【正文】 的 8 位數(shù)據(jù)線把這些控制字寫入 MAX197 來初始化相應(yīng)的參數(shù)。當(dāng)一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后 ， MAX197 相應(yīng)的 INT引腳置低電平 ， 通知處理器可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 及 內(nèi)部采樣模式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時序 。在第二個寫脈沖出現(xiàn)時 ， 寫入控制字 ACQMOD 為 0， MAX197 停止采樣 ， 開始Ａ /Ｄ轉(zhuǎn)換。在外部采樣模式 (D5=1)中 ， 由兩個寫脈沖分別控制采樣和 A/D 轉(zhuǎn)換。它可分為內(nèi)部采樣模式和外部采樣模式 ， 采樣模式由控制寄存器的 D5 位決定。 MAX197是 Maxim 公司推出的具有 12 位測量精度的高速 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ， 只需單一電源供電 ,且轉(zhuǎn)換時間很短 (6ms)， 具有 8 路輸入通道 ,還提供了標(biāo)準(zhǔn)的并行接口 —— 8 位三態(tài)數(shù)據(jù) I/O口 ， 可以和大部分單片機直接接口 ， 使用十分方便 。 芯片主要控制信號為 D：串行數(shù)據(jù)輸入端； a、 b、 d、 e、 f、 g：七段顯示輸出；工、 18 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ：字位選擇端，用來產(chǎn)生 LED 選通信號； OSC：振蕩器外接電容端，外接電容使片內(nèi)振蕩器產(chǎn)生 200～ 800Hz 掃描信號以防 LED 顯示器閃爍； CLK：時鐘輸入端，用以提供串行接收的控制時鐘，標(biāo)準(zhǔn)時鐘頻率為 50kHz；麗：使能端，為 0 時， MCl4499 允許接收串行 數(shù)據(jù)輸入，為 1時，片內(nèi)的移位寄存器將數(shù)據(jù)送入鎖存器中鎖存。另外，由片內(nèi)振蕩器經(jīng)過四分頻的 信號，經(jīng)位譯碼后提供 4 個位控信號，經(jīng)位驅(qū)動器至四位控制線 (I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ )。 由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案?？臻e方式停止 CPU 的工作．但允許RAM、定時／計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 其 片內(nèi) 4kbytes 可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器 (EPROM)和 128kbytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)， 32 個 I／ O 口線。由于電路簡單可自行設(shè)計印制電路板。負載 RL 為交流 220V/300W(電爐絲 )。雙向晶閘管 V5 用 TLC226B(3A/400V)或 TLC336A(3A/600V)。發(fā)光二極管 VD2 用 BT104(黃色 )， VD5 用 BT103(綠色 )。電阻 R1 為 56kΩ、 1/2W，R2 為 39kΩ、 1/4W， R3 為 27kΩ、 1/4W， R4 為 2kΩ、 1/4W， R5 為 47Ω、 1/2W， R6 為100kΩ、 1/2W(可變 )， R7 為 300Ω、 1/4W， R8 為 43kΩ、 1/2W。電阻 R電容 C2 為吸收回路，用來吸收 SA在選擋時所產(chǎn)生的干擾脈沖，否則在 SA 選擋過程中將對電視機、音響及其他電聲器件產(chǎn)生一定的干擾 。 發(fā)光二極管 VD VD5 作為信號指示，由于導(dǎo)通角不同，發(fā)光亮度各異。調(diào)節(jié)波段開關(guān) SA的擋位，可以改變電容 C1的充放電速率。為了使串行口的數(shù)據(jù)輸出速率與 MCl4499 接收速率相匹配，單片機的工作頻率應(yīng)為 3MHz。由內(nèi)部時序分時選通 4 個數(shù)碼管，進行動態(tài)顯示掃描。 MCl4499 的輸出端 A、 B、 C、 D、 E、F、 G、 DP 8 個腳分別接在 4 位一體 LED 的斷碼輸入端 (a、 b、 c、 d、 e、 f、 g)上。 AT89C51 的 RXD 提供串行輸出的 BCD 碼來顯示數(shù)據(jù)，TXD 提供串行移位脈沖。本接口只擴展了 8 個鍵，如不夠，還可串接。在單片機中對其進行數(shù)字濾波后，從串行口輸出。在本接口電路中，只使用三塊芯片構(gòu)成硬件譯碼鎖存的動態(tài) 15 顯示及鍵盤電路，動態(tài)掃描由硬件管理 。為了充分利用資源，使設(shè)計出的系統(tǒng)最小、最優(yōu)，我們在設(shè)計智能化測控儀表時，選用 AT89C51 單片機與 MCl4499 譯碼驅(qū)動器構(gòu)成串行口硬件譯碼顯示、鍵盤接口，既簡化電路又使單片機引腳得到充分利用。二是用串行口配上移位寄存器 74HC4060 構(gòu)成硬件譯碼靜態(tài)顯示、鍵盤接口電路。這時應(yīng)采用含有 P0、 P2 總線口的單片機，以便擴展并行口。RS232/RS485 轉(zhuǎn)換電路如 所示。 14 將上述轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于分布式溫度采集和控制系統(tǒng)中時，可獲得較為滿意的轉(zhuǎn)換效果（已有應(yīng)用實例）。當(dāng) RS232的 RTS 端為邏輯電平 0（ +12V）時，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，輸出端為 TTL 邏輯電平 0(0V)，此時選中 RS485 的 RE 端允許 RS485 發(fā)送。 