基于c51的温度控制系统的设计111.doc

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1、 1 引言1.1 课题研究的目的和意义当今社会，温度测量系统被广泛的应用于社会生产、生活的各个领域。在工业、环境检测、医疗、庭等多方面均有应用。同时单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛。在很多电子产品中也将其用到温度检测和温度控制。目前温度测量系统种类繁多，功能参差不齐。有简单的应用于家庭的如空调，电饭煲、太阳能热水器，电冰箱，等家用电器的温度进行检测和控制。采用AT89S51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，为自动化和各个测

2、控领域中广泛应用的器件，在日常生活中成为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。因此，单片机对温度的控制问题是一个日常生活中经常会遇到的问题。本论文以上述问题为出发点，设计实现了温度实时测量、显示、控制系统。以AD590为采集器，89S51为处理器，空调相应电路为执行器来完成设计任务提出的温度控制要求。设计过程流畅，所设计的电路单元较为合理。该设计在硬件方案设计，单元电路设计，元器件选择等方面较有特色。1.2 温度控制系统的国内外现状通过网上查询、翻阅图书了解到目前国内外市场以单片机为核心的温度控制系统很多，而且方案灵活，且应用面比较广，可用于工业上的加热炉、热处理炉、反应炉，

3、在生活当中的应用也比较广泛，如热水器，室温控制，农业中的大棚温度控制。以上出现的温度控制系统产品，根据其系统组成、使用技术、功能特点、技术指标。选出其中具有代表性的几种如下：1 虚拟仪器温室大棚温度测控系统在农业应用方面虚拟仪器温室大棚温度测控系统是一种比较智能，经济的方案，适于大力推广，改系统能够对大棚内的温度进行采集，然后再进行比较，通过比较对大棚内的温度是否超过温度限制进行分析，如果超过温度限制，温度报警系统将进行报警，来通知管理人员大棚内的温度超过限制，大棚内的温控系统出现故障，从而有利于农作物的生长，提高产量。本系统最大的优点是在一台电脑上可以监测到多个大棚内的温度情况，从而进行控制

4、。该系统LabVIEW虚拟仪器编程，通过对前面板的设置来显示温室大棚内的温度，并进行报警，进而对大棚内温度进行控制。该系统有单片机，温度传感器，串口通信，和计算机组成。计算机主要是进行编程，对温度进行显示、报警和控制等；温度传感器是对大棚内温度进行测量，显示；单片机是对温度传感器进行编程，去读温度传感器的温度值，并把半温度值通过串口通信送入计算机；串口通信作用是把单片机送来的数据送到计算机里，起到传输作用7。2 电烤箱温度控制系统该方案采用美国TI公司生产的FLASH型超低功耗16位单片机MSP430F123为核心器件，通过热电偶检测系统温度，用集成温度传感器AD590作为温度测量器件利用该芯

5、片内置的比较器完成高精度AD信号采样，根据温度的变化情况，通过单片机编写闭环算法，从而成功地实现了对温度的测量和自动控制功能。其测温范围较低,大概在0-250之间，具有精度高，相应速度快等特点。3 小型热水锅炉温度控制系统该设计解决了北方冬季分散取暖采用人工定时烧水供热，耗煤量大，浪费人力，温度变化大的问题。设计方案硬件方面采用MCS-51系列8031单片机为核心，扩展程序存储器2732，AD590温度检测元件测量环境温度和供水温度，ADC0809进行模数转换，同向驱动器7407、光电耦合器及9103的功放完成对电机的控制。软件方面建立了供暖系统的控制系统数学模型。本系统硬件电路简单,软件程序

