基于单片机电阻炉炉温控制系统设计.doc

江苏建筑职业技术学院毕业技术报告分类号： 密级：UDC： 编号：毕业设计设计题目名称：基于单片机电阻炉炉温控制系统的设计学 生 姓 名： 张 鑫专业名称：电气自动化班 级：电气11-1学 制：三年学 号：1150193115学历层次：专 科指导教师：吴兴华评 阅 人：论文（设计）提交日期： 2014年 5 月 22日论文（设计）答辩日期： 2014年 6 月 3日江苏建筑职业技术学院二一四 年 六 月 三十 日摘 要在人们的日常生活以及一些工业生产中，都是需要对各类范围的温度进行控制和检查的。为满足这一需求就需要设计一个性能良好且操作简单的温度控制系统。此次设计为一个电阻炉炉温控制系统 ，用来控制电阻炉的炉温，使其按预定规律变化，并且能够在超过上限的时候报警。可通过键盘来显示出设定的目标温度和参数。控制系统按功能包括有温度传感器模块、温度显示和设定模块、控制模块、单片机与上位机通信模块。控制系统通过键盘对电阻炉炉温、恒时长短进行设定，通过单片机对电阻炉炉温和预设温度，根据控制量通过PWM来控制固态继电器的导通、关闭。继而实现对电阻丝的导通时间的控制和炉温的控制。通过单片机的串口和上位机来实时显示温度并且绘制出温度曲线，让系统的可读性更加直观。 关键词：电阻炉、LED、PID、温度、单片机目 录第1章 绪论1.1 选题意义 41.2 国内外发展趋势 51.3 系统的主要性能指标 61.4 主要工作任务 61.4.1课题研究的内容 91.4.2外部引脚功能 91.4.1关于工艺的要求 9第2章 MCS-51系列单片机及8051简介2.1 MCS-51系列单片机简介102.28051单片机存储器的空间结构图12 2.3程序存储器 13第3 章 课题要求与设计的方案的论证3.1系统的综述 133.2各种模块电路方案选择与论证123.2.1 系统的硬件的总框图和基本的工作原理123.2.2主机的控制的模块143.2.3温度的控制模块143.2.4温度的采集的模块143.2.5显示模块143.3系统的各模块间的最终确定的方案15第 4章 装置硬件介绍4.1处理器部分 184.1.1关于AT89C52的说明184.1.2外部引脚的功能 194.2关于8155部分124.2.1 关于8155的说明124.2.2外部管脚功能144.2.3 8155的工作方式和基本操作144.3集成A/D转换器ADC0809 154.3.1 关于ADC0809的说明124.3.2 外部管脚功能144.4集成D/A转换-DAC0832184.4.1关于DAC0832的说明184.4.2外部引脚的功能 194.5脉冲宽度调制PWM和固态继电器 184.5.1关于AT89C52的说明184.5.2固态继电器工作原理194.5.3固态继电器硬件连接图19第5章系统硬件设计5.1 AT89C52构成的最小系统305.1.1 晶振回路315.1.2 复位电路325.2 报警电路设计 325.3 电源电路设计335.4显示电路设计355.4.1 LCD1602简介355.4.2 LCD1602管脚功能介绍355.4.3温度显示模块电路 405.5电平转换电路设计395.5.1 RS-232标准介绍405.5.2 DB-9连接器405.5.3 MAX232芯介绍415.5.4 串口硬件连接片图 42第6章 系统的软件设计6.1 主程序设计 456.2 液晶显示模块 466.3模拟量输入电路 486.4 上位机软件测试 496.5 电阻炉主要参数 51第7章 结论 52第8章 致谢 53附录第1章 绪论1.1 选题意义随着现代科学技术的快速发展，每个领域对温度控制系统的要求越来越高，控制系统也随着有了很大的变化。在军工、化工、电力、冶金、机械等诸多领域中，需要对各种各样的温度进行监控。在我们的日常生活中也会用到微波炉、电阻炉、电热水器以及空调等，所以温度与我们的生活息息相关，由此可见温度控制电路广泛应用于生活中的各个领域，所以对温度进行控制是很有必要的。随着人们对电阻炉的广泛应用， 他的温度控制一般采用模拟或数字调节仪表进行调节，但是却存在着一些缺点。而采用单片机进行炉温控制的话，不仅可以提高控制质量和自动化水平，而且对经济效益和推广价值也取得了一定的效果。为此我们有必要设计一个基于单片机的好性能 、易操作的温度控制系统。1.2 国内外发展趋势电阻炉温是用在热处理生产中应用最为广泛的，同时在机械，冶金，化工等行业的生产中占剧着非常重要的地位。所以对电阻炉温度控制的好坏能够直接影响温度水平和加热质量，从而直接影响产品的质量和产量，所以国内外关于电阻炉控制系统的研究一直高度重视，发展起来也比较快，同时也取得了较为理想的成果。自1980年以来，由于在工业过程控制中的需要，尤其是在计算机技术的迅猛发展和自动化发展的推动下，国外温度控制系统发展极其迅速，特别是在控制这一块，日美德等发达国家技术领先，相继都生产出了一批性能优异的温度控制器，并且在各行业都广泛应用。