畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于mcs-51的多路溫度采集控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目：基于MCS-51的多路溫度采集</p><p><b>　　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　學(xué) 院： 電氣與電子工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p

2、><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)是以MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，通過(guò)熱電阻變送器對(duì)熱電阻隨溫度的變化而得到的模擬信號(hào)進(jìn)行采集，連接多路模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)多路模擬信號(hào)的采集，并通過(guò)A/

3、D轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)按照順序分別送入單片機(jī)或把指定的那路信號(hào)送入單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制操作，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展和程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展來(lái)提高片內(nèi)存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量，以便于在單片機(jī)的應(yīng)用中滿足單片機(jī)在定時(shí)器、中斷、串行口等方面的要求；本設(shè)計(jì)是通過(guò)LED來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的，通過(guò)單片機(jī)對(duì)多路模擬開(kāi)關(guān)的控制進(jìn)行多選一，把其中一路的信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，在通過(guò)單片機(jī)把采集到的信號(hào)送到LE

4、D電路當(dāng)中進(jìn)行顯示，此設(shè)計(jì)中LED顯示使用的串行接口來(lái)顯示的，它是通過(guò)人的視覺(jué)暫留特性，只觀賞感覺(jué)是連續(xù)點(diǎn)亮的；本文通過(guò)單片機(jī)報(bào)警系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱電阻傳感器隨測(cè)量的溫度范圍200~700攝氏度，若超出這個(gè)溫度范圍則報(bào)警。以單片機(jī)為核心完成溫度巡測(cè)、數(shù)據(jù)處理.顯示及上下限報(bào)警功能。</p><p>　　關(guān)鍵字：A/D轉(zhuǎn)換器；DBW熱電阻變送器；單片機(jī)</p><p><b>　　Abs

5、tract</b></p><p>　　It is based on MCS-51 one-chip computer system for this text not to design, is it gather to go on through thermal resistance changer to analog signal that thermal resistance receive

6、with change of temperature, join many way analog switch realize many way collection of analog signal , is it count through A/D converter to analog signal mould change to go on, Send digital signal received to change acco

7、rding to order into one-chip computer or designated those distance signal send into the one-chip c</p><p>　　Key words： A/D converter；DBW thermal resistance changer;；an one-chip computer</p><p>

8、<b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　第一章 緒 論1</b></p><

9、;p>　　1.1 課題背景及意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 課題內(nèi)容和主要工作2</p><p>　　第二章 多路溫度采集控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 總體設(shè)計(jì)指標(biāo)3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)框圖及工作原理3</p&g

10、t;<p>　　第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1 信號(hào)輸入通道與信號(hào)采樣模塊5</p><p>　　3.1.1 信號(hào)采樣模塊的電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1.2 測(cè)量電路6</p><p>　　3.1.3 A/D芯片8</p><p>　　3.2 8051單片機(jī)

11、11</p><p>　　3.3顯示系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)13</p><p>　　3.3.1 顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3.2 報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.4.1 PID算法控制17</p><p>　　3.4.

12、2 繼電器控制電路18</p><p>　　3.5 8051單片機(jī)的擴(kuò)展及系統(tǒng)電路20</p><p>　　3.6 鍵盤(pán)控制的設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.7系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.7.1 電源系統(tǒng)的組成26</p><p>　　3.7.2 電源設(shè)計(jì)原理26</p>&

13、lt;p>　　3.7.3 電路27</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.1主控模塊的程序設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.2 LED顯示程序設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.3 報(bào)警系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)32</p><p><b>　　結(jié) 論34</b&

14、gt;</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　附 錄36</b></p><p><b>　　致 謝43</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　

15、1.1 課題背景及意義</p><p>　　溫度是現(xiàn)代檢測(cè)的重要組成部分，人民的日常生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常需對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控。采用微型機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)、顯示、信息存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)控制對(duì)于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等都有重要的作用。</p><p>　　溫度是一個(gè)非常重要的物理量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空

16、氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過(guò)程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問(wèn)題。因此對(duì)溫度的檢測(cè)的意義就越來(lái)越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，很多時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。</p

17、><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀</p><p>　　21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科技的進(jìn)步帶動(dòng)了測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化。我們已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時(shí)代，測(cè)量技術(shù)也成為當(dāng)今科技的一個(gè)主流，廣泛地深入到研究和應(yīng)用工程的各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　溫度是一個(gè)和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量，也是一種在生產(chǎn)、科研、生活

18、中需要測(cè)量和控制的重要物理量，是國(guó)際單位制七個(gè)基本量之一。溫度的變化會(huì)給我們的生活、工作、生產(chǎn)等帶來(lái)重大影響，因此對(duì)溫度的測(cè)量至關(guān)重要。其測(cè)量控制一般使用各式各樣形態(tài)的溫度傳感器。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸相處理的功能器件，溫度傳感器的作用日顯突出，已成為自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)量測(cè)試中不可缺少的重要技術(shù)工具，其應(yīng)用已遍及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。</p><p&g

19、t;　　國(guó)內(nèi)外一直在對(duì)溫度采集控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，目前各種溫度采集控制系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)很成熟，在實(shí)際應(yīng)用中也非常普遍?；趹?yīng)用目的的不同，有各種類(lèi)型的溫控系統(tǒng)，如：有基于微機(jī)的溫控系統(tǒng)、有基于DSP芯片的溫控系統(tǒng)、有基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)。相應(yīng)的也研發(fā)了出了各種類(lèi)型的溫度采集控制芯片，同時(shí)也有了很多實(shí)際的產(chǎn)品投入生產(chǎn)應(yīng)用。雖然這些系統(tǒng)不盡相同，但它們的基本原理和完成的功能都大致一樣，主要由溫度傳感器負(fù)責(zé)采集溫度，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、濾波等處理后

20、進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，把溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；數(shù)字信號(hào)最后送入控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的處理和顯示，系統(tǒng)根據(jù)處理結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。近些年來(lái)，單片機(jī)技術(shù)的迅速興起并蓬勃發(fā)展，單片機(jī)具有快速、精確、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，所以在實(shí)際應(yīng)用中，更多的是采用基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 課題內(nèi)容和主要工作</p><p>　　本課題是基于單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其利用單片機(jī)

