溫度控制器畢業(yè)論文

1、 題目：溫度控制器的設(shè)計(jì)機(jī)電工程學(xué)院李小草 摘 要本文設(shè)計(jì)了一個(gè)溫度自動(dòng)控制器。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)（8031）為控制核心，外加硬件電路，將溫度顯示和數(shù)字控制集和于一體，實(shí)現(xiàn)智能溫度控制。并采用軟件程序?qū)崿F(xiàn)升溫的調(diào)節(jié)，能對(duì)加熱爐的升溫速度和保溫時(shí)間嚴(yán)格控制。單片機(jī)控制系統(tǒng)由微處理器和工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象兩大部分組成。本文是通過(guò)熱敏電阻和單片機(jī)等，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程上一些系統(tǒng)的溫度進(jìn)行范圍控制的過(guò)程。關(guān)鍵詞：測(cè)溫；PID算法；單片機(jī)；溫度控制器目 錄摘 要.IABSTRACT.II第1章 前 言.1 1.1 概述.2 1.2 課題分析.2 1.3 設(shè)計(jì)思路.2第2章 系統(tǒng)的基本組成及工作原理.3 2.1 系統(tǒng)的基本

2、組成.3 2.2 系統(tǒng)的基本工作原理.3第3章 測(cè)溫電路的選擇及設(shè)計(jì).5 31 熱電偶測(cè)溫電路.53.1.1 熱電偶.53.1.2 毫伏變送器.6 3. 2 熱敏電阻測(cè)溫電路.63.2.1 熱敏電阻.63.2.2 關(guān)于鉑電阻的特性.73.2.3 溫度測(cè)量電路.7第4章 芯片組的電路設(shè)計(jì).8 41 ADC0809與8031接口硬件電路設(shè)計(jì).8 42 8155與8031接口硬件電路設(shè)計(jì).9 4.2.1 8155芯片的結(jié)構(gòu).9 4.2.2 8155與8031接口電路.9 43 2732EPROM的工作原理及硬件接口設(shè)計(jì).11第5章 掉電保護(hù)功能電路.14第6章 溫度控制電路.15 6. 1 溫度控制

3、電路.15 62 控制規(guī)律的選擇.16第7章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì).18 71 系統(tǒng)控制主程序.18 72 中斷服務(wù)程序.20 73 采樣程序及其流程圖.24 74 數(shù)字濾波子程序及其流程圖.25總 結(jié).27致 謝.28參考文獻(xiàn).29附 錄.30第1章 前 言1.1概述現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集控制(即溫度控制器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))。溫度控制器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度控制器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量日漸上升。溫度控制器是基于單片機(jī)開(kāi)發(fā)的溫度控制裝置。其主要功能是，根據(jù)用戶設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的差值來(lái)控制加熱器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而改變溫

4、度至用戶所需。近些年來(lái)，因?yàn)闇囟瓤刂破鳝h(huán)節(jié)已經(jīng)被納入為分布式控制系統(tǒng)（DCS），個(gè)人電腦（PC）和可編程邏輯控制器（PLC），全球工業(yè)電子溫度控制器市場(chǎng)增長(zhǎng)緩慢。隨著我國(guó)電子溫度控制器市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了解國(guó)內(nèi)外電子溫度控制器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分關(guān)鍵。目前主要有模擬、集成機(jī)械式溫度控制器和智能電子式溫度控制器兩大系列。且國(guó)際上新型溫度控制器正從模擬式向數(shù)字式、電子式；從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在當(dāng)今電子信息時(shí)代，電子自動(dòng)化、信息采集控制在任何行業(yè)都是不可逆

5、轉(zhuǎn)的潮流。溫度控制器發(fā)展初期是機(jī)械式溫度控制器，這類(lèi)溫度控制器采用雙金屬片或充氣膜盒感測(cè)室內(nèi)溫度，使用波段開(kāi)關(guān)直接調(diào)整風(fēng)速。雙金屬片溫度控制器現(xiàn)基本已淘汰，只使用在一些要求不高較低檔場(chǎng)合；充氣膜盒溫度控制器當(dāng)前較流行，但總體來(lái)講機(jī)械式溫度控制器缺點(diǎn)十分明顯：1.機(jī)械式溫度控制器外觀陳舊呆板；2.機(jī)械式溫度控制器控溫精度差；3.容易打火（直接切換強(qiáng)電）；4.極易在一個(gè)極小溫差范圍內(nèi)頻繁開(kāi)關(guān)水閥（風(fēng)閥）；5.功能比較單一。鑒于這些，智能電子式溫度控制器全面取代機(jī)械式溫度控制器將是不可逆轉(zhuǎn)的潮流。本文將介紹一款以單片機(jī)為核心,具有智能、可編程、環(huán)保和節(jié)能等特點(diǎn)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的溫度控制器

