【正文】 相兼容；5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間；工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32μ S；一般功耗僅為15mW；8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC多種封裝；商用級芯片溫寬為0176。本設(shè)計(jì)采用的 A/D 轉(zhuǎn)換器為 ADC0832一．ADC0832 簡介ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。這個過程重復(fù)進(jìn)行 N 次(模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù))。根據(jù)這次比較，產(chǎn)生的二進(jìn)制代碼將是 11000000(模擬輸入電壓大于代碼電壓時)，或者是 10000000(模擬輸入電壓小于代碼電壓時)。假定輸人電壓大于參考信號的一半，對 8 位 ADC 來說，第一次比較將產(chǎn)生二進(jìn)制碼 10000000。第一次比較時，用輸入的電壓與參考信號電壓的一半(1/2 2)進(jìn)行比較。每次比較可以產(chǎn)生該位確切的二進(jìn)制值(0 或 1)。大多數(shù)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器基于逐次逼近和雙斜式轉(zhuǎn)換技術(shù)。模擬電壓轉(zhuǎn)換得到的二進(jìn)制碼的數(shù)值取決于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。用于特定用途的模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器可按其精度和速度分類。軟件的使用會降低模數(shù)轉(zhuǎn)換過程的速度。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)通過微機(jī)的輸入通道進(jìn)入微型機(jī)。A/D 轉(zhuǎn)換電路用來把連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字形式，即二進(jìn)制數(shù)。對于熱電偶信號處理來說，有三段就可以使精度達(dá)到 %以上。工作過程與 IC1 相同。IC2 的工作過程與此類似，不同的是 B 點(diǎn)電位比 A 點(diǎn)高。當(dāng)輸入信號電壓接近 IC1 的同相端時，湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)15IC1 的輸出逐漸降低，隨之，D1 逐漸導(dǎo)通，V4 逐漸增大，直到 V4 接近 A 點(diǎn)電壓為止。圖 310 折線近似法該種方法的電路原理圖如圖 310 所示。處理得好可以達(dá)到較高的精度。有時，由于在其一溫區(qū)有精度要求，那么就在該溫區(qū)對信號進(jìn)行調(diào)理，達(dá)到要求的目標(biāo)；在其它溫區(qū)可以放寬精度要求，甚至不要求，只作監(jiān)視用。(1)單反饋法：利用負(fù)反饋，可以改善其線性，但是很有限。這又給線性化增加了難度。C 時，該增加值下降。C 熱電勢增加最大的約為最小的 8 倍。C 升高到 1800176。熱電偶簡單分為裝配式熱電偶，鎧裝式熱電偶和特殊形式熱電偶；按使用環(huán)境細(xì)分有耐高溫?zé)犭娕?，耐磨熱電偶，耐腐熱電偶，耐高壓熱電偶，隔爆熱電偶，鋁液測溫用熱電偶，循環(huán)硫化床用熱電偶，水泥回轉(zhuǎn)窯爐用熱電偶，陽極焙燒爐用熱電偶，高溫?zé)犸L(fēng)爐用熱電湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)14偶，汽化爐用熱電偶，滲碳爐用熱電偶，高溫鹽浴爐用熱電偶，銅、鐵及鋼水用熱電偶，抗氧化鎢錸熱電偶，真空爐用熱電偶，鉑銠熱電偶等。熱電偶的結(jié)構(gòu)形式是熱電極，絕緣材料和保護(hù)管，并與顯示儀表、記錄儀表或計(jì)算機(jī)等配套使用。K型（鎳鉻－鎳硅）熱電偶可測量1300℃ 以內(nèi)的溫度，其線性度較好，而且價格便宜。所以使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20 不但可以節(jié)約單片機(jī)I/O口，還能使系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本降低。PT100與AD590都不能與單片機(jī)的I/O口直接相連，需要設(shè)計(jì)信號調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路。方案四：半導(dǎo)體集成數(shù)字溫度傳感器隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，新型溫度傳感器的種類繁多，應(yīng)用逐漸廣泛，并且開始由模擬式向著數(shù)字式、單總線式、雙總線式、多總線式發(fā)展。這種傳感器輸出線性好、精度高，而且可以把傳感器驅(qū)動電路、信號處理電路等，與溫度傳感器部分集成在同一硅片上，體積小，使用方便，應(yīng)用比較廣泛的有AD590等。熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線、顯示儀表組成。因此，熱電阻的湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)13引出線的電阻的變化會給測溫帶來影響。其中鉑熱電阻的測量精度是最高的，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制作成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電阻傳感器是中低溫區(qū)最常用的一種溫度傳感器。熱電偶傳感器的種類很多，在選擇時必須考慮其靈敏度、精確度、可靠性、穩(wěn)定性等條件。其優(yōu)點(diǎn)為精確度高、測量范圍廣、構(gòu)造簡單、使用方便，型號種類比較多且技術(shù)成熟等。方案一：熱電偶傳感器熱電偶傳感的原理是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢變化。