6、易于实现。它可用于一台或多台小型取暖热水锅炉的温度控制,可使居室温度基本恒定,节煤,节电,省人力。1.3 温度控制系统方案结合本设计的要求和技术指标，通过对系统大致程序量的估计和系统工作速度的估计，考虑价格因素。选定AT89S51单片机作为系统的主要控制芯片，8位模数转换器AD0809，采用AD509进行温度采集，温度设定范围为-10 45，通过温度采集系统，对温度进行采集并作A/D转换，再传输给单片机。以空调机为执行器件，通过单片机程序完成对室内温度的控制。1.4 论文的主要任务和所做的工作本论文主要是完成一种低成本、低价格、功能齐全、及温度测量、温度显示、温度控制于一体的单片机温度控制系统

7、的理论设计。包括硬件电路和主要的软件设计。研究的关键问题是：室温的精确测量；温度采集器AD590温度控制电路设计；单片机与A/D转换电路、显示电路以及软件设计。根据本设计所要完成的任务本论文完成了如下工作：1介绍了研究和设计的背景和意义，调查并综述了当前温度控系统市场的国内外现状，2 提出了符合设计要求的高精度温度控制系统方案，并阐述了其工作原理。3 完成了硬件电路的设计，它包括温度采集系统电路；包含89S51单片机，模数转换器ADC0809等芯片的接口电路；通过AD590实现的温度控制采集电路;键盘接口和LED显示电路。4 基本完成了软件部分设计，它包括主程序流程图，A/D转换子程序，显示子

8、程序，主程序清单。2 单片机温度控制系统总体方案设计及原理2.1系统的主要要求（1）温度设定范围为-10 45，最小区分温度为1，标定温差小于等于1。（2）用二位十进制数码显示当前温度。（3）能根据设定的温度实现加热或降温处理。（由于元器件和设计成本问题，在本设计中加热和降温处理电路由发光二极管代替）（4）设计出控制系统电路单元。2.2系统的工作原理在温控系统中，需要将温度的变化转换为对应的电信号的变化，选用89S51单片机为中央处理器，通过温度传感器对空气进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动空调机的加热或降温循环对空气

9、进行处理，从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。工作流程说明如下：开始，先接通电源，三段数码管显示器就自动显示出当前温度，并且显示出设置温度的缺省值000。按下S1按键，功能转换键，按此键则开始键盘控制。此时可以通过键盘输入预设置的温度。按下S2加，按此键则温度设定加1度。按下S3减，按此键则温度设定减1度。S4复位键，使系统复位。就这样通过温度芯片的反馈信息，实现温度保持在设置温度上，从而达到自动控制温度的功能。2.3 系统的主要技术指标测温范围 ：-55- +100 温度分辨率：0.5VLED显示位数：32.4 系统的总体结构系统的硬件电路有温度传感器、A/D转换、LED显示等部分组成，

10、总体方案结构见图2-1所示（加热）输入部分显示部分驱动控制驱动控制（制冷）温度传感器空气89S51A/D转换器图 2-1 空调温度控制单元结构图实现方案的技术路线为：用按钮输入标准温度值，用LED实时显示环境温度，用驱动电路控制完成加热和制冷调节。用汇编语言完成软件编程。 3 温度控制系统硬件单元方案设计与选择硬件设计部分将先寻找电源电路最合适的设计方案，在进行单元电路设计。最后介绍所用到的两个特殊元件。3.1 温度传感部分要求对温度和与温度有关的参量进行检测，应考虑用热电阻传感器。按照热电阻的性质可分为半导体热电阻和金属热电阻两大类，前者通常称为热敏电阻，后者称为热电阻。方案1：采用热敏电阻

11、，这种电阻是利用对温度敏感的半导体材料制成，其阻值随温度变化有明显的改变。负温度系数热敏电阻器通常是由锰，钴的氧化物烧制成半导体陶瓷制成。其特点是在工作温度范围内电阻阻值随温度的上升而降低。可满足40 90测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，不适用于检测小于1的信号；而且线性度很差，不能直接用于A/D转换，应该用硬件或软件对其进行线性化补偿。方案2：采用温度传感器铂电阻Pt1000.铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，他能用作工业测温元件，且此元件线性较好。在0 100时最大非线性偏差小于0.5铂热电阻与温度的关系是，Rt=R0(1+At+Bt*t)；其中Rt是温度为t

