《单片机原理及应用》课程实训指导书.doc

单片机原理及应用课程实训指导书单片机虽说功能比较完善，是一个完整的计算机，但本身无自开发能力，必须借助开发工具软件来开发应用软件以及对硬件系统进行诊断。对于一个实际项目，从任务的提出到系统的选型、确定、研制直至投入运行要经过以下过程。一、总体论证一个产品或项目提出之后，要完成其任务，首先要进行总体论证，它主要是对项目进行可行性分析，即对所研制的产品的功能和技术指标详细分析、研究，明确功能的要求；对技术指标进行一些调查、分析、研究；对产品或项目的先进性、可靠性、可维护性、以及功能/价格比进行综合考虑；同时还要对国内外同类产品或项目的应用和发展情况予以了解。当产品的要求过高，在目前条件下难以实现时，应根据自己的能力和情况提出合理的功能要求及技术指标。二、总体设计对于一个功能相对独立的产品来说可直接进行产品的总体设计。单片机应用系统的总体设计主要包括系统功能的分配、确定软硬件任务及相互关系、单片机系统的选型和拟定调试方案和手段等。系统任务的分配、确定软硬件任务及相互关系包括两方面的含义，一是必须由硬件或软件完成的任务，相互之间是不能替代的；二是有些任务双方均能完成，还有些任务需要软、硬件配合才能完成。这就要综合考虑软、硬件的优势和其他因素如速度、成本、体积等进行合理的分配。在总体设计软、硬件任务明确的情况下，软硬件设计可分别进行。三、硬件设计硬件开发的第一步是电路原理图的设计，它包括常规通用逻辑电路的设计和特殊专用电路的原理设计。特别是专用电路的原理设计，它一般没有现成的电路，要根据要求首先进行原理设计，有条件的话可利用软件模拟仿真。在理论分析通过的基础上可进行实际电路的实验、调试和确认。整个系统的硬件电路原理图设计完毕并确认无误后可进行元器件的配置。印制电路板的设计也可委托相关厂家，但需提供系统电路原理图中所有元器件的型号、参数和尺寸，如有特别要求应事前提出。印制电路板制作出来之后，要用万用表进行检查，对照设计图检查有否短路、断路和连接错误，检查后可进行元器件的焊接和装配。四、软件设计单片机软件开发过程与一般高级语言的软件开发基本相同，主要区别一是根据所用单片机的型号进行系统资源的分配；二是软件的调试环境不同。编写源程序可用汇编语言编写，对硬件和单片机指令系统不是很熟悉的开发者也可以用专业的高级语言编写。对于纯软件完成的任务可在系统微机上仿真调试；需硬件配合完成的工作可模拟仿真调试，而关键还是联机调试。五、电子元器件安装元器件引线成型在组装电子组件（印制电路板）时，为保证产品质量，提高焊接质量，避免浮焊，使元器件排列整齐、美观，元器件引线成型是不可缺少的工艺流程。工厂生产中元器件成型多采用模具成型，而业余爱好者或试制过程中，一般用尖嘴钳或镊子成型。元器件引线成型形状有多种，应根据装接方法不同而选用。其中元器件基本成型方法应用最广泛，为孔距符合标准时成型方法；孔距不符合标准时的成型方法在正规产品中不允许出现；卷发式和打弯式的成型方法适用于焊接时受热易损的元器件。在各种引线成型过程中，应注意使元器件的标称值，文字及标记朝向最易查看到位置，以便于检查和维修。元器件引线及导线端头焊前加工1.元器件引线浸锡由于元器件长期存放，元器件的引线因表面附有灰尘、杂质与氧化层使可焊性变差。为保证焊接质量，必须在装前对引脚进行浸锡处理，这一工艺过程亦称为搪锡。在给元器件引线浸锡前，必须去掉引线上杂质。手工方法是：用小刀或锋利的工具，沿引线方向，距离引线根部24毫米处向外刮，边刮边转动引线，将杂质、氧化物刮净为止。也可用细铁砂布擦拭去氧化物。在刮引线时，应注意不能把原有镀层刮掉，也不能用力过猛，以防伤及引线。刮净后的引.线应及时沾上助焊剂，放入锡锅浸锡或用电烙铁上锡。在浸锡或上锡过程中，注意上锡时间不能过长，以免过热而损坏元器件。半导体器件上锡时，可用镊子夹持引线上端，以利散热，避免损坏。2.