dan高溫加熱爐溫度控制器王鈞

1、遼 寧 工 學(xué) 院單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計（論文）題目： 高溫加熱爐溫度控制器 院（系）：信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級： 電氣031 學(xué) 號： 030303015 學(xué)生姓名： 王鈞 指導(dǎo)教師： 李寶國 教師職稱： 副教授 起止時間：06-06-05至06-06-18 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：信息科學(xué)與工程學(xué)院 教研室：電氣學(xué) 號030303015學(xué)生姓名王鈞專業(yè)班級電氣031課程設(shè)計（論文）題目高溫加熱爐溫度控制器課程設(shè)計（論文）任務(wù)高溫加熱爐利用煤氣加熱，通過調(diào)節(jié)閥門來調(diào)節(jié)進(jìn)氣量。要求設(shè)計者完成高溫加熱爐溫度控制器的硬件和軟件設(shè)計。設(shè)計任務(wù)包括：1溫度測量2溫度控制3按鍵及顯示4

2、CPU最小系統(tǒng)設(shè)計5軟件流程圖及程序設(shè)計指導(dǎo)教師評語及成績成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目 錄第1章 課程設(shè)計目的與要求11.1 課程設(shè)計目的11.2 課程設(shè)計的實(shí)驗環(huán)境11.3 課程設(shè)計的預(yù)備知識11.4 課程設(shè)計要求1第2章 課程設(shè)計內(nèi)容2第3章 課程設(shè)計的考核23.1 課程設(shè)計的考核要求23.2 課程性質(zhì)與學(xué)分2第4章 設(shè)計34.1 系統(tǒng)框圖的設(shè)計34.2 溫度測量34.3 溫度控制54.3(1) 輸出控制54.3(2) 鍵盤掃描64.3(3) 輸出顯示104.3(4) 過限處理114.4 控制電路電源124.5 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計134.6(1) 程序流程圖174.6(2) 總體電

3、路圖 194.7 元件列表204.8 設(shè)計總結(jié)20參考文獻(xiàn)21第1章 課程設(shè)計目的與要求1.1 課程設(shè)計目的“單片機(jī)與接口技術(shù)”課程設(shè)計是在教學(xué)及實(shí)驗基礎(chǔ)上，對課程所學(xué)理論知識的深化和提高。因此，要求學(xué)生能綜合應(yīng)用所學(xué)知識，設(shè)計與制造出具有較復(fù)雜功能的小型單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)踐的基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。 能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“單片機(jī)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。 培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立收集資料、獨(dú)立設(shè)計規(guī)定功能的單片機(jī)系統(tǒng)的能力；培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫技術(shù)報告的能力。1.2 課程設(shè)計的實(shí)驗環(huán)境利用windows操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件進(jìn)行繪圖和編程。1.

4、3 課程設(shè)計的預(yù)備知識熟悉單片機(jī)與接口技術(shù)課程的相關(guān)知識及電子線路CAD工具軟件。1.4 課程設(shè)計要求按課程設(shè)計指導(dǎo)書提供的課題，根據(jù)第二章給出的基本要求及參數(shù)獨(dú)立完成設(shè)計，課程設(shè)計說明書應(yīng)包括以下內(nèi)容： 1、對設(shè)計課題進(jìn)行簡要闡述，并說明設(shè)計任務(wù)及具體要求。 2、論述系統(tǒng)設(shè)計方案，并畫出總體電路結(jié)構(gòu)圖及功能分割圖。3、能夠較熟練地應(yīng)用電子線路CAD工具完成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計任務(wù)。4、各功能模塊設(shè)計說明、設(shè)計實(shí)現(xiàn)過程及源程序。 5、能夠較熟練地應(yīng)用一種編輯軟件編寫程序，掌握單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計的基本方法6、課程設(shè)計報告應(yīng)內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊規(guī)范、數(shù)據(jù)詳實(shí)。7、課程設(shè)計總結(jié)8、字?jǐn)?shù)400

