基于8031單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

1、基于8031單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 隨著國民經(jīng)濟(jì)的開展，人們需要對各種加熱爐、熱處理爐、烘干箱溫度進(jìn)行監(jiān)測和控制。采用單片機(jī)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(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)計以MCS-51單片機(jī)為根底，結(jié)合溫度傳感變送器、A/D轉(zhuǎn)換器、LED顯示器等，組成一個基于MCS-51系列中8031單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)本設(shè)計，對烘干箱的溫度進(jìn)行檢查與控制。溫度控制誤差±2。烘干時顯示實時溫度，顯示精確到1。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)，烘干箱，溫度控制，過程控制系統(tǒng) IBASE ON 8031 SINGLECHIP

2、TEMPERATURE CONTROLSYSTEM DESIGN ABSTRACT With the development of the national economy, there is a need for a riety of furnace ,heat treatment furnace, drying box temperature monitoring and control. Single-chip computer to control not only has control of their convenience, simplicity and flexibility

3、 advantages, but also substantial increase in temperature was charged with technical indicators, which can greatly improve the quality and quantity of products.The MCS-51 design is based on single-chip, combined with temperature sensing transducer, A / D converter, LED display and so on, based on th

4、e formation of a MCS-51 series of 8031 single-chip temperature control system for the design, the temperature of the drying box to check and control. Temperature control error ± 2 . Display real-time temperature of drying, indicating accurate to 1 . KEY WORDS: microcontroller, dry box, temperat

5、ure control, process control system. II目 錄 前 言1.1 概述 ·········································&

6、#183;········································ 21第1章 緒 論1.1 概述 ······&#

7、183;·················································&#

8、183;············· 21.1 概述···································

9、··················································

10、·········· 21.2 單片機(jī)技術(shù)簡介 ·····································

11、3;····································· 21.2.1 單片機(jī)技術(shù)的開展 ··········

12、;··················································

13、;·· 21.2.2 單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用 ·············································

14、················· 3第2章 元器件介紹 ·······························

15、··········································· 252.1 單片機(jī)系統(tǒng)主機(jī)的選擇 ····

16、··················································

17、········· 52.1.1 單片機(jī)的主流系列及機(jī)型選擇 ·····································&#

18、183;····· 52.2 溫度傳感器 ··········································&#

19、183;········································ 522.3 EPROM2864A介紹 ······

20、··················································

21、············· 62.4 ADC0809介紹 ··································&#

22、183;········································· 82.4.1 ADC0809轉(zhuǎn)換器及其接口電路 ····&

23、#183;··································· 82.4.2 ADC0809引腳介紹 ···········

24、;·············································· 102.5 七段碼LED顯示器 ·

25、··················································

26、················ 122.5.1 LED數(shù)碼管編碼方式 ······························

27、3;······················· 132.5.2 靜態(tài)顯示方式 ························

28、············································ 15第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計1.1 概述 ··

29、3;·················································

30、3; 2163.1 主機(jī)················································

31、············································· 163.2 溫度檢測電路 ··

32、3;·················································

33、3;························ 173.3 溫度控制 ·······················

34、3;·················································

35、3;··········· 183.4 溫度的設(shè)定 ····································

36、83;············································ 183.5 溫度顯示電路 ···&

37、#183;·················································&

38、#183;······················· 183.6 報警電路 ························&

39、#183;·················································&

40、#183;·········· 193.7 電爐控制電路 ·····································

41、;········································ 193.8 硬件原理圖 ·······

42、3;·················································

43、3;······················· 19第4章 軟件設(shè)計1.1 概述 ·······················

44、3;···································· 2204.1 工作流程 ···········

45、83;·················································

46、83;······················· 204.2 功能模塊 ························

47、83;····························· 錯誤！未定義書簽。III4.3 資源分配 ·················

48、;··················································

49、;·················· 204.4 功能軟件設(shè)計 ·····························

50、83;··············································· 214.4.1 主程序和中斷

51、效勞子程序 ·················································

52、 214.4.2 鍵盤管理模塊 ···············································&#

53、183;···················· 224.4.3 顯示模塊 ···························

54、················································· 254.4

55、.4 溫度檢測模塊 ················································&#

56、183;··················· 264.4.5 溫度控制模塊 ···························

57、3;········································ 284.4.6 溫度越限報警模塊 ······

58、3;·················································

59、3;··· 29 總 結(jié)1.1 概述 ············································&#

60、183;··································· 231 謝 辭1.1 概述 ············

61、;···································· 2錯誤！未定義書簽。 參考文獻(xiàn)1.1 概述 ··········

62、··················································

63、·············· 232 外文資料翻譯1.1 概述 ·································

64、································· 233 附 圖 IV前 言 在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反響爐和