6、是已單片機(jī)為核心的。單片微型機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，它是在一片芯片上集成了中央處理部件，存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和各種輸入輸出設(shè)備等接口部件。單片機(jī)是微機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要的分支，自問(wèn)世以來(lái)，性能不斷地改善和提高，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗小、使用方便、性能可靠、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，故在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。國(guó)內(nèi)雖然起步較晚，但單片機(jī)的潛力越來(lái)越被人們所重視，尤其在工業(yè)控制、自動(dòng)化儀器儀表、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口、智能化外設(shè)等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展很快。它的應(yīng)用對(duì)于產(chǎn)品升級(jí)換代、機(jī)電一體化都具有重要的意義。在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開(kāi)關(guān)量

7、都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來(lái)越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類(lèi)加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行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。1.2課題分析單片機(jī)控制系統(tǒng)由微機(jī)和工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象兩大部分組成，其中包括硬件電路和軟件程序，整個(gè)控制系統(tǒng)是通過(guò)接口將計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程聯(lián)系起來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理和控制。本文介紹了MCS51單片機(jī)對(duì)溫度控制系統(tǒng)硬件接口和軟件設(shè)計(jì)的基本思想。包括單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，輸入/輸出接口擴(kuò)

8、展和溫度控制電路的接口。1.3設(shè)計(jì)思路首先，收集大量相關(guān)資料，參考多種溫度控制器方案并確定出自己將要設(shè)計(jì)的方案；(根據(jù)系統(tǒng)具體指標(biāo)要求，可以對(duì)每一個(gè)具體部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。此外，整個(gè)控制系統(tǒng)可分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩大部分?？煞謩e對(duì)它們進(jìn)行分析設(shè)計(jì))再對(duì)自己打算設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行仿真調(diào)試；當(dāng)仿真調(diào)試得到理想效果時(shí)，再將設(shè)計(jì)好的原理電路制成PCB板；隨后清點(diǎn)需要的元器件，并購(gòu)買(mǎi)；最后，按照自己設(shè)計(jì)的電路完成實(shí)物并調(diào)試。 第2章 系統(tǒng)的基本組成及工作原理2.1系統(tǒng)的基本組成在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開(kāi)關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來(lái)越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多

9、領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類(lèi)加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行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。本系統(tǒng)是由核心處理模塊、溫度采集模塊、鍵盤(pán)顯示模塊、及控制執(zhí)行模塊等組成。方案一：  采用AT89S51作為電路的控制核心,使用12位的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574A進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,控制電路部分采用PWM控制可控硅的通斷以實(shí)行對(duì)溫度的連續(xù)控制,此方案精度相對(duì)較高，但價(jià)格昂貴。如用于本設(shè)計(jì)，顯得浪費(fèi)資源。方案二：  采用8031作為控制核心,以使用最為普遍的器件ADC

10、0809作模數(shù)轉(zhuǎn)換,控制上使用對(duì)電阻絲加電使其升溫。此方案簡(jiǎn)易可行,器件的價(jià)格便宜，且應(yīng)用簡(jiǎn)單。對(duì)本次設(shè)計(jì)而言，相對(duì)適宜。綜上分析,針對(duì)此次設(shè)計(jì)，我們采用方案二即可：整個(gè)系統(tǒng)由8031單片機(jī)、8155外圍接口芯片，以及2732EPROM可擦除程序存儲(chǔ)器、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器、溫度檢測(cè)元件和溫度控制電路組成。82.2系統(tǒng)的基本工作原理控制系統(tǒng)工作如下：材料溫度由熱電阻測(cè)量，信號(hào)放大通過(guò)放大器，毫伏信號(hào)放大后由A/D轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，再通過(guò)光電耦合器，進(jìn)入主機(jī)電路。由主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷分析，再輸出數(shù)字控制量，去控制加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。同時(shí)，超過(guò)上下限時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，控制中自動(dòng)

