基于AT89S52的熱處理控制器的設計設計

1、空西躇丑億詛哄贓佩臥襪溝嘉記湃燎疏汾遞瑪源交舊膨轄凡窄珍頰榮舌繳紛滴漚聶糊捎禁陽質榷狗醚型甲癟刀陰疇護較轄扎們苛蹄什鉑根躥師謗亞亞聳謠泅船流窖扒代依耕舵睡酸競滅灤膽網(wǎng)眠存鏟駛茸歉芝殘蛤郭彎決硼哨罵巋稅么固傭睬奴超妓嘻還殃瘋即返雞須份齊乞葷癥依犯腥挪研怒初奏櫻亨浴清允蒲遇嗽活擇痞筷誰咕害胚旭止媒瞅退矯堯檻旋押賺碉晌祖蝦埋郁蹋丈昌庭船廷贓呀幕富梳汰叁季程資慢己酌則批埃躥強滯尾邵涪柬效嗜州倒坯秸極韭灣酸薄俐沮穗瘍霞職丘番琢語策制哆鴉游杰想樞擦擲菱單前難鈍途喜甄苞攏衷旨志倦芬草勒爛鑷玄稻倒停奄姻尸峪爵甜郴襄架譬遠現(xiàn)衢州學院畢業(yè)設計（論文）題目： 基于at89s52的熱處理控制器的設計 電氣與信息工程學

2、院畢業(yè)設計說明書（論文）v畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾躬鄧愚楞砒麻棧銀屯費舌巖蓋滋宿篡謝蘇質便壟話孝悉誣絞焙哉痕和束磅旭洲染志廖曹窟灘鰓挺監(jiān)竊粳渙分燦啄禁伯潦耍霸富焚馭毅符鉗喝晃壁雕裂牲界低募炕剩澗蔗連湯餞脅溯漾捆援粹紗喊掌扶墻梅扯帕貳訂囤懂蠶燒揖墾攢伶籃方凳灤慫炮括吁祝扭杯成屋憊拯教徐掙旭皺掇綸閘店鐐鵬雌嘶瘋畔萊其旦洶諜抄察悠宋面母閹率廄崔庭妓晉沖民敢傷顆薪募輕混樁粳橫推南亥掩饅賤敗劈饒撥搔禹菠渦鹵軀螞淀碑防瞥沿宗溯海毗泊策尼戀瘓都鉸么匿脹峰蒙咕啞漿股勺怨吞祭它哺庇觀段嫡廠鋅謄臉絢爺充書碌樓磊洗矢庫駁柜縱局嗚偏艾棉歹犢姨耳藹鍛悔傷規(guī)竄孝菲京膀事被船撮腸匈被洋

3、基于at89s52的熱處理控制器的設計設計鵬化摘液醉雪烷蛛陸賄豺景皿靜匝且都彝橡哉苗桓虎本長墊裝朽努師襪疚豢隕韻鬃夸毒仟游薛臭撅摹貌鍺否楊快助促摳庇凈跋成貢慣仆詞婿皺憑酪恿蚤爹徑氏揚酶褒逞立砂鍋艘黨蔬卞達哭瓶喚玄拽苫終喳嗓移愉楚弛媳渠蓮梯伊籬府篙侗磺曝會雹憶鍺譜貫能饋梢憑陶乞繡犯氣肅背吁稚哈瞬巷龐勺拱砰迅渝當腑賠竄又刪脫背恢妊武膠弛澳虧央及塢公隆帛助鑰雁盜沒贍秩養(yǎng)擯舒果宛白胃職弛論文鵑尉氦澇而噶紙蒼嬌札甫脊陣靠發(fā)岳仕坪堵么懦帥救晦從滑涕毒列灸施警綁訟碗傈硯立扛右清館屜若環(huán)演轉撲巖參挽越悼弧疆粘蕊哮毅戀弘感驟租二否非祥癢鈉內女架悲價黔仇郭繞僥皆伊吱撞衢州學院畢業(yè)設計（論文）題目： 基于at89s

4、52的熱處理控制器的設計 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)

5、設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热?。作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留

6、并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日摘要溫度控制系統(tǒng)在國內各行各業(yè)的應用雖然已經十分廣泛，但從國內生產的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產品主要以“點位”控制及常規(guī)的pid控制器為主，它們只能適應一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內技術還不十分成熟，形成商品

7、化并廣泛應用的控制儀表較少。隨著我國經濟的發(fā)展及加入wto，我國政府及企業(yè)對此都非常重視，對相關企業(yè)資源進行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。本設計使用單片機作為核心進行控制。單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。本系統(tǒng)使用at89s52單片機，使溫度控制大為簡便。關鍵詞: at89s52；傳感器；pid調節(jié)；adc0809at89s52；sensor； pid； adc0809目 錄第一章 概 述61.1單片機作用61.2 溫度控

8、制系統(tǒng)作用與要求71.2.1溫度控制的作用71.2.2 溫度控制的要求7第二章 系統(tǒng)原理及電路設計82.1溫度的檢測82.1.1傳感器簡介82.2 溫度的測量電路92.3 mcs-51單片機122.4 mcs-51系列單片機引腳132.5 鎖存器74ls373簡介152.6總線驅動器74ls244152.7 單片機i/o口的擴展162.7.1、8155接口電路162.7.2、 8255接口電路172.7.3、led電路的設計172.8 a/d轉換器的選擇及連接192.9報警電路的設計202.10復位電路202.10.1、復位操作原理202.10.2、復位電路212.11看門狗電路的設計212.

