毕业设计（论文）-基于单片机的温度控制系统设计

毕业设计（论文）-基于单片机的温度控制系统设计 湖 南 科 技 大 学 潇 湘 学 院 毕业设计(论文) 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目 单片机温度控制系统 作者 系部 信息与电气工程系 专业 电气工程及其自动化 学号 指导教师 二〇一 年 月 日 湖 南 科 技 大 学 学 院 毕业设计(论文)任务书 信息与电气工程 系 电气工程及其自动化 教研室 教研室主任: (签名) 年 月 日 学生姓名: 学号: 专业: 电气工程及其自动化 1 设计(论文)题目及专题: 单片机温度控制系统 2 学生设计(论文)时间:自 年 月 日开始至 年 月日止 3 设计(论文)所用资源和参考资料: (1)单片机温度控制系统流程图 (2)单片机程序设计基础 (3) protel se 99软件 (4) 单片机使用接口技术 (5) 单片机程序设计基础 (6) 网上有关技术资料 4 设计(论文)应完成的主要内容: (1) 基于单片机温度控制系统的发展及应用 (2) 单片机温度控制系统设计包含的基本内容 (3) 单片机温度控制系统技术 (4) 单片机温度控制系统实现 (5) 全文 企业安全文化建设方案企业安全文化建设导则安全文明施工及保证措施创建安全文明校园实施方案创建安全文明工地监理工作情况 总结 5 提交设计(论文)形式(设计说明与图纸或论文等)及要求: (1) 程序。 要求:编译通过，基本能运行。 (2) 毕业论文。 要求:正确，规范，通顺。 (3) 可供发表的研究论文(可选)。要求:规范，新意 均需提交电子版和纸质版。 6 发题时间: 年 月 日 指导教师: (签名) 学 生: (签名) 湖 南 科 技 大 学 学 院 毕业设计(论文)指导人评语 指导人: (签名) 月 日 年 指导人评定成绩: 湖 南 科 技 大 学学 院 毕业设计(论文)评阅人评语 评阅人: (签名) 年 月 日 评阅人评定成绩: 湖 南 科 技 大 学 学 院 毕业设计(论文)答辩记录 日期: 学生: 学号: 班级: 题目: 提交毕业设计(论文)答辩委员会下列材料: 1 设计(论文) 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 共 页 纸 共 页 2 设计(论文)图 3 指导人、评阅人评语 共 页 毕业设计(论文)答辩委员会评语: 答辩委员会主任: (签名) 委员: (签名) (签名) (签名) (签名) 答辩成绩: 总评成绩: 摘 要 随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中 自动调节电阻炉温度温度进行监测和控制。自动控制越来越成为人们关注的焦点, 系统也备受关注--。其中微机及其应用已经成为高、新科学技术的重要内容和标志之一，它在国民经济的各个领域正在发挥着引人注目的作用。微机控制的电阻炉温度控制系统实际上就是一个智能控制系统，是一种能耗相对来说比较低的温度控制系统。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。 本设计采用无ROM的8031作为主控制芯片。8031的接口电路有8155、2764。8155用于键盘/LED显示器接口，2764可作为8031的外部ROM存储器。其中温度控制电路是通过可控硅调功器实现的。双向可控硅管和加热丝串联接在交流220V，50HZ交流试点回路，在给定周期内，8031只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。 关键字:温度控制;接口电路;可控硅 - i - ABSTRACT Along with national economy development, the people need to each heating the heat-treatment furnace、in the reactor and the boiler the temperature carry furnace、 on the monitor and the control. the autocontrol becomes more and more important.The autocontrol of the resistance furnace is highly anticipated.Microcomputer and its application has become one of the most important contents and signs in the field of High-scientific technology and new scientific technology, which plays an attractive role in every field in our national economy. As a matter of fact, Resistance Temperature Control System which is operated by microcomputer is an Intellectual Control System. Not only uses the monolithic integrated circuit to come to them to control has the control to be convenient, simple and flexibility big and so on merits, moreover may enhance large scale is accused the temperature technical specification, thus can big enhance the product the quality and quantity. This design uses non-ROM 8031 to take the master control chip. 8031 connection electric circuits have 8155、2764.8155 uses in the keyboard /LED monitor connection, 2764 may take 8031 exterior ROM memories,one temperature-control circuit is adjusts the merit realization through the silicon-controlled rectifier. The bidirectional silicon-controlled rectifier tube and the heater series connection in exchange 220V,50HZ exchange city electricity return route, in assigns in the cycle, 8031 so long as the change silicon-controlled rectifier tube puts through the time then to be possible to change the heater power, achieves the attemperation the goal. Key words: Temperature control;Connection electric circuit;Silicon-controlled rectifier. - ii - 目 录 第一章 绪 论 ......................................................................................................................... 1 第二章 单片机温度控制系统 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 简介 ................................................................... 3 2.1 单片机技术的应用 ........................................................................................................... 3 2.2 单片机系统主机的选择 .................................................................................................. 