微機控制技術(shù)課程設(shè)計-基于8086簡單溫控系統(tǒng)設(shè)計

1、天 津 理 工 大 學(xué)課程設(shè)計報告題目：基于8086的簡單溫控系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名 王一品 學(xué)號 20080946 屆 2012 班級 電氣09-4 指導(dǎo)教師 張敏 專業(yè)電氣工程及其自動化 目錄一、概述3二、系統(tǒng)工作原理3三、系統(tǒng)組成3四、設(shè)計內(nèi)容4五、總結(jié)13六、參考資料13一、概述本文介紹了一種基于8086微處理器的溫度測控系統(tǒng)，采用溫度傳感器AD590采集溫度數(shù)據(jù)，用CPU控制溫度值穩(wěn)定在預(yù)設(shè)溫度。當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)溫度值時系統(tǒng)啟動電加熱器，當(dāng)這個溫度高于預(yù)設(shè)溫度值時斷開電加熱器。關(guān)鍵詞：微處理器 溫度傳感器 A/D轉(zhuǎn)換器 控制系統(tǒng)二、系統(tǒng)工作原理溫度信息由溫度傳感器測量并轉(zhuǎn)換成微安級的電流信號

2、，經(jīng)過運算放大電路將溫度傳感器輸出的小信號進行跟隨放大，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入主機。為了穩(wěn)定在設(shè)定好的溫度值，需增加PID調(diào)節(jié)功能，并利用反饋回路不斷調(diào)整控制量。其框圖如下：1s(s+1)已知被控對象的傳遞函數(shù)Gc(S)可簡化為： ，根據(jù)對最少拍無差系1-e-1z-1z-1(1-e-1)1-e-1(1-z-1)(1-e-1z-1)統(tǒng)的要求，G(z)的表達式為 ，D(z)的表達式為 。其溫度控制系統(tǒng)的原理框圖如圖所示。三、系統(tǒng)組成 本次設(shè)計采用的是8086微處理器，選擇8255A可編程并行接口作為系統(tǒng)的擴展接口，8255A的通用性強，適應(yīng)靈活，通過它CPU可直接與

3、外設(shè)相連接。本系統(tǒng)選用溫度傳感器AD590構(gòu)成測溫系統(tǒng)。AD590是一種電壓輸入、電流輸出型集成溫度傳感器，測溫范圍為-55150，非線性誤差在0。30，其輸出電流與溫度成正比，溫度沒升高1K（K為開爾文溫度），輸出電流就增加1uA。其輸出電流I=(273+T)uA。本設(shè)計中串聯(lián)電阻的阻值選用2K，所以輸出電壓V+=(2730 + 10T)MV。為滿足系統(tǒng)輸入模擬量進行處理的功能，對其再擴展一片DAC0809，以進行模擬數(shù)字量轉(zhuǎn)化。ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路

4、模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。為滿足本次設(shè)計溫度顯示的需要，我們選擇了8279芯片，INTEL8279芯片是一種通用的可編程的鍵盤、顯示接口器件，單個芯片就能完成鍵盤鍵入和LED顯示控制兩種功能。備注：系統(tǒng)硬件接線應(yīng)盡量以插接形式連接，這樣便于多用途使用和故障的檢查和排除。 四、設(shè)計內(nèi)容AD590是AD公司生產(chǎn)的一種精度和線度較好的雙端集成傳感器，其輸出電流與絕對溫度有關(guān)，對于電源電壓從5-10V變化只引起1uA最大電流的變化或1攝氏度等效誤差。圖4-1給出了用于獲得正比于絕對溫度的輸出電流的基本溫度敏感電路。AD590輸出的電流I=（273+T

5、）uA(T為攝氏溫度)。因此測量的電壓V為（273+T）uA10K=（2.73+T/100）V，為了將電壓測量出來，又務(wù)必使電流I不分流出來。使用電壓跟隨器使其輸出電壓V2等于V 。由于一般電源供應(yīng)多器件之后，電源是帶雜波的，因此使用穩(wěn)壓二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)至2.73V。差動放大器其輸出V0 為（100K/10K）(V2-V1)=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28，輸出電壓為2.8V。輸出電壓接AD轉(zhuǎn)換器，那么AD轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線性比例的關(guān)系。圖 4-1輸出電流的基本溫度敏感電路溫度控制部分當(dāng)PC6為高電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，向加熱系統(tǒng)輸