65、鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。采用單片機(jī)對溫度進(jìn)行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(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的控制問題。單片機(jī)是一種集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)等局部于一體的器件，只需要外加電源和晶振就可實現(xiàn)對數(shù)字信息的處理和控制。因此，單片機(jī)廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)控制中。本論文側(cè)重介紹“單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計及相關(guān)內(nèi)容。論文的主要內(nèi)容包括：采樣、濾波、鍵盤、LED顯示和報警系統(tǒng)，加熱控制系統(tǒng)，單片機(jī)MCS-51的開發(fā)以及系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)等。作為控制系統(tǒng)中的一個典型

66、實驗設(shè)計，單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)綜合運(yùn)用了微機(jī)原理、自動控制原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、鍵盤顯示技術(shù)等諸多方面的知識，是對所學(xué)知識的一次綜合測試。 1第1章 緒 論 1.1 概述 隨著現(xiàn)代工業(yè)的逐步開展，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度、壓力、流量和液位是四種最常見的過程變量。其中，溫度是一個非常重要的過程變量。例如：在冶金工業(yè)、化工工業(yè)、電力工業(yè)、機(jī)械加工和食品加工等許多領(lǐng)域，都需要對各種加熱爐、熱處理爐、反響爐和鍋爐的溫度進(jìn)行控制。然而，用常規(guī)的控制方法，潛力是有限的，難以滿足較高的性能要求。采用單片機(jī)來對它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大的優(yōu)點，而且可以大幅度提高被測溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能

67、夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的控制問題。 1.2 單片機(jī)技術(shù)簡介 1.2.1 單片機(jī)技術(shù)的開展所謂單片機(jī)是指在一個集成芯片中，集成微處理器、存儲器、根本的I/0接口以及定時/計數(shù)、通信部件，即在一個芯片上實現(xiàn)一臺微型計算機(jī)的根本功能。1970年微型計算機(jī)研制成功之后，隨著就出現(xiàn)了單片機(jī)(即單片微型計算機(jī))。美國Intel公司1971年生產(chǎn)的4位單片機(jī)4004和1972年生產(chǎn)的雛形8位單片機(jī)8008，特別是1976年MCS-48單片機(jī)問世以來，在短短的二十幾年間，經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，其開展速度大約每二、丁三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻

68、一番。其開展速度之快、應(yīng)用范圍之廣，己到達(dá)了驚人的地步。盡管日前單片機(jī)的品種很多，但其中最具典型性的當(dāng)數(shù)Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)。MCS-51是在MCS-48的根底上于80年代初開展起來的，雖然它仍然是8位的單片機(jī)，但其功能有很大的增強(qiáng)。由于PHILIPS, ATMEL, WELBORD, LG等近百家IC制造商都主產(chǎn)51系列兼容產(chǎn)品，具有品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件資料豐富等特點。因此，MCS- 51應(yīng)用非常廣泛，成為繼MCS-48之后最重要的單片機(jī)品種。直到現(xiàn)在MCS-51仍不失為單片機(jī)中的牡流機(jī)型。國內(nèi)尤以Intel的MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用最廣。由于8位單片機(jī)的高性能價格比

69、估計近十年內(nèi)，8位單片機(jī)仍將是單片2機(jī)中的主流機(jī)型。 1.2.2 單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用隨著計算機(jī)技術(shù)的開展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，以及設(shè)備向小型化、智能化開展，作為高新技術(shù)之一的單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、價格低廉、使用靈活等優(yōu)勢，顯示出很強(qiáng)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(yīng)性，可以在工業(yè)條件下穩(wěn)定工作。且單片機(jī)廣泛地應(yīng)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(qiáng)控制功能。如Mcs-51系列單片機(jī)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(jī)也廣泛地應(yīng)用于實時控制系統(tǒng)中，例如對下SID卜各種