3 2.3 系统设计方案 ....................................................................................................................... 4 第三章 硬件电路的设计 ................................................................................................... 6 3.1 单片机简介 ......................................................................................................................... 6 3.2 单片机内部模块 ................................................................................................................ 6 3.2.1 MCS-51单片机内部结构 .......................................................................................... 6 3.2.2 MCS-51输入/输出端口的结构与功能 ................................................................. 7 3.2.3 MCS—51单片机的引脚及其功能 .......................................................................... 7 3.2.4 8031系统扩展设计 ................................................................................................... 8 3.3 单片机外总线结构 ........................................................................................................... 9 3.4 芯片的扩展设计 ............................................................................................................10 3.5 单片机温控模块 .............................................................................................................. 11 3.6 系统总体设计 .................................................................................................................. 11 3.6.1 8155接口电路 ..........................................................................................................12 3.6.2 A/D转换器 .................................................................................................................14 3.6.3 温度控制 ....................................................................................................................16 3.6.4 2764芯片 ...................................................................................................................16 3.6.5 74LS373简介 ............................................................................................................17 3.6.6 键盘、显示器接口电路 .........................................................................................18 3.6.7 温度检测电路 ...........................................................................................................22 第四章 系统软件设计 .......................................................................................................24 4.1 主程序流程图 ..................................................................................................................24 4.2 T0中断服务程序 .............................................................................................................25 4.3 采样子程序 .......................................................................................................................28 4.4 数字滤波程序 ..................................................................................................................29 4.5 PID算法的实现 ...............................................................................................................31 4.6 如何实现P、I、D参数的小数化 ..............................................................................31 4.7 P、I、D参数的整定方法 .............................................................................................31 4.8 数据的记录 .......................................................................................................................32 第五章 结论 ............................................................................................................................34 致 谢 ............................................................................................................................................35 参考文献 .......................................................................................................................................36 第一章 绪 论 随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。 