【正文】 ........................................ 31 程序清單 ...................................................................................................................... 32 結(jié) 論 ................................................................................................................ 37 謝 辭 ................................................................................................................ 38 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................... 39 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 緒 論 計(jì)算機(jī)是人類有史以來最偉大的發(fā)明之一，人類經(jīng)過幾個(gè)世紀(jì)的努力，把計(jì)算機(jī)從中國(guó)古老的算盤發(fā)展到當(dāng)代的計(jì)算機(jī)。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。本系統(tǒng)是以單片機(jī)的基本語言匯編語言來進(jìn)行軟件設(shè)計(jì) 編程的 ， 其 指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲(chǔ)空間。摘 要 智能溫度控制系統(tǒng) 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了。 根據(jù)本溫度 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，該系統(tǒng)是由單片機(jī)和溫度傳感器與一體的綜合設(shè)計(jì)，由于是用單片機(jī)采集溫度信號(hào)，所以在之前必須對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換，就應(yīng)該選擇放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器，本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)人工智能化，就必須有對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)定，所以還需要設(shè)計(jì)鍵盤與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行溝通。當(dāng)代計(jì)算機(jī)并非僅用于計(jì)算，它更廣泛地應(yīng)用到社會(huì)生活中的各個(gè)領(lǐng)域，從宇宙飛船到人造衛(wèi)星，從天氣預(yù)報(bào)到地震預(yù)報(bào)，從辦公自動(dòng)化到生產(chǎn)過程自動(dòng)化，都離不開計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)已成為促進(jìn)現(xiàn)代文明的進(jìn)步，推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展的 “ 智能工具 ” 。 單片機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，其具體有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （ 1） 小巧靈活、成本低，易于產(chǎn)品化。 （ 2） 面向控制，能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得最佳的性能價(jià)格比。 可以很方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布控制。 （ 4） 單片機(jī)具有體積小、功耗低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，今年來還開發(fā)了一些以單片機(jī)母片（如 8051），在片中嵌入更多的專用型單片機(jī)，因此單片機(jī)在計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。更重要的意義還在于單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的抗?fàn)幭到y(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性 能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣和普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展，日益完善。 這些技術(shù)高精度高的自動(dòng)控制可以使用計(jì)算機(jī)來完成。 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 04 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 第二章 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)推舟系統(tǒng)具體要求如下 : 設(shè)計(jì)課題工藝過程簡(jiǎn)介 隨著現(xiàn)代社 會(huì)的高速發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和電力電子技術(shù)領(lǐng)域中，半導(dǎo)體元器件得 到廣泛的利用 。當(dāng)爐溫達(dá)到一定溫度值后，預(yù)熱結(jié)束后爐溫開始下降，根據(jù)半導(dǎo)體器件的要求，當(dāng)爐溫降到某個(gè)設(shè)定值時(shí)，便要將推桿推進(jìn)一 個(gè)舟的距離，使舟中的摻雜物對(duì)準(zhǔn)外延片，并在外延片生長(zhǎng)一片薄層。根據(jù)該半導(dǎo)體器件的摻雜層數(shù)的不同推舟的距離在 20mm170mm 之間。 