70、窯爐的溫度、酸度、化學(xué)成分的測量和控制。將測量技術(shù)、自動控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理功能和實時控制功能，使系統(tǒng)工作處于最正確狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。從航空航天、地質(zhì)石油、冶金采礦、機(jī)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(jī)電一體化設(shè)備和產(chǎn)品，到郵電通信、日用設(shè)備和器械，單片機(jī)都發(fā)揮了巨大作用。其應(yīng)用大致可分為以下兒方面:1機(jī)電一體化設(shè)備的控制核心機(jī)電一體化是機(jī)械設(shè)備開展的方向。單片機(jī)的出現(xiàn)促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的開展，它作為機(jī)電產(chǎn)品的控制器，充分發(fā)揮其自身優(yōu)點，大大強(qiáng)化了機(jī)器的功能，提高了機(jī)器的自動化、智能化程度。最典型的機(jī)電產(chǎn)品機(jī)器人，每個關(guān)節(jié)或動作部位都

71、是個單片機(jī)控制系統(tǒng)。2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的現(xiàn)場采集單元大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求數(shù)據(jù)采集的同步性和實時性要好。使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的前端采集單元，由主控計算機(jī)發(fā)出采集命令，再將采集到的數(shù)據(jù)逐一送到主計算機(jī)中進(jìn)行處理。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)。3分布控制系統(tǒng)的前端控制器在直接控制級的計算機(jī)分布控制系統(tǒng)(DCS)中，單片機(jī)作為過程控制中每一分部操作或控制的控制器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、反響計算、控制輸出，并在上位機(jī)命令的指揮下進(jìn)行相應(yīng)協(xié)調(diào)工作。34智能化儀表的機(jī)芯自動化儀表的智能化程度越來越高。采用單片機(jī)的智能化儀表可具有自整定、自校正、自動補(bǔ)償和自適應(yīng)功能，還可進(jìn)行數(shù)字PID調(diào)節(jié)，軟

72、件消除電流熱噪聲等等，解決傳統(tǒng)儀表所不能解決的難題。單片機(jī)的應(yīng)用使這種性能如虎添翼，如自動計費(fèi)電度表、燃?xì)獗碇屑河羞@方面的應(yīng)用。許多工業(yè)儀表中的智能流量計，氣體分析儀、成分分析僅等也采用了這項技術(shù)。甚至有的保健治療儀中也采用了單片機(jī)控制。5消費(fèi)類電子產(chǎn)品控制該應(yīng)用主要反映在家電領(lǐng)域，如洗衣機(jī)、空調(diào)器、保安系統(tǒng)、VCD視盤機(jī)、電子秤、IC卡、 、BP機(jī)等。這些設(shè)備中使用了單片機(jī)機(jī)芯后，大大提高了其控制功能和性能，并實現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制。6終端及外圍設(shè)備控制計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，如銀行終端、商業(yè)POS(自動收款機(jī))以及計算機(jī)外圍設(shè)備如打印機(jī)、通信終端和智能化UPS等。在這些設(shè)備中使用單片機(jī)，使其

73、具有計算、存儲、顯示、輸入等功能，具有和計算機(jī)連接的接口，使計算機(jī)的能力及應(yīng)用范圍大大提高。本課題以單片機(jī)作為控制器之一，進(jìn)一步研究單片機(jī)在自動化檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用。 4第2章 元器件介紹 2.1 單片機(jī)系統(tǒng)主機(jī)的選擇 2.1.1 單片機(jī)的主流系列及機(jī)型選擇1Intel公司的MCS-48(8位機(jī))：8位CPU，并行I/O口，8位定時/計數(shù)器尋址范圍不大于4k，且無串行口，屬于初級單片機(jī)，功能小，易于控制。2Intel公司的MCS-51(8位機(jī))：多級中斷處理系統(tǒng)，8位定時/計數(shù)器。RAM,ROM尋址范圍可達(dá)64k字節(jié)，且?guī)в写蠭/O口，此類單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。且貨源充足，其在國內(nèi)的主流的地

74、位有可能穩(wěn)定一個相當(dāng)時期。因考慮頻率的顯示程序中需使用串行輸出，而MCS-48系列無串行口，且尋址范圍過小，故不易實現(xiàn)產(chǎn)品的功能，MCS-51系列單片機(jī)功能全面 ，可靠性高，容易到達(dá)產(chǎn)品的性能指標(biāo)，且貨源充足，性能價格比擬高。MCS-96雖功能強(qiáng)大 ，但本次設(shè)計頻率計軟件對單片機(jī)性能要求較低，且MCS-96價格昂貴故MCS-51系列能根本滿足要求，是首要選擇。MCS-51系列中又以8031、8051、8751為代表。它們之間最大的差異在于片內(nèi)ROM的供給狀態(tài)。在8051和8751中，片內(nèi)有4k字節(jié)的ROM/EPROM,而8031片內(nèi)無ROM/EPROM,故如選擇 8031，片外必須擴(kuò)展EPRO