绝缘导线端头加工绝缘导线在接入电路组件前必须进行加工处理，以保证引线接入电路后装接可靠、导线良好且能经受一定拉力而不致产生断头。导线端头加工按以下步骤进行：按所需长度截断导线；按导线连接方式（搭焊、钩焊、绕焊连接）决定剥头长度并剥头；多股导线捻头处理；上锡。印制电路板的焊前检查印制电路板中插装元器件之前，一定要检查其可焊性。要求板面清洁干净，无氧化发黑和污染。如其中有少数焊盘可焊性差，可用棉球蘸上无水酒精擦拭，或用细纱纸擦磨并上锡。如多数焊盘可焊性差，一般要放在酸性溶液中浸泡数秒钟，取出用清水冲洗干净、烘干，涂上松香酒精助焊剂，并且及时应用，以防产生新的氧化层。常用元器件安装形式1.半导体三极管一般采用正向安装方法。装配前应判定引脚极性，最好装上规定色标套管，以防错装。2.双列直插式集成电路（DIF）采用直接安装或安装插座后接集成电路的方法。3.变压器、大电解电容器等元器件的体积、重量均比半导体管、集成电路大而重，如安装不妥，会影响整机质量。中频电压器及输入、输出变压器本身带有固定脚，安装时将固定脚插入印制电路板的孔位，然后锡焊即可。对于较大电源变压器，就要采用螺钉将其固定，最好在螺钉上加弹簧垫圈，以防螺母或螺钉松动。对于较大电解电容器，可用弹性夹固定。元器件在印制电路板上安装原则一般应先低后高，先轻后重，先一般后特殊。并应根据产品实际情况，合理安排元器件安装顺序。除特殊情况外，MOS集成电路一般应最后装焊并注意插头（座）上采取短路保护措施。元器件的插装方法1.卧式插装法卧式插装法是将元器件水平地紧贴印制电路板插装。亦称水平安装。元器件与印制电路板距离可根据具体情况而定，要求元器件数据标记面朝上，方向一致，元器件装接后上表面整齐、美观。卧式插装法的优点是稳定性好，比较牢固，受振动时不易脱落。2.立式插装法立式插装法的优点是密度较大，占用印制电路板面积小，拆卸方便，电容、三极管多用此法。电阻器、电容器、半导体二极管轴向对称元件常用卧式和立式这两种方法。采用插装方法与电路板设计有关。应视具体要求，分别采用卧式或立式插装法。元器件插装后的引脚处理元器件插到印制电路板上后，其引线穿过焊盘后应保留一定的长度，一般为12毫米左右并与焊盘进行焊锡。为满足各种焊接机械强度的需要，一般对引脚可采用三种处理方法：直插式、半打弯式、完全打弯式。直插式机械强度较小，但拆焊方便。半打弯式要将引脚弯成45度左右，具有一定的机械强度。完全打弯式将引脚弯成90度左右，这种形式具有很高的机械强度，但拆焊较困难，当采用这种形式时，要注意焊盘中引线弯曲方向。一般情况下，应沿着铜箔印制导线方向弯曲。如仅有焊盘而无印制导线时，可朝距印制导线远的方向打弯。焊接焊接时要求焊接要有足够的机械强度，焊接可靠，具有良好导电性，并且焊点表面要光滑、清洁。 印制导线的修复在电子组件板组装中，由于焊接技术的不熟练等原因，将造成印制电路板铜箔翘起、铜箔断裂、焊盘脱落等现象。如在要求很高的产品生产过程应作报废处理。而在试制过程或业余制作及维修过程中，可进行修复。六、系统的调试系统调试，就是借助开发工具对所设计应用系统的硬件进行检查，排除设计和焊接装配的故障。确认应用系统的硬件没有问题后，可将软件装入进行综合调试阶段。该阶段主要任务是排除软件错误，也解决硬件遗留下来的问题。将软件和硬件一起反复调试，并尽可能地模拟现场条件，包括人为地制造一些干扰等，考察联机运行情况，直至所有功能均能实现且达到设计技术指标为止。硬件调试：尽管微机系统的硬件和软件调试相互密切联系，许多硬件错误是在软件调试中发现的，但是一般还是尽可能地先排除硬件故障后，再进行联机调试。1.静态测试在样机加电之前，首先要进行静态测试，主要内容有 ：检查线路。通过目测和使用万用表，检查样机连线的正确性，应特别注意各电路板之间的连线。对于自制或委托加工的印制电路板，应检查电路板的线条和元件的焊接质量。核对元器件。检查所有元器件是否有错插或损坏现象。 检查电源系统。将用户样机所有芯片都从插座上拔下，给样机加电。