畢業(yè)設(shè)計(jì)----單片機(jī)的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)論文設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，電加熱爐的溫度控制技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要部分。</p><

2、p>　　本設(shè)計(jì)為基于單片機(jī)的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)，通過(guò)控制電阻絲兩端電壓的工作時(shí)間，來(lái)控制電阻絲的輸出平均功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電加熱爐溫度的自動(dòng)控制。系統(tǒng)分為溫度測(cè)量、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤(pán)操作系統(tǒng)、溫度顯示電路、報(bào)警電路、D/A轉(zhuǎn)換等若干個(gè)功能模塊。該系統(tǒng)具有硬件成本低，控溫精度較高，可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電加熱爐；單片機(jī)；溫度控制；固態(tài)繼電器 </p>

3、;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　目 錄II</b></p><p>　　第1章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1</p><p>　　1.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1</p><

4、p>　　1.2 預(yù)期達(dá)到的性能指標(biāo)1</p><p>　　1.3 溫度檢測(cè)電路及元器件選擇2</p><p>　　1.3.1 放大器AD5222</p><p>　　1.3.2 橋式測(cè)量電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　1.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)外圍電路3</p><p>　　1.4.1 單片機(jī)80513&

5、lt;/p><p>　　1.4.2 電源電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　1.4.3 看門(mén)狗電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　1.4.4 系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　1.5 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　1.5.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD5747</p><p>　　1.5.2

6、 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)CD40519</p><p>　　1.6 鍵盤(pán)顯示接口技術(shù)及報(bào)警電路10</p><p>　　1.6.1 8279的組成及工作原理10</p><p>　　1.6.2 管腳功能說(shuō)明12</p><p>　　1.6.3 8279與鍵盤(pán)顯示器的連接13</p><p>　　1.6.4 LED報(bào)警電

7、路的設(shè)計(jì)14</p><p>　　1.7 溫度控制電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　1.8 溫度控制系統(tǒng)總電路圖16</p><p>　　第2章 溫控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)17</p><p>　　2.1 主程序流程圖17</p><p>　　2.2 鍵盤(pán)掃描和譯碼過(guò)程的流程圖18</p><

8、p>　　2.3 通道數(shù)據(jù)采集的流程圖18</p><p>　　2.4 單片機(jī)主程序流程圖19</p><p><b>　　結(jié) 論21</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p>

9、<p>　　第1章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖1.1所示，系統(tǒng)由8051單片機(jī)、溫度檢測(cè)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、溫度控制電路、8279鍵盤(pán)顯示器等組成。爐內(nèi)溫度由熱電阻測(cè)溫元件和電阻元件構(gòu)成的橋式電路測(cè)量并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送給放大器的輸入端，使信號(hào)變成0-5V電壓信號(hào)，再經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)CD4051將信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器

10、，將此數(shù)字量經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波，標(biāo)度轉(zhuǎn)換后，一方面通過(guò)LED將爐溫顯示出來(lái)；另一方面，將該溫度值與被測(cè)溫度值比較，根據(jù)其偏差值的大小，采用比例微分控制（PID控制），通過(guò)固態(tài)繼電器控溫電路控制電爐絲的加熱功率大小，從而控制電爐的溫度，使其逐漸趨于給定值且達(dá)到平衡。</p><p>　　1.2 預(yù)期達(dá)到的性能指標(biāo)</p><p>　?。?）可測(cè)控的溫度范圍0—1000℃ ；</p>

11、<p>　?。?）實(shí)時(shí)顯示溫度、越限報(bào)警；</p><p>　?。?）控制精度±2℃ ，顯示精度±1℃；</p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)一爐多點(diǎn)檢測(cè)，并可擴(kuò)展多爐多點(diǎn)檢測(cè)。</p><p>　　圖1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　1.3 溫度檢測(cè)電路及元器件選擇</p><p>　

12、　單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)就是溫度檢測(cè)元件的選擇以及測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)。一般測(cè)量電路由測(cè)溫元件、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)放大器等組成。本次設(shè)計(jì)采用的是pt100型鉑電阻溫度傳感器，因其測(cè)量范圍大，復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)而被廣泛使用。放大器則選用單芯片高精度集成AD522。</p><p>　　1.3.1 放大器AD522</p><p>　　AD522是AD公司推出的高精度數(shù)據(jù)采集放大器，利

13、用它可在惡劣的環(huán)境下獲得高精度的數(shù)據(jù)。它的線(xiàn)性好，具有較高的共模抑制比、低電壓漂移和低噪聲的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　圖1.2 AD522芯片</p><p>　　AD522采用14腳DIP封裝，圖1.2給出了AD522的引腳排列，表1給出了各引腳的功能說(shuō)明。</p><p>　　表1.1 AD522芯片引腳功能圖</p><p>　　1.