本设计采用无ROM的8031作为主控制芯片。8031的接口电路有8155、2764。8155 可作为8031的外部ROM存储器。其中温度控制电路用于键盘/LED显示器接口，2764 是通过可控硅调功器实现的。双向可控硅管和加热丝串联接在交流220V，50HZ交流试点回路，在给定周期内，8031只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着我国经济的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。 随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同;产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如:PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。本系统所使用的加热器件是电炉丝，功率为三千瓦，要求温度在400,1000?。静态控制精度为2.43?。 本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。本系统所使用的单片机8031有128K - 1 - 的RAM，使温度控制大为简便。 单片机温度控制系统是数控系统的一个简单应用。在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，广泛使用着加热炉、热处理炉、反应炉等，因此，温度是工业对象中一个主要的被控参数。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加热方法也不同，例如煤气、天然气、油、电等;由于工艺不同，所需要的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，控制温度的精度也不同，因而对数据采集的精度和所采用的控制算法也不同。单片微型计算机的功能不断的增强，为先进的控制算法提供的载体，许多高性能的新型机种应运而生。本系统所使用的加热炉为电加热炉，炉丝功率为2kw，系统要求炉膛恒 温，误差为士VC,超调量可能小，温度上升较快且有良好的稳定性。 单片机温度控制系统是以MS-5l单片机为控制核心，辅以采样反馈电路，驱动电路，晶闸管主电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。其系统结构框图可表示为:系统采用单闭环形式，其基本控制原理为:将温度设定值(即输入控制量)和温度反馈值同时送入控制电路部分，然后经过调节器运算得到输出控制量，输出控制量控制驱动电路得到控制电压施加到被控对象上，电炉因此达到一定的温度。 - 2 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 第二章 单片机温度控制系统方案简介 2.1 单片机技术的应用 随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出很强的生命力。它和一般的集成电路相比有较好的抗干扰能力，对环境的温度和湿度都有较好的适应性，可以在工业条件下稳定工作。且单片机广泛地应用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，提高它们的测量速度和测量精度，加强控制功能。如Mcs-51系列单片机控制的“船舶航行状态自动记录仪”、“烟叶水分测试仪”、“智能超声波测厚仪”等。单片机也广泛地应用于实时控制系统中，例如对下SID卜各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合，充分发挥其数据处理功能和实时控制功能，使系统工作处于最佳状态，提高系统的生产效率和产品质量。从航空航天、地质石油、冶金采矿、机械电子、轻工纺织等行业的分布系统与智能控制以及机电一体化设备和产品，到邮电通信、日用设备和器械，单片机都发挥了巨大作用。 其应用大致可分为以下儿方面: 1(机电一体化设备的控制核心 机电一体化是机械设备发展的方向。单片机的出现促进了机电一体化技术的发展，它作为机电产品的控制器，充分发挥其自身优点，大大强化了机器的功能，提高了机器的自动化、智能化程度。最典型的机电产品机器人，每个关节或动作部位都是个单片机控制系统。 2(数据采集系统的现场采集单元 大型数据采集系统，要求数据采集的同步性和实时性要好。使用单片机作为系统的前端采集单元，由主控计算机发出采集命令，再将采集到的数据逐一送到主计算机中进行处理。如有些气象部门、油田采油部门以及电厂等均可采用这样的系统。 3(分布控制系统的前端控制器 在直接控制级的计算机分布控制系统(DCS)中，单片机作为过程控制中每一分部操作或控制的控制器，进行数据采集、反馈计算、控制输出，并在上位机命令的指挥下进行相应协调工作。 2.2 单片机系统主机的选择 1(Intel公司的MCS-48(8位机):8位CPU，并行I/O口，8位定时/计数器寻址范围不大于4k，且无串行口，属于初级单片机，功能小，易于控制。 2(Intel公司的MCS-51(8位机):多级中断处理系统，8位定时/计数器。RAM,ROM寻址范围可达64k字节，且带有串行I/O口，此类单片机应用领域极其广 - 3 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 泛。且货源充足，其在国内的主流的地位有可能稳定一个相当时期。 3(Intel公司的MCS-96(16位机):多级中断处理系统。16位定时/计数器。并行I/O口扩展，且带有串行口，属于高档单片机，功能强大，性能稳定，是今后单片机发展的主体方向。 因考虑频率的显示程序中需使用串行输出，而MCS-48系列无串行口，且寻址范围过小，故不易实现产品的功能，MCS-51系列单片机功能全面 ，可靠性高，容易达到产品的性能指标，且货源充足，性能价格比较高。MCS-96虽功能强大 ，但 -96价格昂贵故MCS-51系列本次设计频率计软件对单片机性能要求较低，且MCS 能基本满足要求，是首要选择。 在众多单片机成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能，成熟的技术及高可靠性和高性能价格比。迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。 近年来，MCS-51系列单片机以8位机，如8031/8032，8051/8052，8751/8752尤为变得热门由于MCS-51单片机的程序计数器为16位，因此，可寻址的地址空间为64K空间。805和8751单片机内部有4K字节ROM/EPROM程序存储器，当管脚 =1时，低4K地址(0000H-0FFFH)指向片内，而当=0时，低4K地址指向EAEA 片外。8052内部有8KROM程序存储器，外部同样可扩展到64K。对于片内无ROM/EPROM的单片机8031/8032构成应用系统时，必须使EA=0，程序存储器只能外部扩展。另外，MCS-51系列单片机内部有128个字节的数据存储器(8052/8032内部有256个字节的RAM)。 针对本系统，则只需要采用8031即可，由于EPROM的擦写比较麻烦，给开发制造了一定的困难，因此，我采用INTEL公司生产的新型单片机(8位)，指令与 28031完全兼容，但片内的4KEPROM采用的是4K的Flash ROM存储器，这种存储器可电擦写，速度快，且擦写次数1000余次，从而缩短了开发周期，方便开发者，因此，我的最终选择是INTEL公司的8031单片机，以其高性能价格比得到用户的 [1]信赖。 2.3 系统设计方案 单片机温度控制系统是数控系统的一个简单应用。在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，广泛使用着加热炉、热处理炉、反应炉等，因此，温度是工业对象中一个主要的被控参数。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加热方法也不同，例如煤气、天然气、油、电等;由于工艺不同，所需要的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，控制温度的精度也不同，因而对数据采集的精度和所采用的控制算法也不同。单片微型计算机的功能不断的增强，为先进的控制算法提供的载体，许多高性能的新型机种 - 4 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 应运而生。本系统所使用的加热炉为电加热炉，炉丝功率为2kw，系统要求炉膛恒 [6] 温，误差为士VC,超调量可能小，温度上升较快且有良好的稳定性。 单片机温度控制系统是数控系统的一个简单应用，单片机温度控制系统的设计包括如下几个部分:单片机温度控制系统是以MS-51单片机位控制核心辅以采样反馈电路，驱动电路晶闸管电路时电炉温度进行控制的微机控制系统，其系统结构框图可表示为系统采用单闭环形式。