DZ184基于8031单片机实现电阻炉温度的控制
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：
编号：512385
类型：共享资源
大小：547.51KB
格式：RAR
上传时间：2015-11-11
上传人：QQ28****1120
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
辽宁
IP属地：辽宁
6
积分
- 关 键 词：
-
毕业设计
- 资源描述：
-
DZ184基于8031单片机实现电阻炉温度的控制,毕业设计
- 内容简介：
-
长春工业大学学士学位论文 - 1 - 摘 要 本文用 8031 单片机实现电阻炉温度的控制。电阻炉是一类使用非常广泛的工业设备，利用单片机实现温度的实时控制，对提高劳动生产率和产品质量，节约能源都有着积极意义。 本控制系统是对水加热的控制过程，工作时水的温度由数字温度计和精密放大器放大至 05v 电压信号，由 ADC0809 转换成单片机所能接受的数字信号，此信号与温度的给定值比较得到温度偏差，通过 PID 控制算法运算得到控制量，此控制量通过对可控硅触发角的控制，来调节加在电阻炉上的电压的通断时间以达到控温的目的。 系统的给定值等参数可由键盘输入，并可以 随时修改，给定温度和 PID 的参数可显示在 LED 上。 关键词 ： 单片机；电阻炉；控制 nts长春工业大学学士学位论文 - 2 - Title: Temperature control system of resistance furnace Abstract This article introduced with 8031 monolithic integrated circuits realizations resistance furnace temperature control, the resistance furnace is a kind of quantity greatly but the broad industrial equipment, using the monolithic integrated circuit realization temperature real-time control, the numeral demonstrated, to enhance the labor productivity and the product quality, saves the energy all to have the positive sense. This control system mainly is the controlled process which adds water heats up, when the work the water temperature enlarges by the digital thermometer and the precision amplifier to the 05v voltage signal, transforms the digital signal by ADC0809 which the monolithic integrated circuit can accept, this signal and the temperature given value comparison obtains the temperature deviation, obtains the control quantity through the PID control algorithm operation, this control quantity adds after the silicon-controlled rectifier on the resistance furnace the voltage passes breaks the time by to achieve controls the warm goal. System given value Parameter and so on sampling period by the keyboard entry, and may revise as necessary, assigns at the same time the temperature and the sampling period demonstrates on LED. Keywords: single chip computer; electric furnace; control nts长春工业大学学士学位论文 - 3 - 目 录 第一章 概 述 . 