基于单片机的电烤箱温度系统

⑩、Vref:参考电压用来与模拟信号进行比较，作为逼近的基准，曲型值为+5V(Vref(+)=+5V，Vref(-)=0)。3.3.2AT89C51单片机与ADC0809接口ADC0809和AT89051并排连接，如图3-11所示。电路连接主要涉及两个问题：一是模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后的数据传输。图3-11ADC0809与单片机的连接8路模拟通道选择B和C分别为接地地址锁存器，以提供低三个地址。通过在0809中写入三个地址来寻址锁存器，可以实现模拟信道选择。对于系统来说，地址锁存器是一个端口，如果说为了写入三个地址，要提供地址。2.数据的传输方式A.定时传输方式B.查询方式C.中断方式3.4放大器电路设计传感器将测量的物理或化学量转换为电信号输出。但它的输出信号通常很小，需要放大。传感器的信号放大可分为两种类型：分立元件放大器（晶体管放大器）和集成元件放大器（运算放大器）。以下是运算放大器电路设计：它的输入端和输出端之间连接着各种网络（如电阻R1、电容C），实现信号组合和操作的运算放大器通常由放大器电路组成。输入级（第一级）由晶体管T1和T2组成，差动放大器电路T3和T4为T1和T2的有源负载。T9是一个恒流源。第二级放大电路由晶体管t5和t6组成，t10为恒流源（t6的有源负载）。为了获得输出阻抗，输出级（第三级）由晶体管T7和T8组成，采用互补对称放大器电路。运算放大器是一种放大系数高、负反馈的直流放大器。易于实现信号的组合和操作。它们具有很大的灵活性，因此不仅是电子模拟计算机的关键部件，而且广泛应用于自动控制系统的测量装置中。特别是在线性固体器件出现后，它具有体积小、重量轻的优点，因此在实际应用中有许多由固体器件运算放大器组成的电路。理想运算放大器的特性:①开环增益Ad无限大;②输入阻抗无限大;③输出阻抗Z为0;图3-12运算放大器的电路图④输入电压的失调电压rf为;⑤带宽无限大;⑥上述①-⑤的特性不随环境温度的变化而变化;2.运算放大器的典型电路A反馈式放大器电路B加法放大器电路C减法放大器电路D积分器电路E对数放大器电路F乘法器电路G除法器电路H比较器电路I整流器电路J限频器电路K数据放大器电路L弱电流放大器M电荷放大器电路3.5键盘及显示电路设计3.5.1键盘接口电路1.键盘的工作原理A.按键的确认在单片机应用系统中，通过开关状态设置按键控制功能或数据。键是否半合，反映在电压的高电平或低电平上。如果高电平指示断开，则低电平表示闭合。因此，通过检测该级别的高生成状态，可以识别按键是否连接。B.按键的抖动处理当按下或释放按钮时，通常伴随着触点的机械抖动一段时间，然后它就完全稳定了。抖动时间一般为5-10毫秒，使用过程中必须消除抖动。消除抖动有两种方法：硬件和软件。硬件方法通常使用RS触发器连接按键以消除抖动。软件方法使用抖动方法。过程是，当按下一个键时，执行一个10毫秒的程序。如果钥匙仍处于关闭状态，则确认该键处于讨债状态。同样，在检测到该键的释放后，应逐步进行验证消除了抖动的影响。2.独立工按键独立按键是由I/0线直接组成的单按键电路。它的特点是每个键占用一条I/0线，并且每个键不会在其他I/0线的状态下工作。3.矩阵式按键单片机系统中，若使用按键分明，通常采用矩阵式(也称行列式)键盘，如图3-13所示:图3-13矩阵式按键结构一个4*4行结构可以组成一个16键的键盘。在矩阵键盘中，行列式连接到按键开关的两端，行列式通过两个伴电阻连接到+5V。当没有按键时，行列式处于高电平状态。如果有键按下时，行列式将贯穿。此时，行列式的水平将由与该线相连的线的水平决定。这是识别是否按下按键的重点。但是，矩阵键盘中的行线，列线和多个键相边。按键是否按下将影响该键反在行线和死线的水平。