本部分主要是論證溫度傳感器的選型。傳感器將被測信息如溫度、壓力、流量等轉(zhuǎn)換成電信號輸出，一般稱為一次變換。也就是說，傳感器是借檢測元件（敏感元件）將被測對象的一種信息按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成另一種信息的器件或裝置。由圖可以看出，運(yùn)算放大器有2 個輸入端，一個輸出和連接正、負(fù)電源線端子。電路設(shè)計(jì)者對集成電路內(nèi)部元件不感興趣，而只關(guān)心作為一個整體的單元性能。這種高增益放大器現(xiàn)在已廣泛用于各個方面，即使不再涉及數(shù)學(xué)運(yùn)算，但通常仍成為運(yùn)算放大器或 opamp。他在如飲品功率放大器、定時器、穩(wěn)壓器、傳感測試電路等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用?？梢岳孟率接?jì)算并修正測量誤差：EAB（t,0?C）= E AB（t,t 0）+ E AB（t 0,0?C）電橋補(bǔ)償法：湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)11圖 37 電橋補(bǔ)償法的接線圖本次設(shè)計(jì)采用計(jì)算修正法。計(jì)算修正法：當(dāng)熱電偶的冷端溫度 t0 ?0?C 時，由于熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測得的熱電勢 EAB（t，t 0）與冷端為 0 ?C 時所測得的熱電勢 EAB（t，0? C）不等。（2）將熱電偶的冷端置于電熱恒溫器中，恒溫器的溫度要略高于環(huán)境溫度的上限。采用這種方法可以消除冷端溫度 t0 不等于 0℃而引起的誤差。熱電偶的冷鍛溫度補(bǔ)償有四種方法：補(bǔ)償導(dǎo)線法；冷端補(bǔ)償法；計(jì)算修正法；電橋補(bǔ)償法。 溫度采集與傳感器圖35 熱電偶傳感器溫度檢測是本次設(shè)計(jì)前向通道的重要組成部分，它的精確程度將直接影響到控制效果。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)9盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。電容取 30PF 左右。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時鐘頻率就為 6MHz。時鐘振蕩電路如圖34所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 17Jun2022 Sheet of File: F:\三三 \三三三三\三三 \99三三三\ Drawn By:C730PFC630PFY1J1J2J1J2圖 34 時鐘振蕩電路單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTAL1 和引腳 XTAL2分別是反相放大器的輸入端和輸出端，由這個放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個自己振蕩器，這種方式形成的時鐘信號稱為內(nèi)部時鐘方式。復(fù)位電路如下圖 33 所示：圖 33 復(fù)位電路圖 時鐘電路時鐘電路提供單片機(jī)的時鐘控制信號，單片機(jī)時鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。RC 復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。MCS51 單片機(jī)通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。 復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動運(yùn)行的時候都需要復(fù)位，使中央處理器 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并且從這個初始狀態(tài)開始工作。 有 余 輸 入 至 內(nèi) 部 時 鐘 信 號 要 通 過 一 個 二 分 頻 觸 發(fā) 器 ， 因 此 對 外 部 時 鐘 信 號 的 脈寬 無 任 何 要 求 ， 但 必 須 保 證 脈 沖 的 高 低 電 平 要 求 的 寬 度 。 石 晶 振 蕩 和 陶 瓷 振 蕩 均 可 采 用 。振 蕩 器 特 性 ：XTAL1 和 XTAL2 分 別 為 反 向 放 大 器 的 輸 入 和 輸 出 。 XTAL1： 反 向 振 蕩 放 大 器 的 輸 入 及 內(nèi) 部 時 鐘 工 作 電 路 的 輸 入 。 注 意 加 密 方 式 1 時 EA 將 內(nèi) 部 鎖 定 為 RESET； 當(dāng) /EA 端 保 持 高 電 平 時 ， 此間 內(nèi) 部 程 序 存 儲 器 。 但 在 訪 問 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 時 ， 這 兩 次 有 效 的 /PSEN 信 號 將 不 出 現(xiàn) 。PSEN： 外 部 程 序 存 儲 器 的 選 通 信 號 。 另 外 ， 該 引 腳 被 略 微 拉 高 。 如 想 禁 止 ALE 的 輸 出 可 在 SFR8EH 地 址 上 置 0。 因 此 它 可 用 作 對 外 部 輸 出 的脈 沖 或 用 于 定 時 目 的 。 在 FLASH 編 程 期 間 ， 此 引 腳 用 于 輸 入 編 程 脈 沖 。 當(dāng) 振 蕩 器 復(fù) 位 器 件 時 ， 要 保 持 RST 腳 兩 個 機(jī) 器 周 期 的 高 電 平 時間 。 P3 口 也 可 作 為 STC89C52 的 一 些 特 殊 功 能 口 ， 如 下 所 示 ： /RXD（ 串 行 輸 入 口 ） ； /TXD（ 串 行 輸 出 口 ） ； /INT0（ 外 部 中 斷 0） ； /INT1（ 外 部 中 斷 1） ； T0（ 記 時 器 0 外 部 輸 入 ） ； T1（ 記 時 器 1 外 部 輸 入 ） ； /WR（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 寫 選 通 ） ； /RD（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 讀 選 通 ） ； P3 口 同 時 為 閃 爍 編 程 和 編 程 校 驗(yàn) 接 收 一 些 控 制 信 號 。 