其控制原理为:将温度设为定值(即输入控制量)和温度反馈值同时送入控制电路部分，然后经过调节器运算得到控制输出量，输出控制量控制驱动电路得到控制电压施加到被控对象上，电炉因此达到一定温度。 其控制电路的设计图2.1所示: 驱动 晶闸管 被控 输出 给定值 8031控制电路 电路 主电路 对象 温度 采样电路 图2.1 控制电路的设计 - 5 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 第三章 硬件电路的设计 3.1 单片机简介 单片机是单片微型计算机SCM(single chip micro-computer)的译名简称，在国内也常简称为“单片机”。它包括中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器、串行口和I/O等等。 单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点，单片微型计算机(简称单片机)是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种，特别适合用于智能控制系统。 3.2 单片机内部模块 在本设计中,从经济上以及性能上考虑，我选用8031作为CPU。8031是MCS,51系列单片机的一种型号。MCS-51单片机的类型有:8051、8031、8751等。 3.2.1 MCS-51单片机内部结构 8031单片机内部结构如图3.1所示,它其中包含CPU、震荡器和时序电路、4KB的ROM、256B的RAM、两个16定时/计数器T0和T1、4个8位I/O端口(P0、P1、 [1]P2、P3)、串行口等组成。其中震荡时序与时钟组成定时控制部件。 图3.1 8031单片机功能方框图 - 6 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 3.2.2 MCS-51输入/输出端口的结构与功能 MCS-51单片机有4个I/O端口，公32根I/O线，4个端口都是准双向口。每个口都包含一个锁存器，即专用寄存器P0~P3，一个输出驱动器和输入缓冲器。为方便起见，我们把4个端口和其中的锁存器都统称P0~P3。 在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送。在无片外扩展存储器的系统中，这4个口的每一位均可作为双向的I/O口使用。 P0口:可作为一般的I/O口用，但应用系统采用外部总线结构时，它分时作低8位地址和8位双向数据总线用。 P1口:每一位均可独立作为I/O口。 P2口:可作为一般I/O口用，但应用系统采用外部系统采用总线结构时，它分时作为高8位地址线。 P3口:双功能口。作为第一功能使用时同P1口，每一位均可独立作为I/O口。另外，每一位均具有第二功能，每一位的两个功能不能同时使用。 3.2.3 MCS—51单片机的引脚及其功能 8031单片机采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，对于CMOS单片机除采用DIP形式外，还采用方形封装工艺。MCS-51 单片机引脚如图3.2所示: P1 P2 用户I/O 地址线 P0 地址:数据线 P3 控制线 ALE 控制线 PSEN EA RST 8031 XTAL1 Vcc XTAL2 Vss 图3.2 8031引脚功图 由于受到引脚数目的限制，所以有一些引脚具有第二功能。在单片机的40条引脚中，有两条专用于主电源的引脚，两条外接晶体的引脚，四条控制和其它电 - 7 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 源复用引脚，32条输入/输出引脚。下面分别说明这些引脚的名称和功能: 1(主电源引脚:Vcc和Vss Vcc(40脚):正常操作、对EPROM编程和验证时接+5V电源。 Vss(20脚):接电源地。 2(时钟电路引脚:XTAL1和XTAL2 XTAL1(19脚):内部晶体振荡电路的反相放大器的输入端。使用内部振荡电路 时接外部石英晶体和微调电容的一端;使用外部时钟时，该引脚接地 XTAL2(18脚):内部晶体振荡电路的反相放大器的输出端。使用内部振荡电路时，接外部石英晶体和微调电容的另一端;使用外部时钟时，该引脚用于输入外部时钟脉冲。 3(控制信号引脚: RST/Vpd(9脚)，RST为复位信号输入端，在该引脚上保持两个机器周期(24个部RAM备用电源输入端。当主电源Vcc一旦发生掉电或电压降低到一定值时，可通过Vpd是为单片机内部RAM提供电源，以保护片内RAM中的信息不丢失，使主电源恢复后能继续正常运行。 4(ALE/ (30脚):地址锁存器使能输出/编程脉冲端。当CPU访问外部存储器时ALE的输出作为外部锁存地址的低位字节的控制信号，当不访问外部存储器时，ALE端仍以1/6的时钟振荡频率固定地输出正脉冲。另外，在对MCS8051片内EPROM编程(固化)时，此引脚用于输入编程脉冲。 5((29脚):程序存储允许输出。是片外部程序存储器ROM的读选通信号。从片外程序存储器取数时，每个机器周期内 激发两次(然后，当执行片外程序存储器存取时， 在每次存取片外数据存储器时，有两个脉冲是不出现的)。从内程序存取时不激发 。 对8031而言，访问外部程序存储器时，将PC的十六位地址输出到P2口和P0口外部的地址寄存储器后， 产生负脉冲选通片外程序存储器。相应的存储单元的指令字节送到P0口，供8031读取。 6(Vpp(31脚):外部访问允许/编程电源输入。当 端输入高电平时，CPU执行程序。低4KB(0000H—0FFFH)地址范围内，访问片内程序存储器，在程序计数器PC的值超过4KB地址时，将自动转向执行片外程序存储器的程序。当EA输入 [1]低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。 3.2.4 8031系统扩展设计 通常情况下，采用MCS-51系列单片机的最小系统只能用于一些很简单的应用场合，在此情况下直接使用单片机内部存储器、数据存储器、定时功能、中断功能、I/O端口等，组成的应用系统的成本较低。 单片机系统扩展的方法有并行扩展法和串行扩展法两种。并行扩展法是利用 - 8 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 单片机的三种线(AB、DB、CB)进行的系统扩展;串行扩展法是利用SPI三线总 2线或IC双总线的串行系统扩展。但是，一般串行接口器件速度慢，在需要高速应用的场合，还是并行扩展法占主导地位。在本设计中，由于存储数据比较少， [1]单片机内部的数据存储器能满足需要，故不需再扩展片外存储器。 3.3 单片机外总线结构 微型计算机大多数CPU外部有单独的地址总线、数据总线和控制总线，而MCS—51单片机因受到芯片管脚的限制，数据线和地址线(低8位)是复用的，而且是I/O口兼用。为了将它们分离开来，以便同单片机外的芯片正确地相连，在单片机外部加地址锁存器来构成与一般CPU相类似的三总线，如图所示3.3所示: 图3.3 三总线图 1(地址总线:地址总线宽度为16位。 2(数据总线:总线宽度为8位，由P0口提供P0.0—P0.7。 3(控制总线:由P3口第二功能状态和4根独立控制线组成。 主要性能: 内部程序存储器:4KB 内部数据存储器:128B 外部程序存储器:可扩展到64KB。 外部数据存储器:可扩展到64KB。 并行口输入/输出线:32根(4个端口，每个端口8根)。 定时/计数器:2个16位可编程的定时计数器。 串行口:全双工，二根。 寄存器区:在内部数据存储器的128KB中划出一部分作为寄存器区，分为四 - 9 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 个区，每个区8个通用寄存器。 中断源:5个中断源，2个优先级别。 布尔处理机:即位处理机，对某些单元的某位做单独处理。 指令系统(系统时钟为12MHZ时):大部分指令执行时间为1us;少部分指令执行时间为2us; 只有乘、除指令的执行时间为4us。 3.4 芯片的扩展设计 (1) 程序存储器简介 常见的EPROM有:2716(容量2K×8位)、2732(容量4K×8位)、2764(容 ×8位)、27128(容量16K×8位)、27256(容量32K×8位)、27512(容量量8K 64K×8位)。 EPROM外引脚功能如下: A0~A15:地址输入线; O0~O7:三态数据总线，读或编程校验时为数据输出线，编程时为数据输入线。维持或编程禁止时O0~O7呈高阻抗; ——CE:片选信号输入线，“0”(即TTL低电平)有效; PGM:编程脉冲输入线;其值因芯片型号和制造厂商不同而异; V:编程电源输入线，其值因芯片型号和制造厂商不同而异; PP ——OE:读选通信号输入线，“0”有效; V:主电源输入线，一般为，5V; CC (2) 扩展方法 扩展程序存储器时，一般扩展容量大于256字节，因此，除了由P0口提供低8位地址线外，还需由P2口提供若干地址线，最大的扩展范围位64K字节，即需16位地址线。