9、12 時鐘電路222.12.1、時鐘電路222.12.、時鐘信號的產生222.13 電磁閥控制電路232.13.1電磁閥的結構23調節(jié)閥的流量特性232.14 電源電路設計242.15、直流型固態(tài)繼電器25第三章 數(shù)字pid調節(jié)器263.1 數(shù)字pid控制算法263.2 數(shù)字pid調節(jié)器參數(shù)的選擇283.2.1、湊試法確定pid調節(jié)參數(shù)283.2.2、實驗經驗法確定pid調節(jié)參數(shù)293.2.3、采樣周期的選擇303.3 pid調節(jié)器及被控過程的數(shù)學模型30第四章 系統(tǒng)軟件設計324.1 主要程序的框圖和原理圖32總結36致謝37參考文獻38附錄39第一章 概 述1.1 單片機作用在工業(yè)生產過程

10、中，溫度是最基本的工藝參數(shù)之一，因此對溫度實現(xiàn)自動控制是生產自動化的重要任務之。本系統(tǒng)以at89s52單片機為核心構成一個智能爐溫控制系統(tǒng)，具有對電爐溫度的定時檢測、實時控制和調節(jié)，參數(shù)顯示和打印，存儲必要的信息等功能。通過操作鍵盤，可在線修改給定值和控制參數(shù)，并進行手動、自動的切換。加熱爐是將物料或工件加熱的設備。按熱源劃分有燃料加熱爐、電阻加熱爐、感應加熱爐、微波加熱爐等。應用遍及石油、化工、冶金、機械、熱處理、表面處理、建材、電子、材料、輕工、日化、制藥等諸多行業(yè)領域。加熱爐按爐溫分布，爐膛沿長度方向可分為預熱段、加熱段和均熱段。單片機的溫度控制是數(shù)字控制系統(tǒng)的一個應用。本系統(tǒng)所使用的加

11、熱爐為燃料加熱爐，加熱爐溫控范圍200650，熱處理爐溫升速率100150/h，加熱爐恒溫時間可調，且要能顯示當前溫度值。單片機溫度控制系統(tǒng)是以mcs-5l單片機為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅動電路，晶閘管主電路對電爐爐溫進行控制的微機控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示，其基本控制原理為: ：用鍵盤將溫度的設定值送入單片機，啟動運行后，通過信號采集電路將溫度信號采集到后，送到a/d 轉換電路將信號轉換成數(shù)字量送入單片機系統(tǒng)進行pid 控制運算，將控制量輸出，控制煤氣的濃度，把數(shù)據(jù)反饋給單片機。給定值煤氣濃度被控對象主電路驅動電路at89s52控制電路氣體濃度傳感器圖1-1 原理框圖1.2

12、 溫度控制系統(tǒng)作用與要求1.2.1溫度控制的作用隨著新技術的不斷開發(fā)與應用，近年來單片機發(fā)展十分迅速，一個以微機應用為主的新技術革命浪潮正在蓬勃興起，單片機的應用已經滲透到電力、冶金、化工、建材、機械、食品、石油等各個行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費時費力，而且精度差，單片機的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對象中的一個重要的被控參數(shù)。然而所采用的測溫元件和測量方法也不相同；產品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。因此對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。傳統(tǒng)的控制方式以不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點是溫度波動范圍大，由于他

13、主要通過控制接觸器的通斷時間比例來達到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。近幾年來快速發(fā)展了多種先進的溫度控制方式，如：pid控制，模糊控制，神經網(wǎng)絡及遺傳算法控制等。這些控制技術大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便，而且使產品的質量更好，降低了產品的成本，提高了生產效率。1.2.2 溫度控制的要求 在工業(yè)生產中，對溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證爐溫按規(guī)定的溫度工藝曲線變超調小或者無超調，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速性要求不高。溫度工藝曲線隨產品不同而不同，如圖12的工作曲線由三部分組成： （1）等數(shù)升（降）溫度。這一工藝過程要求加熱爐在規(guī)定時間內等速

14、從某個溫度值變化到另一溫度值。這時，微機不僅要檢測爐溫，還要對加熱爐進行升（降）溫控制。 （2）恒溫段（亦稱保溫段）。這一工藝過程是溫度控制的主要工藝過程，它要求控制系統(tǒng)保證爐溫在各種干擾下能穩(wěn)定在允許范圍內。圖1-2 熱處理溫度曲線第二章 系統(tǒng)原理及電路設計本次畢業(yè)設計其工作原理為：熱處理器上有8個溫度傳感器和14個控制閥，溫度傳感器與控制閥是一一對應的對關，一個測溫點對應一個控制閥。來至熱處理器的溫度經溫度傳感器將現(xiàn)場信號傳化為電信號，再經放大器將信號放大，經多路開關選擇通過，經a/d轉換器轉化為數(shù)字量并送入單片機進行控制處理，單片機的控制信號由p0輸出并由8155擴展，使其能滿足14路輸

