微机控制课程设计报告

1、目录I摘要IISummaryIII第1章 总体方案设计- 1 -1.1、设计任务及要求- 1 -1.2、工艺要求- 1 -1.3、要求实现的基本功能：- 2 -1.4、对象分析- 2 -1.5、系统功能设计- 2 -第2章 硬件的设计和实现- 3 -2.1、微机选型- 3 -2.2、设计支持计算机工作的外围电路- 3 -2.3、设计输入输出通道- 5 -2.4、温度传感器- 7 -2.5、元器件的选择- 8 -第3章 数字控制器的设计- 9 -3.1、控制算法：- 9 -3.2、计算过程：- 9 -第4章 软件设计- 11 -4.1系统主程序框图- 11 -4.2、A/D转换子程序流程图- 1

2、2 -4.3图LED显示流程- 12 -4.4、数字控制算法子程序流程图- 14 -第5章 完整的系统电路图- 15 -第6章 抗干扰措施- 16 -6.1、硬件方面抗干扰措施主要包括：- 16 -6.2、软件方面的抗干扰措施有：- 16 -第7章 系统调试- 17 -第8章 设计总结- 18 -第9章 参考文献- 19 -附录：程序代码- 20 -电阻加热炉温度控制系统设计摘要随着社会的发展，自动控制越来越成为人们关注的焦点,自动调节电阻炉温度系统也备受关注。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

3、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。一直以来，人们采用了各种方法来进行温度控制，都没有取得很好的控制效果。起先由于电阻炉的发热体为电阻丝，传统方法大多采用仪表测量温度，并通过控制交流接触器的通断时间比例来控制加热功率。由于模拟仪表本身的测量精度差，加上交流接触器的寿命短，通断比例低，故温度控制精度低，且无法实现按程序设定的升温曲线升温和故障自诊断功能，因此要对传统的温度控制方法进行改造。如今,随着以微机为核心的温度控制技术不断发展,用微机取代常规控制已成必然，因为它确保了生产过程的正常进行，提高了产品的数量与质量，减轻了工人的劳动强度以及节约了能源，并且能够使

4、加热对象的温度按照某种指定规律变化。而且微型计算机在智能温度测量和控制电器中的控制作用是一种智能行为，所以，它在能量消耗上是比较少的，和普通仪表温度测量相比，智能温度测量与控制电器是一种节能电器。这不但对用户来说具有很大的意义，而且对整个社会来说都是有重大意义的。关键词：微机；电阻炉；温度；控制Resistance Furnace Temperature Control SystemSummary With the social development, control has increasingly become the focus of attention, automatically

5、adjust temperature resistance furnace system is also of concern.One computer and its applications have become a high and new science and technology, one of the important contents and sign it in all areas of the national economy is playing a dramatic role.Computer-controlled resistance furnace temper

6、ature control system is actually an intelligent control system, is a relatively low energy consumption, temperature control system.All along, people used various methods to carry out temperature control, do not get a good result.At first as resistance heaters resistance wire heating elements, the tr

7、aditional methods most used instrument to measure temperature, and by controlling the AC contactor off time to control the ratio of heating power.As Moni instrument itself, the measurement accuracy is poor, with AC contactor life is short, on-off ratio low, the temperature control precision is low,

8、and can not be achieved according to the procedure set temperature curve heating and fault self-diagnostic function, and therefore the traditionalReconstruction of temperature control methods.Now, with the core temperature by computer control technology development, to replace conventional control w

9、ith a computer has become an inevitable, because it ensures the normal production process, improve the quantity and quality of products, reducing labor intensity and conservationenergy, and can heat the object to a specific rule in accordance with changes in temperature.And micro-computer intelligen

10、t temperature measurement and control electrical appliances in controlling yes one kind of intelligent behavior, Therefore, it is the energy consumption to Bi Jiao Shaos, and Putongyibiao compared temperature measurements, Zhineng temperature measurement and control appliances are a kind of Jienenge

11、lectrical appliances.This not only has great significance for users, but for the entire community is of great significance.Keywords: computer; resistance furnace; temperature; control第1章 总体方案设计1.1、设计任务及要求电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。本控制对象电阻加热炉功率为8KW，由220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制

