基于單片機(jī)的對(duì)加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目：基于單片機(jī)對(duì)加熱爐溫度控制系統(tǒng)二O一〇年6月1日目錄摘要-2-緒論-3-第1章單片機(jī)對(duì)加熱爐溫度控制的簡(jiǎn)介-4-第2章單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳作用簡(jiǎn)介-5-2.1單片機(jī)內(nèi)部模塊-5-2.1.1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)-5-2.1.2主電源引腳-6-2.1.3外接晶體引腳-6-2.1.4MCS-51輸入/輸出引腳-6-2.1.5MCS-51控制線-6-2.2單片機(jī)外總線結(jié)構(gòu)-7-2.3MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展-7-第三章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)-8-3.1總體設(shè)計(jì)-8-3.2程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展-9-3.3溫控模塊的設(shè)計(jì)-10-3.48155接口電路-11-3.4.18155簡(jiǎn)介-11-3.4.28155的RAM和I/O口地址編碼-11-3.5A/D轉(zhuǎn)換電路-12-引腳結(jié)構(gòu)-13-3.6可控硅控制電路-13-第四章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)-15-4.1主程序-15-4.2T0中斷效勞程序-16-4.3采樣子程序-18-4.4數(shù)字濾波程序-18-總結(jié)-20-參考文獻(xiàn)-21-附錄-22-程序清單-22-基于單片機(jī)對(duì)加熱爐溫度控制系統(tǒng)摘要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的開展，人們需要對(duì)各中加熱爐中溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。采用單片機(jī)來(lái)對(duì)他們控制不僅具有控制方便，簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。本設(shè)計(jì)采用無(wú)ROM的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存儲(chǔ)器。其中溫度控制電路是通過(guò)可控硅調(diào)功器實(shí)現(xiàn)的。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，在給定周期內(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，以到達(dá)調(diào)節(jié)溫度的目的。關(guān)鍵字：溫度控制；接口電路；可控硅TemperatureControlSystemofheatingfurnaceBasedonSCMAbstractAlongwithnationaleconomydevelopment,thepeopleneedtoeachheatingfurnacethetemperaturecarryonthemonitorandthecontrol.Notonlyusesthemonolithicintegratedcircuittocometothemtocontrolhasthecontroltobeconvenient,simpleandflexibilitybigandsoonmerits,moreovermayenhancelargescaleisaccusedthetemperaturetechnicalspecification,thuscanbigenhancetheproductthequalityandquantity.Thisdesignusesnon-ROM8031totakethemastercontrolchip.8031connectionelectriccircuitshave8155、2764.8155usesinthekeyboard/LEDmonitorconnection,2764maytake8031exteriorROMmemories,onetemperature-controlcircuitisadjuststhemeritrealizationthroughthesilicon-controlledrectifier.Thebidirectionalsilicon-controlledrectifiertubeandtheheaterseriesconnectioninexchange220V,50HZexchangecityelectricityreturnroute,inassignsinthecycle,8031solongasthechangesilicon-controlledrectifiertubeputsthroughthetimethentobepossibletochangetheheaterpower,achievestheattemperationthegoal.Keywords:Temperaturecontrol；Connectionelectriccircuit；Silicon-controlledrectifier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(lái)講，總體開展水平仍然不高，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，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)的開展及參加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)得到了迅速的開展。隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，近年來(lái)單片機(jī)開展十分迅速，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(wèn)題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(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，由于他主要通過(guò)控制接觸器的通斷時(shí)間比例來(lái)到達(dá)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(lái)快速開展了多種先進(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)品的本錢，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400～1000℃。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。第1章單片機(jī)對(duì)加熱爐溫度控制的簡(jiǎn)介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)用普及石油、化工、冶金、機(jī)械、熱處理、外表處理、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，輔以采樣反應(yīng)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，其根本控制原理為:：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(guò)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原理框圖第2章單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳作用簡(jiǎn)介單片微型計(jì)算機(jī)〔SingleChipMicrocomputer〕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(lái)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)。基于經(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MCS－51系列單片機(jī)的一種型號(hào)，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2.1.1MCS-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是堆棧指針存放器，PC是程序計(jì)數(shù)器，PSW是程序狀態(tài)字存放器，DPTR是數(shù)據(jù)指針存放器。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。2.1.4MCS-51輸入/輸出引腳MCS-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，即專用存放器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(wèn)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(wú)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：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。2.1.5MCS-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)不喪失。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(wèn)片外程序存儲(chǔ)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(wèn)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(guò)數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令或常數(shù)。在訪問(wèn)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，否那么單片機(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外部都有單獨(dú)的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，而MCS—51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。為了將它們別離開來(lái)，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(lái)構(gòu)成與一般CPU相類似的三總線，如圖2.2所示。圖2.22.3MCS-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)的本錢較低。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、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。第三章硬件系統(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，及一些輔助的局部構(gòu)成的。如圖3.1所示。803174Ls3732764過(guò)零信號(hào)發(fā)生器8155ADC0809傳感檢測(cè)電路溫控電路電爐803174Ls3732764過(guò)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，所以本次設(shè)計(jì)用EPROM.EPROM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)喪失。