21、作為系統(tǒng)的主要控制器，通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)鍋爐溫度信號(hào)，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，將數(shù)字信號(hào)，送入到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過(guò)一定的控制算法后，通過(guò)單片機(jī)的輸出I/O口，來(lái)控制繼電器的閉合，達(dá)到弱電控制強(qiáng)電的目的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)了對(duì)鍋爐溫度的調(diào)節(jié)。 本人的主要工作是運(yùn)用單片機(jī)作為主控制單元及數(shù)據(jù)處理單元，控制溫度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫度信號(hào)及A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，發(fā)出控制信號(hào)對(duì)加熱爐和風(fēng)扇進(jìn)行自動(dòng)化控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)控制環(huán)境溫度的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)超高溫報(bào)警和

22、超低溫報(bào)警功能，顯示報(bào)警溫度值和當(dāng)前溫度值。</p><p>　　第二章 多路溫度采集控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 總體設(shè)計(jì)指標(biāo)</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求利用單片機(jī)對(duì)8路熱電阻溫度信號(hào)進(jìn)行采集和顯示。熟悉單片機(jī)在溫度巡回檢測(cè)儀表中的應(yīng)用。掌握單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求采用逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器

23、來(lái)進(jìn)行對(duì)信號(hào)的采集轉(zhuǎn)換，并通過(guò)LED來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度采集的顯示，設(shè)計(jì)是通過(guò)8個(gè)熱電阻來(lái)進(jìn)行溫度采集的，要求溫度范圍在200~700攝氏度。要求能夠?qū)崿F(xiàn)巡回顯示和指定顯示，通過(guò)完成本次設(shè)計(jì)來(lái)加深對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的掌握和了解。</p><p><b>　　一．基本功能</b></p><p><b>　　檢測(cè)溫度</b></p><p>

24、;<b>　　顯示溫度</b></p><p><b>　　過(guò)限報(bào)警</b></p><p><b>　　控制溫度</b></p><p><b>　　二．主要技術(shù)參數(shù) </b></p><p>　　溫度檢測(cè)范圍 ： 200~700℃</p>

25、<p>　　測(cè)量精度 ： 0.5℃</p><p>　　顯示方式 ： 四位LED顯示</p><p>　　報(bào)警方式 ： 三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴音報(bào)警</p><p>　　2.2 系統(tǒng)框圖及工作原理</p><p><b>　　系統(tǒng)框圖如下</b></p><p><b&g

26、t;　　系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　溫度采集元件采集到溫度數(shù)據(jù),由A/D轉(zhuǎn)換器將采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再將數(shù)字信號(hào)送入到51單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過(guò)一定的控制算法后，通過(guò)單片機(jī)的輸出I/O口，來(lái)控制繼電器的閉合，達(dá)到弱電控制強(qiáng)電的目的，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的調(diào)節(jié)。同時(shí)將溫度在LED顯示系統(tǒng)中顯

27、示出來(lái)。如里溫度超過(guò)上限或下限溫度，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 信號(hào)輸入通道與信號(hào)采樣模塊</p><p>　　3.1.1 信號(hào)采樣模塊的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　熱電式傳感器是溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置，它利用敏感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化而變化的特性來(lái)達(dá)到測(cè)量目的。

28、本設(shè)計(jì)是用熱電阻傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量的，熱電阻的特點(diǎn)是精度高，適用于測(cè)低溫。</p><p>　　雖然大多數(shù)金屬的電阻值隨溫度變化而變化，然而并不是所有的金屬都能作為測(cè)量溫度的熱電阻。作為測(cè)量溫度熱電阻的金屬材料應(yīng)具有如下特性：電阻溫度系數(shù)大，電阻率要大，熱容量??；在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)；電阻與溫度的關(guān)系最好近似于線性，或?yàn)槠交那€；并要求容易加工，復(fù)制性好，價(jià)格便宜。</p>&

29、lt;p>　　目前應(yīng)用最廣發(fā)的熱電阻材料試鉑和銅并且已做成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫?zé)犭娮?，本設(shè)計(jì)選用的是鉑電阻。</p><p>　　鉑電阻的特點(diǎn)是精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。鉑在氧化性氣氛中，甚至在高溫下的物理、化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。因此鉑被公認(rèn)為是目前制造熱電阻的最好材料。鉑電阻作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)使用，也常被用在工業(yè)測(cè)量中。此外，還被廣乏地應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。</p><p>　　鉑電阻的

30、阻值溫度之間的關(guān)系，在0~850攝氏度范圍內(nèi)可用下式表示，</p><p>　　Rt=Ro(1+At+Bt2) (3-1)</p><p>　　在-200~0范圍內(nèi)用下式表示，</p><p>　　Rt=Ro[1+At+Bt2+C(t-100)3]

31、 (3-2)

32、 </p><p>　　式中 Rt------溫度為t攝氏度時(shí)的鉑電阻的阻值；</p><p>　　Ro

33、-----溫度為0時(shí)的鉑電阻值；</p><p>　　A、B、C-----常數(shù)，A=3.940*10-3/攝氏度</p><p>　　B=-5.802*10-7/攝氏度</p><p>　　C=-4.274*10-12/攝氏度</p><p>　　對(duì)滿足上訴關(guān)系的熱電阻，其溫度系數(shù)約為3.9*10-3/攝氏度。</p><

34、p>　　由式（3-1）、式（3-2）可見(jiàn)，電阻值與t及Ro有關(guān)，當(dāng)Ro值不同時(shí)，即使在同樣的溫度下其Rt的值也不同。因此作為測(cè)量用熱電阻必須規(guī)定Ro值。根據(jù)國(guó)家從1988年開(kāi)始采用的IEC標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)用鉑電阻Ro有100和50歐姆兩種，并將電阻值Rt與溫度t的對(duì)應(yīng)關(guān)系列成表格，成為鉑電阻分度表，分度號(hào)分別為Pt100和Pt50。</p><p>　　鉑電阻材料的純度通常用百度電阻比W(100)來(lái)表示，即<

