畢業(yè)設(shè)計論文-智能溫度控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p><b>　　智能溫度控制系統(tǒng)</b></p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體

2、應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。本系統(tǒng)是以單片機(jī)的基本語言匯編語言來進(jìn)行軟件設(shè)計編程的，其指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔明了。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運作。</p><p>　　根據(jù)本溫度系統(tǒng)的設(shè)計要求，該系統(tǒng)是由單片機(jī)和溫度傳感器與一體的綜合設(shè)計，由于是用單片機(jī)采集溫度信號，所以在之前必須對溫度信號進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換，就應(yīng)該選擇放大器和A

3、/D轉(zhuǎn)換器，本系統(tǒng)要實現(xiàn)人工智能化，就必須有對溫度進(jìn)行設(shè)定，所以還需要設(shè)計鍵盤與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行溝通。</p><p>　　關(guān)鍵字：單片機(jī) 溫度傳感器 鍵盤 A/D轉(zhuǎn)換器 放大器</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p&

4、gt;<b>　　第一章 緒 論1</b></p><p>　　第二章 設(shè)計要求2</p><p>　　2.1 設(shè)計課題工藝過程簡介2</p><p>　　2.2 控制任務(wù)指標(biāo)及要求：2</p><p>　　第三章 系統(tǒng)設(shè)計思想3</p><p>　　第四章 硬件的選擇4</p&

5、gt;<p>　　4.1 單片機(jī)的選擇4</p><p>　　4.2 溫度傳感器的選擇4</p><p>　　4.3 顯示器的選擇4</p><p>　　4.4 鍵盤的選擇4</p><p>　　4.5 溫度控制部分5</p><p>　　4.6 自動推舟控制部分5</p>&l

6、t;p>　　4.7 實現(xiàn)方案5</p><p>　　第五章 硬件設(shè)計6</p><p>　　5.1單片機(jī)基本系統(tǒng)：6</p><p>　　5.1.1 單片機(jī) 80516</p><p>　　5.1.2 8155簡介9</p><p>　　5.2前向通道13</p><p>　

7、　5.2.3 溫度傳感器：13</p><p>　　5.2.4 運算放大器15</p><p>　　5.2.5 A/D轉(zhuǎn)換器：18</p><p>　　5.3 后向通道錯誤！未定義書簽。</p><p>　　5.4 人機(jī)對話通道20</p><p>　　5.4.1 顯示器：20</p>&

8、lt;p>　　5.4.2 鍵 盤23</p><p>　　5.4.374922引腳說明及功能26</p><p>　　5.5 其他外圍器件26</p><p>　　第六章 軟件設(shè)計29</p><p>　　6.1 軟件設(shè)計思路：29</p><p>　　6.2 程序設(shè)計流程說明：29</p&

9、gt;<p>　　6.3 主程序流程圖如下：30</p><p>　　6.4 鍵盤輸入中斷服務(wù)程序31</p><p>　　6.5 溫度檢測子程序流程圖31</p><p>　　6.6 程序清單32</p><p><b>　　結(jié) 論37</b></p><p><b

10、>　　謝 辭38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　計算機(jī)是人類有史以來最偉大的發(fā)明之一，人類經(jīng)過幾個世紀(jì)的努力，把計算機(jī)從中國古老的算盤發(fā)展到當(dāng)代的計算機(jī)。當(dāng)代計算機(jī)并非僅用于計算，它更廣泛地應(yīng)用到社會生

11、活中的各個領(lǐng)域，從宇宙飛船到人造衛(wèi)星，從天氣預(yù)報到地震預(yù)報，從辦公自動化到生產(chǎn)過程自動化，都離不開計算機(jī)的應(yīng)用，計算機(jī)已成為促進(jìn)現(xiàn)代文明的進(jìn)步，推動人類社會發(fā)展的“智能工具”。</p><p>　　單片微型計算機(jī)（single chip microcomputer）被稱為單片機(jī)，它是各類專用控制器而設(shè)計的通用或?qū)Ｓ梦⑿陀嬎銠C(jī)系統(tǒng)，高密度集成了普通微機(jī)的微處理器、一定容量的RAM和ROM以及輸入/輸出接口，定時器等

12、電路于一塊芯片上構(gòu)成的。</p><p>　　單片機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，其具體有以下幾個特點：</p><p>　　（1） 小巧靈活、成本低，易于產(chǎn)品化。它能方便地組裝成各種智能化的控制設(shè)備及各種智能儀器儀表。</p><p>　?。?） 面向控制，能針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得最佳的性能價格比。</p><p>　?。?

13、） 抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境條件下都能可靠地工作，這是其它機(jī)種無法比擬的。</p><p>　　可以很方便地實現(xiàn)多機(jī)和分布控制。使整個系統(tǒng)的效率和可靠性他大為提高。</p><p>　?。?）單片機(jī)具有體積小、功耗低、價格便宜等優(yōu)點，今年來還開發(fā)了一些以單片機(jī)母片（如8051），在片中嵌入更多的專用型單片機(jī)，因此單片機(jī)在計算機(jī)控制領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。</p&g

14、t;<p>　　單片機(jī)的應(yīng)用意義不僅帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益。更重要的意義還在于單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的抗?fàn)幭到y(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件的方法實現(xiàn)。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)標(biāo)志著一種全新概念的出現(xiàn)，是對傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣和普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展，日益完善。</p>

15、<p>　　溫度是工業(yè)控制對象中主要的被控參數(shù)之一,特別是在冶金,化工, 建材,食品加工,機(jī)械制造等各類工業(yè)中廣泛使用加熱爐,熱處理爐,反應(yīng)爐等。這些技術(shù)高精度高的自動控制可以使用計算機(jī)來完成。但由于在工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)的對象往往是復(fù)雜多變的，都用計算機(jī)控制可能增加生產(chǎn)成本，因此為了能夠滿足人們的生產(chǎn)需要，在很多生產(chǎn)控制中就運用到了單片機(jī)控制下面就是運用單片機(jī)控制元件生成的推舟設(shè)計系統(tǒng)。</p><p&g

16、t;<b>　　第二章 設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)計算機(jī)控制自動推舟系統(tǒng)具體要求如下:</p><p>　　2.1 設(shè)計課題工藝過程簡介</p><p>　　隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場和電力電子技術(shù)領(lǐng)域中，半導(dǎo)體元器件得到廣泛的利用。在半導(dǎo)體產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)過程中，有一道關(guān)系到半導(dǎo)體器件性能的關(guān)

17、鍵工序——在外延片上均勻地生長若干不同厚度的摻雜層，生長的方法是： </p><p>　　首先，將待加工的外延片放在液相外延爐中預(yù)熱，在推桿的前端并列放著幾個小方框，小方框中裝有不同的慘雜物。當(dāng)爐溫達(dá)到一定溫度值后，預(yù)熱結(jié)束后爐溫開始下降，根據(jù)半導(dǎo)體器件的要求，當(dāng)爐溫降到某個設(shè)定值時，便要將推桿推進(jìn)一 個舟的距離，使舟中的摻

