CK300M系列高精度微電腦溫度控制儀

1、 . . . 畢業(yè)實習(xí)報告題 目：CK-300M系列高精度微電腦溫度控制儀姓 名：周景誠專 業(yè)：電子信息工程班級學(xué)號：09040119同 組 人： 指導(dǎo)教師：袁偉勤航空大學(xué)信息工程學(xué)院2013年 1月 18 日摘要溫度控制在各方面都顯得十分的重要。在工業(yè)上，如紡織業(yè)的染布技術(shù)，對溫度的控制要求也非常高，特別要注意染布時的升溫、保溫、降溫、加熱、冷卻等方面的溫度控制。CKN300系列高精度微電腦程序控制儀，是為紡織、印染行業(yè)采用微型計算機(jī)新技術(shù)開發(fā)研制的一種新型工業(yè)自動化控制儀表。這種控溫儀采用測溫電路、高精度低溫漂移放大器、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、反饋控制，具有開關(guān)量和模擬量輸出。本次畢業(yè)實

2、習(xí)的主要任務(wù)是對CK-300M微電腦溫度控制儀進(jìn)行一次全面的認(rèn)識。通過測繪CK-300M微電腦溫度控制儀的電路圖，組裝、排故和調(diào)試，最后進(jìn)行軟件編程開發(fā)應(yīng)用，以達(dá)到對一成功的電子設(shè)備的深入了解、剖析、應(yīng)用的目的。本報告主要描述輸入輸出板的繪圖和調(diào)試過程。簡單描述了其他板部分。關(guān)鍵詞：CK-300M 印染 自動化 溫度控制20 / 23目錄第一章溫度控制儀的組成31.1顯示板31.2主板31.3輸入輸出板41.4電源板41.5底板5第二章溫度控制儀的工作原理62.1 系統(tǒng)工作原理：62.2、輸入輸出板工作原理：72.2.1 8255a主芯片82.2.2 TPL521系列芯片102.2.3 ULN

3、200310第三章排故和調(diào)試12第四章 程序設(shè)計134.1程序設(shè)計題目：134.2程序流程框圖13第五章總結(jié)與展望15參考文獻(xiàn)16附錄一 元件清單17附錄二 程序清單18附錄三 輸入輸出板原理圖20前言CK-300M系列微電腦程序控制儀是由航空工業(yè)學(xué)院電子系研制的一種高精度新型工業(yè)自動化控制儀表，以廣泛應(yīng)用于紡織工業(yè)，對處理紡織，印染，漂染，色織，毛紡，制色花與色牢等質(zhì)量問題效果顯著，并對提高染色質(zhì)量，節(jié)約能源，降低消耗，加強(qiáng)企業(yè)管理，提高印染老設(shè)備自動化程度和減輕工人勞動強(qiáng)度等方面取得了很好的效果和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。CK-300M不僅具有優(yōu)良的溫度控制功能，還有多種輔助控制功能：染缸給液控制；

4、液面位置檢測與控制等。該系列電腦不僅適用于有熱交換器的間接加熱方式的染機(jī)，也適用于無熱交換器的直接加熱方式染色機(jī)，還適用于各類高溫高壓筒子染機(jī)，常溫常壓染機(jī)，敞開式常溫常壓染機(jī)。電腦的輔助控制功能可全部用于染色工藝過程的自動控制，也可以采用部分控制功能，實現(xiàn)部分工藝的自動控制。該系統(tǒng)以PT100鉑熱變電阻做傳感器，精度高（±0.2），控溫圍寬（25152.5）。能定時輸出開關(guān)信號去執(zhí)行某種動作以與能提供所要求的溫度工藝曲線的轉(zhuǎn)折點的開關(guān)量輸出，這種性質(zhì)就給使用者根據(jù)需要控制某種動作提供了方便，從而擴(kuò)大了設(shè)備的功能。除此以外儀器具有體積小、重量輕，抗干擾能力強(qiáng)等特點。第一章溫度控制儀的

5、組成CK-300M微電腦溫控儀由顯示板、主板、輸入輸出板、電源板和底板五塊電路板組成?？傇韴D如圖1：圖1 CKN-300M的總原理圖1.1顯示板CK-300M型控溫儀采用8279可編程鍵盤、顯示器接口芯片，配合一個4×4的16鍵鍵盤以與16只LED八段數(shù)碼管實現(xiàn)了工藝流程與實時信息顯示。8279采用外譯碼方式外部譯碼器對掃描輸出端SL0SL3上的二進(jìn)制計數(shù)進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生對鍵盤或顯示的掃描信號，8279的輸出端OUTA，OUTB經(jīng)反向驅(qū)動后接數(shù)碼管的a-dp。工藝流程指示燈由74LS164控制，狀態(tài)信號由0831的P1.6串行輸入，經(jīng)74LS164并行輸出控制10個發(fā)光二極管的亮滅

