電加熱爐溫度控制硬件系統(tǒng)設計

1、 東華理工學院長江學院畢業(yè)設計（論文）題 目：電加熱爐溫度控制硬件系統(tǒng)設計英文題目：The Hardware System Design for Electricity Heating Furnace Temperature Control 系 別： 電子與機械工程系學生姓名： 班 級： 指導教師： 專 業(yè)： 自動化二零零九年 六月 摘要本文以電加熱爐的溫度控制為被控對象，通過對電加熱爐的溫度控制對象特性的分析來確定電加熱爐的溫度控制硬件系統(tǒng)的設計和控制方案。本課題是高溫電加熱爐的溫度控制系統(tǒng)為研究對象，其中第一部分為硬件設計，主要由控制電路（包括8031處理器）、存儲器2716、鍵盤/顯示器

2、接口8279等）、測溫及報警電路（包括聲光報警、溫度檢測及A/D轉(zhuǎn)換等）、調(diào)功電路等組成。系統(tǒng)采用溫度補償和過零觸發(fā)等技術(shù)，從硬件上保證了測溫精度，為提高控制精度打下了基礎。在第二部分建立了被控對象的數(shù)學模型，控制采用比較成熟的變速積分分離PID算法，并通過仿真選擇了控制律的參數(shù)。利用8031單片機構(gòu)成了控制器，實現(xiàn)了實時控制。 測量溫度部分是靠熱電偶來實現(xiàn)，熱電偶的冷端補償采用熱電偶(鉑銠10-鉑銠熱電偶)溫度傳感器，測量標準，克服了常規(guī)方法補償誤差大的缺點，該系統(tǒng)具有軟啟動、程序升溫、鍵盤輸入、顯示打印等功能，使溫度控制為誤差達到5，調(diào)節(jié)溫度的超調(diào)量小于30%，實時顯示爐內(nèi)溫度，記錄溫度變

3、化的過程。為了在工業(yè)現(xiàn)場應用中具有較強的抗干擾能力，采取了一系列抗干擾措施。以單片機為核心，采用溫度變送器橋路和8031，實現(xiàn)對電爐溫度的自動控制。該控制系統(tǒng)具有硬件成本低、控溫精度較高、可靠性好、抗干擾能力強等特點。有較高的適用價值和理論價值。關(guān)鍵字電加熱爐；溫度控制；8031單片機 AbstractThe heating furnace temperature control to call for the alleged target, Through Feb heating furnace temperature control analysis to determine the id

4、entity of the target heating furnace temperature control system hardware design and control programmers.This paper studies on improving the high-temperature resistance stove temperature control system. The hardware has been described on the first part of this paper. It consists of the control-circui

5、t (included 831 CPU, 2746/2864A memory, key-board and display unit interface 8279 etc), temperature measurement and alarm circuit (included sound-light alarm, temperature measurement and A/D conversion circuit) and power control circuit etc. The technique of temperature compensation and zero-point t

6、rigging has been used in the system, and the precision of temperature measurement guaranteed from hardware builds a foundation to upgrade the precision of control. The mathematical model of the control object has been founded in the second part of this paper. The mature algorithm of variable speed i

7、ntegral separation PID has been adopted in control rule, and the parameter of control rule is selected by the simulation analysis in computer. The real-time control is used to organize control unit by the 8031. Single chip. For applications in the industrial scene had a strong anti-interference capa

8、bility, adopted a series of anti-interference measures. To Shanpianji at the core, using temperature Biansongqi Kin Road and 8031, the achievement of an electric temperature automatic. The control system has a low cost hardware, electrical higher precision; reliability is good, strong anti-interfere

9、nce capability characteristics. High value and the theoretical value of the application.Key wordsElectrical heating stove；Temperature is controlled；8031 Single chip 目錄摘要與關(guān)鍵詞英文摘要與關(guān)鍵詞 緒論.11. 電加熱爐溫度單片機控制系統(tǒng)總體方案設計.41.1 系統(tǒng)的設計原則.41.2 系統(tǒng)總體方案設計和工藝要求.41.3 系統(tǒng)概述.5 1.3.1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和框架圖.5 1.3.2系統(tǒng)的基本工作原理.62. 溫度控制硬件系統(tǒng)設

10、計.72.1 原理圖的設計原則72.2 芯片功能介紹.7 2.2.1 8031芯片介紹7 2.2.2 8279芯片介紹.10 2.2.3 AD574A芯片介紹.12 2.2.4 其他主要芯片.162.3 分模塊詳述系統(tǒng)各部分的實現(xiàn)方法.18 2.3.1 交流電過零檢測電路.18 2.3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路.19 2.3.3 溫度檢測和變送器.21 2.3.4 報警電路.24 2.3.5 顯示模塊與鍵盤電路.25 2.3.6 PC機與單片機(8031)的串行通訊. .26 2.3.7 存儲器擴展電路.27 2.3.8 其他主要電路.282.4 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖.293. 系統(tǒng)軟件