75、M，由于8031相對8051、8751供給狀態(tài)相對充足，且性價比擬高，故本設(shè)計中選用8031單片機(jī)作為控制芯片。 2.2 溫度傳感器 在本次的設(shè)計中，我所采用的是熱電阻。熱電阻測溫的根底是大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻率溫度升高而增大，具有正的溫度系數(shù)。在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的熱電阻溫度計一般用來測量-200+500范圍的溫度，隨著科學(xué)技術(shù)的開展熱電阻溫度計的測量范圍低溫端可達(dá)1K左右，高溫端可測到1000。熱電阻溫度計的特點是精度高，適宜于測低溫。在560以下的溫度測量時，它的輸出信號比熱電偶容易測量。1純金屬是熱電阻的主要制造材料，熱電阻的材料應(yīng)具有以下的特性：5電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間

76、應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。電阻率高，熱容量小，反響速度快。材料的復(fù)現(xiàn)性和工藝性好，價格低。在測溫范圍Rt=R0(1+At+Bt+Ct)。該式中，R0、Rt為溫度0時鉑電阻的電阻值，t為任意溫度，A、B、C為溫度系數(shù)，由實驗確定，A=3.9684*10-3/，B=-5.847*107/，C=-4.22*1012/標(biāo)準(zhǔn)溫度計來使用。鉑電阻廣泛應(yīng)用于-200850范圍內(nèi)的溫度測量，工業(yè)中通常在600以下。 2.3 E2PROM2864A介紹 E2PROM電擦除電可編程只讀存儲器是近年來被廣泛應(yīng)用的一種新產(chǎn)品。其優(yōu)點是能使CPU在線修改其中的數(shù)據(jù)，并可在斷電情況下保存數(shù)據(jù)，集EPROM和RAM功能一體。I

77、ntel2864A是8k×8位E2PROM，單±5V供電，最大工作電流為140mA，維持電流60mA，其24腳的管腳及原理圖見圖2-1。由于片內(nèi)設(shè)有編程所需的高壓脈沖產(chǎn)生電路，因此無需外加編程電源和寫入脈沖。 6 圖2-1 2864A管腳及原理框圖(a) 管腳；(b) 原理圖 2864A有4種工作方式，如表2-1 所示。 表2-1 2864A工作方式 1維持和讀出方式：2864A的維持和讀出方式與普通EPROM完全相同。 2寫入方式：2864A提供了兩種數(shù)據(jù)寫入操作方式，即字節(jié)寫入和頁面寫入。 3數(shù)據(jù)查詢方式：數(shù)據(jù)查詢方式是指用軟件來檢測寫操作中的“頁存儲周期是否完成。在“

78、頁存儲期間，如進(jìn)行寫操作，讀出的是最后寫入的字節(jié)，假設(shè)芯片的轉(zhuǎn)儲工作未完成，那么讀出數(shù)據(jù)的高位是原來寫入字節(jié)最高位的反碼，據(jù)此，CPU可判斷芯片的編程是否結(jié)束。2846A與8031的接口電路如圖2-2所示。 7 圖2-2 2864A與8031的接口電路 2.4 ADC0809介紹 A/D轉(zhuǎn)換電路很多,選擇A/D轉(zhuǎn)換器件主要從速度.精度和藹價格等方面行考慮,根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理，可以分為下面的三種類型：并行A/D變換器：速度高，價格也很昂貴，用于高速如視頻處理場合。 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器：精度速度價格方面比擬折衷，是最常用的一種A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器：精度高，抗干擾能力強(qiáng)，價

79、格低，但是速度慢，常用于測量儀表等場合。 2.4.1 ADC0809轉(zhuǎn)換器及其接口電路ADC0809是8位CMOS逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部有8 路模擬量輸入通道和8 位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器，它是美國國家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品，是目前國內(nèi)最廣泛的8 位通用的A/D轉(zhuǎn)換的芯片。啟動信號為脈沖啟動方式，最大可調(diào)誤差為±1LSB。ADC0809內(nèi)部設(shè)有時鐘電路，故CLK時鐘需由外部輸入。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下列圖2-3所示。 8 圖2-3 ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可對8路輸入模擬信號分時轉(zhuǎn)換，具有多路開關(guān)的地址譯碼和鎖存電路、8位A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存器