检查完整流稳压电路后，逐一检查各芯片插座上电源引脚及其它引脚的电压是否有异常情况。若一切正常，则断电并插上一个芯片，重复检查电压，并试摸该芯片是否发热。如果电源电压正常而芯片过热，说明芯片上有故障。如果插上某个芯片后对电源系统有影响，则应进一步检查与该芯片有关的电路或更换该芯片再试。在进行电源系统检查时，应重点检查CPU插座，该插座上绝对不能有高于5V的电压。电源系统检查正常后，即可插上全部芯片（CPU除外）。外围电路调试。将所有能进行硬件单独调试的外围电路如检测信号放大电路、输出电路、驱动电路等都调试好。进行这些局部电路调试时，可能要人为提供有关模拟信号或开关信号。2.联机调试联机调试是软硬件结合调试，即利用简单的调试程序来调试硬件系统。联机调试需要用专用仿真插头将用户样机和仿真器连接起来，分别打开用户样机和仿真器的电源，然后按以下步骤进行：测试扩展RAM（数据存储器）用开发装置将一批数据写入用户样机的扩展RAM中，然后再将其读出校验。如果对于任意区域读出和写入的内容都一致，表明扩展RAM工作正常，否则就有故障。可能产生RAM读写故障的原因有：工作电源未接通；地址线、数据线开路、短路或接错；读写信号线未接好以及RAM芯片损坏等。测试扩展EPROM（程序存储器）将一块EPROM芯片先后插在仿真器系统的EPROM固化读出板上和用户样机上，用仿真器的EPROM读出命令读出检查。若两者读出的内容完全一致，表明扩展EPROM系统正常，否则有故障。EPROM的故障原因和RAM相似。 测试I/O和I/O设备。对于单片机本身的输出口，用仿真器内部特殊功能寄存器修改命令将数据写入输出口或运行一段给输出口赋值的程序，然后检查输出口的相应状态及所接设备的状态，如与写入的内容一致，说明输出口及输出设备工作正常。对于单片机本身的输入口，通过输入设备给输入口设置一定的状态，然后用读特殊功能寄存器命令读出相应输入接口寄存器 的状态，如与设定的状态一致，说明输入口工作正常。扩展I/O大多是可编程的。检查时应先向其控制（命令）寄存器写入控制字，设定接口的工作状态，然后再用外部数据存储器读写命令来检查I/O的状态，如果I/O的状态与读写数据一致，表明工作正常。试验晶振电路和复位电路。将仿真器的晶振选择开关打到用户一边（此时仿真器使用户样机的晶振系统），仿真器应能正常工作，否则用户样机的晶振电路有故障。用户样机加电或按复位按钮时，仿真器应能复位，否则复位电路有故障。测试A/D 和D/A转换器。A/D转换器的测试，一般要编制一段检测程序。人为调节输入模拟电压大小，如果输出数字量与输入模拟量符合转换关系，则此A/D转换系统工作正常。D/A转换器的测试也要借助于检测程序。如果输出模拟量与输入数字量的对应关系正确，说明D/A转换系统工作正常。试验显示、打印、报警等电路。显示、打印、报警等电路的试验，也需要借助于程序进行。软件调试：软件调试是指应用程序调试。首先要将用汇编语言编写的源程序进行编辑、汇编，变成目标程序（机器代码程序），然后才能调试，因此，软件调试实际上可分为编辑、汇编和调试两部分。1.程序的编辑、汇编在主机上编辑、汇编 用户用MCS-51汇编语言编写的源程序，可以在PC机上用编辑程序EDLIN进行编辑，形成源文件。源文件可存入磁盘中，也可送入仿真器进行汇编。用各种方式编辑的源文件，都可以在PC机上利用交叉汇编软件进行汇编，汇编后的目标程序可以存盘，也可以利用通信程序传送到仿真器仿真RAM中运行。在仿真器上编辑、汇编 仿真器配有行编辑程序，用户可用它进行源文件编辑。在程序调试过程中常用仿真器编辑。在仿真器上编辑好的源文件可在仿真器上直接汇编，变成目标文件送入仿真RAM运行，也可存盘保存。用仿真器进行编辑、汇编，变为目标程序后由键盘显示器板输入到仿真器的仿真 RAM中运行。此方法常用于现场调试。 2.程序调试应用程序应分成若干个功能模块来编写和调试，各程序模块都调试通过后，再将它们组合起来进行系统统调。