12、摄氏度时的电阻；R0是温度为0时电阻；t为任意温度值，A、B为温度系数。但其成本太贵，不适合做普通设计。方案3：采用集成温度传感器，如常用的AD590和LM35。AD590是电流型温度传感器。这种器件是以电流作为输出量指示温度，其典型的电流温度敏感度是1A/K.它是二端器件，使用非常方便，作为一种高阻电流源，他不需要严格考虑传输线上的电压信号损失噪声干扰问题，因此特别适合作为远距测量或控制用。另外，AD590也特别适用于多点温度测量系统，而不必考虑选择开关或CMOS多路转换开关所引起的附加电阻造成的误差。由于采用了一种独特的电路结构，并利用最新的薄膜电阻激光微调技术校准，使得AD590具有很高

13、的精度。并且应用电路简单，便于设计。方案选择：选择方案3。理由：电路简单稳定可靠，无需调试，与A/D连接方便。 3.2 A/D转换部分模/数转化器是一种将连续的模拟量转化成离散的数字量的一种电路或器件模拟信号转换为数字信号一般需要经过采样保持和量化编码两个过程。针对不同的采样对象，有不同的A/D转换器（ADC）可供选择，其中有通用的也有专用的。有些ADC还包含有其他功能，在选择ADC器件时需要考虑多种因素，除了关键参数、分辨率和转换速度以外，还应考虑其他因素，如静态与动态精度、数据接口类型、控制接口与定时、采样保持性能、基本要求、校准能力、通道数量、功耗、使用环境要求、封装形式以及与软件有关的

14、问题。ADC按功能划分，可分为直接转换和非直接转换两大类，其中非直接转换又有逐次分级转换、积分式转换等类型。A/D转换器在实际应用时，除了要设计适当的采样/保持电路、基准电路和多路模拟开关等电路外，还应根据实际选择的具体芯片进行模拟信号极性转换等的设计。方案1：采用分级式转换器，这种转换器采用两步或多步进行分辨率的闪烁式转换，进而快速地完成“模拟-数字”信号饿转换，同时可以实现较高的分辨率。例如在利用两步分级完成n位转换的过程中，首先完成m位的粗转换，然后使用精度至少为m位的数/模转换器（ADC）将此结果转换达到1/2的精度并且与输入信号比较。对此信号用一个k位转换器（k+m=n）转换，最后将

15、两个输出结果合并。方案2：采用积分型A/D装换器，如ICL7135等。双积分型A/D转换器转换精度高，但是转换速度不太快，若用于温度测量，不能及时地反应当前温度值，而且多数双击分型A/D转换器其输出端多不是而二进制码，而是直接驱动数码管的。所以若直接将其输出端接I/O接口会给软件设计带来极大的不方便。方案3：采用逐次逼近式转换器，对于这种转换方式，通常是用一个比较输入信号与作为基准的n位DAC输出进行比较，并进行n次1位转换。这种方法类似于天平上用二进制砝码称量物质。采用逐次逼近寄存器，输入信号仅与最高位（MSB）比较，确定DAC的最高位（DAC满量程的一半）。确定后结果（0或1）被锁存，同时

16、加到DAC上，以决定DAC的输出（0或1/2）。逐次逼近式A/D转换器，如ADC0809、AD574等，其特点是转换速度快，精度也比较高，输出为二进制码，直接接I/O口，软件设计方便。ADC0809芯片内包含8位模/数转换器、8通道多路转换器与微机控制兼容的控制逻辑。8通道多路转换器能直接连通8个单端输入信号中的任何一个。由于ADC0809设计时考虑到若干种模/数转换技术的优点，所以该芯片非常适合于过程控制、微控制器输入通道的结合口电路、智能仪器和机床控制等应用场合，并且价格低廉，降低设计成本。方案选择：选择方案3。理由：用ADC0809采样速度快，配合温度传感器应用方便，价格低廉，降低设计成

