【正文】 .................... 10 可控硅控制電路 ........................................................................................... 10 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................ 13 主程序流程圖 ............................................................................................... 13 T0 中斷服務(wù)程序 .......................................................................................... 14 采樣子程序 ................................................................................................... 18 數(shù)字濾波程序 ............................................................................................... 19 總 結(jié) ........................................................ 21 參考文獻(xiàn) ........................................................ 22 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 緒論 1 緒 論 溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖 然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有著較大的差距。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及加入 WTO，我國(guó)政府及企業(yè)對(duì)此都非常重視，對(duì)相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國(guó)家、企業(yè)的研發(fā)中心，開(kāi)展創(chuàng)新性研究，使我國(guó)儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問(wèn)題能夠得到很好的解決。然而所采用的測(cè)溫元件和測(cè)量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。 傳統(tǒng)的控制方式以不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點(diǎn)是溫度波動(dòng) 范圍大，由于他主要通過(guò)控制接觸器的通斷時(shí)間比例來(lái)達(dá)到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡(jiǎn)便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率 。靜態(tài)控制精度為℃。單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體 積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介 2 第一章 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)單應(yīng)用。由于爐子的種類不同，因而所使用的燃料和加熱方法也不同，例如煤氣、天然氣、油、電等 。產(chǎn)品工藝不同，控制溫度的精度也不同，因而對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和所采用的控制算法也不同。 本系統(tǒng)所使用的加熱爐為電加熱爐，爐絲功率為2kw，系統(tǒng)要求爐膛恒溫，誤差為士 VC,超調(diào)量可能小，溫度上升較快且有良好的穩(wěn)定性 . [6] 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是以 MS5l單片機(jī)為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅(qū)動(dòng)電路，晶閘管主電路對(duì)電爐爐溫進(jìn)行控制的微機(jī)控制系統(tǒng)。 圖 控制電路的設(shè)計(jì) 給定值 8031 控制電路 驅(qū)動(dòng) 電路 晶閘管 主電路 被控 對(duì)象 輸出 溫度 采樣電路 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī) 3 第二章 單片機(jī) 單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī) SCM(single chip microputer)的譯名簡(jiǎn)稱，在國(guó)內(nèi)也常簡(jiǎn)稱為“單片機(jī)”。 單片機(jī)主要應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)、數(shù)據(jù)的采集以及對(duì)應(yīng)用對(duì)象的控制。 單片機(jī)內(nèi)部模塊 在本設(shè)計(jì)中 ,從經(jīng)濟(jì)上以及性能上考慮，我選用 8031 作為 CPU。 MCS51單片機(jī)的類型有： 805 803 8751 等。它其中包含 CPU、震蕩器和時(shí)序電路、 4KB的 ROM、 256B 的 RAM、兩個(gè) 16 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0和 T 4個(gè) 8位 I/O 端口（ P0、P P P3）、串行口等組成。 圖 8031單片機(jī)功能方框圖 MCS51 輸入 /輸出端口的結(jié)構(gòu)與功能 MCS51 單片機(jī)有 4 個(gè) I/O 端口，公 32 根 I/O 線， 4個(gè)端口都是準(zhǔn)雙向口。為方便起見(jiàn)，我們把 4個(gè)端口和其中的鎖存器都統(tǒng)稱 P0~P3。在無(wú)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這 4 個(gè)口的每一位均可作為雙向的 I/O 口使用。 P1 口：每一位均可獨(dú)立作為 I/O 口。 P3 口：雙功能口。另外，每一位均具有第二功能，每一位的兩個(gè)功能不能同時(shí)使用。 1） 主電源引腳 VCC 和 VSS VSS（ 40 腳）：主電源 +5V，正常操作的對(duì) EPROM 編程及驗(yàn)證時(shí)均接 +5V 電源。 2） XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶振的兩個(gè)引腳。 RST/VPD（ 9腳）：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位 /備用電源引腳。VCC 掉電期間，此引腳可接上備用電源，一旦芯片在使用中 VCC 電壓突然下降或短電，能保護(hù)片內(nèi) RAN 中信息不丟失，使復(fù)電后能繼續(xù)正常運(yùn)行。即使不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器， ALE 端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)的目的。 對(duì)含有 EPROM 的單片機(jī)，片內(nèi) EPROM 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（ PROG—— ）。 CPU 在從片外程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。該端同樣可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。