11、與模型.303.1 數(shù)學模型建立.303.2 控制系統(tǒng)的算法設計.303.3 軟件結(jié)構(gòu).323.4 軟件設計.364. 系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù).404.1 硬件調(diào)試.404.2 軟件調(diào)試.40結(jié)論.41致謝.42參考文獻.43附錄 1 程序清單.44附錄 2 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖55 緒論隨著微電子技術(shù)和微型計算機的迅猛發(fā)展，微機測量和控制技術(shù)以其邏輯簡單、控制靈活、使用方便及性能價格比高的優(yōu)點得到了廣泛的應用。它不僅在航空、航天、鐵路交通、冶金、電力、電訊、石油化工等領(lǐng)域得到了廣泛應用，而且在日常生活中諸如電梯、微波爐、電冰箱、電視機等高科技產(chǎn)品中也有廣闊的使用前景，為工業(yè)生產(chǎn)的自動化、智

12、能控制奠定了堅實的技術(shù)基礎。加熱爐作為一種應用廣泛的熱工設備之一。盡管它使用的加熱方法不同， 或工藝要求不同，溫度有高低、精度也有差異，但作為被控參數(shù)之一的溫度總是可用不同的測溫元件和方法來獲得，并通過微型計算機加以處理和控制，并按一定溫度曲線工作，以滿足生產(chǎn)需要。本課題的研究現(xiàn)狀和研究意義：電加熱爐以其無污染、操作方便、自動化程度高、可調(diào)范圍大、節(jié)省基建投資等諸多優(yōu)點逐漸受到人們的歡迎。但這其中對溫度的控制上不是很理想，溫差大、溫度控制精度不準確 。針對這一情況。本論文將介紹一種應用單片機對電熱加熱爐進行智能控制的溫度系統(tǒng)。 一般的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)（如溫度控制表控制接觸器）的主要缺點是溫

13、度波動范圍大。傳統(tǒng)的以普通雙向晶閘管(SCR) 控制的高溫電加熱爐采用移相觸發(fā)電路改變晶閘管導通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率, 達到自動控制電爐溫度的目的。這種移相方式輸出一種非正弦波, 實踐表明這種控制方式產(chǎn)生相當大的中頻干擾, 并通過電網(wǎng)傳輸, 給電力系統(tǒng)造成“公害”。他們的工作多數(shù)是采用PID及改善的PID控制規(guī)律進行的。但是，PID控制算法也有它的局限性。尤其在離散系統(tǒng)中，采用周期較大或?qū)ο缶哂休^大時滯特性時，控制效果不是很理想。本論文的研究意義是怎么用51系列單片機作為控制器去實現(xiàn)溫度控制，達到需要的工業(yè)要求，實現(xiàn)起溫度控制的作用，達到工作穩(wěn)定、性能可靠。利用熱電偶的冷端補償采用鉑電阻溫度

14、傳感器，測量標準，克服了常規(guī)方法補償誤差大的缺點，該系統(tǒng)具有軟啟動、程序升溫、鍵盤輸入、顯示打印等功能，使溫度控制為誤差達到5，調(diào)節(jié)溫度的超調(diào)量小于30%，實時顯示爐內(nèi)溫度，記錄溫度變化的過程。單片機在電子產(chǎn)品中的應用已經(jīng)越來越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應用范圍的日益廣泛和多樣性，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應運而生。在科研、生產(chǎn)中，常常需要對某些系統(tǒng)進行溫度的監(jiān)測和控制。需檢測和控制的溫度系統(tǒng)一旦確定，其熱慣性大小和散熱等各項硬件條件就確定了。這時，影響系統(tǒng)熱平衡的因素主要有：系統(tǒng)溫度T、設定溫度Ta、系統(tǒng)周圍的環(huán)境溫度Ts 以及加熱方式和調(diào)節(jié)方

15、法。目前已有的實現(xiàn)溫控的方法有很多種，如：恒溫法、比例式、積分式及其組合的調(diào)節(jié)方法等等，其中有的方法達到熱平衡需要的時間很長，但是其控溫精度很高，而有的是達到熱平衡的時間短，但其控溫精度卻不夠高。本文介紹如何用單片機模型來實現(xiàn)系統(tǒng)溫度的自動控制。用這種方法控溫，使整個系統(tǒng)靈活、可靠性高，系統(tǒng)達到熱平衡較快，而且精度也比較高，融合了前面列舉方法的優(yōu)點，而且更加簡單方便。“單片機模型法”是根據(jù)設計需要建立模型曲線，再根據(jù)模型曲線各階段的特點，選擇相應的加熱模式，然后通過軟件設計實現(xiàn)溫度的自動調(diào)節(jié)。論文的目的、內(nèi)容及研究方向：溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一，象冶金、機械、食品、化工各類工業(yè)中，廣