14、3.2 橋式測(cè)量電路設(shè)計(jì)</p><p>　　測(cè)量電路由測(cè)溫元件和電阻元件構(gòu)成的，如圖1.3所示，此電路為典型的橋式測(cè)量電路，可在低電壓、高阻抗、大噪聲的環(huán)境中獲得最佳性能。[2]</p><p>　　圖1.3 橋式測(cè)量電路</p><p>　　該橋式電路能夠把溫度變化所引起的熱電阻阻值的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送給放大器的輸入端，由于鉑電阻安裝在內(nèi)，通過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)接入控制臺(tái)

15、，為了減少引線(xiàn)電阻的影響采用三線(xiàn)制接法。</p><p>　　AD522是高精度集成放大器，AD522的第1引腳和第3引腳為信號(hào)差動(dòng)輸入端；第2、14引腳外接電阻RG用于調(diào)整放大倍數(shù)；第4、6引腳為條零端；第13引腳為數(shù)據(jù)屏蔽端；第12腳為測(cè)量端；第11腳為參考端；這兩端的電壓差即為加到負(fù)載上的電壓信號(hào)。使用時(shí)，測(cè)量端與OUT輸出端（第7腳）在外部相連接，輸出放大后的信號(hào)。將信號(hào)地與放大器的電源地（第9腳）相連接

16、為放大器的偏置電流提供通路。</p><p>　　1.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)外圍電路</p><p>　　1.4.1 單片機(jī)8051</p><p>　　8051有40條引腳。其中有2條主電源引腳，2條外接晶體引腳，4條控制或其它電源復(fù)用的引腳，32條I/O引腳，如圖1.4所示。</p><p>　　由于8051片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的地址有

17、限，因此需要擴(kuò)展。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)擴(kuò)展了8K×8位紫外線(xiàn)擦除電可編程只讀存儲(chǔ)器2764和8K×8位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器6264，8051擴(kuò)展如圖1.5所示。</p><p>　　圖1.4 8051芯片</p><p>　　圖1.5 8051單片機(jī)的外部擴(kuò)展</p><p>　　1.4.2 電源電路設(shè)計(jì)</p&

18、gt;<p>　　由于系統(tǒng)用到的電源有5V、12V、15V，普通的5V直流穩(wěn)壓電源已不能夠滿(mǎn)足要求，所以需要設(shè)計(jì)一種5～15V電壓可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源電路。</p><p>　　電源電路設(shè)計(jì)依據(jù)電子技術(shù)相關(guān)知識(shí)為基本原理，電路主要由取樣、基準(zhǔn)電壓、比較放大、調(diào)整四部分組成[3]。原理框圖如1.6所示。</p><p>　　圖1.6 電源電路原理框圖</p><

19、;p>　　1.4.3 看門(mén)狗電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路可靠的工作，常將RC電路接施密特電路后再接入單片機(jī)復(fù)位端；或采用專(zhuān)用的復(fù)位電路芯片。MAX813L是MAXIN公司生產(chǎn)的一種體積小、功耗低、性?xún)r(jià)比高的帶看門(mén)狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片，其引腳圖如圖1.7，引腳功能如下：</p><p>　?。?）：手動(dòng)復(fù)位輸入端，低電平有效。當(dāng)該端輸入低電平保

20、持140ms以上，MAX813L就輸出復(fù)位信號(hào)。</p><p>　　（2）RESET：復(fù)位信號(hào)輸出端。上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生200ms的復(fù)位脈沖（高電平）；手動(dòng)復(fù)位端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出。</p><p>　?。?）WDI：看門(mén)狗輸入端。程序正常運(yùn)行時(shí)，必須在小于1.6s的時(shí)間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，以清除芯片內(nèi)部的看門(mén)狗定時(shí)器，端輸出低電平。</p>

