【正文】 比擬的。 單片微型計(jì)算機(jī)（ single chip microputer）被稱為單片機(jī)，它是各類專用控制器而設(shè)計(jì)的通用或?qū)Ｓ梦⑿陀?jì)算機(jī)系統(tǒng)，高密度集成了普通微機(jī)的微處理器、一定容量的 RAM 和 ROM 以及輸入 /輸出接口，定時(shí)器等電路于一塊芯片上構(gòu)成的。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。摘 要 智能溫度控制系統(tǒng) 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡潔明了。當(dāng)代計(jì)算機(jī)并非僅用于計(jì)算，它更廣泛地應(yīng)用到社會(huì)生活中的各個(gè)領(lǐng)域，從宇宙飛船到人造衛(wèi)星，從天氣預(yù)報(bào)到地震預(yù)報(bào)，從辦公自動(dòng)化到生產(chǎn)過程自動(dòng)化，都離不開計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)已成為促進(jìn)現(xiàn)代文明的進(jìn)步，推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展的 “ 智能工具 ” 。 （ 2） 面向控制，能針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得最佳的性能價(jià)格比。 （ 4） 單片機(jī)具有體積小、功耗低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，今年來還開發(fā)了一些以單片機(jī)母片（如 8051），在片中嵌入更多的專用型單片機(jī)，因此單片機(jī)在計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性 能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。 這些技術(shù)高精度高的自動(dòng)控制可以使用計(jì)算機(jī)來完成。當(dāng)爐溫達(dá)到一定溫度值后，預(yù)熱結(jié)束后爐溫開始下降，根據(jù)半導(dǎo)體器件的要求，當(dāng)爐溫降到某個(gè)設(shè)定值時(shí)，便要將推桿推進(jìn)一 個(gè)舟的距離，使舟中的摻雜物對準(zhǔn)外延片，并在外延片生長一片薄層。 控制任務(wù)指標(biāo)及要求： 摻雜推舟工作溫度范圍： 700 400℃ 推舟總距離：小 于 170mm 一次推舟距離： 20mm170mm 推舟的速度（可轉(zhuǎn)化為時(shí)間）： 7mm/s25mm/s 一次工序推舟次數(shù)： 16個(gè)舟 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 由于每種半導(dǎo)體器件在摻雜推舟中，其生長層數(shù)、舟長度、推舟速度以及推舟溫度都不完全相同，因而，在控制系統(tǒng)中必須配備簡易的鍵盤和顯示器，以便能夠輸入和顯示各種控制參數(shù)，以及控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止?？刂撇竭M(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)和時(shí)間間隔，便可以精確的控制位移和時(shí)間。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第四 章 硬件的選擇 單片機(jī)的選擇 在當(dāng)今的單片機(jī)世界里，現(xiàn)在世界上用量最大的幾種單片機(jī)是 MCS51 系列。在推舟過程中爐溫在 400～ 700℃ 之間，所以要求溫度傳感器的測量范圍在這個(gè)之間或有結(jié)余。（設(shè)計(jì)中選擇了型號的傳感器） 顯示器的選擇 題目要求能夠顯示所測得的溫度值實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。所以為了更方便的進(jìn)行操作，我們選擇 44式鍵盤， 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 溫度控制部分 我們要通過單片機(jī)的引腳來對溫度進(jìn)行控制，顯然，直接通過引腳對溫度的加熱設(shè)備進(jìn)行控制，不是很 現(xiàn)實(shí)，我們只有通過驅(qū)動(dòng)器來對引腳的信號進(jìn)行處理，來對溫度 進(jìn)行檢測和 控制 。