18、雜物對準(zhǔn)外延片，并在外延片生長一片薄層。當(dāng)爐溫再降到另一個規(guī)定值時，直到摻雜完所有層，生成半導(dǎo)體器件。根據(jù)該半導(dǎo)體器件的摻雜層數(shù)的不同推舟的距離在20mm-170mm之間。同樣，推舟的速度也各有不同的要求，大約介于7mm/s-25mm/s 之間。</p><p>　　2.2 控制任務(wù)指標(biāo)及要求：</p><p>　　摻雜推舟工作溫度范圍：700- 400℃</p><p

19、>　　推舟總距離：小于170mm</p><p>　　一次推舟距離：20mm-170mm</p><p>　　推舟的速度（可轉(zhuǎn)化為時間）：7mm/s-25mm/s</p><p>　　一次工序推舟次數(shù)：1-6個舟</p><p>　　第三章 系統(tǒng)設(shè)計思想</p><p>　　由于每種半導(dǎo)體器件在摻雜推舟中，其生長

20、層數(shù)、舟長度、推舟速度以及推舟溫度都不完全相同，因而，在控制系統(tǒng)中必須配備簡易的鍵盤和顯示器，以便能夠輸入和顯示各種控制參數(shù)，以及控制系統(tǒng)的啟動和停止。</p><p>　　該控制系統(tǒng)應(yīng)該能夠接受采集溫度信號，并完成信號的非電量到電量的轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)對應(yīng)的溫度值來執(zhí)行相應(yīng)的動作。</p><p>　　在本推舟控制系統(tǒng)中，擬采用步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲桿相結(jié)合的方法來帶動推桿的運動。因而推桿

21、的運動是步進(jìn)式的?？刂撇竭M(jìn)脈沖的個數(shù)和時間間隔，便可以精確的控制位移和時間。 </p><p>　　為了便于控制，系統(tǒng)軟件應(yīng)該具備簡易的監(jiān)控功能，以管理顯示和鍵盤。要對接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、存儲和各種換算，還要將檢測到的給定值進(jìn)行比較，比較值相符合，發(fā)出相應(yīng)的換算的步進(jìn)脈沖，以達(dá)到控制目的。</p><p>　　依據(jù)設(shè)計的要求，可以有以下的硬件設(shè)計框圖：</p><p&

22、gt;　　通過上面框圖我們可以劃分為幾個模塊來進(jìn)行硬件設(shè)計，通過模塊話設(shè)計將使設(shè)計思路能夠清晰明了的展現(xiàn)出來，便于分析和編程。</p><p><b>　　第四章 硬件的選擇</b></p><p>　　4.1 單片機(jī)的選擇</p><p>　　在當(dāng)今的單片機(jī)世界里，現(xiàn)在世界上用量最大的幾種單片機(jī)是MCS-51系列。該系列單片機(jī)以其高性價比，兼

23、容性強(qiáng)，軟硬件資源豐富，得到了廣泛的應(yīng)用。針對本設(shè)計，選用對于存儲空間的要求不是很高，4K的程序存儲空間已經(jīng)夠用，沒有必要使用其他存儲空間擴(kuò)展的單片機(jī)。</p><p>　　4.2 溫度傳感器的選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，由于此設(shè)計屬于工業(yè)生產(chǎn)范圍，所以對傳感器的要求也很高。在推舟過程中爐溫在400～700℃之間，所以要求溫度傳感器的測量范圍在這個之間或有結(jié)余。經(jīng)過對資料的查找

24、本設(shè)計選擇裝配式鎳鎘-銅鎳熱電偶傳感器。工業(yè)用的裝配式熱電偶作為測量溫度的變送器通常和顯示儀器、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。它可以直接測量各種生產(chǎn)過程中從0℃到1800℃范圍的液體、氣體和蒸汽介質(zhì)以及固體的表面溫度，在測量過程中熱電偶傳感器能夠至于爐溫中直接檢測到爐溫，所以選擇熱電偶式傳感器較為合適。（設(shè)計中選擇了型號的傳感器）</p><p>　　4.3 顯示器的選擇</p><p>

25、　　題目要求能夠顯示所測得的溫度值實現(xiàn)實時監(jiān)控。并且可以根據(jù)需要，既要能夠顯示爐溫的溫度還要能夠顯示設(shè)定值溫度。同時為了節(jié)約成本我們采用三支LED數(shù)碼顯示管，并且要使顯示器呈動態(tài)顯示狀態(tài)。</p><p><b>　　4.4 鍵盤的選擇</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計思路知道，設(shè)計要求能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)對話，也就是可以根據(jù)不同元器件的生產(chǎn)需要進(jìn)行人為的設(shè)置溫度，控制溫

26、度上限、下限以及對各個溫度點的設(shè)置，從而來控制電動機(jī)的運行實現(xiàn)推舟生產(chǎn)過程。所以為了更方便的進(jìn)行操作，我們選擇4×4式鍵盤， </p><p>　　4.5 溫度控制部分</p><p>　　我們要通過單片機(jī)的引腳來對溫度進(jìn)行控制，顯然，直接通過引腳對溫度的加熱設(shè)備進(jìn)行控制，不是很現(xiàn)實，我們只有通過驅(qū)動器來對引腳的信號進(jìn)行處理，來對溫度進(jìn)行檢測和控制。</p><

27、;p>　　在本計中，為了采集溫度信號，使溫度能夠準(zhǔn)確的采集和處理，我采用了熱電偶式溫度傳感器。通過它的外圍器件，能夠以小的信號控制比較大的信號。由于熱電偶傳感器的測量點可以放置在被測對象上或周圍，因此檢測到的信號比較準(zhǔn)確。為了補償熱電偶在測量過程中損失的熱電勢，我采用了電橋冷端補償法。具體信息將在后面進(jìn)行介紹。</p><p>　　4.6 自動推舟控制部分</p><p>　　由于自

28、動推舟控制過程中，根據(jù)生產(chǎn)需要實現(xiàn)定位控制，因此在設(shè)計中采用性能良好的步進(jìn)電動機(jī)作為執(zhí)行元件，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時通過絲桿把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線位移，從而推動舟的運動。我們之所以選用步進(jìn)電機(jī)是因為其具有可靠的快速啟動和停止的功能，如果負(fù)荷不超過其所提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠在一剎那間啟動與停止，符合系統(tǒng)設(shè)計的需要。由于時間比較倉促的關(guān)系在本設(shè)計中我就對其軟件部分進(jìn)行了省略。</p><p><b>　　4.7

29、 實現(xiàn)方案</b></p><p>　　方案一 ：由于設(shè)計題目要求選用8031單片機(jī)來實行系統(tǒng)的控制，但受到8031的內(nèi)存限制，在設(shè)計過程中需要對8031進(jìn)行擴(kuò)展，因此增加了硬件需求，同時增加了成本。</p><p>　　方案二：8051和8031具有相同的功能，但8051內(nèi)部增加了ROM/EPROM從而使存儲的空間加大，在設(shè)計中不許要擴(kuò)展其他硬件。</p>&l