12、。 系统模型： 1.2、工艺要求按照规定的曲线进行升温和降温，温度控制范围为50350，升温和降温阶段的温度控制精度为5，保温阶段温度控制精度为2。1.3、要求实现的基本功能：微机自动调节：正常工况下，系统投入自动。模拟手动操作：当系统发生异常，投入手动控制。微机监控功能：显示当前被控量的设定值、实际值，控制量的输出值，参数报警时有灯光报警。1.4、对象分析本系统中要求从50开始自动控制加热炉的温度，使温度线性上升，十分钟升至350，到达350进入保温状态，保温二十分钟，然后降温，十分钟降至50。在保温阶段，一旦温度高于352或低于348则要求报警，升温和降温阶段也要进行控制，使过程按要求的斜

13、率变化。微型计算机选单片机8031，ADC0809模数转换芯片为模拟量输入，DAC0832数模转换芯片为模拟量输出，温度传感器选铂电阻，运算放大器和可控硅作为功率放大，电阻炉为被控对象，组成电阻炉炉温控制系统，另外，系统还配有数字显示，以便显示和记录生产过程中的温度和输出值。1.5、系统功能设计计算机定时对炉温进行测量和控制，炉温由铂电阻温度器测量，信号经放大送到模数转换芯片，变换成相应的数字量再送到计算机中进行判断和运算，得到应有的电功率数，经过数模转换芯片转换成模拟量信号，供给可控硅功率调节器进行调节，使其达到炉温变化曲线的要求。第2章 硬件的设计和实现2.1、微机选型计算机选型MCS-5

14、1系列中的8031，是Inter公司生产的，除无ROM外，其余和MCS-51相同。系统总线为PC总线。2.2、设计支持计算机工作的外围电路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。ADC0809的内部结构图如图2-1所示：图2-1 ADC0809的内部结构图由图2-4可知，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j出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE

15、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。ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，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。矩阵键盘技术：温度输出显示技术：LED静态显示接口技术，所谓静态显示,即CPU输出显示值后,由硬件保存输出值,保持显示结果.报警电路设计：正常运行时绿灯亮，在保温阶段炉内温度超出系统允差范围，就要进行报警。报警时报警灯亮，电笛响，同时发送中断信号至CPU进行处理。2.3、设计输入输出通道输入通道：因为所控的实际温度在50 350左右，即（35050）300所以选用8位

16、A/D转换器，其分辨率约为1.5/字，再加放大器偏置措施实现。（通过调整放大器的零点来实现偏置）这里采用一般中速芯片ADC0809。ADC0809是带有8位A/D转换器，8路多路开关以及微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型。8路的模拟开关由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个通道的模拟信号。输出通道：据其实际情况，D/A转换器的位数可低于A/D转换器的位数，因为一般控制系统对输出通道分辨率的要求比输入通道的低，所以这里采用常用的DAC0832芯片DAC0832是8位D/A转换器，与微处理器完全兼容。期间采用先进的CMOS工艺，因此功耗低，输出漏电流误差

17、较小。因DAC0832电流输出型D/A转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为为运算放大器的反馈电阻端。2.4、温度传感器温度传感器的作用是将温度经过热敏电阻Rt转换为电压信号。在本课题中温度范围的计算原理：首先把A/D转换中电位器旋钮顺时针旋到底，即模拟信号的输入不衰减，选取两个温度状态T1、T2,分别测量出其模拟输出电压V1、V2；根据0809的输入范围在0到5伏，即可计算出温度极限。0伏时对应的温度TL:T1-（V1-0）(T2-T1)/(V2-V1)。5伏时对应的温度TH: T1-（V1-5）(T2-T1)/(V2-V1)本实验中近似计算TH为350摄氏度，TL为

18、50摄氏度。程序温度的计算原理：首先用温度范围除以0到256（即每个十六进制数的温度增长率），然后乘以模拟转换的数字量，即得到升高的温度，在和最低温度相加，就可以得到实际的温度值。其公式为：TL+AX(TH-TL)/256TL:显示的最低温度TH:显示的最高温度AX:模拟电压所转换的数字量2.5、元器件的选择传感器的选择：铂铑10铂热电偶，S型，正极性，量程01300C，使用温度小于等于600C，允差+1.5C。执行元件的选择：电阻加热炉采用晶闸管（SCR）来做规律控制，结合电阻炉的具体要求，为了减少炉温的纹波，对输出通道采用较高的分辨率的方案，因此采用移相触发方式，并且由模拟触发器实现移相触

