計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)之電烤箱

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)電烤箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電烤箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名*學(xué) 號(hào)*學(xué)院名稱*專業(yè)名稱*指導(dǎo)教師* 2012 年 6 月 18 日徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)I目 錄1 概 述 .11.1 技術(shù)指標(biāo).11.2 控制方案.12 硬件部分設(shè)計(jì) .22.1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì).22.1.1 AT89C51 單片機(jī)引腳功能 .32.1.2 AT89C51 單片機(jī)的并行 I/O 端口 .42.1.3 AT89C51 單片機(jī)時(shí)鐘電路及時(shí)序 .42.1.4 復(fù)位電路.52.1.5 AT89C51 單片機(jī)的指令系統(tǒng) .62.2 傳感器電路設(shè)計(jì).62.2.1 傳感器概述.62.2.2 傳感器的

2、基本特性.62.2.3 熱電阻的測(cè)量電路及應(yīng)用.62.3 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) .72.3.1 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 .72.4 放大器電路設(shè)計(jì).92.4.1 直流放大器電路.92.4.2 運(yùn)算放大器電路.92.4.3 集成運(yùn)算放大器概述.102.5 鍵盤及顯示電路的設(shè)計(jì).102.5.1 鍵盤接口電路.102.6 抗干擾電路設(shè)計(jì).133 軟件部分設(shè)計(jì) .153.1 工作流程.153.2 功能模塊.153.3 資源分配.15徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)II3.4 功能軟件設(shè)計(jì).153.4.1 鍵盤管理模塊.153.4.2 顯示模塊.163.4.3 溫度檢測(cè)模塊.173

3、.4.4 溫度控制模塊.183.4.5 溫度越限報(bào)警模塊.193.4.6 主程序和中斷服務(wù)子程序.204 結(jié) 論 .21參考文獻(xiàn) .22徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)01 概 述溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的控制，有些工藝過程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。根據(jù)溫度變化快慢的特點(diǎn)，并且控制精度不易掌握等特點(diǎn)，本文電烤箱的溫度控制為模型，設(shè)計(jì)了以 AT89C51 單片機(jī)為檢測(cè)控制中心的溫度控制系統(tǒng)。溫度控制采用 PID 數(shù)字控制算法，顯示采用 3 位 LED 靜態(tài)顯示。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制算法新穎，控制精度高，有較強(qiáng)的通用性。1.1

4、 技術(shù)指標(biāo)電烤箱的具體指標(biāo)如下：a.電烤箱為一封閉長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，烤箱內(nèi)尺寸：0.8m0.6m0.4m ，加熱器件為-1kw（220v）電熱絲。b.當(dāng)控制設(shè)定 100時(shí)，從室溫開始升溫要求控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間ts5 分鐘，超調(diào)量10%。c.要求控制溫度范圍為 50200連續(xù)可調(diào)。d. 用數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示箱內(nèi)溫度1.2 控制方案產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同。就溫度控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)的特性來講，基本上都是具有純滯后的一階環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)精度及溫控的線性性能要求較高時(shí)，多采用 PID 算法來實(shí)現(xiàn)溫度的控制。本系統(tǒng)是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。從技術(shù)指標(biāo)可以看出，系統(tǒng)對(duì)控制精度的要求不高

5、，對(duì)升降溫過程的線性也沒有要求，因此，系統(tǒng)采用最簡(jiǎn)單的通斷控制方式，當(dāng)烘干箱溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)斷開加熱電爐，當(dāng)溫度降到低于某值時(shí)接通電爐開始加熱，從而保持恒溫的控制。 徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)12 硬件部分設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件部分包括單片機(jī)電路、A/D 轉(zhuǎn)換器、放大器、傳感器、鍵盤及顯示電路五大部分。其各部分連接關(guān)系如圖 2-1 所示。圖 2-1 電烤箱溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)根據(jù)溫度控制特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用 AT89C51。AT89C51 單片機(jī)是美國(guó) Intel 公司的 8 位高檔單片機(jī)的系列。也是目前應(yīng)用最為廣泛的一種單片機(jī)系列。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖如下所示。AT89C51

6、系列單片機(jī)主要有 CPU、存儲(chǔ)器，IO 接口電路及時(shí)鐘電路等部分組成。 圖 2-2 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖A/D徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)22.1.1 AT89C51 單片機(jī)引腳功能AT89C51 系列單片機(jī)的封裝形式有兩種：一種是雙列直插方式的封裝；另一種是方形的封裝。AT89C51 單片機(jī) 40 個(gè)引腳及總線結(jié)構(gòu)圖如下所示。其 CMOS 工藝制造的低地功耗芯片也有采用方形的封裝。但為 44 個(gè)引腳，其中 4 個(gè)引腳是不使用的。由于 at89C51 單片機(jī)是高性能的單片機(jī)。同時(shí)受到引腳數(shù)目的限制，所以有部分引腳具有第二功能。如圖 2-3 單片機(jī)引腳圖。a.主電源引腳主

