADC0809應用說明ADC080的部帶有輸出鎖

44、存器，可以與AT89S51單片機直接相連。初始化時，使ST和OE信號全為低電平。送要轉換的哪一通道的地址到A,B,C端口上。在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。是否轉換完畢，我們根據EOCW號來判斷。當EO嘎為高電平時，這時給OE為高電平，轉換的數據就輸出給單片機了，A/D轉換電路如圖3.7所示：圖電路IKOIK1IN-2IN-3IN-4IN-5IN-6IN-7«fr+)<1ADD-AADD-BADD-CALEENABLESTARTCLOCK41-2345878C22>2-2-2-22-OrebbbE3.7A/D轉換圖ADC0809的IN0和變送器輸出端相連，

45、故IN0上輸入的0V-+5V范圍的模擬電壓經A/D轉換后可由8031通過程序從P0口輸入到它的內部RAMI元。首先輸入地址選擇信號，在ALE信號作用下，地址信號被鎖存，產生譯碼信號，選中一路模擬量輸入。然后輸入啟動轉換控制信號START啟動轉換。轉換結束，數據送三態(tài)緩沖鎖存器，同時發(fā)出EOCJ號。在允許輸入信號OE的控制下，再將轉換結果輸入到外部數據總線。溫度控制8031對溫度的控制是通過可控硅調控器實現的。可控硅功輸出與通斷時間關系如圖3.8所示：圖3.8可控硅功輸出與通斷時間關系雙向可控硅管和加熱絲串聯接在交流220V,50Hz交流試點回路。單片機的P1.7口通過光電隔離器和驅動電路送到可

46、控硅的控制端，由P1.7口的高低電平來控制可控硅的導通與斷開，從而控制電阻絲的通電加熱時間。在給定的周期T內，8031只要改變可控硅管的接通時間便可改變加熱絲功率，以達到調節(jié)溫度的目的。圖2-7示出了可控硅管在給定周期T內具有不同接通時問的情況。顯然，可控硅在給定周期T的100%寸間內接通的功率最大。可控硅接通時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引腳上產生，受過零同步脈沖后經光偶管和驅動器輸送到可控硅的控制極上。通常，電阻爐爐溫控制采用偏差控制法。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節(jié)電阻爐的假熱功率，以實

47、現對電阻爐的爐溫控制16o2764芯片2764芯片是一個常見的EPROM片,EPRO的一個重要優(yōu)點是可以擦除重寫，而且允許擦除的次數超過上萬次。一片新的或擦除干凈EPROM5片，其每一個存儲單元的內容都是FFH要對一個使用過的EPRO進行編程，則首先應將其放到專門的擦除器上進行擦除操作。擦除器利用紫外線光照射EPROM勺窗口，一般經過1520min即可擦除干凈。擦除完畢后可讀一下EPRO附每個單元，若其內容均為FFH就認為擦除干凈了。這是一塊8Kx8bit的EPRO跛片，它白引線與SRAM5片6264是兼容的。這給使用者帶來很大方便。因為在軟件調試過程中，程序經常需要修改，此時可將程序先放在6

48、264中，讀寫修改都很方便。調試成功后，將程序固化在2764中，由于它與6264的引腳兼容，所以可以把2764直接插在原6264的插座上。這樣，程序就不會由于斷電而丟失。下面介紹2764各引腳的含義：A0A12:13根地址輸入線。用于尋址片內的8K個存儲單元。DO-D7:8根雙向數據線，正常工作時為數據輸出線。編程時為數據輸入線。OE輸出允許信號。低電平有效。當該信號為0時，芯片中的數據可由DO-D7端輸出。CE選片信號。低電平有效。當該信號為0時表示選中此芯片。.PGM編程脈沖輸入端。對EPRO蝙程時，在該端加上編程脈沖。讀操作時該信號為1。VPP編程電壓輸入端。編程時應在該端加上編程高電壓

49、，不同的芯片對VPP的值要求的不一樣，可以是+12.5V,+15V,+21V,+25V等。2764是8K*8字節(jié)的紫外線繪除、電可編程只讀存儲器，單一+5V供電，工作電流為75mA維持電流為35mA讀出時間最大為250nS,28腳雙列直插式封裝。A0-A12為13根地址線，可尋址8K字節(jié)；O0-O7為數據輸出線；CE為片選線；OE為數據輸出選通線；PG岫編程脈沖輸入端；Vpp是編程電源；Vcc是主電源。正常工作（只讀）時，Vpp=Vcc=+5V,PGM=+5V編程時，Vpp=+25V（高壓），PGMB加入寬度為50ms的負脈沖74LS373簡介單片機系統(tǒng)中常用的地址鎖存器芯片74LS373以及

