【正文】 8 的進(jìn)步和檢測(cè)設(shè)備、儀表性能的提高，專家系統(tǒng)、模糊控制等技術(shù)正在加熱爐燃燒控制上得到越來越廣泛的應(yīng)用。這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱為微控制技術(shù)。 ② 智能儀器儀表方面。 ② 可靠性好，應(yīng)用范圍廣。此階段的主要特征是一方面發(fā)展 16 位單片機(jī)、 32 位單片機(jī)及專用型單片機(jī)；另一方面不斷完善高檔 8 位單片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同用戶的需要。 單片機(jī)的發(fā)展 ? 單片機(jī)的歷史及發(fā)展概況 根據(jù)單片機(jī)發(fā)展過程中各個(gè)階段的特點(diǎn)，其發(fā)展歷史大概可劃分為以下四個(gè)階段： ① 第一階段（ 1974～ 1976）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的初級(jí)階段。硬件和軟件二者相互依賴，缺一不可。 圖 2－ 2 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 單片機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)芯片，在實(shí)際應(yīng)用中通常很難將單片機(jī) 直接和受控對(duì)象進(jìn)行電氣連接，必須外加各種擴(kuò)展接口電路以及外部設(shè)備 。 由于單片機(jī)在應(yīng)用時(shí)通常是處于被控系統(tǒng)的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式進(jìn)行使用，為了強(qiáng)調(diào)其“嵌入”的特點(diǎn)，也常常將單片機(jī)稱為嵌入式微控制器 （ EMCU） 。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)， 其給定值從鍵盤輸入，由微機(jī)構(gòu)成的數(shù)字控制器采用模糊控制算法，進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算、控制效果較好。 在工業(yè)生產(chǎn)中，有很多行業(yè)有大量的加熱設(shè)備，如用于熱處理的加熱爐、用于熔化金屬的坩堝爐，以及各種不同用途的加熱爐，反應(yīng)爐，這樣溫度就成為了工業(yè)對(duì)象中一種重要的被測(cè)控對(duì)象，但是由于爐子的種類 ，用途不同，因此，采用的加熱方法及燃料也就不同，如煤氣、天然氣、油、電等，但究其控制系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性而言，基本上都是一階純滯后環(huán)節(jié)。起先由于電阻爐的發(fā)熱體為電阻絲，傳統(tǒng)方法大多采用儀表測(cè)量溫度，并通過控制交流接觸器的通斷時(shí)間比例來控制加熱功率。 54 溫度控制子程序設(shè)計(jì) 51 數(shù)字濾波子程序 FILTER 設(shè) 計(jì) 34 模擬量輸入通道設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問題 25 顯示管與單片機(jī)的接 口設(shè)計(jì) 23 LED 顯示電路設(shè)計(jì) 14 單片機(jī)控制系統(tǒng)的概念 9 硬件設(shè)計(jì) 2 單片機(jī)的概述 人機(jī)接口電路部分能實(shí)現(xiàn)溫度設(shè)定、溫度顯示、超溫報(bào)警等功能。在溫度控制方面，單片機(jī)能夠代替常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)器。本著在滿足系統(tǒng)性能要求的前提下，盡可能的減少硬件成本。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī) 爐溫控制 接口電路 合肥學(xué)院計(jì)算機(jī)控制設(shè)計(jì) 2 目錄 第一章 前言 5 爐溫控制的發(fā)展現(xiàn)狀與方向 10 軟件設(shè)計(jì) 11 單片機(jī)爐溫控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 11 確定控制任務(wù) 31 蜂鳴器 34 模擬量輸入通道硬件設(shè)計(jì) 37 第七章 開關(guān)量輸出通道及接口設(shè)計(jì) 51 子程序設(shè)計(jì) 57 第九章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 64 第十章 結(jié)論 溫度控制是許多設(shè)備 的重要的構(gòu)成部分，它的功能是將溫度控制在所需要的溫度范圍內(nèi)，以利于進(jìn)行工件的加工與處理。而且微型計(jì)算機(jī)在智能溫度測(cè)量和控制電器中的控制作用是一種智能行為，所以，它在能量消耗上是比較少的，和普通儀表溫度測(cè)量相比，智能溫度測(cè)量與控制電器是一種節(jié)能電器。 本系統(tǒng)以 MCS51 單片機(jī)為核心構(gòu)成一個(gè)智能爐溫控制系統(tǒng)，具有對(duì)電 爐溫度的定時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)，參數(shù)顯示和打印，存儲(chǔ)必要的信息等功能。它在工業(yè)控制、數(shù)控采集、智能化儀表、辦公自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用，可以毫不夸張地說，單片機(jī)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一 個(gè)國家工業(yè)發(fā)展的標(biāo)志之一。用戶可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成各種不同應(yīng)用 功能 的控制系統(tǒng)，即通用單片機(jī)有一個(gè)再設(shè)計(jì)的過程。 ? 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是以 單片機(jī)為核心，配以輸入、輸出、顯示、測(cè)量和控制等外圍電路和軟件，能實(shí)現(xiàn)一種或多種功能的實(shí)用系統(tǒng) 。