控制任務(wù)指標(biāo)及要求： 摻雜推舟工作溫度范圍： 700 400℃ 推舟總距離：小 于 170mm 一次推舟距離： 20mm170mm 推舟的速度（可轉(zhuǎn)化為時(shí)間）： 7mm/s25mm/s 一次工序推舟次數(shù)： 16個(gè)舟 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 04 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 由于每種半導(dǎo)體器件在摻雜推舟中，其生長(zhǎng)層數(shù)、舟長(zhǎng)度、推舟速度以及推舟溫度都不完全相同，因而，在控制系統(tǒng)中必須配備簡(jiǎn)易的鍵盤和顯示器，以便能夠輸入和顯示各種控制參數(shù)，以及控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。 在本推舟控制系統(tǒng)中，擬采用步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲桿相結(jié) 合的方法來帶動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)。控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)和時(shí)間間隔，便可以精確的控制位移和時(shí)間。要對(duì)接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和各種換算，還要將檢測(cè)到的給定值進(jìn)行比較，比較值相符合，發(fā)出相應(yīng)的換算的步進(jìn)脈沖，以達(dá)到控制目的。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第四 章 硬件的選擇 單片機(jī)的選擇 在當(dāng)今的單片機(jī)世界里，現(xiàn)在世界上用量最大的幾種單片機(jī)是 MCS51 系列。針對(duì)本設(shè)計(jì)，選用對(duì)于存儲(chǔ)空間的要求不是很高， 4K 的程序存儲(chǔ)空間已經(jīng)夠用，沒有必要使用其他存儲(chǔ)空間擴(kuò)展的單片機(jī)。在推舟過程中爐溫在 400～ 700℃ 之間，所以要求溫度傳感器的測(cè)量范圍在這個(gè)之間或有結(jié)余。工業(yè)用的裝配式熱電偶作為測(cè)量溫度的變送器通常和顯示儀器、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。（設(shè)計(jì)中選擇了型號(hào)的傳感器） 顯示器的選擇 題目要求能夠顯示所測(cè)得的溫度值實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)為了節(jié)約成本我們采用三支 LED 數(shù)碼顯示管，并且要使顯示器呈動(dòng)態(tài)顯示 狀態(tài)。所以為了更方便的進(jìn)行操作，我們選擇 44式鍵盤， 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 溫度控制部分 我們要通過單片機(jī)的引腳來對(duì)溫度進(jìn)行控制，顯然，直接通過引腳對(duì)溫度的加熱設(shè)備進(jìn)行控制，不是很 現(xiàn)實(shí)，我們只有通過驅(qū)動(dòng)器來對(duì)引腳的信號(hào)進(jìn)行處理，來對(duì)溫度 進(jìn)行檢測(cè)和 控制 。 通過它的外圍器件，能夠以小的信號(hào)控制比較大的信號(hào)。為了補(bǔ)償熱電偶在測(cè)量過程中損失的熱電勢(shì)，我采用了電橋冷端補(bǔ)償法。 自動(dòng)推舟控制部分 由于自動(dòng)推舟控制過程中，根據(jù)生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)定位控制，因此在設(shè)計(jì)中采用性能良好的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)通過絲桿把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線位移，從而推動(dòng)舟的運(yùn)動(dòng)。由于時(shí)間 比較倉促 的關(guān)系在本設(shè)計(jì)中 我就 對(duì)其軟件部分 進(jìn)行了省略。 方案二： 8051 和 8031 具有相同的功能，但 8051 內(nèi)部增加了 ROM/EPROM 從而使存儲(chǔ)的空間加大，在設(shè)計(jì)中不許要擴(kuò)展其他硬件。 具 體的實(shí)現(xiàn)過程，將會(huì)在硬件，軟件部分詳細(xì)的進(jìn)行說明 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第五章 硬件設(shè)計(jì) 在實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)中需要用到單片機(jī)、 A/D 轉(zhuǎn)換、步進(jìn)電機(jī)、鍵盤、顯示器、傳感器 、電阻、電容等，具體器件介紹如下： 單片機(jī)基本系統(tǒng)： 單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它完成整個(gè)系統(tǒng)的信息處理及協(xié)調(diào)控制功能。 8051 可以提供系統(tǒng)控制所需的中斷、定時(shí)及存放中間結(jié)果的 RAM 電路但片內(nèi)沒有程序存儲(chǔ)器，因此單片機(jī)基本系統(tǒng)中除了應(yīng)包括復(fù)位電路和 晶體振蕩電路以外，還應(yīng)擴(kuò)充程序存儲(chǔ)器。 MCS51 系列單片機(jī)的各種型號(hào)都是以 8051 為核心電路發(fā)展起來的，因此他們都具有 MCS51的基本結(jié)構(gòu)與軟件特征。起作為輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 0 當(dāng)作輸入時(shí) ,出在高阻抗的狀態(tài) ,其輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LS TTL(外部的上拉電阻 ). VDD:電源 +5V. VSS:GND 接地 . （ 5） ALE/PROG (ADDRESSLATCHENABLE) 地址鎖存器使能信號(hào)端有三種功能 : 8051 外接 RAM/ROM:ALE 接地址鎖存器 8282(8212)的 STB 腳 ,74373 的 EN 腳 ,當(dāng) CPU對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí) ,用以鎖住地址的低位地址 . 8051 未外接 RAM/ROM:在系統(tǒng)中未使用外部存儲(chǔ)器時(shí) ,ALE 腳也會(huì)有 1/6 石英晶體的振蕩頻率 ,可作為外部時(shí)鐘。 （ 6） PSEN（ PROGRAM STOR ENABLE）：程序儲(chǔ)存使能端。 外部程序存儲(chǔ)器讀取（ ROM）；在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次。 外接 ROM 時(shí)，與 ROM 的 /OE 腳連接。 