該電路使用了三片光電耦合器 TLP5211 進行隔離，這使 PC 機與 SN75LBC184 之間完全沒有了 電的聯(lián)系，從而提高了工作的可靠性。筆者采用這種方案巧妙地利用光電耦合器的隔離特性和 RS232 工作時 RTS 線與 TXD線之間的電平關(guān)系，給出了簡單、可靠的電路設(shè)計。（ 2）通過 PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為 RS485 類型的擴展卡。 再次 應(yīng)用 RS485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián) 32 臺驅(qū)動器和32 臺接收器 ， 用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線 。 RS485 串行總線通信距離能夠達到幾千米再 加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至 200mV 的電壓， 因此 傳輸信號 即使 在千米以外 也能夠 得到恢復(fù)。 而 RS485 則 采用差分信號負邏輯 。 RS232 是為點對點（即只用一對收、 13 發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計的，其驅(qū)動器負載為 3KΩ～ 7KΩ。接收器典 型的工作電壓在 +3～ +12V 與 3～ 12V。典型的 RS232 信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在 +5～ 15V，負電平在 5～ 15V 電平。 RS232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。 12 圖 源設(shè)計 RS232/485 轉(zhuǎn)換電路 RS232 目前是 PC 機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。當(dāng)穩(wěn)壓器距離整流濾波電路比較遠時，在輸入端必須接入電容器（數(shù)值為 F ） ，以抵消線路的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。在 整流部分 則 采用了由四個二極管組成的橋式整流器成品（又稱橋堆） 。 W7800 系列三端 式穩(wěn)壓器輸出正極性電壓，一般有 5V、 6V、 9V、 12V、 5V、 18V 、24V 七個檔次，輸出電流最大可達 （加散熱片）。分別由 W7800 正壓單片穩(wěn)壓器， W7900 負壓穩(wěn)壓器， 100uH的電感，濾波電橋，整流電解電容，發(fā)光二極管（作用是降低集成穩(wěn)壓電路的輸入電壓和防止總線斷電時，電容所儲存的電荷向總線釋放）及發(fā)光二極管的限流電阻組成電源電路。選取合適的電阻值可以將 Pt100 的非線性誤差降到%，（ 0～ 500℃），由于電阻爐為定溫控制，在控溫點進行 精心地電路調(diào)整和測量校正，可以使溫度達到很高的精度。 式中二次項系數(shù)為負，當(dāng)溫度升高時， Rt 電阻值隨 著 增加稍 而 有下垂，呈現(xiàn)出非線性關(guān)系，必須進行非線性補償，如圖 溫度檢測電路以及 Pt100 的非 線性校正。電路剛開始運行時，可以通過調(diào)節(jié)電位器進行調(diào)零，使電路從零開始工作，即在檢測溫度為零度時，檢測電路輸出零。 有測溫元件 Rt 和電阻元件組成橋式電路，將有溫度變化所引起的鉑電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓信號送入放大器，由于鉑電阻安裝在測量現(xiàn)場 ，通過長線接入控制臺，為了減小引線電阻的影響，采用三線式法。 10 第 3 章 系統(tǒng)電路分析硬件 溫度檢測電路 本設(shè)計 采用鉑電阻作為溫度測 量元件。 根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的運行情況，這種控溫方法，精度比較高，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)的實際需要。微分調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出與偏差對時間的微分成比例，微分調(diào)節(jié)器在溫度有變化 “苗頭 ”時就有調(diào)節(jié)信號輸出，變化速度越快、輸出信號越強，故能加快調(diào)節(jié)速度，降低溫度波動幅度，比 例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分微分調(diào)節(jié)。 4）比例積分（ PI）調(diào)節(jié) 為了 “靜差 ”，在比例調(diào)節(jié)中添加積分（ I）調(diào)節(jié)積分，調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出信號與偏差存在隨時間的增長而增強，直到偏差消除才無輸出信號，故能消除 “靜差 ”比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分調(diào)節(jié) 。即：M=ke 式中： K比例系數(shù) 。（如管狀加熱器為加熱元件時，可采用三位式調(diào)節(jié)實現(xiàn)加熱與保溫功率的不同） 。（執(zhí)行器一般選用接觸器） 。從 T1 中斷返回后，再從 T0 中斷返回主程序并且、繼續(xù)顯示本次采樣溫度，等待下次 T0 中斷。脈沖寬度由 T1 計數(shù)器溢出中斷決定。首先使 T0 計數(shù)器產(chǎn)生定時中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周期。