模块程序从调试方法来说分为两类情况。各种计算机程序以及代码转换程序、静态I/O程序这类程序如果不能正常运行，程序中的错误是静态的固定的错误，因此可以用单拍或带断点运行方式来调试。例如对于计算机程序，先准备好一组原始数据，写入程序的入口单元，然后设置几个断点，从程序开始运行。遇到断点 停下时检查计算的中间结果是否正确。如果有错误，改用单步运行方式，检查错误是在哪一步，予以改正。这样直到程序运行完毕，得到正确结果为止。需注意所准备的原始数据要有代表性或可能要有多组，以便使程序中各个分支都能得到运行，调试工作不致出现遗漏。I/O实时处理程序和通讯程序调试这类程序不能用单拍或慢速断点方式，而必须采用全速断点或全速连续运行方式。这是因为实时事件的发生是随机的或不能停止的。例如调试采用中断方式的A/D转换程序，首先检查是否产生中断，为此可将断点设在中断入口，以全速断点方式运行。如果能遇到断点，说明产生了A/D中断，然后将断点设在A/D中断服务程序的结束处，以全速断点方式运行。遇到断点后，检查A/D转换结果是否与输入电压相对应。如果有问题，需要从硬件和软件两个方面进行检查和解决。综合调试：当硬件调试及软件分模块调试完成以后，就可以进行系统综合调试。在系统综合调试时，应将全部硬件电路都接上，应用程序也都组合好，进行全系统软硬件的统调。综合调试的任务是排除软、硬件中遗留错误，使整个微机系统都能够完成预定的工作任务，达到要求的技术性能指标。在系统综合调试中要注意以下几点：1.对于有电气控制负载的系统，应先试验空载，空载正常后再试验负载情况。2.要试验系统的各项功能，避免遗漏。仔细调整有关软件或硬件，使检测和控制达到要求的精度。3.注意观察微机是否有受干扰的现象。如果出现程序飞跑情况，要检查和加强抗干扰措施。也可以根据系统实际工作环境人为地设置干扰，如频繁地开停接在同一交流电源上的手电钻，检查系统的抗干扰性能。4.综合调试时仿真器采用全速断点或连续运行方式，在综合调试的最后阶段应使用用户样机中的晶振。5.系统要连续运行相当时间，以考验硬件部分的稳定性。6.有些系统的实际工作环境是在生产现场，在实验室作调试时某些部分只能进行模拟，这样的系统必须到生产现场最终完成综合调试工作。当系统综合调试通过后，即可将用户程序固化到EPROM中，然后将此EPROM芯片插入用户样机，用户样机即可脱离仿真器独立运行。至此系统调试工作全部完成。七、脱机运行系统调试完后，可将程序写入或片内中，脱机运行考核。看应用系统能否可靠、稳定地工作，这个过程一般没有问题。若有问题，大多出在复位、晶体振荡、“看门狗”电路或电源上，可针对性的予以解决。然后将系统样机现场运行考核，进一步暴露问题。现场考机要考察样机对环境的适应能力、抗干扰能力。需进行较长时间的连续运行考机老化，以充分考察系统的稳定性和可靠性。经过现场较长时间的运行和全面严格的检测、调试完善后，确认系统已稳定、可靠并已达到设计要求，可定型交付使用，正式投入运行或定型投入批量生产。八、电气控制箱的安装安装电器元件不同种类和型号的电器元件有不同的安装形式，一般来说，在选择电器元件时尽可能考虑相同的安装形式。虽然各电器元件的安装形式不尽相同，但其固定时应按产品说明书和电气接线图进行，做到安全可靠，排列整齐。此外，元件之间的距离要适当，即要节省板面，又要方便走线和检修。安装电器元件可按下列步骤进行。1.底板选料底板可选用2.55毫米的钢板或5毫米厚的层压板等。2.底板剪裁根据电器元件的数量和大小、安装允许的位置及安装图，确定板面尺寸大小。剪裁时，钢板要求用剪板机剪裁，且四角要呈90度直角，四边须去毛刺并倒角；剪裁好的底板要求板面平整，不得起翘或凸凹不平。3.定位根据电器产品说明书上的安装尺寸（或将电器元件摆放在确定好的位置）用划针确定安装孔的位置，再用样冲冲眼以固定钻孔中心。元件应排列整齐，以减少导线弯折，方便敷设导线，提高工作效率。