17、本。3.3 数字显示部分通常用的LED显示器有7段或8段“米”字段之分。这种显示器有共阳极和共阴极两种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示器的工作原理也一样。方案1：采用静态显示方式。在这种方式下，各位LED显示器的共阳极（或共阴极）连接在一起并接地（或电源正），每位的段选线分别与一8位的锁存器输出相连，各个LED的显示字符一旦确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止，正因为如此静态显示器的亮度都较高。若用I/O口接口，这需要占用N*8位I/O口（LED显示

18、器的个数N）。这样的话，如果显示器的个数较多，那使用的I/O接口就更多，因此在显示位数较多的情况下，一般都不用静态显示。方案2：采用动态显示方式。当多位LED显示时通常将所有位的段选线相应的并联在一起，由一个8位I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别有相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。其中段选线占用一个8位I/O口，而位选线占用N个I/O口（N为LED显示器的个数）。由于各位的段选线并联，段码的输出对各位来说都是相同的，因此，同一时刻，如果各位选线都处于选通状态的话，那LED显示器将显示相同的字符。若要各位LED能显示出与本为相同的字符，就必须采用扫描显示方式，

19、即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字符的段码。这种显示方式占用的I/O口个数为8+N（N为LED显示器的个数），相对静态显示少了很多，但需要占用大量的CPU资源，当CPU处理别的事情时，显示可能出现闪烁或者不显示的情况。方案3：采用移位寄存器扩展I/O口，只需要占用3个I/O口即数据（DATA）、时钟（CLOCK）、输出使能（OUTPUT ENABLE）,从理论上讲就可以无限制地扩展I/O口，而且显示数据为静态显示，几乎不占用CPU资源。采用扩展口后，又能采用静态显示，这样，既解决了静态显示占用I/O口多的问题，也解决了

20、动态显示不稳定、容易闪烁、占用CPU资源过多的问题。方案选择：选择方案3。理由：非常节约I/O口，又有静态显示的特点，亮度高，节约CPU的使用率。3.4 加热降温驱动控制电路采用光耦合双向可控硅驱动电路。它能够达到加热效果，开关量控制容易，驱动简单，驱动系统的抗干扰能力强。由于买不到元件，在该电路的实际焊接中用发光二极管代替。这里就不做详细介绍。3.5 键盘输入部分常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口。方案1：采用4*4矩阵键盘输入，这种接口方式适用于按键数量较由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。矩阵键盘的工作原理是按键设置在行、列交叉点上，行、列线分别连接到按键开关的两端

21、。行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态由与此电平相连的列线电平决定。列线电平如果为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平为高。这是识别矩阵键盘是否被按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平，因此，各按键彼此将相互发生影响，所以不必将行、列线信号配合起来并作适当处理，才能决定闭合键位置。对于矩阵式键盘，矩阵的键盘由行号和列号唯一决定，所以分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。但这种编码对于不同行的键，离散性大，并且编码的复杂度与键盘的个数成正

22、比，因此不适合在出入量较小的设计中。方案2：采用独立式按键接口。这种方式是各种键盘相互独立。每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需占用一根输入口线，在按键数量较多时需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。独立式按键电路按键直接与单片机的I/O口线相接，通过读I/O口，判定各I/O口线的电平状态，即可识别出按下的按键。方案选择：选择方案2。理由：减少单片机的I/O口的使用，设计简单。配置灵活，软件简单。虽然