35、;/p><p>　　W(100)=R100/Ro （3-3）</p><p>　　式中 R100-----水費(fèi)點(diǎn)時(shí)的鉑電阻的電阻值；</p><p>　　Ro-----水冰點(diǎn)時(shí)的鉑電阻的電阻值。</p><p>　　目前技術(shù)水平已達(dá)到W(100)=1.3930

36、，與之相應(yīng)的鉑純度為99.9995%，工業(yè)用鉑電阻純度W(100)=1.387~1.390.</p><p>　　3.1.2 測(cè)量電路</p><p>　　測(cè)量電路是通過(guò)DBW系列的熱電阻變送器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　DBW型熱電阻溫度變送器它的作用是把測(cè)溫元件（熱電阻）所測(cè)得的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA（或1～5V）直流電流信號(hào)，供給記錄儀、溫度指示儀或調(diào)

37、節(jié)器以組成檢測(cè)系統(tǒng)或調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)或自動(dòng)控制。</p><p>　　DBWM型熱電阻溫度變送器與各種不同型號(hào)的熱電阻配套使用，將被測(cè)溫度線性地轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)1～5V DC（或4～20mA DC），輸出供給指示，記錄儀，摸擬電動(dòng)調(diào)節(jié)器，可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器，分?jǐn)?shù)控制系統(tǒng)及工業(yè)過(guò)程控制機(jī)使用。</p><p>　　本儀表采可用三、四線制連接方式，由于在電路設(shè)

38、計(jì)上采用了高性能的功能模塊結(jié)構(gòu)方式，使整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，安裝調(diào)校簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小。本設(shè)計(jì)采用三線制連接方式。</p><p><b>　　接線端子：</b></p><p>　　圖3-1 熱電阻變送器接線端子圖</p><p>　　由于熱電阻變送器提供的是1~5V電壓，而ADC0809所需要的是0~5V電壓，所以還需要加個(gè)減法電路

39、即差值運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)1~5V到0~5V的電壓轉(zhuǎn)換。</p><p>　　圖3-2是一個(gè)集成放大器組成的基本差值運(yùn)算電路，它的同向輸入端和反向輸入端都接有輸入信號(hào)，理想情況下，Ii=0,U-=U+,于是可以列出</p><p><b>　　I1=I2</b></p><p>　?。║I1-U-）/R1=(U—Uo)/R2</p>

40、<p>　　U+=UI2*R4/(R3+R4)</p><p><b>　　解得</b></p><p>　　Uo=UI2*R4/(R3+R4)*（R1+R2）/R1-UI1*R2/R1 (3-4)</p><p>　　當(dāng)外電路電阻滿足平衡對(duì)稱條件時(shí)R1=R3,R2=R4時(shí)，式（3-4）可寫(xiě)成</p>

41、<p>　　Uo=-R2/R1*(UI1-UI2) (3-5)</p><p>　　圖3-2差值運(yùn)算放大器</p><p>　　式3-5表明輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓的差值UId=UI1-UI2成正比，電路實(shí)現(xiàn)了差值運(yùn)算。差值運(yùn)算放大器也成為差動(dòng)運(yùn)算放大器。UId稱為差模信號(hào)，At=Uo/UId=-R2/R1稱為

42、電路的差模放大倍數(shù)。當(dāng)輸入電壓UI1=UI2時(shí)，輸出電壓Uo=0，把UIc=（UI1+UI2）/2稱為共模信號(hào)，可見(jiàn)電路對(duì)功模信號(hào)無(wú)放大作用，共模放大倍數(shù)為零。</p><p>　　熱電阻變送器與差值運(yùn)算放大器的連接時(shí)，6號(hào)引腳接地，5號(hào)引腳接UI2,</p><p>　　UI1接+1V電壓。</p><p>　　3.1.3 A/D芯片</p><

43、;p>　　A/D轉(zhuǎn)換器從原理上通常分為四類(lèi)：計(jì)數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)換速度很慢，所以很少采用。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器抗干擾能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換精度也很高，但速度不夠理想。逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)</p><p>　　換器的結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，轉(zhuǎn)換速度也很高。并行A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最快，但結(jié)

44、構(gòu)復(fù)雜而且造價(jià)高。因此，選用逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　ADC0809是典型的轉(zhuǎn)換芯片，ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和微機(jī)直接接口。芯片是ADC0808，可以互相替換。</p><p>　　ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。</p><p>　

45、　圖3-3 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　由圖3-3可以看出，ADC0809有一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 </p><p>　　A

46、DC0809采用雙列直插式封裝，共有28條引腳。其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖 3-1 ADC0809內(nèi)部邏輯</p><p>　　圖3-4ADC0809引腳圖</p><p>　?。?）IN0~IN7：8條模擬量通道 </p><p>　　ADC 0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0~5v，若信號(hào)太小，必

47、須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。</p><p>　?。?）地址輸入和控制線：4條</p><p>　　ALE 為地址鎖存允許輸入線,高電平有效。當(dāng)ALE現(xiàn)為高電平時(shí)，地止鎖存與譯碼器將ADDA、ADDB和ADDC三條地址輸入線，用于選通IN0~IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇如表3-1所示。</p>&l

48、t;p>　　表3-1被選通道和地址的關(guān)系</p><p>　?。?）數(shù)字量輸出及控制線：11條</p><p>　　START 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)START上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。EOC位轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片

49、機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=1,輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7~D0為數(shù)字輸出線。</p><p>　　（4）電源線及其他：5條</p><p>　　CLOCK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須有外界提供，通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。Vcc為+5V電源線。GND為地線。Vref(+)和Vref(-)為參考電壓輸入，參考

50、電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型去值：Vref(+)=+5v,Vref(-)=0v.</p><p>　　3.2 8051單片機(jī)</p><p><b>　　1．電源：</b></p><p>　　VCC - 芯片電源，接+5V；</p><p>　　VSS - 接地端；</p>