7、電源引腳兩根：VCC 接+5V 電源正端；VSS 接+5V 電源地端。b.外接晶體引腳兩根XTAL1:接外部石英體和微調(diào)電源一端。XTAL2:接外部晶體和微調(diào)電容另一端。其中，對(duì)用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī),XTAL1 腳接地，XTAL2 腳作為外部振蕩信號(hào)輸入端。對(duì) CHMOS 單片機(jī) XTAL1 腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端，XTAL2 腳空不接。圖 2-3 單片機(jī)引腳圖IO 引腳共 32 根。1PO 口：P0.0-P0.7 統(tǒng)稱為 PO 口是 8 位雙向 I/O 口線。P0 口即可作為地址/數(shù)據(jù)總線使用，又可作為通用的 I/O 口線。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展 I/O 口時(shí)，可作為準(zhǔn)

8、雙向輸入/輸出口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 時(shí)，P0 口分時(shí)復(fù)用為低 8 位地址總線和雙徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)3向數(shù)據(jù)的總線。2P1 口：P1.0-P1.7 統(tǒng)稱為 P1 口。是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線。P1 口作為通用 I/O 口使用。3P2 口：P2.0-P2.7 統(tǒng)稱為 P2 口。是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線。P2 口即可作為通用的I/O 口使用。也可作為片外存儲(chǔ)器的高 8 位地址線。與 P0 口組成 16 位片外存儲(chǔ)器單元地址。P3 口的第二功能如下表所示：P3 口的第二功能P3.0 RXD 串行口輸入P3.1 TXD 串行口輸出P3.2 0IM 外部中斷 0

9、輸入P3.3 1IM 外部中斷 1 輸入P3.4 T0 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入P3.5 T1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 輸入P3.6 WR 片外 RAM 寫選通信號(hào)（輸出）P3.7 RD 片外 RAM 讀選通信號(hào)（輸出）2.1.2 AT89C51 單片機(jī)的并行 I/O 端口AT89C51 單片機(jī)有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口（P0、P1、P2、P3）每個(gè)端口都各有 8 條I/O 口線，每條 I/O 口線都獨(dú)立地用作輸入輸出，在具有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，P2口送出高 8 位地址，P0 口分時(shí)送出低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)。各端口的功能不同，結(jié)構(gòu)上也有差異，但是每個(gè)端口的 8 位結(jié)構(gòu)是完全相

10、同的。如圖 2-4 I/O 口位結(jié)構(gòu)圖所示。a.P0 口，P0 口是一個(gè)三態(tài)雙向口，可作為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，也可作為通用 I/O接口。b.P1 口，P1 口為準(zhǔn)雙向口，它在結(jié)構(gòu)上與 P0 口的區(qū)別在與輸出驅(qū)動(dòng)部分。其輸出驅(qū)動(dòng)部分由場(chǎng)效應(yīng)管 V1 與內(nèi)部上拉電阻組成，當(dāng)某位輸出高電平時(shí)，可以提供上拉電流負(fù)載，不必像 P0 口上那樣需要外接上拉電阻。c.P2 口，P2 口也為準(zhǔn)雙向口。其具有通用 I/O 接口或高 8 位地址總線輸出兩種功能，所以其輸出驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)比 P1 口輸出驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)多了一個(gè)輸出模擬轉(zhuǎn)換開關(guān) MUX 和反相器 3。d.P3 口 P3 口的輸出驅(qū)動(dòng)由與非門 3 和 V1 組成，比

11、 P0、P1、P2 口結(jié)構(gòu)多了一個(gè)緩沖器 4。P3 口除了可為通用準(zhǔn)雙向 I/O 接口外，每一根線還具有第二功能。徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)4圖 2-4 I/O 口位結(jié)構(gòu)圖2.1.3 AT89C51 單片機(jī)時(shí)鐘電路及時(shí)序a.時(shí)鐘電路AT89C51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部的方式，一種是外部的方式。圖 2-5、2-6 所示。b.時(shí)序AT89C51 單片機(jī)指令字節(jié)數(shù)和機(jī)器周期數(shù)可分為六類。即單字節(jié)單機(jī)器周期指令、單字節(jié)雙機(jī)器周期指令、單字節(jié)四機(jī)器周期指令、雙字節(jié)單機(jī)器指令、雙字節(jié)雙機(jī)器周期指令和三字節(jié)雙機(jī)器周期指令。圖 2-5 內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 圖 2-6 外部方式時(shí)