16、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，計算機溫度控制系統(tǒng)使溫度控制指標得到了大幅度提高。電阻爐爐溫控制系統(tǒng)的控制過程是：單片機定時對爐溫進行檢測，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換芯片得到相應的數(shù)字量，經(jīng)過計算機進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，得到應有的控制量，去控制加熱功率，從而實現(xiàn)對溫度的控制。電加熱爐是一個非線性的、時變的、分布參數(shù)的復雜被控對象。要實現(xiàn)其最優(yōu)控制，必須建立被控對象的數(shù)學模型，然后求取相應的控制器方程，例如自適應控制、隨機最優(yōu)控制、預測控制、解耦控制和變結(jié)構(gòu)控制等。這類控制方法由于數(shù)學工具深奧，算法復雜，現(xiàn)場工程師難以理解和接受，因而這些先進控制算法的推廣受到制約。人們在實踐中知

17、道，許多復雜的生產(chǎn)過程難以實現(xiàn)目標控制，但是熟練的操作工、技術(shù)人員和專家操作自如，而不要建立什么數(shù)學模型，就可以得到比較滿意的控制效果。設想把這些專家的經(jīng)驗和知識總結(jié)起來賦予計算機，讓計算機參與生產(chǎn)過程控制，這類系統(tǒng)一般稱為智能控制系統(tǒng)，它包含專家控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制。本文就沒有建立電加熱爐的數(shù)學模型，而直接采用算法簡單、效果好的單神經(jīng)元自適應PID智能控制算法和單神經(jīng)元自適應PSD智能控制算法。與傳統(tǒng)PID控制算法相比，智能控制算法具有計算量小、控制器結(jié)構(gòu)簡單、靜動態(tài)性能指標好的特點，有較高的實用價值和理論價值。在普通的電加熱爐是一種常見的設備。在其控制系統(tǒng)中，溫度控制是其中的關(guān)鍵部

18、分，目前國內(nèi)電加熱爐普遍采用PID模擬控制算法，而這種算法一般溫差大，很難保證溫度控制在5，本論文的目的的怎么用51系列單片機去實現(xiàn)此功能。溫度是工業(yè)控制對象中的主要被控參數(shù)，特別是在冶金、化工、機械、檢定計量等領(lǐng)域，廣泛的使用著各種加熱爐、熱處理等，所采用的加熱方法及燃料也不相同，但就溫度控制系統(tǒng)本身而言，均屬于一階純滯后環(huán)節(jié)，本論文介紹的溫度控制系統(tǒng)，是對電加熱爐的改良，它能與PC機及數(shù)據(jù)采集器一起構(gòu)成對爐溫的多點控制及熱電偶的自動檢測主要技術(shù)指標有：電加熱爐溫度加熱范圍：1500，施加電壓范圍：0-220V相AC或DC，加熱方式：電阻絲直接加熱，爐內(nèi)容積：0.30.250.3M3，最大功

19、率：4KW。使用電加熱爐其主要優(yōu)點是：(1)污染??；(2) 能量轉(zhuǎn)化率高；(3) 可以完全實現(xiàn)智能化無人操作；(4) 占地面積及空間小，鍋爐房造價低；(5) 安全性能好；這些同時也是本論文的內(nèi)容及其研究方向。 1. 電加熱爐溫度單片機控制系統(tǒng)總體方案設計在本章中主要介紹了系統(tǒng)的設計原則和總體方案及系統(tǒng)概述等。1.1 系統(tǒng)的設計原則1(1)安全可靠首先要選用高性能的AT89C52單片機，保證在惡劣的工業(yè)環(huán)境下能正常運行。其次是設計可靠的控制方案，并具有各種安全保護措施，如報警、事故預測、事故處理和不間斷電源等。(2)操作維護方便操作方便表現(xiàn)在操作簡單、直觀形象和便于掌握且不強求操作工要掌握計算機

20、知識才能操作。(3)實時性強選用高性能的8031單片機的實時性，表現(xiàn)在內(nèi)部和外部事件能及時地響應，并做出相應的處理。(4)通用性好系統(tǒng)設計時應考慮能適應不同的設備和各種不同設備和各種不同控制對象，并采用積木式結(jié)構(gòu)，按照控制要求靈活構(gòu)成系統(tǒng)。主要表現(xiàn)在兩個方面：一是硬件板設計采用標準總線結(jié)構(gòu)（如PC總線），配置各種通用的模板，以便擴充功能時，只需增加功能模板就能實現(xiàn)；二是軟件功能模塊或控制算法采用標準模塊結(jié)構(gòu)，用戶使用時不需要二次開發(fā)，只需各種功能模塊，靈活地進行控制系統(tǒng)組態(tài)。(5)經(jīng)濟效益高1.2 系統(tǒng)總體方案設計和工藝要求2(1)確定系統(tǒng)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu) (2)確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式(3)現(xiàn)場設備選