5、0左右，有系統(tǒng)電氣原理圖。第2章 課程設(shè)計內(nèi)容設(shè)計技術(shù)參數(shù)1溫度測量范圍01800，誤差22溫度控制輸出420mA電流3按鍵及顯示4CPU采用51兼容型5電源采用直流24V供電工作量1溫度測量2溫度控制3按鍵及顯示4CPU最小系統(tǒng)及電源設(shè)計5軟件流程圖及程序設(shè)計工作計劃第一天第二天第三天第四天第五天第二周1溫度測量2溫度控制3按鍵及顯示4CPU最小系統(tǒng)及電源設(shè)計5軟件流程圖及程序設(shè)計畫原理圖、打印第3章 課程設(shè)計的考核3.1 課程設(shè)計的考核要求課程設(shè)計采用五級(優(yōu)、良、中、及格、不及格)評分制。最后成績依據(jù)課程設(shè)計論文及平時成績決定，其中平時考核成績占20%。3.2 課程性質(zhì)與學(xué)分單片機(jī)與接口

6、技術(shù)課程設(shè)計的課程性質(zhì)：考查 學(xué)分：2第4章 設(shè)計41系統(tǒng)框圖的設(shè)計單片機(jī)數(shù)據(jù)輸出爐溫控制本次設(shè)計的熱處理加熱爐溫度控制器是為實(shí)驗室電阻爐配備的專門控溫設(shè)備，它由檢測端的傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大輸送給控制單元，由控制單元來控制執(zhí)行部件對電阻爐供電，是能對電阻爐的溫度進(jìn)行預(yù)置、測量、顯示及自動控制的簡單溫度控制器。鍵盤輸入加熱爐溫 數(shù)度 據(jù)傳 采感 集器溫度設(shè)定溫度顯示 圖1系統(tǒng)方框圖4.2溫度測量溫度測量電路：包括傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換及接口 1溫度傳感器： 選用TGY-129高溫傳感器，可以測量的溫度范圍為0-18002模/數(shù)轉(zhuǎn)換器：選用AD521。采用集成運(yùn)算放大器AD52

7、1進(jìn)行信號放大，得到01.8V模擬電壓，經(jīng)3位半BCD碼輸出的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器5G14433轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器具有消除高頻干擾的作用，因此不必設(shè)計抗干擾電路。圖2 輸入通道溫度測量電路軟件程序PINT1:PUSHAPINT:JNBP1.4,PINTCHAOX:JBP1.0,OVERPL1:JBP1.3,PL3PL2:MOV20H,#01HAJMPPL4PL3:MOV20H,#0PL4:JNBP1.5,PL4MOVA,P1ANLA,#0FHMOV21H,APL5:JNBP1.6,PL5MOVA,P1ANLA,#OFHMOV22H,APL6:JNBP1.7,PL6MOVA,P

8、1ANLA,#OFHMOV23H,APOPARETI4.3溫度控制溫度控制的實(shí)現(xiàn)，即根據(jù)溫度給定值和采樣值的大小，決定通電與斷電。溫度控制的設(shè)計應(yīng)考慮如下：鍵盤掃描、鍵碼識別和溫度顯示；輸出顯示；越限和處理。4.3(1) 輸出控制將測量獲得的溫度值與給定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果決定炭棒加熱的開與停。系統(tǒng)利用雙向可控硅KS50A實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)開關(guān)控制三組炭棒加熱，同時控制導(dǎo)流風(fēng)扇驅(qū)動電機(jī)。采用光電耦合器4N25進(jìn)行電氣隔離。圖3輸出控制電路軟件程序DONE:MOVR0,#20HMOVR1,#30HMOVR7,#4MOVA,R0CMPA,R1JCRIGHTAGAIN:INCR0INCR1DJNZR7,

9、DONEMOVR0,#83HMOVA,#80HMOVXR0,AMOVA,#82HMOVXR0,AMOVA,#84HMOVXR0,AAJMPENDD1RIGHT:MOVR0,#83HMOVA,#81HMOVXR0,AMOVA,#83HMOVXR0,AMOVA,#85HMOVXR0,A4.3（2）鍵盤掃描溫度給定選用44鍵盤，按鍵功能依次為：數(shù)字09、預(yù)置、清除、確認(rèn)/復(fù)位、關(guān)加熱、關(guān)風(fēng)扇。鍵盤接口采用通用并行接口芯片8255A進(jìn)行輸入擴(kuò)展。圖4 鍵盤掃描電路軟件程序KEY:PUSHACCSETBRS0MOVR0,#80HMOVR1,#81HMOVA,#0MOVXR0,AMOVXA,R1ORLA,