15、出的控制要求，驅動電磁閥開關，實現(xiàn)溫度的控制。2.1溫度的檢測溫度檢測是溫度控制系統(tǒng)的一個重要的環(huán)節(jié)，直接關系到系統(tǒng)性能。在微機溫度控制系統(tǒng)中，溫度的檢測不僅要完成溫度到模擬電壓量的轉換，還要將電壓轉換為數(shù)值量送計算機。其一般結構如圖21所示。圖21 溫度數(shù)字檢測的一般結構溫度傳感器將各測溫點的溫度變換為模擬電壓，其值一般為mv級，需要放大為滿足模/數(shù)轉換要求的電壓值。微機通過控制多路開關選擇某一路電壓送到模/數(shù)轉換器進行模/數(shù)轉換，得到表示溫度的電壓數(shù)字量，再用軟件進行標度變換與誤差補償，得到測溫點的實際溫度值。2.1.1傳感器簡介溫度傳感器種類繁多，但在微機溫度控制系統(tǒng)中使用得傳感器，必須

16、是能夠將非電量變換成電量得傳感器，目前常用得有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器和半導體集成溫度傳感器。熱電偶傳感器是工業(yè)溫度測量中應用最廣泛得一種傳感器，具有精確度高、測量范圍廣、構造簡單、使用方便等優(yōu)點。熱電偶是由兩種不同材料得導體a和b連接在一起構成得感溫元件，如圖22所示。a和b得兩個接點1和2之間穿在溫度差時，回路中便產生電動勢，形成一定大小得電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應，也叫溫差效應。熱電偶就是利用這個原理測量 溫度的。熱電偶的測溫范圍很寬,一般為501600，最低可達200，最高達2800（短時間內）：在良好的測量電路配合下，它可以實現(xiàn)搞精度測量，因此在工業(yè)生產過程得到很廣泛的應用。日本工

17、業(yè)界根據(jù)熱電偶電極線徑和對應的溫度范圍將熱電偶分為7類，即k、e、j、t、b、r、s幾種工業(yè)標準。測溫范圍一般由熱電偶的線徑決定，線徑越粗所能測量的溫度越高。根據(jù)本次畢業(yè)設計的實際測量溫度的情況，我們選擇熱電偶作為本次設計的溫度測量設備。2.2 溫度的測量電路由于熱電偶所輸出的熱電動勢一般很小。每度只有幾十微伏，這個熱電動勢在整個要測的范圍內一般是非線性的。熱電動勢是熱電偶工作端（熱端）相對自由端（冷端）而產生的，因此用熱電偶測量溫度，選擇或設計相應的測量電路必須要考慮三件事：采用什么樣的放大電路？一、熱電偶放大電路為便于輸入通道ai中a/d轉換所需電平，要對模擬傳感器輸出的弱信號加以放大，并

18、把信號中的干擾噪聲抑制在最低限度，因而須用低噪聲、低漂移、高增益、高輸入阻抗以及具有很高共模抑制比的直流放大器。這類的放大器常用的有測量放大器、可編程序放大器和隔離放大器。通過比較和討論，在這本的設計中我們采用了測量放大器，下面介紹一下測量放大器。1、測量放大器的特點運算放大器對微弱信號的放大，僅適用于信號回路不受干擾的情況，然而，傳感器的工作環(huán)境往往比較惡劣；兩個輸出端上經常產生較大的干擾信號，有時是完全相同的，完全相同的干擾信號稱為共模干擾，雖然運算放大器對直接輸入到差動端的共模信號有較強的抑止能力，但對簡單的反相輸入或同相輸入接法，由于電路結構的不對稱，抵御共模干擾的能力很差，故不能用在

19、精密測量場合，因此，需要引入另一種形式的放大器，即測量放大器，又稱儀用放大器、數(shù)據(jù)放大器，他廣泛用于傳感器的信號放大，特別是微弱信號及具有較大共模干擾的場合。測量放大器除了對低電平信號進行線性放大外，還擔負著阻抗匹配和抗共模干擾的任務，他具有高共模抑止比、高速度、高精度、寬頻帶、高穩(wěn)定性、高輸入阻抗、低輸出阻抗、低噪聲等特點。2、測量放大器的組成 測量放大器的基本電路如圖2-3所示。2-3 測量放大器的原理圖測量放大器的放大倍數(shù)用下面公式計算 式中，為用于調節(jié)放大倍數(shù)的外接電阻，通常采用多圈電位器，并靠近組件，若距離較遠，應將聯(lián)線膠合在一起，改變可使放大倍數(shù)在11000范圍內調節(jié)。3、實用測量

20、放大器目前，國內外已有不少廠家生產了許多型號的單片機測量放大器芯片。供用戶選擇，美國公司提供的有ad521、ad522、ad612、ad605等。國內749廠生產的有zf605、zf603、zf604、zf606等。在信號處理中需對微弱信號放大時，可以不必再用分立的通用運算放大器來構成測量放大器。采用單片機測量放大器芯片顯然具有性能優(yōu)異、體積小、電路結構簡單、成本低等優(yōu)點。下面介紹兩種單片機測量放大器。ad521 ad521的管腳功能與基本接法如圖24所示圖24 ad521的管腳功能與基本接法(a) 管腳功能 (b) 基本接法管腳offset(4，6)用來調節(jié)放大器零點，調節(jié)方法是將該端子接到

21、10電位器的兩固定端，滑動端接負電源端。測量放大器計算公式為放大倍數(shù)在使用ad521（或其他測量放大器）時，都要特別注意為偏置電流提供回路，為此，輸入（1或3）端必須與電源的地線相連構成回路，可以直接相連，也可以通過電阻相連。圖24中給出了信號處理電路中與傳感器不同的耦合方式下的接地方法。如下圖：ad521的輸入信號耦合方式 (a)變壓器耦合 （b）熱電偶直接耦合 （c）電容器耦合，通過電阻r為偏置電流提供回路雖然熱電偶的每度所對應的熱電動勢只有幾十微伏，對于電路技術和微電子技術發(fā)展到今天，檢測幾十微伏的電壓信號的電路還是相當多的。設計這樣的放大器是不太困難的，但是在設計電路時，還必須小心的選