23、每个按键需占用一根输入口线，但该设计所用按键较少。4 温度控制系统的单元电路设计4.1 温度采集电路温度采集系统主要由AD590、OP-07。ICL8069组成，如图4-1所示图 4-1 温度采集系统电路选用温度传感器AD590，AD590具有较高精度和重复性（重复性优于0.1，其良好的非线形可以保证优于0.1的测量精度，利用其重复性较好的特点，通过非线形补偿，可以达到0.1测量精度）。超低温漂移高精度运算放大器OP-07将“温度-电压”信号放大。便于A/D进行转换，以提高温度采集电路的可靠性。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0时输

24、出为0，温度25时输出为2.982V。电流输出型的灵敏度为1A/K。这样便于A/D转换器采集数据。4.2 A/D转换电路选用89S51作为中央处理器，A/D转换器选用ADC0809，其连接电路如图4-2所示。图4-2 单片机与A/D转换连接电路用单片机控制ADC时，多数采用查询和中断控制两种方式。查询法是在单片机把启动命令送到ADC之后，执行别的程序，同时对ADC的状态进行查询，以检查ADC变换是否已经完成，如查询到变换已结束，则读入转换完毕的数据。中断控制是在启动信号送到ADC之后，单片机执行别的程序。当ADC转换结束并向单片机发出中断请求信号时，单片机响应此中断请求，进入中断服务程序，读入

25、转换数据，并进行必要的数据处理，然后返回到原程序。这种方法单片机无需进行转换时间管理，CPU效率高，所以特别适合于变换时间较长的ADC。本设计采用查询方式进行数据收集。由于ADC0809片内无时钟，故运用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。因为ALE信号的频率是单片机时钟频率的1/6，如果时钟频率为6MHz,则ALE信号的频率为1MHz，经二分频后为500kHz，与AD0809时钟频率的典型值吻合。由于AD0809具有三态输出锁存器，故其数据输出引角可直接与单片机的总线相连。地址码引脚ADDAC分别与地址总线的低3位A0、A1、A2相连，以选通IN0IN7中的一个通

26、道。采用单片机的P2.7（地址总线最高位A15）作为A/D的片选信号。并将A/D的ALE和START脚连在一起，以实现在锁存通道地址的同时启动ADC0809转换。启动信号由单片机的写信号和P2.7经或非门而产生。在读取转换结果时，用单片机的读信号和P2.7经或非门加工得到的正脉冲作为OE信号去打开三态输出锁存器。编写的软件按下列顺序动作：令P2.7=A15=0,并用A0、A1、A2的组合指定模拟通道的地址；执行一条输出指令，启动A/D转换；然后根据所选用的是查询、中断、等待延时三种方式之一的条件去执行一条输入指令，读取A/D转换结果。ADC0809是一个8路8位逐次逼近的A/D转换器。AD08

27、09的转换时间为100s。在CPU启动A/D命令后，便执行一个固定的延时程序，延时时间应略大于A/D的转换时间；延时程序一结束，便执行数据读入指令，读取转换结果。我们只用了其一路AD转换，参考电压2.56V，即一位数字量对应10mV即1。所以用起来很方便。4.3 显示电路采用74LS164与单片机相连，如图4-3所示。进行I/O口扩充，并通过74LS164与LED连接达到显示的目的。74LS164是8位串入并出移位寄存器，当单片机串行口工作在方式0的发送状态时，串行数据由P3.0(RXD)送出，移位时钟由P3.1(TXD)送出。在移位时钟的作用下，串行口发送缓冲器的数据一位一位的移入74LS1

28、64中。需要指出的是，由于74LS164无并行输出控制端，因而在串行输入过程中，其输出端的状态会不断的变化，故在某些固定场合。在74LS164的输出端应加接输出三态控制。其传输方式采用串行口方式0的数据传送，可采用中断方式，也可采用查询方式，无论哪种方式，都要借助于TI或RI标志。串行发送时，可以靠TI置位（发完一帧数据后）引起中断申请，在中断服务程序中发送下一帧数据，或者通过查询TI的状态，只要TI为0就继续查询，TI为1就结束查询，发送下一帧数据。在串行接收时，则由RI引起中断或对RI查询来确定何时接收下一帧数据。无论采用什么方式，在开始通讯之前，都要先对控制寄存器SCON进行初始化。在方