若采用导轨安装电气元件，只需确定其导轨固定孔的中心点。对线槽配线，还要确定线槽安装孔的位置。4.钻孔确定电器元件等的安装位置后，在钻床（或用手电钻）上钻孔。钻孔时，应选择合适当钻头（钻头直径略大于固定螺栓的直径），并用钻头先对准中心样冲眼，进行试钻；试钻出来的浅坑应保持在中心位置，否则应予校正。5.固定用固定螺栓，把电器元件按确定的位置，逐个固定在底板上。紧固螺栓时，应在螺栓上加装平垫圈和弹簧垫圈，不能用力过猛以免将电器元件的塑料底座压裂而损坏。对导轨式安装的电器元件，只需按要求把电器元件插入导轨即可。根据接线图接线按图施工是电气控制柜安装的基本要求之一，接线时要严格按照接线图的要求，并结合原理图的编号及配线要求连接电器元件。连接的顺序原则上先接主电路，再接辅助电路；先柜内，后柜外。1.接线方法所有导线的连接必须牢固，不得松动。在任何情况下，连接器件必须与连接的导线截面积和材料性质相适应。导线与端子的连接，一般一个端子只连接一根导线。有些端子不适合连接软导线时，可在导线端头上采用针形、叉形等冷压接线头。如果采用专门设计的端子，可以连接两根或多根导线，但导线连接方式，必须是工艺上成熟的各种方式。如：夹紧、压接、焊接、绕接等。这些连接工艺应严格按照工序要求进行。导线的接头除必须采用焊接方法外，所有导线应当采用冷压接线头。如果电气设备在正常运行期间承受很大的振动，则不许采用焊接到接头。2.导线的标志导线的颜色标志。保护导线（PE）必须采用黄绿双色；动力电路的中性线（N）和中间线（M）必须是浅蓝色；交流或直流动力电路应采用黑色；交流控制电路采用红色；直流控制电路采用蓝色；用作控制电路联锁的导线，如果是与外边控制电路连接，而且当电源开关断开仍带电时，应采用桔黄色或黄色；与保护导线连接的电路采用白色。导线的线号标志。导线线号的标志应与原理图和接线图相符合。在每一根连接导线的线头上必须套上标有线号的套管，位置应接近端子处。线号的编制方法如下：对主电路，三相电源按相序自上而下编号为L1、L2、L3；经过电源开关后，在出线端子上按相序依次编号为U11、V11、W11。主电路中各支路的编号，应从上至下、从左至右，每经过一个电器元件的线桩后，编号要递增，如U11、V11、W11、U12、V12、W12。单台三相交流电动机（或设备）的三根引出线按相序依次编号为U、V、W（或用U1、V1、W1表示），多台电动机引出线的编号，为了不致引起误解和混淆，可在字母前冠以数字来区别，如1U、1V、1W、2U、2V、2W。在不产生矛盾的情况下，字母后应尽可能避免采用双数字，如单台电动机的引出线采用U、V、W的线标志时，三相电源开关后的出线端编号可用U1、V1、W1。当电路编号与电动机线端标志相同时，应三相同时跳过一个编号来避免重复。对控制电路与照明、指示电路，应从上至下、从左至右，逐行用数字依次编号，每经过一个电器元件的接线端子，编号要依次递增。编号的起始数字，除控制电路必须从阿拉伯数字1开始外，其他辅助电路依次递增100作起始数字，如照明电路编号从101开始，信号电路编号从201开始等。3.控制柜（箱或板）内部配线方法一般采用能从正面修改配线的方法，如板前线槽配线或板前明线配线，较少采用板后配线的方法。采用线槽配线时，线槽装线必须采用互连端子板或连接器，它们必须牢固固定在框架、控制箱或门上。从外部控制、信号电路进入控制箱内的导线超过10根时，必须接到端子板或连接器过渡，但动力电路和测量电路的导线可以直接接到电器的端子上。4.控制箱（板）外部配线方法除有适当保护的电缆外，全部配线必须一律装在导线通道内，使导线有适当地机械保护，防止液体、铁屑和灰尘的侵入。导线通道应留有余量，允许以后增加导线。导线通道必须固定可靠，内部不得有锐边和远离设备的运动部件。导线采用钢管，壁厚应不小于1毫米，如用其他材料，壁厚必须有等效于壁厚为1毫米钢管的强度。若用金属软管时，必须有适当的保护。