烘箱溫度控制 微機原理課設報告

1、設計10：烘箱溫度控制系統(tǒng)硬件設計 設計內(nèi)容：在烘箱內(nèi)部裝有一個1000W的電加熱絲和一個PT100 鉑熱敏電阻溫度傳感器，用8088CPU 設計一個溫度控制器，對烘箱溫度（室溫-100度）進行控制。要求系統(tǒng)可對控制溫度進行設置（鍵盤），對當前溫度進行顯示（LED顯示器）（設已知PT100的溫度系數(shù)為0.01W/度）。設計要求：畫出電路原理圖，說明工作原理，編寫相應程序，其控制為簡單控制，即當溫度超過設定溫度0.5度時停止加熱，當?shù)陀谠O定溫度0.5度時開始加熱。 設計過程：(1) 查資料了解8088CPU總線的形成原理（AB、DB、CB），存儲器擴展方法（2）溫度信號調(diào)理電路設計 (2) AD

2、C0809工作原理及接口電路的設計方法 (3) 原理圖設計，用PROTEL畫出原理圖（4）軟件設計(5) 寫出設計報告設計報告內(nèi)容要求：（1）設計題目及設計要求（2）設計說明（3）原理圖（4）軟件流程說明基于8088微處理器的烘箱溫度測控系統(tǒng)設計摘要本文介紹了一種基于8088微處理器的烘箱溫度控制系統(tǒng)，采用PT100鉑熱敏電阻溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，用CPU控制溫度值穩(wěn)定在預設溫度。當溫度低于預設溫度值0.5度時系統(tǒng)啟動電加熱絲，當這個溫度高于預設溫度值0.5度時斷開電加熱絲。系統(tǒng)操作簡便、自動化程度高、擴展方便且具有良好的人機交互的能力?？蓱迷谝恍┚纫蟛惶叩南到y(tǒng)中。為了降低整個系統(tǒng)的

3、成本，在滿足性能的要求下，選擇低成本器件，簡化系統(tǒng)設計。關(guān)鍵詞：微處理器 溫度傳感器 A/D轉(zhuǎn)換器 控制系統(tǒng)第一部分 設計題目及設計要求設計內(nèi)容：在烘箱內(nèi)部裝有一個1000W的電加熱絲和一個PT100 鉑熱敏電阻溫度傳感器，用8088CPU 設計一個溫度控制器，對烘箱溫度（室溫-100度）進行控制。要求系統(tǒng)可對控制溫度進行設置（鍵盤），對當前溫度進行顯示（LED顯示器）（設已知PT100的溫度系數(shù)為0.01W/度）。第二部分 設計總體方案本系統(tǒng)是以8088微處理器為核心，是一個典型的溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，需要完成的功能是溫度的設定、溫度的采集與顯示以及溫度的自動控制等。系統(tǒng)采用最簡單的開關(guān)通斷控制

4、方式，即當烘箱溫度大于設置值0.5度時斷開加熱電阻絲，當溫度低于設定值0.5度值時接通電阻絲開始加熱，從而保持恒溫控制。根據(jù)設計的要求，可將系統(tǒng)分為如下幾個子模塊：溫度檢測模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊，鍵盤輸入模塊，溫度顯示模塊，溫度調(diào)理模塊，接口擴展模塊。由于本系統(tǒng)需要的接口較多，我們使用了兩片可編程并行接口8255以提高系統(tǒng)的工作效率。第一片8255用于連接AD轉(zhuǎn)換模塊，溫度顯示模塊和溫度調(diào)理模塊。第二片8255專門用于連接矩形鍵盤輸入模塊。系統(tǒng)原理圖如圖所示：單片機譯碼器顯示參 數(shù) 存 儲報 警控 制D/A轉(zhuǎn)換器鍵 盤傳感器保持器A / D轉(zhuǎn)換器電源檢測復 位時 鐘設計一種可控制的溫度加熱系統(tǒng)，實

5、現(xiàn)溫度的上升或下降。其中，溫度的傳感和放大部分通過PT100熱敏電阻溫度傳感器和運算放大器來實現(xiàn)溫度的檢測，通過給加熱系統(tǒng)通斷電來實現(xiàn)。當需要加熱時，8255的PC6輸出高電平；當需要降溫時，8255的PC6輸出低電平，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，讓加熱器自然冷卻而起到降溫效果。加熱或降溫的控制信號通過8255的PA0讀取撥動開關(guān)的狀態(tài)來實現(xiàn)第三部分 子模塊介紹3.1溫度檢測模塊本系統(tǒng)的溫度檢測的設計是以PT100熱敏電阻為檢測元件的，PT100鉑電阻溫度傳感器， 0時電阻值為100，精度高，穩(wěn)定性好，應用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200650）最常用的一種溫度檢測器，不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成各種