12、鐘電路徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)52.1.4 復(fù)位電路復(fù)位是通過某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌踔禒顟B(tài)操作，AT89C51 單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后，在 RST/VPD 端持續(xù)給出兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以完成復(fù)位操作。復(fù)位分為上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。AT89C51 單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)如下所示： 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0-P1 OFFH IP XXX00000B IE 0XX00000B TMOD 00H TCON 00H TL0、TL1 00H TH0、TH1

13、00H SCON 00H SBUF 不定 PCON 0XXX0000B2.1.5 AT89C51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)與操作指令是一組二進(jìn)制編碼，稱之為機(jī)器語言。計(jì)算機(jī)只能識(shí)別和執(zhí)行機(jī)器語言指令。AT89C51 單片機(jī)指令與指令系統(tǒng)共有 111 條指令，從功能上可分成數(shù)據(jù)傳輸類指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算和移位指令、程序控制轉(zhuǎn)移類指令和位操作指令五大類。2.2 傳感器電路設(shè)計(jì)2.2.1 傳感器概述根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，傳感器定義是：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定得規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)器件或裝置。傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成。其組成框圖如 2-7 所示。圖 2-7 傳感器組成

14、框圖 敏感元件：它是直接感受被測(cè)量并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系某一種量的元件。轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。轉(zhuǎn)換電路，上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。傳感器按其工作原理可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器。2.2.2 傳感器的基本特性徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)6根據(jù)電烤箱特點(diǎn)采用熱電阻傳感器。熱電阻利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度升高而增大的特性來來進(jìn)行了溫度測(cè)量的，常用測(cè)量范圍為-20。C +150。C。隨著其技術(shù)的發(fā)展，其測(cè)溫范圍也不斷擴(kuò)大，低溫已可測(cè)量 1K3K,高溫則可測(cè)量+1000。C +1300。C 熱電阻力傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)有：A.測(cè)

15、量精度高，熱電阻材料電阻溫度特性穩(wěn)定，重復(fù)性好， 不存在熱電偶參比端誤差問題；B.測(cè)量范圍較寬，尤其在低溫的方面；C.易于在自動(dòng)測(cè)量或遠(yuǎn)距離測(cè)量中的使用；常用的熱電陰材料有鉑、銅、鎳、鐵等。2.2.3 熱電阻的測(cè)量電路及應(yīng)用熱電阻常用接入電橋使用引出線有兩、三線式和四線式三種形式。采用兩線式接法時(shí)（如圖 2-8 所示 Rt 的接法）引出的導(dǎo)線接于電橋的一個(gè)臂上，當(dāng)由于環(huán)境溫度或通以電流引起導(dǎo)成溫度變化時(shí)，將產(chǎn)生附加的電阻、引起測(cè)量誤差，所以，當(dāng)熱電阻值較小時(shí)，常采用三線式、四線式接法，以消除接線電阻和引線電阻影響。三線式接法是將兩條具有相同溫度特性的導(dǎo)成接于相鄰兩橋臂上，此時(shí)由于附加電阻引起電

16、阻變化是相同的，根據(jù)電橋特性，電橋輸出將互相抵消。 圖 2-8 熱電阻傳感器的接線方式四線式接法 R2=R3 為固定電阻，R1 可調(diào)，熱電阻 Rt,通過電阻為 r1、r2、r3、r4 的四要導(dǎo)線和電橋連接，r1、r4 分別串聯(lián)在相鄰兩橋臂內(nèi)，r2、r3 與電源去路串聯(lián)，將開關(guān)接通，調(diào)節(jié) R1 使電橋平衡，則：R1+r1=Rt+r4再將開關(guān)接通 B，重新調(diào)整 R1，使電橋達(dá)到新的平衡，則：R1+r1=Rt+r1四線式測(cè)量方法比較麻煩，一般用于精度要求較高的場(chǎng)合。2.3 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)72.3.1 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809測(cè)溫范圍從 50

17、到 200 度,測(cè)溫精度是正負(fù) 1 攝氏度, 相當(dāng)于 1/150 的精度, 對(duì)于 8為 AD 轉(zhuǎn)換器的分辨率能達(dá)到 1/256, 所以必須選 8 位或以上的 AD 轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，精度高。ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、8 路多路開關(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，可以和單片機(jī)直接接口。因此選擇逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809。1.ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)（如圖 2-9）如圖，多路開關(guān)可達(dá)通訊員 89 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。地址鎖存與譯碼電路