具体方法是CPU应向EPROM提供三种信号线。 A:数据总线:P0口接EPROM地O0,O7(D7~D0); B:地址总线:P0口经锁存器向EPROM提供地址低8位，P2口提供高8位地址以及片选线。扩展的程序存储器究竟需要多少位地址线，应根据程序存储器容量和选用的EPROM芯片容量而定。 ——C:控制总线:PSEN—片外程序存储器取指令控制信号，接EPROM的“OE”。 ————ALE—接锁存器的G。EA接地。 (3) 数据存储器设计 由于算法的需要，在存储器中需要存储24个从A/D片出来的数据，即需要24单元的存储单元。在8031的内部数据存储区低128字节RAM中30H~7FH共80个存储单元使用户RAM区，完全可以容纳下24个数据以及其运算过程中的临时数据， [1]故不需要在另外扩展片外数据存储器。 - 10 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 我选用的EPROM芯片为2764。连接如图3.4所示: 图3.4 2764与8031连接图 3.5 单片机温控模块 温度检测元件和变送器的选择和被控温度及精度等级有关。本设计采用镍铬/镍铝热电偶，此电偶用于0?,1000?的温度测量范围，相应的输出电压为0mV-41.32mV. 毫伏变送器用于把热电偶输出变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成: 的0-41.32mV变换成0-10mA范围内的电流;电流/电压变送器用于把毫伏变送器 [5] 输出的0-10MA电流变换成0-5V范围的电压。 为了提高精度，变送器可以进行零点迁移。如:若温度测量范围400?,1000?，则热电偶输出为16.4mV-41.32mV,毫伏变送器零点迁移后输出0-10mV范围电流。这样，采用8位A/D转换器就可以使量化误差达到正负2.34度以内。 3.6 系统总体设计 系统控制主电路是由8031及其外围芯片，及一些辅助的部分构成的，系统原理图如图3.5所示: - 11 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 温控电路 2764芯片 8031 单片机 74LS373锁存器 传感器检测8155芯片 AD0809转换器 电路 键盘与显示 电炉 图3.5 系统设计原理图 3.6.1 8155接口电路 8155芯片内具有256个字节的RAM，两个8位、一个16位的可编程I/O口和一个14位计数器。它与51型单片机接口简单，是单片机应用系统中广泛使用的芯片。 8155用作键盘M/LED显示器接口电路，当IO/为高电平时，8155选通片内的I/O端口。A、B、C三个口可以作为扩展的I/O口使用，MCS,51单片机的PO口8155的AD0,AD7相连。带有I/O接口和计时器的静态RAM8155如图3.6所示: - 12 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 图3.6 带有I/O接口和计时器的静态RAM8155 此时P0输出的低8位地址只有3位有效，用于片内选址，其他位无用。使用A,B,C三个口时，首先向命令寄存器写入一个控制字以确定三个口的工作方式。如果写入的控制字规定他们工作于方式?或方式?下，则这三个口都是独立的基本I/O口。可以直接利用MOVX A,@DPTR或MOVX @DPTR,A指令完成这三个口的读/写(输入/输出)操作。工作在方式?或方式?时，C口用作控制口或部分用于控制。 MCS,51单片机可以和8155直接连接，不需要任何外加电路，给系统增加了256个字节的RAM、22位I/O线及一个计数器。当P2.0,0且P2.1=0时，选中8155的RAM工作;在P2.0=1和P20=0时，8155选中片内三个I/O端口。相应地址分配 为: 0000H-00FFH 8155内部RAM 0100H 命令/状态口 0101H A口 0102H B 口 0103H C 口 0104H 定时器低八位口 0105H 定时器高八位口 - 13 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 3.6.2 A/D转换器 ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 (1)ADC0809的内部逻辑结构 ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 (2)ADC0809引脚结构 ADC0809各脚功能如下: D7-D0:8位数字量输出引脚。 IN0-IN7:8位模拟量输入引脚。 VCC:+5V工作电压。 GND:地。 REF(+):参考电压正端。 REF(-):参考电压负端。 START:A/D转换启动信号输入端。 ALE:地址锁存允许信号输入端。 (以上两种信号用于启动A/D转换). EOC:转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。 OE:输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK:时钟信号输入端(一般为500KHz)。 A、B、C:地址输入线。 ADC0809对输入模拟量要求:信号单极性，电压范围是0,5V，若信号太小，必须进行放大;输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线:4条 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0,IN7上的一路模拟量输入。数字量输出及控制线:11条。 ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零;下跳沿时，开始进行A/D转换;在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束;否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号， - 14 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE,1，输出转换得到的数据;OE,0，输出数据线呈高阻状态。D7,D0为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ， VREF(，)，VREF(,)为参考电压输入。 (2) ADC0809应用说明 ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。 当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了，A/D转换电路如图3.7所示: 图3.7 A/D转换 电路图 ADC0809的IN0和变送器输出端相连，故IN0上输入的0V-+5V范围的模拟电压经A/D转换后可由8031通过程序从P0口输入到它的内部RAM单元。首先输入地址选择信号，在ALE信号作用下，地址信号被锁存，产生译码信号，选中一路模拟量输入。然后输入启动转换控制信号START启动转换。转换结束，数据送三态缓冲锁存器，同时发出EOC信号。在允许输入信号OE的控制下，再将转换结果输入到外部数据总线。 - 15 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 3.6.3 温度控制 8031对温度的控制是通过可控硅调控器实现的。可控硅功输出与通断时间关系如图3.8所示: 图3.8 可控硅功输出与通断时间关系 双向可控硅管和加热丝串联接在交流220V，50Hz交流试点回路。单片机的P1.7口通过光电隔离器和驱动电路送到可控硅的控制端，由P1.7口的高低电平来控制可控硅的导通与断开，从而控制电阻丝的通电加热时间。 在给定的周期T内，8031只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。图2-7示出了可控硅管在给定周期T内具有不同接通时间的情况。显然，可控硅在给定周期T的100%时间内接通的功率最大。 可控硅接通时间可以通过可控硅控制板上控制脉冲控制。该触发脉冲由8031用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲后经光偶管和驱动器输送到可控硅的控制极上。通常，电阻炉炉温控制采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出史册炉温对所需炉温的偏差值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节电阻炉的 [16]假热功率，以实现对电阻炉的炉温控制。 