【文章內(nèi)容簡介】 字 0—9濟南職業(yè)學院、畢業(yè)設計 （論文） 9 和小數(shù)點；確認鍵一個， 設置的確認 ，修改設置溫度時進行確認；清除鍵一個，設置 的清除，修改設置溫度時進行刪除； F1 鍵一個，顯示及設置轉(zhuǎn)換到預設溫度點，按此按鍵后，顯示預設置溫度的數(shù)碼管閃爍；此外，還有兩個功能鍵。 圖 鍵盤接口 /LED 顯示 程序存儲器和并行接口的擴展及報警電路 MC551 系列單片機有三種基本型號： 8031， 8051 及 87510 它們的管腳及指令系統(tǒng)完全兼容，只是在結(jié)構(gòu)及特性方面有一些差異。 8031 是目前應用最多的。 8031 內(nèi)含一個 8 位的 CPU， 128 個字節(jié)的 ROM， 21 個特殊功能寄存器 (SFR)，4 個 8 位并行 I/O 口， 1 個雙工串行口， 2 個 16 位的 定時器 /計數(shù)器，但程序寄存器需用外擴 EPROM 芯片。本設計選用了 4KB 的 EPROM2732。外接 6MHZ的晶振體，即每個周期為 2 微妙，復位信號采用上電復位，通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。這樣只要電源 VCC 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的初始化。 因為 P0 口既要作為地址輸出口，還要作為數(shù)據(jù)讀入口所以外接了一個74LS373 八位雙向數(shù)據(jù)鎖存器，用來鎖存地址信號。 74LS373 是否工作由來自8031 的 ALE 數(shù)據(jù)鎖存允許信號控制，當 ALE 高電平時鎖存器開始工作。 擴展的 并行接口 8155 用于鍵盤和 LED 顯示接口由圖 可見，在 =0和 =0 時， 8155 選中它內(nèi)部的 RAM 工作；在 =1 和 =0 時， 8155 選中它內(nèi)部的三個 I/O 端口工作。相應的地址分配為： 濟南職業(yè)學院、畢業(yè)設計 （論文） 10 0000H 00FFH 8155 內(nèi)部 RAM 0100H 命令 /狀態(tài)口 0101H A 口 0102H B 口 0103H C 口 0104H 定時器低 8 位口 0105H 定時器高 8 位口 8155 用作鍵盤 /LED 顯示 器接口電路 A 口和所有 LED 的八段引線相連，各LED 的控制端 G 和 8155C 口相連，故 A 口為字形口， C 口為字位口， 8031 可以通過 C 口控制 LED 是否點亮，通過 A 口顯示字符。 2732 是 4KB 的 EPROM 型器件。 8031 的 ______PSEN 和 2732 的 ____OE 相連， 和 ___CE 相連，故 2732 的地址空間為： 0000H—0FFFH AD574 的 10VIN 通道和放大電路的輸出端相連，所以 10VIN 通道上輸入的0V—+10V 范圍的模擬電壓經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后可由 8031 通過程序從 P0 口輸入到它的內(nèi)部 RAM 單元，在 =0 和 WR=0 時， 8031 可使 ALE 和 START 變?yōu)楦唠娖蕉鴨?AD574 工作；在 =0 和 RD=0 時， 8031 可以從 AD574 接收 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。也就是說 AD574 可以視為 8031 的一個外部 RAM 單元，地址為03F8H（地址重復范圍很大），因此， 8031 執(zhí)行如下程序可以啟動 AD574 工作。 MOV DPTR， 03F8H MOVX @DPTR,A 若 8031 執(zhí)行下列程序： MOV DPTR， 03F8H MOVX A， @DPTR 則可以從 AD574 輸入 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 本設計的報警電路直接由 8031 的 ， ， 控制外接指示燈。編程實現(xiàn)燈的開關，若測量的溫度不越限，則 口的綠燈亮，若測量的溫度越下限 口的紅燈亮，若測量的溫度越上限則 口的燈亮。以上電路的具體連接如圖 濟南職業(yè)學院、畢業(yè)設計 （論文） 11 圖 程序存儲器和并行接口的擴展及報警電路 溫度控制電路 晶閘管又叫可控硅。