11、顯示溫度值。進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮如下問(wèn)題：具有掉電保護(hù)功能；具有超偏報(bào)警功能，超偏時(shí)，發(fā)光管以閃光形勢(shì)報(bào)警；輸入輸出通道和主機(jī)都用光電耦合器進(jìn)行隔離，使儀器具有較強(qiáng)的抗干擾能力；采用六位LED顯示；溫度控制范圍涉及測(cè)溫元件、電爐功率的選擇；控制精度、超調(diào)量等指標(biāo)，涉及到A/D轉(zhuǎn)換精度、控制規(guī)律選擇等。系統(tǒng)原理框圖如下所示：掉電保護(hù)供電系統(tǒng)溫度測(cè)量電路溫度控制中心（芯片組）溫度控制電路（可控硅）溫度顯示數(shù)模轉(zhuǎn)換過(guò)溫報(bào)警圖2.1系統(tǒng)原理框圖本設(shè)計(jì)溫度控制器以單片機(jī)芯片組為控制中心，由掉電保護(hù)供電系統(tǒng)對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行供電。溫度測(cè)試電路將溫度信息轉(zhuǎn)換為模電信息，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后再傳到

12、溫度控制中心（芯片組）進(jìn)行分析處理。在芯片組的處理下，控制溫度控制電路的工作，控制顯示當(dāng)前溫度及過(guò)溫報(bào)警。溫度控制電路工作以改變溫度，從而達(dá)到控溫目的。 第3章 測(cè)溫電路的選擇及設(shè)計(jì)3.1 熱電偶測(cè)溫電路3.1.1熱電偶熱電偶是將溫度量轉(zhuǎn)換成電勢(shì)大小的熱電傳感器，它被廣泛用來(lái)測(cè)量1001300范圍內(nèi)的溫度，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，精度高，熱慣性小，可測(cè)局部溫度，集中檢測(cè)，自動(dòng)記錄等特點(diǎn)。2 圖3.1熱電效應(yīng)如圖，將兩種不同材料導(dǎo)體A、B兩端接在一起，一端溫度為，另一端為T(mén)（T），這時(shí)在這個(gè)回路中將產(chǎn)生一個(gè)與溫度、T以及導(dǎo)體料性質(zhì)有關(guān)的電勢(shì)（T、），這樣構(gòu)成的熱電變換元件稱為熱電偶，可用來(lái)測(cè)量

13、溫度，這種熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)（T、）是由珀?duì)柼?yīng)和湯姆遜效應(yīng)引起的。常見(jiàn)的幾種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶有：鉑鉑熱電偶（WRLB）（分度號(hào)LB-3）、鉑鉑熱電偶（WRLL）（分度號(hào)：LL-2）：鎳鉻、鎳硅或鎳鉻鎳鋁熱電偶（WREV）（分度號(hào)EV-2）：鎳鉻考銅熱電偶（WREA）（分度號(hào)EA-2）。 3.1.2毫伏變送器 毫伏變送器是電動(dòng)單元組合儀表中的一種，它可以將來(lái)自熱電偶的MV級(jí)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流輸出，同時(shí)還能對(duì)熱電偶溫電曲線進(jìn)行校正，從而使熱電偶檢測(cè)的溫度值與變送器的輸出具有線性關(guān)系，本系統(tǒng)中所有用的變送器為EX系列儀表中的熱電偶溫度變送器它的輸入電路有冷端補(bǔ)償和斷偶保護(hù)措施，負(fù)反饋電路具有線性功能。線

14、性功能：毫伏單元變送用折線近似地代替曲線構(gòu)成非線性負(fù)反饋使變送器整個(gè)閉合的特性具有非線性，如果這個(gè)非線性的規(guī)律和所用熱電偶特性曲線互相抵消，就可以使輸出電壓和電流具有完全正比于溫度的性能。為了提高測(cè)量精度，可將變送器進(jìn)行零點(diǎn)遷移，當(dāng)溫度范圍為4001000，熱電偶輸出16.441.32mv，使變送器輸出010mv,其輸出經(jīng)過(guò)電流電壓變換電路轉(zhuǎn)換為05v電壓信號(hào)，這樣，使用8位的ADC使量化誤差達(dá)±2.34。3.2 熱敏電阻測(cè)溫電路3.2.1熱敏電阻利用感溫電阻，把測(cè)量溫度轉(zhuǎn)化成測(cè)量電阻的電阻式測(cè)溫系統(tǒng)，常用于測(cè)量-200+500范圍內(nèi)的溫度，大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻，都具有隨溫度變化的特