51、<p>　　2．時(shí)鐘：XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。</p><p>　　3． 控制線：控制線共有4根，</p><p>　　ALE/PROG：地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖</p><p>　　ALE功能：用來(lái)鎖存P0口送出的低8位地址PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。

52、</p><p>　　PSEN：外ROM讀選通信號(hào)。</p><p>　　RST/VPD：復(fù)位/備用電源。</p><p>　　RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。</p><p>　　VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。</p><p>　　EA/Vpp：內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。<

53、/p><p>　　EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。</p><p>　　Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。</p><p>　　圖3-5 8051單片機(jī)引腳圖</p><p><b>　　4． I/O線</b></p><p>　　80C51共有4個(gè)8位并行I/

54、O端口：</p><p>　　P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。</p><p>　　P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。</p><p>　　表3-2 P3口的功能</p><p>　　3.3顯示系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)</p><p>　　3.3.1 顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p>

55、<p>　　顯示系統(tǒng)是單片機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于顯示各種參數(shù)的值，以便使現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)過(guò)程。</p><p>　　工業(yè)控制系統(tǒng)中常用的顯示器件有CRT、LED、LCD等。CRT不僅可以進(jìn)行字符顯示，而且可以進(jìn)行畫(huà)面顯示，和計(jì)算機(jī)配合使用，可十分方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的管理和監(jiān)視。但由于CRT體積大，價(jià)格昂貴，所以只適用于大型微機(jī)控制系統(tǒng)。在中小型的控制過(guò)程中，為了使工作人員能夠在

56、現(xiàn)場(chǎng)直接看到生產(chǎn)情況和報(bào)警信號(hào)，經(jīng)常選用LED和LCD作為顯示器件。LED和LCD都具有體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，可靠性高和壽命高等優(yōu)點(diǎn)。LCD是一種功耗極低的顯示元件，在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中的使用較多，而LED成本低廉，培植靈活，多用于單片機(jī)控制系統(tǒng)中，所以選用LED顯示。</p><p>　　LED是一種電流發(fā)光器件．它既可以工作在恒定電流狀態(tài)，又可以工作在脈沖電流狀態(tài)。在平均電流相同的情況下，

57、脈沖工作狀態(tài)可產(chǎn)生比直流工作狀態(tài)較強(qiáng)的亮度，一般每秒鐘可導(dǎo)通100—500次，每次為幾個(gè)毫秒：LED有單個(gè)發(fā)光二極管、七段(或八段)LED顯示器和LED點(diǎn)陣顯示器等類(lèi)型。發(fā)光顏色有紅、綠、黃等。LED顯示器每段正常發(fā)光需直流電流10~20mA，發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)．其正向?qū)▔航禐?.7v左右。</p><p>　　七段LED顯示器是由7個(gè)LED按—定的圖形排列組成，如圖3-6(a)所示，七段LED顯示器的各個(gè)二極管

58、分別稱為a、b、c、d、e、f、g段，有些七段顯示器增加一個(gè)dp段表示小數(shù)點(diǎn)，也稱為八段LED顯示器。</p><p>　　七段LED顯示器有兩種結(jié)構(gòu)：共陰極七段LED顯示器和共陽(yáng)極七段LED顯示器，如圖3-6(b)、(c)所示。所有二極管的陰極接在一起的稱為共陰極七段LED顯示器；所有二極管的陽(yáng)極接在一起的稱為共陽(yáng)極七段LLD顯示器。共陽(yáng)極七段LED顯示器工作時(shí)，二極管的公共陽(yáng)極接向電平“1”．各段的陰極接與共

59、陽(yáng)七段碼相對(duì)應(yīng)的電平。共陰極七段LED顯示器工作時(shí)，其公共極接到低電平，各段的陽(yáng)級(jí)接與共陰七段碼相對(duì)應(yīng)的電平。在實(shí)際應(yīng)用中，除公共極外，其他各極應(yīng)串接一個(gè)電阻后再接到相應(yīng)電平。電阻的作用是限制流過(guò)LED中的電流以保證在發(fā)光時(shí)二極管不因電流過(guò)大而被燒壞。</p><p>　?。╝）典型的七段LED器件 （b）共陽(yáng)極LED顯示器 （c）共陰極LED顯示器</p><p>　　圖3-6七段

60、LED顯示器的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　將數(shù)碼管的引腳和單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出口相連，控制輸出的數(shù)據(jù)可以使數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字和字符，通常稱控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)為段選碼。7段LED段選碼如表3-3所示?？梢钥闯觯碴?yáng)極和共陰極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)。</p><p>　　表3-3 7段LED段選碼</p><p>　　LED的顯示份靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式<

61、;/p><p>　　在靜態(tài)顯示方式下，N塊顯示器件都處于選通狀態(tài)；每一塊顯示器件的段選線和一個(gè)8位的并行口相連，只要控制顯示位的段選碼，就可顯示出相應(yīng)的字幅。由于顯示器件由不同的I/O控制，所以靜態(tài)顯示方式中的每一位都可以獨(dú)立顯示，在同一時(shí)刻每一位顯示的字符可以各不相同。</p><p>　　LED動(dòng)態(tài)顯示就是將所有顯示位的段選線并聯(lián)在一起，有一個(gè)8位I/O口控制，而位選線則有其他的I/O口控

62、制，通過(guò)程序控制，不斷循環(huán)輸出相應(yīng)的段選碼和位選碼，由于人的視覺(jué)暫留效應(yīng)，就可以獲得視覺(jué)穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用的是串行口動(dòng)態(tài)掃描顯示，其電路圖如3-7所示。</p><p>　　圖3-7 串行動(dòng)態(tài)LED掃描電路</p><p>　　圖3-7是電原理圖，采用MCS-8051單片機(jī)，同時(shí)用廉價(jià)易得的74LS164和74LS138作為擴(kuò)展芯片。7