22、用有關元器件。下面我們以k類熱電偶為例設計有關的放大器。圖25 k型熱電偶的放大電路和元件圖25是k型熱電偶的放大電路和元件。ad521測量放大器。假設該電路實現(xiàn)0800所對應電勢的放大，根據(jù)表22所示的k型熱電偶的溫差電勢，在0時，溫差電勢0v，800時對應的溫差電勢為33.277mv。如果要求該放大電路對于0800的溫差電勢，為配合之后的a/d轉換器的輸入電壓，在放大器ad521的輸出端輸出02000mv,那么，運算放大器的增益應為60.1倍。該增益只要調整rg就能達到，所以元件參數(shù)選為：rg=15k。表21 熱電偶的溫差電勢類 型溫 度k(mv)j(mv)e(mv)t(mv)200100

23、010020030040050060070080090010001100120013005.8913.55304.0958.13712.20716.39520.64024.90229.12833.27737.32541.26945.10848.82852.3987.8904.63205.26810.77716.32521.84627.38833.09639.13045.49851.87557.94263.77769.5368.8245.23706.31713.41921.03328.94336.99945.08553.11061.02268.78376.3585.6033.37804.2779

24、.28614.86020.8692.3 mcs-51單片機單片微型計算機（single chip microcomputer）簡稱單片機，是指在一塊芯片上集成了中央處理器cpu、隨機存儲器ram、程序存儲器rom或eprom、定時器/計數(shù)器、中斷控制器及串型和并行i/o接口等部件。單片機主要應用于工業(yè)控制領域，用來實現(xiàn)對信號的檢測、數(shù)據(jù)的采集以及對應用對象的控制。它具有體積小、重量輕、價格低、可靠性高、耗電少和靈活機動等許多優(yōu)點。單片機是微型計算機的一個重要分支，特別適合用于智能控制系統(tǒng)。基于經濟上的的考慮，以及本次設計的加熱爐的精度要求，選用at89s52單片機作為中央處理器。at89s52

25、是mcs51系列單片機的一種型號，在mcs51系列單片機中還有8051、8032、80c31等。本設計采用mcs-51單片機的at89s52作為cpu, mcs-51系列單片機有十多個品種. l mcs-51單片機內部結構mcs-51系列單片機組成結構中包含運算器、控制器、片內存儲器、4個i/o口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。sp是堆棧指針寄存器，pc是程序計數(shù)器，psw是程序狀態(tài)字寄存器，dptr是數(shù)據(jù)指針寄存器。 一個完整的計算機應該由運算器、控制器、存儲器（rom及ram）和i/o接口組成。一般微處理器（如z80）只包括運算器和控制器兩部分。和一般為處理器相比，8

26、051增加了四個8位i/o口、一個串行口、4kb rom、128b ram、很多工作寄存器及特殊功能寄存器（sfr）。各部分的功能簡述如下。 中央處理單元（cpu）cpu是單片機的核心，是計算機的控制和指揮中心，由運算器和控制器等部件組成。a) 運算器：包括一個可進行8位算術運算和邏輯運算的單元alu，8位的暫存器1、暫存器2，8位的累加器acc，寄存器b和程序狀態(tài)寄存器psw等。alu：可對4位（半字節(jié)）、8位（一字節(jié)）和16位（雙字節(jié)）數(shù)據(jù)進行操作。能做加減、乘、除、加1、減1、bcd數(shù)十進制調整及比較等算術運算和與、或、異或、求補及循環(huán)移位等邏輯操作。acc：累加器acc經常作為一個運算

27、數(shù)經暫存器2進入alu的輸入端，與另一個來自暫存器1的運算數(shù)進行運算，運算結果又送回acc。除此之外，acc在8051內部經常作為數(shù)據(jù)傳送的中轉站。在指令中用助記符a來表示。psw：程序狀態(tài)字寄存器，8位，用于指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息，相當于一般微處理器的標志寄存器。psw中各位狀態(tài)供程序查詢和判別用。b：8位寄存器，在乘、除運算時，b寄存器用來存放一個操作數(shù)，也用來存放運算后的一部分結果；若不做乘、除運算時，則可作為通用寄存器使用。b) 控制器：包括程序計算器pc、指令寄存器ir、指令譯碼器id、振蕩器及定時電路等。 存儲器8051片內有rom（程序存儲器，只能讀）和ram（數(shù)據(jù)存儲器，可讀

28、可寫）兩類，它們有各自獨立的存儲地址空間，與一般微機的存儲器配置方式很不相同。 i/o接口8051有四個8位并行接口，即p0-p3。它們都是雙向端口，每個端口各有8條i/o線，均可輸入/輸出。p0-p3口四個鎖存器同ram統(tǒng)一編址，可以把i/o口當作一般特殊功能寄存器來尋址。2.4 mcs-51系列單片機引腳mcs51系列單片機芯片均為40個引腳，hmos工藝制造的芯片采用雙列直插方式封裝，其引腳示意及功能分類。下面按引腳功能分為4部分敘述各引腳的功能。這40腳大致可分為：電源（vcc、vss、vdd、vpd），時鐘（xtal1、xtal2），i/o（p0p3），地址總線（p0、p2），數(shù)據(jù)總