50、coms的74hc373。是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，具引腳圖原理圖如圖3.9所示：圖3.9引腳圖原理圖74ls373是常用的地址鎖存器芯片，74LS373的真值表如表3.1所示:表3.174LS373功能EG00直通Qi=Di01保持（Qi保持/、艾）1XEGDQLHHHLHLLLLXQL低電平;H局電平；X不定態(tài)；Q0建立穩(wěn)態(tài)刖Q的電平;G輸入端，與8031ALE連高電平：暢通無阻低電平：關門鎖存。圖中OE-使能端，接地。當G="1”時，74LS373輸出端1Q-8Q與輸入端1D-8D相同；當G為下降沿時，將輸入數據鎖存。74ls373是常用的地址鎖存器芯片，它實質是一個是帶三

51、態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，在單片機系統(tǒng)中為了擴展外部存儲器，通常需要一塊74ls373芯片,鎖存端LE由高變低時，輸出端8位信息被鎖存，直到LE端再次有效。當三態(tài)門使能信號OE為低電平時，三態(tài)門導通，允許Q0Q7俞出，OE為高電平時，輸出懸空。當74LS373用作地址鎖存器時，應使OE為低電平，此時鎖存使能端C為高電平時，輸出Q0Q7狀態(tài)與輸入端D1D7犬態(tài)相同；當C發(fā)生負的跳變時，輸入端D0D7數據鎖入Q0Q751單片機的ALE信號可以直接與74LS373的C連接。在MCS-5俾片機系統(tǒng)中，常采用74LS373作為地址鎖存器使用，其中輸入端1D8眼至單片機的P0口，輸出端提供的是低8位地址，G

52、端接至單片機的地址鎖存允許信號ALE輸出允許端OE接地，表示輸出三態(tài)門一直打開。鍵盤、顯示器接口電路（1）顯示器接口電路顯示器的種類很多，從液晶顯示、發(fā)光二極顯示到CRT顯示器，都可以與微機配接。在單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示器主要有發(fā)光二極管數碼顯示器簡稱LED顯示器以及液晶顯示器LCD等。LEDLCD顯示器具有耗電省、成本低廉、配置簡單靈活、安裝方便、耐振動壽命長的優(yōu)點。本系統(tǒng)要求顯示數字所以選擇LED顯*口口zKWroLED顯示器是單片機應用系統(tǒng)中常用的輸出器件。它是由若干個發(fā)光二極管組成的，當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導通，就能顯示出各種字符。常用

53、的LED顯示器有7段和米字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極相連接在一起，通常公共陰極接地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。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，當某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應得段被顯示。兩個顯示器都有dp顯示短，用于顯示小數點。7段LED的字型碼（段選碼），由于只有7個段（如有dp段，則為8個段）發(fā)光二極管，所以字型碼為一個字“米”，7段LED斷碼如表3,2所示：表3.271殳LED共陽極字共陰極字顯示字符共陽極字共陰極符符碼符碼符碼字

54、符碼03FHC0HAc39HC6H106HF9Hd5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HT31HCEH707HF8HY6EH91H87FH80HH76H89H96FH90HL38HC7HA77H88H灰00HFFHb7CH83H,（2）靜態(tài)顯示接口在單片機應用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。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，就不用管它了，直到要顯示新的數據時，再發(fā)送新的字

55、形碼，因此，使用這種方法單片機中CPU的開銷小。在本系統(tǒng)中采用了靜態(tài)顯示方法。選用串并*$換電路74LS164靜態(tài)顯示電路。MCS-51單片機用行口方式移位寄存器方式，外接3片74LS164作為3位顯示器的靜態(tài)顯示接口,把8031的RXD作為數據輸出線，TXD作為移位時鐘脈沖。74LS164為TTL單向5位移位寄存器，可實現串行輸入，并行輸出。其中A、B（第1、2腳）為串行數據輸入端，2個引腳按邏輯與運算規(guī)律輸入信號，公一個輸入信號時可并接。T（第8腳）為時鐘輸入端，可連接到用行口的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，5個時鐘脈沖過后，8位二進制數全部移入74LS164中。R（第9腳）為復位端，當R=0時，移位寄存器各位復0,只有當