30、t;p>　　通過以上比較，選用8051作為次設(shè)計系統(tǒng)的控制核心比較理想。具體的實現(xiàn)過程，將會在硬件，軟件部分詳細(xì)的進(jìn)行說明</p><p><b>　　第五章 硬件設(shè)計</b></p><p>　　在實現(xiàn)硬件設(shè)計中需要用到單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換、步進(jìn)電機(jī)、鍵盤、顯示器、傳感器、電阻、電容等，具體器件介紹如下：</p><p>　　5.1單片機(jī)

31、基本系統(tǒng)：</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的核心，它完成整個系統(tǒng)的信息處理及協(xié)調(diào)控制功能。由于系統(tǒng)對控制速度、精度及功能要求都無特別之處，因此可以選用目前廣泛使用的MCS--51系列單片機(jī)8051。8051可以提供系統(tǒng)控制所需的中斷、定時及存放中間結(jié)果的RAM電路但片內(nèi)沒有程序存儲器，因此單片機(jī)基本系統(tǒng)中除了應(yīng)包括復(fù)位電路和晶體振蕩電路以外，還應(yīng)擴(kuò)充程序存儲器。</p><p&g

32、t;　　5.1.1 單片機(jī) 8051</p><p>　　8051是MCS-51系列單片機(jī)中的一個產(chǎn)品，MCS-51系列單片機(jī)是Intel公司推出的通用型單片機(jī)。</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)的各種型號都是以8051為核心電路發(fā)展起來的，因此他們都具有MCS-51的基本結(jié)構(gòu)與軟件特征。</p><p><b>　　8051的特點：</b

33、></p><p><b>　　8位的CPU </b></p><p><b>　　具有布爾處理功能</b></p><p>　　4K字節(jié)片內(nèi)程序存儲器（ROM）</p><p>　　128字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）</p><p>　　21個特殊功能寄存器（SFR）

34、</p><p>　　4個8位的并口、32根口線</p><p>　　兩個16位的定時計數(shù)器</p><p><b>　　一個全雙丁的串口</b></p><p>　　5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級</p><p><b>　　8051引腳說明:</b></p>&

35、lt;p>　　I/O端口:P0.0～P0.7, P1.0～P1.7, P2.0～P2.7, P3.0～P3.7.</p><p>　　8051共有4個I/O端口,為P0, P1,P2,P3,4個I/O都是雙向的,且每個口都具有鎖存器.每個口有8條線,共計32條I/O線.各端口的功能敘述如下.</p><p>　?。?） P0 有三個功能:</p><p>

36、　　外部擴(kuò)充存儲器時,當(dāng)作數(shù)據(jù)總線（D0~D7）.</p><p>　　外部擴(kuò)充存儲器時,當(dāng)作地址總線（A0~7）.</p><p>　　不擴(kuò)充時,可做一般I/O使用,但內(nèi)部無上拉電阻,作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻.</p><p>　　（2）P1 只做I/O口使用,起內(nèi)部有上拉電阻.</p><p>　?。?） P2 有兩個功能:&l

37、t;/p><p>　　擴(kuò)充外部存儲器時,當(dāng)作地址總線（A8~A15）.</p><p>　　做一般I/O使用,起內(nèi)部有上拉電阻.</p><p>　?。?） P3 有兩種功能.</p><p>　　除了作為I/O使用外（內(nèi)部有上拉電阻）,還有一些特殊功能,(略)端口1,2,3有內(nèi)部上拉電阻,當(dāng)作為輸入時,其電位被拉高,若輸入為低電平可提供電流源;

38、起作為輸出時可驅(qū)動4個LS TTL.而端口0當(dāng)作輸入時,出在高阻抗的狀態(tài),其輸出緩沖器可驅(qū)動8個LS TTL(外部的上拉電阻).</p><p>　　VDD:電源+5V.</p><p>　　VSS:GND接地.</p><p>　?。?） ALE/PROG (ADDRESSLATCHENABLE) 地址鎖存器使能信號端有三種功能:</p><p

39、>　　8051外接RAM/ROM:ALE接地址鎖存器8282(8212)的STB腳,74373的EN腳,當(dāng)CPU對外部存儲器進(jìn)行存取時,用以鎖住地址的低位地址.</p><p>　　8051未外接RAM/ROM:在系統(tǒng)中未使用外部存儲器時,ALE腳也會有1/6石英晶體的振蕩頻率,可作為外部時鐘。</p><p>　　在燒寫EPROM：ALE作為燒寫時鐘的輸入端。</p>

40、<p>　?。?）PSEN（PROGRAM STOR ENABLE）：程序儲存使能端。</p><p>　　內(nèi)部程序存儲器讀?。翰粍幼鳌?lt;/p><p>　　外部程序存儲器讀?。≧OM）；在每個機(jī)器周期會動作兩次。</p><p>　　外部數(shù)據(jù)存儲器讀?。≧AM）：兩個/PSEN脈沖被跳過不會輸出。</p><p>　　外接ROM

41、時，與ROM的/OE腳連接。</p><p>　?。?）RESET 此 腳為高電平時（約2個機(jī)器周期）,.可將CPU復(fù)位,CPU復(fù)位后其累加器及存儲器的內(nèi)容如表5.1.1：</p><p>　　(8) EA/VPP:</p><p>　?、俳痈唠娖綍r：℃CPU讀取內(nèi)部程序存儲器（ROM），如8051/8052。</p><p>　　擴(kuò)充外部R

42、OM：當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲器超過0FFFH（8051）、1FFFH（8052）時，自動讀取外部ROM。</p><p>　?、诮拥碗娖綍r：CPU讀取外部程序存儲器（ROM），如8031/8032。</p><p>　?、?751燒寫內(nèi)部EPROM時，利用此腳輸入21V的燒寫電壓。</p><p>　　（9） XTAL1，XTAL2：接石英晶體振蕩器。</p>

43、;<p>　　機(jī)器周期=石英晶體×12，如12MHz石英晶體/12=1微秒。</p><p>　　8051硬件如下圖：</p><p>　　綜上所述：單片機(jī)的4個并行口線，除P1口可以作為用戶使用的I/O口線，在需要擴(kuò)展片外存儲器時，P0，P2口只能用作數(shù)據(jù)總線和地址總線，由于P0口在擴(kuò)展時，既可作為數(shù)據(jù)總線又可作為地址總線，所以它作為地址總線時，需要外加地址鎖存器

44、。P2口作為第二功能時，其中的許多口線是作為控制信號線使用的。只有在不使用P0，P1，P3口的第二功能時，它們可以作為一般的I/O口使用，如不需要擴(kuò)展存儲器和I/O口時，P0、P2可作為一般的雙向口。</p><p>　　2.控制口線：EA/VPP，PSEN，ALE，RST</p><p>　　EA/VPP：片內(nèi)外程序存儲器選擇/編程電壓</p><p>　　EA/