当利用设备底座作导线通道时，无需再加预防措施，但必须能防止液体、铁屑和灰尘的侵入。移动部件或可调部件上的导线必须用软线；运动的导线必须支承牢固，使得在接线点上不致产生机械拉力，又不出现急剧的弯曲。不同电路的导线可以穿在同一线管内，或处于同一个电缆之中，如果它们的工作电压不同，则所有导线的绝缘等级必须满足其中最高一级电压的要求。为了便于修改和维修，凡安装在同一机械防护通道内的导线束，需要提供一定的备用导线，当同一管中相同截面积导线的根数在310根时，应有1根备用导线，以后每递增110根，增加1根。5.接线的一般步骤首先考虑好元器件之间连接线的走向、路径。需要注意的是，导线与导线之间不得交叉、重叠，同向导线应紧靠在一起并紧贴底板排列。选取合适当导线，根据某导线的走向和路径，度量连接点之间的长度，截取适当长度的导线，并将导线理直。根据导线应走的方向和路径，用尖嘴钳将每个转角都弯成90度，并与相应当边保持平行，沿底板排列的导线应紧贴底板。用电工刀或剥线钳剥去两端的绝缘层，套上与原理图相对应的号码套管。用尖嘴钳把剖去绝缘的导线线端弯成羊角圈（若用多芯软线时，须用压接端头经冷压钳压接），然后套入接线端子上的压紧螺钉并拧紧。在所有导线连接好后，进行整理。应做到横平竖直，导线之间相互平行，必要时用铝线卡将同一走向的导线固定在一起。电气控制柜安装事项1.控制柜内外所有电器元件和导线的编号必须与电气原理图上的编号完全一致，因为安装和检修电器线路都要对照原理图进行。2.安装接线时，为防止差错，主、辅电路要分别接线；控制电路应一个子回路一个子回路的接。可安装一部分检查一部分，避免出现大的差错。3.接线时，需注意各电路用线规格和颜色，不可搞错。4.如采用线管配线，应在导线穿管时预留12根备用线。5.安装时不可漏接接地线。单片机原理及应用课程实训任务书一、题目铝棒加热炉控制系统二、实训目的1.巩固单片机原理和检测技术课程所学的有关知识，掌握单片机温度控制方法。2.掌握单片机的接口设计和中断系统的使用方法。3.通过硬件设计、软件设计，使学生掌握用单片机应用系统的开发方法，提高软、硬件设计能力。三、设备及要求设备1.IBM-PC机一台，仿真器一台2.单片机仿真实验板一个3.74LS373一片，8255A一片，ADC0809一片，光电耦合器4N25三个4.热电偶三个，运放OP07三个，导线若干，LED显示器六个要求1.要求温度分三个温区进行测量和控制，控制误差1C。2.升温由三组炭棒加热实现，可分别进行控制。3.要求实时显示炉内温度，显示位数为3位。4.能随机设定温度并加以显示，显示位数为3位，设定温度范围为0-999C。5.温度超限报警。四、需要完成的项目内容说明书1.题目和方案2.温度检测系统设计说明3.温度预置设计说明4.LED显示电路的设计说明5.输出控制电路设计说明6.铝棒传送带驱动电机控制电路设计说明7.导流风扇驱动电机控制电路设计说明8.微机控制电路所用电源设计说明9.设计总结及改进意见10.主要参考资料样机五、工作进度第1周：熟悉任务书、查阅有关技术资料，构思设计方案，细化设计目标。第23周：温度检测系统、温度预置系统、LED显示电路的设计制作及调试。第45周：输出控制电路、铝棒传送带驱动电机控制电路、导流风扇驱动电机控制电路的设计制作及调试。第5周：完善系统，提出改进意见，编写说明书，答辩。单片机原理及应用课程实训示例金属热处理是机械加工行业常用的一种加工工艺，通过各种金属热处理方法，可以使金属材料获得各种生产所需的优异性能，满足生产生活的需要。而加热炉是进行金属热处理的常用设备，具有一定的典型性。本次设计的热处理加热炉温度控制器是为实验室电阻炉配备的专门控温设备，它由检测端的传感器将温度信号转换成电信号，经放大输送给控制单元，由控制单元来控制执行部件对电阻炉供电，是能对电阻炉的温度进行预置、测量、显示及自动控制的简单温度控制器。一、系统功能分析1.