4 1.1 题目来源及意义 . 4 1.2 电阻炉温度控制系统的结构工作原理 . 4 第二章 电阻炉温度控制系统的硬件设计 . 7 2.1硬件电路设计原则 . 7 2.2单片机的选择 . 7 2.2.1 8031 芯片介绍 . 8 2.2.2 8031 的引脚介绍 . 9 2.3 单片机程序存储器的扩展 . 10 2.3.1 地址译码器的选择 . 10 2.3.2 程序存储器的设计 . 10 2.4 温度检测接口电路设计 . 12 2.4.1 数字温度计的选择 . 12 2.4.2 AD转换器的接口电路设计 . 14 2.5键盘、显示器接口电路 . 18 2.5.1 显示器接口电路 . 18 2.5.2 键盘接口电路 . 20 2.6报警接口电路 . 21 2.7 电阻炉温度控制执行机构的设计 . 21 第三章 温度控制算法 . 23 3.1 温度控制算法 . 23 3.2 采样周期 T 的确定 . 26 4.1 主程序流程图 . 28 4.2主程序设计 . 30 4.3 PID程序设计 . 34 4.4上限报警处理程序设计 . 40 4.5 LED数码管显示程序设计 . 41 4.6 键盘程序设计 . 42 4.7 抗干扰程序设计 . 43 第五章 结 论 . 45 致 谢 . 48 附 录 . 49 nts长春工业大学学士学位论文 - 4 - 第一章 概 述 1.1 题目来源及意义 热处理设备是实现热处理工艺的基础和保证，直 接关系到热处理技术水平的高低和工件质量的好坏。对热处理技术的基本要求是：先进、可靠、经济、 安全，能满足热处理工艺的要求，并保证工艺的稳定和再现性，节省能源，保护环境，改善劳动环境，降低生产成本，提高机械化和自动化水平。 在工业领域，如冶金、 机械、 建材及化工等部门，都有大量使用各种炉窑，如用于热处理的加热炉，用于熔化的坩埚炉等。炉窑运行时，温度是需要测控的最基本参数。不同的炉窑，加热方法与所用燃料有所差异，但被控对象都可归于有纯滞后的一阶惯性环节。温度以往多采用归仪表加接触器的断续控制，存在不少固有的缺 点。为了提高产品质量与数量，节约能源，改善劳动环境，并且随着科学技术的发展，上述对设备对温度控制要求越来越高，除要求有较高的控制精度外，还要求能对温度的上升速度及下降速度进行控制，显然应用常规仪表方法难以满足这些要求。然而，随着电子技术的发展，特别是单片机计算机的出现，对上述被控制对象采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置进行控制成为现实。本文将介绍用单片机对热水电阻炉进行温度控制的过程。 1.2 电阻炉温度控制系统的结构工作原理 系统原理图如图 1.1所示。 整个系统由四部分组成，即： 8031 单片机 系统；温度检测通道；输出控制通道及报警显示系统。工作时，温度由集成温度传感器 AD590转换成电流信号，经运放放大至 0-5v 的电压信号，由 ADC0809 转换成单片机所能接受的数字信号，此信号与温度的给定值比较得到温度的偏差，通过 PID控制器运算，此控制量经可控硅控制加在电阻炉上的电压的通断时间，以达到控温目的。 系统的给定值、 PID参数由键盘输入，并可以随时修改，给温度和采样温度同时显示在 LED上。 nts长春工业大学学士学位论文 - 5 - 图 1.1 电阻 炉温度控制系统原理框图 一、输入通道 a、 温度检测及放大 在温度控制系统中，温度检测及放大任务通常用温度变送器来完成。为了降 低成本，简化结构，本系统采用了 OP07型温度变送器的输入回路部份，这输入回路是一平衡电桥，它与 AD590热电偶配合使用，实现温度零点迁移。不平衡电桥的输出信号经精密放大器放大到 A/D转换所需标准信号，根据热电偶分度号和量程的不同，可选择和调整放大器的反馈电阻以改变放大倍数，从而实现了温度标准信号的转换。 