當(dāng) P3 口 寫 入 “1”后 ， 它 們 被 內(nèi) 部 上 拉 為 高 電 平 ， 并 用 作 輸 入 。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。輸出時可驅(qū)動4個TTL電平。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收低8位地址信息。輸出時可驅(qū)動4個TTL電平。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口是分時轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)6P0是一個8位雙向 I/O端口，端口置1時作高阻抗輸入端，作為輸出口時能驅(qū)動 8個TTL電平。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止其它所有部件工作，直到下一個硬件復(fù)位。4K 字節(jié)可系統(tǒng)編程的Flash 程序存儲器， 128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，看門狗(WDT)，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計(jì)數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。本電路的小系統(tǒng)主要由三部分組成，一塊AT89C52芯片、復(fù)位電路及時鐘電路。所謂最小系統(tǒng)，是指一個真正可用的單片機(jī)最小配置系統(tǒng)，對于片內(nèi)帶有程序存儲器的單片機(jī)，只要在芯片外接時鐘電路和復(fù)位電路就是一個小系統(tǒng)了。其電源供電電路如圖 32所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 13Jun2022 Sheet of File: F:\三三 \三三三三\三三 \99三三三\ Drawn By:R6510D10LEDJ4RCAGND+5V圖32 電源供電電路 單 片 機(jī) 的 主 控 單 元本部分主要介紹單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的工作電源為+5V，AT89C52電源輸入支持的電壓范圍為 5v~，且底層電路功耗很小。因此，AT89C52 是一湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)5種功能強(qiáng)、靈活性高，且價格合理的單片機(jī)，可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。片內(nèi)帶有一個 8KB 的 Flash 可編程、可擦除只讀存儲器（EPROM）。STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)如圖 31 所示：圖 31 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單 片 機(jī)在多數(shù)電子設(shè)計(jì)當(dāng)中，基于性價比的考慮，8 位單片機(jī)仍是首選。整個控制器主要有以下功能：(1)被控溫度可以根據(jù)實(shí)際的需要設(shè)定；(2)實(shí)時顯示當(dāng)前溫度值；(3)按鍵控制：a 、設(shè)置復(fù)位鍵、加一鍵、減一鍵、確定鍵；b、修改P、I、D系數(shù)；(4)越限報(bào)警。其主要的控制原理為：對被控對象的溫度進(jìn)行實(shí)時采集，其主要是通過熱電偶傳感器將溫度轉(zhuǎn)變成模擬電信號，并由A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832 將所得的模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量送入單片機(jī)中。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖如下圖21所示： 湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)3電阻爐溫度檢測電路傳感器鍵盤固態(tài)繼電器L E D 顯示A T 8 9 C 5 2單片機(jī)指示燈圖21 控制器設(shè)計(jì)總體框圖在本系統(tǒng)的電路由四部分組成:(1)控制部分主芯片采用單片機(jī)AT89C52；(2)顯示部分采用4位LED 數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示；(3)溫度采集部分采用K型熱電偶傳感器；(4)溫度控制部分采用固態(tài)繼電器。不斷重復(fù)該過程，使溫度始終保持在上下限溫度之間。而以往溫度控制是采用模擬信號，這種控制精度低，維護(hù)工作量大，易出故障，現(xiàn)在采用數(shù)字化儀表，精度高。 設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是電阻爐溫度控制系統(tǒng)，控制對象是溫度。將計(jì)算機(jī)做在一個芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時代。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時代，但是微型計(jì)算機(jī)的體積、價位、可靠性，都無法滿足廣大對象對嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路。使用自動溫度控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動控制，保證生產(chǎn)的自動化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。本文以電阻爐為控制對象，以單片機(jī)為硬件核心，利用單片機(jī)使電阻爐的溫度維持在一個穩(wěn)定的范圍。PID控制大滯后、大慣性、時變溫度系統(tǒng)時，其控制品質(zhì)難以保證。溫度控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個階