21、擇(4)確定控制策略和控制算法(5)硬件、軟件的功能劃分(6)系統(tǒng)總體方案系統(tǒng)的主要功能、技術(shù)指標、原理性方框及文字說明。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)幾配置，主要軟件的功能、結(jié)構(gòu)框圖。保證性能指標要求的技術(shù)措施?？垢蓴_性和可靠性設計。 (7)工藝要求設定出口溫度、實際測量的出口溫度、入口溫度數(shù)碼管顯示。調(diào)節(jié)溫度的超調(diào)量小于30%。 實現(xiàn)溫度閉環(huán)控制，控制溫度誤差范圍5。實時顯示爐溫內(nèi)溫度，記錄變化過程。溫度范圍：0 1500。供電電壓：交流220V 。 1.3 系統(tǒng)概述一般的電加熱爐控制系統(tǒng)（如溫度控制表控制接觸器）的主要缺點是溫度波動范圍大。由于它重主要通過接觸器的通斷時間比例來達到該表加熱功率的目的，受

22、儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低，故溫度控制精度低，單片機脈寬調(diào)溫閉環(huán)系統(tǒng)以8031單片機作為該控制系統(tǒng)的核心，采用脈沖調(diào)寬技術(shù)，雙向可控硅輸出，工作穩(wěn)定、性能可靠。熱點偶的冷端補償采用熱電阻溫度傳感器，測量準確，克服了常規(guī)方法補償誤差大的缺點。該系統(tǒng)具有軟啟動、程序升溫、鍵盤輸入、顯示打印等功能，使溫度控制穩(wěn)態(tài)誤差精度達5。1.3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和框架圖3過程計算機控制系統(tǒng)的設計過程分為總體設計、硬件設計、軟件設計和系統(tǒng)調(diào)試四個部分。在進行控制系統(tǒng)設計前，應該首先考慮對控制對象進行深入的調(diào)查和分析，并熟悉工藝流程，根據(jù)生產(chǎn)中提出來的問題，確定系統(tǒng)所需要完成的任務。然后寫出

23、論證，選擇控制方案，控制方案的好壞，直接影響控制效果、系統(tǒng)投資和系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。用單片機實現(xiàn)的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)如下:圖1-1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架圖(1)鍵盤輸入系統(tǒng)，主要用于預置溫度的輸入，修改個其他功能操作。(2)溫度傳感器，采用高精度熱電偶檢測老爐溫信號。 (3)中心控制單元，主要由微處理器（8031單片機）、片外存儲器和接口電路組成，擔負數(shù)據(jù)的比較、運算、內(nèi)外部中斷處理以及驅(qū)動外設的任務。(4) 功率放大電路，采用大功率雙向可控硅控制加熱爐的溫度。 (5)過零檢測電路，雙向可控硅過零觸發(fā)電路，以往通過控制雙向可控硅導通角來改變流過可控硅的電流，從而改變輸出功率。(6)鍵盤顯示器，本系統(tǒng)鍵

24、盤/顯示器接口采用8279芯片。8279用硬件完成鍵盤與顯示器掃描。(7)本系統(tǒng)用其“看門狗”功能和對主電源Vcc的監(jiān)視功能。本系統(tǒng)溫度控制范圍為01500；控制精度高，控制溫度誤差范圍5；調(diào)節(jié)溫度的超調(diào)量小于30%；最大功率：4KW；爐內(nèi)容積：0.30.250.3M3。1.3.2 系統(tǒng)的基本工作原理4工作原理：爐溫控制程序及溫度與熱電偶電勢之間的對于關(guān)系表存放在EPROM2746中，雙向可控硅采用過零觸發(fā)方式。觸發(fā)脈沖由過零同步脈沖形成電路提供。在每個工作周期T內(nèi)的工作占空比與單片機輸出的門控脈沖信號決定。鍵盤與顯示器用于各種參數(shù)的設置和顯示。熱電偶與放大器將被測溫度轉(zhuǎn)換成熱電勢信號并放大，

25、再由A/D轉(zhuǎn)換器換成相應的數(shù)字量供單片機識別處理。單片機每隔一定時間要啟動一次A/D轉(zhuǎn)換、采樣一次現(xiàn)場溫度，將溫度數(shù)據(jù)與給定溫度W進行比較，得到溫差，再根據(jù)偏差的大小和正負，通過PID控制算法送出1個相應脈沖，讓一定數(shù)量的觸發(fā)脈沖在高電平上通過控制門去觸發(fā)可控硅，送入8031，通過鍵盤顯示來去控制溫度。同時反應爐溫的熱電偶的電勢，經(jīng)冷端補償后送運算放大器放大，其電壓范圍為010V，將此電壓經(jīng)多路開關(guān)CC4051送入12位A/D轉(zhuǎn)換器后，計算機通過數(shù)據(jù)口獲得相應的表征爐溫的數(shù)字量。該數(shù)字量經(jīng)數(shù)字濾波、線性化處理以及標度變換后，一方面通過LED顯示爐溫，另一方面當采樣周期到達時，與設定溫度進行比較