15、性，其特性方程如下： 、分別為熱電阻在t和0時(shí)的電阻值。a為熱電阻的電阻溫度系數(shù)（1/）對(duì)于絕大多數(shù)的金屬導(dǎo)體，a并不是一個(gè)常數(shù)，而是溫度的函數(shù)，不同的金屬導(dǎo)體，a保持常數(shù)所對(duì)應(yīng)的溫度范圍不同，選作感溫元件的材料應(yīng)滿足如下要求：材料的電阻溫度系數(shù)a越大，熱阻的系數(shù)大，最敏度越高，純金屬的a比合金的高，所以一般采用純金屬作熱敏電阻元件。在測(cè)溫范圍內(nèi)，a保持常數(shù)，便于實(shí)現(xiàn)溫度表的線性刻度特性。具有比較大的電阻率，有利于減少熱電阻的體積，減少熱慣性。特性復(fù)現(xiàn)性好，容易復(fù)制。3.2.2關(guān)于鉑電阻的特性鉑的物理化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是目前制造熱電阻的比較好的材料，有很好的穩(wěn)定性和測(cè)量精度。鉑的使用溫度范圍-

16、200+6000100的電阻溫度系數(shù)平均值（/）為3.923.98，電阻率為（·）0.098100.106在0時(shí)，鉑的電阻值=1003.2.3 溫度測(cè)量電路圖3.2 溫度測(cè)量電路本電路主要分為兩個(gè)部分：一部分是溫度傳感，一部分是信號(hào)放大。熱敏電阻Rt隨著溫度的不同而輸出相應(yīng)的電阻值，從而在各個(gè)輸出端輸出不同的電壓值，形成一個(gè)微弱的電壓信號(hào)。這個(gè)電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)放放大處理后，最終輸出一個(gè)反應(yīng)溫度情況的可識(shí)別電壓信號(hào)Uo。 第4章 芯片組的電路設(shè)計(jì)4.1 ADCO809與8031接口硬件電路設(shè)計(jì)ADCO809是8路輸入單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它采用逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理，可以直接接到微機(jī)總線接口

17、上，不需另加I/O接口芯片，它可作為微機(jī)的I/O接口，亦可作為存儲(chǔ)單元對(duì)待，它無(wú)需進(jìn)行調(diào)零和滿量程調(diào)節(jié)，多路開(kāi)關(guān)地址輸入能夠進(jìn)行鎖存和譯碼，而且其三態(tài)TTL輸出也可鎖存。圖4.1 ADC0809與8031接口電路如圖所示ADC0809與8031單片機(jī)的接口電路，當(dāng)P2.2=0時(shí)，選中了ADC0809（允許啟動(dòng)各通道轉(zhuǎn)換與讀取相應(yīng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果），轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC經(jīng)倒相后接至單片機(jī)的外部中斷，當(dāng)p3.3=0時(shí)，說(shuō)明轉(zhuǎn)換結(jié)束，我們選用0通道作為輸入，因而可以把0809視為一個(gè)地址為03F8H的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，對(duì)其寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，8031的信號(hào)使ALE和START有效，將74LS373鎖存的地址低三位存入

18、0809并啟動(dòng)ADC，當(dāng)EOC為低電平時(shí)，說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，當(dāng)EOC為高電平（即P3.3=0）時(shí)，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，8031可以讀入轉(zhuǎn)好的數(shù)據(jù)。114.2 8155和8031接口硬件電路設(shè)計(jì)4.2.1 8155芯片的結(jié)構(gòu)8155芯片是一種多功能的可編程常用外圍接口芯片，它具有三個(gè)可編程I/O端口（A口和B口是8位C口是6位）一個(gè)可編程14位定時(shí)計(jì)數(shù)器和256字節(jié)的RAM，能方便地進(jìn)行I/O擴(kuò)展和RAM擴(kuò)展，芯片引腳功能如下RESET：復(fù)位輸入信號(hào)AD0AD7：三態(tài)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線：片選信號(hào)：讀選通信號(hào)線，低電平有效：寫(xiě)選通信號(hào)線，低電平有效IO/，RAM/IO選擇，IO/=O， =0時(shí)，單片

