單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)說明書退火爐溫度控制系統(tǒng)

1、鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)說明書 2007 級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 專業(yè)0706073 班級(jí)題 目 退火爐溫度控制系統(tǒng) 姓 名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 職稱 講師 二 一o 年 12 月 21 日摘要：目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著cmos化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。近年，由于chmos技術(shù)的進(jìn)小，大大地促進(jìn)了單片機(jī)的cmos化。cmos芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機(jī)可以工作在功耗精細(xì)管理狀態(tài)。這也是今后以80c51取代8051為標(biāo)準(zhǔn)mcu芯片的原因。因?yàn)閱纹瑱C(jī)芯片多數(shù)是采用cmos（金屬

2、柵氧化物）半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。cmos電路的特點(diǎn)是低功耗、高密度、低速度、低價(jià)格。采用雙極型半導(dǎo)體工藝的ttl電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術(shù)和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了hmos（高密度、高速度mos）和chmos工藝。chmos和hmos工藝的結(jié)合。目前生產(chǎn)的chmos電路已達(dá)到lsttl的速度，傳輸延遲時(shí)間小于2ns，它的綜合優(yōu)勢(shì)已在于ttl電路。因而，在單片機(jī)領(lǐng)域cmos正在逐漸取代ttl電路。關(guān)鍵詞：熱電偶 a/d轉(zhuǎn)換器 低溫報(bào)警 高溫報(bào)警退火爐溫度度控制系統(tǒng)的基本原理退火爐使用電熱絲加熱，溫度范圍為01275，爐內(nèi)溫度值經(jīng)熱電偶檢測(cè)后，經(jīng)變送器變成05v范圍內(nèi)的電壓信號(hào)送a/d轉(zhuǎn)

3、換器轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。數(shù)字量經(jīng)數(shù)字濾波后送入cpu作為本次采樣值。把測(cè)量到的溫度值與設(shè)定值進(jìn)行比較來決定是否啟動(dòng)電熱絲加熱，若低于600則啟動(dòng)電熱絲加熱，若高于900則停止加熱以達(dá)到控制溫度的目的。 我的創(chuàng)新點(diǎn)：在任務(wù)要求的完成的基礎(chǔ)上，增加以下功能，如果溫度低于600，則亮低溫報(bào)警燈，響報(bào)警器，并啟動(dòng)加熱電阻自動(dòng)加溫，直至達(dá)到設(shè)定的溫度。加熱過程中，若溫度高于600則停止警報(bào)聲，若溫度達(dá)到設(shè)定值，滅低溫報(bào)警燈，數(shù)碼管顯示加熱后的溫度值。若溫度高于900，響高溫警報(bào)，亮高溫報(bào)警燈，并且驅(qū)動(dòng)電扇，令過高的溫度降下。若溫度值處在正常溫度狀態(tài)，其功能如上，不亮燈，不響警報(bào)，數(shù)碼管顯示當(dāng)前的溫度值。

4、基本要求：1、選用8088、適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器、a/d轉(zhuǎn)換器及其它接口芯片完成相應(yīng)的功能。2、每隔一秒鐘對(duì)爐溫連續(xù)采集三次經(jīng)濾波后作為本次采樣的有效值。3、判斷溫度是否高于上限值900或低于下限值600，如超出該范圍則分別用紅、綠發(fā)光二極管和蜂鳴器報(bào)警。4、把采集來的溫度值轉(zhuǎn)化成工程量在led顯示器上顯示。5、畫出詳細(xì)的硬件連接圖。6、給出程序設(shè)計(jì)思路、畫出各程序的流程圖。7、給出地址分配表。8、給出所有程序清單并加上必要注釋。主要芯片介紹這次課程設(shè)計(jì)要用到的主要芯片是at89c51，另外需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc0808，以及一些零器件（具體見附錄2元件清單）。at89c51芯片如下：主要特性有：1、與

5、mcs-51 兼容2、4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器3、壽命：1000寫/擦循環(huán)4、數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年5、全靜態(tài)工作：0hz-24hz6、三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定7、128*8位內(nèi)部ram8、32可編程i/o線9、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器10、5個(gè)中斷源11、可編程串行通道12、低功耗的閑置和掉電模式13、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路引腳功能有：vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fias

6、h進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存

7、取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中

8、斷1）p3.4 t0（記時(shí)器0外部輸入）p3.5 t1（記時(shí)器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ale脈沖。如想禁

9、止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號(hào)將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（

10、vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：8位cpu；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；32根i/o線；外部存貯器尋址范圍rom、ram64k；2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；全雙工串行口；布爾處理器；adc0808如下：adc0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。主要特性有：1、8路8位ad轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。2、具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。3、轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s4、單個(gè)5v電源供電5、

11、模擬輸入電壓范圍05v，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6、工作溫度范圍為-4085攝氏度7、低功耗，約15mw。引腳功能有：in0in7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。adda、addb、addc：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ale：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。start： ad轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換）。eoc： ad轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)ad轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。oe：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)ad轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高