為了補(bǔ)償熱電偶在測量過程中損失的熱電勢，我采用了電橋冷端補(bǔ)償法。由于時(shí)間 比較倉促 的關(guān)系在本設(shè)計(jì)中 我就 對其軟件部分 進(jìn)行了省略。 具 體的實(shí)現(xiàn)過程，將會(huì)在硬件，軟件部分詳細(xì)的進(jìn)行說明 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第五章 硬件設(shè)計(jì) 在實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)中需要用到單片機(jī)、 A/D 轉(zhuǎn)換、步進(jìn)電機(jī)、鍵盤、顯示器、傳感器 、電阻、電容等，具體器件介紹如下： 單片機(jī)基本系統(tǒng)： 單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它完成整個(gè)系統(tǒng)的信息處理及協(xié)調(diào)控制功能。 MCS51 系列單片機(jī)的各種型號都是以 8051 為核心電路發(fā)展起來的，因此他們都具有 MCS51的基本結(jié)構(gòu)與軟件特征。 （ 6） PSEN（ PROGRAM STOR ENABLE）：程序儲存使能端。 外接 ROM 時(shí)，與 ROM 的 /OE 腳連接。 ③ 8751 燒寫內(nèi)部 EPROM 時(shí)，利用此腳輸入 21V 的燒寫電壓。P2 口作為第二功能時(shí)，其中的許多口線是作為控制信號線使用的。 EA/VPP=21V，編程電壓，對于片內(nèi) EPROM 進(jìn)行編程。 ALE 端的負(fù)載能力為 8個(gè) LSTTL。在單片機(jī)中有廣泛的應(yīng)用。 PC4， B 口緩沖器信號線。 TIMEOUT，計(jì) 數(shù) / 定時(shí)器輸出端。 8155 的外型結(jié)構(gòu)如圖 所示： 8155 的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 8155 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括兩個(gè) 8位的并行輸入 /輸出端口， 256 個(gè)字節(jié)的靜態(tài) RAM，一個(gè)地址鎖存器，一個(gè) 14位的計(jì)數(shù) /定時(shí)器和控制邏輯電路。 A、 B 口具體工作于輸入還是輸出，又命令字的的 D D0 位決定。 C 口為 A 口提供 3 根控制 /狀態(tài)信號線（ C 口的另 3 位輸出）。計(jì)數(shù) /定時(shí)器的計(jì)數(shù)值和工作方式，由 8 位計(jì)數(shù) /定時(shí)器寄存器設(shè)定，如下圖 所成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 示： 其中， T13~T0 為計(jì)數(shù)器值，范圍為 0002H~3FFFH， M M1 用于設(shè)置定時(shí)器的工作方式。如何定時(shí)器正在計(jì)數(shù)，那么，只有寫入啟動(dòng)命令之后，定時(shí)器才接收新的計(jì)數(shù)初值并按新的工作方式計(jì)數(shù)。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 I/O 的地址 命令 /狀態(tài)寄存器 7FF8H PA 口 7FF9H PB 口 7FFAH PC 口 7FFBH 定時(shí)器底 8位 7FFCH 定時(shí)器高 8位 7FFDH 前向通道 前向通道是信息采集的通道，主要包括傳感器、信號放大、 A／ D 轉(zhuǎn)換等電路。為了檢測溫度并控制推舟，這里采用了接觸式的溫度測量方法，以 熱電偶 作為測溫元件，置于工作區(qū)中。 ② 應(yīng)用范圍： 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 熱電偶適用于各行各業(yè)各個(gè)領(lǐng)域生產(chǎn)過程中－ 200℃ ～ 1300℃ 范圍內(nèi)的溫度測量，在特殊情況下，可測量 2800℃ 的高溫和 4K 的低溫。 