18、完成對(duì) A、B、C 三個(gè)地址供進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道的選擇。8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式，由控制時(shí)序電路，逐次逼近寄存器，樹狀開關(guān)以及其256R 電阻下型網(wǎng)絡(luò)等組成輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量2.ADC0809 的引腳及各引腳功能圖 2-9 ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖ADC0809 的引腳入各引腳雙引直插式封裝，其引腳排列見圖 2-9 所示各引腳功能如下：1、INT2NO：8 咱模擬量輸入引腳，ADC0809 對(duì)輸入模擬量的要求主要有二信號(hào)的單極性，電壓范圍 0+5V；若信號(hào)過小還需要進(jìn)行放大。另外，在 A/D 轉(zhuǎn)換的過種中，模擬量輸入值不應(yīng)變化太快，因此，對(duì)

19、變化速度快模擬量在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路。2、A、B、C:地址線，A 為低位地址，C 為高位地址用于對(duì)模擬通道進(jìn)行的選擇。3、ALE：地址鎖存允許信號(hào)，在對(duì)應(yīng) ALE 跳轉(zhuǎn)，A、B、C 地址狀態(tài)送入地址的鎖存徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)8器。圖 2-10 ADC0809 引腳功能圖4、Vref：參考電壓正端參考電壓用來與輸入模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)，其曲型值為+5V（Vref（+）=+5V，Vref(-)=0）D、START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START 上跳轉(zhuǎn)時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清 0；START 下跳轉(zhuǎn)時(shí)，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間，START 應(yīng)保持低電平

20、。5、DTD0：數(shù)據(jù)輸出線，其為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)數(shù)據(jù)線直接相連。6、DE：輸出允許信號(hào)，ADC0809 的內(nèi)部設(shè)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘，信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)的引腳。通常使用頻率為 500KHZ 時(shí)鐘信號(hào)。7、Vcc：+5 電源2.3.2 AT89C51 單片機(jī)與 ADC0809 接口1）8 路模擬通道選擇:A、B、C 分別接地址鎖存器提供的低三位地址。只要把三位地址寫入 0809 中的地址鎖存器就實(shí)現(xiàn)了模擬通道選擇。對(duì)系統(tǒng)來說，地址鎖存器是一個(gè)輸出口，為了把三位地址寫入，還要提供口地址。2）數(shù)據(jù)的傳輸方式：定時(shí)傳輸方式；查詢方式；中斷方式。2.4 放大器電路設(shè)計(jì)傳感器是將

21、待測(cè)物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的輸出。但其輸出的信號(hào)通常的都很小，需要進(jìn)行放大。傳感器信號(hào)的放大，根據(jù)具體情況可采用分立元件放大器（晶體管放大器）和集成元件放大器（運(yùn)算放大器） 。徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)9 2.4.1 直流放大器電路將緩慢直流量信號(hào)進(jìn)行廣大器件稱直流放大器。它與前述交流放大器的區(qū)別是交流放大器級(jí)與級(jí)之間加了三個(gè)隔離的直電流電容（即耦合電容）而直流放大器級(jí)與級(jí)之間沒有這個(gè)電路，故直流放大器又稱直接耦合放大器2.4.2 運(yùn)算放大器電路在直流差動(dòng)放大器的輸入端子輸出端之間跨接各種網(wǎng)絡(luò)（如電阻 R1、電容 C 等） ，使構(gòu)成用來實(shí)現(xiàn)信號(hào)組合和運(yùn)算的運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器通常

22、是由放大電路組成，輸入級(jí)（第一級(jí)）由晶體管 T1 和 T2 組成差動(dòng)放大鏡電路 T3 和 T4 是 T1 和 T2 的有源負(fù)載。T9 是恒流源，第二級(jí)放大電路由晶體管 T5 和 T6 組成，T10 是恒流源（T6 的有源負(fù)載） ，為了獲得輸出阻抗，輸出級(jí)（第三級(jí)）由晶體管 T7 和 T8 組成，采用互補(bǔ)對(duì)稱放大電路。運(yùn)算放大器是一種具有高放大倍數(shù)，深度負(fù)反饋的直流放大器。便于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的組合和運(yùn)算。有很大靈活性，尤其在線性固體組件出現(xiàn)后，有具有體積小，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，所以在實(shí)際中應(yīng)用固體組件運(yùn)算放大器所組成的電路是多種多樣的。 理想運(yùn)算放大器的特性：a.開環(huán)增益 Ad 無限大；b.輸入阻抗無限大；