21、<p>　　（4）：看門(mén)狗信號(hào)輸出端。正常工作時(shí)輸出保持高電平，看門(mén)狗輸出時(shí)，該端輸出信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p>　?。?）PFI：電源故障輸入端。當(dāng)該端輸入電壓低于1.25V時(shí)，端輸出低電平。</p><p>　　（6）：電源故障輸出端。電源正常時(shí)輸出保持高電平，電源電壓變低或掉電時(shí)，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p>　?。?）VC

22、C：工作電源，接+5V。</p><p>　?。?）GND：接地端。</p><p>　　圖1.7 MAX813L引腳圖</p><p>　　運(yùn)行出現(xiàn)“死機(jī)”時(shí)的自動(dòng)復(fù)位和隨時(shí)的手動(dòng)復(fù)位。</p><p>　　為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)死機(jī)時(shí)自動(dòng)復(fù)位功能，需要在軟件設(shè)計(jì)中，P1.7不斷輸出脈沖信號(hào)（時(shí)間間隔小于1.6s），如果因某種原因單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)，則

23、P1.7無(wú)脈沖輸出。于MAX813L與單片機(jī)的連接電路如圖1.8所示，該電路可以實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，程序是1.6s后在MAX813L的端輸出低電平，該電平加到端，使MAX813L產(chǎn)生一個(gè)200ms的復(fù)位脈沖輸出，使單片機(jī)有效復(fù)位，系統(tǒng)重新開(kāi)始工作。</p><p>　　圖1.8 單片機(jī)與看門(mén)狗電路連接</p><p>　　1.4.4 系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</p><p>　　

24、時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。8051內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。見(jiàn)圖1.9。外接晶振時(shí)C1、C2值常選擇為30pF左右；外接陶瓷諧振器時(shí)，C1、C2約為47pF。C1、C2對(duì)頻率有微調(diào)作用，振蕩頻率范圍是1.2～12MHz。</p&g

25、t;<p>　　內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器實(shí)質(zhì)是一個(gè)二分頻的觸發(fā)器，其輸出信號(hào)是單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。一般要求，外接的脈沖信號(hào)應(yīng)當(dāng)是高、低電平的持續(xù)時(shí)間大于20ns，且頻率低于12MHz的方波。這種方式適合于多塊芯片同時(shí)工作，便于同步。</p><p><b>　　圖1.9 時(shí)鐘電路</b></p><p>　　1.5 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)</p>

26、<p>　　數(shù)據(jù)采集在控制系統(tǒng)中是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，其性質(zhì)的好壞直接影響控制的精度，由于本次設(shè)計(jì)要求測(cè)量多點(diǎn)溫度值，所以選擇芯片CD4051為多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，AD574為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　1.5.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574</p><p>　　模擬量輸入接口的功能是把工業(yè)生產(chǎn)控制現(xiàn)場(chǎng)送來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成能接收的數(shù)字信號(hào)。</p><p>　　本

27、次設(shè)計(jì)選用的A/D轉(zhuǎn)換器為AD574。AD574是AD公司生產(chǎn)的12位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換芯片，它將A/D轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電壓、時(shí)鐘、比較器、逐次逼近寄存器以及輸出緩沖存儲(chǔ)器等集成在一塊芯片上，并具有三態(tài)輸出。在一般情況下，無(wú)需加任何外部電路，只要接上+5V及-15V電源，加上模擬輸入，給出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)12位A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　AD574的主要特性指標(biāo)如下：</p><p

28、>　?。?）分辨率 12位；</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換時(shí)間 25µs；</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換精度 ±2LSB；</p><p>　　（4）輸入信號(hào) 單極性或雙極性；</p><p>　　（5）電源 +5V及-15V；</p><p>　　

29、AD574可由+5V及-15V供電，輸入模擬電壓可以是單極性0至+10V，或者是雙極性+5V至-5V。輸入電壓極性可由BIP OFF引腳的連接方式而定。單極性輸入時(shí)BIP OFF接地，雙極性輸入時(shí)應(yīng)懸空或接+5V電源。</p><p>　　在AD574由微處理器控制的情況下，可在初始化程序中將BC端置為高電平，DR端的狀態(tài)由芯片內(nèi)部決定，其初始狀態(tài)也是高電平，此時(shí)輸出總線(xiàn)處于高阻狀態(tài)。當(dāng)B/C端輸入低電平信號(hào)后，