29、式0中，将00H送SCON就可以了。 显示采用3位共阳LED静态显示方式，显示方式有温度值的十位、个位及负位，这样就可以只用P3.0（RXD）口来输出显示数据，从而节省单片机端口资源，在P3.1(TXD)的控制下通过74LS164来实现3位静态显示。就是每一个显示器都占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形代码，因此，使用这种方法单片机中CPU的开销较小。图4-3 显示电路4.4 驱动控制电路光耦合双向可控硅驱动器是一种单片机是输出和双向可控硅之间较理想的接口器件，它由输入和输出两部分组成，输

30、入部分为砷化镓发光二极管，该二极管在5mA15mA正向电流作用下发出足够强度的红外光，触发输出部分。输出部分为硅光敏双向可控硅，在红外线作用下可双向导通。该器件为六引脚双列直插式封装。（由于买不到元件，在该电路的实际焊接中用发光二极管代替，这里就不做详细介绍）。4.5 键盘电路采用独立式按键设计，如图4-5所示。图 4-5 键盘电路每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。软件设计采用查询方式和外部中断相结合的方法来设计，低电平有效。按键直接与89S51的I/O口线相连接。通过读I/O口的电平状态，即可识别出按下的按键。4个按键分别接到P1.0、P1.1

31、、P1.2和RST。对于这种键各程序可以采用中断查询的方法，功能就是：检测是否有键闭合，如有键闭合，则去除键抖动，判断键号并转入相应的键处理。其功能很简单，4个键定义如下。P1.0:S1 功能转换键，按此键则开始键盘控制。P1.1:S2加，按此键则温度设定加1度。P1.2:S3减，按此键则温度设定减1度。P1.4:S4复位键，使系统复位。4.6 电源电路电源也不能小视，每一个系统的电源都不容马虎，电源虽然简单，但需要功能可靠。通过对电路的观察，发现设计所有电源都是直流电源+5V.可由直流稳压电源提供。 5 温度控制系统的软件设计5.1 主程序流程图及子程序流程图软件设计从主程序流程图设计开始，

32、一次编制出各子程序。5.1.1 主程序设计本程序主程序流程图如图5-1所示。程序启动后，首先清理系统内存，然后进行采集，并通过A/D转换后，传输到单片机，再由单片机控制显示设备，显示现在的温度，然后系统进入待机状态，等待键盘输入设定为温度，然后系统将设定温度与现在温度进行比较，得出结果后，启动制冷系统或是加热系统。主程序开始采集温度查询温度调A/D程序调显示程序要控制温度？键盘输入设定值 和设定值比较启动加热/降温温度采集和比较与设定值相等？是N否是否 图 5-1 主程序流程图5.1.2 A/D转换子程序设计图5-2是A/D转换子程序流程图。89S51给出一个脉冲信号启动A/D转换后，ADC0

33、809对接受到的模拟信号进行转换，这个转换过程大约需要100s,系统采用的是固定延时程序，所以在预先设定的延时后，89S51直接从ADC0809中读取数据。A/D入口启动A/D转换查询EOC读取转换数据压缩BCD码作未压缩处理整理好的十位和个位分别存入某地址单元子程序结果 图 5-2 A/D转换子程序5.1.3显示子程序设计当系统传送一个字节数给74LS164时，利用UART模式0。把DISPLAY_DATA中的初始数显示到LED1和LED2，十位数值显示到LED1，个位数值显示到LED2；当十位数值为0时LED1不显示。每位数值的显示时间由DISPLAY_TIME确定。程序流程图如图5-3所