19、機(jī)選擇8155的RAM讀寫(xiě)AD0AD7上的地址為8155的RAM單元地址。當(dāng)IO/=1， =0時(shí)，單片機(jī)選擇8155的I/O讀寫(xiě)AD0AD7上的地址為8155的I/O地址。ALE：地址鎖存信號(hào)線PA0PA7：端口A I/O線PB0PB7：端口B I/O線 PC0PC7：端口C I/O線TIMER： 定時(shí)計(jì)數(shù)器的輸入端：定時(shí)計(jì)數(shù)器的輸出端4.2.2 8155與8031接口電路8155和8031可以直接連接，不需要任何外加電路，對(duì)系統(tǒng)增加了256字節(jié)的RAM，22位I/O線及一個(gè)計(jì)數(shù)器，電路中8031的P2.1接8155的CE，P2.0接8155的IO/，P0.0P0.7接8155的AD0AD7時(shí)

20、，8155的I/O和RAM地址分配將是：（1）P2.1=0,P2.0=0時(shí)選中8155片中RAM，地址是0000H00FFH（2）P2.1=0,P2.0=1時(shí)選中2/0口，各口分想地址為：0100H命令狀態(tài)寄存器0101H A口地址0102H B口地址0103H C口地址0104H計(jì)數(shù)值低8位0105H計(jì)數(shù)值高8位和方式寄存器（3）8155的命令字和狀態(tài)字a、8155的命令字 圖4.2 8155命令字 定時(shí)器命令00=無(wú)操作01=停止計(jì)數(shù)10=時(shí)間到由停止計(jì)數(shù)11=裝入工作方式和計(jì)數(shù)長(zhǎng)度后立即啟動(dòng)計(jì)數(shù)器b、8155的控制字圖4.3 8155控制字圖4.4 8031與8155接口電路圖4.3 2

21、732EPROM的工作原理及硬件接口設(shè)計(jì)2732是4K×8位EPROM器件，有12根地址線A11A0，可以尋址片內(nèi)4K字節(jié)存儲(chǔ)器中任何單元，所以稱2732為4K字節(jié)EPROM。它是一種可編程只讀存儲(chǔ)器，單一正5V供電，最大靜態(tài)電流150mA，維持電流30mA，24線雙列直插式封裝，管腳圖如下： 圖4.5 2732管腳圖2732是4K×8位的EPROM器件，有12根地址線A11A0，這12根地址線中高4位A8A11與P2.0P2.3連接，低8位A0A7與地址鎖存器74LS373的輸出端Q0Q7連接（這里地址可映象P0口的地址）數(shù)據(jù)端D0D7直接與8031的P0口連接，當(dāng)803

22、1系統(tǒng)發(fā)出低12位地址信息時(shí)，分別選中2732片內(nèi)4K字節(jié)存儲(chǔ)器中各單元，2732的CE引腳為片選信號(hào)輸入端，低電平有效，表示選中該2732芯片。該片選信號(hào)決定了2732這塊芯片的4K字節(jié)存儲(chǔ)器在8031系統(tǒng)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器64KB空間中的位置，圖中接法2732占有的擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器地址空間為0000H07FFH。5此外，2732的端，Vpp、端可組合成2732的各種工作方式（讀待機(jī)即維持，寫(xiě)即編程，編程檢驗(yàn)等）圖中連接法其工作方式為讀狀態(tài)，當(dāng)選通信號(hào)為低電平選通2732即把2732中的D0D7端口上的程序或常數(shù)讀入，8031單片機(jī)的P0口上去，當(dāng)為高電平時(shí)，即無(wú)效，則禁止2732的數(shù)據(jù)讀入P0口

23、。 圖4.6 2732EPROM與8031硬件接口電路圖中74LS373是帶三態(tài)輸出的8口鎖存器，擴(kuò)展電路中用作外部地址鎖存器，三態(tài)控制端E接地，以保持輸出暢通，其三態(tài)輸出還有一定的驅(qū)動(dòng)能力，G端與8031單片機(jī)的ALE連接，當(dāng)G=1時(shí)（ALE高電平持續(xù)期間）74LS373的輸出Q0Q7隨其輸入的D0D1的狀態(tài)變化即P0口送出的8位地址信號(hào)一旦輸出，就能映射到2732EPROM的地址輸入A0A7上，G端的狀態(tài)由“1”變“0”時(shí)（ALE不跳變）低8位地址被鎖存。 第5章 掉電保護(hù)功能電路掉電保護(hù)電路功能的實(shí)現(xiàn)有兩種方案：一是選用E²ROM將重要數(shù)據(jù)置于其中,二是加接備用電池，如下圖所示