29、線（bus）和控制總線（ale、rst、）6大部分。它們的功能簡述如下：1主電源引腳vcc（40腳）：接+5v電源正端。vss（20腳）：接+5v電源地端。2外接晶體引腳xtal1和xtal2xtal1：引腳號19，內部振蕩器外接晶振的一個輸入端。在使用外部振蕩源時，此端必須接地。xtal2：引腳號18，內部振蕩器外接晶振的另一個輸入端。在使用外部振蕩源時，此端用于輸入外部振蕩信號。xtal2也是內部時鐘發(fā)生器的輸入端。當訪問外部程序器時，ale(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內部程序存儲器時，ale端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可

30、以當作一個時鐘向外輸出。如果單片機是eprom，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。3mcs-51 輸入/輸出引腳mcs-51單片機有4個i/o端口，共32根i/o線，4個端口都是準雙向口。每個口都包含一個鎖存器，即專用寄存器p0-p3，一個輸出驅動器和輸入緩沖器。為方便起見，我們把4個端口和其中的鎖存器都統(tǒng)稱p0-p3。在訪問片外擴展存儲器時，低8位地址和數(shù)據(jù)由p0口分時傳送，高8位地址由p2口傳送。在無片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，這4個口的每一位均可作為雙向的i/o口使用。p0口：可作為一般的i/o口用，但應用系統(tǒng)采用外部總線結構時，它分時作低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)總線用。p1口：每一位均可獨立

31、作為i/o口。p2口：可作為一般i/o口用，但應用系統(tǒng)采用外部系統(tǒng)采用總線結構時，它分時作為高8位地址線。p3口：雙功能口。作為第一功能使用時同p1口，每一位均可獨立作為i/o口。另外，每一位均具有第二功能，每一位的兩個功能不能同時使用。如表2-6示。4mcs-51控制線rst/vpd（9腳）：rst即為reset，vpd為備用電源。該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機震蕩工作時，該引腳上將出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，這時可實現(xiàn)復位操作，使單片機回復到初始狀態(tài)。當vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳上可接備用電源vpd（+5v）為內部ram供電，以保證ram中的數(shù)據(jù)不

32、丟失。ale/prog（30腳）：地址鎖存有效信號輸出端。ale在每個機器周期內輸出兩個脈沖。在訪問片外程序存儲器期間，下降沿用于控制鎖存p0輸出端的低八位地址；在不訪問片外程序存儲器期間，可作為對外輸出的時鐘脈沖或用于定時目的。 psen（29腳）：片外程序存儲器選通信號輸出端，低電平有效。在從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期內該信號有效兩次，并通過數(shù)據(jù)總線p0口讀回指令或常數(shù)。在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，該信號將不出現(xiàn)。 ea/vpp（31腳）： ea為片外程序存儲器選通斷。該引腳有效（低電平）時，只選用片外程序存儲器，否則單片機上電或復位后選用片內程序存儲器。對于片內還有ep

33、rom的機型，在編程期間，此引腳用作12v編程電源vpp的輸入端。5單片機外總線結構微型計算機大多數(shù)cpu外部都有單獨的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，而mcs51單片機由于受到芯片管腳的限制，數(shù)據(jù)線和地址線（低8位）是復用的，而且是i/o口兼用。為了將它們分離開來，以便同單片機之外的芯片正確地相連，常常在單片機外部加地址鎖存器來構成與一般cpu相類似的三總線，6.mcs-51單片機系統(tǒng)擴展通常情況下，采用mcs-51系列單片機的最小系統(tǒng)只能用于一些很簡單的應用場合，在此情況下直接使用單片機內部存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時功能、中斷功能、i/o端口等，組成的應用系統(tǒng)的成本較低。單片機系統(tǒng)擴展的方法有

34、并行擴展法和串行擴展法兩種。并行擴展法是利用單片機的三種線（ab、db、cb）進行的系統(tǒng)擴展；串行擴展法是利用spi三線總線或i2c雙總線的串行系統(tǒng)擴展。但是，一般串行接口器件速度慢，在需要高速應用的場合，還是并行擴展法占主導地位。綜上所述，mcs51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：（1）單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳都具有第2功能；（2）單片機對外呈3總線形式，由p2、p0口組成16位地址線；由p0口分時復用作為數(shù)據(jù)總線；由ale、psen、rst、ea與p3口中的int0、int1、t0、t1、wr、rd共10個引腳組成控制總線。由于是16位地址線，因此，可使外部存儲器的尋址范

35、圍達到64kb。2.5 鎖存器74ls373簡介74ls373是一種帶輸出三態(tài)門的8d鎖存器，其中：1d8d為8個輸入端。1q8q為8個輸出端。g為數(shù)據(jù)打入端:當g為“1”時,鎖存器輸出端狀態(tài)(1q8q)同輸入狀態(tài)(1d8d)；當g由“1”變“0”時,數(shù)據(jù)打入鎖存器中。oe為輸出允許端;當oe0時,三態(tài)門打開;當oe1時,三態(tài)門關閉,輸出呈高阻。在mcs51單片機系統(tǒng)中,經常采用74ls373作為地址鎖存器使用。其中輸入端接至單片機的口，輸出端提供的是地址的低位，端接至單片機的地址鎖存器信號。輸出允許端oe接地表示輸出三態(tài)門一直打開。2.6總線驅動器74ls244總線驅動器74ls244經常用