45、VPP=1，CPU從片內(nèi)程序存儲器開始執(zhí)行程序，即PC首先指向片內(nèi)ROM。</p><p>　　EA/VPP=0，CPU指向片外程序存儲器中的程序，即PC 只指向片外ROM。 </p><p>　　EA/VPP=21V，編程電壓，對于片內(nèi)EPROM進(jìn)行編程。</p><p>　　片外程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)PSEN=0時，CPU從片外程序存儲器取指令。</p

46、><p>　　ALE/PRG：地址鎖存信號/編程脈沖 </p><p>　　訪問外部存儲器時，ALE用于鎖存地址的低8位。即使不訪問外部存儲器，ALE仍然以震蕩頻率的1/6周期性的向外輸出正脈沖，用它作為外部定時基準(zhǔn)。ALE端的負(fù)載能力為8個LSTTL。在對片內(nèi)EPROM進(jìn)行編程時，作為編程脈沖輸入端。</p><p>　　RST/VPD：復(fù)位信號/掉電保護(hù)</p

47、><p>　　此端保持兩端周期的高電平，可以使單片機(jī)復(fù)位。在VCC掉電期間，此引腳接上備用電源，可保持片內(nèi)RAM中的信息</p><p>　　5.1.2 8155簡介</p><p>　　8155為Intel公司的一種功能可編程接口芯片，它具有兩個8位和一個6位可編程的I/O接口、256字節(jié)的RAM存儲器、一個14位的計數(shù)/定時器。在單片機(jī)中有廣泛的應(yīng)用。</p

48、><p>　　8155的特點如下：</p><p>　　AD7～AD0，三態(tài)地址/數(shù)據(jù)總線；</p><p>　　PA7～PA0，A口輸入/輸出線；</p><p>　　PB7～PB0，B口輸入/輸出線；</p><p>　　PC5～PC0，C口輸入/輸出線或為A，B口的控制信號線</p><p>

49、　　當(dāng)C口作為控制信號線時，其功能如下；</p><p>　　PC0，A口中斷請求信號線。</p><p>　　PC1，A口緩沖器信號線。 </p><p>　　PC2，A口選通信號線</p><p>　　PC3，B口中斷請求信號線。</p><p>　　PC4，B口緩沖器信號線。</p><p&g

50、t;　　PC5，B口選通信號線</p><p>　　CE，片選信號線，低電平有效</p><p>　　RD，存儲器讀信號線</p><p>　　WR，存儲器寫信號線，低電平有效</p><p>　　ALE，地址鎖存信號線</p><p>　　IO/M，I/O口與存儲器選擇信號線。IO/M為1時，選擇I/O口；I/O為

51、0時，選擇存儲器。</p><p>　　TIMEIN，計數(shù)/定時器脈沖輸入有效。</p><p>　　TIMEOUT，計數(shù)/ 定時器輸出端。</p><p>　　RESET，復(fù)為信號線。</p><p>　　VCC，+5V電源。</p><p><b>　　VSS，接地端。</b></p&g

52、t;<p>　　8155的外型結(jié)構(gòu)如圖5.2.3所示：</p><p>　　8155的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)：</p><p>　　8155的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括兩個8位的并行輸入/輸出端口，256個字節(jié)的靜態(tài)RAM，，一個地址鎖存器，一個14位的計數(shù)/定時器和控制邏輯電路。</p><p>　　8155的工作方式：</p><p>　　8155

53、的控制邏輯中設(shè)置了一個命令/狀態(tài)寄存器，它實際上使兩個 不同的寄存器，分別存放命令字和狀態(tài)字，對控制命令寄存器只能進(jìn)行寫操作，而對一起稱為命令/狀態(tài)字寄存其。其中，命令字用于選擇I/O口的工作方式，狀態(tài)字用于選擇A口和B口和定時器當(dāng)前的工作狀態(tài)，其格式如下：</p><p>　　在控制信號中，IO/M =1時，CPU選擇對存儲器進(jìn)行讀/寫操作。256個字節(jié)的存儲</p><p>　　器地

54、址范圍為00H~FFH，I/O口和寄存器的地址分配如下表：</p><p><b>　　命令字寄存器：</b></p><p>　　8155的A 口和B口具有基本輸入輸出和選通輸入輸出兩種工作方式，這個方式選擇由C口的工作方式?jīng)Q定，當(dāng)C口的工作方式作為一般輸入/輸出口時，A、B口工作于基本 輸入輸出方式；當(dāng)C口用于提供控制/狀態(tài)信號時，A、B口工作于選通工作方式。A、

55、B口具體工作于輸入還是輸出，又命令字的的D1、D0位決定。</p><p>　　8155的C口既可用作基本輸入/輸出口，也可以用于提供A、B的控制/狀態(tài)信號，</p><p>　　具體地說，有ALT1、ALT2、ALT3、ALT4四種工作方式，如圖三所示。C口的前兩種工作方式分別為輸入輸出方式。C口工作于ALT3方式時，B口工作于基本輸入/輸出，A口工作于選通工作方式。C口為A口提供3根控

56、制/狀態(tài)信號線（C口的另3位輸出）。C口工作于ALT4方式時，A口和B口均工作于選通方式，C口位A、B口提供6根控制/狀態(tài)信號（C口全為控制/狀態(tài)線）。C口的工作方式與A、B口工作關(guān)系如表5.1.4：</p><p>　　8155片內(nèi)設(shè)置了一個14位的減法計數(shù)器，用于對外部輸入的脈沖信號進(jìn)行減1計數(shù)。定時計數(shù)器的外部脈沖信號由TIMERIN引腳輸出，定時器的輸出引腳位TIMEROUT。計數(shù)/定時器的計數(shù)值和工作方

57、式，由8位計數(shù)/定時器寄存器設(shè)定，如下圖5.1.5所示：</p><p>　　其中，T13~T0為計數(shù)器值，范圍為0002H~3FFFH，M2、M1用于設(shè)置定時器的工作方式。定時器的工作方式有四種，每一種的區(qū)別主要在于輸出波形不同，方式00和01常用于對脈沖進(jìn)行分頻，方式10和11為計數(shù)/定時到，輸出負(fù)脈沖信號，具體波形如下圖5.1.6所示：</p><p>　　對定時器進(jìn)行編程時，應(yīng)該先

58、將技數(shù)初值和定時器工作方式裝入寄存器，計數(shù)是否啟動由命令字的最高二位控制 ，具體控制方式如下。</p><p>　　TM2 TM1</p><p>　　0：空操作，不影響計數(shù)</p><p>　　1：停止定時器計數(shù)，若計數(shù)器沒有啟動，則相當(dāng)于空操作</p><p>　　0：定時器值減為0時，停止計數(shù)</p>&