B、 A/D转换 A/D转换功能由 AD0809完成，它是一种逐次逼近式 8路 模拟输入、 8位数字量输出的 A/D转换器。在这里我们将07DDL接到 8031的0.0 0.7PPL转换结束信号 OEC经一个与非门接 8031 的 INT0 ，置外部中断为边沿触发方式，这样，每次 A/D 转换结素时都将结果送入数据存贮区 。 由于炉温度化缓慢，输入通道中没有设置采样保持器。 二、 输出通道 执行机构采用可控硅控制器，单片机只须输出能改变可控硅控制周期内的通断时间就行了，因此省去了 D/A转换器，仅用了一条 I/O线，通 过软件支持，在这条 I/O线上输出一个高电平宽度在控制周期内随调节值变化的方波信号，从而达到控温的目的 。 三、 单片机基本系统及 I/O扩展 16K存贮器 EPROM（ 27128）通过一片地址锁存器 74LS373与数据总线与 8031组成基本系统。 四、 键盘与显示器 这部分由三个共阳极数码管和三个驱动器组成，其中显示器用于准备符、炉内温度、控温时间、显示以及支持键盘进行控制参数设定显示。 键盘完成控制器参数设定与控制器的启动、停止操作。 五、控制算法 nts长春工业大学学士学位论文 - 6 - 为了提高系统的快速性，同时也避免运行算溢出， 本控制采用了最大、最小值控制。即在偏差 eA （阀值 0A ）时才进入 PID调节。 算术表达式为： maxminuuui PIDu eAeAeA为了提高调节品质，选用改进 PID算法之一， 1 , 1 , 21()i P i D i i I I D i d ii i iu k e k e k e a u a uu u u 本控制系统输入通道用测温电路和精密放大器，省去可采样保持器；输出通道取消了 D/A转换器，执行机构选用了 可控硅控制器。从而使整个控制系统结构简单，操作方便，控制精度高，具有很高的性价比。 nts长春工业大学学士学位论文 - 7 - 第二章 电阻炉温度控制系统的硬件设计 2.1 硬件电路设计原则 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容；一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如 RAM， ROM， I/O 口，定时 /计数器，中断系统等容量不能满足应用系统的要求时，必须在另外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘，显示器， A/D， D/A 转换器等，要设计合适的接口电路 。 系 统的扩展和配置设计应遵循下列原则： （ 1）尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规算法。为硬件系统的标准化，模块化打下良好基础。 （ 2）系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发 （ 3）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响。考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，其响应时间要比直接用硬件实现来得长，而且占用CPU时间。因此，选者软件方案时，要考虑到这些时间因素。 （ 4）整 个系统中相关的器件要尽可能做到性能相匹配，例如，选用晶振频率高时，存储器的存取时间有限，应该选择允许存取速度较高的芯片；选择 CMOS 芯片单片机构成低功耗系统时，系统中的所有芯片都应该选择低功耗的产品。 （ 5）可靠性及抗干扰设计是硬件系统设计不可缺少的一部分，它包括芯片，器件选择，去耦滤波，印刷电路板布线，通道隔离等。 （ 6）单片机外接较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足，系统工作不可靠，解决的办法是增强驱动能力，增设驱动器或者减少芯片功耗，降低总线负载。 2.2单片机的选择 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 EA =1时，低 4K地址（ 0000H-0FFFH）指向片内，而 当 EA =0时，低 4K地址指向片外。 