主要有： ① 邏輯分析儀：只能用于簡(jiǎn)單的單片機(jī) 系統(tǒng)； ② 微型計(jì)算機(jī)：用于復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)； ③ 在線仿真器：進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)和 EPROM 寫入。以 Intel 公司制造的 MCS48 系列單片機(jī)為代表 。 計(jì)算機(jī)廠家已投放市場(chǎng)的產(chǎn)品就有 70 多個(gè)系列， 500 多個(gè)品種。單片機(jī)的邏輯控制功能很強(qiáng)，指令系統(tǒng)有各種控制功能指令，可以對(duì)邏輯功能比較復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行控制。 ⑤ 導(dǎo)彈與控制方面：導(dǎo)彈控制、魚雷制導(dǎo)控制、智能武器裝備、飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng) 等 。隨著檢測(cè)設(shè)備、儀表、計(jì)算機(jī)水平的提高， 90 年代我國軋鋼企業(yè)配置計(jì)算機(jī)控制的連續(xù)加熱爐逐漸增多，并進(jìn)行了不同程度 的控制，由于各自的控制內(nèi)容和使用情況不同，所得到的效果也不盡相同。合理的總體設(shè)計(jì)來自對(duì)于系統(tǒng)要求的全面分析和對(duì)于實(shí)現(xiàn)方法的正確選擇。 ⑦ 系統(tǒng)的工作環(huán)境如何，是否需要加強(qiáng)抗干擾設(shè)施。 ? 微處理器的選擇： 從元件級(jí)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，微處理器一般都選擇單片機(jī)。作為實(shí)際控制系統(tǒng)的完整輸入通道，還包括信號(hào)的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)輸入通道時(shí)需要統(tǒng)一考慮。 ? 硬件合成： 軟件設(shè)計(jì) ? 主程序和各模塊程序的設(shè)計(jì)： 根據(jù)確定的算法流程圖，分別編寫主程序和各模塊程序。 ⑦ 主程序和各模塊程序的設(shè)計(jì)完成后，連接成為一個(gè)完整的程序。 ② 要求實(shí)時(shí)顯示電爐溫度，顯示位數(shù)為 4 位，即176。單片機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。 8031 片 內(nèi)沒有 EPROM，但它在市場(chǎng)上的價(jià)格很低，只需在片外擴(kuò)展一片 EPROM 就可構(gòu)成 8751，所以使用非常廣泛。 ALU：可對(duì) 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。 另外， 8051 片內(nèi)還有一個(gè)布爾處理器 ，它以 PSW 中的進(jìn)位標(biāo)志位 CY 為其累加器（在布爾處理器及其指令中以 C代替 CY），專門用于處理位操作。該脈沖信號(hào)就作為 8051 工作的基本節(jié)拍，即時(shí)間的最小單位。 ③ I/O 接口 8051 有四個(gè) 8 位并行接口，即 P0P3。此信號(hào)每機(jī)器周期出現(xiàn) 2次，只在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間才不輸出 ALE。 EA /VDD：引腳號(hào) 31，訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)輸入端。在編程校驗(yàn)期間，用于輸入低 8位地址。在使用外部振蕩源時(shí)，此端用于輸入外部振蕩信號(hào)。 圖 45 時(shí)鐘電路接線圖 復(fù)位及其復(fù)位電路 復(fù)位操作 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是將程序計(jì)數(shù)器 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 8051 的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見下圖。因此選用 8031 作為 CPU，選用 2732（ 4KB）作為 EPROM。只要電源的上升時(shí)間不超過 1ms，就可以 完成自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源時(shí)就完成了復(fù)位操作。 合肥學(xué)院計(jì)算機(jī)控制設(shè)計(jì) 21 復(fù)位不影響片內(nèi) RAM 的內(nèi)容，但對(duì) SFR 中的一些寄存器有影響，如表 27 所示。 如果單片機(jī)是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。 P3 的每一根線還有特殊的第二功能，如表 42示。 ? I/O 線 P0（ BUS）：引腳號(hào) 32— 39，單片機(jī)的雙向數(shù)據(jù)總線和低 8位地址總線。此信號(hào)在每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生 2 次有效，在執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器取指時(shí)無效。 圖 44 mcs51單片機(jī)引腳 圖 這 40 腳大致可分為：電源（ VCC、 VSS、 VDD、 VPD），時(shí)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。 在這 128B 的 RAM 中，有 32個(gè)字節(jié)單元可指定為工作寄存器，這同一般微處理器不同。改變 PC 的內(nèi)容就可改變程序執(zhí)行的方向。在指令中用助記符 A來表示。和一般為處理器相比， 8051 增加了四個(gè) 8 位 I/O 口、一個(gè)串行口、 4KB ROM、 128B RAM、很多工作寄存器及特殊功能寄存器（ SFR）。 合肥學(xué)院計(jì)算機(jī)控制設(shè)計(jì) 15 表 41 MCS51系列單片機(jī)性能表 ROM 形式 片內(nèi) ROM/B 片內(nèi) RAM/B 尋址 范圍 /B I/O 中斷源 /個(gè) 片內(nèi) ROM 片內(nèi) EPROM 外接 EPROM 計(jì)數(shù)器 /個(gè) 并行口 /個(gè) 串行口 /個(gè) 8051 8751 8031 4K 128 264K 216b 48b 1 5 80C51 87C51 80C31 4K 128 264K 216b 48b 1 5 8052 8752 8032 8K 256 264K