3.6.4 2764芯片 2764芯片是一个常见的EPROM芯片，EPROM的一个重要优点是可以擦除重写，而且允许擦除的次数超过上万次。一片新的或擦除干净EPROM芯片，其每一个存储单元的内容都是FFH。要对一个使用过的EPROM进行编程，则首先应将其放到专门的擦除器上进行擦除操作。擦除器利用紫外线光照射EPROM的窗口，一般经过 - 16 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 15—20min即可擦除干净。擦除完毕后可读一下EPROM的每个单元，若其内容均为FFH，就认为擦除干净了。 这是一块8K×8bit的EPROM芯片，它的引线与SRAM芯片6264是兼容的。这给使用者带来很大方便。因为在软件调试过程中，程序经常需要修改，此时可将程序先放在6264中，读写修改都很方便。调试成功后，将程序固化在2764中，由于它与 6264的引脚兼容，所以可以把2764直接插在原6264的插座上。这样，程序就不会由于断电而丢失。 下面介绍2764各引脚的含义: A0一A12:13根地址输入线。用于寻址片内的8K个存储单元。 D0,D7:8根双向数据线，正常工作时为数据输出线。编程时为数据输入线。 OE:输出允许信号。低电平有效。当该信号为0时，芯片中的数据可由D0,D7端输出。 CE:选片信号。低电平有效。当该信号为0时表示选中此芯片。( PGM:编程脉冲输入端。对EPROM编程时，在该端加上编程脉冲。读操作时该信号为1。 VPP:编程电压输入端。编程时应在该端加上编程高电压，不同的芯片对VPP的值要求的不一样，可以是+12.5V，+15V，+21V，+25V等。 2764是8K*8字节的紫外线镲除、电可编程只读存储器，单一+5V供电，工作电流为75mA，维持电流为35mA，读出时间最大为250nS，28脚双列直插式封装。 A0-A12为13根地址线，可寻址8K字节;O0-O7为数据输出线;CE为片选线;OE为数据输出选通线;PGM为编程脉冲输入端;Vpp是编程电源;Vcc是主电源。 正常工作(只读)时，Vpp=Vcc=+5V,,PGM=+5V。 编程时，Vpp,+25V(高压)，,PGM端加入宽度为50ms的负脉冲 3.6.5 74LS373简介 单片机系统中常用的地址锁存器芯片74LS373以及coms的74hc373。是带三态缓冲输出的8D触发器，其引脚图原理图如图3.9所示: - 17 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 图3.9 引脚图原理图 74ls373是常用的地址锁存器芯片，74LS373的真值表如表3.1所示: 表3.1 74LS373功能 E G 功能 0 0 直通Qi=Di 0 1 保持(Qi保持不变) 1 X 输出高阻 E G D Q L H H H L H L L L L X Q L——低电平; H——高电平;X——不定态; Q0——建立稳态前Q的电平; G——输入端，与8031ALE连高电平:畅通无阻低电平:关门锁存。图中OE——使能端，接地。当G=“1”时，74LS373输出端1Q—8Q与输入端1D—8D相同; 当G为下降沿时，将输入数据锁存。 74ls373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的8D触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器，通常需要一块74ls373芯片，锁存端LE 由高变低时，输出端8 位信息被锁存，直到LE 端再次有效。 当三态门使能信号OE为低电平时，三态门导通，允许Q0~Q7输出，OE为高电平时，输出悬空。当74LS373用作地址锁存器时，应使OE为低电平，此时锁存使能端C为高电平时，输出Q0~Q7 状态与输入端D1~D7状态相同;当C发生负的跳变时，输入端D0~D7 数据锁入Q0~Q7。51单片机的ALE信号可以直接与74LS373的C连接。 在MCS-51单片机系统中，常采用74LS373作为地址锁存器使用，其中输入端1D~8D接至单片机的P0口，输出端提供的是低8位地址，G端接至单片机的地址锁存允许信号ALE。输出允许端OE接地，表示输出三态门一直打开。3.6.6 键盘、显示器接口电路 (1)显示器接口电路 显示器的种类很多，从液晶显示、发光二极显示到CRT显示器，都可以与微机配接。在单片机应用系统中常用的显示器主要有发光二极管数码显示器简称LED显示器以及液晶显示器LCD等。LED、LCD显示器具有耗电省、成本低廉、配置简单灵活、安装方便、耐振动寿命长的优点。本系统要求显示数字所以选择LED显示器。 LED显示器是单片机应用系统中常用的输出器件。它是由若干个发光二极管组 - 18 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 成的，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发亮。控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。常用的LED显示器有7段和米字段之分。这种显示器有共阳极和共阴极两种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极相连接在一起，通常公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应得段被显示。 显示短，用于显示小数点。7段LED的字型码(段选码)，两个显示器都有dp 由于只有7个段(如有段，则为8个段)发光二极管，所以字型码为一个字“米”，dp 7段LED断码如表3.2所示: - 19 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 表3.2 7段LED段码 显示字共阳极字共阴极字显示字符 共阳极字共阴极 符 符码 符码 符码 字符码 0 3FH C0HA c 39H C6H 1 06H F9H d 5EH A1H 2 5BH A4H E 79H 86H 3 4FH B0H F 71H 8EH 4 66H 99H P 73H 8CH 5 6DH 92H U 3EH C1H 6 7DH 82H T 31H CEH 7 07H F8H Y 6EH 91H 8 7FH 80H H 76H 89H 9 6FH 90H L 38H C7H A 77H 88H 灰 00H FFH b 7CH 83H „ „ „ (2)静态显示接口 在单片机应用系统中，显示器显示常用两种方法:静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中 CPU 的开销小。在本系统中采用了静态显示方法。选用串并转换电路74LS164静态显示电路。 MCS --51单片机串行口方式移位寄存器方式，外接3片74LS164作为3位显示器的静态显示接口，把8031的 RXD 作为数据输出线， TXD 作为移位时钟脉冲。74LS164为 TTL 单向5位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。其中A、B(第1、2脚)为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，公一个输入信号时可并接。T(第8脚)为时钟输入端，可连接到串行口的 TXD 端。每一个时钟信号的上升沿加到T端时，移位寄存器移一位，5个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入74LS164中。R(第9脚)为复位端，当R=0时，移位寄存器各位复0，只有当R=1时，时钟脉冲才起作用。Q1„Q8(第3--6和10--13引脚)并行输出端分别接须导显示器的 hg ---各段对应的引脚上。这种静态显示亮度大，很容易做到显示不闪烁。静态显示的优点是CPU不必频繁的为显示服务，因而主程序可不必扫描显示器，软件设计比较简单，从而使单片机有更多的时间处理其它的事物，静态显示接口如图3.10所示: - 20 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 图3.10 显示接口 (3)键盘接口电路 键盘在本系统中是一个关键的部件，能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要功能。 按键设置在行和列交点初，行和列线分别连接到按键开关的两端。当行线通过上拉电阻接+5V时，被钳位在高电平状态。 键盘中无按键按下是由列线送入全扫描字。行线读入行线状态来判断的。其方法是:给列线的所有I/O线均置成低电平，然后将行线电平状态读入累加器A中，如果有键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平，从而使行输入不全为1。