80、等。在時鐘脈沖的同步下,控制邏輯先使N位存放器的D7位置1(其余位為0),此時該存放器輸出的內(nèi)容為80H,此值經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換為模擬量輸出VN,與待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號VIN相比擬,假設(shè)VIN大于等于VN,那么比擬器輸出為1.于是在時鐘脈沖的同步下,保存D7=1,并使下一位D6=1,所得新值(C0H)再經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換得到新的VN,再與VIN比擬,重復(fù)前述過程.反之,假設(shè)使D7=1后,經(jīng)比擬,假設(shè)VIN小于VN,那么使D7=0,D6=1,所得新值VN再與VIN比擬,重復(fù)前述過程.依次類推,從D7到D0都比擬完畢,轉(zhuǎn)換便結(jié)束.轉(zhuǎn)換結(jié)束時,控制邏輯使EOC變?yōu)楦唠娖?表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié),此時的D7D0即為對應(yīng)

81、于模擬輸入信號VIN的數(shù)字量。如圖2-4所示ADC0809與8031的接口電路。 9 圖2-4 ADC0809與8031的接口電路2.4.2 ADC0809引腳介紹ADC0809采用雙列直插式封裝，共有28條引腳，如2-5圖所示。 圖2-5 ADC0809引腳圖 101. IN0-IN7IN0IN7為8 路模擬電壓輸入線，用于輸入被轉(zhuǎn)換的模擬電壓 2. ADDA，ADDB，ADDC三位地址輸入端。八路模擬信號轉(zhuǎn)換選擇同由ABC決定。A為低位，C為高位。A、B、C三位地址的輸入與8路通道的對應(yīng)關(guān)系如表2-2下:表2-2 A、B、C三位地址的輸入與8路通道的對應(yīng)關(guān)系3. CLK外部時鐘輸入端，時鐘

82、頻率高，A/D轉(zhuǎn)換速度快。允許范圍為10-1280KHZ，典型值為640KHZ，此時，A/D轉(zhuǎn)換時間為10us。通常由MCS-51型單片機(jī)ALE端直接或分頻后與其相連。當(dāng)MCS-51型單片機(jī)無讀寫外，RAM操作時，ALE信號固定為CPU時鐘頻率的1/6，假設(shè)單片機(jī)外接的晶振為6MHZ，那么1/6為1MHZ，A/D轉(zhuǎn)換時間為64us。4. D0-D7數(shù)字量輸出端，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果由這幾個端口輸出。 5. OEA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允許控制端，當(dāng)OE端為高電平時，允許將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果從D0-D7端輸出。通常由MCS-51型單片機(jī)的RD端和ADC0809片選端例如P2.0,通過或非門與ADC0809的O

83、E端相連接。當(dāng)DPTR為FEFFH，且執(zhí)行“MOVX A，DPTR 指令后，RD和P2.0均有效，或非后產(chǎn)生高電平，使ADC0809的OE端有效，ADC0809將A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入數(shù)據(jù)總線P0口，CPU在讀入中。6. ALE地址鎖存允許信號。八路模擬通道地址由A，B，C輸入在ADC0809的ALE11信號有效時，將該八路地址鎖存。7. START啟動A/D轉(zhuǎn)換信號。當(dāng)START端輸入一個正脈沖時，立即啟動ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。START端與ALE 端連在一起，由MSC-51型單片機(jī)WR和ADC0809片選端例如P2.0。通過或非門連接，當(dāng)DPTR為FEF8H時，執(zhí)行“MOVX DPT

84、R,A指令后，將啟動ADC0809模擬通道0的A/D轉(zhuǎn)換。FEF8HFEFFH分別為八路模擬輸入通道的地址。執(zhí)行MOVX寫指令，并非真的將A中的DPTR,A指令與A中內(nèi)容無關(guān)，但DPTR地址應(yīng)指向當(dāng)前A/D的通道地址。8. EOCA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)ADC0809啟動A/D轉(zhuǎn)換后，EOC輸出低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC輸 出高電平，表示可以讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。該信號取反后假設(shè)與MCS-51型單片機(jī)引腳INT0或INT1連接，可引發(fā)CPU中斷，在中斷效勞程序中讀A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號，假設(shè)與MCS-51型單片機(jī)兩個中斷源已用完，那么EOC也可與P1口或P3口的一條端線相連，不采用中斷方式，采用查