兩種導(dǎo)體的接觸電勢 不同金屬自由電子密度不同，當(dāng)兩種金屬接觸在一起時(shí)，在結(jié)點(diǎn)處會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散， 濃度大的向濃度小的金屬擴(kuò)散。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 WRE2 溫度型傳感器屬于裝配式鎳鎘 康銅熱電偶傳感器，其工作范圍為 333～ 900℃ ，允許誤差在 ℃ ，時(shí)間常數(shù) t〈 90 ，該型號在系統(tǒng)中測量 400～ 700℃ 之間的溫度，經(jīng)查表知在 400℃ 時(shí)，其熱電動(dòng)勢為 ,在 700℃ 時(shí)其電動(dòng)勢為 熱電偶的的熱電動(dòng)勢計(jì)算公式： E =∑BITI 熱響應(yīng)時(shí)間：熱響應(yīng)時(shí)間也稱時(shí)間常數(shù)，它是用 來表示熱電偶對溫度變化感應(yīng)快慢的惰性參數(shù)，在溫度出現(xiàn)階躍變化時(shí)，熱電偶的輸出變化至相當(dāng)于該階躍變化的 ℅ 所需的時(shí)間。0℃, 而 R1=R2=R3=1Ω ，橋路電源電壓為 4V，由穩(wěn)壓電源供電， Rs 為限流電阻 ，其阻值因熱電偶不同而不同，電橋通常取在 20℃ 時(shí)平衡，這時(shí)電橋的四個(gè)橋臂電阻 R1=R2=R3=Rcu， a、 b 端無輸出?？梢杂煞至⒌钠骷M成，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 運(yùn)放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。這種運(yùn)放成為軌到軌（ railtorail）輸出運(yùn)算放大器。測量放大器又稱數(shù)據(jù)放大器、儀表放大器和橋路放大器，它的輸入阻抗高，易于與各種信號源匹配，而它的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流及輸入偏置電流小，并且溫漂較小。 A3實(shí)際上是一差動(dòng)跟隨器，其增益近似為 1。 實(shí)際電路中 A A2 采用低漂移高精度運(yùn)放 OP07 芯片，其輸入失調(diào)電壓溫漂αV IOS和 輸入失調(diào)電流溫漂 αI IOS都很小， OP07采用超高工藝和 “ 齊納微調(diào) ” 技術(shù)，使其 VIOS、 IIOS、 αV IOS和 αI IOS都很小，廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定積分、精密加法、比校檢波和微弱信號的精密放大等。15V ，一般應(yīng)大于或等于 177。V）： 75150 失調(diào)電壓漂移：（ 177。n A max:412 電壓噪聲（ 1Hz） :11 電源電壓： 4 經(jīng)過測量放大器放大后的電壓信號，其電壓范圍為 0～ 5V，此信號為模擬信號，計(jì)算機(jī)無法接受，故必須進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 前向通道硬件接線如圖： A/D 轉(zhuǎn)換器： 模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量和數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量是計(jì)算機(jī)與外部環(huán)境進(jìn)行聯(lián)系的主要形式。 【 1】 A/DC 0804 的基本原理 ADC0804 是用 CMOS 集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。s: ④ 轉(zhuǎn)換時(shí)間： 100181。 /RD：外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制腳輸出信號。 /INTR：中斷請求信號 輸出，低電平動(dòng)作。輸入單端正電壓時(shí)， VIN（ ）接地：而差動(dòng)輸入時(shí)，直接加入 VIN（ +）、 VIN（ ）。 VCC：電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓。滿刻度調(diào)整時(shí)，先給輸入端加入電壓 ，使?jié)M刻度所對應(yīng)的電壓值是 ，其中 是輸入電壓的最大值， 是輸入電壓的最小值。 （ 4）接地 模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中要特別注意到地線的正確連接，否則干擾很嚴(yán)重，以至影成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 響轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。 在模擬輸入信號較小時(shí)，如 0～ 伏時(shí)，自動(dòng)調(diào)零電容可選比積分電容 CINT大一倍，以減小噪聲， CAZ的值越大，噪聲越小，如果 CINT選為 ，則 CAZ=2CINT= 。為了完成設(shè)定檢測爐溫的變化溫度、等功能，并滿足溫度設(shè)定范圍為 400～ 700℃ 、最小區(qū)分度為 1℃ 的功能要求，鍵盤可由 10 個(gè)數(shù)字鍵及 6 個(gè)功能鍵組成 (確認(rèn)、設(shè)定溫度 )。為了簡化硬件電路，降低成本，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常采用動(dòng)它掃描的方法，解決多位 LED顯示的問題。由于視覺的暫留，可達(dá)到 “ 同時(shí) ” 顯示各位不同的數(shù)字和字符的目的。 8051的 經(jīng)反相器反相后與 8155 的片選端 CE 相連， 接 8155 的 I/O 口與 RAM 選擇端 IO/M， P0 口作為 數(shù)據(jù)總線與 8155 的 D0～ D7 相接， 8051 的 ALE 與 8155 的 ALE 相連。數(shù)碼管選共陽極接法，當(dāng)位控為 “1” 時(shí)，該數(shù)碼管 選通，動(dòng)態(tài)顯示用軟件完成，節(jié)省硬件開銷。 鍵盤可以分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤，編碼鍵盤的按鍵識別、去抖動(dòng)、鍵編碼都由硬件完成；非編碼鍵的上述功 能在少量的硬件支持下由軟件完成。 ? 單片機(jī)能夠有效地抑制鍵盤抖動(dòng)。 （ 1） 消抖措施 ： 在一般電路設(shè)計(jì)中，按鍵按下閉合后，應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)一個(gè)負(fù)脈沖。另一種就是軟件延時(shí)的方法來解決。當(dāng)閉和按健的健碼確定之后，再去查詢按鍵是否釋放，待按鍵釋放后再進(jìn)行處理，這樣即可消除釋放抖動(dòng)的干擾。 假設(shè) 0 鍵被按下 ,稱為被按鍵或閉合鍵 ,這時(shí) ,鍵盤矩陣中 A 點(diǎn)的行線和列線相通 . 行掃描法的基本原理是這樣的 :使一條列線為低電平 ,如果這條列線上沒有閉合鍵 ,則各行線的狀態(tài)都為高電平 。判斷有無按鍵按下的方法是：一，置 74922 的 x x x x4 為輸入狀態(tài)，從行線輸出低電平，讀入列線數(shù)據(jù)，若某一列線為低電平，則該列線上有鍵按下。通過循環(huán)掃描方式可以重復(fù)掃描是否有鍵按下，并在鍵按下后等待一定時(shí)間，在這段時(shí)間可以消除按鍵的抖動(dòng)。 上限、下限兩鍵 是 分別進(jìn)行溫度上下限設(shè)定的按鍵 。 74922 引腳說明及功能 ⒈ 引腳說明 ： X1~X2：列。 D~A：按鍵值輸出，依 BCD碼輸出。改善這類系統(tǒng)可靠性的一種簡單、有效的措施是采用看門 狗電路。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。表格數(shù)據(jù)是按一定規(guī)律增長的數(shù)據(jù) (0～ 655℃) ，表格中電壓值與溫度值一一對應(yīng)，表格中的電壓值是熱電偶輸出信號乘以放大倍數(shù) (150)以后的結(jié)果，變成十六進(jìn)制數(shù)進(jìn)行存放，低位在前，高位在后，因而它的數(shù)據(jù)地址可以代表溫度值，用查找的內(nèi)容的地址減去表格首地址 0270H 后再除以 2(雙字節(jié)存放 )即為溫度值。 程序設(shè)計(jì)流程說明： 1) 系統(tǒng)初始化程序：首先完成變量的設(shè)定，中斷入 口的設(shè)定、堆棧、輸入輸出口及外部部件的初始化。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 主程序 流程 圖 如下： 注： 主程序框圖說明： （ 1）初始化。由T1 溢出引發(fā)的中斷服務(wù)程序用于設(shè)置定時(shí)標(biāo)志，程序流程如圖所示。主程序 ORG 000BH JMP TT0