59、lt;p>　　1 1：啟動，置方式和初置后立即啟動；若正在計數(shù)則表示置新的方式和初置，計數(shù)結(jié)束后，按新的方式和初值計數(shù)。</p><p>　　任何時刻都可以設(shè)置定時器的初值和工作方式，但是必須將啟動命令寫入命令寄存器。如何定時器正在計數(shù)，那么，只有寫入啟動命令之后，定時器才接收新的計數(shù)初值并按新的工作方式計數(shù)。</p><p>　　由于8155內(nèi)部帶有地址鎖存器，因

60、此，它與8031的接口電路非常簡單，不需任何附加的電路。圖7是8031與8155的接口電路，存儲器RAM和I/O口的地址分配如下。 存儲器的地址：7E00H~7EFFH。</p><p><b>　　I/O的地址</b></p><p>　　命令/狀態(tài)寄存器 7FF8H</p><p>　　PA口

61、 7FF9H</p><p>　　PB口 7FFAH</p><p>　　PC口 7FFBH</p><p>　　定時器底8位 7FFCH</p><p>　　定時器高8位 7FFDH </p><p>&

62、lt;b>　　5.2前向通道</b></p><p>　　前向通道是信息采集的通道，主要包括傳感器、信號放大、A／D轉(zhuǎn)換等電路。由于溫度變化是一個相對緩慢的過程，固此前向通道中沒有使用采樣保持電路。</p><p>　　按設(shè)計要求，溫度控制靜態(tài)誤差≤l 0C，爐溫給定范圍為400～700℃，而對爐溫的檢測范圍應(yīng)適當(dāng)大于此范圍，設(shè)為400～7500C，則系統(tǒng)的控制總誤差應(yīng)不

63、大于1／(95—35)X100％＝1．67％，分配到前向通道的信號采集總誤差應(yīng)不大于系統(tǒng)總誤差的1／2，即精度應(yīng)為o．83％，可以采用8位A／D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。</p><p>　　前向通道包括：A/D轉(zhuǎn)換器、傳感器、放大器</p><p>　　5.2.3 溫度傳感器： </p><p>　　我們知道，在推舟工作區(qū)中，推舟摻雜的工作溫度范圍為 700℃ ~ 400 ℃。

64、為了檢測溫度并控制推舟，這里采用了接觸式的溫度測量方法，以熱電偶作為測溫元件，置于工作區(qū)中。考慮到測溫范圍和精度，以及價格因素的影響，這里選用裝配式熱電偶WRE2型傳感器。其測溫上限長期為900℃，短期可達(dá)700℃。</p><p>　　1.熱電偶特點及應(yīng)用范圍</p><p><b>　?、?特點</b></p><p>　　熱電偶可將溫度直

65、接轉(zhuǎn)換成電量信號,便于監(jiān)測；</p><p>　　結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,價格便宜；</p><p>　　惰性小,準(zhǔn)確度高,測量范圍廣；</p><p>　　可做成多種結(jié)構(gòu),以滿足各種測量對象的要求；</p><p>　　適用于遠(yuǎn)距離測量與控制；</p><p>　　但其準(zhǔn)確度難以超過0.2℃；</p>&l

66、t;p>　　參考端溫度影響測量,必須進(jìn)行補償；</p><p>　　在高溫或長期使用時,因受被測介質(zhì)的影響或環(huán)境氣氛的腐蝕作用而發(fā)生劣化。</p><p><b>　?、趹?yīng)用范圍：</b></p><p>　　熱電偶適用于各行各業(yè)各個領(lǐng)域生產(chǎn)過程中－200℃～1300℃范圍內(nèi)的溫度測量，在特殊情況下，可測量2800℃的高溫和4K的低溫。&

67、lt;/p><p>　　2. 熱電偶傳感器工作原理</p><p>　　熱電偶是一種使用最多的一種傳感器，它的工作原理是由兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成的一個回路，其兩端相互連接，只要結(jié)點處的溫度不同，一端的溫度為T，另一端的溫度為T0，則回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中存在電動勢，該電動勢稱為熱電勢。</p><p>　　當(dāng)回路斷開時，在斷開處a, b之間便有一電動勢E

68、T,其極性和量值與回路中的熱電勢一致，規(guī)定為冷端，當(dāng)電流由A流向B時，稱A為正極，B為負(fù)極。熱電勢ET與溫度差（T – T0）成正比，即</p><p>　　ET =SAB（T – T0）</p><p>　　SAB為賽貝克西蜀，又稱為熱電勢率，它是熱電偶的最重要的特征量，其符號和大取決于熱電極材料的相對特性。</p><p>　　兩種導(dǎo)體的接觸電勢 </p&

69、gt;<p>　　不同金屬自由電子密度不同，當(dāng)兩種金屬接觸在一起時，在結(jié)點處會發(fā)生電子擴(kuò)散，</p><p>　　濃度大的向濃度小的金屬擴(kuò)散。濃度高的失去電子顯正電，濃度低的得到電子顯負(fù)電。當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到動態(tài)平衡時，得到一個穩(wěn)定的接觸電勢。</p><p>　　溫度T時熱端接觸電勢：</p><p><b>　　冷端接觸電勢：</b>

70、</p><p>　　式中：A、B代表不同材料； </p><p>　　在閉合回路中，總的接觸電勢為：</p><p>　　3. 熱電偶傳感器的主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　熱電偶的主要技術(shù)參數(shù)有型號、分度號、測量范圍、允許誤差、熱響應(yīng)時間、公稱壓力、熱電動勢率、長期穩(wěn)定性、熱電偶的電阻R0等。</p><p>　

71、　WRE2溫度型傳感器屬于裝配式鎳鎘-康銅熱電偶傳感器，其工作范圍為333～900℃，允許誤差在0.0075℃，時間常數(shù)t〈90 ，該型號在系統(tǒng)中測量400～700℃之間的溫度，經(jīng)查表知在400℃時，其熱電動勢為33.767mV,在700℃時其電動勢為57.873</p><p>　　熱電偶的的熱電動勢計算公式：</p><p><b>　　E =∑biti </b>

72、</p><p>　　熱響應(yīng)時間：熱響應(yīng)時間也稱時間常數(shù)，它是用來表示熱電偶對溫度變化感應(yīng)快慢的惰性參數(shù)，在溫度出現(xiàn)階躍變化時，熱電偶的輸出變化至相當(dāng)于該階躍變化的63.2℅所需的時間。</p><p><b>　　冷端補償：</b></p><p>　　本系統(tǒng)使用鎳鉻—康銅熱電偶，被測溫度范圍為400～700℃，冷端補償采用補償電橋法，采用不

73、平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。不平衡電橋由電阻R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、Rcu(銅絲繞制)四橋臂和橋路穩(wěn)壓源組成，串聯(lián)在熱電偶回路中。Rcu與熱電偶冷端同處于±0℃,而R1=R2=R3=1Ω，橋路電源電壓為4V，由穩(wěn)壓電源供電，Rs為限流電阻，其阻值因熱電偶不同而不同，電橋通常取在20℃時平衡，這時電橋的四個橋臂電阻R1=R2=R3=Rcu，a、b端無輸出。當(dāng)冷端溫度偏離20℃時，例如