8052nts长春工业大学学士学位论文 - 8 - 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 8031完全兼容，但片内的 4KE2PROM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信赖。 2.2.1 8031芯片介绍 8031 是由 8 个部件组成，即 CPU，时钟电路，数据存储器，并行口（ P0P3）串行口，定时计数器和中断系统，它们均由单一总线连接并被集成在一块半导体芯片上，即组成了单片微型计算机， 8031就是 MCS-51 系列单片机中的一种。 1、 CPU中央处理器 中央处理器是 8031 的核心，它的功能是产生控制信号，把数据从存储器输出口或输入口送到 CPU或 CPU数据写入存储器或送到输出端口。还可以对数据进行逻辑和算术的运算。 2、时钟电路 8031 内部有一个频率最大为 12MHZ 的时钟电路，它为单片机产生时钟序列但需要外接石英晶体做震荡器和微调电容。 3、内存 内部存储器可分做程序存储器和数据存储器，但在 8031中无片内程序存储器 。 4、定时 /计数器 8031有两个 16 位的定时计数器，每个定时器和计数器都可以设置 成定时的方式和计数的方式，但只能用其中的一个功能，以定时或计数结果对计算机进行控制。 5、并行 I/O口 MCS-51有四个 8位的并行 I/O口， P0， P1， P2， P3，以实现数据的并行输出。 6、串行口 它有一个全双工的串行口，它可以实现计算机间或单片机同其它外设之间的通信，该并行口功能较强，可以作为全双工异步通讯的收发器也可以作为同步移位器用。 7、中断控制系统 8031 有五个中断源，即外部中断两个，定时计数中断两个，串行中断一个，全部的中断分为高和低的两个输出级。 nts长春工业大学学士学位论文 - 9 - 2.2.2 8031的引脚介绍 图 2.1引脚图 8031的制作工艺为 HMOS，采用 40管脚双列直插 DIP封装，引脚说明如图（ 2.1）所示： （ 1） VCC（ 40引脚）正常运行时提供电源， VSS（ 20引脚）接地。 （ 2） XTAL1（ 19 引脚）在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，该放大器构成了片内的震荡器，可以提供单片机的时钟信号，此引脚也可以接外部的晶振的一个引脚，如采用外部振荡器时，对于 8031 此引脚应该接地。 XTAL2（ 18 引脚）为输出端引脚 ，此引脚还能为应用系统中的其它芯片提供时钟。 （ 3） RST/VPD（ 9引脚）在振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将单片机复位后应使此引脚电平保持不高于 0、 5V 低电平以保证 8031 正常工作。在掉电时，此引脚接备用电源 VDD，以保持 RAM 数据不丢失，当 BVCC低于规定的值时，而 VPD在其规定的电压范围内时， VPD就向内部数据存储器日工备用电源。 （ 4） ALE/PROG（ 30 引脚）当 8031 访问外部存储器时，包括数据存储器和程序存储器， ALE9地址锁存允许 0输入的脉冲的下沿用语锁存 16位地址的低 8位，在不访问外部存储器的时候， ALE仍有两个周期的正脉冲输出 ，其频率为振荡器的频率的1/6，在访问外存储器的时候，在两个周期中， ALE 只出现一次， ALE 断可驱动 8 个LSTTL负载，对于有片内 EPROM的而言，在 EPROM编程期间， 此引脚输入编程脉冲 PROG。 （ 5） PSEN（ 29 引脚）此脚输出为单片机内访问外部程序存储器的读选通信号，在读取外部指令期间， PSEN 有两次在每个周期有效，在此期间，每当访问外部存储器时，两个有效的 PSEN 将不再出现，同样这个引脚可驱动 8个 LSTTL 负载。 （ 6） EA/VPP（ 31 引脚）当 EA 非保持高电平时，单片机访问内部存储器， 当 PC值超过 0FFFH时，将自动转向片外存储器。当 EA非保持低电平时，则只访问（ 18引脚）在内部，接至上述振荡器的反向输入端，当采用外部振荡器时，对 MCS51系列该引脚接收外部震荡信号，即把该信号直接接到内部时钟的输入端。外部程序存储器，nts长春工业大学学士学位论文 - 10 - 对 8031而言，此脚必须接地。 （ 7） P0， P1， P2， P3， 8031有四个并行口，在这四个并行口中，可以在任何一个输出数据，又可以从它们那得到数据，故它们都是双向的，每一个 I/O口内部都有一个 8 位数据输出锁存器和一个 8 位数据输入缓冲器，各成为 SFR 中的一个，因此CPU数据 从并行 I/O 口输出时可以得到锁存，数据输入时可以得到缓冲，但他们在功能和用途上的差异很大， P0和 P2口内部均有个受控制器控制的二选一选择电路，故它们除可以用做通用 I/O口以外还具有特殊的功能， P0口通常用做通用 I/O口为 CPU传送数据， P2口除了可以用做通用口以外，还具有第一功能，除 P0 口以外其余三个都是准双向口。 （ 8） 8031有一个全双工串行口，这个串行口既可以在程序下把 CPU的 8位并行数据变成串行数据一位一位的从发送数据线发送出去，也可以 把串行数据接受来变成并行数据给 CPU，而且这种串行发送和接收可 以单独进行也可以同时进行。 (9)8031 的串行发送和接收利用了 P3 口的第二功能，利用 P3、 1 做串行数据接收线，串行接口的电路结构还包括了串行口控制寄存器 SCON，电源及波特率选择寄存器 PCON 和串行缓冲寄存器 SBUF，他们都属于 SFR， PCON 和 SCON 用于设置串行口工作方式和确定数据发送和接收， SBUF用于存放欲发送的数据起到缓冲的作用。 2.3 单片机程序存储器的扩展 由于本系统的功能需求片内的程序存储器的资源还不能满足需要，还需要外 扩存储器。又由于 8031 单片机的引脚有限，数据线和地址线需重 复使用，由 P0口兼用。为了将它们分离出来，以便同单片机外扩的扩展芯片 27128正确连接，需要在单片机外部增加地址锁存器 74SL373。 2.3.1 地址译码器的选择 由于单片机本身不能成为系统，需外扩一些芯片，对于众多的扩展元件，必须进行地址分配 译码（即以一列二进制代码作输入）得到唯一的一位输出。地址译码有两种方式：线选法和片选法。本系统中选用片选法。利用译码电路将地址空间划分成若干块，用来分别选通各扩展芯片，如此就可以充分地利用地址空间。本系统选用74LS373译码器，三 八线译码器，包含三个允许输入 端，因而能简化级联和数据接收，延迟时间 22秒。 2.3.2 程序存储器的设计 8031 片内无程序存储器，所以必须进行程序存储器的扩展。紫外线擦除电可编程的只读存储器的扩展可作为 8031的外部程序存储器，电路片 的玻璃窗口在紫外线nts长春工业大学学士学位论文 - 11 - 光下照射 20 分钟左右，存储器的各位信息全变为 1，通过相应的编程器将工作程序固化到这些芯片中，使可作为 8031的外部程序存储器使用。本设计采用 27128（ 16K*8）作为外扩程序存储器芯片。 8031的 P0口经地址锁存器 74LS373与 27128 的 A0 A7相连， P2口的低 5位 P2。 0P2。 4接 27128 的 A8 A12， PSEN 与 OE 相连， 27128 的片选信号来自与 8031 的 P2。 7，当P2。 7=0时， 27128的片选信号有效。 27128共有 13根地址线，分别与地址总线 A0 A12相连，因此， 27128 所占地址空间为 0000H 1FFFH。 8031 与 27128 接口电路图如图（ 2.2）所 图 2.2 8031与 27128 的接口电路图 A0 A12地址线、 CE片选线、 OE 输出允许端、 PGM 编程控制信号 程序存储器扩展电路芯片 74LS373简介： 程序存储器扩展时，除必须有 EPROM芯片外，还必须有锁存器芯片。 程序存储器扩展时，地址锁存信号为 ALE，故本系统的地址锁存器可使用带清除端的八 D锁存器 74LS373。 74LS373是透明的带有三态门的八 D锁存器。其引脚芯片如图（ 2.3）所示 图 2.3 8031单片机与 74LS373接口 nts长春工业大学学士学位论文 - 12 - 当三态门的使能信号线 CE 为低电平时，三态门处于导通状态，允许 Q 端输出；当 CE 为高电平时，输出 三态门断开，输出端对外电路呈高阻状态。因此 74LS373用作地址锁存器时，首先应使三态门的使能信号端 CE 为低电平，这时，当 G 输入端为高电平时，锁存器输出（ 1Q 8Q）状态和输入端（ 1D 8D）状 态相 同，当 G端从高电平逐回低电平时，输入端（ 1D 8D）的数据锁入 1Q 8Q 中。