34、示。显示子程序入口送设定值（70H）到A带C标志移位送C到I/O口（8次）字节送完？送采集值（7H）到A带C标志移位送C到I/O口（8次）字节送完？是N否否子程序结束是图 5-3 显示子程序流程图5.2 温控程序流程图温度控制程序的设计应考虑如下问题：1 温度采样，程序2 键盘扫描，键码识别和温度显示程序3 温度标高度AD590以及转换程序为简化起见，本设计思想只给出有关89S51本身的初始化，温度显示和键盘扫描等程序，详细见附录源程序清单，程序框图如图5-4所示。 开 始89S51系统初始化输入被控参数键盘显示控程序运 行 吗？N开中断Y 图 5- 4主程序流程简图 5.2.1 键盘扫描和温

35、度显示程序设计1. 为了简化电路，降低成本，将所有的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而选通断采用分时选通，LED显示器工作于共阳极动态显示，显示子程序流程图如图5-5所示。2 本设计采用独立式按键设计，单片机对它的控制采用程序扫描即中断查询方式，A口为选通口，B口为显示口，C口为查询输入口。键盘扫描子程序功能如下：（1）判断键盘上有无键按下，方法为：每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。软件设计采用查询方式和外部中断相结合的方法来设计，低电平有效。按键直接与89S51的I/O口线相连接。通过读I/O口的电平状态，即可识别出按下的按键。4个按

36、键分别接到P1.0、P1.1、P1.2和RST。 （2）去键的机械抖动影响：在判断有键按下后，软件延时一断时间（5ms10ms）后再判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，则认为确实有键被按下；否则，按照键抖动处理。（3）判别闭合键的键号：对键盘的列线进行扫描，扫描口为PA0PA7，依次输出扫描字为FEH，FDH，FBH，F8H，EFH，DFH，BFH，7FH，读出PC口的状态，若全为1则列线输出为0的 这一列上没有键闭合；否则，这一列有键闭合。闭合键的键号等于处于低电平的列号加上低电平的行的首键号，例如：PA口的输出为11111101，读出PC1PC0为01，则1行1列的键闭合，（4）CPU对键

37、的一次闭合仅作一次处理，采用的方法是等待键释放后再将键号送入累加器A中。键盘扫描子程序流程图如图5-5所示。调用子程序延迟12ms开始有键闭合否？有键闭合否？闭合键释放？判断闭合键键号栈键入键号A返回YYYNNN 图5-5 键盘扫描子程序流程图 5.2.2 温度采样采样子程序：流程图如图5-6所示。采样值起始地址送R0采样次数送R2选通IN0启动AD590延时A/D完成？所有采样结束返回YNN 图5-6 采样子程序流程图一般微机应用系统前向通道中，输入信号均含有个中噪音和干扰，它们来自被测信号源、传感器、外界干扰。为了进行准确的测量和控制，必须消除被测信号中的噪音和干扰，噪音有两大类：一类为周

38、期性的，另一类为不规则随机的 。前者的典型代表为50HZ的工作干扰。对于这类信号要采用硬件滤波电路能有效地消除影响。后者为随机信号，可采用数字滤波方法予于消除。所谓数字滤波，就是通过程序计算或判断来减少干扰在信号中的比重，故实际上它是一中程序滤波。经常采用的是中值滤波、去极值法可对采样的信号进行数字滤波，以消除常态干扰。数字滤波子程序FILTER：用滤波来控制对现场的采样值的干扰。数字滤波程序的算法很多，现以中值滤波为例作说明。中值滤波原理得很简单，只需对2CH 、2DH 、2EH中三次采样值进行比较，取中间值存放到2AH单元内，以作为温度标度转换时使用。图5-7为数字滤波程序流程图。（2CH

