2022年备份单片机的温度控制系统设计方案(毕业设.docx

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1、基于单片机的温度掌握系统设计摘 要随着国民经济的进展，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掌握；采纳单片机来对他们掌握不仅具有掌握便利，简洁和敏捷性大等优点，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；本设计采纳无 ROM的 8031 作为主掌握芯片； 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储备器；其中温度掌握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 联接在沟通 220V，50HZ沟通试点回路，在给定周期内， 8031 只要转变可控硅管的

2、接通时间便可转变加热丝功率，以达到调剂温度的目的；关键字：温度掌握；接口电路；可控硅/ 21DESIGN OFTEMPERATURECONTROLSYSTEM BASEDON SCMABSTRACTAlong with national economy development,the people need to each heating furnace、the heat-treatmentfurnace、in the reactor and the boiler the temperature carry on the monitor and the control. Not only us

3、es 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 us

4、es non-ROM 8031 totake 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

5、 bidirectional silicon-controlled rectifier tube and the heater seriesconnection in exchange220V,50HZ exchangecity electricity return route, in assignsin 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, achi

6、eves the attemperation the goal.Key words:Temperature contro；lConnection electric circui；trectifier目 录Silicon-controlled绪论 1第一章单片机温度掌握系统方案简介 2其次章单片机 32.1 单片机内部模块 32.1.1 MCS-51 单片机内部结构 32.1.2 MCS-51 输入/ 输出端口的结构与功能 32.1.3 MCS51 单片机的引脚及其功能 42.1.4 8031系统扩展设计 52.2 单片机外总线结构 52.3 芯片的扩展设计 52.4 单片机温控模块 7第三章系

7、统硬件设计 83.1系统总体设计 83.2 8155 接口电路 83.3 A/D 转换电路 103.4 可控硅掌握电路 10第四章系统软件设计 134.1 主程序流程图 134.2 T0 中断服务程序 144.3 采样子程序 184.4 数字滤波程序 19总 结 21参考文献 22绪 论温度掌握系统在国内各行各业的应用虽然已经特别广泛，但从国内生产的温度掌握器来讲，总体进展水平仍旧不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍旧有着较大的差距；成熟的温控产品主要以“点位” 掌握及常 规的 PID掌握器为主， 它 们只能适应一 般温度系统掌握，而用于较高掌握场合的智能化、自适应掌握外表，国内技术仍不

8、十分成熟，形成商品化并广泛应用的掌握外表较少；本设计使用单片机作为核心进行掌握；单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特殊是体积小，重量轻，耗能低，牢靠性高，抗干扰才能强和使用便利等特殊优点，在数字、智能化方面有广泛的用途；本系I / 21统所使用的单片机8031 有 128K 的 RAM，使温度掌握大为简便；第一章 单片机温度掌握系统方案简介单片机温度掌握系统是以 MS-5l单片机为掌握核心，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掌握的微机掌握系统；其系统结构框图可表示为: 系统采纳单闭环形式，其基本掌握原理为: 将温度设定值 即输入掌握量和温度反馈值同时送入掌握电路部分，然

9、后经过调剂器运算得到输出掌握量，输出掌握量掌握驱动电路得到掌握电压施加到被控对象上，电炉因此达到肯定的温度；给定值8031 掌握电路驱动晶闸管被控输出电路主电路对象温度采样电路图1.1掌握电路的设计其次章单片机1 / 21单片机是单片微型运算机 SCMsingle chip micro-computer的译名简称，在国内也常简称为“单片机”；它包括中心处理器CPU、随机储备器 RAM、只读储备器 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掌握领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以 及对应用对象的掌握；它具有体积小、重量轻、价格低、牢靠性高、耗电少和 敏

10、捷机动等很多优点，单片微型运算机 简称单片机 是微型运算机的一个重要分支，也是一种特别活跃和颇具生命力的机种，特殊适合用于智能掌握系统；2.1 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；2.1.1 MCS-51 单片机内部结构8031 单片机内部结构见图 2.1 ；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

11、口等组成；其中震荡时序与时钟组成定时掌握部件；图 2.1 8031单片机功能方框图2.1.2 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；为便利起见，我们把 4 个端口和其中的锁存器都统称 P0P3；在拜访片外扩展储备器时，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；在无片外扩展储备器的系统中，这4 个口的每一位均7 / 21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