19、发。变送器的选择：因为系统要求有偏置，又需要对热电偶进行冷端补偿，所以采用常规的DDZ系列温度变送器。控制元件：采用双向可控硅进行控制，其功能相当于两个单向可控硅反向连接，具有双向导通功能，其通断状态有控制极G决定。在控制极加上脉冲可使其正向或反向导通。第3章 数字控制器的设计3.1、控制算法：电阻加热炉温度控制系统框图：整个闭环系统可用一个带纯滞后的一阶惯性环节来近似，所以其控制算法采用大林算法。电阻加热炉温度控制系统模型为 其广义的传递函数为：大林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，即：通常认为对象与一个零阶保持器相串联，

20、相对应的整个闭环系统的脉冲传递函数是：3.2、计算过程：连同零阶保持器在内的系统广义被控对象的传递函数 系统闭环传递函数 数字控制器：消除振铃现象后的数字控制器：将上式离散化：U（z）-U（z）=1.279E（z）-1.226E（z） U（K）-U（K-1）=1.279E（K）-1.226E（K-1）最终得：U（K）=U（K-1）+1.279E（K）-1.226E（K-1）第4章 软件设计4.1系统主程序框图4.2、A/D转换子程序流程图初始启动A/D转换A/D转换完成?数据输出延时开始结束4.3图LED显示流程指向显示缓冲区模型开始设置8255A及延时常数D/A的输出送给DISBUF2，待显

21、示调用静态显示子程序设置指针，堆栈修改指针进行新一轮的显示指向显示缓冲区模型取待显示低位BCD码显示4.4、数字控制算法子程序流程图第5章 完整的系统电路图第6章 抗干扰措施6.1、硬件方面抗干扰措施主要包括：（1）在系统弱电部分电源人口处对地跨接一个220uF左右的电解电容和一个0.1uF的瓷片电容。在系统内部各芯片的电源端对地跨接一个0.01uF的瓷片电容，滤去电源中高低次谐波成份。（2）采用屏蔽和接地技术。使干扰源产生的电磁干扰降至最小。（3）合理设计PCB印制电路，精心选择、安装元器件，充分利用看门狗定时器功能，提高硬件系统的抗干扰能力。6.2、软件方面的抗干扰措施有：（1）采取“指令

22、冗余”措施，在一些对程序流向起关键作用的指令（如RETAJMP等）或某些对系统工作状态起至关重要的指令（如SETB EA等）前插入两条“NOP”指令，保证程序正确流向，防止程序“跑飞”。（2）采用“软件陷阱”技术，在末使用的中断向量区安排“软件陷阱”，以及合理地分区存放各程序模块，在相邻两个程序模块的存储空间中空出适当的存储单元，并在这些单元中填充OFFH，或在各种数据表格、散转表格的最后安排“软件陷阱”。通过这些“软件陷阱”实时捕捉程序，防止程序跑飞。（3）利用软件WATCHDOG，监控程序运行。（4）利用平均滤波法求取平均值作为有效温度值，防止脉冲干扰测试信号，提高系统运行的稳定性。第7章

23、 系统调试在设计完成后进行调试，根据设计逻辑图制作好实验样机，就可以进入硬件调试，调试的主要任务是排除样机的故障，其中包括设计错误和工艺性故障，然后在进行软件的调试用微型机对MCS51系列单片机程序进行交叉汇编。在硬件，软件单独调试后，即可进入硬件、软件联合调试阶段，找出硬件、软件之间不相匹配的地方，反复修改和调试，直到符合设计要求。第8章 设计总结在设计过程中，首先要熟悉系统的工艺，进行对象的分析，按照要求确定方案。通过这次的设计，我实现了温度控制的硬件连接，了解了芯片的选用，模块的建立，遇到这样那样的问题，通过上网查询、翻阅课本和同学们讨论逐一解决。硬件设计我分为了以下模块：显示模块、A/

24、D转换模块、键盘模块、温度控制模块和温度传感器模块。然后设计软件，编写程序调试硬件电路各个模块的功能。最后对整个系统联调，实现设计要求。第9章 参考文献潘新民 微型计算机控制技术 高等教育出版社 2001.7徐科军 传感器与检测技术 电子工业出版社 2004.9余锡存 单片机原理及接口技术西安电子科技大学出版社 2000.7苗秀敏 计算机控制系统及应用 北京科学出版社 1995.4薛均义 微机控制系统及应用 西安交通大学出版社 2003.2黄胜军 微型计算机控制应用实例集 清华大学出版社 1987.4张凡 微机原理与接口技术 清华大学出版社 2003.10朱月秀 单片机基础(修订版) 北京航空