自從 20 世紀 50 年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘 管、光控晶閘管、逆導晶閘管、可關斷晶閘管、快速晶閘管，等等。今天大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說的普通晶閘管，它是由四層半導體材料組成的，有三個 PN 結(jié)，對外有三個電極：第一層 P 型半導體引出的電極叫陽極 A，第三層 P 型半導體引出的電極叫控制極 G，第四層 N 型半導體引出的電極叫陰極 K,它和二極管一樣是一種單方 向?qū)щ娖鳌? 晶閘管的特點：是 “一觸即發(fā) ”。但是，如果陽極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導通。控制極的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導通，卻不能使它關斷。那么，用什么方法才能使導通的晶閘管關斷呢 ?使導通的晶閘濟南職業(yè)學院、畢業(yè)設計 （論文） 12 管關斷，可以斷開陽極電源或使陽極電流小于維持導通的最小值 (稱為維持電流 )。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動直流電壓，那么，在電壓過零時，晶閘管會自行關斷。 該控制部分的原理框圖如圖 ： 圖 溫度控制原理框圖 8031 對溫度的控制是通過可控硅調(diào)功電路實現(xiàn)的，雙向可控硅觀和加熱絲串接在交流 220V、 50HZ 交流市電回路中。在給定的周期 T 內(nèi)， 8031 只要改變可控硅管的接通時間便可改變加熱絲功率，以達到調(diào)解溫度的目的?？煽毓柙诮o定周期 T 內(nèi)具有不同接通時間的情況。顯然可控硅在給定周期 T 的 100%時間內(nèi)接通時的功率最大。 可控硅接通時間可以通過可控硅控制極上的觸發(fā)脈沖控制。該觸發(fā)脈沖由8031 用軟件在 引腳上產(chǎn)生，受過零脈沖同步后經(jīng)光耦管和驅(qū)動器輸出送到可控硅的控制級上。 過零同步脈沖是一種 50HZ 交流電壓過零時刻的脈沖，可使可控硅在交流電壓正弦波過零時刻觸發(fā)導通。過零同步脈沖由過零觸發(fā)脈沖電路產(chǎn)生，圖中電壓比較器 LM311 用于把 50HZ 正弦交 流電壓變成方波。方波的正邊沿和負邊沿分別作為兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)信號，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的兩個窄脈沖經(jīng)二極管或門混合后就可得到對應于交流 200V 市電的過零同步脈沖。此脈沖一方面作為可控硅的觸發(fā)同步脈沖加到溫度控制電路，另一方面還作為計數(shù)器220伏交流電 變壓器 比較器 雙向可控硅 單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器 同 步 光耦及驅(qū)動 單 片 機 觸 發(fā) 脈沖 加熱絲 濟南職業(yè)學院、畢業(yè)設計 （論文） 13 脈沖加到 8031 的 T0,T1 端。 光電耦合器，是近幾年發(fā)展起來的一種半導體光電器件， 把電子信號轉(zhuǎn)換成為光學信號，然后又回復電子信號的半導體器件。 由于它具有體積小、壽命長、抗干擾能力強、工作溫度寬及無觸點輸入與輸出及在電氣上完全隔離等特點，被廣泛地應用在電子技術領域及工業(yè) 自動控制領域中，它可以代替繼電器、變壓器、斬波器等，而用于隔離電路、開關電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換、邏輯電路、過流保護、長線傳輸、高壓控制及電平匹配等。 具體接法如圖 圖 溫度控制電路 濟南職業(yè)學院、畢業(yè)設計 （論文） 14 4 溫度控制系統(tǒng)的軟件設計 主程序設計及中斷服務程序設計 溫度控制主程序流程簡圖 溫度控制程序的設計應考慮如下問題： 1 爐溫采樣，數(shù)字濾波程序 2 鍵盤掃描，鍵碼識別和溫度顯示程序 3 溫度標度轉(zhuǎn)換程序 4 PID 計算程序（雙字節(jié)加法程序 DSUM，雙字求補 程序 CPL1，雙字節(jié)帶符號乘法程序 MULT1） 為簡化起見，本設計思想只給出有關 8031 本身的初始化， 8155 初始化，標志、暫存單元和顯示緩沖單元區(qū)清零、 T0 初始化，斷開 CPU 中斷、溫度顯示和鍵盤掃描等程序，詳細見附錄源程序清單，程序框圖如圖 所示。 