10、#0F0HCPLAJNZINCLRRS0POPACCRETIN:LCALLDELAYMOVR2,#04HMOVR4,#7FHMOVR7,#0SCAN:MOVA,R4RLAMOVR4,AMOVXR0,AMOVXA,R1MOVR3,#04HNEXT:RRCAJNCFINDINCR7DJNZR3,NEXTDJNZR2,SCANCLRRS0POPACCRETFIND:MOVA,#00HMOVXR0,ALOOSE:MOVXA,R1ORLA,#0FHCPLAJNZLOOSEMOVA,R7ADDA,#0F6HJCORDERNEMBE:MOVR6,25HMOV24H,R6MOVR6,26HMOV25H,R6M

11、OVR6,27HMOV26H,R6MOV27H,ACLRRS0POPACCRETORDER:CMPA,#11JCLYLGYZWD:MOVR6,#0AHMOV27H,R6MOV26H,R6MOV25H,R6MOV24H,R6CLRRS0POPACCRETLYLG:CMPA,#12JCQRSRQXYW:MOVR6,26HMOV27H,R6MOVR6,25HMOV26H,R6MOVR6,24HMOV25H,R6MOVR6,#0AHMOV24H,R6CLRRS0POPACCRETQRSR:CMPA,#13JCGBJRMOVR5,#0MOVR6,#0AHMOVA,24HANLA,AJNZLP1LP:MO

12、V24H,R6MOV30H,R5LP1:MOVA,25HANLA,AJNZLP3LP2:MOV25H,R6MOV31H,R5LP3:MOVA,26HANLA,AJNZLP5LP4:MOV26H,R6MOV32H,R5LP5:MOVA,27HANLA,AJNZLP7LP6:MOV27H,R6MOV33H,R5LP7:CLRRS0POPACCDECSPDECSPMOVDPTR,#0100HPUSHDPLPUSHDPHRETGBJR:CMPA,14JCGBFSMOVR0,#83HMOVA,#80HMOVXR0,AMOVA,#82HMOVXR0,AMOVA,#84HMOVXR0,ALCALLYZTSC

13、LRRS0POPACCRETGBFS:CMPA,#15JCGBBJMOVR0,#83HMOVA,#86HMOVXR0,AMOVA,#88HMOVXR0,AMOVA,#8AHMOVXR0,ACLRRS0POPACDECSPMOVDPTR,#0300HPUSHDPLPUSHDPHRETGBBJ:MOVR0,#93HMOVA,#81HMOVXR0,AMOVA,#86HMOVXR0,AMOVA,#83HMOVXR0,ACLRRS0POPACC RET4.3（3）輸出顯示本系統(tǒng)采用8位LED顯示器進(jìn)行給定溫度和測量溫度顯示，每組4位。LED接口利用8255A進(jìn)行擴(kuò)展，采用動態(tài)顯示，顯示時間為20ms。使

14、用軟件檢測方法屏蔽高位的數(shù)據(jù)0，使高位為0時不輸出顯示，該位LED熄滅八段LED顯示器 八段顯示器由LED個發(fā)光二極管組成。其中7個長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個賀點(diǎn)形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。圖5輸出顯示電路軟件程序SSEG:SETBRS1PUSHACCMOVB,#80HMOVR0,#20HMOVR7,#8MOVR1,#90HMOVDPTR,#0091HCNCQS:MOVA,R0ADDA,#0EHMOVCA,A+PCMOVXR1,AMOVA,BMOVXDPTR,AACALLDELAYRRAMOVB,AINCR0INCR1INCDPTRD

15、JNZR7,CNCQSCLRRS1POPACCRETTAB:DB0C0HDB0F9HDB0A4HDB0B0HDB99HDB92HDB82HDB0F8HDB80HDB98HDB0FFH4.3（4）過限處理系統(tǒng)要求溫度超過1800oC時實(shí)現(xiàn)中斷申請。本設(shè)計采用比較器LM311將集成運(yùn)算放大器AD521放大后的電壓信號與高精度電源5G1403輸出的1.8V標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，如果輸出高電平說明溫度超限，此時將啟動單片機(jī)INT0中斷。在中斷服務(wù)程序中點(diǎn)送出信號。加熱零件采用傳送帶送入加熱爐內(nèi)，傳送帶使用10KW三相異步電動機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動。電動機(jī)要求實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，用繼電器、接觸器控制。圖6 過限處理電路軟件