30、AD574便開(kāi)始轉(zhuǎn)換。此時(shí)，DR端及輸出端狀態(tài)不變，經(jīng)25µs后轉(zhuǎn)換結(jié)束，DR端變低,延時(shí)500ns后，數(shù)據(jù)線(xiàn)上出現(xiàn)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。當(dāng)微處理器取完數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換命令可撤去，B/C置高電平。在B/C變化后的1.5µs，DR線(xiàn)隨之自動(dòng)變高，同時(shí)數(shù)據(jù)線(xiàn)呈現(xiàn)高阻，一次轉(zhuǎn)換即完成。注意上次B/C命令撤除與下一次給出新的轉(zhuǎn)換命令之間的時(shí)間間隔不得小于2µs，如果在轉(zhuǎn)換進(jìn)行期間B/C線(xiàn)變高,那么這次轉(zhuǎn)換就停止，而且DR與數(shù)據(jù)線(xiàn)

31、狀態(tài)不變。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換芯片會(huì)輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，通過(guò)CPU讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖1.10 AD547與8051的連接</p><p>　　1.5.2 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)CD4051</p><p>　　多路轉(zhuǎn)換器又稱(chēng)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，多路開(kāi)關(guān)是用來(lái)切換模擬電壓信號(hào)的關(guān)鍵元件。利用多路開(kāi)關(guān)可將各個(gè)輸入信

32、號(hào)依次地或隨地連接到公用放大器或A/D轉(zhuǎn)換器上。其原理圖如圖1.11。</p><p>　　圖1.11 CD4051原理圖</p><p>　　CD4051是單端的8通道開(kāi)關(guān)，有三根二進(jìn)制的控制輸入端和一根禁止輸入端INH（高電平禁止）。片上有二進(jìn)制譯碼器，可由A、B、C三個(gè)二進(jìn)制信號(hào)在8個(gè)通道中選擇一個(gè)，使輸入和輸出接通。而當(dāng)INH為高電平時(shí)，不論A、B、C為何值，8個(gè)通道均不通。通道選

33、擇表如表1.2所示。</p><p>　　CD4051有較寬的數(shù)字和模擬信號(hào)電平，數(shù)字信號(hào)為3～15V，模擬信號(hào)峰－峰值為15VP-P；當(dāng)VDD－VEE=15V，輸入幅值為15VP-P時(shí)，其導(dǎo)通電阻為80Ω；當(dāng)VDD－VEE=10V時(shí)，其斷開(kāi)的漏電流為±10PA；靜態(tài)功耗為1μW。</p><p>　　為了提高過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)精度，對(duì)多路開(kāi)關(guān)提出了較高的要求。理想的多路開(kāi)關(guān)其開(kāi)關(guān)電

34、阻為無(wú)窮大，其接通時(shí)的導(dǎo)通電阻為零。此外，還希望切換速度快、噪音小、壽命長(zhǎng)、工作可靠。</p><p>　　表1.2 CD4051選通表</p><p>　　1.6 鍵盤(pán)顯示接口技術(shù)及報(bào)警電路</p><p>　　8279是一種通用的可編程鍵盤(pán)、顯示器接口芯片，能完成鍵盤(pán)輸入和顯示控制的功能，其中鍵盤(pán)部分提供掃描工作方式，可連接64個(gè)鍵的矩陣鍵盤(pán)，并具有自動(dòng)消抖和多

35、鍵同時(shí)按下保護(hù)功能。顯示部分則提供了掃描方式的顯示接口?？膳c8位或者16位LED數(shù)碼管連接。8279用于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，可以大大提高CPU的效率，并可使接口電路更具有通用性。[6] [7]</p><p>　　1.6.1 8279的組成及工作原理</p><p>　　8279主要由輸入/輸出控制、數(shù)據(jù)緩沖器、控制與定時(shí)寄存器、掃描計(jì)數(shù)器、回復(fù)緩沖器、FIFO傳感器RAM、顯示RAM、顯示

36、地址寄存器等電路組成。 </p><p>　　下面分別介紹各部分電路的工作原理。</p><p>　　(1)輸入/輸出控制及數(shù)據(jù)緩沖器</p><p>　　數(shù)據(jù)緩沖器足雙向緩沖器，它將內(nèi)部總線(xiàn)和外部總線(xiàn)連通，用于傳送CPU和8279之間的命令和數(shù)據(jù)。輸入/輸出控制線(xiàn)控制/向各種內(nèi)部寄行器和緩沖器發(fā)送或接受數(shù)據(jù)。CS是片選信號(hào)，只有當(dāng)CS=0時(shí)，8279才被選通