24、，穩(wěn)壓電源和備用電池分別通過(guò)二級(jí)管接于存儲(chǔ)器或單片機(jī)的Vcc端，當(dāng)穩(wěn)壓電源電壓大于備用電池電壓時(shí)，電池不供電，當(dāng)穩(wěn)壓電源掉電時(shí)，備用電池工作。9儀器內(nèi)還應(yīng)設(shè)置掉電檢測(cè)電路，以便在一旦檢測(cè)到失電時(shí)，將斷點(diǎn)（PC及各種寄存器）內(nèi)容保護(hù)起來(lái)，圖中CMOS555接成單穩(wěn)形式，掉電時(shí)3端輸出低電平脈沖作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。光電耦合器的作用是防止干擾而產(chǎn)生誤動(dòng)作，在掉電瞬時(shí)，穩(wěn)壓電源在大電容支持下，仍維持供電，這段時(shí)間主機(jī)執(zhí)行中斷服務(wù)程序，將斷點(diǎn)和重要數(shù)據(jù)置入RAM。6圖5.1掉電保護(hù)功能圖第6章 溫度控制電路6.1溫度控制電路溫度控制電路采用可控硅調(diào)功方法，雙向可控硅相當(dāng)于一雙反相并聯(lián)的普通可控硅，具有正反

25、相都能控制導(dǎo)通的特性，可用作調(diào)溫器。將它串在50HZ交流電源和加熱絲電路中，只要在給定周期內(nèi)改變可控硅開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間，就能改變加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)。13圖6.1可控硅調(diào)功器輸出功率與通斷電T關(guān)系對(duì)于這樣的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，單片機(jī)只要輸出能控制可控硅通斷時(shí)間的脈沖作為信號(hào)就可以了，這可用一條功線通過(guò)程序輸出控制脈沖。為了達(dá)到過(guò)零觸發(fā)的目的，需要交流電過(guò)零檢測(cè)電路，此電路輸出對(duì)應(yīng)于50HZ交流電壓過(guò)零時(shí)刻的脈沖作為觸發(fā)雙向可控硅的同步脈沖，是可控硅在交流電壓過(guò)零時(shí)刻觸發(fā)導(dǎo)通，電路如下圖：圖6.2過(guò)零觸發(fā)電路圖中電壓比較器LM311將50HZ正弦交流電壓變?yōu)榉讲?，方波的正跳沿和?fù)跳沿分別作為兩個(gè)單穩(wěn)

26、觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)，單穩(wěn)觸發(fā)器輸出的窄脈沖經(jīng)二極管或門(mén)混合就得到對(duì)應(yīng)于220V市電過(guò)零時(shí)刻的同步脈沖。此同步脈沖一路作為觸發(fā)同步脈沖加到溫控電路，一路作為計(jì)數(shù)脈沖加到單片機(jī)8031和P3.4、P3.5輸入端。6.2控制規(guī)律的選擇電阻爐爐溫控制是這樣一個(gè)反饋調(diào)節(jié)作用過(guò)程：比較實(shí)際爐溫和需要爐溫得到的偏差通過(guò)對(duì)偏差的處理獲得控制信號(hào)去調(diào)節(jié)爐子的加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。按照偏差的比例，積分和微分產(chǎn)生控制作用，簡(jiǎn)稱PID控制,是過(guò)程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制形式，通過(guò)對(duì)實(shí)際運(yùn)行效果和理論分析表明，這種控制規(guī)律在相當(dāng)多的工業(yè)生產(chǎn)中能得到比較好的效果。計(jì)算機(jī)PID算法是用差分方程近似實(shí)現(xiàn)的。用微分方

27、程表示PID調(diào)節(jié)規(guī)律的理想算式為：式中e(t)=r(t)-y(t)為偏差信號(hào)，是調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào);r(t)是給定值;y(t)為被控變量;U(t)為調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào);Kp為比例系數(shù);Ti為積分時(shí)間常數(shù);Td為微分時(shí)間常數(shù)。計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，若采樣周期為T(mén)，第幾次采樣輸入偏差為en，調(diào)節(jié)器輸出為Un,PID算法中的微分用差分代替，積分用代替，于是得到,寫(xiě)成遞推形式： 改寫(xiě)成：由于電阻爐一般都屬于一階對(duì)象和帶純滯后的一階對(duì)象，所以式中KP、KI、KD的選擇取決于電阻爐的階躍響應(yīng)特性和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),在程序中假設(shè)都為正小數(shù),參與運(yùn)算的數(shù)都變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于處理的形式，數(shù)據(jù)處理方法如下：（1） 把所有的