當(dāng)溫度沒有達到要求，控制電路利用雙向可控硅的通斷特性來決定加熱 電路的通電與斷電。該脈沖一方面作為可控硅的觸發(fā)同步脈沖加到控制電路中，另一方面還作為計數(shù)脈沖加到 AT89C51 的 T0 和 T1端 。該觸發(fā)脈沖由 AT89C51 用軟件在 引腳上產(chǎn)生，受過零同步脈沖同步后經(jīng)光耦合管和驅(qū)動管輸出送到可控硅的控制極上。在給定的周期 T 內(nèi)， AT89C51 只要改變可控硅管的接通時間便可改變加熱絲的功率，從而達到調(diào)節(jié)溫度的目的。本系統(tǒng)是對在 0～ 100℃范圍內(nèi)的電爐溫度進行精密測量。 電加熱自動控制原理 以 AT89C51 單片機為系統(tǒng)的控制核心，實現(xiàn)對溫度的采集、檢測和控制。 假 設(shè)周期Tc 內(nèi)導(dǎo)通的周期的波數(shù)為 n，每個周波的周期為 T，則調(diào)功器的輸出功率為 P=nTPn/Tc，Pn 為設(shè)定周期 Tc 內(nèi)電壓全通過時裝置的輸出功率。其特性為， 電 加熱 爐的溫度調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)劑 (供電能源 )的斷續(xù)作用，改變電爐絲閉合時間 Tb與斷開時間 Tk 的比值 α,α=Tb/Tk。 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的特性 單片機爐溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由單片機控制器、可控硅輸出部分、熱電偶傳感器、溫度變送器以及被控對象組成， 如圖 1 所示。在這一系統(tǒng)中，微機是工作核心，是大腦，對工作設(shè)備的有效控制起著至關(guān)重要的作用。 微型計算機，簡稱 MC,是以微處理機（ CPU）為中心，加上只讀存儲器（ ROM）、讀寫存儲器（ RAM）、輸入 /輸出接口電路、系統(tǒng)總線及其他支持邏輯電路組成的計算機。 7 第 2 章 溫度控制系統(tǒng)的概述 微機控制系統(tǒng)簡介 微機是微型處理機、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)的統(tǒng)稱。管理程序是對顯示 LED 進行動態(tài)刷新，控制指示燈，處理鍵盤的掃描和響應(yīng)，進行掉電保護，執(zhí)行中斷服務(wù)程序等。程序設(shè)計是本次設(shè)計的核心部分。 系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)框圖如圖 所示： 6 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 軟件設(shè)計主要為控制器部分，即溫度控制系統(tǒng)，采用 PID 算法，其原理是先求出實測爐溫對所需爐溫的偏差值，而后對偏差值進行處理而獲得控制信號去調(diào)節(jié)加熱爐的加熱功率，以實現(xiàn)對爐溫的控制。其中 MC14499 用于 LED 顯示器接口， 74HC4060 用于鍵盤接口，RS232RS485 作為串行通信口， MAX197 為溫度測量電路的輸入接口，用于把連續(xù)變化的信號進行離散化。溫度檢測元件和變送器的類型選擇和被控溫度及精度等級有關(guān)。 測 量電路功能為將測量到的信號經(jīng)過處理變成數(shù)字信號送入單片機中進行處理。 加熱電路用來實現(xiàn)對系統(tǒng)的升溫加熱達到預(yù)定的溫度。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觸發(fā)導(dǎo)通。而可控硅的接通時間可以通過可控硅極上觸發(fā)脈沖控制。 AT89C51 對溫度的控制是通過可控硅調(diào)功能電路實現(xiàn)的。 整個系統(tǒng)也可劃分為控制電路部分、加熱電路部分和測量電路三部分。被控制對象為一電加熱爐，輸入為加在電爐兩端的電壓，輸出為電加熱爐內(nèi)的溫度。 溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動化的重 要任務(wù)。 1℃ 4. 測溫點數(shù)：可以擴展到 8 點 5. 溫度顯示：采用 4 個 7 段段數(shù)碼管 5 6. 溫限則 進行靈活設(shè)定 課題的分析與設(shè)計思路 分析硬件電路主要包括：加熱及控制電路部分，數(shù)據(jù)采集和模 /數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換處理部分，鍵盤和顯示器部分，單片機與各部分的接口處理部分。 掌握電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的組成及原理，掌握各 部分的功能及作用 ，了解單片機的發(fā)展前景。采用單片機對溫度進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。其中，溫度控制也越來越重要。它的應(yīng)用對于產(chǎn)品升級換代、機電一體化都具有重要意義。 隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，近來單片機發(fā)展十分迅速，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機械、食品、石油等各個行業(yè)。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件 來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。 關(guān)鍵詞：電加熱爐；單片機；溫度控制； 雙向可控硅。軟件設(shè)計主要由溫度控制的算法和溫度控制程序組成 ，其原理是先求出實測爐溫對所需爐溫的偏差值，而后對偏差值 的 處理而獲得控制信號去調(diào)節(jié)加熱爐的加熱