其适应于惯性和滞后都大的复杂温度测控系统，并且实现了温控器对控制对象和参数、特性进行自动整定，根据观察对象的温度变化，能够自动调整控制参数，以达到控温的目的。目前，国外温度控制仪表正在向着高精化、高智能、小型化等方向发展。江苏建筑职业技术学院毕业技术报告1.3 系统的主要性能指标第一 序设定恒速升温段、保温段和恒速降温段。第二 有四路模拟量（热电偶mv）输入，其中第一路用于调节；测量精度达0.1%，测量范围为0500。第三 具有一路模拟量输出，对炉温进行调节。第四 采用ID调节规律。第五 采用LED显示，任何参数显示5秒后，自动返回被调温度的显示；第六 运行开始后，可显示瞬时温度和总时间值。在线设置或修改PID参数。第七 键盘包括PID参数设置键、参数修改键（既递增和递减键）、复位键。1.4 主要工作任务在对本毕业设计实际的任务要求下，需要对温度传感器芯片、系统芯片的进行选择，在此基础上设计出电源电路、报警电路、键盘电路、复位电路、时钟电路、转换电路。系统开始工作后，根据初始设定的条件读取温度值，测量出的数据经过处理后，再与设定的温度值进行比较，若当前的温度超限，则发出报警信号设置。1.4.1课题研究的内容本文所要研究的课题是基于单片机的电阻炉炉温控制系统的设计，主要是介绍了对电阻炉炉温的控制，实现了温度的即时显示并对其进行严格控制。运用LCD显示炉温的变化，任何参数显示5s后，自动返回被调温度的显示，运行开始后，可显示瞬时温度和总时间值。控制器用AT89C52单片机，对检测信号和设定值的差别进行调节，并输出PWM控制信号给执行机构，去调节电阻炉的加热功率，从而控制炉内温度。并要求序设定恒速升温段，保温段，恒速降温段，四路模拟量（热电偶mv）输入，其中第一路用于调节；测量精度为0.1%,测量范围为0-500，采用PID调节规律。同时要求键盘包括PID参数设置。1.4.2本系统实现的功能基于单片机温度控制系统就是对电阻炉的温度进行严格控制的系统，它将温度变送、数字和显示控制于一体，用软件部分实现升降温的PID控制和调节。1.4.3关于工艺的要求关于温度的控制，大约有以下几个过程 过程一 自由升温，根据电阻炉自身的环境，不控制让其自由升温过程二 恒速升温，升温按照固定的坡度进行过程三 保温，保持温度恒定过程四 恒速降温，降温按照固定的坡度进行过程五 自由降温段，根据电阻炉自身的环境，不控制让其自由降温每一个过程设定时间，如图所示。 温度变化监控过程在本案例中，要求温度有规律的变化，从室温0开始到第一个拐点为自由升温段，当温度到达此点就进入系统调节直到平衡点。从平衡点到降温点为保温段，要始终在系统控制之下，以保证所需的炉内温度的精度。加工结束，到达下一个拐点就是自由降温段。保温的时间大约50-100min。炉温变化曲线要求参数如下：过渡过程:就是从升温开始到进入保温的时间，需要大于100分钟。调节量：就是升温过程的温度最大值与温度稳定值之差与平衡温度值之比，静态误差：就是当温度进入稳定段后的实际温度值与稳定设定值之差的绝对值 静态误差=稳定实际温度 稳定 设定温度2温度稳定值的变化范围：50100 。为了便于说明，设稳定温度值为100。第2章 MCS-51系列单片机及8051简介2.1 MCS-51系列单片机简介所谓单片机，又称为微控制器MCU。CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、I/O口（串行口、并行输出口等）这些东西构成了一台计算机。在计算机上这些部分被分又成了若干块芯片，会被安装在一个叫主板的印刷线路板上。在单片机中，这些部份全部集中到集成芯片中了。自20世纪以来电子技术的计算机革命造就了单片机，自被称为微电脑以来，单片机因其小体积和强功能而被广泛应用于嵌入式计算机系统中。在我们的日常生活中彩电、冰箱、洗衣机、电磁炉、数码产品、智能玩具等，都运用了微电脑控制技术。工业控制中的定时器、计数器等，无处不都是运用的单片机。现今的电子世界几乎都快成了单片机的世界。MCS-51具有的结构先进功能强大的他点和优势。C51在物理结构上存在四个存储空间，分别为片内程序存储器、片外程序存储器、片内外数据存储器。在逻辑上，8051只存在三个存储空间，他们分别是：第一，片内外统一编址的64K的程序存储器地址空间第二，256B片内数据存储器的地址空间第三，64K片外数据存储器的地址空间我们用不同的形式指令，来达到访问不同地址空间的目的2.2 8051单片机存储器的空间结构图2.3 程序存储器一个微型处理器能够自己执行某种任务，除它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，它们按照人们预先编写的程序去执行。