23、c.輸出阻抗 Z 為 0；圖 2-11 運(yùn)算放大器電路圖d.輸入電壓的失調(diào)電壓 rf 為；e.帶寬無限大；f.上述 ae 的特性不隨環(huán)境溫度的變化而變化；徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)102.4.3 集成運(yùn)算放大器概述在信號(hào)放大，信號(hào)的運(yùn)算（加、法、乘、除、對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)、平方、開方） ，信號(hào)的處理（濾波、調(diào)制）以及波形的產(chǎn)生和變換的單元中，運(yùn)算放大器是它們的核心部分， 由多級(jí)直接耦合放大電路組成，主要有，總體，偏置電路、單位增益轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)移、恒流反饋、消振補(bǔ)償?shù)冉M成，主要參數(shù)有：差模開環(huán)增益（或差模開環(huán)放大倍數(shù)）AUD、共模開環(huán)增益 AUC、共模抑制比 KCMR、輸入失調(diào)電壓 Vi0 失

24、調(diào)電壓溫度系數(shù)aUi0=dUi0/dT輸入失調(diào)電流 Ii0=I1-I，失調(diào)電流溫度系數(shù) aI10=dI10/dT，單位增益寬帶 fBWG、轉(zhuǎn)換速率 Sr 以及其他參數(shù)。本次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況采用多級(jí)交流放大電路。接線圖見附圖。2.5 鍵盤及顯示電路的設(shè)計(jì)2.5.1 鍵盤接口電路1. 鍵盤的工作原理：a.按鍵的確認(rèn)：在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或能入數(shù)據(jù)的，鍵的半合與否，反映在電壓上就是呈高電平或低電平，如果高電平表示斷開的話，那么低電平就是表示閉合，所以通過電平的高代狀態(tài)的檢測(cè)，使可以克認(rèn)按鍵接下與否。b.按鍵的抖動(dòng)處理：當(dāng)按鍵被迫按下或釋放時(shí)，通常伴隨有一定的時(shí)間的觸點(diǎn)

25、機(jī)械抖動(dòng)，然后其獨(dú)占才穩(wěn)定下來，抖動(dòng)時(shí)間一般為 510ms，在使用過程，必須去抖措施。去抖有硬件和軟件兩種方法，硬件方法通常采用通過 RS 觸發(fā)器連接按鍵除抖，軟件方法采用昝方法除抖，其過程是在檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，進(jìn)行一個(gè) 10ms 左右的昝程序后，若該鍵仍保持閉合狀態(tài)，則確認(rèn)該鍵處于討債狀態(tài)，同理，在檢測(cè)到該鍵釋放后，也應(yīng)珠步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動(dòng)的影響。2. 獨(dú)立工按鍵：獨(dú)立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根 I/O 口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)其他 I/O 口線的狀態(tài)3. 矩陣式按鍵：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)中，若使用按鍵分明，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤

26、，如圖 2-12所示：一個(gè) 4*4 的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有 16 個(gè)按鍵的鍵盤。在矩陣式鍵盤中，行列式分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行式通過二伴電阻接到+5V 上，當(dāng)無鍵按下時(shí)，行式于高電平狀態(tài)，當(dāng)有鍵按下時(shí)，行列式將貫通，此時(shí)徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)11圖 2-12 矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)行線電平，將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定，這是識(shí)別按鍵是否按下的關(guān)鍵，然而，矩陣鍵盤中的行線，列線和多個(gè)鍵相邊，各按鍵按下與否均影響該鍵反在行線和死線的電平，各按鍵間將相互影響，因此必須將行線，列線信號(hào)配合起來作適應(yīng)處理，才能確定閉合鍵的位置。其中，矩陣式鍵盤有以下幾種工作方式：1)編程掃描方式：編程掃描

27、是 CPU 完成其他工作的空余時(shí)間，調(diào)用鍵盤掃描子程序來響應(yīng)鍵盤輸入的要求，在執(zhí)行鍵功能程序時(shí)，CPU 不再響應(yīng)鍵輸入要求，直到 CPU 重新掃描鍵盤為止。鍵盤掃描程序一般應(yīng)飫以下內(nèi)容：a.差別有無鍵按下降鍵盤掃描取得閉合鍵的行、列值；b.用計(jì)算法或查表法得到鍵值；c.判斷閉合鍵是否釋放，如釋放則繼續(xù)等待；d.將閉合鍵鍵號(hào)保存，同時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行該執(zhí)行該閉合鍵的功能。2)定時(shí)掃描方式：定時(shí)掃描方式就是每隔一段時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次，它利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生一定時(shí)間定時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到就產(chǎn)生定時(shí)溢出中斷，CPU 響應(yīng)中斷后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。 3)中斷掃描方式：為提高 CPU 工作效率，可采用中斷掃描工作方