85、詢方式，查得EOC為高電平后，再讀入A/D轉(zhuǎn)換的值。9. VREF+，VREF-正負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端。正基準(zhǔn)電壓的典型值為+5V，可與電源電壓+5V相連，但電源電壓往往有一定的波動，將影響A/D轉(zhuǎn)換的精度。因此，精度要求較高時，可用高穩(wěn)定基準(zhǔn)電源輸入。當(dāng)模擬信號電壓較低時，基準(zhǔn)電壓也可取低于5V的數(shù)值。10. VCC，GNDVCC，GND：正電源電壓端和地端。 2.5 七段碼LED顯示器 LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。圖2-7(a)為0.5inLED數(shù)碼管的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管分別對應(yīng)ag筆段構(gòu)成八字形另一只發(fā)光二極管Dp作為小數(shù)點。因此這種LED顯示器稱為

86、七段數(shù)碼管或八段數(shù)數(shù)碼。12LED數(shù)碼管按電路中的連接方式可以分為共陰型和共陽型兩大類。共陽型是將各段發(fā)光二極管的正極連在一起，作為公共端COM，公共端COM接高電平，ag、Dp各筆段通過限流電阻接控制端。某筆段控制端低電平時，該筆段發(fā)光，高電平時不發(fā)光。控制某幾段筆段發(fā)光，就能顯示出某個數(shù)碼或字符。LED的共陰極和共陽極的結(jié)構(gòu)圖如圖2-5(a) 、(b)、(c) 所示。 (a) (b) (c)圖2-5 7段LED數(shù)碼顯示器(a)符號和引腳；(b)共陰極；(c)共陽極 LED數(shù)碼管按其外形尺寸有多種形式，使用較多的是0.5in和0.8in；按顯示顏色也有多種形式，主要有紅色和綠色；按亮度強(qiáng)弱可

87、分為高亮和普亮，指通過同樣的電流顯示亮度不一樣，這是因發(fā)光二極管的材料不一樣而引起的。LED數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)其材料不同正向壓降一般為1.52V額定電流為10mA，最大電流為40mA。靜態(tài)顯示時取10mA為宜，動態(tài)掃描顯示可加大，可脈沖電流，但一般不超過40mA。 2.5.1 LED數(shù)碼管編碼方式當(dāng)LED數(shù)碼管與單片機(jī)相連時，一般將LED數(shù)碼管的各筆段引腳a、b、g、Dp按某一順序接到MCS51型單片機(jī)某一個并行I/O口D0、D1、D7，當(dāng)該I/O口輸出某一特定數(shù)據(jù)時，就能使LED數(shù)碼管顯示出某個字符。例如要使共陽極LED數(shù)碼管顯示“0，那么abcdef各筆段引腳為低電平，g和

88、Dp為高電平，如2-2表所示。 13 表2-2 共陽極LED數(shù)碼管顯示數(shù)字“0時各管段編碼 C0H稱為共陽LCD數(shù)碼管顯示“0的字段碼，不計小數(shù)點的字段碼稱為七段碼，包括小數(shù)點的字段稱為八段碼。LED數(shù)碼管編碼方式按小數(shù)點計否可分為七段碼和八段碼；按共陰共陽可分為共陰字段碼和共陽字段碼，不計小數(shù)點的共陰字段碼與共陽字段碼互為反碼；按a、b、g、Dp編碼順序是高位在前，還是低位在前，又可分為順序字段碼和逆序字段碼。甚至在某些特殊情況下將a、b、g、Dp順序打亂編碼。下表2-3為共陰和共陽LED數(shù)碼管幾種八段編碼表。 表2-3 共陰和共陽LED數(shù)碼管幾種八段編碼 LED數(shù)碼管顯示電路在單片機(jī)應(yīng)用系

89、統(tǒng)中可分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示14方式。 2.5.2 靜態(tài)顯示方式此時，每一位顯示器的字段需要一個8位I/O口控制，而且該I/O口須有鎖存功能，N位顯示器就需要N個8位I/O口，公共端可直接接+5V共陽或接地共陰。顯示時，每一位字段碼分別從I/O控制口輸出，保持不變直至CPU刷新顯示為止。 15第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)的硬件電路包括主機(jī)、溫度檢測、溫度控制、人機(jī)對話鍵盤/顯示/報警4個主要局部。下面對各局部電路分述如下。 3.1 主機(jī) 由于系統(tǒng)控制方案簡單，數(shù)據(jù)量也不大，因此選用8031作為控制系統(tǒng)的核心，外擴(kuò)EPROM2764作為程序存儲器。也可視具體情況換用8051、8052、8751