设计人员编写的程序存放在微处理器的程序存储器中，即为只读程序存储器ROM，编写的程序给微型处理器一系列命令用来处理问题。程序和数据一样，全部都是由机器码组成的代码串。只是程序代码则存放于程序存储器中而已。 假若为1时，程序从片内ROM开始执行任务，当PC值超过片内ROM容量时候会自动转向外部ROM空间。 假若为0时，程序从外部存储器开始执行任务，比如前面提到的片内无ROM的8031单片机，在实际应用中就要把8031的引脚接低电平才能有用。8051片内有4KB的存储单元，其地址为0000H0FFFH，单片机启动或者复位后，程序计数器的内容为0000H，所以系统将从0000H单元开始执行所编写的程序。但是在程序存储中有一些特殊的单元，在使用中应加强注意： 但是其中有一组特殊是：0000H0002H单元，在系统复位后，PC为0000H，单片机从0000H单元开始执行程序，如果程序不是从0000H单元开始的话，则需要在这三个单元中存放一条无条件转移指令，让CPU直接去执行用户指定的程序。 另一组的特殊单元是0003H002AH，这40个单元各有各自的用途，它们被均匀地分为五段，定义如下： 0003H000AH为外部中断0中断地址区。 000BH0012H为定时/计数器0中断地址区。 0023H002AH为串行中断地址区。可见以上的40个单元全部是专门用来存放中断处理程序的地址单元，当中断响应以后，按照中断的类型，自动转向各自的中断区去执行程序。从上面可以看的出，每个中断服务程序中只有8个字节单元，但是用8个字节来存放一个中断服务程序很显然是不可能的。因此以上地址单元不能用来存放程序的其他内容，只能用来存放中断服务程序。但是通常情况下，我们是在中断响应的地址区安放一条无条件转移指令，指向程序存储器的其他真正用来存放的中断服务程序的空间去执行,这样中断响应后，CPU读到这条转移指令，便转向其他的地方去继续执行中断服务程序。下图是ROM的地址分配图：由此可见，在0000H-0002H此区间，有在三个存储单元，3个存储单元在我们的程序存放时是存放不了实际东西的程序的因此我们在现实编写程序的时候在此设置ORG 指令，通过 ORG 指令跳转到从 0033H 开始的用户ROM区域内，然后达到安排我们程序语言的目的。从 0033 开始的用户 ROM 区域，用户可以通过对ORG指令任意安排，在使用的时候不要超过实际的存储空间，不然程序没有办法找到。第3 章 课题要求与设计的方案的论证3.1系统的综述想实现上述目的，我们用的是ATMEL公司所生产AT89C52。AT89C52是带8K字节的闪速的可编程可擦除的只读的存储器（PEROM）低电压，高性能的CMOS 8位的微控制器。这个器件采用的ATEML非易失的内存制造的技术制造，和工业标准80C51和80C52的指令集和输出的管脚相互兼容。因为将多功能的8位CPU与闪速的内存组合单个芯片一起，ATMEL生产的AT89C52是高效微型控制器，给很多的嵌入式的控制系统而提供一种灵活性高而且价廉方案。Po口是作为采集的温度的信号T入口，DAC-0832D/A转换的芯片执行的模拟量的输出，铂电阻是作为温度的检测元件，运算放大器K1K2与PWM驱动器是作为功率的调节器，电阻炉是作为控制的对象。3.2各种模块电路方案选择与论证根据题目基本要求，设计的任务是主要设计炉温控制的系统，控制炉内温度，而选择合适控制规律，并且使炉内温度是按预定对的规律变化，且能够进行的越限报警。可以通过键盘，来显示电路的设定目标的温度、控制的参数、运行等等。3.2.1 系统的硬件的总框图和基本的工作原理这电阻炉的炉温的自动的控制系统的元件的方块图如上图。他是采用89C52型号的单片机来作为的控制器，Po口是作为的采集温度的信号T入口，DAC-0832D/A的转换芯片来执行的模拟量的输出，铂电阻是作为的温度的检测元件，运算放大器是K1K2和PWM的驱动器的调节器，控制对象是电阻炉。此外，系统存在定时的装置、数字的显示装置与打印机，以使显示和记录的生产的过程的温度的输出量。 下面我们描述一下控制过程，计算机的定时是对炉温进行的测量和控制，炉内的温度是由铂电阻的温度机来进行的测量，它的信号是经放大而送到A/D的转换的芯片，来换算成的相应数字量之后，再去送入计算的集中进行的判别与运算，而得到的应该有电功率数，来经过的D/A转换的芯片而转换成的模拟量的信号，而供给的PWM驱动器来进行的调节，以使其达到相应炉温变化的曲线要求。若这些的工作完成之后还未达到1min，那么自动的踏步的等待的时钟的信号中断到来。在电热炉正常工作时，外接因素发生变化，那么会检测到炉温的温度信号ui下降，然后在计算机内部ui和uo进行不叫，而得到的偏差的信号e=UoUi而增加，然后经过了放大之后，PWM的驱动器的输出的电压UD而增加，温度进而随之增加，而补偿刚才温度的下降，电阻炉便又重新存在新的平衡的温度而运行。