EPROM中程序一般通過(guò)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口提供假設(shè)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3.22764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)。本設(shè)計(jì)采用鎳鉻/鎳鋁熱電偶，此電偶用于0℃～1000℃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(guò)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(guò)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腳之間的電壓差根本為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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)總線傳至DAC0832的數(shù)據(jù)存放器，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，與經(jīng)過(guò)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：假設(shè)溫度測(cè)量范圍為400℃～1000℃，那么熱電偶輸出為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到達(dá)正負(fù)2.34度以內(nèi)。3.48155接口電路3.4.18155簡(jiǎn)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(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(guò)來(lái)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：FC00H~FCFFH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：FD05H3.4.28155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00~FFH；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3.33.5A/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A／D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100μs，單個(gè)＋5V電源供電，模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)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擬器。START上升沿將逐次逼近存放器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A／D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A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，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(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)門翻開，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〕IN7~IN0：8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、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。3.5.20809與8031的連接圖3.40809與8031的連接3.6可控硅控制電路圖3.5可控硅功輸出與通斷時(shí)間關(guān)系8031對(duì)溫度的控制是通過(guò)可控硅調(diào)控器實(shí)現(xiàn)的?？煽毓韫敵雠c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，以到達(dá)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(guò)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(guò)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根底之上得到數(shù)字PID增量式算法：〔3.3〕第四章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)這次程序的軟件設(shè)計(jì)主要運(yùn)用KeilμVison3軟件，這個(gè)軟件是德國(guó)KeilSoftware公司推出的51系列兼容單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)。μVison3是集成的可視化Windows操作界面，其提供了豐富的庫(kù)函數(shù)和各種編譯工具，能夠?qū)?1系列單片機(jī)以及和51系列兼容的絕大局部類型的單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。KeilμVison系列可以支持單片機(jī)C51程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，也可以直接進(jìn)行匯編語(yǔ)言的設(shè)計(jì)與編譯。KeilμVison系列的集成開發(fā)環(huán)境最高版本是μVison3，版本號(hào)為V8.08。KeilμVison系列是一個(gè)非常優(yōu)秀的編譯器，受到廣闊單片機(jī)設(shè)計(jì)者的廣泛使用。其主要特點(diǎn)如下：①支持匯編語(yǔ)言、C51語(yǔ)言等多種單片機(jī)設(shè)計(jì)語(yǔ)言；②可視化的文件管理，界面友好；③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；④具有完善的編譯連接工具；⑤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；⑥內(nèi)嵌RTX-51實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)；⑦支持在一個(gè)工作空間中進(jìn)行多工程的程序設(shè)計(jì)。⑧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(wú)外部中斷申請(qǐng)時(shí)，單片機(jī)通過(guò)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06H，故它的溢出中斷時(shí)間為250個(gè)過(guò)零同步脈沖。為了系統(tǒng)正常工作，T1中斷效勞程序的執(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4.2T0中斷效勞程序T0中斷效勞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中斷效勞程序返回后便可以恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)和返回主程序，以等待下次T0中斷。T0中斷效勞程序框圖如圖4.2所示圖4.2T0中斷效勞程序流程圖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所有采樣結(jié)束？A/D完成？延時(shí)選同IN0啟動(dòng)ADC返回NYNYNYNY4.3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(lái)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4.4YYNNYYYYNYYN(2CH)送A(2CH)≠(2DH)?(2CH)>(2DH)?(2CH)→←(2DH)(2DH)≠(2EH)?(2DH)>(2EH)?(2CH)≠(2EH)?(2EH)>(2CH)?(2CH)送2AH返回(2EH)送2AH(2EH)送2AH(2DH)送2AH(2DH)送2AHN圖4.4數(shù)字濾波程序框圖總結(jié)本設(shè)計(jì)使用無(wú)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0℃～1000℃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，假設(shè)采用模糊控制或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制，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)品的本錢，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：電子工業(yè)出版社，2023[2]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.2003[3]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，1999[4]清源計(jì)算機(jī)工作室編著.Protel99原理圖與PCB及仿真.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2023[5]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，2023[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，2002[7]陸子明.單片機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用根底教程.北京:北京國(guó)防工業(yè)出版社,2005[8]孫炳達(dá).自動(dòng)控制原理.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2023[9]沙占友.王曉君.數(shù)字化測(cè)量.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2023[10]李廣弟.單片機(jī)根底.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001附錄程序清單主程序：ORG0100HDISM0DATA78HDISM1DATA79HDISM2DATA7AHDISM3DATA7BHDISM4DATA7CHDISM5DATA7DHMOVSP,#50H;50H送SPCLR5EH;清本次越限標(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,AMOVDISM0,AMOVDISM1,AMOVDISM2,AMOVDISM3,A清顯示緩沖區(qū)MOVDISM4,AMOVDISM5,AMOVTMOD,#56HMOVTL0,#06HMOVTH0,#06HCLRPT0SETBTR0SETBET0SETBEALOOPACALLDISPLY；調(diào)用顯示程序ACALLSCAN；調(diào)用掃描程序AJMPLOOP；等待中斷T0中斷效勞程序：ORG000BHAJMPCT0CT0：PUSHACC；PUSHDPL；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)PUSHDPH；SETBD5H；置標(biāo)志ACALLSAMPACALLFILTERCJNEA，42H，TPLWL：MOVC，5EHMOV5FH，CCLR5EHACALLUPLPOPDPHPOPDPLPOPACCRETI；中斷返回TPL：JNCTPL1CLR5FH；清上次越限標(biāo)志CJNEA，43H，MTPLHAT：SETBP1.1；假設(shè)溫度不越限，那么綠燈亮ACALLPIDMOVA，2FHCPLA；INCA；對(duì)PID值求補(bǔ)，作為TL1值NM：SETBP1.3MOVTL1，AMOV