【正文】 曲線隨產(chǎn)品不同而不同，如圖 1— 2 的工作曲線由三部分組成： （ 1）等數(shù)升（降）溫度。這一工藝過程要求加熱爐在規(guī)定時間內(nèi)等速從某個溫度值變化到另一溫度值。這時，微機(jī)不僅要檢測爐溫，還要對加熱爐進(jìn)行升（降）溫控制。 （ 2）恒溫段（亦稱保溫段）。這一工藝過程是溫度控制的主要工藝過程，它要求控制系統(tǒng)保證爐溫在各種干擾下能穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。 溫度（ C）Tt1 t2 t3升溫斜率降溫斜率恒溫 圖 12 熱處理溫度曲線 電氣與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 3 第二章 系統(tǒng)原理及 電路設(shè)計 本次畢業(yè)設(shè)計其工作原理為：熱處理器 上有 8個溫度傳感器和 14 個控制閥，溫度傳感器與控制閥是一一對應(yīng)的對關(guān)，一個測溫點(diǎn)對應(yīng)一個控制閥。來至熱處理器的溫度經(jīng)溫度傳感器將現(xiàn)場信號傳化為電信號，再經(jīng)放大器將信號放大，經(jīng)多路開關(guān)選擇通過，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并送入單片機(jī)進(jìn)行控制處理，單片機(jī)的控制信號由 P0 輸出并由 8155 擴(kuò)展，使其能滿足 14 路輸出的控制要求，驅(qū)動電磁閥開關(guān)，實現(xiàn)溫度的控制。 溫度的檢測 溫度檢測是溫度控制系統(tǒng)的一個重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到系統(tǒng)性能。在微機(jī)溫度控制系統(tǒng)中，溫度的檢測不僅要完成溫度到模擬電壓量的轉(zhuǎn)換，還要將電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)值量送計算機(jī)。其一般結(jié)構(gòu)如圖 2— 1 所示 。 圖 2— 1 溫度數(shù)字檢測的一般結(jié)構(gòu) 溫度傳感器將各測溫點(diǎn)的溫度變換為模擬電壓，其值一般為 mV 級，需要放大為滿足模 /數(shù)轉(zhuǎn)換要求的電壓值。微機(jī)通過控制多路開關(guān)選擇某一路電壓送到模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，得到表示溫度的電壓數(shù)字量，再用軟件進(jìn)行標(biāo)度變換與誤差補(bǔ)償，得到測溫點(diǎn)的實際溫度值。 傳感器 簡介 溫度傳感器種類繁多，但在微機(jī)溫度控制系統(tǒng)中使用得傳感器，必須是能夠?qū)⒎请娏孔儞Q成電量得傳感器，目前常用得有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器和半導(dǎo)體集成溫度 傳感器。 熱電偶傳感器是工業(yè)溫度測量中應(yīng)用最廣泛得一種傳感器，具有精確度高、測量范圍廣、構(gòu)造簡單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。熱電偶是由兩種不同材料得導(dǎo)體 A電氣與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 4 和 B 連接在一起構(gòu)成得感溫元件，如圖 2－ 2 所示。 A 和 B 得兩個接點(diǎn) 1 和 2 之間穿在溫度差時，回路中便產(chǎn)生電動勢，形成一定大小得電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，也叫溫差效應(yīng)。熱電偶就是利用這個原理測量 溫度的。 熱電偶的測溫范圍很寬 ,一般為－ 50～＋ 1600℃ ，最低可達(dá)－ 200℃，最高達(dá)2800℃（短時間內(nèi)）：在良好的測量電路配合下，它可以實現(xiàn)搞精度測量，因此在工業(yè)生產(chǎn)過程得 到很廣泛的應(yīng)用。 日 本工業(yè)界根據(jù)熱電偶電極線徑和對應(yīng)的溫度范圍將熱電偶分為 7類，即 K、E、 J、 T、 B、 R、 S 幾種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。測溫范圍一般由熱電偶的線徑?jīng)Q定，線徑越粗所能測量的溫度越高。 根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計的實際測量溫度的情況，我們選擇熱電偶作為本次設(shè)計的溫度測量設(shè)備。 溫度 的 測量電路 由于熱電偶所輸出的熱電動勢一般很小。每度只有幾十微伏，這個熱電動勢在整個要測的范圍內(nèi)一般是非線性的。熱電動勢是熱電偶工作端（熱端）相對自由端（冷端）而產(chǎn)生的，因此用熱電偶測量溫度，選擇或設(shè)計相應(yīng)的測量電路必須要考慮三件事 ：采用什么樣的放大電路？ 一、熱電偶放大電路 為便于輸入通道 AI 中 A/D 轉(zhuǎn)換所需電平，要對模擬傳感器輸出的弱信號加以放大，并把信號中的干擾噪聲抑制在最低限度，因而須用低噪聲、低漂移、高增益、高輸入阻抗以及具有很高共模抑制比的直流放大器。這類的放大器常用的有測量放大器、可編程序放大器和隔離放大器。通過比較和討論，在這本的設(shè)計中我們采用了測量放大器，下面介紹一下測量放大器。 