63、4LS164是一個(gè)8位串入并出的移位寄存器，其此處的功能是將8051串行通信口輸出的串行數(shù)據(jù)譯碼并在其并口線上輸出，從而驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管。74LS138是一個(gè)3-8譯碼器，它將單片機(jī)輸出的地址信號(hào)譯碼后動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的LED。但74LS138電流驅(qū)動(dòng)能力較小，為此，使用了未級(jí)驅(qū)動(dòng)三極管2SA1015作為地址驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　3.3.2 報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　報(bào)警系統(tǒng)的

64、電路圖如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8報(bào)警系統(tǒng)的電路圖</p><p>　　報(bào)警是微機(jī)控制系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能，主要用于保證生產(chǎn)過(guò)程的正常運(yùn)行和操作者的生命安全。在生產(chǎn)過(guò)程中控制系統(tǒng)隨時(shí)檢測(cè)被控對(duì)象的一些重要參數(shù)，當(dāng)超出允許范圍是，控制系統(tǒng)便會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，引起操作者的注意以便采取相應(yīng)的措施。智能型的報(bào)警系統(tǒng)不僅能夠發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，甚至可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單故障的自動(dòng)處理。<

65、/p><p>　　3.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 PID算法控制</p><p>　　PID在溫度控制中已使用數(shù)十年，是一種成熟的技術(shù)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于理解和實(shí)現(xiàn)，且一些高級(jí)控制都是以PID為基礎(chǔ)改進(jìn)的。</p><p>　　PID具有原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上

66、可以證明，對(duì)于過(guò)程控制的典型對(duì)象──“一階滯后＋純滯后”與“二階滯后＋純滯后”的控制對(duì)象，PID控制器是一種最優(yōu)控制。其調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)改變靈活（PI、PD、…）。</p><p>　　PID調(diào)節(jié)器又稱為比例積分微分調(diào)節(jié)器，它具有比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)作用</p><p>　　溫度PID調(diào)節(jié)器有三個(gè)可設(shè)定參數(shù)，即比例放大系數(shù)、積分時(shí)

67、間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)。對(duì)一個(gè)控制系統(tǒng)而言，合理地設(shè)置這三個(gè)參數(shù)可取得較好的控制效果。 在微分時(shí)間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí)，微分作用輸出為微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。 </p><p>　　采用PID控制其優(yōu)點(diǎn)是理論和

68、技術(shù)都很成熟，在單片機(jī)上用軟件較易實(shí)現(xiàn)，可以達(dá)到較小的靜態(tài)誤差，但必須仔細(xì)調(diào)整控制參數(shù)，才能獲得較好的效果。</p><p>　　因題目對(duì)靜態(tài)誤差要求較高，故采用PID控制。參數(shù)整定采用試湊法，在系統(tǒng)調(diào)試階段完成。考慮到電爐對(duì)水進(jìn)行加熱有較大的滯后性，若采用單一的PID控制，難以兼顧調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量，設(shè)定溫度突變時(shí)，有可能產(chǎn)生振蕩或調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因此將控溫過(guò)程分成兩段，誤差較大時(shí)用模糊控制，接近設(shè)定溫度時(shí)改用PI

69、D控制。</p><p>　　3.4.2 繼電器控制電路</p><p>　　圖3-9為通過(guò)三極管來(lái)控制繼電器的開(kāi)關(guān)的。繼電器采用的是帶光電隔離的過(guò)零型雙向可控硅AC-SSR固態(tài)繼電器，為使其實(shí)現(xiàn)過(guò)零控制，就是要實(shí)現(xiàn)工頻電壓的過(guò)零檢測(cè)，并給出脈沖信號(hào)，由單片機(jī)控制雙向可控硅過(guò)零脈沖數(shù)目。當(dāng)在其輸入端加入（撤離）控制信號(hào)時(shí)，輸出端接通（斷開(kāi)）。</p><p>　　此

70、電路用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制，此處被控對(duì)象為電爐絲，采用對(duì)加在電爐絲兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水加熱功率的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)水溫控制的目的。對(duì)電爐絲通斷的控制采用SSR固態(tài)繼電器。它的使用非常簡(jiǎn)單，只要在控制臺(tái)端加上一TTL電平，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的開(kāi)關(guān)。</p><p>　　電路的工作原理是：高電平導(dǎo)通，線圈有電，電池結(jié)構(gòu)觸點(diǎn)吸合；低電平斷開(kāi)，線圈無(wú)電，電池結(jié)構(gòu)觸點(diǎn)分離，線路斷開(kāi)。從而

71、控制電爐與電源的通斷，來(lái)達(dá)到加熱或冷卻爐絲的目的，最終實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上。</p><p>　　圖3-9 繼電器電路</p><p>　　本系統(tǒng)使用的固態(tài)繼電器是整個(gè)控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，在整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)化程度的提高,對(duì)廣泛使用的繼電器提出更高的要求,歸納如下： </p><

72、p>　?、俑呙舾卸?高速響應(yīng)</p><p>　　②輸入可以是傳感器信號(hào),輸出為高壓信號(hào)</p><p>　?、蹚牡皖l到高頻的寬頻帶</p><p><b>　?、芨呖煽啃?長(zhǎng)壽命</b></p><p>　　⑤體積小,可進(jìn)行表面安裝</p><p><b>　?、薅喙δ堋㈧o音化&

73、lt;/b></p><p>　　固態(tài)繼電器(SSR)是一種由固態(tài)電子器件組成的新型無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)器件.它利用分立元件、集成器件及微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制回路（輸出）之間的電隔離和信號(hào)耦合。達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花接通和斷開(kāi)電路的目的，具有工作可靠、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)噪音和抗干擾的特點(diǎn)。其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，諸如微機(jī)的I/O接口、防爆場(chǎng)合和自動(dòng)控制領(lǐng)域等。</p><p>　　3.