6、出12V電壓加熱；反之，輸入低電平，三極管截止，繼電器斷開，停止加熱。在圖4-2中，二極管的作用是吸收繼電器端開時產(chǎn)生的浪涌電壓。圖 4-2溫度控制圖ADC0809與8255的連接模擬輸入通道地址A,B,C直接接地，因此ADC0809只對通道IN0輸入的電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了減少輸入噪聲其他通道直接接地。ADC0809的數(shù)據(jù)線D0-D7與8255的PB0-PB7相連接。其片選CS與8086的地址/數(shù)據(jù)總線AD14相連接。圖 4-3 ADC0809與8255的連接圖8086的可編程外設(shè)接口電路8255的數(shù)據(jù)口D0-D7與CPU的6根控制線相連接，控制8255A內(nèi)部的各種操作?？刂凭€RESET用來

7、使8255A復(fù)位。CS和地址線A1及A0用于芯片選擇和通道尋址。圖 4-48086的可編程外設(shè)接口電路圖數(shù)據(jù)顯示部分本設(shè)計中我們采用功能強大的可編程設(shè)置型顯示器8279來對控制溫度和實際溫度進行顯示。顯示可以是白熾燈，也可以是8段數(shù)碼管，設(shè)計要求顯示數(shù)值，因此我們采用結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜的8段數(shù)碼管。8279顯示功能介紹：8279內(nèi)部有16X8的顯示RAM,通過顯示寄存器和兩個四位端口0UT A0-3,0UT BO-3來刷新顯示, 顯示器可以是白熾燈,也可以是8段數(shù)碼管,顯示RAM可以是16X8的形式,也可以構(gòu)成兩個16x4 的RAM形式,顯示RAM可由CPU進行讀寫,被讀寫的RAM字節(jié)地址由顯

8、示地址寄存器指示. 顯示地址寄存器保存當(dāng)前CPU讀或?qū)懙哪莻€RAM地址,以及正顯示著的那兩個4位半字節(jié)的地址, 讀寫地址由CPU命令編程,也可置為每次讀寫后地址自動加1的工作方式,在設(shè)置了正確的工作 方式后,顯示RAM可直接由CPU讀出,半字節(jié)A和半字節(jié)B地址自動由8279更新,以適應(yīng)由CPU送入的數(shù)據(jù),A和B半字節(jié)可獨立送入,也可作為一個字送入,隨CPU所設(shè)置的工作方式而定 。電路工作原理：AD轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換結(jié)果由十六進制轉(zhuǎn)換為十進制后分別存儲在54H,55H,56H,57H,58H,59H.中。8279連接一個74ls38譯碼器，經(jīng)過譯碼再接6個8段數(shù)碼管分別顯示每個存儲單元的內(nèi)容。圖 4-

9、5數(shù)據(jù)顯示圖系統(tǒng)硬件原理圖圖 4-6系統(tǒng)硬件原理圖軟件程序的主循環(huán)框架程序的主循環(huán)框架如圖所示，在系統(tǒng)進行一系列的準備工作即初始化之后，程序就主循環(huán)，主循環(huán)的工作是進行采樣時間控制、控制測量過程、LED顯示循環(huán)、按鍵并且處理、數(shù)據(jù)查表處理、線性插值、數(shù)據(jù)顯示，然后周而復(fù)始地進行主循環(huán)程序。在主程序循環(huán)的過程中隨時響應(yīng)按鍵中斷，進入校準程序。主程序邏輯圖程序： ORG 0000H LJMP STARTSTART: MOV DPTR,#0CFA0H MOVX DPTR,A MOV R0,#0FFHLOOP1: DJNZ R0,LOOP1 ;延時，等待轉(zhuǎn)換完畢 MOVX A,DPTR MOV 75H