28、式其工作過和如下：當(dāng)無鍵接下時(shí)，CPU 處理自己的工作，當(dāng)有鍵接下時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU 轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序，并識(shí)別鍵號(hào)。常用 LED 顯示器有 LED 狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）LED 七段顯示器（俗稱數(shù)碼管和 LED 十六段顯示器，發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)的顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字的顯示；LED 十六段的顯示器，用于字符顯示）A數(shù)碼管結(jié)構(gòu)：數(shù)碼管由 8 個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱字段）構(gòu)成，通過不同組合可用來顯示數(shù)字 0-9.字符 A-F 及小數(shù)點(diǎn)“.” 。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。B. 數(shù)碼管工作原理:共陽極數(shù)碼管 8 個(gè)發(fā)光二級(jí)管的陽極（二極管正端）連接在一起。通常會(huì)

29、共陽極接徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)12高電平 1,一般接電源 1,當(dāng)某個(gè)陰極接低電平時(shí)，則該數(shù)碼管導(dǎo)通并點(diǎn)亮。共陰極數(shù)碼管8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。公共陰極接低電平（一般接地）當(dāng)某個(gè)陽極接高電平，則該數(shù)碼管并點(diǎn)亮。C. 靜態(tài)顯示接口:靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式各位數(shù)碼管相互獨(dú)立，公共端恒定接地（共陰極）獲接正電源（共陽極）每個(gè)數(shù)碼管的 8 個(gè)字段分別與一個(gè) 8 位 I/O 地址相連，I/O 口只要有斷碼輸出，相應(yīng)字符即顯示出來并保持不變直動(dòng) I/O 口輸出新的端碼采用靜態(tài)顯示的方式。較小的電流即可獲得較大亮度

30、。且占用 CPU 時(shí)間少編程簡(jiǎn)單，顯示，便于檢測(cè)和控制，但其占用口線多，硬件電路復(fù)雜、成本高，只適合于顯示位數(shù)較少場(chǎng)合。D. 動(dòng)態(tài)顯示接口:動(dòng)態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管。這種逐位點(diǎn)亮顯示方式稱為位掃描。通常各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起由 8 位 I/O 口控制。各位選線（公共陰極或陽極）有另外 I/O 口線控制。動(dòng)態(tài)方式顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管。并送出相應(yīng)端碼，在另一位數(shù)碼管并送出相應(yīng)的端碼。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示字符。雖然這些字符是在不同時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間

31、隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺。圖 2-13 數(shù)碼管與單片機(jī)接口 徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)132.6 抗干擾電路設(shè)計(jì)隨著強(qiáng)電弱電設(shè)備在通信計(jì)算機(jī)自動(dòng)化等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。處于同一工作環(huán)境各種電子電氣電路因距離過近而相互影響（耦合）形成電磁干擾（EMI）電磁干擾已成為現(xiàn)代電子電氣工程設(shè)計(jì)和研究人員在設(shè)計(jì)過程中必須考慮問題。一方面，這是由于當(dāng)前電子技術(shù)正朝著高速、高靈敏度、高集程度方面的發(fā)展，增加了現(xiàn)代電子設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生電磁干擾的可能性；另一方面，使用隨著自動(dòng)化技術(shù)裝備的廣泛使用，形成了電子設(shè)備和大功率強(qiáng)電設(shè)備在同一場(chǎng)合共存和使用的局面，惡化了電子電路工作的外部電磁環(huán)境。因此，電磁干擾已

32、成為許多電子設(shè)備與系統(tǒng)在環(huán)境正常操作運(yùn)行主要障礙之一。電池干擾由電磁干擾源發(fā)射經(jīng)過耦合途徑傳輸?shù)奖桓蓴_設(shè)備（敏感設(shè)備）因此形成電磁干擾的要素有：電磁干擾源、傳輸通到、敏感設(shè)備。干擾的分類：A.按干擾源分為自然干擾和人為干擾。B.按噪聲波形及性質(zhì)分為持續(xù)正弦波干擾和浪涌脈沖波形干擾以及脈沖列干擾。C.按干擾傳輸系統(tǒng)的方式分為共模干擾、差模干擾、傳導(dǎo)耦合、感應(yīng)耦合和輻射耦合。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)干擾源分為內(nèi)部干擾源和外部干擾源。其中內(nèi)部干擾源主要來自于印制電路板的布局及布線。本次設(shè)計(jì)采用硬件抗干擾技術(shù)中的屏蔽技術(shù)。通過合理的硬件抗干擾措施，可以消除絕大部分電磁干擾。應(yīng)用硬件抗干擾措施是經(jīng)常采用的一種方法