74、升高時，Rcu增大，而熱電偶的熱電勢卻隨著冷端溫度的升高而減小。Uab與熱電勢減小量相等，Uab與熱電勢迭加后輸出電勢則保持不變，從而達(dá)到了冷端補償?shù)淖詣油瓿伞?lt;/p><p>　　5.2.4 運算放大器</p><p>　　運算放大器（常簡稱為“運放”），是廣泛應(yīng)用的、具有超高放大倍數(shù)的電路單元?？梢杂煞至⒌钠骷M成，也可以實現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，如今絕大部分的運放是

75、以單片的形式存在?，F(xiàn)今運放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的行業(yè)當(dāng)中。在這里選用集成放大器0P07型，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及硬件圖如下：</p><p>　　工作原理：    </p><p>　　一般可將運放簡單地視為：具有一個信號輸出端口（Out）和同相、反相兩個高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可采用運放制作同相、反相及差分放大器。    運

76、放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對于雙電源供電運放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動輸入電壓為零時輸出也可置零。采用單電源供電的運放，輸出在電源與地之間的某一范圍變化。    運放的輸入電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)過特殊設(shè)計的運放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。這種運放稱為軌到軌（rail-to-rail）輸入運算放

77、大器。    運放的輸出電位通常只能在高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值之間變化。經(jīng)過特殊設(shè)計的運放可以允許輸出電位在從負(fù)電源到正電源的整個區(qū)間變化。這種運放成為軌到軌（rail-to-rail）輸出運算放大器。  運算放大器的輸出信號與兩個輸入端的信號電壓差成正比，在音頻段有：輸出電壓=A0（E1-E2），其中，A0 是運放的低頻開環(huán)增益（如 100，即 100000 倍），E1 是同相端的

78、輸入</p><p>　　運算放大器均是采用直接耦合的方式，直接耦合式放大電路的各級的Q點是相互影響的，由于各級的放大作用，第一級的微弱變化，會使輸出級產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)輸入短路時（由于一些原因使輸入級的Q點發(fā)生微弱變化，比如：溫度），輸出將隨時間緩慢變化，這樣就形成了零點漂移。 產(chǎn)生零漂的原因是：晶體三極管的參數(shù)受溫度的影響</p><p>　　實際電路中，從熱電偶輸出的信號最

79、多不過幾十毫伏(<30mV)，且其中包含工頻、靜電和磁偶合等共模干擾，對這種電路放大就需要放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗，因此宜采用測量放大電路。測量放大器又稱數(shù)據(jù)放大器、儀表放大器和橋路放大器，它的輸入阻抗高，易于與各種信號源匹配，而它的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流及輸入偏置電流小，并且溫漂較小。由于時間溫漂小，因而測量放大器的穩(wěn)定性好。由三運放組成測量放大器，差動輸入端R1和R2分別接到A1和A2的同

80、相端。輸入阻抗很高，采用對稱電路結(jié)構(gòu)，而且被測信號直接加到輸入端，從而保證了較強(qiáng)的抑制共模信號的能力。A3實際上是一差動跟隨器，其增益近似為1。測量放大器的放大倍數(shù)為：AV=V0/（V2-V1），AV=Rf/R(1+(Rf1+Rf2)/RW)。在此電路中，只要運放A1和A2性能對稱(主要指輸入阻抗和電壓增益)，其漂移將大大減小，具有高輸入阻抗和共模抑制比，對微小的差模電壓很敏感，適宜于測量遠(yuǎn)距離傳輸過來的信號，因而十分易于與微小輸出的傳

81、感器配合使用。RW是用來調(diào)整放大倍數(shù)的外接電阻，在此用多圈電位器。    實際電路中A1、A</p><p>　　0P07放大器的具體參數(shù)：</p><p>　　開環(huán)增益(v/µV)：0.12</p><p>　　共模抑制比（dB）:94106</p><p>　　初始失調(diào)電壓（µ

82、V）：75150</p><p>　　失調(diào)電壓漂移：（±µV/℃）：2.5</p><p>　　偏置電流（±25℃）±n A max:412</p><p>　　電壓噪聲（@1Hz）:11</p><p><b>　　電源電壓：4</b></p><p>　

83、　經(jīng)過測量放大器放大后的電壓信號，其電壓范圍為0～5V，此信號為模擬信號，計算機(jī)無法接受，故必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。放大器的放大倍數(shù)計算如下：</p><p><b>　　上式中G為放大倍數(shù)</b></p><p>　　通過對各個器件性能分析計算，得出不同的電阻值參數(shù)，把電阻參數(shù)帶入計算公式中得到放大倍數(shù)為101倍，當(dāng)控制溫度在400℃時，傳感器輸出熱電勢為33.3mv,

84、當(dāng)在700℃時，其輸出熱電勢為57.89mv。經(jīng)過電橋法冷端補償和兩個同相放大器放大后輸出放大電壓分別是3.3v和5.8v。高于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，因此需要在二級放大輸出端接一小電阻來進(jìn)行分壓。</p><p>　　前向通道硬件接線如圖：</p><p>　　5.2.5 A/D轉(zhuǎn)換器：</p><p>　　模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量和數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量是計算機(jī)與外部環(huán)

85、境進(jìn)行聯(lián)系的主要形式。計算機(jī)控制過程如圖所示，當(dāng)計算機(jī)用于工程控制、實時數(shù)據(jù)采集等方面時，現(xiàn)場監(jiān)測的模擬信號必須通過A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量，送入計算機(jī)處理，計算機(jī)的輸出信號又必須通過D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號送到現(xiàn)場去驅(qū)動機(jī)械或電氣設(shè)備動作。所以D/A 和 A/D轉(zhuǎn)換是計算機(jī)應(yīng)用的重要接口技術(shù)。在這里選用ADC0804芯片做為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　【1】A/DC 0804的基本原理</p>&l

86、t;p>　　ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率8位，轉(zhuǎn)換時間100μs，輸入電壓范圍為0~5V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為 5V。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計算機(jī)連接時，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線</p><p>　　上 </p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。</p

87、><p>　?。?DC0804的參數(shù)規(guī)格：</p><p>　　8位COMS逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換：</p><p><b>　　三態(tài)鎖定輸出</b></p><p>　　存取時間：135µs:</p><p>　　轉(zhuǎn)換時間：100µs</p><p>&l

88、t;b>　　分辨率：8位</b></p><p><b>　　總誤差：±1LSB</b></p><p>　　工作溫度：ADC0804 LCN---------0℃～+70℃</p><p>　　A/D0804 LCD------- -40℃--------+85℃</p><p>　　【2】