37、，CPU才能對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)操作。RD、WR是來(lái)自CPU的讀寫(xiě)控制信號(hào)。 A0用于區(qū)別信息的特性，當(dāng)A0=0時(shí)，表示輸入／輸出的信息均為數(shù)據(jù)；當(dāng)A0＝1時(shí)，表示輸入/輸出的信息為指令，而輸出的信息是狀態(tài)字。</p><p>　　(2)控制與定時(shí)寄存器及定時(shí)控制</p><p>　　控制與定時(shí)寄存器用來(lái)寄存鍵盤(pán)和顯示的工作方式以及由CPU編程的其他操作方式。這些寄存器一旦接收并鎖存送來(lái)的命令，就

38、通過(guò)譯碼產(chǎn)生相應(yīng)購(gòu)控制信號(hào)，從而完成相應(yīng)的控制功能。</p><p>　　定時(shí)控制包含基本的計(jì)數(shù)鏈，首級(jí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)可編程的N級(jí)計(jì)數(shù)器，N可以在2～31之間由軟件編程，以便從外部時(shí)鐘CLK得到內(nèi)部所需的100kHz時(shí)鐘。然后經(jīng)過(guò)分頻為鍵盤(pán)掃描提供適當(dāng)?shù)闹鹦袙呙桀l率和顯示掃描時(shí)間。</p><p><b>　　(3)掃描計(jì)數(shù)器</b></p><p&

39、gt;　　掃描計(jì)數(shù)器有兩種工作方式，按編碼方式工作時(shí)，計(jì)數(shù)器做二進(jìn)制計(jì)數(shù)，四位計(jì)數(shù)狀態(tài)從掃描線(xiàn)SL0～SL3輸出，經(jīng)外部譯碼器譯碼后，為鍵盤(pán)和顯示器提供掃描線(xiàn)。按譯碼方式時(shí)，掃描計(jì)數(shù)器的最低二位被譯碼后，從SL0～SL3輸出，因此SL0～SL3提供了4中取1的掃描譯碼。</p><p>　　(4)回復(fù)緩沖器、鍵盤(pán)去抖及控制</p><p>　　來(lái)自RL0～RL3的8根回復(fù)線(xiàn)的回復(fù)信號(hào)，由回

40、復(fù)緩沖器緩沖并鎖存。</p><p>　　在鍵盤(pán)工作方式中，回復(fù)線(xiàn)作為行列式鍵盤(pán)的行列輸入線(xiàn)。在逐行掃描時(shí)，回復(fù)線(xiàn)用來(lái)搜索每一行列中閉合的鍵，當(dāng)某一鍵閉合時(shí)，去抖電路被置位，延時(shí)等待10ms后，再檢驗(yàn)該鍵是否繼續(xù)閉和，并將該鍵的地址和附加的移位、控制狀態(tài)一起形成鍵盤(pán)數(shù)據(jù)送入8279內(nèi)部FIFO（先進(jìn)先出）存儲(chǔ)器。鍵盤(pán)數(shù)據(jù)格式如表1.3所示。</p><p>　　表1.3 FIFO存儲(chǔ)<

41、;/p><p>　　控制和移位D6、D7的狀態(tài)由兩個(gè)獨(dú)立的附加開(kāi)關(guān)決定．而掃描（D5、D4、D3）和回復(fù)（D2、D1、D0）則是被按鍵置位的數(shù)據(jù)。D5、D4、D3來(lái)自動(dòng)掃描計(jì)數(shù)器，是按下鍵的行列編，而D2、D1、D0則來(lái)自列計(jì)數(shù)器，它們是根據(jù)回復(fù)信號(hào)而確定的列編碼。</p><p>　　在傳感器開(kāi)關(guān)狀態(tài)矩陣方式中，回復(fù)線(xiàn)的內(nèi)容直接被送往相應(yīng)的傳感器RAM（即FIFO存儲(chǔ)器)。在選通輸入方式中，

42、回復(fù)線(xiàn)的內(nèi)容在CNTL/STB線(xiàn)的脈沖上升沿被送入FIFO存儲(chǔ)器。</p><p>　　(5)FIFO/傳感器及其狀態(tài)寄存器</p><p>　　FIFO/傳感器RAM是—個(gè)雙重功能的8×8RAM。在鍵盤(pán)或選通方式工作時(shí)，它是FIFO存儲(chǔ)器，其輸入或讀出遵循先入先出的原則。FIFO狀態(tài)寄存器用于存放FIFO的工作狀態(tài)。例如，RAM是滿(mǎn)還是空，其中存有多少數(shù)據(jù)，是否操作出錯(cuò)等。當(dāng)F