地址所存器 74LS373 与8031接口电路如图（ 2.3）所示。 2.4 温度检测接口电路设计 2.4.1 数字温度计的选择 一、传感器的性能指标 对传感器的精度高低，性能好坏直接影响到整个自动测试系统的品质和运行状态。一般说来，对传感器的 要求是全面的，严格的，它们是选用传感器的数据。 1、技术指标要求 （ 1）静态特性要求：线性度及测量范围、灵敏度、分辨率、精确度和重复性等； （ 2）动态特性要求：快速性和稳定性等； （ 3）信息传递要求：形式和距离等； （ 4）过载能力要求：机械、电气和热的过载。 2、使用环境要求 温度、湿度、大气压力、振动、磁场、附近有无大功率用电设施、加速度、倾斜、防火、防爆、防化学腐蚀以及不含有害于周围材料寿命及操作人员的身体健康等。 3、电源的要求 电源电压形式、等级、功率及波动范围；频率及高频干扰等。 4、基本安全要求 绝缘电阻、耐压强度及接地保护等。 5、可靠性要求 抗干扰，寿命，无故障工作时间等。 6、维修及管理要求 结构简单、模块化，有自诊断能力，有故障显示等 上述要求又可分成两类：一类共同的，如线性度及测量范围、精确度、工作温度等；另一类是特殊要求，如过载能力、防火及防化学腐蚀要求等。对于一个具体的传感器，仅满上述部分要求即可。 二、本系统选用的是集成芯片下面介绍 AD590芯片 AD590 是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下： nts长春工业大学学士学位论文 - 13 - 1、流过器件的电流（ A）等于器件所处环境的热力学 温度（开尔文）度数，即： 式中： 流过器件（ AD590）的电流，单位为 A； T 热力学温度，单位为 K。 2、 AD590的测温范围为 -55 +150。 3、 AD590 的电源电压范围为 4V 30V 。电源电压可在 4V 6V 范围变化，电流 变化 1A，相当于温度变化 1K。 AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。 4、输出电阻的精度高为 710M。 5、精度高。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M五档，其中 M档精度最高，在 -55 +150范围内，非线性误差为 0、 3。 三、 AD590的应用电路 1、基本应用电路 AD590的封装形式和 AD590 用于测量热力学温度的基本应用电路如图 （ 2.4）所示。因为流过 AD590 的电流与热力学温度成正比，当电阻 R1和电位器 R2的电阻之和为 1k 时，输出电压 VO随温度的变化为 1mV/K 。但由于 AD590 的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把 AD590 放于冰水混合物中，调整电位器 R2，使 VO =273、 2mV 。或在室温下 （ 25 ） 条 图 2.4 封装形式和基本电路 件下调整电位器 ,使 VO=273.2+25=298.2（ mv ）。但这样调整只可保证在 0或 25附近有较高精度。 2、摄氏温度测量电路 A/K1TI r nts长春工业大学学士学位论文 - 14 - 图 2.5 摄氏温度测量电路 如图（ 2.5）摄氏温度测量电路所示，电位器 R2 用于调整零点， R4 用于调整运放 AD301的增益。调整方法如下：在 0时调整 R2，使输出 VO=0，然后在 100时调整 R4使 VO =100mV 。如此反复调整多次，直至 0时， VO =0mV ， 100时 VO =100mV 为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为 25，那么 VO应为 25mV 。冰水混合物是 0环境， 沸水为 100环境。 要使图 (2.5)中的输出为 200mV/，可通过增大反馈电阻（图中反馈电阻由 R3与电位器 R4串联而成）来实现。另外，测量华氏温度（符号为 F）时，因华氏温度等于热力学温度减去 255.4 再乘以 9/5，故若要求输出为 1mV/F，则调整反馈电阻约为 180k ，使得温度为 0时， VO =17.8mV ；温度为 100时， VO =197.8mV 。 