74、5 8051單片機(jī)的擴(kuò)展及系統(tǒng)電路</p><p>　　由于單片機(jī)的輸入/輸出引腳有限，一般的，我們采用地址存儲(chǔ)器進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)總線的擴(kuò)展。常用的單片機(jī)地址鎖存器芯片有74LS373、8282、74LS273等。圖3-10所示為74LS373的引腳以及它們用作地址鎖存器的連接方法。</p><p>　　74LS373是帶三態(tài)輸出的8位鎖存器。當(dāng)三態(tài)門(mén)為有效低電平，使能端G為有效高電平時(shí)，輸

75、出跟隨輸入變化；當(dāng)G由高變低時(shí)，輸出端8位信息被鎖存，直到G端再次有效為止。</p><p>　　圖3-10 74LS373的引腳 </p><p>　　用EPROM作為單片機(jī)片外ROM是目前最常用的ROM擴(kuò)展方法。常用的EPROM芯片有很多，圖3-11為Intel2764。</p><p>　　在2764中主要有7種功能引腳，如圖3-11所示：</p>

76、<p>　　Vcc：電源電壓,+5v.</p><p>　　A0~A12：地址線。</p><p>　　D0~D7：數(shù)據(jù)線。</p><p>　　OE：片輸出允許，連接單片機(jī)的讀信號(hào)線。</p><p>　　CE：片選信號(hào)引腳，由地址線譯碼器或單線選通。</p><p>　　Vpp：編程寫(xiě)入電壓。<

77、/p><p>　　圖3-11 2764的各個(gè)功能引腳 </p><p>　　程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展如圖3-12所示。</p><p>　　圖3-12 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部帶有128B或256B的RAM，可用作工作寄存器堆棧數(shù)據(jù)緩沖器及軟件標(biāo)志等。對(duì)于一般而又簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，片內(nèi)RAM用于暫存數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的中

78、間結(jié)果等，已經(jīng)足夠了。但是，在諸如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理成批數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，僅片內(nèi)提供的RAM往往不夠使用，可利用單片機(jī)的擴(kuò)展功能，外接RAM電路，作為片外RAM。一般采用靜態(tài)RAM（StaticRAM，SRAM）。</p><p>　　SRAM具有存取速度快使用方便等特點(diǎn)。常用的SRAM型號(hào)有很多，本課題中使用的是Intel6264,如圖3-13</p><p>　　6264是8k*8的SRAM

79、芯片，在6264中主要有6種功能引腳：</p><p>　　WE：寫(xiě)允許引腳，低電平有效。</p><p>　　A0~A12：地址線。</p><p>　　D0~D7：數(shù)據(jù)線。</p><p>　　OE：片輸出允許，低電平有效。</p><p>　　CS1：片選信號(hào)引腳，低電平有效。</p><p&

80、gt;　　CS2：片選信號(hào)引腳，高電平有效。</p><p>　　圖3-13 6264的各個(gè)功能引腳</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路如圖3-14所示</p><p>　　圖3-14數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p><p>　　3.6 鍵盤(pán)控制的設(shè)計(jì)</p><p>　　鍵盤(pán)按結(jié)構(gòu)的不同可分為獨(dú)立式按鍵和行列式鍵盤(pán)兩類(lèi)

81、，每類(lèi)按譯碼方式的不同又分為編碼式和非編碼式兩種。單片機(jī)中一般使用的都是用軟件來(lái)識(shí)別和產(chǎn)生鍵代碼的非編碼鍵盤(pán)。</p><p>　　行列式鍵盤(pán)的編碼方式由靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài)接口主要由一個(gè)行編碼器和一個(gè)列編碼器構(gòu)成；動(dòng)態(tài)接口可采用計(jì)數(shù)器、譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成。這兩種鍵盤(pán)由硬件完成鍵的編碼任務(wù)。</p><p>　　一般在小型儀器儀表和控制系統(tǒng)中，使用較多的是行列式和獨(dú)立式的非編碼鍵盤(pán)；如

82、果系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)多鍵同時(shí)按下的處理，則用非編碼獨(dú)立方式較為合適。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式按鍵方式，主要通過(guò)4個(gè)鍵，S1、S2、S3、S4來(lái)實(shí)現(xiàn)指定顯示某一電路。</p><p>　　圖3-15獨(dú)立式按鍵</p><p>　　當(dāng)S1斷開(kāi)時(shí)，為巡回檢測(cè)電路，當(dāng)S1閉合時(shí)，指定顯示電路的通道數(shù)與S2、S3、S4的關(guān)系見(jiàn)下表3-4。</p><

83、;p>　　“1”表示鍵閉合，“0”表示鍵斷開(kāi)表</p><p>　　3-4鍵對(duì)應(yīng)的通道數(shù)</p><p>　　3.7系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)</p><p>　　3.7.1 電源系統(tǒng)的組成</p><p>　　僅就單片機(jī)系統(tǒng)(最小系統(tǒng))而言，只需要5v的直流電源，而對(duì)實(shí)際的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于需要擴(kuò)展一定的測(cè)控轉(zhuǎn)換通道和與其相應(yīng)的接口電路及外

84、設(shè)，除5v的直流外，還需要其他的直流(如12v等)、交流(50Hz和其他頻率)電源．乃至特殊電源(如各種頻率的方波、鋸齒波等)。</p><p>　　圖3-16 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電源組成框圖</p><p>　　如圖3-16所示，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的電源一般是由市電通過(guò)變壓、整流、穩(wěn)壓、濾波及A/D變換、波形變換后提供系統(tǒng)所需的直流、交流和特殊電源，也有從直流供電設(shè)備取得電能后通過(guò)D/D變換、穩(wěn)

85、壓、濾波后提供系統(tǒng)所需電源。因而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電源通常包括變壓電路、整流電路(D/D變換電路)、穩(wěn)壓電路、濾波電路，有些還有D/A換流電路、特殊波形發(fā)生電路。而本設(shè)計(jì)電源只有交流供電設(shè)備，無(wú)特殊電路和交流電路。</p><p>　　3.7.2 電源設(shè)計(jì)原理</p><p>　　電源電壓的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)系統(tǒng)要求的不同工作電壓進(jìn)行電源分配。一般有兩種方法，一種是多電源方案，一種是單電源方案。本

