【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 盤(pán) 顯示 報(bào)警 通訊 溫度檢測(cè)電路 傳感器 電 阻 爐 溫度控制 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 10 和設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，如果溫度超過(guò)上限溫度，則會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路，便于值班人員進(jìn)行檢修，以保證正常的生產(chǎn)。 液晶顯示：用于顯示電阻爐的實(shí)時(shí)溫度，便于人工和自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)溫度的監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)超出上限溫度的時(shí)候及時(shí)反饋給系統(tǒng)或值班人員，也可顯示設(shè)定時(shí)間，實(shí)際時(shí)間，使工作人員能更清楚和準(zhǔn)確的了解電阻爐當(dāng)前的運(yùn)行情況。 鍵盤(pán)：是人工設(shè)定時(shí)間，溫度等的輸入通道，單片機(jī) I/O 接口控制，通過(guò)鍵盤(pán)錄入設(shè)定時(shí)間，設(shè)定溫度，有的按鍵在不同的情況下可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。 溫度控制電路：在設(shè)定溫度與反饋過(guò)來(lái)的電阻溫度出現(xiàn)偏差，單片機(jī)觸發(fā)溫度控制電路，調(diào)節(jié)電阻爐的溫度，直至達(dá)到生產(chǎn)要求的溫度。 單片機(jī)的選擇 單片機(jī) AT89c51 的介紹 單片機(jī)自 20 世紀(jì) 70 年代問(wèn)世以來(lái)，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機(jī)體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好。由于具有以上優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，如工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀表、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等各個(gè)方面。 本設(shè)計(jì)采用 MCS51 系列單片機(jī) AT89C51 作為控制機(jī)構(gòu)的核心。 AT89C51 是一種帶 4K字節(jié) FLASH存儲(chǔ)器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8位微處理器，可以按照常規(guī)辦法進(jìn)行編程，也可以在線(xiàn)編程。外形及引腳排列如圖 。 圖 單片機(jī) AT89C51 的引腳圖 AT89C51 單片機(jī)的功能特性 與 MCS51 兼容 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 11 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128 8位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線(xiàn) 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 AT89C51 單片機(jī)的基本組成 1． CPU： CPU 是單片機(jī)的核心部分， CPU 包括兩個(gè)基本部分：運(yùn)算器和控制器。 ① 運(yùn)算器：運(yùn)算器即算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 ALU（ Arithmetic Logic Unit）是進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算的部件?？蓪?shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。操作的結(jié)果一般送回累加器 ACC（ Accumulator），而其狀態(tài)信息送至程序狀態(tài)寄存器 PSW（ Program Status Word）。 ② 控制器：控制器是用來(lái)控制計(jì)算機(jī)工作的部件?？刂破鹘邮諄?lái)自存儲(chǔ)器的指令，使各部分協(xié)調(diào)工作， 完成指令所規(guī)定的操作。 2．內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： AT89C51芯片內(nèi)共有 256B（地址為： 00H～ FFH）的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其中高 128B（地址為： 80H～ FFH）被專(zhuān)用寄存器占用，能作為寄存器供用戶(hù)使用的只是低 128B（地址為： 00H～ 7FH），用于存放可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如程序執(zhí)行過(guò)程中的變量。 3．內(nèi)部程序存儲(chǔ)器： AT89C51 共有 4KB（地址為： 0000H～ 0FFFH）的 flash程序存儲(chǔ)器，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格常數(shù)。 4．定時(shí) /計(jì)數(shù)器：定時(shí)計(jì)數(shù)器 AT89C51 共有兩個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù) 器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用于對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)；也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)運(yùn)行的控制。 5．并行 I/O 口：并行口共有 4 個(gè) 8 位的 I/O口（ P0、 Pl、 P P3）。每個(gè) 8 位的口，既可用作輸入口，也可用作輸出口，每個(gè)口即可以 8 位同步讀寫(xiě)，又可對(duì)每一位進(jìn)行單獨(dú)的操作，十分的方便。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 12 6．串行口： AT89C51 單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行接口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。 7．中斷控制系統(tǒng)： AT89C51 單片機(jī)有較強(qiáng)的中斷系統(tǒng)，可以滿(mǎn)足控制應(yīng)用的 需要。 AT89C51 的中斷系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷源，包括兩個(gè)外中斷、 兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)中斷和一個(gè)串行口中斷。 8．時(shí)鐘電路： AT89C51 芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。 AT89C51 單片機(jī)引腳及其功能 （一） 主電源引腳 VCC和 GND VCC：供電電壓。 GND：接地。 （二） 輸入 /輸出（ I/O)引腳 P0、 P P2和 P3 P0口： P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng)P0 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為 高阻 輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 管腳 （備選功能） RXD（串行輸入口） 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 13 TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 （三）控制信號(hào)引腳 RST、 ALE/PROG、 /PSEN、 /EA/VPP RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí) ，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程 序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000H～ FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（ VPP）。 （四）時(shí)鐘電路引腳 XTAL1和 XTAL2 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部 時(shí)鐘信號(hào) 要通過(guò)一個(gè)二分 頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 單片機(jī)的復(fù)位電路 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 14 手動(dòng)復(fù)位電路：為確保單片機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般單片機(jī)電路正常工作需要供電電源為 5V177。 5%，即 ～ 。由于單片機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)只有當(dāng) VCC 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，單片機(jī)電路才開(kāi)始正常工作。 復(fù)位電路的工作原理如下圖所示， VCC 上電時(shí)， C充電，在 1K 電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒后， C充滿(mǎn)， 1K電阻上電流將為 0，電壓也為 0，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下 S， C放電。 S松手， C又充電，在 10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。幾個(gè)毫秒后，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。 圖 手動(dòng)復(fù)位電路 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 本系統(tǒng)使用 AT89C51 單片機(jī)片內(nèi)振蕩和時(shí)鐘產(chǎn)生電路外接微調(diào)電容和振蕩晶體來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘周期信號(hào)來(lái)完成對(duì)時(shí)間周期的準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，不但節(jié)省了開(kāi)支，而且提高元件利用效率。 AT89C51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體及電容接在放大器的反饋回路中并構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。電容容量的大小會(huì)稍微影響振蕩頻率的高低，振蕩器工作的穩(wěn)定性用石英晶體電容使用 30pf，后面的電容是負(fù)載電容，可以用來(lái)微 調(diào) 晶體振蕩頻率，這個(gè)電容要根據(jù)所用晶體來(lái)選擇。晶振電路如下圖所示。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 15 圖 時(shí)鐘電路 前向通道設(shè)計(jì) 溫度采集電路部分包括：傳感器，信號(hào)調(diào)理電路， A/D 轉(zhuǎn)換。 從資料中查到，目前在溫度測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)除了廣泛使用熱電偶外，電阻溫度計(jì)也得到了廣泛的應(yīng)用，尤其工業(yè)生產(chǎn)中 120～ +500℃范圍內(nèi)的溫度測(cè)量常常使用電阻溫度計(jì)。由于本系統(tǒng)要求的溫度屬于中高溫范圍，所以本系統(tǒng)采用 K型（鎳鎘 鎳硅）熱電偶，可測(cè)量 1312℃，其線(xiàn)性度較好，而且價(jià)格便宜。 K型熱電偶的輸出時(shí)毫伏級(jí)電壓信號(hào)，最終要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)與 CPU 通信。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)電路采用“傳感器 濾波器 放大器 冷端補(bǔ)償 線(xiàn)性化處理 A/D 轉(zhuǎn)換”模式，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多、電路復(fù)雜、精度低。在本系統(tǒng)中，采用的是高精度的集成芯片 MAX6675來(lái)完成“熱電偶電勢(shì) 溫度”的轉(zhuǎn)換，不需要外圍電路、 I/O 接線(xiàn)簡(jiǎn)單、精度高、成本低。 本次設(shè)計(jì)采用的 MAX6676 是 MAXIM 公司開(kāi)發(fā)的 K型熱電偶轉(zhuǎn)換器，集成了濾波器、放大器等，并帶有熱電偶斷線(xiàn)檢測(cè)電路，自帶冷端補(bǔ)償，能將 K 型熱電偶輸出的電勢(shì)直接轉(zhuǎn)換成 12位數(shù)字量，分辨率 ℃，工作電壓 ～ 。溫度數(shù)據(jù)通過(guò) SPI 端口輸出給單片機(jī)，其冷端補(bǔ)償?shù)姆秶?20～ 80℃，測(cè)量范圍 0～1024℃。 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) K 型熱電偶的介紹 K型熱電偶作為一種溫度傳感器， K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。 K 型熱電偶可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)中從 0℃ 到 1300℃ 范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。 圖 型熱電偶圖片 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 16 K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線(xiàn)盒等主要部件組成。 K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。 K型熱電偶絲直徑一般為 ～ 。 正極（ KP）的名義化學(xué)成分為： Ni： Cr=92： 12，負(fù)極（ KN）的名義化學(xué)成分為： Ni： Si=99： 3，其使用溫度為 200～ 1300℃ 。 K型熱電偶具有線(xiàn)性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶(hù)所采用。 K型熱電