89、引腳功能說明如下：</p><p>　　/CS： 芯片選擇信號，低電平有效，一旦CS有效，表明A/D轉(zhuǎn)換器被選中，可啟動工作。WR：寫信號輸入，接受微機(jī)系統(tǒng)或其它數(shù)字系統(tǒng)控制芯片的啟動輸入端，低電平有效，當(dāng)CS、WR同時為低電平時，啟動轉(zhuǎn)換。 </p><p>　　/RD：外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制腳輸出信號。/RD為HI時，DB0~DB7處于高阻抗；/RD為LO時，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會輸出。<

90、/p><p>　　/WR：用來啟動轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于ADC的轉(zhuǎn)換開始（/CS=0時），當(dāng)/WR由HI變?yōu)長O時，轉(zhuǎn)換器被清除；當(dāng)/WR回到HI 時，轉(zhuǎn)換正式開始。</p><p>　　CLK IN，CLK R：時鐘輸入或接震蕩元件（R，C），頻率約限制在100KHZ~1460 KHZ，如果使用RC電路則其震蕩頻率為1/（1.1RC）。</p><p>　　/INTR

91、：中斷請求信號輸出，低電平動作。輸出低電平表示本次轉(zhuǎn)換已完成。該信號常作為向微機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的中斷請求信號。 </p><p>　　VIN（+）、VIN（-）：差動模擬電壓輸入。輸入單端正電壓時，VIN（-）接地：而差動輸入時，直接加入VIN（+）、VIN（-）。</p><p>　　AGND，DGND：模擬信號以及數(shù)字信號的接地。</p><p>　　VREF：輔助參

92、考電壓。</p><p>　　DB0~DB7：8位的數(shù)字輸出。</p><p>　　VCC：電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓。</p><p><b>　　【3】模塊功能</b></p><p>　?。?） 溫度信號經(jīng)ADC0804將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并輸入8155的PA口，經(jīng)8155送入8051進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，8051

93、發(fā)出脈沖信號通過其P1口（P1.1、P1.2、P1.3、P1.4）經(jīng)放大器來驅(qū)動電動機(jī)動作。 </p><p>　?。?）零點和滿刻度調(diào)節(jié)。 </p><p>　　ADC0804的零點無須調(diào)整。滿刻度調(diào)整時，先給輸入端加入電壓 ，使?jié)M刻度所對應(yīng)的電壓值是 ，

94、其中 是輸入電壓的最大值， 是輸入電壓的最小值。當(dāng)輸入電壓與 值相當(dāng)時，調(diào)整 端電壓值使輸出碼為FEH或FFH。（3）參考電壓的調(diào)節(jié) 在使用A/D轉(zhuǎn)換器時，為保證其轉(zhuǎn)換精度，要求輸入電壓滿量程使用。如輸入電壓動態(tài)范圍較小，則可調(diào)節(jié)參考電壓 ，以保證小信號輸入時ADC0804芯片8位的轉(zhuǎn)換精度。 （4）接地 模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中要特別注意到地線的正確連接，否則干擾很嚴(yán)重，以至影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。A/D、D/A及取

95、樣保持芯片上都提供了獨立的模擬地（AGND）和數(shù)字地（DGND）的引腳。在線路設(shè)計中，必須將所有的器件的模擬地和數(shù)字地分別連接，然后將模擬地與數(shù)字地僅在一點上相連。地線的正確連接方法如圖5.1.11所示。</p><p>　　在模擬輸入信號較小時，如0～0.5伏時，自動調(diào)零電容可選比積分電容CINT大一倍，以減小噪聲，CAZ的值越大，噪聲越小，如果CINT選為0.15μF，則CAZ=2CINT=0.33μF。&

96、#160;      由傳感器傳來的微弱信號經(jīng)放大器放大后為0～5V，這時噪聲的影響不是主要的，可把積分電容CINT選大一些，使CINT=2CAZ，選CINT=0.33μF，CAZ=0.15μF，通常CINT和CAZ可在0.1μF至1μF間選擇。積分電阻RINT等于滿度電壓時對應(yīng)的電阻值(當(dāng)電流為20μA、輸入電壓=4.096V時，RINT=200kΩ)，此時基準(zhǔn)電壓V+RI和

97、V-RI之間為2V，由電阻R1、R3和電位器R2分壓取得。</p><p>　　5.4 人機(jī)對話通道</p><p>　　人機(jī)對話通道主要由鍵盤、LED顯示組成。為了完成設(shè)定檢測爐溫的變化溫度、等功能，并滿足溫度設(shè)定范圍為400～700℃、最小區(qū)分度為1℃的功能要求，鍵盤可由10個數(shù)字鍵及6個功能鍵組成(確認(rèn)、設(shè)定溫度)。LED顯示由雙3位數(shù)碼管組成，顯示檢測的測溫度，顯示范圍為400～7

98、500C。</p><p><b>　　本系統(tǒng)屬于開環(huán)控制</b></p><p>　　5.4.1 顯示器：</p><p><b>　　數(shù)碼管原裝圖：</b></p><p>　　我們都知道在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常要用多位LED顯示，多位LED顯示接口有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。</p>

99、<p>　　在實際應(yīng)用中，靜態(tài)顯示的亮度高，占用CPU的時間短，但它的成本高。為了簡化硬件電路，降低成本，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常采用動它掃描的方法，解決多位LED顯示的問題。因此在本設(shè)計中同樣以動態(tài)掃描的形式進(jìn)行設(shè)計。</p><p>　　動態(tài)掃描顯示的硬件接口簡單，只需一個公共的七段碼輸出口，一個選擇LED位的數(shù)位選擇口（本系統(tǒng)中選用共陰極接法，則為所有LED的共陰極端），顯示時，從左到右（或從右到

100、左）依次輪流點亮每一位顯示器，并保持一段時間。各位都掃描完再從頭開始，只要保證掃描一位到重新掃描此位的時間不超過一定的限度（一般在20ms以下）。由于視覺的暫留，可達(dá)到“同時”顯示各位不同的數(shù)字和字符的目的。</p><p>　　在設(shè)計中采用LED數(shù)碼七段顯示管，而采用7407與7406兩種鎖存驅(qū)動器來驅(qū)動數(shù)碼管的顯示?？偣残枰贿@樣的管子，在控制中采用滾動式顯示。</p><p>　　

101、顯示中8155的擴(kuò)展I/O口經(jīng)7407電流放大后來驅(qū)動三位LED數(shù)碼顯示管。8051的P2.7經(jīng)反相器反相后與8155的片選端CE相連，P2.6接8155的I/O口與RAM選擇端IO/M，P0口作為數(shù)據(jù)總線與8155的D0～D7相接，8051的ALE與8155的ALE相連。經(jīng)這樣連接后，8155的I/O口可以定義為：</p><p>　　命令狀態(tài)寄存器口 FFF0H</p>