43、IF0存儲(chǔ)器不空時(shí)，狀態(tài)邏輯將產(chǎn)生IRQ＝1信號(hào)向CPU申請(qǐng)中斷。</p><p>　　在傳感器矩陣方式工作時(shí)，這個(gè)存儲(chǔ)器已變?yōu)閭鞲衅鞑皇谴鎯?chǔ)器。它存放著傳感器矩陣中的每一個(gè)傳感器狀態(tài)。在此方式中，若檢索出傳感器變化，IRQ信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，向CPU申請(qǐng)中斷。</p><p>　　(6)顯示RAM和顯示地址寄存器</p><p>　　顯示RAM用來(lái)存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)，容量為

44、16×8位。在顯示過(guò)程中，存儲(chǔ)的顯示數(shù)據(jù)輪流從顯示寄行器輸出。顯示寄存器分為A、B兩組，OUTA0～3利OUTB0～3可以單獨(dú)送數(shù)，也可以組成一個(gè)8位的字。顯示寄存器的輸比與顯示掃描配合，不斷從顯示RAM中讀出顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)輪流驅(qū)動(dòng)被選中的顯示器件，以達(dá)到多路復(fù)用的目的，使顯示器件呈現(xiàn)穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。</p><p>　　顯示地址寄存器用來(lái)存放由CPU進(jìn)行讀/寫(xiě)顯示的RAM地址，它可以由命令設(shè)定，也可以

45、設(shè)置成每次讀寫(xiě)或?qū)懭胫笞詣?dòng)遞減。</p><p>　　1.6.2 管腳功能說(shuō)明</p><p>　　8279采用40引腳封裝，其管腳如圖1.12所示。</p><p>　　圖1.12 8279管腳圖</p><p>　　·RESET（復(fù)位）：輸入線(xiàn)，當(dāng)RESET=1時(shí)，8279復(fù)位，其復(fù)位狀態(tài)為16個(gè)字符顯示，編碼掃描鍵盤(pán)——雙鍵

46、鎖定，程序時(shí)鐘編程位31。</p><p>　　·（片選）：輸入線(xiàn)，當(dāng)＝0時(shí)8279被選中，允許CPU對(duì)其讀、寫(xiě)，否則被禁止。</p><p>　　·A0（數(shù)據(jù)選擇）：輸入線(xiàn)，當(dāng)A0=1時(shí)，CPU寫(xiě)入數(shù)據(jù)為命令字，讀出數(shù)據(jù)為狀態(tài)字；A0=0時(shí)CPU讀、寫(xiě)的字節(jié)均為數(shù)據(jù)。</p><p>　　·、（讀、寫(xiě)信號(hào)）：輸入線(xiàn)，低電平有效，來(lái)自C

47、PU的控制信號(hào)，控制8279的讀、寫(xiě)操作。</p><p>　　·IRQ（中斷請(qǐng)求）：輸出線(xiàn)，高電平有效。</p><p>　　·SL0～SL3（掃描線(xiàn)）：輸出線(xiàn)，用來(lái)掃描鍵盤(pán)和顯示器，它們可以編程設(shè)定為編碼（4中取1）或譯碼輸出（16取1）。</p><p>　　·RL0～RL3（回復(fù)）線(xiàn)：輸入線(xiàn)，它們是鍵盤(pán)或傳感器矩陣的列（或行）信

48、號(hào)輸入線(xiàn)。</p><p>　　·SHIFT（移位信號(hào)）：輸入線(xiàn)，高電平有效。該輸入信號(hào)是8279鍵盤(pán)數(shù)據(jù)的次高位（D6），通常用來(lái)擴(kuò)充鍵開(kāi)關(guān)的功能，可以用做鍵盤(pán)上、下檔功能鍵。在傳感器方式和選通方式中，SHIFT無(wú)效。</p><p>　　·CNTL/STB（控制/選通）：輸入線(xiàn)，高電平有效。</p><p>　　在鍵盤(pán)方式工作時(shí)，該輸入信號(hào)是