温度测量被测量为温度，因此要有温度测量电路，且微机要具有相应的输入通道。2.温度给定金属热处理工艺的温度值有许多种，要有给定输入装置进行温度选择和预置。3.温度控制应有温度控制单元，通过将测量值和给定值比较，控制电炉的通、断电。4.温度显示要求实时显示加热炉的给定温度和当前温度。5.报警当温度超过安全范围或炉门未关时，发出声、光报警信号。二、方案选择1.加热温度0999C，因此采用热电偶进行温度测量。2.温控系统采用单片机进行巡回检测与控制，周期为20毫秒，因为温度变化缓慢，因此不设采样保持电路。3.因为被控系统对升、降温过渡过程没有具体要求，对温度控制精度要求也不高，故选用晶闸管制成无触点开关控制加热炉工作。4.为实现较复杂输入功能，采用44键盘作为输入设备。5.系统要求实时显示给定温度、实测温度，因为显示信息较简单，采用8位LED显示器进行温度显示。6.采用红、黄警示灯和蜂鸣器实现安全报警。三、总体设计1.硬件系统：温度测量电路，包括传感器、放大器、A/D转换及接口温度控制电路，包括开关量输出和电炉驱动温度给定电路温度显示电路报警电路传送链驱动电机控制电路导流风扇驱动电机控制电路电源电路2.软件系统温度检测温度控制的实现，即根据温度给定值和采样值的大小，决定通电与断电扫描键盘，读取预置温度数值或操作命令显示设定温度与实际温度输出报警信息系统结构框图四、系统构成1.输入通道本系统属于高温测量，且测量范围较大，因此选用线性好、测温范围大的铂铑铂10热电偶制成的WRP-120装配式热电偶进行温度测量，采用集成运算放大器AD521进行信号放大，得到01.8V模拟电压，经3位半BCD码输出的双积分式A/D转换器5G14433转换为数字信号。双积分式A/D转换器具有消除高频干扰的作用，因此不必设计抗干扰电路。硬件电路软件程序PINT1:PUSHAPINT:JNBP1.4,PINTCHAOX:JBP1.0,OVERPL1:JBP1.3,PL3PL2:MOV20H,#01HAJMPPL4PL3:MOV20H,#0PL4:JNBP1.5,PL4MOVA,P1ANLA,#0FHMOV21H,APL5:JNBP1.6,PL5MOVA,P1ANLA,#OFHMOV22H,APL6:JNBP1.7,PL6MOVA,P1ANLA,#OFHMOV23H,APOPARETI2.输出控制将测量获得的温度值与给定值进行比较，根据比较结果决定炭棒加热的开与停。系统利用双向可控硅KS50A实现无触点开关控制三组炭棒加热，同时控制导流风扇驱动电机。采用光电耦合器4N25进行电气隔离。硬件电路软件程序DONE:MOVR0,#20HMOVR1,#30HMOVR7,#4MOVA,R0CMPA,R1JCRIGHTAGAIN:INCR0INCR1DJNZR7,DONEMOVR0,#83HMOVA,#80HMOVXR0,AMOVA,#82HMOVXR0,AMOVA,#84HMOVXR0,AAJMPENDD1RIGHT:MOVR0,#83HMOVA,#81HMOVXR0,AMOVA,#83HMOVXR0,AMOVA,#85HMOVXR0,A3.键盘扫描温度给定选用44键盘，按键功能依次为：数字09、预置、清除、确认/复位、关加热、关风扇、消除报警。键盘接口采用通用并行接口芯片8255A进行输入扩展。硬件电路软件程序KEY:PUSHACCSETBRS0MOVR0,#80HMOVR1,#81HMOVA,#0MOVXR0,AMOVXA,R1ORLA,#0F0HCPLAJNZINCLRRS0POPACCRETIN:LCALLDELAYMOVR2,#04HMOVR4,#7FHMOVR7,#0SCAN:MOVA,R4RLAMOVR4,AMOVXR0,AMOVXA,R1MOVR3,#04HNEXT:RRCAJNCFINDINCR7DJNZR3,NEXTDJNZR2,SCANCLRRS0POPACCRETFIND:MOVA,#00HMOVXR0,ALOOSE:MOVXA,R1ORLA,#0FHCPLAJNZLOOSEMOVA,R7ADDA,#0F6HJCORDERNEMBE:MOVR6,25HMOV24H,R6MOVR6,26HMOV25H,R6MOVR6,27HMOV26H,R6MOV27H,ACLRRS0POPACCRETORDER:CMPA,#11JCLYLGYZWD:MOVR6,#0AHMOV27H,R6MOV26H,R6MOV25H,R6MOV24H,R6CLRRS0POPACCRETLYLG:CMPA,#12JCQRSRQXYW:MOVR6,26HMOV27H,R6MOVR6,25HMOV26H,R6MOVR6,24HMOV25H,R6MOVR6,#0AHMOV24H,R6CLRRS0POPACCRETQRSR:CMPA,#13JCGBJRMOVR5,#0MOVR6,#0AHMOVA,24HANLA,AJNZLP1LP:MOV24H,R6MOV30H,R5LP1:MOVA,25HANLA,AJNZLP3LP2:MOV25H,R6MOV31H,R5LP3:MOVA,26HANLA,AJNZLP5LP4:MOV26H,R6MOV32H,R5LP5:MOVA,27HANLA,AJNZLP7LP6:MOV27H,R6MOV33H,R5LP7:CLRRS0POPACCDECSPDECSPMOVDPTR,#0100HPUSHDPLPUSHDPHRETGBJR:CMPA,14JCGBFSMOVR0,#83HMOVA,#80HMOVXR0,AMOVA,#82HMOVXR0,AMOVA,#84HMOVXR0,ALCALLYZTSCLRRS0POPACCRETGBFS:CMPA,#15JCGBBJMOVR0,#83HMOVA,#86HMOVXR0,AMOVA,#88HMOVXR0,AMOVA,#8AHMOVXR0,ACLRRS0POPACCDECSPDECSPMOVDPTR,#0300HPUSHDPLPUSHDPHRETGBBJ:MOVR0,#93HMOVA,#81HMOVXR0,AMOVA,#86HMOVXR0,AMOVA,#83HMOVXR0,ACLRRS0POPACCRET4.输出显示本系统采用8位LED显示器进行给定温度和测量温度显示，每组4位。LED接口利用8255A进行扩展，采用动态显示，显示时间为20ms。使用软件检测方法屏蔽高位的数据0，使高位为0时不输出显示，该位LED熄灭软件程序SSEG:SETBRS1PUSHACCMOVB,#80HMOVR0,#20HMOVR7,#8MOVR1,#90HMOVDPTR,#0091HCNCQS:MOVA,R0ADDA,#0EHMOVCA,A+PCMOVXR1,AMOVA,BMOVXDPTR,AACALLDELAYRRAMOVB,AINCR0INCR1INCDPTRDJNZR7,CNCQSCLRRS1POPACCRETTAB:DB0C0HDB0F9HDB0A4HDB0B0HDB99HDB92HDB82HDB0F8HDB80HDB98HDB0FFH5.过限报警系统要求温度超过1200C时实现安全报警。本设计采用比较器LM311将集成运算放大器AD521放大后的电压信号与高精度电源5G1403输出的1.2V标准电压进行比较，如果输出高电平说明温度超限，此时将启动单片机INT0中断。在中断服务程序中点亮红灯同时起动蜂鸣器进行超限报警。硬件电路软件程序OVER:SETBRS1SETBRS0PUSHACCMOVR0,#93HMOVA,#87HMOVR0,AMOVA,#80HMOVR0,AMOVA,#82HMOVR0,ACLRRS1CLRRS0POPACCRETI6.传送带驱动电机控制电路加热零件采用传送带送入加热炉内，传送带使用10KW三相异步电动机经减速后驱动。电动机要求实现正反转，用继电器、接触器控制。图中SB2为正转运行按钮。按下SB2按钮，接触器KM1吸