毕业设计（论文）-基于单片机的温度控制系统设计1.doc

湖 南 科 技 大 学 潇 湘 学 院毕业设计（论文）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）年 月 日 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）说明书共页2 设计（论文）图 纸共页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,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 abstractalong with national economy development, the people need to each heating furnace、the heat-treatment furnace、in the reactor and the boiler the temperature carry 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简介32.1 单片机技术的应用32.2 单片机系统主机的选择32.3 系统设计方案4第三章 硬件电路的设计63.1 单片机简介63.2 单片机内部模块63.2.1 mcs-51单片机内部结构63.2.2 mcs-51输入/输出端口的结构与功能73.2.3 mcs51单片机的引脚及其功能73.2.4 8031系统扩展设计83.3 单片机外总线结构93.4 芯片的扩展设计103.5 单片机温控模块113.6 系统总体设计113.6.1 8155接口电路123.6.2 a/d转换器143.6.3 温度控制163.6.4 2764芯片163.6.5 74ls373简介173.6.6 键盘、显示器接口电路193.6.7 温度检测电路22第四章 系统软件设计244.1 主程序流程图244.2 t0中断服务程序254.3 采样子程序284.4 数字滤波程序294.5 pid算法的实现314.6 如何实现p、i、d参数的小数化314.7 p、i、d参数的整定方法314.8 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。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4001000。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的ram，使温度控制大为简便。- 38 -湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）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。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1intel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。2intel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。3intel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 ，但本次设计频率计软件对单片机性能要求较低，且mcs-96价格昂贵故mcs-51系列能基本满足要求，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=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1。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6。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:给定值采样电路输出温度被控对象8031控制电路驱动电路晶闸管主电路图2.1 控制电路的设计第三章 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mcs51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、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1。图3.1 8031单片机功能方框图 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p0p3，一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p0p3。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 mcs51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 p0p3 ale psen earst 8031 xtal1 vccxtal2 vss 地址线控制线用户i/o控制线地址：数据线图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vssvcc（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xtal2xtal1（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。4ale/ （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。6vpp（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（0000h0fffh）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输入低电平时，cpu仅访问片外程序存储器1。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三线总线或i2c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，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1。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mcs51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p0.0p0.7。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2k8位）、2732（容量4k8位）、2764（容量8k8位）、27128（容量16k8位）、27256（容量32k8位）、27512（容量64k8位）。eprom外引脚功能如下：a0a15:地址输入线；o0o7:三态数据总线，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o0o7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；vpp：编程电源输入线，其值因芯片型号和制造厂商不同而异；oe：读选通信号输入线，“0”有效；vcc：主电源输入线，一般为5v；（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o0o7(d7d0)；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30h7fh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，故不需要在另外扩展片外数据存储器1。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01000的温度测量范围，相应的输出电压为0mv-41.32mv.变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的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输出的0-10ma电流变换成0-5v范围的电压5。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4001000，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：8031单片机2764芯片74ls373锁存器8155芯片ad0809转换器温控电路传感器检测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/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，mcs51单片机的po口8155的ad0ad7相连。带有i/o接口和计时器的静态ram8155如图3.6所示： 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。mcs51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p2.00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。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in0in7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，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。oe1，输出转换得到的数据；oe0，输出数据线呈高阻状态。d7d0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。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假热功率，以实现对电阻炉的炉温控制16。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1520min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8k8bit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。d0d7：8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d0d7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： 图3.9 引脚图原理图74ls373是常用的地址锁存