26、，再做PD/PID運算；根據(jù)運算結(jié)果。計算機通過I/O口改變控制脈沖寬度，從而改變雙向可控硅在一個固定的控制周期T內(nèi)導通的時間（或交流電的周波數(shù)），即改變電加熱爐的平均輸入功率，以此達到控溫的目的。本系統(tǒng)的功能主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、輸出控制。能對01500C范圍內(nèi)的各種電加熱爐的溫度進行精密測量，同時，四位LED顯示器直接跟蹤顯示被控對象的溫度值，準確度高，顯示清晰，穩(wěn)定可靠，使用方便（在具體設計編程、調(diào)試過程中，為了調(diào)試方便，編程把溫度范圍設在01500C。 數(shù)據(jù)采集部分能完成對被測信號的采樣，顯示分辨率1C，測量精度1C ，控制精度1C，可以實現(xiàn)采集信號的放大及A/D轉(zhuǎn)換，并自動進行零

27、漂校正，同時按設定值、所測溫度值、溫度變化速率，自動進行FID參數(shù)自整定和運算，并輸出010mA控制電流，配以主回路實現(xiàn)溫度的控制。數(shù)據(jù)處理分為預處理、功能性處理、抗干擾等子功能。輸出控制部分主要是數(shù)碼管顯示控制。 2. 溫度控制硬件系統(tǒng)設計在本章中分塊說了原理圖的設計原則、芯片介紹，以及實現(xiàn)溫度控制硬件系統(tǒng)的原理圖，并做了分塊仔細介紹。2.1 原理圖的設計原則 原理圖主要由設計、診斷與檢查組成。 原理圖的設計要符合以下幾點要求： (1)原理圖設計要符合項目的工作原理，連線要正確。 (2)圖中所使用的元器件要合理選用，電阻，電容等器件的參數(shù)要正確標明。 (3)原理圖要完整，CPU，外圍器件，擴

28、展接口，輸入/輸出裝置要一應俱全。 原理圖的設計、診斷與檢查在Protel DXP軟件環(huán)境下完成。系統(tǒng)設計完成后，進入印制板制作、器件焊接及軟件編程階段。在印制板設 計時，要仔細考慮印制板的面積、布局及連線長度，以減小對信號的延時和抗干 擾。對加工好的印制板還要進行仔細的檢查，最后將器件、插座及元件等逐一焊 接在印制板上。2.2 芯片功能介紹在下面分別介紹了電路原理圖中用到的芯片，如8031芯片、8279芯片、AD574A芯片等。2.2.1 8031芯片介紹58031單片機是Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機中的一種，除無片內(nèi)ROM外，其余特性與MCS-51單片機基本一樣。 MCS-5

29、1單片機的引腳描述及片外總線結(jié)構(gòu)。芯片的引腳描述：HMOS制造工藝的MCS-51單片機都采用40引腳的直插庾埃IP方式，制造工藝為CHMOS的80C51/80C31芯片除采用DIP封裝方式外，還采用方型封裝工藝，引腳排列如圖。其中方型封裝的CHMOS芯片有44只引腳，但其中4只引腳（標有NC的引腳1、12、23、34）是不使用的。在以后的討論中，除有特殊說明以外，所述內(nèi)容皆適用于CHMOS芯片。如圖，是MCS-51的邏輯符號圖。在單片機的40條引腳中有2條專用于主電源的引腳。2條外接晶體的引腳，4條控制或與其它電源 圖2-1 8031芯片復用的引腳，32條輸入/輸出（I/O）引腳。圖2-2 8

30、031結(jié)構(gòu)圖下面按其引腳功能分為四部分敘述這40條引腳的功能。(1)主電源引腳VCC和VSS。VCC（40腳）接+5V電壓；VSS（20腳）接地。(2)外接晶體引腳XTAL1和XTAL2。XTAL1（19腳）接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，此引腳應接地；對CHMOS單片機，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對XHM

31、OS，此引腳應懸浮。(3)控制或與其它電源復用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP。RST/VPD（9腳）當振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個約8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個約10F的電容，以保證可靠地復位。 VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（50.5V）內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。ALE/PROG（30腳）：當訪問外部存貯器時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不

32、訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。對于EPROM單片機（如8751），在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（PROG）。PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動（吸收或輸出）8個LS

33、型的TTL輸入。EA/VPP（引腳）：當EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PC（程序計數(shù)器）值超過0FFFH（對851/8751/80C51）或1FFFH（對8052）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當EA保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。對于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。對于EPROM型的單片機（如8751），在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21V的編程電源（VPP）。(4)輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根）。P0口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)I/

34、O口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復用，能吸收電流的方式驅(qū)動8個LS型的TTL負載。P1口（1腳至8腳）：是準雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載。對8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T2定時/計數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2的外部控制端。對EPROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。P2口（21腳至28腳）：是準雙向8位I/O口。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對EPROM編程和程序

35、驗證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載。P3口（10腳至17腳）：是準雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個引腳還用于專門功能，是復用雙功能口。P3能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載。作為第一功能使用時，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時，各引腳的定義如表所示。值得強調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。P3各口線的第二功能定義：口線引腳第二功能 P3.010RXD（串行輸入口） P3.111TXD（串行輸出口） P3.212INT0（外部中斷0） P3.414T0（定時