6、標準溫度計。由于其電阻值小，靈敏度高，所以引線的阻值不能忽略不計，采用三線式接法可消除引線線路電阻帶來的測量誤差，原理如下：PT100引出的三根導線截面積和長度均相同(即r1=r2=r3)，測量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻(Rpt100)作為電橋的一個橋臂電阻，將導線一根(r1)接到電橋的電源端，其余兩根(r2、r3)分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣兩橋臂都引入了相同阻值的引線電阻，電橋處于平衡狀態(tài)，引線線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影響。由于一般電源供應多器件之后，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輸出電壓接AD轉(zhuǎn)換器，那么AD轉(zhuǎn)換輸出

7、的數(shù)字量就和攝氏溫度成線性比例的關(guān)系。電路原理圖如圖3-2所示。3.2 AD轉(zhuǎn)換模塊ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。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路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0809的工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通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(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)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

8、電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。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與第一片8255的PB0-PB7相連接，其EOC接在PC0上，ALE和START接在PC5上，片選信號接在PC6上。3.3 鍵盤輸入模塊溫度的預設值需要用鍵盤輸入，矩陣鍵盤所需的連線非常少，是一般微機常用的鍵盤結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)需要輸入0-9的數(shù)字，所以設計成4*4的矩陣鍵盤，其中只有前十個按鍵有效。按鍵的識別采用反轉(zhuǎn)法。接口擴展模塊兩片8255的數(shù)據(jù)口D0-D7與CPU的數(shù)據(jù)總線相連

9、接，控制8255內(nèi)部的各種操作?？刂凭€RESET用來使8255A復位。CS和地址線A1及A0用于芯片選擇和通道尋址。分別與譯碼電路和8088的地址線A1,A0相連接。4.4 數(shù)據(jù)顯示部分 圖 4-54.1.2 溫度調(diào)理模塊當?shù)谝黄?255的PC7為高電平時，三極管導通，繼電器吸合，向加熱系統(tǒng)輸出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-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 4-24.5 系統(tǒng)硬件原理圖圖 4-6第五章 系統(tǒng)工作原理及軟件設計一、系統(tǒng)工作原理（1） 溫度測量顯示部分溫度通過PT100溫度傳感，將溫度變化量轉(zhuǎn)換成電壓值變化量，經(jīng)過O

10、P07一級跟隨后輸入到電壓放大電路，放大后的信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后將該數(shù)字信號通過編程轉(zhuǎn)化為十進制BCD碼，并送到數(shù)碼管進行溫度值的顯示。（2） 溫度控制部分 溫度的上升或下降，通過給加熱系統(tǒng)通斷電來實現(xiàn)。當需要加熱時，第一片8255的PC7輸出高電平，啟動加熱系統(tǒng)。當需要降溫時，8255的PC7輸出地電平，關(guān)閉加熱系統(tǒng)。二、系統(tǒng)軟件設計本設計的目的是以8088微處理器為控制器，將溫度傳感器輸出的小信號經(jīng)過放大和低通濾波后，送至A/D轉(zhuǎn)換器；微控制器實時采集、顯示溫度值（要求以攝氏度顯示），同時系統(tǒng)還應可設定、控制溫度值，使系統(tǒng)工作在設定溫度。三、系統(tǒng)流程圖1、主

11、程序通過開始界面，顯示提示信息，調(diào)用溫度輸入子程序，設置溫度。通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集AD值并求其平均值。調(diào)用BCD碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為十進制溫度值；調(diào)用顯示子程序，如果溫度高于實際溫度，就加熱，反之撥動開關(guān)關(guān)閉，停止加熱。其流程圖如圖5-1所示。N開始系統(tǒng)初始化顯示提示信息調(diào)用溫度值設置子程序?qū)嶋H溫度低于給定值PA0=1加熱8255 PC7口=1停止加熱8255 PC6口=0顯示提示信息調(diào)用溫度值設置子程序重新設置溫度并將PA0撥到0 以進行重新調(diào)節(jié)有鍵按下返回采集AD值并求其平均值調(diào)用BCD碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為十進制溫度值調(diào)用顯示子程序YYNNN圖 5-1 2、BCD碼轉(zhuǎn)換子程序設定溫度為0

12、攝氏度時變換放大電路送出的模擬量為0.0V，此時A/D輸出的數(shù)字量為00H；溫度為100時變換器送出對應電壓4.98V，此時A/D輸出的數(shù)字量為FFH，即每0.3對應1LSB的變化量，對應電壓值為19.5mV。其流程圖如圖5-2所示。通過移位得到組合BCD碼BCD碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⒉杉玫降钠骄党艘?.3 轉(zhuǎn)換為溫度值返回對其進行非壓縮BCD碼乘法調(diào)整圖 5-23.顯示子程序采用動態(tài)顯示方式，其流程圖如圖5-3所示。4.溫度值設置子程序問了避免加熱溫度過高，在程序設計中加了一條，即設定值不能大于76.8，否則就認為有錯系統(tǒng)報警。其流程圖如圖5-4所示。得到溫度值十位上的數(shù)值取出（BL）中的溫度值

13、延時顯示溫度值個位上的數(shù)值通過查表指令得到對應的數(shù)碼管的斷碼先將十進制溫度值（AL）送到(BL)得到溫度值各位上的數(shù)通過查表指令得到對應的數(shù)碼管的斷碼溫度值設置子程序鍵入溫度值十位上的數(shù)值將它存于DI鍵入溫度值個位上的數(shù)值將它存于DI+1將十位上的數(shù)值左移四位并與個位上的數(shù)值既得溫度值設置溫度大于76將溫度值存于DI+1返回聲音報警并顯示錯誤信息返回顯示溫度值十位上的數(shù)值延時返回顯示子程序NY圖 5-4圖 5-3結(jié)論本設計采用的單片機是作為現(xiàn)代工業(yè)中最常用的集成芯片。具有體積小、重量輕、抗干擾能力強、對環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、易于推廣應用等顯著優(yōu)點，通過軟件邏輯控制實現(xiàn)對溫

14、度的控制和調(diào)節(jié)。本文的溫度控制系統(tǒng)，只是單片機廣泛應用于各行各業(yè)中的一例。本設計中應用了許多單片機芯片和單片機常用的外部設，單片機芯片如：ADC0809，8255等。單片機外部設備如：溫度檢測元件AD590，鍵盤和顯示系統(tǒng)中的LED顯示器等。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點如下：一、本系統(tǒng)本著簡單可靠的原則完成了設計要求，盡量做到線路簡單，充分利用軟件編程，安裝比較靈活而且價格較低。二、在系統(tǒng)的硬件和軟件設計中，都加有安全設計部分，避免加熱過高造成設備的損壞。同時，該系統(tǒng)在測量過程中會帶來系統(tǒng)誤差。通過這半年多的學習，畢業(yè)設計終于順利完成了。期間發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，專業(yè)知識存在諸多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗

15、還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。盡管如此，我們的畢業(yè)設計指導老師周秋茜老師仍然在百忙中抽出時間，耐心的指導我們，為我們提供參考資料，給我們查缺補漏，使我們少走了許多彎路，讓我感受到了周老師對學生的那種誨人不倦的精神，畢業(yè)設計才得以順利完成。請允許我向你們致意崇高的敬意，感謝周老師！同時，也非常感謝我們同意課題組的成員在設計中給予我的幫助和支持。參考文獻1 戴梅蕚 微型計算機技術(shù)及應用2007 清華大學出版社2 武鋒 單片機應用系統(tǒng)設計-系統(tǒng)配置與接口技術(shù)1998.8 北京航空航天大學出版社3 何克忠 計算機控制系統(tǒng) 2002 清華大學出版社4 朱善君 匯編語言程序設計 1998.3

16、 清華大學出版社5 顏永軍 protel99電路設計與應用2001.1 國防工業(yè)出版社附錄程序Z82551A EQU 0000H ;定義第一片8255地址Z82551B EQU 0001HZ82551C EQU 0002HZ82551D EQU 0003HZ82552A EQU 0004H ;定義第二片8255地址Z82552B EQU 0005HZ82552C EQU 0006HZ82552D EQU 0007HDATA SEGMENTDATA1 DB 16 DUP(?)MESS DB 10,13,INPUT THE TEMPERRATURE VALUE:,SLED DB 3FH,06H,5

17、BH,4FH,66H,6DH,07H,7FH,6FH,77HKEY DB 77H,7BH,7DH,7EH,B7H,BBH,BDH,BEH,D7H,DBHDATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE, DS:DATA, ES:DATA, SS:STACKSTART:MOV AX,DATA ;段寄存器初始化MOV DS,AXMOV ES,AXMOV AH,09H ;顯示提示信息MOV DX,OFFSET MESSINT 21HCALL input ;輸入設置的溫度值存data1DI+2COLLECT: CALL INIT_82551 ;初始化第一片8255MOV CX,8

18、 ;共采集8次MOV BX,0 ;BX作溫度累加器AGAIN: MOV AL,00100000BMOV DX,Z82551C;OUT DX,AL ;PC5與ALE相連，送一個高電平MOV AL, 00HOUT DX, AL ;送START下降沿CALL delay ;調(diào)用延時信號等待轉(zhuǎn)換完成WAIT1: IN AL,DX ;讀EOC狀態(tài)AND AL,10000000BJZ WAIT1OUT DX,11000000B ;若轉(zhuǎn)換完成送高電平給OEMOV DX,Z82551BIN AL,DX ;從B口讀8位二進制碼CBW ;將AL擴展為AXAND AX,00FFHADD BX,AXLOOP AGAI

19、NMOV AX,BXSHR AX,1SHR AX,1SHR AX,1 ;AX中為8次采樣值的平均值CALL changetoBCD ;轉(zhuǎn)化為十進制的溫度值CALL DISMOV BL,DI+2 ;取輸入值MOV AL,DI+3 ;取實際值CMP AL,BL ;實際值與輸入值比較JB UP ;小則加熱JZ DOWN ;大則停止加熱UP: MOV AL,10000000BMOV DX,Z82551COUT DX,ALJMP COLLECTDOWN: MOV AL,00000000BMOV DX,Z82551COUT DX,ALJMP COLLECTdelay: PROC NEARPUSH CXMO

20、V CX,0F00HLOOP $POP CXRETDelay ENDPInput: PROC NEAR ;溫度設置子程序MOV AL,10000001B;方式0，C口高四位輸出，低四位輸入OUT Z82552D,ALMOV AL,0OUT Z82552C,AL ;使各行線為0WAIT2: IN AL,Z82552C ;讀列線AND AL,0FH ;保留低四位CMP AL,0FHJZ WAIT2 ;全一表示無按下，繼續(xù)循環(huán)掃描MOV AH,AL ;保存列值MOV AL,10001000B;方式0，C口高四位輸入，低四位輸;出OUT Z82552D,AL ;反轉(zhuǎn)輸入輸出方向MOV AL,AHOUT

21、 Z82552C,AL ;把列值反向輸出到列線IN AL,Z82552C ;讀入行線狀態(tài)AND AL,0F0H ;保留高四位OR AL,AH ;組合行列值LEA BX,KEY ;鍵碼首地址送BLBBB: CMP AL,BX ;與鍵碼比較JNZ AAASUB BX,OFFSET KEYMOV DI,OFFSET DATA1MOV DI,BL ;第一位鍵值存DIMOV CH,BL ;第一位鍵值存CHMOV AL,10000001BOUT Z82552D,ALMOV AL,0OUT Z82552C,AL ;各行線為0WAIT3: IN AL,Z82552C ;讀列線AND AL,0FHCMP AL,

22、0FHJZ WAIT3MOV AH,ALMOV AL,10001000BOUT Z82552D,ALMOV AL,AHOUT Z82552C,ALIN AL,Z82552CAND AL,0F0HOR AL,AHLEA BX,KEYDDDD: CMP AL,BXJNZ CCCCSUB BX,OFFSET KEYMOV DI+1,BL ;第二位鍵值存DI+1MOV CL,BL ;第二位鍵值存CLAND CH,0FHRCL CH,1RCL CH,1RCL CH,1RCL CH,1AND CL,0FHOR CL,CHMOV DI+2,CL ;兩位鍵值的組合存DI+2AAAA: INC BXJMP BBBBCCCC: INC BXJMP DDDDRETInput ENDPChanggetoBCD: PROC NEARMOV BL,5DIV BLLEA DI,DATA1MOV BL,AH ;AH為余數(shù)，乘以2即0.1度級;的非壓縮BCD碼ADD BL,BLMOV DI+4,BLINC DIMOV AH,0