測量放大器的特點(diǎn) 運(yùn)算放大器對微弱信號的放大，僅適用于信號回路不受干擾的情況，然而，傳感器的工作環(huán)境往往比較惡劣；兩個輸出端上經(jīng)常產(chǎn)生 較大的干擾信號，有時是完全相同的，完全相同的干擾信號稱為共模干擾，雖然運(yùn)算放大器對直接輸入到差動端的共模信號有較強(qiáng)的抑止能力，但對簡單的反相輸入或同相輸入接法，由于電路結(jié)構(gòu)的不對稱，抵御共模干擾的能力很差，故不能用在精密測量場合，因此，需要引入另一種形式的放大器，即測量放大器，又稱儀用放大器、數(shù)據(jù)放大器，他廣泛用于傳感器的信號放大，特別是微弱信號及具有較大共模干擾的場合。 測量放大器除了對低電平信號進(jìn)行線性放大外，還擔(dān)負(fù)著阻抗匹配和抗共模干擾的任務(wù)，他具有高共模抑止比、高速度、高精度、寬頻帶、高穩(wěn)定性、高輸入阻抗、低輸出阻抗、低噪聲等特點(diǎn)。 測量放大器的組成 電氣與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 5 測量放大器的基本電路如圖 23 所示。 23 測量放大器的原理圖 測量放大器的放大倍數(shù)用下面公式計算 ?????? ????GGI RRRRRRUUG 39。11230 1 式中， GR 為用于調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的外接電阻，通常 GR 采用多圈電位器，并靠近組件，若距離較遠(yuǎn)，應(yīng)將聯(lián)線膠合在一起，改變 GR 可使放大倍數(shù)在 1～ 1000范圍內(nèi) 調(diào)節(jié)。 實用測量放大器 目前，國內(nèi)外已有不少廠家生產(chǎn)了許多型號的單片機(jī)測量放大器芯片。供用戶選擇，美國公司提供的有 AD52 AD52 AD61 AD605 等。國內(nèi) 749 廠生產(chǎn)的有 ZF60 ZF60 ZF60 ZF606 等。在信號處理中需對微弱信號放大時，可以不必再用分立的通用運(yùn)算放大器來構(gòu)成測量放大器。采用單片機(jī)測量放大器芯片顯然具有性能優(yōu)異、體積小、電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。下面介紹兩種單片機(jī)測量放大器。 AD521 AD521 的管腳功能與基本接法如圖 2— 4所示 圖 2— 4 AD521 的管腳功能與基本接法 (a) 管腳功能 (b) 基本接法 管腳 OFFSET(4， 6)用來調(diào)節(jié)放大器零點(diǎn)，調(diào)節(jié)方法是將該端子接到 10?k 電電氣與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 6 位器的兩固定端，滑動端接負(fù)電源端。測量放大器計算公式為 GSINOUT RRUUG ?? 放大倍數(shù)在使用 AD521（或其他測量放大器）時，都要特別注意為偏置電流提供回路，為此，輸入（ 1 或 3）端必須與電源的地線相連構(gòu)成回路，可以直接相連，也可以通過電阻相連。圖 2— 4 中給出了信號處理電路中與傳感器不同的耦合 方式下的接地方法。如下圖： AD521 的輸入信號耦合方式 (a)變壓器耦合 （ b）熱電偶直接耦合 （ c）電容器耦合，通過電阻 R 為偏置電流提供回路 雖然熱電偶的每度所對應(yīng)的熱電動勢只有幾十微伏，對于電路技術(shù)和微電子技術(shù)發(fā)展到今天，檢測幾十微伏的電壓信號的電路還是相當(dāng)多的。設(shè)計這樣的放大器是不太困難的，但是在設(shè)計電路時，還必須小心的選用有關(guān)元器件。下面我們以 K 類熱電偶為例設(shè)計有關(guān)的放大器。 Ω 圖 2— 5 K 型熱電偶的放大電路和元件 圖 2－ 5 是 K型熱電偶的放大 電路和元件。 AD521 測量放大器。 假設(shè)該電路實現(xiàn) 0～ 800℃所對應(yīng)電勢的放大，根據(jù)表 2－ 2所示的 K型熱電偶的溫差電勢，在 0℃時，溫差電勢 0V， 800℃時對應(yīng)的溫差電勢為 。如果要求該放大電路對于 0～ 800℃的溫差電勢，為配合之后的 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，在放大器 AD521 的輸出端輸出 0～ 20xxmV,那么，運(yùn)算放大器的增益應(yīng)為 倍。該增益只要調(diào)整 RG 就能達(dá)到，所以元件參數(shù)選為： RG=15KΩ。 電氣與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 7 表 2﹣ 1 熱電偶的溫差電勢 類 型 溫 度 K (mV) J (mV) E (mV) T (mV) － 200 － 100 0 ＋ 100 ＋ 200 ＋ 300 ＋ 400 ＋ 500 ＋ 600 ＋ 700 ＋ 800 ＋ 900 ＋ 1000 ＋ 1100 ＋ 1200 ＋ 1300 － ＋ 0 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － 0 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － 0 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － 0 ＋ ＋ ＋ ＋ MCS51 單片機(jī) 單片微型計算機(jī)（ Single Chip Microputer）簡稱單 片機(jī)，是指在一塊芯片上集成了中央處理器 CPU、隨機(jī)存儲器 RAM、程序存儲器 ROM 或 EPROM、定時器 /計數(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，用來實現(xiàn)對信號的檢測、數(shù)據(jù)的采集以及對應(yīng)用對象的控制。