另外，如果会供给PWM驱动器的装置的电源的电压的升高，便会使其输出的电压UD来升高，电阻炉的炉温因而升高，铂电阻的温度计而检测出来的信号Ui会因此升高而使偏差的信号e来下降，因而UD会下降，补偿了由于电源电压的升高而对炉温的影响变化。3.2.2主机的控制的模块当我们采用AT89C52单片机来作为控制器时。单片机的算术运算的功能很强，软件的编程灵活性、自由度很大，软件的编程因而实现各种的算法与逻辑控制功能。其自身会带有定时/计数器的功能，是可以用作定时、计数，而且其具有的功耗低，体积小，技术的成熟与成本低等等的优点。3.2.3温度的控制模块根据我们对题目要求的理解，是可以用电阻炉来进行加热的，用控制电阻炉通断的频率便可以来控制的加热速度。当水的温度过高时侯，关掉我们电阻炉时，即可以使水的温度控制在设定温度的范围内。当我们采用固态继电器来进行控制时。使用的固态继电器是很容易的实现控制的较高电压和电流，在正常时候，工作会十分的可靠。继电器不需要外加光耦，自身便可以实现电气的隔离。固态继电器会有控制的电压宽、驱动电流小、通断延时间少等优点，适合的通断的频率高控制的场合。当我们采用固态的继电器来控制光耦和交流的过零的电路，而且是可以使用算法，来利用pwm波来控制开关的频率，同样也可以会达到需要的要求的控温的精度。3.2.4温度的采集的模块当我们使用ADC0809时，不需要别的外加电路，直接来输出的数字量。便可直接和片机进行通信，读取测温的数据。会使线路简单，性能的稳定体积不大的特点。ADC0809会实现模数的转换，结构的简单性能的可靠，测温的范围与测温的精度而满足设计的要求。3.2.5显示模块1602液晶并也被称作1602字符型的液晶。他的功能有显示字母、数字、符号等别的点阵型，很多个57或511等等点阵字符位来组成了1602液晶，而且每个点阵的字符位都是可以用来显示单个的 字符。每个位之间是有单个点距的间隔的每行之间也会有间隔有了字符的间距与行间距作用，正是因为这样他便不能用来显示图形，并且价格也便宜，编程也简单。3.3系统的各模块间的最终确定的方案第一，用使AT89C52单片机来作为控制器，单独对温度的采集、LCD的显示、温度的设定、加热的装置、上位机的通信来进行控制。第二，温度的测量的模块是采用ADC0809。第三，电热丝的有效的功率控制来采用的固体继电器来控制，以实现电路的简单实用，固体继电器开关的频率是会满足设计的要求。第四，用LCD1602显示屏来显示的温度值以及时间，使用数字键与功能的设置键来实现温度、时间设置。第五，上位机是采用C语言来编写的，因为使用C语言会简洁、易学，编程界面更加的友好。第 4章 装置硬件介绍4.1处理器部分本系统采用的单片机是由ATMEL公司生产的AT89C52。AT89C52是一种带8K字节闪速可以编程可以擦除只读存储器（PEROM）的低电压、高性能 CMOS 8位微控制器。这个元器件采用ATEML非易失内存制造的技术制造，和工业标准的80C51和80C52指令集和输出管脚相兼容。因是将多功能8位CPU和闪速内存组合在单个芯片中，所以ATMEL生产的AT89C52是一种高效微控制器，是许多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高并且廉价的方式。4.1.1关于AT89C52的说明AT89C52具有以下一些标准特征：有8K 字节的闪速内存，有256字节RAM，有I/O线32个，有16位定时器/计数器3个，有两级中断源结构8个，全双工串行口一个，有片内振荡器和时钟电路。此外，AT89C52不含有稳态逻辑，可在低到零频率的条件下静态逻辑，可支持2种软件可选的省电模式。在 闲置模式下，CPU会停止工作，但是RAM、定时器/计数器、串口和中断系统仍会继续工作。在掉电模式下，可以保存RAM的内容并冻结振荡器，禁止所用其他的芯片功能，只到下一个硬件复件。口，连接主板CPU 的对应功能端，用在当前制式的检测和会聚调整状态进入的控制功能。4.1.2外部引脚功能P0 口是地址/数据总线复用口， 也就是是一组8位漏极开路型双向I/O 接口。当是输出口用时，每位可以吸收电流的方式驱动。8个TTL逻辑门电路，对P0端口 是“1”时，可作是高阻抗输入端使用。在读取外部数据存储器或者程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）与数据总线复用，在访问期间会激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0 口会接收指令字节，而在程序校验的时候，输出指令字节，校验时，要求上拉电阻外接。