39、）送A（2CH）（2DH）？（2CH）（2DH）？（2EH）（2CH）？（2DH）（2EH）？（2DH）（2EH）？（2CH）（2EH）？（2CH）和（2DH）互换2（CH）送2AH返 回YNYYN（2DH）送2AH2DHNN（2DH）送2AH2DH（2EH）送2AH2DH（2EH）送2AH2DHYNNYY 图5-7 数字滤波程序流程5.2.3温度标度转换算法 A/D转换器输出的数码虽然代表参数值的大小，但是并不代表有量纲的参数值，必须转换成有量纲的数值才能进行显示，标度转换有线性转换和非线性转换两种，本设计使用的传感器线性好，在测量的量程制内基本能与温度成线性关系。温度标度转换程序TRAST

40、：目的是要把实际采样的二进制值转换的温度值转换成BCD形式的温度值，然后存放到显示缓冲区78H7DH。对一般的线性仪表来说，标度转换公式为： =+ （5-1） 式中，为一次仪表的下限，为一次量程仪表的上限；为实际测量值（工程量）；为仪表下限所对应的数字量；为仪表上限所应的数字量；为测量所得数字量。 例如：若某热处理仪表量程为200800，在某一时刻计算机采样得到的二进制值U(K)=CDH则相应的温度值为：=+=200+（800-200）=682根据上述算法，只要设定热电偶的量程，则相应的温度转换子程序TARST很容易编写，只要把这一算式变成程序，将A/D转换后经数字滤波处理后的值代入，即可计算

41、出真实的温度值。具体算法如图5-8所示。线性刻度标度变换子程序 保护现场R0, R1计算 -R0, R1计算 -计算/ R0, R1计算 -计算R2=+（DATA）返 回 图5-8 标度转换程序5.3 PID控制算法5.3.1 PID算法基本原理16通常，以电炉炉温为例。电炉炉温的控制采用偏差控制算法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，然后对偏差处理，从而获得控制信号去调节电炉的加热功率，以实现对炉温的控制。在工业上，偏差控制又称为PID（Proportional Integral and Differential,比例积分与微分）。这是工业控制过程中应用广泛的一种控制形式，一

42、般都能收到令人满意的效果。控制论告诉我们，PID控制的理想微分方程为：U（t）= （5-2）其中e(t)=r(t)-y(t)称为偏差值，可作为温度调节器的输入信号，其中r(t)为给定值，y(t)为被测变量的值；为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数；u(t)为调节器的输出控制器输出控制信号。但计算机只能处理数字信号，故上述数学方程必须加以变换。若设温度的采样周期为T，第n次的采样得到的输入偏差为，调节器输出为 ，则有： （微分用差分代换） （积分用求和代替）这样式5-2便可写为： （5-3）写成递推式为： + =把上式改写为： U（n）=u（n-1）+E(n)-E(n-1)+ =U(n-1

43、)+ (5-4)式5-4可以改写成：计算根据E（K）=计算E（k）计算计算计算计算+计算P（K） 返 回 图5-9 PID算法流程图5.3.2 PID算法及子程序16PID控制算法要用到双字节加法程序DSUM，完成R4R5+R3R2R7R6。双字节求补程序CPL1对R3R2求补，双字节带符号乘法子程序MULT1，因加法和求补算法比较简单，仅对双字节带符号乘法作详细介绍。入口条件：R7R6=被乘数 R5R4=乘数 出口条件：积为32位，按R0存入 标志位 ：SIGN1 为地址5CH SIGN2 为地址5DH具体算法如图5-10 带符号双字节乘法程序被乘符号送CYCY=1？对R7R6求补乘数符号送CYCY=1？调用无符号乘法程序两乘数符号皆负？两乘数符号皆正？对积高16位求补返 回N对R5R4求补NYYNN 图 5-10 带符号双字节乘法程序流程图6 特殊器件介绍6.1温度传感器AD590一、简介AD590温度传感器是一种已经IC化的温度传感器，它会将温度转换为电流，其规格如下：1、温度每增加1，它会增加1A输出电流2、可测量范围为-55至1503、供电电压范围为+4V至+30VAD590的输出电流值说明见表6-1。其输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准