钥匙会相互作用。因此，为了确定闭合键的位置，必须将线路和线路信号结合起来进行适应处理。其中，矩阵键盘的工作方法如下：a.编程扫描方式编程扫描是CPU在完成其他任务的空闲时间，调用键盘扫描子程序响应键盘输入要求，CPU在执行按键功能程序时不再响应键盘输入要求，直到CPU重新扫描键盘。键盘扫描程序一般应包括以下内容：1.为了区分是否有键扫描键盘以获取关闭键的行、列值3，通过计算或查找表来获取键值4以确定是否释放关闭键，如果释放，继续等待5以保存关闭键号，同时转动以执行关闭键的功能。b.定时扫描方式定时扫描就是每隔一次扫描一次键盘。它利用微控制器内部的定时器来产生一定的时间定时。当定时时间到达时，它产生定时溢出中断。CPU响应中断后，它扫描键盘。当按下左键时，识别该键，然后执行该键的功能程序。执行定时扫描模式和编程扫描模式的硬件电路一致。c.中断扫描方式为了使得CPU的效率增加，我们可以采用中断扫描方式，其工作方式如下：当无键连接关闭时，CPU自行处理工作，当无键连接关闭时，产生中断请求，CPU转到键盘扫描子程序，识别出按键号。图3-14显示了矩阵键盘和单片机之间的接口图。图3-14矩阵式键盘与单片机接口3.5.2LED显示器接口电路常用的LED显示有LED状态显示（俗称发光二极管）和七段式LED显示（俗称数码管和16段式LED显示），可以显示系统显示的两种状态，数字显示的数码管和字符显示的16段式LED显示器。1.数码管结构数码管由八个发光二极管（以下简称字段）组成，可用于显示数字0-9。字符a-f和小数点“.”通过不同的组合显示。数码管可分为两种结构：共阴极和共阳极。2.数码管工作原理共阳极数码管的八个发光二次管的阳极（二极管前端）连接在一起。通常，共阳极连接到高电平1经常是电源1。当阴极连接到低电平时，数码管打开并点亮。共阴极数码管的八个发光二极管的阴极（负端）连接在一起。普通阴极连接到低电平（通常接地），当阳极连接到高电平时，数码管点亮。3.静态显示接口静态显示是指数码管显示一个字符时，相应的发光二极管的持续接通或断开。此显示模式的每个数码管彼此独立。每个数码管的八个字段分别与一个8位I/0地址相连。只要I/0端口有断码输出，就会显示相应的字符，新终端代码的输出将保持不变。公共端恒定接地（公共阴极）和正电源（公共阳极）的新终端代码输出采用静态显示方式。电流越小，亮度越高。它占用较少的CPU时间，易于编程、显示、检测和控制，但占用线路较多，硬件电路复杂，成本较高。它只适用于显示位较少的场合。4.动态显示接口动态显示是数码管的逐圈照明。这种逐点显示的方式称为位扫描。通常，每个数码管的段选择是并联的，由8位I/0端口控制。每位选择（公共阴极或阳极）由另一个I/0端口控制。在动态模式下显示时，依次选择每个数码管。为了实现稳定的显示，必须采用扫描方式，即一次只能选择一个数码管。并发出相应的终端码，在另一个数码管中发出相应的终端码。根据此规则，您可以使数码管显示要显示的字符。虽然这些文字是在不同的时间显示的，但由于人眼的视觉临时效应，只要显示间隔足够短，就能给人同时显示的感觉。图3-15数码管与单片机接口3.6抗干扰电路设计3.6.1单片机应用系统电磁干扰控制的一般方法单片机应用系统的干扰源主要有两种：内部干扰源以及外部干扰源。内部干扰源大部分是来自印刷电路板的布置和布线。单片机系统的抗干扰技术具体包含了下面的四个方面：①精心选择元器件元器件是组成部件或系统的重点。必须采用一些具有集成度高、抗干扰能力强功耗小的电子器件。②元部件要精密调整元件的精度是系统完成设定功能的重要保证。因此，在使用前或运行一段时间后，应准确调整零部件。例如，A/D芯片的零点调整和全范围调整。③采用硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术是系统设计中首选的抗干扰措施。