6、。1.2主板主板是整個溫度控制儀的心臟部分，控制著整個系統(tǒng)的運行，而且絕大部分重要的芯片與元器件都集中在主控板上。主板上集中了以8031為基礎(chǔ)的微電腦控制部分，以A/D MC14433為基礎(chǔ)的溫度數(shù)據(jù)采集部分，以0832為基礎(chǔ)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換部分，以4046為基礎(chǔ)的看門狗電路以與以24C16為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲機(jī)構(gòu)。主板上的各個部分相互之間形成了一個控制的核心，來控制顯示板和控制板。8031又是指揮主控板工作的控制中心。從8031擴(kuò)展出去，按功能可以把整個主控板分為：工藝曲線存儲、程序和數(shù)據(jù)存貯、數(shù)摸量輸出D/A與看門狗電路等五大塊。1.3輸入輸出板輸入輸出板以8255為中心控制4路輸入和12路開關(guān)信

7、號（如圖1.3）控制繼電器的斷開和吸合，從而控制模擬臺的工作。繼電器控制所對應(yīng)的12個工作狀態(tài)中的一個工作，PC口上有4路開關(guān)量輸入連接在PC0PC3上。8255與繼電器之間通過光耦連接，這樣把外部強(qiáng)電流與部機(jī)構(gòu)完全隔離，外部出了問題也不會影響到8255的工作，保護(hù)了整個系統(tǒng)的安全。圖1.3開關(guān)量輸入輸出1.4電源板電源板主要是電源的生成，通過電壓的轉(zhuǎn)換，將220V的交流電壓分別轉(zhuǎn)換成5V（主）、15V、5V、12V（用于電橋）、24V（繼電器）、24V（開入）、5V（串行通信用）、3.6V電池（用于RAM掉電保護(hù)）（其主5V電源電路如圖1-4）。其具體過程是經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，最后輸

8、出各板所需的標(biāo)準(zhǔn)電壓。圖1.4主電源電路1.5底板底板主要包括三個電路板塊，兩個輸入插槽，一個輸出插槽，一個17引腳變壓器和一個濾波器，以與一個電源開關(guān)，還包括它們之間的連線以與它們與各塊電路板插槽的連線。在最靠近顯示電路板的插槽中插的是本機(jī)的主板，此插槽的連線是最復(fù)雜，它包括與顯示板的連線，與輸出端口的連線，與其余兩插槽的連線，還有模擬地與數(shù)字地。中間的插槽是8255并行通信口電路板，它與繼電器的兩個8引腳的數(shù)據(jù)線相連，與電源的11和14引腳相連，與輸出端口相連，還有模擬地與數(shù)字地。在另一塊的插槽插的是電源濾波電路板，它主要與電源相連，對輸入電源起濾波作用。第二章溫度控制儀的工作原理CKN3

9、00微電腦溫控儀的基本原理是用PT100采集溫度的變化，通過電橋轉(zhuǎn)化為變化的電壓值輸入到TC7650放大。再將放大的信號通過MC14433和74LS244將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出到顯示板顯示，同時也將數(shù)字信號輸出到DAC0832轉(zhuǎn)化為模擬的電流信號送到輸入輸出板控制12路的開關(guān)量。2.1 系統(tǒng)工作原理：CKN-300M工作時，先由MC14433將PT-100傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，然后再計算差值。經(jīng)過算法PID，控制輸出。該溫控儀即對染缸進(jìn)行控制，又要進(jìn)行自診斷，必須經(jīng)過用戶從鍵盤輸入加以區(qū)分。鍵盤接收用戶信息和工藝曲線經(jīng)8279送入8031進(jìn)行處理；在溫度控制時，前端溫度傳感器PT

10、-100將溫度信息經(jīng)過ICL7650放大和MC14433A/D轉(zhuǎn)換后送入8031進(jìn)行運算轉(zhuǎn)換成溫度值，由數(shù)碼管將其顯示和送打印機(jī)定時記錄。液位檢測開關(guān)信號與循環(huán)泵接觸開關(guān)信號輸入至8255，再送入8031處理，8031將各個輸入量進(jìn)行綜合處理后，就經(jīng)過8255輸出12路開關(guān)量，經(jīng)過光電耦合由繼電器驅(qū)動控制動作；或者經(jīng)過DAC0832輸出一模擬量進(jìn)行控制。在控制對象時，在某一步控制時對應(yīng)動作的指示燈點亮，以便用戶進(jìn)行監(jiān)控。CKN-300M的控溫工藝曲線如下圖2.1：圖2.1CKN-300M的控溫工藝曲線2.2、輸入輸出板工作原理：如圖1.3，輸入輸出部分通過輸入輸出板以8255為中心控制4路輸入