28、數(shù)都變成定點(diǎn)純小數(shù)進(jìn)行處理（2） 算式中的各項(xiàng)都有正負(fù)，用補(bǔ)碼表示,計(jì)算結(jié)果以原碼輸出。（3） 雙精度運(yùn)算，為了保證運(yùn)算精度把單字節(jié)16位進(jìn)行運(yùn)算，最后結(jié)果取8位有效值輸出。 第7章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制程序采用兩次中斷嵌套方式來(lái)設(shè)計(jì)，首先使T0計(jì)數(shù)器能產(chǎn)生與秒鐘定時(shí)中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周期，在中斷服務(wù)程序中啟動(dòng)A/D讀入采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波、上下線報(bào)警處理、PID計(jì)算，然后輸出控制脈沖信號(hào)，脈沖的寬度由T1計(jì)數(shù)器溢出中斷決定。在等待T1中斷時(shí)，將本次采樣數(shù)值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度值放入顯示緩沖區(qū)，然后用顯示子程序，從T1中斷返回后，再?gòu)腡0中斷返回主程序并繼續(xù)顯示本次采樣溫度，等待下次T0中斷

29、。7.1 系統(tǒng)控制主程序的設(shè)計(jì)其中T1中斷嵌套在T0中斷之中，而T1的初值是由PID計(jì)算值決定的。所以PID的最大輸出必須小于250，即保證在T0再次溢出中斷之前，T1中斷服務(wù)結(jié)束，并以T0中斷返回到主程序，否則程序不能正常進(jìn)行。程序所點(diǎn)用8031內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯的單元如圖: 圖7.1 參數(shù)內(nèi)部RAM分配圖 開(kāi) 始設(shè)計(jì)堆棧指針清標(biāo)志和暫存單清顯示緩沖區(qū)設(shè)定參數(shù)初值T0初始化CPU開(kāi)中斷掃描鍵盤(pán)溫度顯示圖7.2 主程序流程圖主程序MOV 81H, 50H；設(shè)堆棧CLR 5EH ；清本次越限標(biāo)志 CLR 5FH ；清上次CLR A ；MOV 2FH, A ；MOV 30H, A ；MOV 3BH, A

30、 ；MOV 3CH, A ；清暫存單元MOV 3DH, A ；MOV 3EH, A ；MOV 44H, A ；MOV DISM0,A ；MOV DISM1,A ；MOV DISM2,A ； MOV DISM3,A ；MOV DISM4,A ；MOV DISM5,A ；清顯示緩沖MOV TMOD，56H；T0方式2：T1方式1計(jì)數(shù)MOV TL0， 06H；MOV TH0， 06H；TO賦值CLR PT0 ；T0為低優(yōu)先級(jí)中斷SETB TR0 ；啟動(dòng)T0SETB ET0 ；允許T0中斷SETB EA ；CPU中斷LOOP： ACALL DISPLY ；調(diào)用顯示程序 ACALL SCAN ；調(diào)用掃描

31、程序 ATMP LOOP ；等待中斷7.2 中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)T0中斷服務(wù)程序：PUSH A ；PUSH DPL ；PUSH DPH ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)SETB D5H ；置標(biāo)志ACALL SAMP ；調(diào)用采樣子程序ACALL FILTER ；調(diào)用數(shù)字濾波程序CJNE A，42H，TPL；Ui（K）Umax則TPLWL: MOV C，5EH ； MOV 5FH，C ；交換標(biāo)志 CLR 5EH ；清本次標(biāo)志 ACALL UPL ；上限處理 POP DPH ； POP DPL ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) POP A ； RETI ；中斷返回TPL： JNC TPL1 ；若Ui（K）>Vmax則TPL1CLR 5FH

32、 ；清上次越限標(biāo)志CJNE A，43H，MTPL；Ui（K）Umin則MTPLHAT：SETB P1.1 ；正常，綠 ACALL PID ；計(jì)算PID MOV A，2FH ；PLD值（A） CPL A ； INC A ；求TL1值NM： SETB P1.3 ；輸出控制脈沖 MOV TL1， A ；T1賦初值 MOV TH1，#OFFH ； SETB PT1 ；T1高優(yōu)先級(jí)中斷³ SETB TR1 ；啟動(dòng)T1 SETB ET1 ；允許T1中斷 ACALL TRAST ；標(biāo)度轉(zhuǎn)換LOOP：ACALL DISPLY ；顯示溫度 JB D5H，LOOP；等待T1中斷 POP A ；POP D