P1 是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O 端口， P1 的输出缓冲级可以驱动（吸收或者输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口是“1”，由内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可以作是输入口。作是输入口使用时，由于内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会就输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同的是，P1.0 和P1.1 还可以分别作是定时/计数器的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），Flash 编程和程序校验的时候，P1会接收低8 位地址。表.P1.0和P1.1的第二功能 引脚号功能特性P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX（定时/计数器2）P2 是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 端口，P2的输出缓冲级可以驱动（吸收或者输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2 是“1”，通过内部的上拉电阻将端口拉至高电平，这时可以作输入口，作是输入口使用时，因是内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时将会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或者16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2端口送出高8位的地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI 指令）时，P2端口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或者输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口是“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并且成是输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口不仅作是一般的I/O 口线外，而且P3口还可以接收一些用于Flash闪速存储器编程与程序校验的控制信号。RST复位输入端。当振荡器运行时，RST引脚会出现两个机器周期以上高电平会使得单片机复位。ALE/PROG当访问的是外部程序存储器或者是数据存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出脉冲用在锁存的低8位字节。一般时候，ALE仍会以时钟振荡频率的1/6 输出稳定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或者用于定时的目的。要关注的是：每次访问外部数据存储器时就会跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程时，该引脚还可以用于输入编程脉冲（PROG）。如果有必要，可以通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位进行置位，可以禁止ALE 操作。该位进行置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才可以将ALE 激活。此外，该引脚会被微微拉高，单片机在执行外部程序时，应该设置ALE禁止位无作用。P SEN程序储存允许（PSEN）输出是指外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 在外部程序存储器取指令和数据时，每个机器会有周期两次PSEN有效，就是输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器时，会跳过两次PSEN信号。EA/VPP 接受外部读取XTAL1用于振荡器反相放大器和内部时钟发生器的输入端。XTAL2用于振荡器反相放大器输出端。4.2 关于8155部分4.2.1关于8155的说明 AD0AD7是地址数据总线，单片机和8155之间的地址、数据、命令和状态信息都是通过这个总线口进行传送的。ALE是地址锁存信号输入线。在ALE的下降沿把单片机P0口输出的低8位地址信息和CE、IO/M的状态锁存到8155的内部寄存器。