12、采纳外部总线结构时，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，但应用系统采纳外部系统采纳总线结构时，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，每一位均具有其次功能，每一位的两个功能不能同时使用；2.1.3 MCS51 单片机的引脚及其功能MCS-51单片机采纳 40 引脚的双列直插封装形式；1） 主电源引脚 VCC和 VSSVSS40脚）：主电源 +5V，正常操作的对 EPROM编程及验证时均接 +5V 电源；VSS20脚）：接地；2） XT

13、AL119脚）和 XTAL218脚）：接外部晶振的两个引脚；3） RST/VPD、ALE、/PROG 、PSEN 掌握信号引脚；RST/VPD9脚）：单片机复位 / 备用电源引脚；刚接上电源时，其内部寄存器处于随机状态，在引脚上输入连续两个机器周期的高电平将使单片机复位；VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，一旦芯片在使用中VCC电压突然下降或短电，能爱护片内 RAN中信息不丢失，使复电后能连续正常运行；ALE、/PROG30 脚）：当拜访片外储备器时， ALE 的输出用于锁存低字节地址信号；即使不拜访片外储备器， ALE 端仍以不变的频率周期性地显现脉冲信号；其频率为振荡器频率 1/6 ；因

14、此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时的目的；应留意的是：当拜访片外数据储备器时，将跳过一个ALE脉冲； ALE端可以驱动 8 个 LSET负载；对含有 EPROM的单片机，片内 EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲PROG ）；PROG29 脚）：输出拜访片外程序储备器的读选通信号； CPU在从片外程序储备器取指令 或常数）期间，每个机器周期两次有效；每当拜访片外存储器时，这两次有效的 PROG 信号将不会显现；该端同样可驱动8 个 LSTTL负载；EA/VPP31 脚）：当 EA 输入端输入高电平常， CPU可拜访片内程序储备器 4KB的地址范畴；如 PC值超出 4KB地址时，将自动

15、转向片外程序储备器；当 EA输入低电平常，不论片内是否有程序储备器，就CPU只能拜访片外程序储备器；2.1.4 8031系统扩展设计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 三2线总线或 I C 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，仍是并行扩展法占主导位置；在本设计中，由于储备数据比较少，单片机内部的数据储备器能满意需要，故不需再扩展片外储备器；2.2 单片机外总线结构微型运算机大多数 CPU外部都有单独的地址总线、数据总线和掌握总线， 而 MCS51 单片

16、机由于受到芯片管脚的限制，数据线和地址线 程序储备器简介常见的 EPROM有： 2716容量 2K 8 位）、2732容量 4K 8 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；维护或编程禁止时 O0O7呈高阻抗；CE：片选信号输入线，“ 0”扩展方法扩展程序储备器时，一般扩展容量大于 256 字节，因此，除了由 P0 口供应低 8 位地址线外，仍需由 P2 口供应如干地址线，最大的

17、扩展范畴位 64K 字节，即需 16 位地址线；详细方法是 CPU应向 EPROM供应三种信号线；即A：数据总线： P0口接 EPROM地 O0O7D7D0；B：地址总线： P0口经锁存器向 EPROM供应地址低 8 位，P2 口供应高 8 位地址以及片选线；扩展的程序储备器到底需要多少位地址线，应依据程序储备 器容量和选用的 EPROM芯片容量而定；C：掌握总线： PSEN 片外程序储备器取指令掌握信号，接EPROM的“OE”；ALE接锁存器的 G；EA 接地； 2） 数据储备器设计由于算法的需要，在储备器中需要储备24 个从 A/D 片出来的数据，即需要 24 单元的储备单元；在 8031

18、 的内部数据储备区低 128 字节 RAM中 30H7FH 共 80 个储备单元使用户 RAM区，完全可以容纳下 24 个数据以及其运算过程中的暂时数据，故不需要在另外扩展片外数据储备器；我选用的 EPRO芯M 片为 2764；连接如图 2.3图 2.3 2764 与 8031 连接图2.4 单片机温控模块温度检测元件和变送器的挑选和被控温度及精度等级有关；本设计采纳镍铬/ 镍铝热电偶，此电偶用于0 1000的温度测量范畴，相应的输出电压为 0mV-41.32mV.5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范畴内的电流