12、電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。clk：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640khz。ref（+）、ref（-）：基準(zhǔn)電壓。vcc：電源，單一5v。gnd：地。其主要的工作過程是：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較器。start上升沿將逐次逼近寄存器復(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?，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。數(shù)碼顯示管如下：本次設(shè)計(jì)用四位數(shù)碼管，

13、各個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起的稱為共陰極顯示器，發(fā)光的相應(yīng)段必須接高電平。如果要顯示數(shù)字“2”，只要a b g e d 段發(fā)光，而c f dp 段不發(fā)光即可。也就是說，只要在a b g e d 段加上高電平“1”，而c f dp 段加上低電平“0”，即可完成數(shù)字“2”的顯示?？梢?，只要改變加到各段陽極上的代碼，就可以顯示不同的字符或數(shù)字，這樣的代碼稱為段碼。如下表所示七段led顯示器在共陰極連接時(shí)顯示的數(shù)字與其對(duì)應(yīng)的段碼。字符gfedcba段碼（h）001111113f1000011006210110115b310011114f4110011066511011016d611111017d700

14、0011107811111117f911011116f設(shè)計(jì)方案這次設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案是，采用at89c51作為主芯片。用滑動(dòng)變阻器的組織改變adc0808數(shù)模轉(zhuǎn)換器in0的電壓值，然后通過adc0808將05v范圍內(nèi)的電壓信號(hào)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，然后送入主芯片的p1口。主芯片的p0口接數(shù)碼顯示管，本實(shí)驗(yàn)只顯示數(shù)字故用led，p2.0p2.3口作為四個(gè)led的片選信號(hào)。at89c51的其他一些管腳用于控制從芯片的一些控制信息。其框圖如下：調(diào)解變阻器的阻值，得到變化的電壓adc0808將模擬電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量at89c51判斷是否低于溫度下限或高于溫度上限軟件分析程序主芯片控制數(shù)碼管顯

15、示當(dāng)前溫度值硬件設(shè)計(jì)用protues7.4實(shí)現(xiàn)對(duì)這次課程設(shè)計(jì)的模擬仿真，其硬件電路的原理圖如下：工作原理：通過調(diào)解rv1的阻值大小，改變adc0808的in0口電壓，然后得到其數(shù)字量，并連接到89c51的p1口。主芯片得知轉(zhuǎn)換完成后，數(shù)據(jù)通過p0口將所得數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示，p2.0至p2.3控制4個(gè)數(shù)碼管的顯示。主芯片將得到的數(shù)據(jù)與上下限對(duì)比，若正常則只顯示數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定不閃爍，無任何報(bào)警現(xiàn)象。若大于上限則通過p3.7控制響警報(bào)，數(shù)據(jù)閃爍，此時(shí)程序中控制p3.0置高溫報(bào)警燈亮，并控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。若小于下限，數(shù)據(jù)閃爍，此時(shí)p3.1置低溫報(bào)警燈亮，響警報(bào)，p3.2置加熱電阻開始工作。溫度有低溫開始向

16、上加，加到大于溫度下限時(shí)，停止警報(bào)。加到預(yù)設(shè)值時(shí)，暗低溫報(bào)警燈。軟件設(shè)計(jì)軟件的流程框圖如下：滑動(dòng)變阻器模擬水溫高低ad08080模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出溫度數(shù)字值at89c51讀取ad0808轉(zhuǎn)換后的值判斷是否低于溫度下限判斷是否高于溫度上限普通數(shù)值轉(zhuǎn)換，數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度亮加熱燈，開低溫報(bào)警器加熱數(shù)值轉(zhuǎn)換，數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度亮保溫?zé)襞袛嗍欠襁_(dá)到加熱上限主要程序如下:led_0equ 30hled_1 equ 31hled_2 equ 32hled_3 equ 33h ;各顯示數(shù)碼管adcequ35htcntaequ36htcntbequ37hl_tempequ38h ;溫度下限h_temp equ 3

17、9h ;溫度上限flagbit00hh_almbitp3.0l_almbitp3.1soundbitp3.7clockbitp2.4st bit p2.5eoc bit p2.6oe bit p2.7h bit p3.2 ;加熱電阻org 00hsjmpstartorg0bhljmpint_t0org1bhljmpint_t1start:movled_0,#00hmovled_1,#00hmovled_2,#00hmov led_3,#00hmovdptr,#tablemov h_temp,#180 ;180*5=900，最高溫900度mov l_temp,#120 ;120*5=600，最低

18、溫600度movtmod,#12h ;定時(shí)計(jì)數(shù)器方式控制寄存器movth0,#245 movtl0,#0 ;計(jì)數(shù)器0movth1,#252 movtl1,#24 ;計(jì)數(shù)器1movie,#8ah ;中斷允許寄存器clrcsetbtr0 ;啟動(dòng)計(jì)數(shù)器0，為adc0808提供時(shí)鐘wait:setbh_almsetbl_almsetb hclr stsetb stclr st;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 jnb eoc,$setb oe mov adc,p1;讀取ad轉(zhuǎn)換結(jié)果clr oemova,adcsubba,l_temp ;判斷是否低于下限jclalmmova,h_tempmovr0,adcsubba,r0;判斷