所以，单片机的P0端口输出的低8位地址信号不需要外接锁存器。IO/M是RAM/IO口选择线。当IO/M是0时，单片机会选择8155的RAM读/写。AD0AD7地址是8155中RAM单元的地址；当IO/M是1时，单片机选择8155的I/O口，AD0AD7地址是I/O口的地址。CE就是片选信号。RD、WR就是读、写控制输入线。4.2.2外部管脚功能8155各引脚功能列出如下：PA0PA7：8位通用I/O口，其输入、输出的流向可以由程序控制PB0PB7：8位通用I/O口，功能同A口PC0PC5：有2个作用，不仅可作是通用的I/O口，而且可作是PA口和PB口的控制信号线，这些可以通过程序控制TIMER IN：定时/计数器的脉冲输入端TIMER OUT：定时/计数器的输出端VCC：+5V电源ALE：是地址锁存信号。8155内部不存在地址锁存器，在ALE的下降沿将单片机P0端口输出的低8位地址信息和I/O 的状态都锁存到8155内部锁存器。所以，P0口输出的低8位地址信号都不需外接锁存器IO/M：8155 RAM存储器或者I/O口选择线。当IO/M 是0时，就选择8155的片内RAM，AD0AD7上地址是8155中RAM单元的地址（00HFFH）；当IO/M 是1时，选择 8155的I/O口，AD0AD7上的地址是8155 I/O口的地址CE：是片选信号线，低电平有效WR：是写选通信号，控制对8155写操作，低电平有效RD：是读选通信号，控制对8155读操作，低电平有效AD0AD7：三态地址/数据的总线。和单片机的低8位地址/数据的总线（P0口）相连接的。单片机和8155之间的地址、数据、命令和状态信息都是通过这个总线口传送的RST：复位信号的输入端，高电平时有效。复位以后，3个I/O口都是输入方式4.2.3 8155的工作方式与基本操作8155可以作是I/O口、片外256字节数据存储器和定时器使用。在本系统中只作是定时器扩展使用，他的基本操作如下：（1）关于定时器的选择方式：8155片里有一个14位减法计数器，可以对输入脉冲进行减法计数。外部有2个定时器引脚端口TIN和TOUT。其中TIN是定时器时钟输入端口，是外部输入时钟脉冲；另一个TOUT是定时器输出端口，输出各种信号脉冲波形。定时器的低8位、高6位计数器和定时输出方式由04H、05H口寄存器进行确定的。定时器的14位计数器是04H（低8位）与05H的D0-D5（高6位）组成的。定时器输出有四种波形可由定时器方式编程选择。（2）关于定时器的编程：对定时器编程的时候，第一步把计数常数及定时器方式送入定时器口（定时器低8位及定时器高6位、定时器方式M）04H及05H。计数常数在0002H-3FFFH之间进行选择。计数器的启动和停止计数是命令寄存器（00H）的最高两位进行控制命令寄存器最高两位（TM2和TM1）对定时器的控制如下：TM2TM1运作情况00空，不影响计数器操作01停止计数，当定时器无启动时则无操作10计数器计满后立刻停止计数，假如定时器没启动，则无操作11启动，当计数器未开始计数时，装入计数常数后立刻开始计数；假如计数器正在计数，等待计数器溢出以后按新的工作方式和计数常数开始计数任意时刻可以置定时器的长度与工作方式，然后要把启动命令写入命令寄存器（00H），即使计数器已经计数，在写入启动命令后仍然可以改变定时器的工作方式。假若写入定时器的技术常数是奇数，方波输出就会不对称，举例：计数器常数输入为9时，定时器输出的方波5个脉冲周期内是高电平，4个脉冲周期内是低电平，不对称。8155复位后并不预置定时器方式计数常数。此外，8155的定时器在计数过程里计数器的值并不是直接表示外部输入的脉冲，计数器终值是2，初值是23FFFH之间。8155计数器通常无法当作外部文件计数器使用，只当作信号发生器使用，在输入连续脉冲之后，编程输出单方波、连续方波、单脉冲和连续脉冲信号。改变计其时计数器8155的时间常数可以获得从二百毫秒到几十分钟的采样期。4.3集成A/D转换器ADC08094.3.1关于ADC0809的说明 ADC0809是种CMOS单片型逐次逼近式AD转换器。组成：8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐次逼近 、寄存器、三态输出锁存器、其它一些电路。所以，ADC0809可处理8路模拟量输入，并且有三态输出能力，不仅可与各种微处理器相连，而且可单独工作。输入输出和TTL兼容。