86、設(shè)計(jì)采用的是單電源方案，主要供系統(tǒng)電壓+5V電源。為降低成本，采用“變壓器降壓-整流-濾波-穩(wěn)壓”的線性電源。</p><p>　　采用單電源方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、工作可靠。盡管單片機(jī)系統(tǒng)目前難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)全部器件采用單一電源。</p><p><b>　　3.7.3 電路</b></p><p>　　穩(wěn)壓電源是單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的重要組成部分，它

87、不僅為測(cè)控系統(tǒng)提供多路電源電壓，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和抗干擾性能。近年來(lái)，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源正逐步被高效率的開(kāi)關(guān)電源所取代。特別是單片開(kāi)關(guān)電源的迅速推廣應(yīng)用，為設(shè)計(jì)新型、高效、節(jié)能電源創(chuàng)造了良好的條件。</p><p>　　線性集成穩(wěn)壓器分固定式輸出、可調(diào)式輸出兩種類(lèi)型，又以三端固定或可調(diào)式集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用范圍為最廣。</p><p>　　圖3-17 系統(tǒng)電源的電路圖</p&g

88、t;<p>　　此設(shè)計(jì)中選用的三端固定集成穩(wěn)壓器為78L05，其電路圖如圖3-17所示。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1主控模塊的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　在主模塊中的主要程序是巡回檢測(cè)程序，巡回檢測(cè)程序主要由以下幾個(gè)方面構(gòu)成：</p><p>　　1．采樣周期T的確定：采樣周期可通

89、過(guò)軟件程序?qū)崿F(xiàn)。</p><p>　　2．采樣開(kāi)關(guān)通道號(hào)的控制：控制采樣開(kāi)關(guān)選擇要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的通道。</p><p>　　3．A/D轉(zhuǎn)換：實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　系統(tǒng)軟件介紹：本程序由系統(tǒng)初始化程序和中斷程序組成。初始化程序完成中斷向量和定時(shí)器初值的設(shè)定；中段程序完成數(shù)據(jù)采樣工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)8個(gè)通道的巡回檢測(cè)。</p><p&g

90、t;　　初始化程序功能：設(shè)置定時(shí)器0、外部中斷0、和外部中斷1的中斷程序入口；設(shè)置定時(shí)器0的工作方式為1；定時(shí)時(shí)間為100ms；設(shè)置計(jì)數(shù)單元（30H）初值。初始化程序流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 初始化程序流程圖</p><p>　　定時(shí)器0中斷功能：實(shí)現(xiàn)8秒定時(shí)，通過(guò)檢測(cè)技術(shù)單元（30H）的數(shù)據(jù)判斷定時(shí)事件是否到8秒，8秒時(shí)間到，觸發(fā)外部中斷0，執(zhí)行數(shù)據(jù)采樣程序。

91、定時(shí)器中斷程序流程框圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 定時(shí)器中斷程序流程框圖</p><p>　　數(shù)據(jù)采樣程序功能：巡回檢測(cè)ADC0809通道，控制存放數(shù)據(jù)的地址和采樣次數(shù)。巡回檢測(cè)的方式是先對(duì)8個(gè)通道各采樣一次，然后再采集第二次……共采集五次。采樣程序采用中斷方式。</p><p>　　在設(shè)置通道初值、通道數(shù)、采樣次數(shù)和存放數(shù)據(jù)的開(kāi)始地址后，啟動(dòng)A/D

92、轉(zhuǎn)換，隨后檢測(cè)標(biāo)志位狀態(tài)。標(biāo)志位被清零，標(biāo)志著本通道的A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，在修改通道號(hào)和數(shù)據(jù)存放地址后，對(duì)下一通道繼續(xù)檢測(cè)。當(dāng)8個(gè)通道的檢測(cè)工作完成后，判斷5次采樣是否全部完成，若沒(méi)完成，則對(duì)8個(gè)通道繼續(xù)采樣，直至完成5次采樣工作。數(shù)據(jù)采樣程序流程框圖如4-3所示。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換完成中斷功能：將標(biāo)志位清零，讀取轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)據(jù)并存放在RAM中。 </p><p>　　A

93、/D轉(zhuǎn)換完成中斷程序流程圖如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-3 數(shù)據(jù)采樣程序流程框圖</p><p>　　圖4-4 A/D轉(zhuǎn)換完成中斷程序流程圖</p><p>　　程序說(shuō)明：1．程序?qū)崿F(xiàn)5次采樣，每次檢測(cè)8個(gè)通道。</p><p>　　2．?dāng)?shù)據(jù)的存放格式。</p><p>　　3．程序的采樣周期是通過(guò)軟件

94、實(shí)現(xiàn)的。如果系統(tǒng)處理的任務(wù)較多，且對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，則采樣周期可通過(guò)系統(tǒng)擴(kuò)展8253等定時(shí)芯片實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　4.2 LED顯示程序設(shè)計(jì)</p><p>　　LED顯示程序的設(shè)計(jì)： 動(dòng)態(tài)顯示程序流程圖如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 動(dòng)態(tài)顯示程序流程圖</p><p>　　4.3 報(bào)警系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)</p&g

95、t;<p>　　報(bào)警處理程序一般都需要根據(jù)系統(tǒng)的要求編寫(xiě)，如有的報(bào)警系統(tǒng)要求能夠發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)、記錄報(bào)警時(shí)間參數(shù)或進(jìn)行自動(dòng)處理等。雖然不同的系統(tǒng)的報(bào)警處理程序是不一樣的，但報(bào)警程序的設(shè)計(jì)基本思想是相同的。報(bào)警程序主要有以下幾個(gè)步驟組成：</p><p><b>　　1．采樣被測(cè)參數(shù)。</b></p><p>　　2．比較采樣值和給定的上下限。</

96、p><p>　　3．根據(jù)比較結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。</p><p>　　報(bào)警處理程序，只有采樣值連續(xù)3次異常時(shí)，系統(tǒng)才進(jìn)行報(bào)經(jīng)處理。報(bào)警程序的設(shè)計(jì)思想是預(yù)設(shè)允許的連續(xù)異常的次數(shù)N，將采樣值和預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)采樣值超過(guò)報(bào)警值，則判斷上一次采樣值 是否正常。如果正常，則重置允許的連續(xù)不正常的次數(shù)N，并設(shè)置本次采樣不正常標(biāo)志，然后繼續(xù)采樣。如果上一次采樣值不正常，則判斷是否連續(xù)N