只要合理安排和选择相关参数，就能有效地抑制干扰源，阻断干扰传输通道。硬件抗干扰措施可以控制系统的大部分干扰。常用的硬件抗干扰技术措施有：吸收技术、去耦技术、屏蔽技术、接地技术、隔离技术和PCB布线技术。④采用软件抗干扰技术软件抗干扰方法简单、灵活、方便，硬件资源消耗少。在计算机测控系统中得到了大范围的运用。常用的软件抗干扰技术包括数字滤波、信息传输过程自动检测、系统运行状态监测、故障自动恢复等。本次采用屏蔽技术。通过合理的硬件抗干扰措施，可以消除大部分电磁干扰。硬件抗干扰是一种常用的方法。详细介绍了以下两种硬件抗干扰措施：3.6.2硬件抗干扰措施①屏蔽技术屏蔽技术可以有效地抑制电磁F干扰在自由空间传播。采用屏蔽技术，可以限制系统内部辐射电磁能量对外部元器件的干扰，防止系统外部辐射干扰进入系统。屏蔽接地原理可分为电场屏蔽。磁场屏蔽和电磁场屏蔽。一般有两种方法：一种是电路理论的应用。另一个是应用场理论。②接地技术实践证明，适宜的接地可以在有效范围内的控制系统中的噪声耦合。以及防止外部干扰的侵入，以具备增加系统的抗干扰能力。反之，如果接地处理不好，会导致噪声耦合和严重干扰。电气设备中“接地”往往是有多重意义的：一种是“大地”，另一种是“工作基准地”。这里所谓的“接地”是指电气设备的金属外壳、线路等通过接地线、接地极与接地体连接。这种接地方式可以保证设备和人员的安全，并提供静电屏蔽。通路降低电磁感应噪声。“工作基准地”是指信号回答的基准导体(如控制电源的零电位)此时所谓的接地，是指各单元电路信号的回流线与装置的一部分与参考导体之间的连接。接地的目的是为每个部分提供稳定的参考电位。为了减少系统中干扰信号的共阻抗耦合，在需要接地时，应尽量减小接地电路中的共阻抗压降。电气设备接地的目的有三个:其一是为各电路的工作提供基准电位:其二是为了安全，其三是为了抑制干扰。根据电气设备回路性质和接地目的，可将接地方式分为三类:安全接地、工作接地和屏蔽接地。此外电磁干扰源硬件控制技术还有滤波技术、隔离技术、电路平衡结构、双绞线抗干扰接地、信号线间的抑制。漏电干扰防止措施等。4软件部分设计4.1工作流程当烘箱在电源复位后处于停止加热状态时，可通过“+1”键设定预设温度，显示屏显示预设温度；设定后，可启动系统。系统检测当前温度，并将其发送至显示器，在达到预定值后停止加热并显示当前温度，然后在温度降至下限（低于预定值2度）时开始加热。重复此过程使温度保持在预定范围内。启动后不能改变。按重置/停止键返回停止加热状态，并重置预设温度。4.2工作模块根据上面对工作流程的分析，系统软件可以分为以下几个功能模块:(1)键盘管理:监测键盘输入，接收温度预置，启动系统工作。(2)显示:显示设置温度及当前温度。(3)温度检测及温度值变换:完成A/D转换及数字滤波。(4)温度控制:根据检测到的温度控制电炉工作。(5)报警:当预置温度或当前炉温越限时报警。4.3资源分配为了便于阅读，首先給出它的资源分配情况。如表4-1所示。程序存储器:EPROM2764的地址范围为0000H~1FFFHI/0口:P1.0~P1.3——键盘输入;P1.6、P1.7——报警控制和电炉控制。A/D装换器ADC0809:通道0~7的地址为7FF8H~7FFH,使用通道0。4.4功能软件设计4.4.1键盘管理模块上电或复位后系统处于键盘管理状态，其功能是监测键盘输入，接收温度预置和启动键。程序设有预置温度合法检测报警，当预置温度超过500摄氏度时会报警并将温度设定在500C。键盘管理子程序流程如下所示。