4.3.2外部引脚功能ADC0809A/D转换芯片引脚功能 ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装 端口功能说明IN0IN7：8路模拟量输入端2-12-8：8位数字量输出端ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START： AD转换启动信号，输入，高电平有效EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直是低电平）ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路OE： 数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量CLK：时钟脉冲输入端。按规定时钟频率不大于640KHZVcc：电源，单一5VGND：地REF（+） REF（-）基准电压集成的ADC0809的A/D开关是一个八通道多路的单片CMOS模/数转换器。每个通道都能转换出8位数字量。他是逐次逼近比较型的转换器，带有一个高阻抗斩波比较器；一个具有256个电阻分压器的树状开关网络；一个逻辑环节与八位逐次逼近数码寄存器；最后输出级含有一个八位三态输出锁存器。八个输入模拟量受多路开关地址寄存器控制，当选中某路时，这条路模拟信号VX进入比较器与D/A输出的VR相比较，直至VR和VX相等或达允许误差为止，然后将符合VX的八位数码。其主要电参数如下表：参数名称符号/单位典型最大 最小不可调整误差Etot/LSB1 输入电阻 RV/k 2.5 1.0模拟输入电压 UIOR/VVCC+0.1CC-0.1三态输出电流 UIH/V3转换时间 IO/A10011090ALE是地址锁存允许的输入线，高电平有作用。若ALE线是高电平时，地址锁存和译码器把ABC三条地址线的地址信号进行锁存，经过译码后被选中的通道的模拟量进入转换器开始进行转换。ABC是地址的输入线，用在选通道IN0-IN7上的一路拟量输入。4.4集成D/A转换器DAC08324.4.1关于DAC0832的说明DAC0832DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。和微处理器完全兼容。这个DA芯片凭借价格低廉、接口简单和转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到很广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路和转换控制电路这几部分构成。0832是CMOS型8位数字、模拟转换器，用的是T型电阻网络进行转换。是电流输出型的，需要外接运算放大器，他有三种工作方式数字输出直通数字输入，双缓冲输入或单缓冲输入，可以与微处理器直接接口。电源电压可以从5V-15V。其主要电参数如下表：参数名称符号/单位最小典型 最大线形误差EL/%FSR 0.2增益误差 EG/%FSR 0.2 1.0电源电流 IDD/mA 1.2 2.0数字输入电压 UIH/V2.0数字输入电压 UIL/V 0.8数字输入电流 IIH/A -50 -200数字输入电流 IIL/A 0.1 10建立时间 14.4.2外部引脚功能各引脚说明：DI0DI7数据输入线，TLL电平ILE数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效CS：片选信号输入线，低电平有效WR1输入寄存器的写选通信号XFER数据传送控制信号输入线，低电平有效WR2DAC寄存器写选通输入线Iout1电流输出线。当输入全是1时Iout1最大Iout2电流输出线。其值与Iout1之和是一常数DGND数字地,两种地线在基准电源处共地比较好AGND模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地Vref:基准电压输入线 (-10v-+10v)Vcc电源输入线 (+5v-+15v)Rfb反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻4.5脉冲宽度调制（PWM）及固态继电器 死区补偿电路、脉宽电路、固态继电器电路构成了脉冲宽度调制驱动器的电路。其工作原理如下图。 4.5.1固态继电器的分类固态继电器(Solid State Relays,缩写SSR)是种无触点电子开关，组成：分立元器件、膜固定电阻网络和芯片，采用混合工艺组装来实现控制回路(输入电路)与负载回路(输出电路)的电隔离及信号耦合，从固态器件实现负载的通断切换功能，内部没有可动部件。尽管市场上的固态继电器型号规格繁多，但它们的工作原理基本上是相似的。输入控制电路，驱动电路、输出负载电路为他的组成。固态继电器的输入电路是为输入控制信号创造一个回路，使他成为固态继电器的触发信号源。触发电路的作用是给输出的元器件提供触发信号。固态继电器的输出电路是在触发信号的控制下，达到固态继电器的通断切换的目的。