10、,A MOV DPTR,#0CFA1H MOVX DPTR,A MOV R0,#0FFHLOOP2: DJNZ R0,LOOP2 ;延時，等待轉(zhuǎn)換完畢 MOVX A,DPTR MOV 74H,A MOV R3,75H LCALL ZHUA MOV R1,76H DISP: MOV A,R1 ;從R1中取計算結(jié)果 SWAP A ;分離高四位和低四位 ANL A,#0FH ;并依次存放在50H到51H中 MOV 50H,A MOV A,R1 ANL A,#0FH MOV 51H,A MOV R3,74H LCALL ZHUA MOV R2,76H DISP2: MOV A,R2 ;從R2中取轉(zhuǎn)換結(jié)

11、果 SWAP A ;分離高四位和低四位 ANL A,#0FH ;并依次存放在52H到53H中 MOV 52H,A ;52H,53H在中分別存放的是實際溫度值的 MOV A,R2 ;十六進制的高位和低位 ANL A,#0FH MOV 53H,A XIANSHI:MOV R4,50H MOV R5,51H LCALL ZHUAN MOV 54H,R4 MOV 55H,R5 MOV 56H,R6 MOV R4,52H MOV R5,53H LCALL ZHUAN MOV 57H,R4 MOV 58H,R5 MOV 59H,R6 MOV DPTR,#0CFE9H ;寫顯示RAM命令字 MOV A,#9

12、0H MOVX DPTR,A MOV R0,#54H ;存放轉(zhuǎn)換結(jié)果地址初值送R0 MOV R1,#06H MOV DPTR,#0CFE8H DL0: MOV A,R0 ACALL TABLE ;轉(zhuǎn)換為顯碼 MOVX DPTR,A ;送顯碼輸出 INC R0 DJNZ R1,DL0 SJMP DEL1 ;延時一段時間使顯示更穩(wěn)定TABLE: INC A MOVC A,A+PC RET DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HDEL1: MOV R0,#255 DEL2: MOV R1,#255DE

13、L3: DJNZ R1,DEL3 DJNZ R0,DEL2 BIJIAO: MOV A,50H CJNE A,52H,AA MOV A,51H CJNE A,53H,AA SJMP BBAA: JNC CCBB: SETB P1.1 SJMP DDCC: CLR P1.1 DD: LJMP START ;返回主程序ZHUA: MOV A,R3 ;R3中裝著帶計算的數(shù)據(jù) MOV B,#51 ;用了60H,61H,62H,63H,R3,R7 DIV AB MOV 7AH,A ;個位數(shù)放入60H MOV A,B CLR F0 SUBB A,#1AH MOV F0,C MOV A,#10 MUL AB

14、 MOV B,#51 DIV AB JB F0,LOPP1 ADD A,#5LOPP1: MOV 79H,A ;小數(shù)后第一位放入61H MOV A,79H MOV B,#02 MUL AB MOV 78H,A MOV A,7AH MOV B,#20 MUL AB MOV R7,78H ADD A,R7 MOV 77H,A ;63H中存放的是乘除法的計算結(jié)果 MOV A,#100 MOV R7,77H SUBB A,R7 MOV 76H,ARET ZHUAN: CLR A ;用了R4，R5，R6 CJNE R4,#00H,LOP1 ;R4為十六進制中高位，R5為十六進制中低位 SJMP LOP2

15、 ;R4,R5,R6為十進制的百位，十位，個位LOP1: ADD A,#10H DJNZ R4,LOP1LOP2: ADD A,R5 MOV B,#64H DIV AB MOV R4,A ;存放百位 MOV A,B MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A ;存放十位 MOV R6,B ;存放個 RET END系統(tǒng)調(diào)試首先我在計算機上對軟件進行了編譯調(diào)試，運行成功后，與連接好的硬件電路結(jié)合，利用萬用表、示波器等儀器對電路各功能模塊進行了檢測，最終達到了我們所希望得到的功能。在調(diào)試過程中也出現(xiàn)了一些問題，記錄如下：1、 數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)始終不變，后來發(fā)現(xiàn)是由于將AD轉(zhuǎn)換器的入口地址