90、、8752、80C51、89C51、89C52等。其中，8051、8052、8751、8752的各個引腳輸入/輸出電平只與TTL電平兼容；89C51、89C52、80C51各引腳輸入/輸出電平既與TTL電平兼容，也與CMOS電平兼容。圖3-1為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 圖3-1 電烤箱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框8031的晶振頻率為6 MHz。由于8031無片內(nèi)ROM，故EA應(yīng)接地，使用片外ROM。8031的P0口為低8位地址及數(shù)據(jù)總線的分時復(fù)用引腳，需要地址鎖存器，將低8位的地址鎖存后在接到2764A的A0A7上。該電路采用74LS373作為地址鎖存器，8031的地址鎖存控制信號線ALE接鎖存器控制端G，當(dāng)ALE

91、發(fā)生從高電平向低電平的跳變時，74LS373將低8位地址鎖存后，P0與D0D7口相連方可作為數(shù)據(jù)線使用。地址鎖存控制信號ALE為高電平時，P2口輸出高4位地址PCH，P0口輸出低8位地址PCL；ALE下降為低電平后，P2口信息保持16不變，而P0口將通過D0D7來讀取片外ROM中的指令。因此，低8位地址必須在ALE降為低電平之前由外部地址鎖存器74LS373鎖存起來。在PSEN輸出負(fù)跳變選通片外ROM后，P0口轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)，讀入片外ROM的指令字節(jié)。 3.2 溫度檢測電路 這局部包括溫度傳感器、變送器和A/D轉(zhuǎn)換三局部。溫度傳感器和變送器的類型選擇與被控溫度的范圍及精度等級有關(guān)。型號為WZB-

92、003,分度號為BA2的鉑熱電阻適應(yīng)于0500的溫度測量范圍，可以滿足本系統(tǒng)的要求。變送器將電阻信號轉(zhuǎn)換與溫度成正比的電壓，當(dāng)溫度在0500時變送器輸出04.9V左右的電壓。ADC0809與單片機(jī)的接口電路如圖14 所示。由于ADC0809片內(nèi)無時鐘，故利用8031提供的地址鎖存允許信號ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得。ALE引腳的頻率是單片機(jī)時鐘頻率的1/6，如果單片機(jī)時鐘頻率為6MHZ，那么ALE引腳的頻率是1MHZ。在經(jīng)二分頻后為500KHZ，所以ADC0809更加能可靠工作。由于ADC0809具有輸出三態(tài)鎖存器，故其八位數(shù)據(jù)輸出線可直接與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線相連，單片機(jī)的低8位地址信號在ALE作

93、用下鎖存在74LS373輸出的低3位信號夾道ADC0809的通道選擇端A、B、C上，作為通道編碼。單片機(jī)的P2.7作為片選信號，與WR進(jìn)行或非操作，得到一個正脈沖，夾道ADC0809的ALE和START 引腳上。由于ALE和START連接在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時也啟動轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用單片機(jī)的讀信號RD和P2.7引腳經(jīng)或非門后產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號，用以翻開三態(tài)輸出鎖存器。顯然，上述操作時，P2.7應(yīng)為低電平。ADC0809的EOC端經(jīng)反相器連接到單片機(jī)的P3.3引腳，作為查詢或中斷信號。A/D轉(zhuǎn)換器件的選擇主要取決于溫度的控制精度。本系統(tǒng)要求溫度控制誤差

94、77;2，采用8位A/D轉(zhuǎn)換器，其最大量化誤差為±1/21/255*500=±1，完全能夠滿足精度的要求。這里我們采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器。電路設(shè)計好后，調(diào)整變送器的輸出，是0500的溫度變化對應(yīng)于04.9V的輸出，那么A/D 轉(zhuǎn)換對應(yīng)的數(shù)字量為00HFAH，即0250，那么轉(zhuǎn)換結(jié)果乘以2正好是溫度值。用這種方法一方面可以減少標(biāo)度轉(zhuǎn)換的工作量，另一方面還可以防止標(biāo)度轉(zhuǎn)17換帶來的計算誤差。 3.3 溫度控制 電爐控制采用可控硅來實現(xiàn)，雙向可控硅和電爐電阻絲串接在交流220 V市電回路中。單片機(jī)的P1.7口通過光電隔離器和驅(qū)動電路送到可控硅的控制端，由P1.7口的上