33、。硬件抗干擾技術(shù)是設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)首選的抗干擾措施，它能有效抑制干擾源，阻斷干擾傳輸通道，只要合理地布置與選擇有關(guān)的參數(shù)。硬件抗干擾措施就能抑制系統(tǒng)的絕大部分干擾。常用的硬件抗干擾技術(shù)措施有：吸收技術(shù)、去耦技術(shù)、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、隔離技術(shù)以及印制電路板布線技術(shù)。徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)143 軟件部分設(shè)計(jì)3.1 工作流程烤箱在上電復(fù)位后先處于停止加熱的狀態(tài)，這時(shí)可以用“+1”鍵設(shè)定預(yù)置溫度，顯示器顯示預(yù)定溫度；溫度設(shè)定好后就可以按啟動(dòng)鍵啟動(dòng)系統(tǒng)工作了。溫度檢測(cè)系統(tǒng)不斷定時(shí)檢測(cè)當(dāng)前溫度，并送往顯示器顯示，達(dá)到預(yù)定值后停止加熱并顯示當(dāng)前溫度；當(dāng)溫度下降到下限（比預(yù)定值低 2）時(shí)再啟動(dòng)加熱。這

34、樣不斷重復(fù)上述過程，使溫度保持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。啟動(dòng)后不能再修改預(yù)置溫度，必須按復(fù)位/停止鍵回到停止加熱狀態(tài)再重新設(shè)定的預(yù)置溫度。3.2 功能模塊根據(jù)上面對(duì)工作流程的分析，系統(tǒng)軟件可以分為以下幾個(gè)功能模塊：a.鍵盤管理：監(jiān)測(cè)鍵盤輸入，接收溫度預(yù)置，啟動(dòng)系統(tǒng)工作；b.顯示：顯示設(shè)置溫度及當(dāng)前溫度；c.溫度檢測(cè)及溫度值變換：完成 A/D 轉(zhuǎn)換及數(shù)字濾波；d.溫度控制：根據(jù)檢測(cè)到的溫度控制電爐工作；e.報(bào)警：當(dāng)預(yù)置溫度或當(dāng)前爐溫越限時(shí)報(bào)警。3.3 資源分配為了便于閱讀程序，首先給出單片機(jī)資源分配情況。如表 3.-1 所示。程序存儲(chǔ)器：EPROM2764 的地址范圍為 0000H1FFFH。I/O

35、口：P1.0P1.3鍵盤輸入；P1.6、P1.7報(bào)警控制和電爐控制。A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809：通道 0 7 的地址為 7FF8H7FFFH，使用通道 0。3.4 功能軟件設(shè)計(jì)3.4.1 鍵盤管理模塊上電或復(fù)位后系統(tǒng)處于鍵盤管理狀態(tài)，其功能是監(jiān)測(cè)鍵盤輸入，接收溫度預(yù)置和啟動(dòng)鍵。程序設(shè)有預(yù)置溫度合法檢測(cè)報(bào)警，當(dāng)預(yù)置溫度超過 500時(shí)會(huì)報(bào)警并將溫度設(shè)定在500。鍵盤管理程序流程圖如圖所示。徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)15表 3-1 溫度控制軟件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分配表地址功能名稱初始發(fā)值50H-51H當(dāng)前檢測(cè)溫度，高位在前TEMP1TEMP000H52H-53H預(yù)置溫度，高位在前ST1ST000

36、H54H-56HBCD 碼顯示緩沖區(qū)，百位、十位、個(gè)位T100T10T00H57H-58H二進(jìn)制顯示緩沖區(qū)，高位在前BT1BT000H59H-7FH堆棧區(qū)PSW.5報(bào)警允許標(biāo)志 F0=0 時(shí)禁止報(bào)警;F0=1 時(shí)允許報(bào)警F00AP1.10P1.20P1.30P1.00100A10A1AAAYNYNNYYYNNNYNY徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)16圖 3-1 鍵盤管理程序流程圖 3.4.2 顯示模塊顯示子程序功能是將顯示緩沖區(qū) 57H 和 58H 的二進(jìn)制數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換成三個(gè) BCD 碼，分別存入百位、十位和個(gè)位顯示緩沖區(qū)（54H、55H 和 56H 單元） ，然后通過串口送出顯示。顯示子程