键盘中哪一个键按下是由列线逐列置低电平后，检查行输入状态，其方法是:依次给列线送低电平，然后检查所有行线状态，如果不全为1，则所按下的键一定在此列。而且是与0电平行线相交的交点上的那个键。 行列式键盘又叫矩阵式键盘。用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。用矩阵式键盘可以直接往控制器里输入数据，所以根据该设计的需要，键盘选择矩阵式键盘。本系统具有参数输入功能，因此采用矩阵式键盘;利用8031的串行口P1.1、P1.2作为键入线，P1.4作为同步脉冲输出控制线。 键盘设定(0,9)数字键，Enter为确定键，Delete为取消键，Home为运行键，End为停止键。 - 21 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 键盘接口电路如图3.11所示: 图3.11 键盘接口电路 3.6.7 温度检测电路 在本次的设计中，我所采用的是热电阻。热电阻测温的基础是大多数金属导体的电阻率温度升高而增大，具有正的温度系数。在工业上广泛应用的热电阻温度计一般用来测量-200,+500?范围的温度，随着科学技术的发展热电阻温度计的测量范围低温端可达1K左右，高温端可测到1000?。热电阻温度计的特点是精度高，适宜于测低温。在560?以下的温度测量时，它的输出信号比热电偶容易测量。 (1) 纯金属是热电阻的主要制造材料，热电阻的材料应具有以下的特性: ?电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。 ?电阻率高，热容量小，反应速度快。 ?材料的复现性和工艺性好，价格低。 ?在测温范围内化学物理特性稳定。 (2) 铂电阻 目前，在工业中应用最广的铂和铜，并已制作成 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 温热电阻。铂电阻的特点是精度高，稳定性好，性能可靠。铂在氧化性气氛中，甚至在高温下的物理、化学性质都非常稳定。因此铂被公认为是目前制造热电阻的最好材料。铂电阻与温度之间的关系接近于线性，在0630.74?范围内可用下式表示:Rt=R0(1+At+Bt^2) 。在-190,0?范围内为 Rt=R0(1+At+Bt^2+Ct^3)。该式中，R0、Rt为温度0时铂电阻的电阻值，t为任意温度，A、B、C为温度系数，由实验确定，A=3.9684*10-3/?，B=-5.847*10^-7/?，C=-4.22*10^-12/?。由上面的两个式子可以看出，当R0值不同时，在同样的温度下，其Rt值也不同。目前国内统一设计的一般工业用标准铂电阻值R0有100欧和500欧两种，并将电阻值Rt与温度t的相应关系统一列成表格称其为铂电阻的分度表，分度号分别用Pt100和Pt500表示。由文献[9，13,14]可知”。 - 22 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 铂电阻在常用的热电阻中准确度最高，国际温标ITS-90中还规定，将具有特殊构造的铂电阻作为13.5033K-961.78?标准温度计来使用。铂电阻广泛应用于-200,850?范围内的温度测量，工业中通常在600?以下。 - 23 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 第四章 系统软件设计 4.1 主程序流程图 系统的主设计流程图如图4.1所示: 图4.1 主程序流程图 主程序: ORG 0100H DISM0 DATA 78H DISM1 DATA 79H DISM2 DATA 7AH DISM3 DATA 7BH DISM4 DATA 7CH - 24 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) DISM5 DATA 7DH MOV SP, #50H; 50H送SP CLR 5EH ; 清本次越限标志 CLR 5FH ; 清上次越限标志 CLR A ; 清累加器A MOV 2FH, A MOV 30H, A MOV 3BH, A MOV 3CH, A 清暂存单元 MOV 3DH, A MOV 3EH, A MOV 44H, A MOV DISM0, A MOV DISM1, A MOV DISM2, A MOV DISM3, A 清显示缓冲区 MOV DISM4, A MOV DISM5, A MOV TMOD, #56H MOV TL0, #06H MOV TH0, #06H CLR PT0 SETB TR0 SETB ET0 SETB EA LOOP ACALL DISPLY ;调用显示程序 ACALL SCAN ;调用扫描程序 AJMP LOOP ;等待中断 应当注意:由于T0被设定为计数器方式2，初值为06H，故它的溢出中断时 间为250个过零同步脉冲。为了系统正常工作，T1中断服务程序的执行时间必须 [20]满足T0的制一时间要求，因为T1的中断是嵌套在T0中断之中的。 4.2 T0中断服务程序 T0中断服务程序是温度控制系统的主程序，用于启动A/D转换器，读如数据 采样，数字滤波，越权温度报警和处理，PID计算和输出可控硅的同步触发脉冲等。 - 25 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) P1.3引脚上输出的该同步脉冲宽度由T1计数器的溢出中断控制，8031利用等待 T1溢出中断空隙时间完成把本次采样数值转换成显示值而放入显示缓冲区和调用 温度显示程序，8031从T1中断服务程序返回后便可以恢复现场和返回主程序，以 [2]等待下次T0中断。 T0中断服务程序框图如图4.2所示: a b 温度显示 请越限标志 Y N (DH5)=1? 恢复现场 返回 图4.2 T0中断服务程序流程图 T0中断服务程序: ORG 000BH AJMP CT0 CT0: PUSH ACC ; PUSH DPL ; 保护现场 PUSH DPH ; SETB D5H : 置标志 ACALL SAMP ACALL FILTER CJNE A，42H，TPL WL: MOV C，5EH MOV 5FH，C CLR 5EH - 26 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) ACALL UPL POP DPH POP DPL POP ACC RETI ;中断返回 TPL: JNC TPL1 CLR 5FH ;清上次越限标志 CJNE A，43H，MTPL HAT: SETB P1.1 ;若温度不越限，则绿灯亮 ACALL PID MOV A，2FH CPL A ; INC A ; 对PID值求补，作为TL1值 NM: SETB P1.3 MOV TL1，A MOV TH1,#0FFH SETB PT1 SETB TR1 ;启动T1 SETB ET1 ;允许T1中断 ACALL TRAST LOOP: ACALL DISPLY ;显示温度 JB D5H,LOOP ;等待T1中断 POP DPH POP DPL POP ACC RETI MTPL: JNC HAT SETB P1.0 ;否则，下限声光报警 MOV A,45H CPL A INC A AJMP NM TPL1: SETB 5EH JNB 5FH,WL INC 44H ;越限计数器加1 - 27 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) MOV A,44H CLR C SUBB A,#N ;越限N次吗, JNZ WL SETB P1.2 CLR 5EH CLR 5FH POP DPH POP DPL POP ACC RETI 4.3 采样子程序 采样子程序SAMP流程图如图4.3所示: 采样值始址送R0 采样次数送R2 选同IN0 启动ADC 延时 A/D完成, N Y 所有采样结束, N 返 回 图4.3 采样子程序流程图 - 28 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 采样子程序: SAMP: MOV R0,#2CH ;采样值始址送R0 MOV R2,#03H MOV DPTR,#03F8H SAM1: MOVX @DPTR,A ;启动ADC0809工作 MOV R3,#20H DLY: DJNZ R3,DLY ;延时 JB P3.3,HERE HERE: MOVX A,@DPTR MOV @R0,A ;存放采样值 INC R0 DJNC R2,SAM1 RET 4.4 数字滤波程序 数字滤波程序FILTER:用于滤去来自控制现场对采样值的干扰。 