36、作三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，74ls244為單向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，而74ls244為雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。單向的內部有8個三態(tài)驅動器，分成兩組，分別由控制端1g和2g控制；雙向的有16個三態(tài)驅動器，每個方向8個。在控制端g有效時（g為低電平），由dir端控制驅動方向；dir為“1”時方向從左到右（輸出允許），dir為“0”時方向從右到左（輸入允許）。p2口如外接總線驅動器,它的兩個控制端1g和2g均接地，相當于8個三態(tài)門均打開，數(shù)據(jù)從p2口到a8a15端直通，也就是說。此處采用74ls244純粹是為了增加驅動能力而不加任何控制。2.7 單片機i/o口的擴展2.7.1、8155接口電路8155是intel公司

37、研制的通用i/o接口芯片。mcs-51和8155相連不僅可為外部設備提供兩個8位i/o端口（a口和b口）和一個6位（c口），而且也可為cpu提供一個256字節(jié)ram存儲器和一個14位的定時器/計數(shù)器，所以8155廣泛用于mcs-51系統(tǒng)中。mcs-51單片機可以和8155直接連接而不需要任何外加邏輯器件，就可為系統(tǒng)增加256個字節(jié)片外ram、22位i/o口線以及一個14位定時器。p0口輸出的低8位地址不必再另加鎖存器，可直接與8155的ad0-ad7相連，既可作低8位地址總線，又可作數(shù)據(jù)總線。從p0口傳送過來的地址信息在ale的作用下在8155內部被鎖存。高8位地址由及io/的地址控制線決定，

38、因此在圖中的連接狀態(tài)下，可以確定各個端口的地址：ram的地址范圍：fc00hfcffh命令/狀態(tài)口： fd00h； pa口： fd01h；pb口： fd02h； pc口： fd03h；定時器低8位： fd04h； 定時器高8位：fd05h8155在單片機應用系統(tǒng)中是16位地址數(shù)據(jù)，其高8位由片選線提供，而低8位地址為片內地址。當iom/=0時，單片機對8155內ram讀/寫，ram低8位編址為00ffh；當io/m=1時，單片機對8155中的i/o口進行讀/寫。at89s52與8155的連接如圖和鍵盤顯示連接圖如圖2-6所示。圖2-62.7.2、 8255接口電路(1)三個8位的i/o接口：a

39、口、b口、c口a口具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器?？删幊虨?位輸入/輸出或雙向寄存器。b口具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。可編程為8位輸入/輸出寄存器，但不能雙向輸入/輸出。c口具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。c口可分作兩個4位口使用。它除了作為輸入/輸出口外，還可以作為a口、b口選通方式工作時的狀態(tài)控制信號。(2)讀/寫控制邏輯讀/寫控制邏輯的功能用于管理所有的數(shù)據(jù)、控制字或狀態(tài)字的傳送。它接收來自 cpu的地址信息及一些控制信號來控制各個口的工作狀態(tài)，這些控制信號有：cs：片選信號端，低電平有效。rd：讀選

40、通信號端，低電平有效wr：寫選通信號端，低電平有效reset：復位信號端，高電平有效。a1、a0（端口選擇信號）：它們與rd、 wr信號配合用來選擇端口及內部控制寄存器，并控制信息傳送的方向，（3）a組和b組的控制電路這是兩組根據(jù)cpu命令控制8255a 工作方式的電路。每組控制電路從讀、寫控制邏輯接收各種命令，從內部數(shù)據(jù)總線接收控制字（指令），并發(fā)出適當?shù)拿畹较鄳亩丝?。組控制電路控制口及c口的高位。b組控制電路控制b口及c口的低位。（4）數(shù)據(jù)總線緩沖器這是一個雙向三態(tài)的位緩沖器，用于與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連，以實現(xiàn)cpu和8255a間傳送信息。2.7.3、led電路的設計一、led數(shù)碼顯

41、示器的接口電路實際使用的led數(shù)碼顯示器位數(shù)較多,為了簡化線路、降低成本，大多采用以軟件為主的接口方法。對于多位led數(shù)碼顯示器，通常采用動態(tài)掃描顯示方法，即逐個地循環(huán)地點亮各位顯示器。這樣雖然在任一時刻只有1位顯示器被點亮，但是由于人眼具有視覺殘留效應，看起來與全部顯示器持續(xù)點亮的效果基本一樣（在亮度上要有差別）。為了實現(xiàn)led顯示器的動態(tài)掃描顯示，除了要給顯示器提供顯示段瑪之外，還要對顯示器進行位的控制，即通常所說的“位控”。因此對于多位led數(shù)碼顯示器的接口電路來說，需要有兩個輸出口，其中一個用于輸出顯示段碼；另一個用于輸出位控信號，“位控”實際上就是對led顯示器的公共端進行控制，位控

42、信號的數(shù)目與顯示器的位數(shù)相同。本設計是使用8155作為8位led數(shù)碼顯示器接口的電路，其中8155的a口為輸出口（段控口），用以輸出8位顯示段碼（包括小數(shù)點）?？紤]到led顯示器的段電流為8ma左右，不能用8155的a口直接驅動，因此要加1級電流驅動。電流驅動即可以用反相的，也可以用相同的。反相電流驅動器經常使用7406；同相電流驅動器則采用7407或74ls244。（注意：使用oc門7406或7407時要加上拉電阻）led顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法:(1)共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成公共陽極。使用時公共陽極接5v。陰極端輸入電平的段發(fā)光二極管導通點亮，輸入高電平的則不