37、序 DISP： DISP： ACALL HTB ；將顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 BCD 碼 MOV SCON，#00H ；置串行口為方式 0 MOV R2，#03H ；顯示位數(shù)送 R2 MOV R0，#T100 ；顯示緩沖區(qū)首地址送 R0LD： MOV DPTR，#TAB ；指向字型碼表首地址 MOV A，R0 ；取顯示數(shù)據(jù) MOVC A，A+DPTR ；查表 MOVSBUF，A ；字型碼送串行口WAIT： JBC TI，NEXT ；發(fā)送結(jié)束轉(zhuǎn)下一個(gè)數(shù)據(jù)并清中斷標(biāo)志 SJMP WAIT ；發(fā)送未完等待NEXT： INC R0 ；修改顯示緩沖區(qū)指針 DJNZR2，LD ；判 3 位顯示完否，未完繼續(xù) RET

38、TAB： ；字型碼表（略）BCD 碼轉(zhuǎn)換子程序 HTB：HTB： MOV A，BT0 ；取二進(jìn)制顯示數(shù)據(jù)低 8 位 MOV B，#100 ；除 100，確定百位數(shù) DIV AB MOV T100，A ；百位數(shù)送 54H 單元 MOV A，#10 ；除 10，確定十位XCH A， B DIV A，B MOV T10，A ；十位數(shù)送 55H 單元 MOV T， B ；個(gè)位數(shù)送 56H 單元徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)17 MOV A，BT1 ；取二進(jìn)制顯示數(shù)據(jù)高 8 位 JNZ LH1 ；高位不為 0 轉(zhuǎn) LH1 繼續(xù)高 8 位轉(zhuǎn)換 RET ；高位為 0 結(jié)束，返回LH1： MOV A，#0

39、6H ；高位不為 0，低位轉(zhuǎn)換結(jié)果加 256（因?yàn)闇囟葦?shù)據(jù)不會(huì)大于 500，所以高 8 位最多為 01H，即 256）ADDA，T DA A ；個(gè)位加 6（十進(jìn)制加） MOVT，A ；結(jié)果送回個(gè)位 MOVA，#05H ADDC A，T10 DAA ；十位加 5（十進(jìn)制加）MOVT10，A ；結(jié)果送回十位 MOVA， #02H ADDC A， T100 DA A ；百位加 2（十進(jìn)制加） MOVT100，A ；結(jié)果送回百位 RET3.4.3 溫度檢測(cè)模塊A/D 轉(zhuǎn)換采用查詢的方式。為提高數(shù)據(jù)采樣可靠性，對(duì)采樣溫度進(jìn)行數(shù)字濾波。數(shù)字濾波的算法很多，這里采用 4 次采樣取平均值的方法。如前面所述，本

40、系統(tǒng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果乘 2 正好是溫度值，因此，4 次采樣的數(shù)字量之和除以 2 就是檢測(cè)的當(dāng)前溫度。檢測(cè)結(jié)果高位存入 50H，低位存入 51H。溫度檢測(cè)子程序流程圖如圖所示：4R2A/D851H850HAR210A42YNNY徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)18圖 3-2 溫度檢測(cè)子程序流程圖 3.4.4 溫度控制模塊達(dá)到低于溫度值 1時(shí)停止加熱，利用余熱升溫至預(yù)設(shè)溫度，當(dāng)溫度下降到下限（比預(yù)定值低 2）時(shí)再啟動(dòng)加熱，將當(dāng)前溫度與預(yù)置溫度比較，當(dāng)前溫度小于預(yù)置溫度時(shí)，繼電器閉合，接通電阻絲加熱；當(dāng)前溫度大于預(yù)置溫度時(shí)，繼電器斷開，停止加熱；當(dāng)二者相等時(shí)電爐保持原來的狀態(tài)；當(dāng)前溫度降低到比預(yù)置溫度低 2時(shí)，再重新啟動(dòng)加熱；當(dāng)前溫度超出報(bào)警上下限時(shí)將啟動(dòng)報(bào)警，并停止加熱。由于電爐開始加熱時(shí)，當(dāng)前溫度可能低于報(bào)警下限，為了防止誤報(bào)，在未達(dá)到預(yù)置溫度時(shí)，不允許報(bào)警，為此設(shè)置了報(bào)警允許標(biāo)志 F0。模塊流程見下圖：2YNNNYY徐州工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)19 圖 3-3 溫度控制流程圖3.4.5 溫度越限報(bào)警模塊報(bào)警上限溫度值為預(yù)置溫度+5，即