19、；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 范畴的电压；4001000，就热电偶输出为 16.4mV-41.32mV,毫伏变送器零点迁移后输出 0-10mV范畴电流；这样，采纳 8 位 A/D 转换器就可以使量化误差达到正负2.34 度以内；第三章系统硬件设计3.1 系统总体设计系统掌握主电路是由 8031及其外围芯片，及一些帮助的部分构成的；3.2 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 型单片机接口简洁，是单片机应用系统中广泛使用的芯片；图 3.2

20、 带有 I/O接口和计时器的静态 RAM81558155 用作键盘 /LED显示器接口电路，当 IO/为高电平常， 8155 选通片10 / 21内的 I/O 端口；A,B,C 三个口可以作为扩展的 I/O 口使用， MCS PO口与 8155 的 AD0AD7相连；51 单片机的2MCS 51 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；相应地址安排为：0000H-00

21、FFH8155内部 RAM0100H命令/ 状态口0101HA口0102HB口0103HC口0104H定时器低八位口0105H定时器高八位口3.3 A/D转换电路图 3.3 A/D转换电路图ADC0809的 IN0 上输入的 0V-+5V范畴的模拟电压经 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；第一输入地址挑选信号，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；然后输入启动转换掌握信号 START启动转换；3.4 可控硅掌握电路8031 对温度的掌握是通过可控硅调控器实现的；如图3.4 所示，图 3.4可控硅功输出与通断时间关系

22、双向可控硅管和加热丝串联接在沟通 220V，50Hz沟通试点回路；在给定的周期 T 内， 8031只要转变可控硅管的接通时间便可转变加热丝功率，以达到调剂温度的目的；图 3.4 示出了可控硅管在给定周期 T 内具有不同接通时间的情形；明显，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掌握板上掌握脉冲掌握；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掌握极上；通常，电阻炉炉温掌握采纳偏差掌握法；掌握论告知我们， PID 掌握的抱负方程是：式中 e测量值与给定值之间的偏差；TD微分时间 :T -积分时间；

23、KP调剂器的放大系数 .将上式离散化得到数字 PID位置式算法式中在位置式算法的基础之上得到数字 PID增量式算法：3.1）3.2）送 A2CH2DH.NYY2CH2DH.N2CH 2DH16 / 21CMP6:MOV2AH,A RET图 4.4数字滤波程序流程图总 结本设计使用无ROM的 8031 作为主控芯片进行掌握，单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特殊是体积小，重量轻，耗能低，牢靠性高，抗干扰 才能强和使用便利等特殊优点，在数字、智能化方面有广泛的用途；其中的温 控系统采纳镍铬 / 镍铝热电偶，此电偶用于0 1000的温度测量范畴，相应的输出电压为 0mV-41.32mV温. 度是

24、工业对象中的一个重要的被控参数，在本系统中，如采纳模糊掌握或者神经网络及遗传算法掌握，这些掌握技术会大大提高掌握精度，不但使掌握简捷，降低了产品的成本，提高了生产效率；我在以后的设计试验中会加以致用，取得更好的成果；参考文献1 何立民 . 单片机高级教程应用 M.北京：北京航空航天高校出版社，2000，3 142 赖寿宏. 微型运算机掌握技术 M.北京：机械工业出版社 .2003 ，21 42.3 康华光主编 . 电子技术基础 M. 北京：高等训练出版社， 1998， 121142.4 秦实宏等 . 单片机原理与应用技术 M. 北京：中国水利水电出版社 ,2005 ， 2748.18 / 215 李洪编著 .Protel 99电路设计 Z.北京：人民交通出版社， 2000，61 92.6 方大千等 . 有用电子掌握电路 M. 北京：国防工业出版社， 2002,234 304.7 曹巧媛. 单片机原理及应用 M. 北京：电子工业出版社， 1997,125186.8 李华等 . 单片机有用接口技术 M.北京：北京航空航天高校出版社，2002，6072.9 周慈航 . 单片机程序设计基础 M.北京：北京航空航天高校出版社，1999,156214.10 陆子明 . 单片机设计与应用基础教程M. 北京 : 北京国防工业出版社,2005,126 210.