49、鍵盤(pán)數(shù)據(jù)的最高位（D7），通常用來(lái)擴(kuò)充鍵開(kāi)關(guān)的控制功能，作為控制功能鍵使用。</p><p>　　·OUTA0～OUTA3（A組顯示信號(hào)）：輸入線(xiàn)。</p><p>　　·OUTB0～OUTB3（B組顯示信號(hào)）：輸出線(xiàn)。</p><p>　　這兩組引線(xiàn)都是顯示數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)，與多位數(shù)字顯示的掃描線(xiàn)SL0～SL3同步。兩組可以獨(dú)立使用，也可以獨(dú)立使用。

50、</p><p>　　·（顯示消隱）：輸出線(xiàn)，低電平有效。該信號(hào)在數(shù)字切換或使用消隱命令時(shí)，將顯示消隱。</p><p>　　1.6.3 8279與鍵盤(pán)顯示器的連接</p><p>　　8279鍵盤(pán)/顯示器擴(kuò)展電路如圖1.13所示。</p><p>　　該電路中，顯示器采用共陰極接法，由驅(qū)動(dòng)器74LS05，7407對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。鍵盤(pán)

51、為4×4矩陣式，采用行掃描對(duì)鍵盤(pán)按鍵進(jìn)行查詢(xún)，從而調(diào)入相應(yīng)指令。</p><p>　　圖1.13 8279鍵盤(pán)顯示電路原理圖</p><p>　　1.6.4 LED報(bào)警電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)發(fā)生故障或處于某種緊急狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，本次設(shè)計(jì)采用的是鳴音報(bào)警。</p><p>　　壓電式蜂鳴器

52、約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，因此，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)，如圖1.14所示。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)器的輸入端接8051的P1.0。當(dāng)P1.0輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P1.0輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。</p><p>　　圖1.14 使用三極管作驅(qū)動(dòng)的

53、蜂鳴報(bào)警圖</p><p>　　1.7 溫度控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　通過(guò)單片機(jī)控制交流固態(tài)繼電器調(diào)節(jié)負(fù)載的功率而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。</p><p>　　固態(tài)繼電器控溫電路如圖1.15所示，采用Z型交流固態(tài)繼電器SSR，實(shí)現(xiàn)零觸發(fā)交流調(diào)功。SSR內(nèi)設(shè)光電隔離電路，可減少與電網(wǎng)間的相互干擾，這是一種較先進(jìn)的控制方法。</p><p>

54、　　圖1.15 溫控電路</p><p>　　MCS—51單片機(jī)的P27置1后，再清“0”，得到正脈沖經(jīng)反相后觸發(fā)555芯片，將有一個(gè)周期正弦波加到電爐絲上。單片機(jī)的P3.1控制555的2腳負(fù)脈沖在設(shè)定的周期T</p><p>　　內(nèi)出現(xiàn)的個(gè)數(shù)，就可以控制電爐絲的加熱功率。</p><p>　　1.8 溫度控制系統(tǒng)總電路圖</p><p>　

55、　溫度控制系統(tǒng)總電路圖如圖1.16所示</p><p>　　第2章 溫控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分三部分：第一部分為主程序；第二部分為鍵盤(pán)中斷服務(wù)程序；第三部分是定時(shí)采樣及處理程序。</p><p>　　2.1 主程序流程圖</p><p>　　主程序流程圖如圖2.1所示。</p><p&g

56、t;　　圖2.1 主程序流程圖</p><p>　　主程序主要進(jìn)行初始化，分配內(nèi)存單元及設(shè)置定時(shí)器參數(shù)，以便為系統(tǒng)正常工作創(chuàng)造條件。由于本系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道比較多，而且采樣數(shù)據(jù)為12位，（雙字節(jié)），加上一些給定值，如溫度上、下限報(bào)警給定值等，所占內(nèi)存單元較多，故本系統(tǒng)同時(shí)使用內(nèi)部RAM和外部RAM。主要任務(wù)是開(kāi)機(jī)復(fù)位自檢，系統(tǒng)初始化，溫度采樣，數(shù)據(jù)處理，定時(shí)顯示爐溫以及控制量輸出。</p><p&g

57、t;　　2.2 鍵盤(pán)掃描和譯碼過(guò)程的流程圖</p><p>　　鍵盤(pán)掃描顯示主要完成鍵盤(pán)的粗掃描，判斷有無(wú)鍵按下，以及按下鍵值的位置，并延時(shí)以消除鍵的抖動(dòng)。</p><p>　　圖2.2 鍵盤(pán)掃描及譯碼過(guò)程流程圖</p><p>　　2.3 通道數(shù)據(jù)采集的流程圖</p><p>　　數(shù)據(jù)采集是溫度控制不可缺少的部分。數(shù)據(jù)采集程序的主要任務(wù)是巡