若 PC值超出 4KB 地址時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外程序存儲(chǔ)器。 8031 系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)計(jì) 通常情況下，采用 MCS51 系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)只能用于一些很簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，在此情況下直接使用單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)功能、中斷功能、 I/O 端口等，組成的應(yīng)用系統(tǒng)的成本較低。并行擴(kuò)展法是利用單片機(jī)的三種線（ AB、 DB、 CB）進(jìn)行的系統(tǒng)擴(kuò)展；串行擴(kuò)展法是利用 SPI 三線總線或 I2C 雙總線的串行系統(tǒng)擴(kuò)展。在本設(shè)計(jì)中，由于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)比較少，單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器能滿足需要，故不需再擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器。為了將它們分離開(kāi)來(lái)，以便同單片機(jī)之外的芯片正確地相連，常常在單片機(jī)外部加地址鎖存器來(lái)構(gòu)成與一般 CPU 相類似的三總線，如圖 所示。 EPROM 外引腳功能如下： A0~A15:地址輸入線； O0~O7:三態(tài)數(shù)據(jù)總線，讀或編程校驗(yàn)時(shí)為數(shù)據(jù)輸出線，編程時(shí)為數(shù)據(jù)輸入線。其值因芯片型號(hào)和制造廠商不同而異； VPP：編程電源輸入線，其值因芯片型號(hào)和制造廠商不同而異； OE—— ：讀選通信號(hào)輸入線，“ 0”有效； VCC：主電源輸入線，一般為＋ 5V； (B) 擴(kuò)展方法 擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器時(shí)，一般擴(kuò)展容量大于 256 字節(jié)，因此，除了由 P0 口提供低 8 位地址線外，還需由 P2口提供若干地址線，最大的擴(kuò)展范圍位 64K 字節(jié)，即需 16 位地址線。即 A：數(shù)據(jù)總線： P0 口接 EPROM 地 O0～ O7(D7~D0)。擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器究竟需要多少位地址線，應(yīng)根據(jù)程序存儲(chǔ)器容量和選用的 EPROM 芯片容量而定。ALE— 接鎖存器的 G—— 。 2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì) 由于算法的需要，在存儲(chǔ)器中需要存儲(chǔ) 24個(gè)從 A/D 片出來(lái)的數(shù)據(jù)，即需要24 單元的存儲(chǔ)單元。 我選用的 EPROM 芯片為 2764。本設(shè)計(jì)采用鎳鉻 /鎳鋁熱電偶，此電偶用于 0℃～ 1000℃的溫度測(cè)量范圍，相應(yīng)的輸出電壓為. 變送器由毫伏變送器和電流 /電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出的 變換成 010mA 范圍內(nèi)的電流；電流 /電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的 010MA 電流變換成 05V范圍的電壓。例如：若溫度測(cè)量范圍為 400℃～ 1000℃，則熱電偶輸出為 ,毫伏變送器零點(diǎn)遷移后輸出010mV 范圍電流。 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)控制主電路是由 8031及其外圍芯片，及一些輔助的部分構(gòu)成的。它與 51型單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用的芯片。 A,B,C 三個(gè)口可以作為擴(kuò)展的 I/O 口使用， MCS－ 51 單片機(jī)的PO 口與 8155 的 AD0～ AD7 相連。使用 A,B,C 三個(gè)口時(shí)，首先向命令寄存器寫(xiě)入一個(gè)控制字以確定三個(gè)口的工作方式。可以直接利用 MOVX A,DPTR 或 MOVX DPTR,A 指令完成這三個(gè)口的讀 /寫(xiě)（輸入 /輸出）操作。 MCS－ 51單片機(jī)可以和 8155 直接連接，不需要任何外加電路，給系統(tǒng)增加了 256 個(gè)字節(jié)的 RAM、 22 位 I/O 線及一個(gè)計(jì)數(shù)器。相應(yīng)地址分配為： [2] 0000H00FFH 8155 內(nèi)部 RAM 0100H 命令 /狀態(tài)口 0101H A 口 0102H B 口 0103H C 口 0104H 定時(shí)器低八位口 0105H 定時(shí)器高八位口 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 10 A/D 轉(zhuǎn)換電路 圖 A/D轉(zhuǎn)換電路圖 ADC0809 的 IN0 和變送器輸出端相連，故 IN0 上輸入的 0V+5V 范圍的模擬電壓經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后可由 8031 通過(guò)程序從 P0 口輸入到它的內(nèi)部 RAM 單元。然后輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào) START 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在允許輸入信號(hào) OE的控制下，再將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入到外部數(shù)據(jù)總線。如圖 所示， 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 圖 可控硅功輸出與通斷時(shí)間關(guān)系 雙向可控硅管和加熱絲串聯(lián)接在交流 220V， 50Hz 交流試點(diǎn)回路。圖 示出了可控硅管在給定周期 T 內(nèi)具有不同接通時(shí)間的情況。 可控硅接通時(shí)間可以通過(guò)可控硅控制板上控制脈沖控制。 通常，電阻爐爐溫控制采用偏差控制法。 在工業(yè)上，偏差控制又稱為 PID 控制，這是工業(yè)控制中常用的控制形式，一般能收到令人滿意的效果。 TD— 微分時(shí)間 : T 積分時(shí)間 。 50H 送 SP 基于單片機(jī)的溫度控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14 CLR 5EH 。為了系統(tǒng)正常工作， T1 中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間必須滿足 T0 的制一時(shí)間要求，因?yàn)?T1 的中斷是嵌套在 T0 中斷之中的。 引腳上輸出的該同步脈沖寬度由 T1 計(jì)數(shù)器的溢出中斷控制， 8031基于單片機(jī)的溫度控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 15 利用等待 T1 溢出中斷空隙時(shí)間完成把本次采樣數(shù)值轉(zhuǎn)換成顯示值而放入顯示緩沖區(qū)和調(diào)用溫度顯示程序， 8031 從 T1 中斷服務(wù)程序返回后便可以恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)和返回主程序，以等待下次 T0 中斷。 本設(shè)計(jì)采用中值濾波，程序如下： FILTER: MOV A,2CH CJNE A,2DH,CAMP1 AJMP CMP2 CMP1: JNC CMP2 XCH A,2DH XCH A,2CH CMP2 MOV A,2DH CJNE A,2EH,CMP3 MOV 2AH,A RET CMP3: JC CMP4 MOV 2QH,A RET CMP4