本设计采用中值滤波，其数字滤波程序流程图如图4.4所示: 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: MOV A,2EH CJNE A,2CH,CMP5 MOV 2AH,A RET CMP5: JC CMP6 - 29 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) XCH A,2CH CMP6: MOV 2AH,A RET (2CH)送A N (2CH)?(2DH)? Y Y (2CH)>(2DH)? N (2CH)??(2DH) N (2DH)?(2EH)? (2DH) 送2AH Y (2DH)>(2EH)? Y Y (2DH) 送2AH (2CH)?(2EH)? N (2EH)送2AH Y (2EH)>(2CH)? N Y (2CH) 送2AH (2EH)送2AH 返回 图4.4 数字滤波程序流程图 - 30 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 4.5 PID算法的实现 目前数字PID控制器被广泛应用十温度控制系统之中，本系统即以PID控制算法为核心，通过实验测试的方法获得控制参数范围(然后应用试凑法进行参数整定，最终达到较为快速，精确的控制,采用一般的增量位置式PID算法进行控制[7]. PID算法的增量表达式如公式4.1所示: ,,1TTD,,，，，ukekekekekekek()()-(-1)()()-2(-1)(-2),,,,,TT,,1 (4.1) ,，，，kekekkekkekeke()-(-1)()()-2(-1)(k-2),,,,pD1 ,，，，，()()-(2)(-1)(k-2)kkkekkkekkepDpDD1 =pe(k)+pe(k-1)+pe(k-2) o12 具体程序如下: para[0]=x; //在这完成pid算法。para[2-4]p i d ，para[5]pid运算后的uy0=para[0];r=para[1]*10; e2=e1; e1=e0; e0=r-y0; u+=e0*para[3]+(e0-e1)*para[2]+(e0-2*e1+e2)*para[4]; //PID算法的式子 if(u>255*K) u=255*K; //防止溢出的情况发生 if(u<0) u=0; para[5]=u/K; //实现PID参数的小数点化 TLC5620(0,para[5]); 4.6 如何实现P、I、D参数的小数化 因为在实际的系统当中，P、I、D参数不可能完美的都是整数，有可能出现1太小，2却太大的情况。所以将参数的小数话，是很有必要的。如果在键盘上操作加减0.1话，很难。在这里我们用了软件的方法来实现小数点。就是在运算中把P、I、D参数的数值通通都除以10，这样假如输入的P为10的话，在运算中它是按照1在运算的，这样就实现了参数的小数点化，使控制的精度进一步提高。 4.7 P、I、D参数的整定方法 在数字控制系统总，参数的整定是十分重要的，调节系统中参数整定的好坏直接影响调节的品质。 所谓试凑法是人们在长期工作程实践中，从各种控制规律对系统控制质量的影响的定性分析总结出来的一种行之有效、并得到广泛应用的工程整定方法。在实际现场整定过程中，我们首先通过扩充响应曲线法整定参数，设定初始的PID参数进行控制，为了达到理想的控制目标，对PID参数进行了不断的调整，原则 - 31 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 是要保持PID参数按先比例，后积分，最后微分的顺序进行反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。 4.8 数据的记录 设定值70?C，P=60;I=2;D=15;采样周期设定为4S。也就是相当于P=6,I=0.2,D=1.5,如表4.1所示: 表4.1 数据记录 温度 68.6 69.5 69.8 69.4 69.7 69.5 70.7 69.7 控制 6 0 0 11 0 18 0 89 温度 69.0 69.5 69.5 70.1 70.0 70.3 70.4 70.6 70.5 控制 150 79 105 64 100 52 48 0 3 温度 70.1 69.8 69.6 69.5 69.8 70 70.1 70.1 70.2 控制 50 68 92 103 90 80 51 51 0 设定值为80?C，采样周期还是设定为4S。P=60;I=2;D=25;也就是相当于P=6;I=0.2;D=2.5,如表4.2所示: 表4.2 数据记录 温度 75.4 76.0 76.3 77.3 77.0 77.6 77.9 78.3 控制 200 200 187 80 170 60 114 64 温度 78.5 78.3 78.4 79.9 78.4 78.7 78.6 78.9 78.5 控制 62 114 110 98 183 101 131 90 160 温度 78.9 79.1 79.3 80.0 19.3 79.2 79.7 79.2 79.1 控制 113 93 82 4 124 114 41 135 120 温度 79.7 79.9 79.7 79.8 80.0 80.1 79.8 80.0 80.3 控制 47 80 118 97 71 64 113 71 36 - 32 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 温度 80.0 79.7 79.7 79.9 80.0 80.3 79.9 80.1 79.7 控制 81 123 106 102 102 60 132 88 124 温度 79.5 80.5 80.0 80.1 80.5 80.2 80.1 80.4 80.0 控制 124 46 136 104 44 104 101 101 125 温度 80.0 80.3 80.1 80.3 79.7 79.9 80.1 79.9 80.4 控制 105 163 92 66 162 113 91 129 53 温度 79.9 79.8 80.3 79.8 79.8 79.9 79.9 80.2 79.8 控制 136 107 65 150 123 158 110 76 132 最后温度在79.8?C—80.2?C之间波动。 - 33 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 第五章 结论 首先，通过这次应用系统的设计，我学到了不少的知识。把以前没有学好的程序专业知识进行了补充和加强，加深了我对于单片机和数字电路的认识，巩固了自己的专业知识，相信在以后的学习和工作中碰到这些基础的元器件我会更加得心应手。 我所写的系统主要根据目前工业自动化的发展趋势和国内实际的应用特点和 、2764。要求，使用无ROM的8031作为主控芯片进行控制，8031的接口电路有81558155用于键盘/LED显示器接口，2764可作为8031的外部ROM存储器。其中温度控制电路是通过可控硅调功器实现的。双向可控硅管和加热丝串联接在交流220V，50HZ交流试点回路，在给定周期内，8031只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。 此系统单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。其中的温控系统采用镍铬/镍铝热电偶，此电偶用于0?,1000?的温度测量范围，相应的输出电压为0mV-41.32mV.温度是工业对象中的一个重要的被控参数，在本系统中，若采用模糊控制或者神经网络及遗传算法控制，这些控制技术会大大提高控制精度，不但使控制简捷，降低了产品的成本，提高了生产效率。 通过查阅大量的资料，我获得了以前在课堂上学不到的东西，我想这对于以后的毕业设计，或者工作也好，都是很有帮助的。我很认真地对待这个过程中的每一个细节，希望自己能做得更好。希望今后还有这样的机会，能够让我学到更多的知识。 - 34 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 致 谢 在本次课程设计过程中，我得到了实验室老师和同学的大力帮助和支持。电路的设计、电路的制作、电路的调试及最后系统的完成，老师们都耐心地给予指导并加以改正。其认真塌实的工作态度和温和的态度都值得我们尊敬。在整个课程设计过程中，老师们还为我们提供了良好的实验场所和各种实验工具，方便了我们，在此表示由衷的感谢。我的同学们也在我的电路设计和调试过程中给了我很大的启发和帮助，在此特向给予我帮助的所有人表示诚挚的谢意。本报告可能还有许多不尽如人意的地方，希望能够得到老师们和同学们的批评和指导意见。 最后，我在衷心的说一句:老师您辛苦了～ - 35 - 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计(论文) 参考文献 [1]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社 ,1996. 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