36、器0外部輸入） P3.616WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖） P3.313INT1（外部中斷1） P3.515T1（定時器1外部輸入） P3.717RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）2.2.2 8279芯片介紹6由80C51系列單片機構(gòu)成的小型測控系統(tǒng)或智能儀表中，常常需要擴展顯示器和鍵盤以實現(xiàn)人機對話功能。8279芯片在擴展顯示器和鍵盤時功能強、使用方便。8279是Intel公司為8位微處理器設計的通用鍵盤/顯示器接口芯片，其功能是：接收來自鍵盤的輸入數(shù)據(jù)并作預處理；完成數(shù)據(jù)顯示的管理和數(shù)據(jù)顯示器的控制。單片機應用系統(tǒng)采用8279管理鍵盤和顯示器，軟件編程極為簡單，顯示穩(wěn)定，且減少了主機的負擔。 圖2

37、-3 8279數(shù)據(jù)緩沖器將雙向三態(tài)8位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線D0D7與系統(tǒng)總線相連，用于傳送CPU與8279之間的命令和狀態(tài)。控制和定時寄存器用于寄存鍵盤和顯示器的工作方式，鎖存操作命令，通過譯碼器產(chǎn)生相應的控制信號，使8279的各個部件完成相應的控制功能。定時器包含一些計數(shù)器，其中有一個可編程的5位計數(shù)器（計數(shù)值在231間），對CLK輸入的時鐘信號進行分頻，產(chǎn)生100 KHz的內(nèi)部定時信號（此時掃描時間為5.1ms，消抖時間為10.3ms）。外部輸入時鐘信號周期不小于500ns。掃描計數(shù)器有兩種輸出方式：一是編碼方式，計數(shù)器以二進制方式計數(shù)，4位計數(shù)狀態(tài)從掃描線SL3SL0 輸出，經(jīng)外部譯碼器可以產(chǎn)生

38、16位的鍵盤和顯示器掃描信號；另一種是譯碼方式，掃描計數(shù)器的低兩位經(jīng)內(nèi)部譯碼后從SL3SL0 輸出，直接作為鍵盤和顯示器的掃描信號?；厮途彌_器、鍵盤消抖及控制完成對鍵盤的自動掃描以搜索閉合鍵，鎖存RL7RL0的鍵輸入信息，消除鍵的抖動，將鍵輸入數(shù)據(jù)寫入內(nèi)部先進先出存儲器（FIFO RAM）。RL7RL0為回送信號線作為鍵盤的檢測輸入線，由回送緩沖器緩沖并鎖存，當某一鍵閉合時，附加的移位狀態(tài)SHIFT、控制狀態(tài)CNTL及掃描碼和回送信號拼裝成一個字節(jié)的“鍵盤數(shù)據(jù)”送入8279內(nèi)部的FIFO（先進先出）RAM。 表2-1 表鍵盤的數(shù)據(jù)格式位76543210CNTLSHIFT掃描（閉合鍵行號）回送（

39、閉合鍵行號）在傳感器矩陣方式和選通方式時，回送線RL7RL0的內(nèi)容被直接送往相應的FIFO RAM。輸入數(shù)據(jù)即為RL7RL0。數(shù)據(jù)格式為：表2-2 數(shù)據(jù)格式位76543210RL7 RL6RL5RL4RL3RL 2RL1RL0FIFO/傳感器RAM是具有雙功能的88 RAM。在鍵盤或選通方式時，它作為FIFO RAM，依先進先出的規(guī)則輸入或讀出，其狀態(tài)存放在FIFO/傳感器RAM狀態(tài)寄存器中。只要FIFO RAM不空，狀態(tài)邏輯將置中斷請求IRQ=1；在傳感器矩陣方式，作為傳感器RAM，當檢測出傳感器矩陣的開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化時，中斷請求信號IRQ=1。在外部譯碼掃描方式時，可對88矩陣開關(guān)的狀態(tài)進

40、行掃描，在內(nèi)部譯碼掃描方式時，可對48矩陣開關(guān)的狀態(tài)進行掃描。顯示RAM用來存儲顯示數(shù)據(jù)，容量是168位。在顯示過程中，存儲的顯示數(shù)據(jù)輪流從顯示寄存器輸出。顯示寄存器輸出分成兩組，即OUTA0OUTA3和OUTB0OUTB3，兩組可以單獨送數(shù)，也可以組成一個8位的字節(jié)輸出，該輸出與位選掃描線SL0SL3配合就可以實現(xiàn)動態(tài)掃描顯示。顯示地址寄存器用來寄存CPU讀/寫顯示RAM的地址，可以設置為每次讀出或?qū)懭牒笞詣舆f增。DB7DB0為雙向外部數(shù)據(jù)總線 ； 為片選信號線，低電平有效； 和為讀和寫選通信號線；IRQ為中斷請求輸出線。RL7RL0為鍵盤回送線。SL3SL0為掃描輸出線。OUTB3OUTB