25、航天大学出版社2001.7黄胜军 微型计算机控制应用实例集(二) 清华大学出版社 1993.10附录：程序代码ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP KEYSORG 000BHAJMP PIT0ORG 001BHAJMP PIT1 ；中断入口及优先级MAIN： MOV SP，#00H CLR 5FH ：清上下限越限标志 MOV A，#00HMOV R7，#09HMOV R0，#28HLP1：MOV R0，AINC R0 DJNZ R7，LP1MOV R7，#06HMOV R0，#39HLP2：MOV R0，AINC R0DJNZ R7，LP2MOV R7，#06HMOV

26、 RO，#50HLP3：MOV R0，AINC R0DINZ R7，LP3 ；清显示缓冲区MOV 33H，#00HMOV 34H，#00H ；赋KP高低字节MOV 35H，#00HMOV 36H，#00H ； 赋KI高低字节MOV 37H，#00H MOV 38H，#00H ； 赋KD高低字节MOV 42H，#00HMOV 43H，#00H ；赋K高低字节MOV TMOD，#56H ；T0方式2，T1方式1计数MOV TLO，#06HMOV THO，#06H MOV 25H，#163H ；设定值默认值350SETB TR0 ；键盘高优先级SETB ET0SETBEX0SETB EA ；开键盘T

27、0。T1中断LOOP：MOV R0，#56H MOV R1，#55H LCALLSCACOV ；标度转化 MOV R0，#53H LCALLDIR NOP LCALLDLY10MS NOP LCALLDLY10MS AJMP LOOP ；等中断键盘子程序KEYS：CLR EX0 CLR EA PUSH PSW PUSH ACC ；关中断 LCALLDLY10MS ；消抖CC： JB P3.2 AASETB 5DH ；置“显示设定值温度值标志”MOV A，25H ；取运算位的值MOV B，#10H ；BCD码转化DIV A BMOV 52H，AMOV A, BMOV 51H, AMOV R0,#

28、50HLCALL DIR ;显示设定温度NOPLCALLDLY10MSNOPLCALL DLY10MSJB P1.7 ,BBMOV R1,#25HLCALL DAAD1NOP LCALL DLY10MS AJMP CCBB: JB P1.6 CCMOV R1,#25HLCALL DEEC1NOPLCALL DLY10MSAJMP CCAA: POP ACCPOP PSWSETB EX0SETB EA ;出栈RETI显示子程序DIR: MOV SCON ,#00H ;置串行口移位寄存器状态SETB P1.4 ;开显示JB 5DH,DL1 ;显示设定温度DL2: MOV DPTR,#SEGTDL0

29、: MOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV SBUF ,ALOOP1: JNB TI, LOOP1 CLR TIINC R0MOV A,R0MOVC A,A+DPTRANL A, #7FH :使数带小数点MOV SBUF ,ALOOP2: JNB TI,LOOP2CLR TIINC R0MOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV SBUF,ALOOP3: JNB TI,LOOP3CLR TICLR P1.4CLR 5DHRETDL1: MOV 50H,#0AH ;小数位黑屏 AJMP DL2SEGT: DB 0C0H ,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F

30、8H,80H,90H,0FFH加一子程序DAAD1: MOV A,#00H ORL A,R1 ADD A,#01H CJNE A,#30H,DAAD2 ;超过48度了吗?DAAD3: MOV R1,ADAA: RETDAAD2: JC DAAD3MOV R1,#15EH ;超过48则转回到355AJMP DAA减一子程序DEEC1:MOV A,R1DEC A CJNE A,#15EH,DEEC2 ;低于355度了吗?DEEC3:MOV R1,A DEE : RETDEEC2: JNC DEEC3 MOV R1,#30H ;低于355则转回到48AJMPDEE T0中断子程序PTT0: CLR

31、EAPUSH ACCPUSH PSWPUAH DPLPUSH DPHSETB EA ;压栈后开中断响应键盘PPP: LCALLSMAP :采样数据LCALL FILTER ;数字滤波MOV A,2AH ;取采样值CJNE A,#07H,AAA ;下限48比较AJMP BBBAAA: JC CCC ;小于48度转CJNEA,#0FEH ,DDD ;上限355比较AJMP BBB ;转至48355正常范围处理DDD: JC BBBCLR P1.2 ;大于355黄灯亮SETB 5EHCLR P1.1 ;置标志 启动风扇AJMP PPPCCC: CLR P1.3 ;小于48红灯亮SETB 5FHBBB