擴(kuò)充外部 ROM：當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ) 器超過 0FFFH（ 8051）、 1FFFH（ 8052）時(shí)，自動(dòng)讀取外部 ROM。 ③ 8751 燒寫內(nèi)部 EPROM 時(shí)，利用此腳輸入 21V 的燒寫電壓。 機(jī)器周期 =石英晶體 12 ，如 12MHz 石英晶體 /12=1 微秒。P2 口作為第二功能時(shí)，其中的許多口線是作為控制信號(hào)線使用的。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 ： EA/VPP， PSEN， ALE， RST EA/VPP：片內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇 /編程電壓 EA/VPP=1， CPU 從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器開始執(zhí)行程序，即 PC 首先指向片內(nèi) ROM。 EA/VPP=21V，編程電壓，對(duì)于片內(nèi) EPROM 進(jìn)行編程。 ALE/PRG：地址鎖存信號(hào) /編程脈沖 訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 用于鎖存地址的低 8 位。 ALE 端的負(fù)載能力為 8個(gè) LSTTL。 RST/VPD：復(fù)位信號(hào) /掉電保護(hù) 此端保持兩端周期的高電平，可以使單片機(jī)復(fù)位。在單片機(jī)中有廣泛的應(yīng)用。 PC1， A 口緩沖器信號(hào)線。 PC4， B 口緩沖器信號(hào)線。 IO/M 為 1時(shí)，選擇 I/O 口； I/O 為 0 時(shí)，選擇存儲(chǔ)器。 TIMEOUT，計(jì) 數(shù) / 定時(shí)器輸出端。 VCC， +5V 電源。 8155 的外型結(jié)構(gòu)如圖 所示： 8155 的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 8155 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括兩個(gè) 8位的并行輸入 /輸出端口， 256 個(gè)字節(jié)的靜態(tài) RAM，一個(gè)地址鎖存器，一個(gè) 14位的計(jì)數(shù) /定時(shí)器和控制邏輯電路。其中，命令字用于選擇 I/O口的工作方式，狀態(tài)字用于選擇 A 口和B口和定時(shí)器當(dāng)前的工作狀態(tài)，其格式如 下 ： 在控制信號(hào)中， IO/M =1 時(shí)， CPU 選擇對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀 /寫操作。 A、 B 口具體工作于輸入還是輸出，又命令字的的 D D0 位決定。 C口的前兩種工作方式分別為輸入輸出方式。 C 口為 A 口提供 3 根控制 /狀態(tài)信號(hào)線（ C 口的另 3 位輸出）。 C口的工作方式與 A、 B 口工作關(guān)系如 表 ： 8155 片內(nèi)設(shè)置了一個(gè) 14位的減法計(jì)數(shù)器，用于對(duì)外部輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行減 1計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù) /定時(shí)器的計(jì)數(shù)值和工作方式，由 8 位計(jì)數(shù) /定時(shí)器寄存器設(shè)定，如下圖 所成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 04 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 示： 其中， T13~T0 為計(jì)數(shù)器值，范圍為 0002H~3FFFH， M M1 用于設(shè)置定時(shí)器的工作方式。 TM2 TM1 0 0：空操作，不影響計(jì)數(shù) 0 1：停止定時(shí)器計(jì)數(shù)，若計(jì)數(shù)器沒有啟動(dòng)，則相當(dāng)于空操作 1 0：定時(shí)器值減為 0時(shí)，停止計(jì)數(shù) 1 1：?jiǎn)?dòng)，置方式和初置后立即啟動(dòng)；若正在計(jì)數(shù)則表示置新的方式和初置，計(jì)數(shù)結(jié)束后，按新的方式和初值 計(jì)數(shù)。如何定時(shí)器正在計(jì)數(shù)，那么，只有寫入啟動(dòng)命令之后，定時(shí)器才接收新的計(jì)數(shù)初值并按新的工作方式計(jì)數(shù)。圖 7 是 8031 與 8155 的接口電路，存儲(chǔ)器 RAM 和 I/O 口的地址分配如下。 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 04 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 I/O 的地址 命令 /狀態(tài)寄存器 7FF8H PA 口 7FF9H PB 口 7FFAH PC 口 7FFBH 定時(shí)器底 8位 7FFCH 定時(shí)器高 8位 7FFDH 前向通道 前向通道是信息采集的通道，主要包括傳感器、信號(hào)放大、 A／ D 轉(zhuǎn)換等電路。 按設(shè)計(jì)要求，溫度控制靜態(tài)誤差 ≤l 0C，爐溫給定范圍為 400～ 700℃ ，而對(duì)爐溫 的檢測(cè)范圍應(yīng)適當(dāng)大于此范圍，設(shè)為 400～ 7500C，則系統(tǒng)的控制總誤差應(yīng)不大于 1／(95— 35)X100％＝ 1． 67％，分配到前向通道的信號(hào)采集總誤差應(yīng)不大于系統(tǒng)總誤差的1／ 2，即精度應(yīng)為 o． 83％，可以采用 8 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。為了檢測(cè)溫度并控制推舟，這里采用了接觸式的溫度測(cè)量方法，以 熱電偶 作為測(cè)溫元件，置于工作區(qū)中。其測(cè)溫上限長(zhǎng)期為 900℃ ，短期可達(dá) 700℃ 。 ② 應(yīng)用范圍： 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 熱電偶適用于各行各業(yè)各個(gè)領(lǐng)域生產(chǎn)過程中－ 200℃ ～ 1300℃ 范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，在特殊情況下，可測(cè)量 2800℃ 的高溫和 4K 的低溫。 當(dāng)回路斷開時(shí)，在斷開處 a, b 之間便有一電動(dòng)勢(shì) ET,其