58、回檢測(cè)爐內(nèi)5個(gè)點(diǎn)的溫度參數(shù)，巡回檢測(cè)的方法是先把8個(gè)通道各采樣一次，然后再采第二次，第三次，……直到每個(gè)通道均采樣5次為止。</p><p>　　圖2.3 通道數(shù)據(jù)采集流程圖</p><p>　　2.4 單片機(jī)主程序流程圖</p><p>　　單片機(jī)主程序的主要任務(wù)是初始化MODEM，讀取數(shù)據(jù)并保存，并對(duì)鍵進(jìn)行處理。</p><p>　　圖2

59、.4 單片機(jī)主流程圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，用8051單片機(jī)作為主控機(jī)，通過(guò)外部程序擴(kuò)展電路來(lái)實(shí)現(xiàn)大容量的軟件程序的輸入承載量，通過(guò)數(shù)據(jù)采集通道來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)爐內(nèi)各處溫度的檢測(cè)，在鍵盤(pán)及顯示電路一體化的情況下來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的輸入及對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。在CPU中把數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理后一方面送去顯示,并判斷是否需要報(bào)警

60、；另一方面與給定值進(jìn)行比較,然后根據(jù)偏差值進(jìn)行控制計(jì)算。本文一方面結(jié)合實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，力求做到較為系統(tǒng)和全面的介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施技術(shù)；另一方面盡可能反應(yīng)出溫控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，以及其先進(jìn)性和實(shí)用性。</p><p>　　本系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在軟件編程上選擇查詢(xún)方式，再進(jìn)行相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，通過(guò)所需的多機(jī)通信接口與總機(jī)的連接可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，不漏報(bào)的技術(shù)要求。，雖然目前的工業(yè)爐溫度控制技術(shù)已經(jīng)很先進(jìn)，但為了適應(yīng)

61、科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)爐溫的控制技術(shù)還需進(jìn)一步的提高。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 高海生.單片機(jī)及應(yīng)用技術(shù)大全[M].成都：西南交通大學(xué)出版社,1996.</p><p>　　[2] 王福瑞.單片微機(jī)測(cè)控技術(shù)大全[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,1999.</p><p&g

62、t;　　[3] 沙占友.新型單片機(jī)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2001.</p><p>　　[4] 侯自林.過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.</p><p>　　[5] 徐惠民等.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理、接口及應(yīng)用[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社,2000.</p><p>　　[6] 何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M

63、].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,1990.</p><p>　　[7] 周明德.微型計(jì)算機(jī)硬件、軟件及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社,1984.</p><p>　　[8] 王曉明.單片機(jī)教程[M].沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社,2001.</p><p>　　[9] 張偉.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002.</p><p&g

64、t;　　[10] 徐愛(ài)均.智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,1995. </p><p>　　[11] 張小春. KP表在電阻爐溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表，2005（1）：60-65.</p><p>　　[12] 皮大能，關(guān)鴻霞，南光群.一種實(shí)用的電爐控溫方法[J].自動(dòng)化儀表，2005（4）：63-64.</p><p>

65、　　[13] 楊長(zhǎng)松等.單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)干擾與抗干擾措施[J].自動(dòng)化與儀表,2003（1）：53-56.</p><p>　　[14] 蔡得聰.傳感器的發(fā)展方向及數(shù)字傳感器的地位[J].電氣自動(dòng)化,2001（10）：14-15.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在朱老師的指導(dǎo)下，我在近五個(gè)多月的時(shí)間里，將電加熱爐

66、溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成。</p><p>　　經(jīng)過(guò)這五個(gè)多月的設(shè)計(jì)，我把以前所學(xué)的課本理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，把理論真正的應(yīng)用到實(shí)踐中來(lái)，加深了對(duì)所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解并接觸到了許多新的知識(shí)，開(kāi)拓了視野，提高了自學(xué)能力。</p><p>　　由于經(jīng)驗(yàn)方面的欠缺，我在設(shè)計(jì)中遇到了一些困難，但在*老師的指導(dǎo)下，都一一得到了解決。*老師為我的設(shè)計(jì)提出了許多寶貴的意見(jiàn)和建議，并提供了許多與設(shè)計(jì)有關(guān)的資