AD581是高精度集成稳压器，输入电压最大为 40V ，输出 10V。 2.4.2 AD转换器的接口电路设计 本系统选择 A/D 芯片时，考虑到芯片的性能 结构及应用的特性，在性能上满足A/D转换的技术要求；在结构上和应用上接口电路方便外围电路简单价格低廉。 A/D转换器的功能是将模拟量电信号转换成数字量。 1、 A/D转换器的主要参数 (1)分辨率：是指 A/D转换器可转换成二进制数的位数。 例：若一个 10 位 A/D转换器，去转换一个满量程为 5V的电压，则它能分辨的最小电压为 5000mV/210 5mV。 (2)转换时间 指从输入启动转换信号开始到转换结束，得到稳定的数字输出量为止的时间。 其他参数与 D/A转换器类似。 2、 A/D转换器与 CPU的接口方法 (1)A/D转换器与 CPU连接应注意以下几点： nts长春工业大学学士学位论文 - 15 - ADC转换好的数据必须经过三态缓冲器件与 CPU数据总线相连接（在芯片内部没有三态输出缓冲器时）； 为了输入正确的转换结果，必须解决好 A/D转换器和 CPU取数之间的时间配合问题。 (2)ADC芯片的控制信号 启动转换信号（ START）：是由 CPU 提供给 ADC芯片的，在正脉冲的下降沿转换开始； 转换结束信号（ EOC）：一旦启动转换， EOC立即变低，直至转换结束， EOC输出高电平，通知 CPU 转换已结束； 允许输出信号（ OE）： ADC转换结 束后，转换结果存放在输出锁存器中，并没有送入数据总线上。 CPU取数时，发出 OE 信号选通芯片内部三态输出缓冲器将数据输出。 (3)A/D转换器与 CPU之间传送数据的方法 延时等待法 （ 2.6）所示： 图 2.6 等待法 ADC接口电路 如图 图 2.7 查询法接口电路 是利用 CPU执行一条输出指令，启动 ADC 转换，然后 CPU执行延时程序，延时时间大于所选用的 ADC 芯片转换时间，延时结束， CPU执行输入指令，打开三态门获取ADC转换好的数据。 查询法 查询法是由 CPU 来检查 EOC信号。当 CPU 启动 ADC芯片开始转换之后，再通过状态端口读取 EOC信号，检查 ADC是否转换结束。若转换结束，则读取转换结果，否则继续查询。 查询法 ADC 接口电路 如图（ 2.7）所示： 中断法 nts长春工业大学学士学位论文 - 16 - 用中断法可提高 CPU的利用率，当 ADC 转换结束，由 EOC信号上升沿通 过 8259A中断控制逻辑向 CPU发出中断请求， CPU响应中断在服务程序中读取结果。中断法接口电路如图（ 2.8）所示： 2.8断法接口电路 3、 A/D转换芯片 ADC0809及其接口 (1)主要性能 8位逐次逼近型 A/D转换器， 所有引脚的逻辑电平与 TTL兼容； 带有锁存功能的 8路模拟量转换开关，可对 8路 0 5V模拟量进行分时转换； 输出具有三态锁存 /缓冲功能； 分辨率：转换时间为 100us； 不可调误差： 1LSB，功耗： 15mW； 工作电压： +5V，参考电压标准值 +5V； 片内无时钟，一般需外加 640KHz以下且不低于 100KHz的时钟信号。 (2)ADC0809的内部结构与引脚功能 内部结构拟多路转换开关和 A/D转换两大部分。 模拟多路转换开关由 8路模拟开关和 3 位地址锁存与译码器组成，地址锁 存允许信号 ALE将三 位地址信号 ADDC、 ADDB 和 ADDA进行锁存，然后由译码电路选通其中一路摸信号加到 A/D转换部分进行转换。 A/D转换部分包括比较器、逐次逼近寄存器 SAR、 256R电阻网络、树状电子开关、控制与时序电路等，另外具有三态输出锁存缓冲器，其输出数据线可直接连 CPU的 DB。 A引脚功能 D7 D0： 8位数据输出线； nts长春工业大学学士学位论文 - 17 - IN7 IN0： 8路模拟信号输入； ADDC、 ADDB、 ADDA： 8路模拟信号输入通道的地址选择线； ALE：地址锁存允许，其正跳变锁存地址选择线状态，经译码选通对应的模 拟输入信号； START：启动信号，上升沿使片内所有寄存器清零，下降沿启动 A/D转换； EOC：转换结束，转换开始后，此引脚变为低电平，转换一结束，此引脚变 为高电平； OE：输出允许，此引脚为高电平有效，当有效时，芯片内部三态数据输出锁存缓冲器被打开，转换结果送到 D7 D0； CLOCK：时钟，最高可达 1280KHz，由外部提供； REF（ +）、 REF（ -）：参考电压正极、负极，通常 REF（ +）接 Vcc， REF（ -）接GND； Vcc：电源， +5V； GND：地线 模拟输入与数字量输出的关系为 N（ VIN-VREF ） 256/ （ VIN-VREF ），当 VIN +5V， VREF 0V，若输入模拟电压为 2.5V，则转换后的数字量 N 128，即 10000000B。 