键盘管理子程序KIN:KIN:ACALCHK;预置温度合法性检测MOVBT1，ST1MOVBTO,STO;预置温度送显示缓冲区ACALLDISP;二次调用显示子程序延时去抖ACALLKEY再监测有无键按下KIN:ACALCHK;预置温度合法性检测MOVBT1，ST1MOVBTO,STO;预置温度送显示缓冲区ACALLDISP;二次调用延时去抖ACALLKEY；再监测有无键按下SIO:JBACC.2,S1MOVA,#10;十位键按下AJMPSUMS1:JBACC.3,SOMOVA,#01；个位键按下SUM:ADDA,STO;预置温度按键+1MOVSRO,AMOVA,#OOHADDCA,ST1MOVST1,AKIN1:ACALLKEY;判断闭合键释放JNZKIN1;未释放继续判断AJMPKIN;闭合键释放继续扫描键盘SO:JNBACC.0,KIN;无键按下重新扫描键盘RET;启动键按下返回KEY:MOVA,P1;读键值子程序CPLAANLA,#OFHRET4.4.2显示模块它是将显示缓冲区57H和58H先转换成三个BCD码，分别存入百位、十位和个位（54H、55H和56H单元），然后通过串口送出显示。显示子程序DISP：DISP：         ACALL      HTB              ；将显示数据转换为BCD码              MOV    SCON，#00H                ；置串行口为方式0          MOV    R2，#03H                  ；显示位数送R2MOV   R0，#T100               ；显示缓冲区首地址送R0LD：              MOV  DPTR，#TAB                  ；指向字型码表首地址MOVDPTR,#R0;取显示数据MOVA,@A+DPTR;查表MOVSBUF,A;字型码送串行口WAIT:JBCTI,NEXT;发送结束转下一个数据并清中断标志SJMPWAIT;发送未完等待NEXTINCRO;修改显示缓冲区指针DJNZR2,LD;判3位显示完否，未完待续RETTAB:”;字型码表（略）BCD码转换子程序HTB:HTB:MOVA,BTO;取二进制显示数据低8位MOVB,#100;除100，确定百位数DIVABMOVT100,A;百位数送54H单元MOVA,#10;除10，确定十位XCHA,BMOVT10,A;十位数送55H单元MOVT,B;个位数送56H单元MOVA,BT1;取二进制高8位JNZLH1;高位不为0转LH1继续高8位转换RET;高位为0结束，返回LH1:MOVA,#06H;高位不为0.低位转换结果加256（因为温度数据不会大于500，所以高8位最多为01H,即256）ADDA,TDAA;个位加6（十进制加）MOVT,A;结果送回个位MOVA,#05HADDCA,T10DAA;十位加5（十进制加）MOVT10,A;结果送回十位MOVA,#05HADDCA,T100DAA;百位加2（十进制加）MOVT10,A;结果送回十位MOVA,#05HADDCA,T100DAA;百位加2（十进制加）MOVT100,A;结果送回百位RET4.4.3温度检测模块A/D转换采用查询方式。为了提高采样可靠性，对采样温度进行数字滤波。数字滤波的算法很多，这里采用4次采样取平均值的方法。检测结果高位存入50H,低位存入51H。子程序流程图如图4-1所示。温度检测子程序TIN:TINMOVTEMP1,#00H;清减测温度缓冲区MOVTEMPO,#00HMOVR2,#04H;取样次数送R2MOVDPRT,#7FF8H;指向A/D转换器0通道LTIN1:MOVX@DPTR,A;启动转换HERE:JNBIE1,HERE;等待转换结束MOVXA,@DPTR;读转换结果ADDA,TEMP0;累加(双字节加法)MOVTEMPO,AMOVA,@00HADDCA,TEMP1MOVTEMP1,ADJNZR2,LTIN1;4次采样完否，未完继续CLRC；累加结果除2（双字节法）MOVA,TEMP1RRCAMOVTEMP1,AMOVA,TEMP0RRCAMOVTEMPO,ARET图4-1子程序流程图4.4.4温度控制模块将当前温度与预设温度比较，当前温度低于预设温度时，继电器闭合并接通：电阻丝加热；当前温度高于预设温度时，继电器断开并停止加热；当两者相等时，炉保持其原始温度状态：当前温度低于设定温度2℃时，重新加热，当预设温度超过报警上下限时，报警再次启动。