32、: CLR P1.0 ;置标志启动电炉AJMPPPPSETB P1.0SETB P1.1SETB P1.2SETB P1.3CLR 5EHCLR 5FH ;50350之间正常LCALL PIDJNB 20H,EEF ;设定温度小于实际值转到风扇MOV A,29HLCALLFFFCLR P1.0LOOP10: MOV R0,#56H ;存放相乘结果的首址MOV R1,#55H ;赋显示缓冲区最高位地址LCALL SCACOV ;标度转化 MOV R0,#53H ;赋显示首址 CLR DIR JB D5H,LOOP10 ;等待T1中断 CLR EA POP DPH POP DPL POP PSWS

33、ETB EAPOP ACCRETIEEE: MOV A,28H ;风扇处理 LCALL FFF CLR P1.1AJMP LOOP10FFF: CRL A ;根据PID结果计算T1初值 INC A MOV TL1,A MOV TH1,#0FFH SETB PI1 SETB TR1 SETB ET1 RET标度转化 SCACOV :PROC NEAR MOV DX,0 MOV DATA1,#258H MOV DATA2,#708H MOV DATA3,#960H PROC NEAR MOV DX,0 MOV AX,DATAP ;取采样时间 CMP AX,DATA3 ;时间大于2400? JAE

34、Q3DOR CMP AX,DATA2 JAE Q3-Q2 ; 1800时间2400 CMP AX,DATA3 JAE Q2-Q1 ; 600时间1800Q0: MOV BX,0.8H ;600S Q=50+t/2 MUL BX ADC DX,0 JMP DONEQ2-Q1: MOV AX,#15EH ;Q=350Q3-Q2: SUB AX,DATA2 ;Q=350-(t-1800)/2 MOV BX,0.8H MUL BX MOV AX,#15EH SUB AX,BX MOV R1,APP: RET采样子程序SWAP: MOV R0,#20H MOV R1,#03HSAW1: MOV DPTR

35、,#7FF8H MOVX DPTR A ;A/D转化 MOV R2,#20HDLY: DJNZ R2,DLY ;延时HERE: JB P3.3 ,HEREMOV DPTR,#7FF8HMOVX A,DPTR ;读转化结果MOV R0,AINC R0DJNZ R1,SAM1RET数字滤波FILTER: MOV A, 20HCJNE A,2DH CMP1AJMP CMP2CMP1: JNC CMP2 XCH A,2DH XCH A,2CHCMP2: MOV A,2DH CJNE A,22EH,CMP3 MOV 2AH,A AJMP RRCMP3: JC CMP4 MOV 2AH,A AJMP RR

36、CMP4: MOV A,2EHCJNE A,2CH,CMP5MOV 2AH ,AAJMP RRCMP5: JC CMP6 XCH A,2CHCMP6: MOV 2AH,ARR: RETT1中断PIT1: CLR 00HJB 20H, GGGSETB P1.0 ;关闭电炉GG: CLR PT1RETIGGG:SETB P1.1 ;关闭风扇CLR 20H AJMP GG延时10MS子程序DLY10MS: MOV R7,#0A0HDLOO: MOV R6,#0FFHDL11: DJNZ R6,DL11DJNZ R7,DL00RET数字PID算法子程序PID: MOV R5,#00HMOV R4,2D

37、H ;取NX值MOV R3,#00HMOV R2,#32H ;取50LCALL CPL1LCALL DSUM ;求(NX-32H)值MOV R0,#5AH ;赋乘法算法运算暂存单元地址首址MOV R5,#05HMOV R4,#1CH ;赋参数LCALL MULT ;调无符号数乘法MOV 31H ,5BHMOV 32H ,5AH ;存放结果有效值MOV R5,31HMOV R4,32H ;取双字节UR(设定)MOV R3,2AHMOV R2,#00H ;取双字节实测值ACALL CPL1 ;取U(K)补码ACALL DSUM ;计算E(K)MOV 39H, R7MOV 3AH,R6 ;存E(K)MOV R5,35H MOV R4,36H ;取KI参数MOV R0,#4AHACALLMULT1 ;计算PI=KI*E(K)MOV R2,39HMOV R4,3AH ;取E(K)MOV R3,3BHMOV R2,3CH ;取E(K-1)MOV R5,33HMOV R4,34H ;取KP参数MOV R0,#46HACALL MULT1 ;KP* E(K)- E(K-1)MOV R5,49HMOV R4,48HMOV R3,4DHMOV R2,4CHLCALL DSUM ;KP* E(K)- E(K-1)+ KI*E(K)MOV 4AH, R7MOV 4BH,R6 ;保存上式之和MOV R