95、下電平來控制可控硅的導(dǎo)通與斷開，從而控制電阻絲的通電加熱時間。 3.4 溫度的設(shè)定 溫度的設(shè)定由鍵盤的按鍵來實現(xiàn)。它有獨立式按鍵結(jié)構(gòu)和矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)兩種。鍵盤是由假設(shè)干個按鍵組成的，它是單片機(jī)最簡單的輸入設(shè)備。操作員通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機(jī)對話。由于鍵盤只設(shè)置3個功能鍵，分別是啟動、“十位+和“個位+鍵，由P1口低3位作為鍵盤接口，此時，可采用獨立式按鍵結(jié)構(gòu)。利用+1按鍵可以分別對預(yù)置溫度的十位和個位進(jìn)行加1設(shè)置，并在數(shù)碼管LED上顯示當(dāng)前設(shè)置值。連續(xù)按動相應(yīng)位的加1鍵即可實現(xiàn)1535的溫度設(shè)置。按鍵就是一個簡單的開關(guān)，當(dāng)按鍵按下時，相當(dāng)于開關(guān)閉合；當(dāng)按鍵松開時，相當(dāng)于開關(guān)斷開。

96、按鍵在閉合和斷開時，觸電會存在抖動現(xiàn)象。按鍵的抖動時間一般為510ms，抖動可能造成一次按鍵的屢次處理問題。應(yīng)采取措施消除抖動的影響。消除方法有多種，常用軟件延時10ms的方法。在按鍵較少時，常采用圖b所示的去抖電路。當(dāng)按鍵未按下時，輸出為“1；當(dāng)按鍵按下時，輸出為“0，即使在B位置時因抖動瞬時斷開，只要按鍵不回A位置，輸出就會仍保持為“0狀態(tài)。當(dāng)按鍵多時，常采用軟件延時的方法。當(dāng)單片機(jī)檢測到有按鍵按下時，先延時10ms，然后再檢測按鍵的狀態(tài)，假設(shè)仍是閉合狀態(tài)，那么認(rèn)為真正有鍵按下。當(dāng)檢測到按鍵釋放時，亦需要做同樣的處理。 3.5 溫度顯示電路 本系統(tǒng)設(shè)有2位LED數(shù)碼顯示器，停止加熱是顯示設(shè)

97、定溫度，啟動加熱時顯18示當(dāng)前溫室溫度采用串行口擴(kuò)展的靜態(tài)顯示電路作為顯示接口電路。溫度值采用LED數(shù)碼靜態(tài)串行輸出顯示，每30S刷新一次顯示值。為了不再擴(kuò)展并行I/O口，本例利用串行口的移位功能，擴(kuò)展為2位靜態(tài)顯示電路。LED2顯示十位溫度值，LED1顯示個位溫度值。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、本錢低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡單易行。 3.6 報警電路 報警功能由蜂鳴器來實現(xiàn)。當(dāng)由于意外因素導(dǎo)致溫室溫度高于設(shè)置溫度時，P1.6口送出的低電平經(jīng)反向器驅(qū)動蜂鳴器鳴叫報警。 3.7 電爐控制電路 電路控制采用可控硅來實現(xiàn)，雙向可控硅和電爐電阻絲串接在交流220V市點回路中。單片機(jī)的P1.7口通過光電隔離器和驅(qū)動電路送到可控硅的控制端，由P1.7口的上下電平來控制可控硅的導(dǎo)通和斷開， 控制電阻絲的通電加熱時間。對使用SCR的電路，在SCR陽極加上正向電壓后，還必須在門極與陰極之間加上觸發(fā)電壓，SCR才能從阻斷轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通，習(xí)慣稱為觸發(fā)控制，提供這個觸發(fā)電壓的電路稱為SCR的觸發(fā)電路。它決定每個SCR的觸發(fā)導(dǎo)通時刻，是SCR裝置中不可缺少的一個重要組成局部?？刂齐娐泛椭饕娐返母綦x通常是必要的，隔離可有光耦或脈沖變壓器實現(xiàn)。3.8 硬件原理圖見附圖