19、是否高于上限jchalmclrtr1ljmpproclalm:;低溫報(bào)警燈亮clrl_almsetbtr1 ;開啟計(jì)數(shù)器1，引起中斷clr h ;啟動(dòng)加熱電阻clrflagljmpproc1halm: ;高溫報(bào)警燈亮clrh_almsetbtr1setbflagljmpprocproc:mov a,adc ;數(shù)值轉(zhuǎn)換mov b,#100div abmov r2,amov a,bmov b,#10div abmov r1,amov r0,bmov b,#5mov a,r0mul abmov b,#10div abmov r7,amov led_0,b ;顯示個(gè)位mov b,#5mov a,r1m

20、ul abmov b,#10div abmov r6,amov a,badd a,r7mov led_1,a ;顯示十位mov a,r2mov b,#5mul abmov b,#10div abmov r5,amov a,badd a,r6mov led_2,a ;顯示百位mov led_3,r5 ;顯示千位lcalldispljmp waitproc1:mov r1,#15 lcall to1mov r1,#15 lcall t2 mov r1,#15 lcall t3 mov r1,#15 lcall t4 mov r1,#15 lcall t5 mov r1,#15 lcall t6 m

21、ov r1,#15 lcall t7 mov r1,#15 lcall t8 mov r1,#15 lcall t9 ljmp waitint_t0: cplclock ;提供adc0808時(shí)鐘 retiint_t1: movth1,#252 movtl1,#24 cplsound inctcnta mova,tcnta jb flag,i1 ;判斷是高溫警報(bào)還是低溫警報(bào) cjne a,#30,retune;低溫警報(bào)聲響 sjmp i2i1: cjne a,#20,retune;高溫警報(bào)聲響i2: movtcnta,#0 inctcntb mova,tcntb cjne a,#25,retun

22、e movtcnta,#0 movtcntb,#0 lcalldelay2retune:retito1: mov led_3,#0 mov led_2,#0 mov led_1,#9 mov led_0,#9 lcall disp djnz r1,to1 ret t2: mov led_3,#0 mov led_2,#1 mov led_1,#7 mov led_0,#4 lcall disp djnz r1,t2 ret t3: mov led_3,#0 mov led_2,#2 mov led_1,#8 mov led_0,#3 lcall disp djnzr1,t3 ret t4: m

23、ov led_3,#0 mov led_2,#3 mov led_1,#3 mov led_0,#6 lcall disp djnzr1,t4 ret t5: mov led_3,#0 mov led_2,#4 mov led_1,#8 mov led_0,#2 lcall disp djnzr1,t5 ret t6: mov led_3,#0 mov led_2,#5 mov led_1,#6 mov led_0,#7 lcall disp djnzr1,t6 ret t7: clr tr1 mov led_3,#0 mov led_2,#6 mov led_1,#2 mov led_0,#

24、4 lcall disp djnzr1,t7 ret t8: mov led_3,#0 mov led_2,#7 mov led_1,#2 mov led_0,#7 lcall disp djnzr1,t8 ret t9: mov led_3,#0 mov led_2,#8 mov led_1,#0 mov led_0,#0 lcall disp setb hsetbl_almdjnzr1,t9 retdisp: ;數(shù)碼顯示子程序 mova,led_0movca,a+dptrclrp2.3movp0,alcalldelaysetbp2.3 ;顯示數(shù)碼管0，即個(gè)位mova,led_1movca,

25、a+dptrclrp2.2movp0,alcalldelaysetbp2.2 ;顯示數(shù)碼管1，即十位mova,led_2movca,a+dptrclrp2.1movp0,alcalldelaysetbp2.1 ;顯示數(shù)碼管2，即百位mova,led_3movca,a+dptrclrp2.0movp0,alcalldelaysetbp2.0 ;顯示數(shù)碼管3，即千位retdelay:movr6,#10d1:movr7,#250djnzr7,$djnzr6,d1retdelay2:movr5,#20d2:movr6,#20d3:movr7,#250djnzr7,$djnzr6,d3djnzr5,d2rettable: db 3fh,06h,5bh,4fh,66hdb 6dh,7dh,07h,7fh,6fhendpcb板效果圖自制封裝如下： 喇叭 封裝 滑動(dòng)變阻器封裝pcb板圖3d效果圖調(diào)試效果圖低于溫度下限時(shí)：高于溫度上限時(shí)：處于正常溫度范圍時(shí)：結(jié)論優(yōu)點(diǎn)：如果溫度低于600，則亮低溫報(bào)警燈，響報(bào)警器，并啟動(dòng)加熱電阻自動(dòng)加溫，直至達(dá)到設(shè)定的溫度。加熱過程中，若溫度高于