16、程序OVER:SETBRS1SETBRS0PUSHACCMOVR0,#93HMOVA,#87HMOVR0,AMOVA,#80HMOVR0,AMOVA,#82HMOVR0,ACLRRS1CLRRS0POPACCRETI44控制電路電源電源采用直流24V供電，需要選擇蓄電池。由于AT89C51的工作電壓為+5V，故此需用穩(wěn)壓電路將+24V電壓變成+5V。該穩(wěn)壓電路采用LM340T三端正壓穩(wěn)壓器，以起到穩(wěn)壓作用，該電路可以起到24V變5V作用，給單片機(jī)提供電源，穩(wěn)壓電路如圖所示：圖7 穩(wěn)壓電路圖4.5 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計本課設(shè)選擇以80C51為內(nèi)核且與80C51單片機(jī)引腳和指令完全兼容的ATMEL公

17、司的AT89C51單片機(jī)芯片作為該電路設(shè)計的主控制芯片。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2

18、051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51的基本性能如下：（1） 與MCS-51單片機(jī)兼容，含80C51核。（2） 片內(nèi)有4KB在系統(tǒng)中可重新編程的Flash程序存儲器，可擦/寫1000次以上。（3） 全靜態(tài)邏輯，工作頻率范圍：024MHz。（4） 三級程序存儲器加密。（5） 128字節(jié)片內(nèi)RAM。（6） 32個可編程I/O端子。（7） 提供待機(jī)和掉電兩種省電方式。（8） 兩個16位定時/計數(shù)器。（9） 有5個中斷矢量，允許6個中斷源。（10） 一個全雙工串行口。（11） 具有與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80C51一致的指令集和引腳布置。（12）

19、 最大驅(qū)動電流71mA。（13） 無片內(nèi)EPROM。（14） 無SPI接口。（15） 可在系統(tǒng)中編程。（16） 1個數(shù)據(jù)指針。（17） 無監(jiān)控定時器。（18） 無片上模擬比較器。（19） 有外部地址數(shù)據(jù)總線。（20） 電源電壓4.06.0V。（21） 引腳數(shù)40/44。（22）每個I/O引腳輸出電流10mA。AT89C51是一種低功耗高性能CMOS 8位單片微機(jī)，它除了具有與MCS-51完全兼容的若干特性外，最為突出的優(yōu)點(diǎn)就是片內(nèi)集成了4KB字節(jié)Flash PEROM（Programmable Erasable Read Only Memory），可用來存放應(yīng)用程序，這個Flash程序存儲器除

20、允許用一般的編程器離線編程外，還允許在應(yīng)用系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)在線編程，并且還提供了對程序進(jìn)行三級加密保護(hù)的功能。AT89C51的另一個特點(diǎn)是工作速度更高，晶振頻率可高達(dá)24MHz，一個機(jī)器周期僅500ns，比MCS-51快了一倍。圖8 AT89C5芯片及其引腳最小系統(tǒng)通過擴(kuò)展一片Intel 8255A實(shí)現(xiàn)Intel8255A是一種通用的可編程并行I/O接口芯片，也是應(yīng)用最廣泛的并行I/O接口芯片。8255A的結(jié)構(gòu) 8255A由4部分組成： (1)數(shù)據(jù)總線緩沖器 (2)三個8位端口PA、PB、PC，其中PC口可分為兩個4位端口，可分別同端口A和端口B配合使用，可以用作控制信號輸出等。 (3)A組和B組的

21、控制電路。 (4)讀/寫控制邏輯。最小系統(tǒng)的電路圖如下圖9 CPU最小系統(tǒng)此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。4.6(1)程序流程圖1溫度控制框圖 2顯示程序框圖開始開始向緩沖區(qū)中放數(shù)設(shè)頂堆棧指針指向緩沖區(qū)首地址指向顯示位指向字型碼表首清標(biāo)志和暫存單關(guān)顯示清顯示緩沖區(qū)指向A口查段碼 送出段碼設(shè)定參數(shù)初值指向B口送出位碼T0初始化CPU開中斷延時1ms掃描鍵盤指向下一個緩沖單元溫度顯示顯示下一位8位顯示完返回 N Y3主程序流程圖保護(hù)現(xiàn)場爐溫采樣送本次越限標(biāo)志=上限？上限處理上限？xian 限？恢復(fù)現(xiàn)場返回清上次越限標(biāo)志置越限標(biāo)志=下限？ Y上次越限？下限？計算溢出采補(bǔ) Y計數(shù)器加1接收數(shù)值P13口輸出越限N次？采補(bǔ)T1初始化接收信號溫度轉(zhuǎn)換標(biāo)志清零顯示溫度T1中斷？恢復(fù)現(xiàn)場返回4.6(2) 總體電路圖圖10 總體