41、0、OUTA3OUTA0為顯示寄存器數(shù)據(jù)輸出線。RESET為復位輸入線。 SHIFT為換檔鍵輸入線。CNTL/STB為控制/選通輸入線。CLK為外部時鐘輸入線。為顯示器消隱控制線圖2-4 8279引腳8279是可編程接口芯片，通過編程使其實現(xiàn)相應的功能，編程的過程實際上就是CPU向8279發(fā)送控制指令的過程。在軟件設計中，顯示方式采用了8個字符顯示，進入方式，編碼掃描鍵盤，雙鍵鎖定。2.2.3 AD574A芯片介紹712位A/D轉(zhuǎn)換器AD574/AD1674。D574A 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的12位依次逼近型快速A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換速度最大為35us，轉(zhuǎn)換精度0.05%，是目前我國市場應用最廣

42、泛、價格適中的A/D轉(zhuǎn)換器。AD574A片內(nèi)配有三態(tài)輸出緩沖電路，因而可直接與各種典型的8位或16位的微處理器連接，而無須附加邏輯接口電路，且能與CMOS及TTL電平兼容。由于AD574A片內(nèi)含高精度的參考電壓源和時鐘電路，這使它在不需要任何外部電路和時鐘信號的情況下完成一切A/D轉(zhuǎn)換功能，應用非常方便。(1)AD574A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能8AD574A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由模擬芯片和數(shù)字芯片兩片混合集成，其中模擬芯片就是該公司生產(chǎn)的AD565型快速12位單片機集成D/A轉(zhuǎn)換器 芯片。數(shù)字芯片則包括高性能比較器、依次 比 圖2-5 AD574A較邏輯寄存器、時鐘電路、邏輯控制電路以及三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖

43、存器等。 AD574A的引腳如右上圖：CS：片選信號，低電平有效。CE：芯片允許信號，高電平有效。只有CS和CE同時有效，AD574A才能工 作。RC讀出或轉(zhuǎn)換控制信號，用于控制ADC574A是轉(zhuǎn)換還是讀出。當為低電 平時，啟動AD轉(zhuǎn)換；當為高電平時，將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出。128：數(shù)據(jù)輸出方式控制信號。當為高電平時，輸出數(shù)據(jù)為12位；當為 低電平時，數(shù)據(jù)是作為兩個8位字輸出。A0轉(zhuǎn)換位數(shù)控制信號。當為高電平是，進行8位轉(zhuǎn)換，為低電平進行12位轉(zhuǎn)換。REFOUT：+10 V基準電壓輸出，最大輸出電流為15 mA。REFIN：參考電壓輸入。BIPOFFSET：雙極性偏移以及零點調(diào)整。該引腳接0 V，單極

44、性輸入；接+10 V，雙極性輸 入。10 Vin： 10 V范圍輸入端，單極性輸入0+10 V，雙極性輸入-5 V+5 V。20 Vin： 20 V范圍輸入端，單極性輸入020 V，雙極性輸入-10 V10 V。DB11DB0：12位數(shù)字輸出。STS：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。轉(zhuǎn)換過程中為高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束后變?yōu)榈碗娖健?2)AD574A的主要特點如下9 非線性誤差：AD574AJ為1LSB；AD574AK為2LSB。 轉(zhuǎn)換速度：最大轉(zhuǎn)換時間為35us，屬于中檔速度。 輸入模擬信號范圍為0+10V，0+20V，也可以雙極性5V或10V。 AD574A有兩個模擬輸入端，分別用于不同的電壓范圍：10Vin是適用

45、于5V的模擬輸如，20Vin適用于10V的模擬輸入端。輸出12位，即DB0DB11。 用不同的控制信號，即可以實現(xiàn)高精度的12位變換，又可以做快速的8位轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)有兩種讀出方式：12位一次輸出；8位、4位分兩次輸出。設有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與8位或16位的微處理器接口。 需要三組電源：+5V，Vcc(+12 +15V)，Vee（-12V -15V）。由于轉(zhuǎn)換精度高，所以提供電源必須有良好的穩(wěn)定性，并加以充分濾波，以防止高頻率噪聲的干擾。 內(nèi)設高精度的參考電壓（10。00V）只需要外接一只適當阻值的電阻，便可向DAC部分的解碼網(wǎng)絡提供Iref，轉(zhuǎn)換操作所需的時鐘信號由內(nèi)部提供，不需要任

46、何元器件。 低耗型：典型功耗為3mW。AD574A為28引腳雙列直插式封裝，其引腳如圖2-5所示。AD574A引腳介紹如下：Vl：數(shù)字邏輯部分電源+5V。12/8：數(shù)據(jù)輸出格式選擇信號引腳。當12/8=1（+5V）時，雙字節(jié)輸出，即12條數(shù)據(jù)線同時有效輸出，當12/8=0（0V）時，為單字節(jié)輸出，即只有高8為或低4為有效。CS：片選信號端，低電平有效。AO：字節(jié)選擇控制線。在轉(zhuǎn)換期間：AO=0時，高8位數(shù)據(jù)有效；AO=1時，低4位數(shù)據(jù)有效，中間4位為0，高4位為三態(tài)。因此當采用兩次讀出12位數(shù)據(jù)時，應遵循左對齊原則R/C：讀數(shù)據(jù)/轉(zhuǎn)換控制信號，當R/C=1時，ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)據(jù)允許被讀??；當