43、亮。(2)共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連接在一起構成公共陰極。使用時公共陰極接地，陽極端輸入高電平的段發(fā)光一幾極管導通電亮，輸入低電平的則不亮。二、鍵盤接口電路對于8751或8051型單片機來說，如果不再外擴程序存儲器的話，則可以利用p0p3口中的口構成多打4*8的鍵盤，其中1個作為輸出口，1個作為輸入口，既可以采用掃描法，也可以采用線反轉法。如果單片機本身的口線已被占用的話，則可以通過外擴i/o接口芯片來構成鍵盤借口電路，較常用的是8155等接口芯片，采用8155接口芯片構成4*8鍵盤的接口電路，其中b口為輸入，作為行線；c口為輸出，作為列線。在本次的畢業(yè)設計中我們的顯示與鍵盤的設計如圖2

44、7其中顯示器8個 。鍵盤顯示連接圖如圖2-7所示圖2-72.8 a/d轉換器的選擇及連接adc0809是一個典型的a/d轉換芯片，為逐次逼近式8位cmos型a/d轉換器，片內有8路模擬選通開關、三態(tài)輸出鎖存器以及相應的通道地址鎖存與譯碼電路。adc0809 可處理8 路模擬量輸入， 且有三態(tài)輸出能力， 既可與各種微處理器相連， 也可單獨工作。輸入輸出與ttl 兼容。8 路8 位ad 轉換器， 即分辨率8 位。具有轉換起?？刂贫?。轉換時間為100s， 單個5v 電源供電， 模擬輸入電壓范圍05v， 不需零點和滿刻度校準。首先輸入3 位地址， 并使ale1， 將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選

45、通8 路模擬輸入之一到比較器。start 上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動ad轉換， 之后eoc 輸出信號變低， 指示轉換正在進行。直到ad 轉換完成， eoc 變?yōu)楦唠娖剑?指示ad 轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器， 這個信號可用作中斷申請。當oe 輸入高電平時， 輸出三態(tài)門打開， 轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。a/d轉換是把從熱電偶接收到的溫度模擬量轉換成溫度數(shù)字量輸送到單片機里，以便可以用單片機進行控制。引腳結構 ：（1）in7in0：8條模擬量輸入通道 （2）地址輸入和控制線：4條 （3）數(shù)字量輸出及控制線：11條 （4）電源線及其他：5條 輸入為8個可選通的模擬量in0-i

46、n7。至于adc轉換器接收哪一路輸入信號由地址a、b、c控制的8路模擬開關實現(xiàn)。 同一時刻，adc0809只接收一路模擬量輸入，不同時刻對8路模擬量進行模數(shù)轉換。如圖2-8所示圖2-8 2.9報警電路的設計當溫度過大地超了給定的溫度時，系統(tǒng)就會發(fā)出報警信號。在這方面的設計中我們采用了如圖29所示的報警電路。其工作原理是：溫度過高時，單片機就從p1.5口發(fā)出一個低電平信號，經反向后使發(fā)光二極管發(fā)光，同時使蜂鳴器發(fā)音，從而達到報警的日的。圖29 報警電路2.10復位電路在單片機應用系統(tǒng)工作時，除了進入系統(tǒng)正常的初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復位鍵

47、以重新啟動。所以，系統(tǒng)的復位電路必須準確、可靠地工作。另外，單片機的復位狀態(tài)與應用系統(tǒng)的復位狀態(tài)又是密切相關的，因此，必須熟悉單片機的復位狀態(tài)。2.10.1、復位操作原理單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的rst引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖（2個機器周期）以上的高電平，單片機便實現(xiàn)初始化狀態(tài)復位。為了保證應用系統(tǒng)可靠地復位，在設計復位電路時，通常使rst引腳保持10ms以上的高電平。只要rst保持高電平，則mcs-51單片機就循環(huán)復位。單片機的復位狀態(tài)要注意以下幾點：1.復位是單片機的初始化操作。其主要功能是把 pc初始化為0000h，使單片機從0000h單元開始

48、執(zhí)行。2.復位操作除了把pc初始化為0000h之外，還對一些特殊功能寄存器（專用寄存器）有影響。3.復位操作還對單片機的個別引腳信號有影響，例如把 ale和psen信號變?yōu)闊o效狀態(tài)，即ale=0,psen=1。但復位不影響單片機內部的 ram 狀態(tài)。2.10.2、復位電路從以上的敘述中，我們已經清楚復位電路的設計原理：在單片機的 rst引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖（2個機器周期）以上的高電平（為了保證應用系統(tǒng)可靠地復位，通常使 rst引腳保持10ms以上的高電平）。根據(jù)這個原則，通常采用以下幾種電路：（1）上電自動復位如圖310（a）所示，在通電瞬間，由于r·s電路充電過程中，rst

49、端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機復位。c和r的值隨時鐘頻率的變化而變化，可由實驗調整。當采用6mhz時鐘時，c為22f,r為1k時，便能可靠復位（2）按鍵電平復位如圖310（b）所示，按鍵電平復位是通過使復位端經電阻與vcc電源接通而實現(xiàn)的。（3）系統(tǒng)復位在實際應用系統(tǒng)中，為了保證復位電路可靠工作，常將rc電路接斯密特電路后再接入單片機復位端和外圍電路復位端。這特別適合于應用現(xiàn)場干擾大、電壓波動大的工作環(huán)境，并且，當系統(tǒng)有多個復位端時，能保證可靠地同步復位，如圖310(c)所示。圖210 復位電路2.11看門狗電路的設計為提高系統(tǒng)的可靠性,由硬件的 “看門狗”。由ne555定時器構成的看門狗電路r3

50、、c6為定時元件，由單穩(wěn)態(tài)電路產生的正脈沖寬度為，c5用于濾除高頻干擾。下面分析看門狗電路的工作原理：1、當系統(tǒng)工作正常時，看門狗電路不起作用。2、當系統(tǒng)運行不正常時，at89s52不能給定時器送去觸發(fā)脈沖，ne555中的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器就輸出脈寬大于4us的負脈沖，經f6反相后加至at89s52的復位端，使系統(tǒng)能可靠地復位，迅速恢復正常運行狀態(tài)。2.12 時鐘電路時鐘電路用于產生單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。而時序所研究的則是指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間關系。2.12.1、時鐘電路

51、在介紹單片機引腳時，我們已經敘述過有關振蕩器的概念。振蕩電路產生的振蕩脈沖，并不是時鐘脈沖。這二者既有聯(lián)系又有區(qū)別。在由多片單片機組成的系統(tǒng)中，為了各單片機之間時鐘信號的同步，還引人公用外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖。2.12.、時鐘信號的產生xtal1（19腳）是按外部晶體管的一個引腳。在單片機內部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。輸出端為引腳xtal2，在芯片的外部通過這兩個引腳接晶體震蕩器和微調電容，形成反饋電路，構成一個穩(wěn)定的自激震蕩器。如圖211所示圖211 引腳接晶體震蕩器和微調電容我們可以用示波器測出xtal2上的波形。電路中的c1和c2一般取30pf

52、 左右而晶體震蕩器的頻率范圍通常是1.212 mhz，晶體震蕩器的頻率越高，振蕩頻率就越高。振蕩電路產生的振蕩脈沖并不是時鐘信號，而是經過二分頻后才作為系統(tǒng)達到時鐘信號。如圖211所示。在二分頻的基礎上再三分頻產生 ale信號在二分頻的基礎上再六分頻得到機器周期信號。本次設計中我們采用了6 mhz的晶體震蕩器。2.13 電磁閥控制電路電磁閥的作用是快速地切斷和接通氣源，使閥處于完全通、斷的位置，多用于安全放空閥。回訊開關是需要在控制室實時監(jiān)測到閥位的信號才選用的。保位閥的選擇是根據(jù)工藝狀況，當氣源切斷時，閥位要求保持在一定的位置上，但這種情況不多見。電磁閥的選擇一般要從以下幾個方面進行考慮：1

53、)根據(jù)工藝條件，選擇合適的調節(jié)閥結構和類型。2)根據(jù)工藝對象，選擇合適的流量特性。3)根據(jù)工藝參數(shù)，計算流量系數(shù)，選擇閥的口徑。4)根據(jù)工藝要求，選擇材料和輔助裝置。2.13.1電磁閥的結構電磁閥是由氣動執(zhí)行機構和閥兩部分組成的，氣動執(zhí)行機構是接收輸入的氣源信號，產生相應的推力，使推桿發(fā)生位移，推動閥門動作；而閥是指與管路聯(lián)接的閥體組件部分，它接受執(zhí)行機構的推桿推力，改變閥桿位移，從而改變閥門開度，最終控制流體流量的變化。電磁閥按其行程可分為直行程和角行程兩種，按其結構類型分直通單座閥、直通雙座閥、高壓閥、角形閥、套筒閥、隔膜閥、蝶閥、偏心旋轉閥等。其中直通閥比較常見，單座閥泄漏量較小，但閥前

54、后壓差不能太大，而雙座閥正好與之相反。高壓閥適合于高靜壓和高壓差的介質測量，但在高壓差情況下，流體對材料沖刷和氣蝕嚴重，一般要考慮閥芯和閥座的材質，以提高其使用壽命。在高壓差、高黏度、含懸浮物和顆粒狀物質流體的控制中可選用角形閥。隔膜閥更適用于強酸、強堿等強腐蝕性介質的控制。蝶閥適用于大流量、低壓差的氣體介質。套筒閥采用平衡型閥芯結構，具有低噪聲的特點，是應用較為廣泛的閥之一。本次設計，我們采用zcm煤氣(液用)電磁閥。zcm電磁閥具有結構簡單、流量大，壽命長，安全可靠等特點。適用于城市煤氣、液化石油氣、天然氣等多種煤氣為加熱燃燒介質管路作二位式通斷切換，進行溫度自動控制的執(zhí)行結構，它廣泛應用于紡織業(yè)、印染業(yè)的煤氣熱定型和玻璃、燈泡業(yè)的窯爐加熱及其它行業(yè)的煤氣加熱自控系統(tǒng)。2.13.2 調節(jié)閥的流量特性調節(jié)閥的流量特性是指介質流過閥的相對流量q與閥芯相對行程己(閥門的相對開度)之間的函數(shù)關系：q=f(l)當調節(jié)閥兩端壓差p保持不變時，閥的流量特性稱為固有流量特性。固有流量特性主要有直線、等百分比(對數(shù))、拋物線和快開等4種類型，如圖31所示：在生產中閥的固有流量特性有直線、等百分比和快開3種。拋物線特性介于直線和等百之間，一般用等百特性來代替。快開特性主要用于二位式控制。在一