33、PH ；POP DPL ；RETI ；中斷返回MTPL：JNC HAT ；若Ui(k)>Umin則HAT SETB P1.0 ； MOV A，45H ； CPL A ； INC A ； AJMP NM ；TPL1：SETB 5EH ；置本次越限標(biāo)志 JNB 5FH，WL ；若上次沒(méi)越限則轉(zhuǎn) INC 44H ；越限計(jì)數(shù)器加1 MOV A，44H ； CLR C ； SUBB A， #N ； JNZ WL ；越限次數(shù)不等于N轉(zhuǎn) SETB P1.2 ；上限報(bào)警，紅燈亮 CLR 5EH ； CLR 5FH ；清標(biāo)志 POP A ； POP DPH ； POP DPL ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) RETI ；從中

34、斷返回 T1中斷服務(wù)程序（由001BH轉(zhuǎn)來(lái)） CLR D5H ；清標(biāo)志 CLR P1.3 ；停止輸出 RETI ；從中斷返回T1中斷程序清標(biāo)志停止輸出返回 圖7.3T1中斷程序圖圖7.4系統(tǒng)控制流程圖7.3 采樣程序的設(shè)計(jì) 圖7.6 采樣程序流程圖根據(jù)流程圖寫(xiě)程序如下：SMAP： MOV R0，#2CH ；采樣值首址 MOV R1， #03H ；計(jì)數(shù)器賦值SAM1： MOV DPTR，#03F8H ； MOVX DPTR， A ；啟動(dòng)ADC MOV R2， #20H ；延時(shí)DLY： DJNZ R2， DLY ；結(jié)束？HERE：JB P3.3， HERE ；等待ADC結(jié)束 MOVX A， DPT

35、R ； MOV RO， A ；存放采樣值 INC RO ； DJNE R1 SAM1 ； RET ；7.4 數(shù)字濾波子程序設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)通常直接放在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，會(huì)受到嚴(yán)重干擾，系統(tǒng)采用濾波方法來(lái)濾除干擾，數(shù)字濾波算法有很多，本系統(tǒng)采用中值濾波，就是連續(xù)三次取樣，取中間值作為本次采樣值。三次采樣值分別放于2CH，2DH，2EH中，取中間值放在累加器A中，同時(shí)也轉(zhuǎn)放在2AH單元中，以備進(jìn)行溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換用。圖7.6系統(tǒng)控制程序流程圖數(shù)字濾波程序流程圖程序清單如下：FILTER：MOV A， 2CH ； (2CH)送A CJNZ A， 2DH， CMP1 ；若（2CH）(2DH)則CMP1 ATMP

36、CMP2 ； 否則轉(zhuǎn)CMP2CMP1： JNC CMP2 ； 若（2CH）>(2DH)則CMP2 XCH A， 2DH ； XCH A， 2CH ；CMP2： MOV A， 2DH ； CJNE A， 2EH，CMP3；若（2DH）(2EH)則CMP3 MOV 2AH，A ； 否則（2DH）送2AH RET ； 返回CMP3： JC CMP4 ； 若（2DH）<(2EH)則CMP4 MOV 2AH， A ； RET ；CMP4： MOV A， 2EH ； CJNE A， 2CH，CMP5；若（2EH）(2CH)則CMP5 MOV 2AH，A ； RETCMP5： JC CMP6 ；

37、 若（2EH）<(2CH)則CMP6 XCH A， 2CH ；CMP6： MOV 2AH，A ； RET ；總 結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié)如下:1. 本設(shè)計(jì)硬件部分由溫度檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理和溫度控制三部分組成，根據(jù)鉑溫度傳感器良好的線性特點(diǎn)，對(duì)電阻溫度進(jìn)行檢測(cè)，減少了傳感器的非線性誤差。同時(shí)利用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理器，并運(yùn)用PID算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)定時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，信號(hào)經(jīng)A/D變換得到相應(yīng)的數(shù)字量，送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行判斷和運(yùn)算得到相應(yīng)的控制量，去控制加熱功率。2. 在溫度測(cè)控系統(tǒng)中，由于控制對(duì)象是電熱絲，因而沒(méi)有制冷效果，但是本人設(shè)計(jì)目的是控制最低溫度為0，所以要求控制環(huán)境的環(huán)境濕度不能高于0，否則即使電熱絲兩端的電勢(shì)差為0也達(dá)不到控制要求，就算等的時(shí)間再久，它的溫度也只是環(huán)境溫度，所以，