圖 主程序流程簡圖 在主程序設計中，由于 T0 被設定為計數(shù)器方式 2，初值為 06H，故它的溢出中斷時間為 250 個過零同步觸發(fā)脈沖。為了保證系統(tǒng)正常工作， T1 中斷服開 始 8031 系統(tǒng)初始化 輸入被控參數(shù) 8155 初始化 鍵盤顯示器監(jiān)控程序 運 行 嗎？ N 開中斷 Y 濟南職業(yè)學院、畢業(yè)設計 （論文） 15 務程序的執(zhí)行時間必須滿足 T0 的這 一時間要求，因為 T1 的中斷是嵌套在 T0中斷之后的。 中斷服務程序設計 因為本設計中 T1 的中斷是嵌套在 T0 中斷之后的，而 T0 中斷是溫度控制系統(tǒng)的主程序，用于啟動 A/D 轉(zhuǎn)換、讀入采集數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報警和越限處理、 PID 計算輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。 引腳上輸出的該同步觸發(fā)脈沖寬度由 T1 計數(shù)器的溢出中斷控制， 8031 利用等待 T1 溢出中斷的時間完成把本次采樣值轉(zhuǎn)換成顯示值放入顯示緩沖區(qū)和調(diào)用溫度顯示程序。 8031從 T1 中斷服務程序返回后便可恢復現(xiàn)場和返回主程序，以待下次 T0 中斷。 在 T0 中斷服務程序中，還需要用到一系列程序，例如：采樣溫度子程序、數(shù)字濾波子程序、越限處理程序、 PID 計算程序、標度轉(zhuǎn)換程序和溫度顯示程序。 PID 計算程序中，也需要用到雙字節(jié)加法程序 DSUM，雙字求補程序 CPL1，雙字節(jié)帶符號乘法程序 MULT1。 T1 中斷服務程序流程圖如圖 ， T2 中斷程序流程圖如圖 . 圖 T1 中斷程序流程圖 T1 中斷程序 清標志位 D5H 停止輸出 返回 濟南職業(yè)學院、畢業(yè)設計 （論文） 16 圖 T0 中斷服務程序流程圖 保護現(xiàn)場 采樣爐溫 數(shù)字濾波 ＝上限？ 上限處理 清本次越限標志 恢復現(xiàn)場返回 ＞上限？ 清上次越限標志 ＝下限？ ＜下限？ 上次越限？ T1 中斷完？ Y N Y 置本次越限標志 計算 PID Y Y 取最大 PID 值輸出 下限報警 求 補 求 補 從 輸出 T1 初始化 溫度標度轉(zhuǎn)換 越限計數(shù)器 +1 越限 N 次？ 溫度顯示 上限報警 清越限標志 恢復現(xiàn)場 返回 濟南職業(yè)學院、畢業(yè)設計 （論文） 17 溫度控制程序子程序 鍵盤掃描和溫度顯示程序設計 1 為了簡化電路，降低成本，將所有的段選線并聯(lián)在一起，由一個 8 位 I/O口控制，而選通斷采用分時選通， LED 顯示器工作于共陰極動態(tài)顯示，逐位輪流點亮各個 LED，每一位保持 1ms，在 10ms—20ms 內(nèi)再一次點亮重復不止，這樣利用人的視覺暫留，好像 6 位 LED 同時點亮了，顯示子程序流程圖如圖 。 圖 顯示程序流程 2 本設計采用行列式矩陣鍵盤，單片機對它的控制采用程序掃 描即中斷查DIS 指向顯示緩沖區(qū)末址 7EH 先點亮最右邊的 LED 送位 控制信號 查表取字形碼 送出一位顯示 延時 1ms 指向下一格緩沖單元 R01 最左邊一位顯示嗎？ 位控制信號左移一位 結(jié)束 Y N LP0 濟南職業(yè)學院、畢業(yè)設計 （論文） 18 詢方式， A 口為選通口， B 口為顯示口， C 口為查詢輸入口。 鍵盤掃描子程序功能如下： （ 1）判斷鍵盤上有無鍵按下，方法為： PA 口輸出全掃描字 00H，讀 PC 口狀態(tài)，若 PC0—PC1 口全為 1，則鍵盤無鍵按下，若不全為 1 則有鍵按下。 （ 2）去鍵的機械抖動影響：在判斷有鍵按下后，軟件延時一斷時間（ 5ms—10ms）后再判斷鍵盤狀態(tài)，如果仍為有鍵按下狀態(tài)，則認為確實有鍵被按下；否則，按照鍵抖動處理。 （ 3）判別閉合鍵的鍵號：對鍵盤的列線進行掃描，掃描口為 PA0—PA7，依次輸出掃描字為 FEH， FDH， FBH， F8H， EFH， DFH， BFH， 7FH，讀出 PC口的狀態(tài)，若全為 1 則列線輸出為 0 的 這一列上沒有鍵閉合；否則，這一列有鍵閉合。閉合鍵的鍵號等于處于低電平的列號加上低電平的行的首鍵號，例如：PA 口的輸出為 11111101，讀出 PC1—PC0 為 01，則 1 行 1 列的鍵