47、R/C=0時，則允許啟動A/D轉(zhuǎn)換。CE：啟動轉(zhuǎn)換信號，高電平有效?？勺鳛锳/D轉(zhuǎn)換啟動或讀數(shù)據(jù)的信號。Vcc , Vee：模擬部分供電的正電源和負電源，為12V或15V。REF OUT：10V內(nèi)部參考電壓輸出端。REF IN：內(nèi)部解碼網(wǎng)絡所需要參考電壓輸入端。BIP OFF：補償調(diào)整。接至正負可調(diào)的分壓網(wǎng)絡，以調(diào)整ADC輸出的零點。10Vin、20Vin：模擬量10V及20V兩程的輸入端口，信號的一端接至AG引腳。DG：數(shù)字公共端（數(shù)字地）。AG：模擬公共端（模擬地）。它是AD574A的內(nèi)部參考點，必須與系統(tǒng)的模擬參考點相連。為了在高數(shù)字噪聲含量的環(huán)境中從AD574A獲得高精度的性能，AG和

48、DG在封裝時已連接在一起，在某些情況下，AG可在最方便的地方與參考點相連。DB0 DB11：數(shù)字量輸出。STS：輸出狀態(tài)信號引腳。轉(zhuǎn)換開始時，STS達到高電平，轉(zhuǎn)換過程中保持高電平。轉(zhuǎn)換完成時返回低電平。STS可以作為狀態(tài)信息被CPU查詢，也可以用它的下降沿向CPU發(fā)中斷信號申請。通知A/D轉(zhuǎn)換已完成。CPU可以直接讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。(3)AD574A的應用特性及校準 AD574A控制信號的功能及應用特性。AD574A的工作狀態(tài)由CE、CS、R/C、12/8、A0五個控制信號決定，這些控制信號的組合控制功能如表所示： 表2-3 AD574A控制信號的組合功能CECSR/C12/8A0A工作狀態(tài)01

49、111110000000111接1腳（+5V）接地接地0101禁止禁止啟動12位轉(zhuǎn)換啟動8位轉(zhuǎn)換12位并行輸出有效高8位并行輸出有效低4位加上尾隨4個0有效由上表可見，當CE=1，CS=0同時滿足時，AD574A才能處于工作狀態(tài)。當AD574A處于工作狀態(tài)時，R/C=0時啟動A/D轉(zhuǎn)換；R/C=1時進行數(shù)據(jù)讀出。12/8和A0端用來控制轉(zhuǎn)換字長和數(shù)據(jù)格式。A0=0時啟動轉(zhuǎn)換，則按完整的12位A/D轉(zhuǎn)換方式工作，如果按A0=1啟動轉(zhuǎn)換，則按8位A/D轉(zhuǎn)換方式工作。當AD574A處于疏忽讀出工作狀態(tài)（R/C=1）時，A0和12/8成為數(shù)據(jù)輸出格式控制器。12/8=1，對應12位并行輸出，12/8=

50、0則對應8位雙字節(jié)輸出。其中A0=0時輸出高8位。A0=1時輸出低4位，并以4個0補足尾隨的4位。必須指出12/8端與TTL電平不兼容，故只能用通過布線接至+5V或0V以上。另外A0在數(shù)據(jù)輸出期間不能變化。如果要求AD574A以獨立方式工作，只要將CE、12/8端接入+5V，CS和A0接至0V，將R/C作為數(shù)據(jù)讀出和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動控制。當R/C=1時，數(shù)據(jù)輸出端出現(xiàn)被轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，R/C=0時，即啟動一次A/D轉(zhuǎn)換。在延時0.5us后STS=1表示轉(zhuǎn)換正在進行.經(jīng)過一次轉(zhuǎn)換周期Tc(典型值25us)后STS跳回低電瓶表示A/D轉(zhuǎn)換完畢,可以從數(shù)據(jù)輸出端讀取新的數(shù)據(jù)。 AD574A的輸入特性通過改變AD574A引腳8、10、12的外接點路，可使AD574A進行單極性和雙極性模擬信號的轉(zhuǎn)換，單極性轉(zhuǎn)換電路如圖所示，其系統(tǒng)模擬信號的地線應與引腳9相連，使其地線的接觸電阻盡可能小，雙極性轉(zhuǎn)換電路如圖所示。單極性輸入：圖2-6 單極性輸入雙極性輸入： 圖2-7 雙極性輸入在上面兩個圖中，電位器RP1用于調(diào)節(jié)零點，電位器RP2用于調(diào)節(jié)