102、<p>　　A口 FFF1H</p><p>　　B口 FFF2H </p><p>　　C口 FFF3H </p><p>　　定時器低8位

103、 FFF4H </p><p>　　定時器高6位及方式口 FFF5H </p><p>　　數(shù)碼管的段控用PB口輸出，位控由PC0、PC1、PC2口控制。7407是6位的驅(qū)動門，它是一個集電極開路門，當(dāng)輸入為“0”時輸出為“0”；輸入為“1”時輸出斷開，須接上位電路。共用兩片7407，分別作為段控和位控的驅(qū)動。數(shù)碼管選共陽極接法，當(dāng)位控為“1”

104、時，該數(shù)碼管 選通，動態(tài)顯示用軟件完成，節(jié)省硬件開銷。</p><p>　　在圖5.4.1中，通過8155的PC口經(jīng)一塊7406組成芯片反向后來控制顯示器的輸出。</p><p>　　下面列出了LED的七段碼表（字型碼）如表5.5</p><p>　　7406和7407的結(jié)構(gòu)和功能如下：它們的外部引角完全相同，不同的是7406是集電極開路反向驅(qū)動，7407是集電極開

105、路同向驅(qū)動Y=A。</p><p>　　7406、7407電路的外部引腳圖如下：</p><p>　　VCC：正電源端，+5V</p><p><b>　　GND：接地端</b></p><p><b>　　XA：輸入端</b></p><p><b>　　XY：輸

106、出端</b></p><p><b>　　5.4.2 鍵 盤</b></p><p>　　在微機(jī)系統(tǒng)中鍵盤是最常用的輸入設(shè)備，鍵盤通常由數(shù)字鍵和功能鍵組成，其規(guī)模取決于系統(tǒng)的要求。</p><p>　　鍵盤可以分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤，編碼鍵盤的按鍵識別、去抖動、鍵編碼都由硬件完成；非編碼鍵的上述功能在少量的硬件支持下由軟件完成。由

107、此可見編碼鍵盤產(chǎn)生鍵編碼的速度快且基本不占CPU的時間，但硬件開銷大，電路復(fù)雜，成本高；非編碼鍵盤則硬件電路簡單，成本低，但占用CPU的時間長。</p><p>　　鍵盤接口電路有兩個基本特點：（1）.是隨機(jī)性，系統(tǒng)操作人員對鍵盤的操作是隨機(jī)的，所以操作的鍵也是隨機(jī)的；（2）.是抖動性，這是鍵盤的機(jī)械特性決定的。根據(jù)這兩個特點可以得出以下的接口設(shè)計原則：</p><p>　　鍵盤的電平與系

108、統(tǒng)總線電平兼容。</p><p>　　單片機(jī)能夠有效地抑制鍵盤抖動。抑制抖動是由軟件實現(xiàn)的，一般采用多數(shù)為主 的原則。</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)能實現(xiàn)對鍵盤的有效控制。單片機(jī)系統(tǒng)鍵盤接口的目的是為了控制鍵盤 ，而鍵盤電路不能影響總線。</p><p><b>　?。?）消抖措施 ：</b></p><p>　　在一

109、般電路設(shè)計中，按鍵按下閉合后，應(yīng)產(chǎn)生一個一個負(fù)脈沖。但由于在按鍵按動時總有一些抖動，因此在負(fù)脈沖的開始和末尾部位總要出現(xiàn)一些毛齒波，其長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5~10ms。除了抖動之外還有重鍵，即一個鍵按下后緊接著又按下一個鍵，或者兩個鍵同時按下，這些需要采取一定的措施加以消除。</p><p>　　目前消除抖動的方法有兩種，一種是用硬件電路來實現(xiàn)，即用RC濾波電路濾除抖動。另一種就是軟件延時的方法來解決

110、。在本設(shè)計中主要以軟件去抖動。主要通過延時來等待信號穩(wěn)定，在信號穩(wěn)定后查詢健碼。其過程是在查詢到有按健按下后延時一段時間（12ms~20ms）,再查詢一次看是否有按健按下，若第一次查詢不到，則說明前一次查詢結(jié)果為干擾或抖動，若這一次查詢到有按健按下，則說明信號已經(jīng)穩(wěn)定，然后判斷閉和按健的按碼。當(dāng)閉和按健的健碼確定之后，再去查詢按鍵是否釋放，待按鍵釋放后再進(jìn)行處理，這樣即可消除釋放抖動的干擾。重鍵則以后一次查詢?yōu)樽詈蠼Y(jié)果。</p&g

111、t;<p>　?。?）鍵盤接口及掃描方式說明：</p><p>　　通過對設(shè)計要求的具體分析，在這里采用矩陣式鍵盤來控制系統(tǒng)參數(shù)的輸入和調(diào)整。矩陣式鍵盤又成為行列式鍵盤。 </p><p>　　假設(shè)0鍵被按下,稱為被按鍵或閉合鍵,這時,鍵盤矩陣中A點的行線和列線相通.</p><p>　　行掃描法的基本原理是這樣的:使一條列線為低電平,如果這條列線

112、上沒有閉合鍵,則各行線的狀態(tài)都為高電平;如果列線上有閉合鍵,則相應(yīng)的那條行線即變?yōu)榈碗娖?這樣,就可以根據(jù)行線號和列線號求得閉合鍵的鍵碼.</p><p>　　行掃描的過程是:先使輸出口輸出FEH,然后輸入行線狀態(tài),判斷行線狀態(tài)中是否有低電平,如果沒有低電平,則使輸出口輸出FDH,再判斷行線狀態(tài).到輸出口輸出FCH時,行線中有狀態(tài)為低電平,則閉合鍵找到.至此,行掃描似乎可以結(jié)束,但實際上掃描往往繼續(xù)進(jìn)行下去,以排

113、除可能出現(xiàn)的多鍵同時被按下的現(xiàn)象.</p><p>　　鍵盤中有4根行線和4根列線，經(jīng)限流電阻接+5V電源上，按鍵跨接在行線和列線上，4×4行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成16個按鍵。當(dāng)無鍵閉合時，74922芯片的x、y接口處于開路狀態(tài)。當(dāng)有鍵閉合時，與閉合鍵相連的兩條I/O口線之間短路。判斷有無按鍵按下的方法是：一，置74922的x1、x2、x3、x4為輸入狀態(tài)，從行線輸出低電平，讀入列線數(shù)據(jù)，若某一列線為低電平，則該

114、列線上有鍵按下。第二步，置74922的y1、y2、y3、y4口為輸入狀態(tài)，從列線輸出低電平，讀入行線數(shù)據(jù)，若某一行為低電平，則該行線上有按鍵按下。綜合一、二兩步的結(jié)果，可確定按鍵的編碼號。但是鍵閉合一次只能進(jìn)行一次鍵功能任務(wù)，因此須等待按鍵釋放后，在進(jìn)行鍵功能操作。通過循環(huán)掃描方式可以重復(fù)掃描是否有鍵按下，并在鍵按下后等待一定時間，在這段時間可以消除按鍵的抖動。</p><p>　?。?）鍵盤功能說明：</