97、次采樣異常，不是則設(shè)置本次采樣不正常標(biāo)識(shí)以及計(jì)算允許的連續(xù)異常次數(shù)，然后繼續(xù)采樣；否則發(fā)出執(zhí)行報(bào)警處理程序。設(shè)上限報(bào)警值存放在Amax單元，下限報(bào)警值存放在Amin單元，采樣值存放在SAMP單元，允許的連續(xù)異常次數(shù)存放在NUM單元。FLAG為上次采樣異常標(biāo)志位，F(xiàn)LAG=0,上次采樣正常；FLAG=1,上次采樣異常。報(bào)警程序流程框圖4-6所示：</p><p>　　圖4-6 報(bào)警程序流程框圖</p>

98、<p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，能夠通過(guò)單片機(jī)靈活編程進(jìn)行各種功能的設(shè)定和修改。特別適用于大中型企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中多點(diǎn)溫度的巡回測(cè)量和監(jiān)控。</p><p>　　隨著電路集成化的發(fā)展，本設(shè)計(jì)中就采用了DBW系列的熱電阻變送器來(lái)進(jìn)行信號(hào)的采集，路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)的時(shí)間，充分說(shuō)明了集成化的優(yōu)點(diǎn)及作用，也表明了科技發(fā)展

99、的重要性，也讓我們看到了單片機(jī)的未來(lái)及在生產(chǎn)控制中的地位，讓我認(rèn)識(shí)到了學(xué)習(xí)單片機(jī)的重要性。</p><p>　　系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)了部分智能化，因而在軟件開(kāi)發(fā)上需要進(jìn)一步加強(qiáng)，完善系統(tǒng)控制策略。為了提高系統(tǒng)的測(cè)試精度和智能化水平，在以后的研究中可以針對(duì)本系統(tǒng)的需要研制開(kāi)發(fā)各種智能傳感器。智能傳感器具有許多傳統(tǒng)傳感器所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，例如自檢功能、數(shù)字通信功能等。采用智能傳感器可以降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，也有利于提高系統(tǒng)的可靠性。&

100、lt;/p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我學(xué)會(huì)在進(jìn)行一項(xiàng)相對(duì)比較大型的科技設(shè)計(jì)時(shí)，要分模塊進(jìn)行編譯、調(diào)試、仿真。然后再結(jié)合到主圖和主程序上，這些都是我以前所不知道的，我將受益終生。</p><p>　　兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)與修改，整個(gè)設(shè)計(jì)制作的過(guò)程是艱辛的，設(shè)計(jì)的過(guò)程中也遇到了不少問(wèn)題,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間不斷的努力思考,問(wèn)題也逐步得到解決。在被困惑圍繞的這段日子里,我查詢了很多的書(shū)籍,瀏覽了很多相關(guān)技術(shù)性

101、的文章,皇天不負(fù)有心人,我終于解決了問(wèn)題?？偟膩?lái)說(shuō)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是汗水和快樂(lè)的集合,從設(shè)計(jì)過(guò)程中問(wèn)題的出現(xiàn)到最終問(wèn)題解決的過(guò)程,使我對(duì)單片機(jī)知識(shí)的應(yīng)用水平不斷的提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我更加深深體會(huì)到一份付出一份耕耘,成功來(lái)自點(diǎn)滴中。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].付曉光. 單片機(jī)原理與實(shí)用技術(shù). 清華大學(xué)出版社</p&g

102、t;<p>　　[2].朱定華. 單片機(jī)原理及接口. 電子工業(yè)出版社</p><p>　　[3].求是科技. 單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航. 人民郵電出版社</p><p>　　[4].臺(tái)方. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 中國(guó)水利水電出版社，</p><p>　　[5].沈紅衛(wèi). 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析. 北京航空航天大學(xué)出版社</p>&

103、lt;p>　　[6].求是科技. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)力導(dǎo)航. 人民郵電出版社</p><p>　　[7].謝嘉奎. 電子線路.高等教育出版社 </p><p>　　[8].劉迎春. 傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用.國(guó)防科技大學(xué)出版社</p><p>　　[9].蔡美琴. MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用.高等教育出版社</p><p>　　[

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107、all,1997</p><p>　　[18].John G,Kassakian.Principles of Power Electronics.Addis on Wesley publishing company,1991</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　初始化程序清單：</b>&

108、lt;/p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　AJMP START</p><p>　　ORG 0003H</p><p>　　AJMP SAMPLE</p><p>　　ORG 0013H</p><p>　　AJMP

109、 EOC</p><p>　　START： MOV TMOD，#01H</p><p>　　MOV TH0, #3CH</p><p>　　MOV TL0, #0B0H</p><p>　　MOV 30H, #00H</p><p>　　SETB IT0</p>

110、;<p>　　SETR IT1</p><p>　　SETB EX0</p><p>　　SETB ET0</p><p>　　SETB EA</p><p>　　SETB TR0</p><p>　　HERE： AJMP HERE</p>

111、;<p>　　定時(shí)器中斷程序程序清單：</p><p>　　TIME0： CLR EA</p><p>　　INC 30H</p><p>　　MOV A, 30H</p><p>　　XRL A, #50H</p><p><b>　　JZ S_8</b>

112、;</p><p>　　AJMP RECOUN</p><p>　　S_8： SETB P3.2</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　CLR P3.2</p><p><b>　　NOP</b></p><p

113、>　　RECOUN：MOV TH0, #3CH</p><p>　　MOV TL0, #0B0H</p><p>　　SETB EA</p><p><b>　　RET1</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采樣程序程序清單：</p><p>　　SAMPLE：SETB

114、00H </p><p>　　MOV DPTR, #0F00H </p><p>　　MOV R6, #08H </p><p>　　MOV R7, #05H </p><p>　　MOV R0, #40H </p><