停止加热。为了防止误报警，并且由于当前温度可能低于炉子开始加热时下限，当未达到不允许报警，所以设置了报警允许标志F0。模块流程如下。1.温度控制子程序CONT：CONT:MOVA,TEMPO;当前温度-预置温度（双字节减）CLRCSUBBA,STOMOVB,A;低8位相减的差值暂存BMOVA,TEMP1SUBBA,ST1JNCLOFF;无借位，表示当前温度≧预置温度，转LOFFJNBFO,LON;当前温度<预置温度，判是否达到过MOVA,B;若达到，判二者差值是否大于2CLRCSUBBA,#02HLON:CLRP1.7;开电炉SJMPEXIT;返回LOFF:SETBFO;设置允许报警标志SETBP1.7;关电炉EXIT:RET2.温度控制流程：当前温度与预置温度比较N当前温度<预置温度YN达到过预置温度Y置允许报警标志N当前温度<预置温度-2关电炉Y开电炉返回在此，可以加入PID算法程序来实现PID控制。4.4.5温度越线报警模块报警上限温度值为预设温度+5摄氏度，即当当前温度高于预设温度+5C时，报警停止加热，报警下限温度值为预设温度-5摄氏度，即当前温度低于预设温度时（温度-5摄氏度），为了防止出现误报警就允许报警。同时报警并关闭电炉。报警子程序流程如下所示。1.报警子程序ALARM：ALARM:MOVA,TEMPO;当前温度低字节→ACLRCSUBBA,STO;(当前温度低字节-预置温度低字节)→AMOVB,A;低字节相减结果送B暂存MOVA,TEMP1;当前温度高字节→ASUBBA,ST1;(当前温度低字节-预置温度高字节)→AJCLAO;有借位，当前温度小于预置温度转LAOSETBFO;当前温度≥预置温度，允许报警AJMPLA1LAOMOVA,STO;预置温度低字节→ACLRCSUBBA,TEMPO;(预置温度低字节-当前温度低字节)→AMOVB,A;低字节相减结果送B暂存MOVA,ST1;预置温度高字节→ASUBBA,TEMP1;(预置温度高字节-当前温度高字节)→ALAI:XCHA,B;高低字节互换，判断相减结果是否大于5CLRCSUBBA,#05H;(低字节差-5)→AXCHA,B;(低字节差-5)→B,高字节差→ASUBB:A,#00H;(高字节差-0)→A(因为5的高字节为0)JCLA2;相减结果小于5,不报警返回JNBFO,LA2;相减结果≥5,判是否报警，反则返回CLRP1.6;启动报警SETBP1.7;关电炉LCALLD0.6s;报警延时0.6sSRTBP1.6;关报警LA2:RETD0.6s:(略)；延时0.6s子程序2.报警子程序流程：当前温度—预置温度置允许报警标志差高字节→A差低字节→BN差>5N当前温度≦预置温度YN允许报警Y预置温度—当前温度Y差高字节→A开报警器，关电炉差低字节→B返回5总结5.1本次用来控制温度的这个系统设计中存在的问题及其解决方案用来控制温度的这个系统的设计总体上可以实现对电炉温度的闭环恒流控制。但不适当是不可避免的。当热阻检测到当前烘箱的温度时，不能以数字形式显示预设温度。操作人员无法同时看到烤箱的电流和预设温度。针对这种情况，应增加一个数字显示器，通过软件程序同时显示烘箱的当前温度和预设温度。在实际使用中，当烤箱加热时有一定的温度缓冲，即当烤箱断电时，加热不会立即停止，但经过一段时间后，温度会缓慢停止，从而开始加热衰落。这使得我们的控