16、寫錯了，雖然軟件單獨運行沒有錯，但是在硬件電路上不能正常使用。2、數(shù)碼管能夠正常控制的溫度值，但是將電位器從右至左調(diào)節(jié)，溫控模塊上HEART登始終不亮，而理論上當(dāng)電位器調(diào)節(jié)到一定值時，此燈應(yīng)該由不亮變?yōu)榱粒@示溫箱開始加熱。經(jīng)檢查，主程序在最后對控制溫度和實際溫度進行比較的過程中對兩種情況采取了相同的行動，使得系統(tǒng)不能達到應(yīng)有的要求，通過對程序的修改，解決了這個問題。最終該系統(tǒng)能較好的通過調(diào)節(jié)電位器對溫箱溫度進行控制，并且能實現(xiàn)實際溫度與控制溫度的數(shù)碼顯示。五、總結(jié)經(jīng)過學(xué)習(xí)與實踐，我順利完成了溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。我總結(jié)了以下幾點收獲：1、首先是對所學(xué)知識得到了進一步的鞏固，對A/D轉(zhuǎn)換器進行多

17、路轉(zhuǎn)換、8086各引腳功能及如何擴展外部芯片時三總線的連接等知識更加熟悉了。2、經(jīng)過各種途徑的查資料，了解了很多沒學(xué)過的新知識，比如溫度采集模塊的應(yīng)用。這些都是我們在生活中應(yīng)用很多的器件，而在課堂上不一定會學(xué)到，我們在平時學(xué)習(xí)生活中應(yīng)該多查找相關(guān)資料，以此來充實自己。3、設(shè)計過程中我也參與了編程，雖然中間都沒能一次成功，但是經(jīng)過調(diào)試修改，最后還是實現(xiàn)了要求的功能，這讓我對編程的興趣又增加了不少，但是也發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足，對流程圖的編寫不夠熟練應(yīng)此也不能很清晰的編寫程序，容易出現(xiàn)一些邏輯上的錯誤。這讓我又一次意識到多實踐的重要性，電氣專業(yè)的我們，更加需要多多動手操作。6、張敏老師在教室或是實驗

18、室督促我們，真的是很負責(zé)任的老師，這也讓我們更加覺得應(yīng)該付出更多的努力去對待這次的課程設(shè)計。雖然課設(shè)已經(jīng)結(jié)束了，但是我們要學(xué)的還有很多，在以后的學(xué)習(xí)生活中。我一定要多多鍛煉自己的動手能力，不斷學(xué)習(xí)知識來武裝自己。六、參考資料1 賴壽宏觀微型計算機控制技術(shù)M機械工業(yè)出版社，2007.62 楊素行等MCS-51微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，19953 胡漢才.微機原理其接口技術(shù).北京 :清華大學(xué)出版社, 2004.14624 沈美明，溫冬嬋IBM-PC匯編語言程序設(shè)計M清華大學(xué)出版社，1991.6課程設(shè)計任務(wù)書、指導(dǎo)書課程設(shè)計題目： 基于8086的簡單溫控系統(tǒng)設(shè)計.課程設(shè)計任務(wù)書一、課

19、程設(shè)計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作量）利用微型計算機控制技術(shù)課程中所學(xué)的Intel 8086為CPU的16位微型計算機系統(tǒng)及其主要的可編程接口芯片微型計算機控制技術(shù)8255A、DAC0832等設(shè)計簡單的溫控單元。輸入是數(shù)字量后，用數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832改變輸出電壓大小，從而控制加熱溫度。為了穩(wěn)定在設(shè)定好的溫度值，需增加PID調(diào)節(jié)功能，并利用反饋回路不斷調(diào)整控制量。其框圖如下： 已知被控對象的傳遞函數(shù)Gc(S)可簡化為：，根據(jù)對最少拍無差系統(tǒng)的要求，設(shè)計出D(z)的表達式設(shè)計要求： 1）在對D/A轉(zhuǎn)換設(shè)計的過程中，通過編程使DAC0832輸出對應(yīng)從0V到+5V的電壓，達到控制電加熱部件功率的作用。 2）設(shè)計電壓轉(zhuǎn)換部分的硬件電路，自定義端口地址，并繪出相應(yīng)的地址接線圖（包括8086、DAC0832及必要的譯碼電路等）； 3）推導(dǎo)D(z)的傳遞函數(shù)據(jù)。 4）完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計，設(shè)計流程圖； 二、課程設(shè)計參考資料1 賴壽宏觀微型計算機控制技術(shù)M機械工業(yè)出版社，2007.62 楊素行等MCS-51微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，19953 胡漢