目前，多种固态继电器使用的输出器件主要包含晶体三极管、单向可控硅、双向可控硅、MOS场效应管、绝缘栅型双极晶体管4.5.2固态继电器的工作原理 固态继电器是一种固态电子组件形成的新型无触点开关，成功利用电子组件(如开关三极管、双向可控硅等半导体组件)的开关特性，从而达到无触点、无火花、能接通、断开电路的目的，所以有“无触点开关”的美誉。相比较于以前的“线圈簧片触点式”继电器，固态继电器没有任何可动的机械零件，工作过程中也没有任何机械动作，具有超越EMR的优势，例如：反应很快、可靠度较高、寿命长、无噪声、耐震、耐冲击、有很好的防潮防霉防腐特点。这些优势使SSR在化工、军事、和其他工业民用电控设备中都有很好的应用。他的控制信号所需要的功率极低，所以可以用弱信号控制强电流。4.5.3固态继电器的硬件连接图用的是交流固态继电器，利用单片机高电平驱动三极管9014的基极，固态继电器的一端接在三极管的发射极。电路连接图所示：串口硬件连接图第5章系统硬件设计系统的硬件设计包含控制系统最小系统的设计、电源电路的设计、显示电路的设计、时钟电路设计、报警电路设计、上位机通信电路的设计。5.1 AT89C52构成的最小系统采用的是单片机ATMEL公司生产AT89C52。他是一种带8K字节闪速可编程可擦除只读存储器（PEROM），低电压、高性能的CMOS 8位微控制器。该器件采用ATEML非易失内存的技术制造，可以和工业标准的80C51和80C52指令集、输出管脚相兼容。因为把多功能8位CPU与闪速内存组合在单个芯片中，所以AT89C52是一种高效的微控制器，为许多嵌入式控制系统创造了一种灵活性高的方式。5.1.1 晶振回路为STC89C52单片机正常工作需要的时钟电路创造稳定的工作频率这是晶振回路的目的。根据STC89C52对单片机时钟周期的要求，回路要求的频率是11.0592MHz。晶振回路电容、陶瓷谐振器晶振两部分组成。担当单片机的时钟源。他内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，这个放大器的输入和输出端分别是引脚XTAL1与XTAL0,在XTAL1和XTAL0端口接上时钟电源即可构成时钟电路。本设计中采用内部时钟产生方式。在XTAL0和XTAL1两端跨接晶振，和内部的反相器构成稳定的自激振荡器。他发出的时钟脉冲可以直接送入单片机内定的时控制各部件。电容C2和C1对频率有微调整作用。电容C2和C1应安装在单片机芯片旁边，为了减少寄生电容，保证振荡器稳定可靠的运行。晶振电路如图 晶振电路江苏建筑职业技术学院毕业技术报告5.1.2 复位电路要求确保温控系统电路稳定可靠工作，复位电路肯定要存在，复位电路的首要目的是上电复位。电路正常工作时供电电压是5V5%，也就是4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要非常稳定的时钟信号，因此在电源得电时，只有当VCC大于4.75V小于5.25V并且晶体振荡器稳定工作时，复位信号才可以被撤除，微机电路开始正常工作。复位电路第二目的是手动复位。手动复位要求做的是在复位输入端RST上给定高电平，通常采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当按下按钮时，那么Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。复位电路如图所示5.2 报警电路设计目前许多智能化的测试仪表都自带设计有报警电路。蜂鸣器主要分是压电式蜂鸣器与电磁式蜂鸣器两种。压电式蜂鸣器由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹器和共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或者集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。报警电路的功能是指在AT89C52单片机的控制下达到声光报警或解除报警的目的。假若单片机检测实时温度大于设定报警温度时，通过报警电路向报警器发出信号(低电平)，声音报警电路接收到有效电平后就自动发出预置的报警声，与此同时报警指示灯发出信号。报警电路结构如图所示5.3 电源电路设计系统温度测量的电源为直流电源。电源是整个系统的地基，他的稳定工作对整个以单片机为核心的系统的内稳定工作起着十分重要的作用。第一步+220V的交流电压需要经过变压器降到15V左右。第二部由桥式整流电路把交流电变成直流电。整流之后的电流经过稳压器LM7805输出稳定的+5V电压。桥式整流电路是由四个型号相同的二极管构成的。VD3和VD1两个二极管为一对桥；VD4和VD2两个二极管为一对桥。因为二极管的启动电压较小，所以经过变压器的电压可以使VD1和VD3二极管的桥在正半周期导通，VD2和VD4两个二极管的桥在负半周期导通。稳压器LM7805是三个管脚构成的串联型降压