它具有體積小、重量輕、價格低、可靠性高、耗電少和靈活機(jī)動等許多優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)是微型計算機(jī)的一個重要分支，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)計的加熱爐的精度要求，選用 AT89S52 單片機(jī)作為中央處理器。 AT89S52 是 MCS－ 51 系列單片機(jī)的一種型號，在 MCS－ 51系列單片機(jī)中還有 805 803 80C31 等。 本設(shè)計采用 MCS51 單片機(jī)的 AT89S52作為 CPU, MCS51系列單片機(jī)有十多個品種 . ? MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS51 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)存儲器、 4 個 I/O口、串行口、定時器 /計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。 SP 是堆棧指針寄存器， PC 是程序計數(shù)器， PSW 是程序狀態(tài)字寄存器， DPTR 是數(shù)據(jù)指針寄存器。 一個完整的計算機(jī)應(yīng)該由運(yùn)算器、控制器、存儲器（ ROM 及 RAM）和 I/O 接口組成。一般微處 理器（如 Z80）只包括運(yùn)算器和控制器兩部分。和一般為處理器相比， 8051 增加了四個 8 位 I/O 口、一個串行口、 4KB ROM、 128B RAM、很多工作寄存器及特殊功能寄存器（ SFR）。各部分的功能簡述如下。 ① 中央處理單元（ CPU） 電氣與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 8 CPU 是單片機(jī)的核心，是計算機(jī)的控制和指揮中心，由運(yùn)算器和控制器等部件組成。 a) 運(yùn)算器：包括一個可進(jìn)行 8 位算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的單元 ALU， 8 位的暫存器 暫存器 2， 8 位的累加器 ACC，寄存器 B 和程序狀態(tài)寄存器 PSW 等。 ALU：可對 4 位（半字節(jié)）、 8 位（一字節(jié)）和 16 位（ 雙字節(jié)）數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。能做加減、乘、除、加 減 BCD 數(shù)十進(jìn)制調(diào)整及比較等算術(shù)運(yùn)算和與、或、異或、求補(bǔ)及循環(huán)移位等邏輯操作。 ACC：累加器 ACC 經(jīng)常作為一個運(yùn)算數(shù)經(jīng)暫存器 2 進(jìn)入 ALU 的輸入端，與另一個來自暫存器 1 的運(yùn)算數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果又送回 ACC。除此之外， ACC 在8051 內(nèi)部經(jīng)常作為數(shù)據(jù)傳送的中轉(zhuǎn)站。在指令中用助記符 A來表示。 PSW：程序狀態(tài)字寄存器， 8 位，用于指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息，相當(dāng)于一般微處理器的標(biāo)志寄存器。 PSW 中各位狀態(tài)供程序查詢和判別用。 B： 8位寄存器，在乘、除運(yùn)算時， B寄存 器用來存放一個操作數(shù)，也用來存放運(yùn)算后的一部分結(jié)果；若不做乘、除運(yùn)算時，則可作為通用寄存器使用。 b) 控制器：包括程序計算器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、振蕩器及定時電路等。 ② 存儲器 8051 片內(nèi)有 ROM（程序存儲器，只能讀）和 RAM（數(shù)據(jù)存儲器，可讀可寫）兩類，它們有各自獨(dú)立的存儲地址空間，與一般微機(jī)的存儲器配置方式很不相同。 ③ I/O 接口 8051 有四個 8位并行接口，即 P0P3。它們都是雙向端口，每個端口各有 8條 I/O 線，均可輸入 /輸出。 P0P3 口四個鎖存器同 RAM 統(tǒng)一編址，可以把 I/O口當(dāng)作一般特殊功能寄存器來尋址。 MCS51 系列單片機(jī)引腳 MCS— 51 系列單片機(jī)芯片均為 40 個引腳， HMOS 工藝制造的芯片采用雙列直插方式封裝，其引腳示意及功能分類。下面按引腳功能分為 4部分?jǐn)⑹龈饕_的功能。 這 40 腳大致可分為：電源（ VCC、 VSS、 VDD、 VPD），時鐘（ XTAL XTAL2），I/O（ P0— P3），地址總線（ P0、 P2），數(shù)據(jù)總線（ BUS）和控制總線（ ALE、 RST、PROG 、 PSEN 、 EA） 6大部分。它們的功能簡述如下： 1．主電源引腳 Vcc（ 40 腳）：接 +5V 電源正端。 Vss（ 20 腳）：接 +5V 電源地端。 2．外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL