基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、XXXXXXXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目:基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)姓 名 X X X學(xué) 院 電氣工程與自動(dòng)化 專 業(yè) 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 指導(dǎo)教師 X X 職 稱 助理實(shí)驗(yàn)師2009 年 5 月 25日摘 要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 人們需要對(duì)各種加熱爐, 熱處理爐, 反應(yīng)爐和鍋爐中 溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。 采用單片機(jī)來(lái)對(duì)他們控制不僅具有控制方便, 簡(jiǎn)單和靈活 性大等優(yōu)點(diǎn), 而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo), 從而能夠大大的提高產(chǎn) 品的質(zhì)量和數(shù)量。為了適應(yīng)工業(yè)控制發(fā)展的需要, 本文在分析單片機(jī)對(duì)電加熱爐溫度控制的基 礎(chǔ)上,將整個(gè)系統(tǒng)分為溫度測(cè)量、 A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤操作系統(tǒng)、溫度 顯示電路、報(bào)警電

2、路、 D/A轉(zhuǎn)換等若干個(gè)功能模塊。同時(shí)分別闡述其結(jié)構(gòu)體系、 工作原理、 設(shè)計(jì)、 集成方法以及它們之間的共性和特點(diǎn)。 由于溫控技術(shù)與自動(dòng)化 技術(shù)的發(fā)展非常迅速, 本文一方面結(jié)合實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn), 力求做到較為系統(tǒng)和全面 的介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施技術(shù); 另一方面盡可能反應(yīng)出溫控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì), 以及 其先進(jìn)性和實(shí)用性。本設(shè)計(jì)的控制對(duì)象為電加熱爐,通過(guò)控制加在電阻絲兩端電壓的工作時(shí)間, 來(lái)對(duì)電阻絲輸出的平均功率加以控制。 以單片機(jī)為核心, 采用固態(tài)繼電器控溫電 路,實(shí)現(xiàn)對(duì)電爐的自動(dòng)控制。本文將采用 PID 控制,闡述了 PID 控制器的設(shè)計(jì), 硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì), 實(shí)現(xiàn)了一套溫度采集和控制的方案。 該系統(tǒng)具

3、有硬件成本 低,控溫精度較高,可靠性好,抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:電加熱爐;單片機(jī);溫度控制;固態(tài)繼續(xù)電器1目 錄前 言在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中,溫度是常用的主要被控參數(shù)。例如:在冶金工業(yè)、 化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中,人們都需 要對(duì)各類加熱爐、 熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。雖然溫度 控制系統(tǒng)的制作方案有很多, 但是經(jīng)過(guò)對(duì)比各個(gè)方案的優(yōu)劣, 還是采用單片機(jī)更 好,因?yàn)椴捎脝纹瑱C(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制, 不僅具有控制方便、 組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性 大等優(yōu)點(diǎn), 而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo), 從而能夠大大提高產(chǎn)品的 質(zhì)量和數(shù)量。 因此, 單片機(jī)對(duì)溫度的

4、控制問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn) 題。單片機(jī)體積小、功能齊全、價(jià)格低廉、可靠性高等方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),在 各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó),近幾年單片機(jī)的應(yīng)用研究發(fā)展進(jìn)展很快, 特別是在工業(yè)控制、智能化儀表、 產(chǎn)品自動(dòng)化、 分布式控制系統(tǒng)中都已取得了一 些可喜的成果?，F(xiàn)在,一個(gè)學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機(jī)的熱潮正在一些工廠、企業(yè)、科研 單位、高等院校中興起。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī) 8031作為核心進(jìn)行控制。加熱器件是電爐絲,功率為三 千瓦,要求溫度在 4001000。靜態(tài)控制精度為 2.43。 算法采用目前工業(yè)生 產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的 PID 算法, 并利用測(cè)量誤差改變調(diào)節(jié)器步長(zhǎng)的方 法實(shí)現(xiàn) PI

5、D 參數(shù)的自動(dòng)整定,在溫度曲線控制中取得了非常滿意的效果。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)共有六章。 第一章溫度控制系統(tǒng)方面簡(jiǎn)介。 第二章單片機(jī)的選 型介紹主芯片的選擇。第三章介紹主芯片端口的擴(kuò)張芯片 8155。第四章主要對(duì) 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809的介紹。第五章是對(duì)溫度檢測(cè)和變送器的設(shè)計(jì)。第六章 是對(duì)溫度控制電路的設(shè)計(jì)。 第七章是軟件設(shè)計(jì), 包括主程序, 子程序, 濾波程序, 等程序的設(shè)計(jì)。希望本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)能給大家?guī)?lái)幫助。第一章 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)單應(yīng)用。在冶金、化工、建材、機(jī) 械、 食品、 石油等各類工業(yè)中, 廣泛使用著加熱爐、 熱處理爐、 反應(yīng)爐等, 因此,

6、 溫度是工業(yè)對(duì)象中一個(gè)主要的被控參數(shù)。 由于爐子的種類不同, 因而所使用的燃 料和加熱方法也不同,例如煤氣、天然氣、油、電等;由于工業(yè)不同,所需要的 溫度高低不同,因而所采用的測(cè)溫原件和測(cè)溫方法也不同;產(chǎn)品工業(yè)不同, 控制 溫度的精度也不同, 因而對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和所采用的控制算法也不同。 本系統(tǒng) 所使用的加熱爐為電加熱路, 爐絲功率為 2kw , 系統(tǒng)要求爐膛恒溫, 誤差為±VC , 超調(diào)量可能小,溫度上升較快且有良好的穩(wěn)定性。單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是以 MS 51單片機(jī)為控制核心,輔以采樣反饋電路, 驅(qū)動(dòng)電路, 晶閘管主電路對(duì)電爐爐溫進(jìn)行控制的微機(jī)控制系統(tǒng)。 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 可表示為

7、:系統(tǒng)采用單閉環(huán)形式,其基本控制原理為:將溫度設(shè)定值(即輸入控 制量 和溫度反饋值同時(shí)送入控制電路部分, 然后經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器運(yùn)算得到輸出控制 量, 輸出控制量控制驅(qū)動(dòng)電路得到控制電壓施加到被控制對(duì)象上, 電爐因此達(dá)到 一定的溫度。其控制電路如圖 1.1所示。圖 1.1 控制電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制主電路是由 8031及其外圍芯片,及一些輔助的部分構(gòu)成的。其系統(tǒng)設(shè) 計(jì)原理圖如 1.2所示。 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖 第二章 單片機(jī)的選型單片微機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī) SCMC(single chip micro computer的譯名簡(jiǎn) 稱,在國(guó)內(nèi)也常簡(jiǎn)稱為“單片機(jī)” 。它包括中央處理器 CPU 、隨機(jī)存儲(chǔ)器 R

8、AM 、只 讀存儲(chǔ)器 ROM 、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行口和 I/O等等。單片機(jī)主要應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域, 用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)、 數(shù)據(jù)的采集以及 對(duì)應(yīng)用對(duì)象的控制。由于單片機(jī)擴(kuò)展了各種控制功能,如 A/D、 PWM 、計(jì)數(shù)器的 捕獲 /比較邏輯、高速 I/O口、 WDT 等,以突破了微型計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)的內(nèi)容,所以, 更準(zhǔn)確的反映其本質(zhì)的叫法應(yīng)是微控制器。它具有體積小、 重量輕、 價(jià)格低、 可靠性高、 耗電少和靈活機(jī)動(dòng)等許多優(yōu)點(diǎn), 因此如果能利用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行溫度的測(cè)量和控制, 將會(huì)大大提高溫度測(cè)控的可 靠性和靈活性。單片微型計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支, 也是一種非?；钴S和

9、頗具生命力的機(jī)種,特別適合用于智能控制系統(tǒng)。與 PC 機(jī) 用于控制系統(tǒng)相比,其具有明顯的性能價(jià)格比。2.1 單片機(jī)在本設(shè)計(jì)中, 從經(jīng)濟(jì)上以及性能上考慮, 我選用 8031作為 CPU 。 8031是 MCS 51系列單片機(jī)的一種型號(hào), MCS 51單片機(jī)的類型有:8051、 8031、 8751等。 8051內(nèi)部有 4K ROM , 8751內(nèi)部有 4K EPROM , 8031片內(nèi)無(wú) ROM ;除此之外三者內(nèi) 部結(jié)構(gòu)引腳完全相同。2.1 MCS 51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 2.1。含 CPU 、震蕩器和時(shí)序電路、 4KB 的 ROM 、 256B 的 RAM 、兩個(gè)

10、16定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0和 T1、 4個(gè) 8位 I/O端口(P0、 P1、 P2、 P3 、串行口等組成。其中震蕩時(shí)序與時(shí)鐘組成定時(shí)控制部件。 圖 2.1 單片機(jī)功能方框圖2.2 MCS 51輸入 /輸出端口的結(jié)構(gòu)與功能MSC 51單片機(jī)有 4個(gè) I/O端口,共 32根 I/O線, 4個(gè)端口都是準(zhǔn)雙向口。 每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器,即專用寄存器 P0P3,一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖 器。為方便起見(jiàn),我們把 4個(gè)端口和其中的鎖存器都統(tǒng)稱 P0P3。在訪問(wèn)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí),低 8位地址和數(shù)據(jù)由 P0口分時(shí)傳送,高 8位地 址由 P2口傳送。在無(wú)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中,者 4個(gè)口的每一位均可作為雙 向的

11、 I/O口使用。P0口:可作為一般的 I/O口使用,但應(yīng)用系統(tǒng)采用外部總線結(jié)構(gòu)時(shí),它分 時(shí)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(dú)立作為 I/O口。P2口:作為一般 I/O口用,但應(yīng)用系統(tǒng)采用外部系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)時(shí),它 分時(shí)作為高 8位地址線。P3口:雙功能口。作為第一功能使用時(shí)同 P1口,每一位均可獨(dú)立作為 I/O口。另外,每一位均具有第二功能,每一位的兩個(gè)功能不能同時(shí)使用。2.3 MCS 51單片機(jī)的引腳及其功能MCS 51單片機(jī)采用 40引腳的雙例直插封裝形式,如圖 2.2所示。 2.2 CS-51引腳圖1主電源引腳 VCC 和 VSSVCC (40腳 :主電源 +5V

12、, 正常操作的對(duì) EPROM 編程及驗(yàn)證時(shí)均接 +5V電源。 VSS (20腳 :接地。2 XTAL1(19腳和 XTAL2(18腳 :接外部晶振的兩個(gè)引腳3 RST/VPD、 ALE/PROG 、 PSEN 控制信號(hào)引腳。RST/VPD (9腳 :單片機(jī)復(fù)位 /備用電源引腳。剛接上電源時(shí),其內(nèi)部寄存 器處于隨機(jī)狀態(tài), 在引腳上輸入持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平見(jiàn)使單片機(jī)復(fù)位。 VCC 掉電期間, 此引腳可接上備用電源, 一旦芯片在使用中 VCC 電壓突然下降或斷電, 能保護(hù)片內(nèi) RAM 中信息不丟失,使恢復(fù)電后能繼續(xù)正常進(jìn)行。ALE/PROG (30腳 :當(dāng)訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí), ALE 的輸出用于鎖

13、存字節(jié)地址 信號(hào)。即使不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器, ALE 端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)脈沖信號(hào)。 其頻率為振蕩器頻率 1/6。 因此, 它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘, 或用于定時(shí)的目的。 應(yīng)注意的是:當(dāng)訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖; ALE 端可以驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSET 負(fù)載。對(duì)含有 EPROM 的單片機(jī),片內(nèi) EPROM 編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖 (PROG 。PROG (29腳 :輸出訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。 CPU 在從片外程 序存儲(chǔ)器取指令(或常數(shù)期間,每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。每當(dāng)訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器 時(shí),這兩次有效的 PROG 信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)。該端同樣可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSTT

14、L 負(fù)載。 EA /VPP(31腳 :當(dāng) EA 輸入端輸入高電平時(shí), CPU 可訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 4KB 的地址范圍。若 PC 值超出 4KB 地址時(shí),將自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外程序存儲(chǔ)器。當(dāng) EA 輸入低電平時(shí), 不論片內(nèi)是否有程序存儲(chǔ)器, 則 CPU 只是訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器。 對(duì)含有 EPROM 的單片機(jī), 在對(duì) EPROM 編程期間, 此引腳用于施加 +21V的編程 電壓 VPP 。4輸入 /輸出引腳P0.0P0.7對(duì)應(yīng) 3932腳; P1.0P1.7對(duì)應(yīng) 18腳; P2.0P2.7對(duì)應(yīng) 21 28腳; P3.0P3.7對(duì)應(yīng) 1017腳。2.4 MCS 51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)MCS 51存儲(chǔ)器空間分布與

15、一般的微機(jī)的存儲(chǔ)器配置方法大不相同。一般微 機(jī)通常只有一個(gè)邏輯空間,可以隨意安排 ROM 或 RAM ,訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)同一地址對(duì) 應(yīng)唯一的存儲(chǔ)單元,可以是 ROM 也可以是 RAM ,并用同類指令訪問(wèn)。而 MCS 51單片機(jī)的存儲(chǔ)器配置在物理結(jié)構(gòu)上有四個(gè)存儲(chǔ)空間, 即片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、 片外程 序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。從用戶使用的角度,即邏輯上, MCS 51有三個(gè)存儲(chǔ)器地址空間, 即片內(nèi)統(tǒng)一地址的 64K 字節(jié)的編程存儲(chǔ)地址空 間、片內(nèi) 256B 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64K 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。訪問(wèn)三個(gè) 不同的邏輯空間,應(yīng)采用不同形式的指令。MCS 51的程序存儲(chǔ)器(Pr

16、ogram Memory用于存放編好的應(yīng)用程序和表格 常數(shù)。由于采用 16位的地址總線,因而其可擴(kuò)展的地址空間是 64KB ,這 64KB 的地址是連續(xù)統(tǒng)一的。MSC 51的片外最多能擴(kuò)展 64字節(jié)。片內(nèi)的 ROM 是同一編值的,如果 EAfei 端保持高電平, 8051的程序計(jì)數(shù)器 PC 在 0000H 0FFFH 地址范圍內(nèi)是執(zhí)行片內(nèi) ROM 中的程序;當(dāng) PC 在 1000H FFFFH 地址范圍時(shí),自動(dòng)執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器中 的程序。 當(dāng) EAfei 保持低電平時(shí),只能尋址外部程序存儲(chǔ)器,片外存儲(chǔ)器可以從 0000H 開(kāi)始編址。對(duì)片內(nèi)無(wú) ROM 的單片機(jī),如 8031, 80C31和 8

17、0C32等,應(yīng)用時(shí)應(yīng)將 EAfei 引 腳固定接低電平且使系統(tǒng)全部執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器中的程序。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放運(yùn)算中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位、待調(diào)試的程 序。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在物理上和邏輯上都分為兩個(gè)地址空間:一個(gè)是片內(nèi) 256字節(jié)的 RAM ,另一個(gè)是片外最大可擴(kuò)充 64K 字節(jié)的 RAM 。訪問(wèn)片內(nèi) RAM 使用 MOVX 指令。 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在物理上又可分為兩個(gè)不同的區(qū):00H 7FH 單元組成低 128字節(jié)的片內(nèi) RAM 區(qū)和 80H FFH 單元組成的高 128字節(jié)的專用寄存器(SFR 區(qū)。 1 低 128字節(jié)的片內(nèi) RAM 區(qū)在低 128字節(jié) RAM 中, 00H 1FH 共

18、 32個(gè)單元通 常作為工作寄存器區(qū),共分為四組每組 8個(gè)單元組成通用寄存器 R0R7。 20H 2FH 共 16個(gè)字節(jié),可用位尋址方式訪問(wèn),共有 128個(gè)位的位地址。 30H 7FH 共 80個(gè)單元為用戶 RAM 區(qū),作堆?；驍?shù)據(jù)緩沖。A 工作寄存器的地址表與工作區(qū)設(shè)置工作寄存器的地址表,每組寄存器均可選作為 CPU 的當(dāng)前工作寄存器,通過(guò) PSW 程序狀態(tài)字寄存器中 RS1、 RS0的設(shè)置來(lái)改變 CPU 當(dāng)前使用的工作寄存器。這樣 的設(shè)置為程序中保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)提供了方便。B 位尋址區(qū)與位地址低 128字節(jié)中的 20H 2FH 共 16個(gè)字節(jié),可用為尋址方式訪問(wèn)這 16個(gè)字節(jié)的每個(gè)位, 共 128個(gè)

19、位的地址, 每個(gè)位均勻?qū)?yīng)地址, 這 128個(gè)位的地址范圍為 00H 7FH 。這些位單元可以構(gòu)成布爾處理器的存儲(chǔ)器空間,這種位尋址能力是 MCS 51的一個(gè)重要特點(diǎn)。2高 128字節(jié)的專用寄存器(SFH 區(qū)高 128字節(jié)的專用寄存器區(qū)的地址范 圍為 80H FFH 。有 23個(gè)專用寄存器。2.5 8031系統(tǒng)擴(kuò)展計(jì)劃通常情況下, 采用 MCS 51系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)只能用于一些很簡(jiǎn)單應(yīng)用 場(chǎng)合,在此情況下直接使用單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)功能、中斷功 能、 I/O端口等,組成的應(yīng)用系統(tǒng)的成本較低。但在許多應(yīng)用場(chǎng)合構(gòu)成一個(gè)工業(yè) 測(cè)控系統(tǒng)時(shí),考慮到傳感器接口、 伺服控制接口以及人機(jī)對(duì)話

20、等需要, 僅靠單片 機(jī)內(nèi)部資源是不能滿足要求的。 因此系統(tǒng)擴(kuò)展是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中最常 遇到的問(wèn)題。系統(tǒng)擴(kuò)展是指當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部的功能不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求時(shí),在片外連接相 應(yīng)的外圍芯片以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求。 MCS 51系列單片機(jī)有很強(qiáng)的外部擴(kuò)展功 能, 大部分常規(guī)芯片都可以都可以作為單片機(jī)外圍擴(kuò)充電路芯片。 擴(kuò)展的內(nèi)容主 要有總線擴(kuò)展、程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及 I/O口的擴(kuò)展等。單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的方法有并行擴(kuò)展法和串行擴(kuò)展法兩種。并行擴(kuò)展法是利用 單片機(jī)的三種線(AB 、 DB 、 CB 進(jìn)行的系統(tǒng)擴(kuò)展:串行擴(kuò)展法是利用 SPI 三線總 線或 I 2C 雙總線的串行系統(tǒng)擴(kuò)展。但是,一般串行

21、接口器件速度慢,在需要高速應(yīng)用的場(chǎng)合,還是并行擴(kuò)展法 占主導(dǎo)地位。在本設(shè)計(jì)中, 由于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)比較少, 單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器能滿 足需要,故不需要擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器。同時(shí)由于本設(shè)計(jì)中所用單片機(jī)是 8031,其 內(nèi)部不含程序存儲(chǔ)器故需要擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器, 而且, 還由于運(yùn)行速度的要求 只能采用并行擴(kuò)展法進(jìn)行片外擴(kuò)展,所以下面主要介紹并行擴(kuò)展法。微型計(jì)數(shù)機(jī)大多數(shù) CPU 外部都有單獨(dú)的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線,而 MCS 51單片機(jī)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(fù)用的, 而且是 I/O口兼用。 為了將它們分離開(kāi)來(lái), 以便同單片機(jī)之外的芯片正確地相連, 常常在單片機(jī)外部加

22、地址鎖存器來(lái)構(gòu)成與一般 CPU 相類似的三總線, 如圖 2.3所 示。圖 2.3 片機(jī)外總線結(jié)構(gòu)(1 地址總線(AB 地址總線由 P0口提供低 8位 A0A7, P2口提供高 A8A15。由于 P0口還要作地址總線口,只能分時(shí)工作。在 ALE 的下降沿將 P0口輸出 的地址數(shù)據(jù)鎖存。鎖存器的鎖存控制信號(hào)由引腳 ALE 提供。在 ALE 的下降沿將 P0口輸出的地址數(shù)據(jù)鎖存。P2口具有輸出鎖存功能,故不需要外加鎖存器。 P0、 P2口在系統(tǒng)擴(kuò)展中用 作地址線后便不能在作為一般的 I/O口使用。地址總線寬度為 16位,故可尋址 范圍為 216=64KB。(2 數(shù)據(jù)總線(DB 數(shù)據(jù)總線由 P0口提供

23、,其寬度為 18位。 P0口為三態(tài)雙向口, 是應(yīng)用系統(tǒng)中 使用最為頻繁的通道。所有單片機(jī)與外圍交換的數(shù)據(jù)、指令、信息,除少數(shù)可直 接通過(guò) P1口傳送外,全部通過(guò) P0口傳送。數(shù)據(jù)總線通常要連接到多個(gè)外圍芯片上, 而在同一時(shí)間里只能夠一個(gè)有效的 數(shù)據(jù)傳送通道。 哪個(gè)芯片的通道有效, 則地址總線控制各個(gè)芯片的片選線來(lái)選擇。 (3 控制總線(CB 系統(tǒng)擴(kuò)展用控制線有 ALE 、 PSEN 、 EA 、 WR 、 RD 。ALE/PROG(30引腳:地址鎖存允許信號(hào)。用于鎖存 P0口輸出的低字節(jié)地 址數(shù)據(jù)。通常, ALE 在 P0口輸出地址期間出現(xiàn)低電平,用這個(gè)低電平控制鎖存 器鎖存地址數(shù)據(jù)。另外即使

24、單片機(jī)不訪問(wèn)外部芯片, ALE 端仍以不變的頻率周期 性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào),次頻率為震蕩頻率的 1/6。因此它可用作外輸出的時(shí)鐘, 或用于定時(shí)目的。PSEN (29 :輸出。用于訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。讀片外程序存 儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)(指令代碼時(shí),不用 RD 信號(hào)而不用 PSEN 。EA /Vpp(31 :輸入。當(dāng) EA 接高電平時(shí), CPU 可訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 4KB 的地址范圍。 若 PC 值超出 4KB 的地址時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器。 當(dāng) EA 接低電平時(shí),則只能訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器,不論片內(nèi)是否有程序存儲(chǔ)器。WR (P3.6 、 RD (P3.7 :輸出。 用于片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

25、(RAM 的讀 /寫(xiě)控制。 當(dāng)執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器操作指令 MOVX 時(shí)這兩個(gè)控制信號(hào)自動(dòng)生成。當(dāng)片外要擴(kuò)展多個(gè)芯片時(shí)就需要用到譯碼電路,對(duì)于譯碼的規(guī)則與方法如 下。1譯碼規(guī)則 :(1程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址可以重疊使用(2外圍芯片 I/O接口芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器要同一編址。外圍 I/O不僅占用 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址單元,而且也使用了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀 /寫(xiě)控制信號(hào)與讀 /寫(xiě)指令。 (3 地址總線寬度為 16位外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍個(gè)為 64K 字節(jié)2譯碼方法 :(1線選法:是將各個(gè)擴(kuò)展芯片上的地址線均接到單片機(jī)總線上,且外圍 芯片上的片選線也作為地址線接到地址總線剩余的任意一條線上。線選法的

26、特點(diǎn)是:各擴(kuò)展芯片均有獨(dú)立的片選控制線,地址有可能沖突且不 聯(lián)系。因此,這種方法不試用于擴(kuò)展芯片較多且容量小的存儲(chǔ)器, 試用于擴(kuò)展容 量大的存儲(chǔ)器。(2全地址譯碼法:是將各個(gè)擴(kuò)展芯片上的地址線均接到單片機(jī)地址總線上,各片芯片的選擇利用譯碼器電路實(shí)現(xiàn)。全地址譯碼法特點(diǎn)是:各擴(kuò)展芯片均有獨(dú)立片選信控制線,且地址連續(xù)?？?擴(kuò)展較多外圍芯片。1程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展設(shè)計(jì)(A 程序存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介常見(jiàn)的 EPROM 有:2716(容量 2K ×8位 、 2732(容量 4K ×8位 、 2764(容 量 8K ×8位 、 27128(容量 16K ×8位 、 27256(容量

27、32K ×8位 、 27521(容量 64K ×8位 。EPROM 外引腳功能如下:A0A15:地址輸入線;O0O7:三態(tài)數(shù)據(jù)總線,讀或編程校驗(yàn)時(shí)為數(shù)據(jù)輸出線,編程時(shí)為數(shù)據(jù)輸入 線。維持或編程禁止時(shí) O0O7呈高阻態(tài);CE :片選信號(hào)輸入線, “ 0” (即 TTL 低電平有效;PGM :編程脈沖輸入線;其值因芯片型號(hào)和制造廠商不同而異;Vpp :編程電源輸入線,其值因芯片型號(hào)和制造廠商不同而異;OE :讀選通信號(hào)輸入線, “ 0”有效;Vcc :主電源輸入線,一般為 +5V;(B 擴(kuò)展方法擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器時(shí),一般擴(kuò)展容量大于 256字節(jié),因此,除了由 P0口提供 低 8位地

28、址線外,還由于 P2口提供若干地址線,最大的擴(kuò)展范圍為 64K 字節(jié), 即需 16位地址線。具體方法是 CPU 應(yīng)向 EPROM 提供三種信號(hào)線。即A :數(shù)據(jù)總線:P0口接 EPROM 地址 O0O7(D7D0 ;B :地址總線:P0口經(jīng)鎖存器向 EPROM 提供地址低 8位, P2口提供高 8位地 址以及片選線。 控制的程序存儲(chǔ)器究竟需要多少位地址線, 應(yīng)根據(jù) cxccq 容量和 選用的 EPROM 芯片容量而定。C :控制總線:PSEN 片外程序存儲(chǔ)器取指令控制信號(hào),接 EPROM 的“ OE ” 。 ALE 接鎖存器的 G , EA 接地。控制單片 EPROM 時(shí), EPROM 的地址線

29、分別接單片機(jī)上對(duì)應(yīng)的地址線上,而片 選信號(hào) CE 接地。(C 設(shè)計(jì)所用 EPROM 芯片擴(kuò)展設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用 8031進(jìn)行故障信號(hào)的采集和判別, 由于 8031內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器, 外 部需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器,根據(jù)需要, 又考慮到經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。 我選用的 EPROM 芯片 為 2764。連接如圖 2.4所示。 圖 2.5 EPROM芯片擴(kuò)展CPU 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí), P2口提供地址高 8位, P0口分時(shí)輸出地址的低 8位和接收外部程序存儲(chǔ)器送到數(shù)據(jù)總線上的指令代碼信息。其工作過(guò)程為:當(dāng) 鎖存控制信號(hào) ALE 上升為高電平后, P0口輸出為低 8位地址 (PCL, P2口輸出高 8位地址(PCH 。

30、隨后,在 ALE 的下降沿, P0口輸出的穩(wěn)定的程序存儲(chǔ)器低 8位 地址被鎖存器鎖存并輸出。 接著 P0口由原輸出狀態(tài)變?yōu)檩斎霠顟B(tài) (為浮空狀態(tài) , 等待從程序存儲(chǔ)器讀取指令代碼。而 P2口輸出的高 8位地址信息保持不變。這 時(shí),送往程序存儲(chǔ)器的地址線上的地址信息為:高 8位由 P2口提供,低 8位由 鎖存器提供。當(dāng)程序存儲(chǔ)器 “讀” 選通信號(hào) PSEN 為低電平時(shí), 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器將 P2口和 鎖存器提供的地址所對(duì)應(yīng)的單元中的內(nèi)容(指令代碼輸出到數(shù)據(jù)總線上, 然后 在 PSEN 的上升沿, CPU 通過(guò) P0口將指令代碼送入指令寄存器中。由于 P2口本身具有鎖存功能,因此,在整個(gè)指令周期中,

31、 P2口輸出的程序 存儲(chǔ)器的高 8位地址將一直保持穩(wěn)定不變。在電路設(shè)計(jì)時(shí), P2口無(wú)需再加鎖存 器。程序存儲(chǔ)器地址為:P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 .P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 起至 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0終止 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)由于算法的需要,在存儲(chǔ)器中需要存儲(chǔ) 24個(gè)從 A/D片出來(lái)的數(shù)據(jù),即需要 24單元的存儲(chǔ)單元。在 8031的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)低 128字節(jié) RAM 中 30H 7FH 共 80個(gè)存儲(chǔ)單元使用戶 RAM 區(qū),完全可以容納下 24個(gè)數(shù)據(jù)以及其運(yùn)算過(guò)程中的臨 時(shí)數(shù)

32、據(jù),故不需要在;另外擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。第三章 帶有 I/O接口和計(jì)時(shí)器的靜態(tài) RAM81558155芯片內(nèi)具有 256個(gè)字節(jié)的 RAM, 兩個(gè) 8位, 一個(gè) 16位的可編程 I/O口和 一個(gè) 14位計(jì)數(shù)器它與 51型單片機(jī)接口簡(jiǎn)單, 是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用的芯 片。3.1 8155的結(jié)構(gòu)8155按照器件的功能, 8155由下列三部分組成:隨機(jī)存儲(chǔ)部分:容量為 256*8位的靜態(tài) RAMI/O接口部分:端口 A :可編程程序 I/O端口 PA0 PA7端口 B :可編程程序 I/O端口 PB0 PB7端口 C :可編程程序 6位 I/O端口 PC0 PC5命令寄存器:8位寄存器,只允許寫(xiě)入

33、狀態(tài)寄存器:8位寄存器,只允許讀出計(jì)數(shù)器 /時(shí)算器是一個(gè) 14位的二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。3.2 8155的引腳功能8255具有 40個(gè)引腳,如圖 3.1列直插式 PID 封裝其功能定義如下 :圖 3.1 8155引腳圖1AD0 AD7(三態(tài)AD0 AD7是地址 /數(shù)據(jù)總線,可以直接與 80C51的 P0口相連接。在允許地 址鎖存信號(hào) ALE 的后沿(即下降沿 ,將 8位地址鎖存在內(nèi)部地址寄存器中,該 地址可作為存儲(chǔ)器部分的低 8位地址, 也可是 I/O接口的通道地址, 這將由輸入的 IO/M 信號(hào)的狀態(tài)來(lái)決定。在 AD0 AD7引腳上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)信號(hào)是讀出還是寫(xiě)入 8155,由系統(tǒng)控制信號(hào) WR 或

34、 RD 來(lái)決定。2 RESET這是復(fù)位信號(hào),高電平有效,作為總清零器件使用。 RESET 信號(hào)的脈沖寬度 一般為 600ns 。當(dāng)器件被總清零后,各接口(A 、 B 、 C 被置成輸入工作方式。 3 ALE地址允許鎖存信號(hào)。在該信號(hào)的后沿將 AD0 AD7上的低 8位地址,片選信 號(hào) CE 及 IO/M 信號(hào)鎖存在片內(nèi)的存儲(chǔ)器內(nèi)。4 CE片選信號(hào),低電平有效。當(dāng)該引腳位“ 0”時(shí),器件才允許被啟動(dòng),否則位 禁止使用。5 IO/MI/O口或存儲(chǔ)器的選擇信號(hào)。當(dāng)該引腳為“ 1”時(shí),選擇 8155片內(nèi) 3個(gè) I/O口以及命令 /狀態(tài)寄存器和定時(shí)器;該引腳為“ 0”時(shí),選擇存儲(chǔ)器。6 WR 、 ED讀

35、、寫(xiě)信號(hào),控制 8155的讀或?qū)懖僮?可以直接與單片機(jī)的讀、寫(xiě)線相連。 由于系統(tǒng)控制的作用, WR 和 ED 信號(hào)同時(shí)有效。7 PA0 PA7、 PB0 PB7、 PC0 PC5分別為 A 、 B 、 C 的 8位 I/O口線, A 、 B 口的 I/O線用于 8155與外設(shè)之間的 數(shù)據(jù)傳送, C 口的 I/O線既可以用于 8155與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送,也可以作為 A 口、 B 口的專題聯(lián)絡(luò)信號(hào)線。8 TIMNR IN 、 TIMEOUT定時(shí) /計(jì)數(shù)器的脈沖輸入 /輸出線。9 VCC :為 +5V電源引腳。3.3 8155的命令格式與狀態(tài)字使用 8155的 A 、 B 、 C 三個(gè)轉(zhuǎn)接口、隨機(jī)存

36、儲(chǔ)器以及計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器時(shí),應(yīng)線 向命令寄存器寫(xiě)入一個(gè)控制字以確定他們的工作方式。 他們的工作方式均由可編 程序的命令寄存器的內(nèi)容所規(guī)定, 而其狀態(tài)可由讀出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容獲得。 上 面已經(jīng)敘述, 8155的器件內(nèi)部,從邏輯上來(lái)說(shuō),是只允許寫(xiě)入命令寄存器和讀 出狀態(tài)寄存器內(nèi)容的。因此,命令寄存器和狀態(tài)寄存器的地址為一個(gè)通道地址:這兩個(gè)寄存器簡(jiǎn)稱為命令 /狀態(tài)寄存器,有時(shí)以 C/S寄存器來(lái)表示。1 8155的命令字格式命令寄存器由 8位組成,每一位都能鎖存。其中低 4位(D0 D3位用來(lái) 定義 PA 、 PB 和 PC 接口的工作方式:當(dāng) PC 用于控制 PA 或 PB 的端口工作時(shí),第 4、

37、5兩位分別用來(lái)允許或禁止 PA 和 PB 的中斷;而最高兩位(D6、 D7兩位則 用來(lái)定義計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器的工作方式。利用輸出指令,可以將對(duì)命令寄存器的各 位編碼打入其中。D0位 (PB:定義 PB0 PB7數(shù)據(jù)信息傳送的方向。 “ 0”輸入方式; “ 1” 輸出方式。D3、 D2位 (PC 、 PC :定義 PC0 PC5的工作方式。 “ 00” 方式; “ 11” 方式; “ 01”方式; “ 10”方式。當(dāng) 8155的 A 、 B 、 C 三個(gè)端口被定義為基本 I/O口使用時(shí), 可以直接利用 MOVX 類指令完成對(duì)這三個(gè)口的讀 /寫(xiě)(輸入 /輸出操作。D4位(IEA :在端口 C 對(duì) P

38、A0 PA7起控制作用時(shí), IEA 位用來(lái)定義允許端 口 A 的中斷。 “ 0”禁止; “ 1”允許。D5位(IEB :當(dāng)端口 C 在工作在對(duì) PB0 PB7起控制作用時(shí), IEB 位用來(lái)定 義允許端口 A 的中斷。 “ 0”禁止; “ 1”允許。D7、 D6位(TM2、 TM1 :用來(lái)定義定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器工作的命令。有四種情況。 2 8155的狀態(tài)字格式狀態(tài)寄存器末 8位,各位均可鎖存,其中最高位為任意位, 低 6位用于存放 I/O接口的狀態(tài), 另一位作指示定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。 通過(guò)讀寄存器的操作 (及 用指令系統(tǒng)的輸入指令 ,可讀出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。表 3-1表TM2 TM1 功能00

39、 不影響計(jì)時(shí)器工作01 若計(jì)數(shù)器未啟動(dòng),則無(wú)操作;若計(jì)數(shù)器已運(yùn)行,則停止計(jì)數(shù)。10 達(dá)到當(dāng)前計(jì)數(shù) TC 后,立即停止。若未啟動(dòng) 定時(shí)器,則無(wú)操作。11 裝入方式和計(jì)數(shù)值后,立即啟動(dòng)定時(shí)器。若 計(jì)數(shù)器已在運(yùn)行,則當(dāng)達(dá)到當(dāng)前計(jì)數(shù)值后, 再按新的方式和計(jì)數(shù)長(zhǎng)度予以啟動(dòng)。3.4 8155 I/O端口的應(yīng)用當(dāng) IO/M 為高電平時(shí), 8155選通片內(nèi)的 I/O端口。 A 、 B 、 C 三個(gè)口可以作為 擴(kuò)展的 I/O口使用, MCS 51單片機(jī)的 P0口與 8155的 AD0 AD7相連。此時(shí) P0輸出的低 8位地址只有 3位有效,用于片內(nèi)選址,其他位無(wú)用。使用 A 、 B 、 C 三 個(gè)口時(shí), 首先相

40、命令寄存器寫(xiě)入一個(gè)控制字以確定三個(gè)口的工作方式。 如果寫(xiě)入 的控制字規(guī)定他們工作于方式或方式下,則這三個(gè)口都是獨(dú)立的基本 I/O口?？梢灾苯永?MOVX A, DPTR或 MOVX DPTR, A指令完成這三個(gè)口的讀 /寫(xiě)(輸入 /輸出操作。工作在方式或方式時(shí), C 口用作控制口或部分用于控制。3.5 MCS 51和 8155的接口方法MCS 51單片機(jī)可以和 8155直接連接,不需要任何外加電路,給系統(tǒng)增加 了 256個(gè)自己的 RAM 、 22位 I/O線及一個(gè)計(jì)數(shù)器。當(dāng) P2.0=0且 P2.1=0時(shí), 選中 8155的 RAM 工作;在 P2.0=1和 P2.0=0時(shí), 8155選中片

41、內(nèi)三個(gè) I/O端口。相應(yīng) 地址分配為 :0000H 00FFH 8155內(nèi)部 RAM0100H 命令 /狀態(tài)口0101H A口0102H B口0103H C口0104H 定時(shí)器低八位口0105H 定時(shí)器高八位口8155用作鍵盤 /LED顯示器接口電路略。第四章 ADC0809轉(zhuǎn)換芯片ADC0809是采用 COMS 工藝制成的 28引腳雙列直插式八位 A/D轉(zhuǎn)換芯片。它 采用逐次比較數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片,其分辨率為 8位,每次轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100S ,轉(zhuǎn)換 精度高(21LSB ,輸入電壓范圍為 0 5V ,可分時(shí)對(duì) 8路模擬量進(jìn)行采樣。4.1 ADC0809的引腳ADC0809的引腳如圖 4.1 圖 4.

42、1IN0 IN7:8路模擬量輸入A 、 B 、 C :3位地址輸入,經(jīng)譯碼后選擇模擬量中的一路進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換, 2個(gè) 地址輸入端的不同組合選擇八路模擬量輸入。ALE :地址鎖存啟動(dòng)信號(hào),在 ALE 的上升沿,將 A 、 B 、 C 上的通道地址鎖存 到內(nèi)部的地址鎖存器,并啟動(dòng)譯碼電路,選中模擬量輸入。D0 D7:八位數(shù)據(jù)輸出線, A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果由這 8根線傳送給單片機(jī)。OE :允許輸出信號(hào),當(dāng) OE=1時(shí),即當(dāng)位高電平的時(shí)候,允許輸出鎖存器輸 出數(shù)據(jù)。START :啟動(dòng)信號(hào)輸入端, START 為正脈沖,該信號(hào)上升沿復(fù)位內(nèi)部逐次逼 近寄存器 SAR ,其下降沿啟動(dòng)控制邏輯,開(kāi)始 A/D轉(zhuǎn)換。

43、EOC :轉(zhuǎn)換完成信號(hào),當(dāng) EOC 上升為高電平時(shí),在 START 信號(hào)上升沿之后的0 8個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi), EOC 信號(hào)變低, 以指示轉(zhuǎn)換工作在進(jìn)行中, 當(dāng)轉(zhuǎn)換完成, EOC 再變?yōu)楦唠娖?。OE :輸出允許,高電平有效。當(dāng)該信號(hào)有效時(shí),打開(kāi)芯片的三態(tài)門使準(zhǔn)會(huì)結(jié) 果送至數(shù)據(jù)總線。D0 D7:8位數(shù)字量輸出線。CLOCK :外部時(shí)鐘輸入線。要求時(shí)鐘頻率不能高于 640KHz , 當(dāng)頻率為 640KHz 時(shí),轉(zhuǎn)換時(shí)間約 100s 。VREF (+ , VREF( :基準(zhǔn)電壓輸入線,提供模擬信號(hào)的基準(zhǔn)電壓。一般單 極性輸入時(shí), VREF(+接 +5V, VREF( 接地。VCC :工作電源,接 +5V。

44、GND :信號(hào)地。CLK :時(shí)鐘輸入信號(hào), 0809的時(shí)鐘頻率范圍在 10 1200KHz , 典型值為 640KHz 。 4.2 ADC0809的內(nèi)部組成ADC0809內(nèi)由 8路模擬量輸入選擇與地址鎖存電路, 典型 8位逐次逼近 ADC,8位三態(tài)輸出鎖存緩沖器。 8位逐次逼近 ADC 由比較器、 256R 電阻網(wǎng)絡(luò)、 樹(shù)型開(kāi)關(guān)、 逐次逼近寄存器 SAR 和控制與時(shí)序電路組成(如圖 4.2 。該部分完成對(duì)某一路 模擬量的 8次比較, 在 SAR 中獲得與被轉(zhuǎn)換的模擬量相對(duì)應(yīng)的 8位二進(jìn)制數(shù)。 256R 電阻網(wǎng)絡(luò)和樹(shù)型開(kāi)關(guān)組成片呃逆 D/A轉(zhuǎn)換器。 8路模擬量輸入選擇與地址鎖存電 路實(shí)現(xiàn)地址信號(hào)

45、 ADDA ADDC 的輸入,鎖存及譯碼,選中一路模擬量信號(hào)送逐次 逼近 ADC 。 ADDA ADDC 與 IN0 IN7的對(duì)應(yīng)關(guān)系(如圖 4.3 : 圖 4.2ADDA ADDC 與 IN0 IN7的對(duì)應(yīng)關(guān)系A(chǔ)DDA ADDB ADDC 選中輸入線 0 0 0 IN00 0 1 IN10 1 0 IN20 1 1 IN31 0 0 IN41 0 1 IN51 1 0 IN61 1 1 IN7圖 4.3D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0OE V REF(+ V REF(-4.3 ADC0809與系統(tǒng)總線的連接ADC0809是帶有多路模擬開(kāi)關(guān)的 8位 A/D轉(zhuǎn)換芯片,所以它可由 8

46、個(gè)模擬量 的輸入端,由芯片的 A 、 B 、 C 三個(gè)引腳來(lái)選擇模擬量通道中的一個(gè)。 A 、 B 、 C 三 端分別與 8031的 P0.0 P0.2相接。 地址鎖存信號(hào) (ALE 和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào) (START , 由 P2.2和 /WR或非得到。輸出允許,由 P2.2和 /RD或非得到。時(shí)鐘信號(hào),可有 8031的 ALE 輸出得到, 不過(guò)當(dāng)采用 6M 晶振時(shí), 應(yīng)該先進(jìn)行二分頻, 以滿足 ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)必須小于 640K 的要求。由于 ADC0809芯片具有三態(tài)輸出換成鎖存器, 因此它可以直接與系統(tǒng)總線連 接。 連接方法是 :將微機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)分頻后連接 ADC0809芯片的 CL

47、OCK 輸入端; 將系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線連至 ADC0809的數(shù)據(jù)輸入端,數(shù)據(jù)總線的低位 D2D100依次接 ADC0809的 ADDC,ADDB,ADDA ;將系統(tǒng)地址譯碼輸出信號(hào) CS 與 M/IO,WR信號(hào)組合 接至 ADC809的啟動(dòng)信號(hào) START 和地址鎖存信號(hào) ALE ;將系統(tǒng)地址譯碼輸出信號(hào) CS 與 M/IO,RD信號(hào)組合接至 ADC0809的數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào) OE 。ADC0809的轉(zhuǎn)換過(guò)程大致如下:首先輸入地址選擇信號(hào), 在 ALE 信號(hào)作用下, 地址信號(hào)被鎖存,產(chǎn)生譯碼信號(hào), 選中一路模擬量輸入, 然后輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制 信號(hào) START 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束,數(shù)據(jù)送三態(tài)緩沖鎖存器

48、,同時(shí)發(fā)出 EOC 信號(hào)。 在允許輸入信號(hào) OE 的控制下,再將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入到外部數(shù)據(jù)總線。通常 CPU 采用三種方式讀取 ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果。(1程序查詢方式:采用該方式需要將 EOC 通過(guò)三態(tài)門接至系統(tǒng)的一根數(shù) 據(jù)總線上。 CPU 查詢?cè)摽偩€的位是否位低電平,若位低電平,則再查詢它是否位 高電平,若是,則表明轉(zhuǎn)換結(jié)束, CPU 再執(zhí)行讀 ADC0809端口的指令即可。 (2中斷方式:采用該方式,需要將 EOC 接至 8259A ,即將 EOC 作為 CPU 的中斷請(qǐng)求信號(hào),上升沿觸發(fā),以中斷方式請(qǐng)求 CPU 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。(3定時(shí)方式:已知完成一次 A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間,可用定時(shí)器時(shí)

49、大于或 等于該轉(zhuǎn)換時(shí)間, 等待定時(shí)時(shí)間一到即讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果, 或定時(shí)申請(qǐng)中斷讀取轉(zhuǎn)換 結(jié)果。 也可在啟動(dòng) ADC0809后, 用軟件延時(shí)一個(gè)固定送時(shí)間, 然后讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果, 這種方式不用考慮轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) EOC 。4.4 ADC0809與 8031的接口ADC0809的 IN0和變送器輸出端相連,故 IN0上輸入的 0V +5V范圍的模擬 電壓經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后可由 8031通過(guò)程序從 P0口輸入到它的內(nèi)部 RAM 單元。 其連接 圖如圖 4.4所示: 圖 4.4在 P20=0和 WR =0時(shí) 8031可以使 ALE 和 START 變?yōu)楦唠娖蕉鴨?dòng) ADC0809工作;在 P22=0和 ED =

50、0時(shí), 8031可以從 ADC0809接收 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。這就是說(shuō):ADC0809可以視為 8031的一個(gè)外部 RAM 單元,地址為 03F8H 。因此, 8031執(zhí)行如下程序可以啟動(dòng) ADC0809工作。MOV DPTR, #03F8HMOVX DPTR, A若 8031改為執(zhí)行:MOV DPTR, #03F8HMOVX A, DPTR則可以從 ADC0809輸入 A/D準(zhǔn)會(huì)后的數(shù)字量。ADC0809的 CLK 由 8031的 ALC 提供, EOC 經(jīng)反相器作用 8031的 P33口,作 為中斷請(qǐng)求輸入線。第五章 溫度的檢測(cè)和控制5.1 溫度檢測(cè)元件的選擇溫度檢測(cè)元件和變送器的選擇

51、和被控溫度及精度等級(jí)有關(guān)。 電爐常用熱電偶 作為測(cè)溫元件,其材料要求為:1. 耐高溫 -熱電偶的測(cè)溫范圍主要取決于熱電極的高溫性能,在高溫介質(zhì) 中,熱電極的物理化學(xué)性能越穩(wěn)定,則由它組成的熱電偶的測(cè)溫范圍就越寬。 2. 再顯性好 -用相同的兩種熱電極材料的熱電偶, 要求它們的電熱性能相而 而穩(wěn)定,這樣能使熱電偶成批生產(chǎn),并有很好的互換性。3. 靈敏度高, 線性好 -要求電偶所產(chǎn)生的溫差熱電勢(shì)足夠大, 并與溫度呈線 性關(guān)系。4. 要求熱電有為材料除能滿足上述幾點(diǎn)要求外, 并希望它的電阻系數(shù)和電阻 溫度系數(shù)盡可能地小,且其價(jià)格便宜。目前常用的熱電偶有以下幾種:1鉑銠/鉑熱電偶其分度號(hào)為 S ,正極

52、是 90%鉑和 10%銠的合金,負(fù) 極為純鉑絲。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫精度高, 可作為國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)中 630.74 1064.43范圍內(nèi)的 基準(zhǔn)熱電偶。其物理化學(xué)穩(wěn)定性高, 宜在氧化性和中性氣氛中使用; 它的熔點(diǎn)較 高, 故測(cè)溫上限亦高。 在工業(yè)測(cè)量中一般用它測(cè)量 1000以上的溫度, 在 1300 以下可長(zhǎng)期連續(xù)使用,短期測(cè)溫可達(dá) 1600。但價(jià)格昂貴,熱電勢(shì)小。2鎳鉻/鎳硅 (鎳鋁 熱電偶其分度號(hào)為 K ,正極成分是 9 10%鉻、 0.4%硅,其余為鎳,負(fù)極成分為 2.5 3%硅,<0.6%鉻,其余為鎳。其優(yōu)點(diǎn)是有較強(qiáng)的抗氧化性和抗腐蝕性, 其他學(xué)穩(wěn)定性好,熱電勢(shì)較大,熱 電勢(shì)與溫度問(wèn)的線性

53、關(guān)系好,其熱電極材料的價(jià)格便宜,可在 1000以下長(zhǎng)期 連續(xù)使用,短期測(cè)溫可達(dá) 1300。但在 500以上的溫度中和在還原性介質(zhì)中, 以及在硫及化物氣氛中使用時(shí)很容易被腐蝕, 所以, 在這些氣氛中工作時(shí)必須加 保護(hù)套管,另化它的測(cè)溫精度也低于鉑銠/鉑熱電偶。3鎳鉻/考銅熱電偶文分度號(hào)為 E , 正極鎳鉻成分為 9 10%鉻, 0. 4%硅,其余為鎳;負(fù)極考銅萬(wàn)分為 56%銅和 44%鎳。其優(yōu)點(diǎn)是熱電勢(shì)大,價(jià)格便宜。但不能用來(lái)測(cè)高溫,其測(cè)溫上限為 800, 長(zhǎng)期使用時(shí),只限 600以下,另外,由于考銅合金易受氧化而變質(zhì),使用時(shí)必 須加裝保護(hù)套管。4鉑銠 30/鉑銠 6熱電偶簡(jiǎn)稱為雙鉑銠熱電偶,分

54、度號(hào)為 B 。該熱電 偶的正負(fù)極都是鉑銠合金,僅僅是合金含量比例不同而巳,正極含銠 30%,負(fù)極含銠為 6%, 雙鉑銠 熱電偶的抗沾污能力強(qiáng), 在測(cè)溫 1800溫度時(shí)仍有很好的穩(wěn) 定性。其測(cè)溫精度較高,適用于氧化性、中性介質(zhì),可以長(zhǎng)期連續(xù)測(cè)量 1400 1600的高溫,短期測(cè)量可達(dá) 1800。但價(jià)格昂貴,靈敏度較低。5銅 /康銅熱電偶 -其分度號(hào)為 T , 正極為銅, 負(fù)極為 60%銅 /40%鎳的合金。 其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫靈敏度較高,熱電極容易復(fù)制,價(jià)格便宜,低溫性能好,可測(cè) 量 200低溫。但其成分銅易氧化,因此一般測(cè)溫上限不超過(guò) 300?；跍y(cè)量范圍,精度以及價(jià)格的考慮,本設(shè)計(jì)采用鎳鉻 /鎳硅

55、熱電偶,相應(yīng) 的輸出電壓為 0mV 41.32mV 。5.2 變送器變送器由毫伏變送器和電流 /電壓變送器組成。毫伏變送器用于把熱電偶輸 出的 0 41.32mV 轉(zhuǎn)換成 0 10mA 范圍內(nèi)的電流。 電流 /電壓變送器用于把毫伏變 送器輸出的 0 10mA 電流轉(zhuǎn)換成 0 5V 范圍的電壓。 通過(guò)轉(zhuǎn)換可以使信號(hào)達(dá)到單 片機(jī)所規(guī)定的電流與電壓要求。為了提高精度,變送器可以進(jìn)行零點(diǎn)漂移。例如:若溫度測(cè)量范圍為 400 1000,則熱電偶輸出為 16.4mV 41.32mV ,毫伏變送器零點(diǎn)漂移后輸出 0 10mV 范圍電流。這樣,采用 8位 A/D轉(zhuǎn)換器就可以使量化誤差達(dá)到正負(fù) 2.34度 以內(nèi)

56、。本設(shè)計(jì)采用 BS 系列 JD384-TD185I-7B0電流 /電壓變送器,其技術(shù)參數(shù)如表 5.2所示。表 5.25.3 溫度的控制8031對(duì)溫度的控制是通過(guò)可控硅調(diào)控器實(shí)現(xiàn)的。雙向可控硅管和加熱絲串 聯(lián)接在交流 220V , 50Hz 交流同步回路。在給定的周期 T 內(nèi), 8031只要改變可控 硅管的接通時(shí)間便可改變加熱絲功率,以達(dá)到條件溫度的目的?？煽毓杞油〞r(shí)間可以通過(guò)時(shí)間可以通過(guò)可控硅控制板上控制脈沖控制。 該觸 發(fā)脈沖由 8031用軟件在 P1.3引腳上產(chǎn)生, 受過(guò)零同步脈沖后經(jīng)光耦管和驅(qū)動(dòng)器送到可控硅的控制極上。 圖 6.1過(guò)零觸發(fā)電路過(guò)零脈沖是一種 50HZ 交流電壓過(guò)零時(shí)刻的脈

57、沖,可使可控硅在交流電壓正弦波過(guò)零時(shí)刻出發(fā)導(dǎo)通。 過(guò)零同步脈沖由觸發(fā)電路產(chǎn)生, 詳細(xì)電路如圖 6.1所示, 圖中電壓比較器用于把 50HZ 的正弦交流電壓變?yōu)榉讲?。方波的正邊沿和?fù)邊沿 分別作為兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入信號(hào), 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的兩個(gè)脈沖經(jīng)二極管 或門混合后就可以得到對(duì)應(yīng)于交流 220V 的市點(diǎn)的同步脈沖。此脈沖一方面可作 為可控硅的觸發(fā)脈沖加到溫度控制電路, 另一方面還可以作為計(jì)數(shù)脈沖加到 8031的 T0和 T1端。第六章 溫度控制程序和算法6.1 溫度控制的算法通常, 電阻爐爐溫控制采用偏差控制法。 偏差控制的原理是先求出所測(cè)爐溫 對(duì)所需爐溫的偏差值,然后對(duì)偏差值處理 而獲得的控制信號(hào)去調(diào)節(jié)電阻爐的加 熱功率, 以實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐的為溫度控制在工業(yè)上,偏差控制有稱為 PID 控制, 這 是工業(yè)控制中常用的控制形式,一般