在本系统中采用查询法接口电路与 CPU 相连接，当 ADDC、 ADDB、 ADDA 三个管脚接成“ 000”状态， ALE 有效时， ADC0809将 IN0管脚上的模拟输入信号进行转换。若三位地址输入信号接 CPU 的数据线 D2 D0，其状态由 CPU 提供，则可分时对 8 路不同的测量或控制电路进行 A/D转换。 其接口如图 2.9 所示： 图 2.9单片机与 ADC0809的接口电路 nts长春工业大学学士学位论文 - 18 - 2.5键盘、显示器接口电路 2.5.1 显示器接口电路 1、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。 LED结构及外形如图 (2.10)所示。 两个显示器都有 dp 显示短，用于显示小数 点。 7段 LED的字型码（段选码），由于只有 7个段（如有 dp 段，则为 8个段）发光二极管，所以字型码为一个字节。 “ 米 ” 字段的 LED 的字型码如下表，由于有 15个段发光二极管，所以字型码 为两个字节。 7段 LED 段码 显示字符 共阳极字符码 共阴极字符码 显示字符 共阳极字符码 共阴极字符码 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 nts长春工业大学学士学位论文 - 19 - （ a）共阴极 （ b）共阳极 （ c）引脚 图 2.10显示器 LED的结构图 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。 显示接口电路见图 2.11 nts长春工业大学学士学位论文 - 20 - 图 2.11 显示接口 2.5.2 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。 键盘接口电路如图（ 2.12）所示： nts长春工业大学学士学位论文 - 21 - 图 2.12键盘接口电路 2.6报警接口电路 在系统中设计报警电路是很重要的，在本系统中检测的温度信号高于 100度或低于 0度时发出警告信号，保证性能好、结构简单、适用，所以选择鸣音报警。 单片机报警接口如图（ 2.13） 鸣音报警接口由两种：一种是蜂鸣音报警接口，另一种是音乐报警。本系统选用蜂鸣音报警接口。压电式蜂鸣器需 10mA 的驱动电流，因此可以使 TTL 系列集成电路74LS244 低电平驱动，驱动器的输入端接入 8031 的 P2.6。当 P2.6 输出高电平“ 1”时， 74LS32 输出为低电平为“ 0”时，使电压蜂鸣器引线获得将近 5V 的直流电压，而产生蜂鸣音。当 P2.6 端输出低电压停止 ,而不产生蜂鸣音。 图 2.13使用 74LS06 作驱动的蜂鸣音报警电 2.7 电阻炉温度控制执行机构的设计 本系统采用晶闸管触发电路如图（ 2.14） 8031的输出端口 P1.0 信号，经反向器74LS06 反向驱动，在经功率放大器放大后加到双向晶闸管上。由于热体电阻丝在冷态时电阻很小，启动电流很大，故本电路比继电器更便于对系统的软启动，比继电器价格便宜很多。当 P1.0 检测到有过零跳变时，即由触发电路输出一个触发脉冲，使nts长春工业大学学士学位论文 - 22 - 晶 闸管导通，因而通过晶闸管是完整的正弦波，减少了对电网的干扰公害。 本系统采用定周期控制方式，控制周期 5cT秒，即 250 个电网周波。由电阻炉平均输出功率 250mnpp，其中mp电阻炉全导通时功率， n 为导通周期数，所以 p 与n 成正比，也就改变了 p 和温度。 如图（ 2.14）执行机构触发电路 nts长春工业大学学士学位论文 - 23 - dedtUn =Kp (e+ Ti
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号