11、和12路開關(guān)信號控制繼電器的斷開和吸合，從而控制模擬臺的工作。當(dāng)8031片選信號選通8255并行通信口時，8255開始工作，8031把PB口或PC4PC7中的某一位置“1”時，該口通過2003的一個非門，使發(fā)光二極管的負(fù)極置“0”，發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管工作，使發(fā)光二極管所連接的繼電器閉合，使該繼電器控制所對應(yīng)的12個工作狀態(tài)中的一個工作，另外在PC口上有4路開關(guān)量輸入連接在PC0PC3上，8031通過檢測該口為“0”還是“1”，判斷外部狀態(tài)，對工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行控制。8255與繼電器之間通過光耦連接，這樣把外部強(qiáng)電流與部機(jī)構(gòu)完全隔離，外部出了問題也不會影響到8255的工作，保護(hù)了整個系統(tǒng)的安全

12、。8255驅(qū)動輸入時輸出電路如圖2.2所示。圖2.2輸入輸出處理電路2.2.1 8255a主芯片8255作為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，提供與主機(jī)相連的3個總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時必須具有與外設(shè)連接的接口A、B、C口。由于8255可編程,所以必須具有邏輯控制部分，因而8255部結(jié)構(gòu)分為3個部分：與CPU連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分。1）與CPU連接部分8255能并行傳送8位數(shù)據(jù)，所以其數(shù)據(jù)線為8根D0D7。由于8255具有3個通道A、B、C，所以只要兩根地址線就能尋址A、B、C口與控制寄存器，故地址線為兩根A0A1。此外CPU要對8255進(jìn)行讀、寫與片選操作，所以控制線為片

13、選、復(fù)位、讀、寫信號。各信號的引腳編號如下：（1）數(shù)據(jù)總線DB：編號為D0D7，用于8255與CPU傳送8位數(shù)據(jù)。（2）地址總線AB：編號為A0A1，用于選擇A、B、C口與控制寄存器。（3）控制總線CB：片選信號、復(fù)位信號RST、寫信號、讀信號。當(dāng)CPU要對8255進(jìn)行讀、寫操作時，必須先向8255發(fā)片選信號選中8255芯片，然后發(fā)讀信號或?qū)懶盘枌?255進(jìn)行讀或?qū)憯?shù)據(jù)的操作。2）與外設(shè)接口部分8255有3個通道A、B、C與外設(shè)連接，每個通道又有8根線與外設(shè)連接，所以8255可以用24根線與外設(shè)連接，若進(jìn)行開關(guān)量控制，則8255可同時控制24路開關(guān)。各通道的引腳編號如下：（1）A口：編號為PA

14、0PA7，用于8255向外設(shè)輸入輸出8位并行數(shù)據(jù)。（2）B口：編號為PB0PB7，用于8255向外設(shè)輸入輸出8位并行數(shù)據(jù)。（3）C口：編號為PC0PC7，用于8255向外設(shè)輸入輸出8位并行數(shù)據(jù)，當(dāng)8255工作于應(yīng)答I/O方式時，C口用于應(yīng)答信號的通信。3）控制器8255將3個通道分為兩組，即PA0PA7與PC4PC7組成A組，PB0PB7與PC0PC3組成B組。4)引腳功能RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端處于高電平時，所有部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。CS:芯片選擇信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時,即/CS=0時,表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通

15、訊;/CS=1時,8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸.RD:讀信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低跳變沿時,即/RD產(chǎn)生一個低脈沖且/CS=0時,允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。WR:寫入信號，當(dāng)這個輸入引腳為低跳變沿時,即/WR產(chǎn)生一個低脈沖且/CS=0時,允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。圖2.2.18255A引腳圖D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。8255具有3個相互獨立的輸入/輸出通道端口，用+5V單電源供電，能在以下三

16、種方式下工作。方式0基本輸入輸出方式；方式1選通輸入/出方式；方式2雙向選通輸入/輸出方式；PA0PA7:端口A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 工作于三種方式中的任何一種；PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器， 一個8位的輸入輸出緩沖器。 不能工作于方式二；PC0PC7:端口C輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個4位的端口， 每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。'不能工作于方式一或二。

17、A1,A0:地址選擇線,用來選擇8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器.當(dāng)A1=0,A0=0時,PA口被選擇;當(dāng)A1=0,A0=1時,PB口被選擇;當(dāng)A1=1,A0=0時,PC口被選擇;當(dāng)A1=1.A0=1時,控制寄存器被選擇.2.2.2 TPL521系列芯片輸入輸出板在輸入輸出兩部分都應(yīng)用TPL521-2和TPL521-4系列芯片。TLP521是可控制的光電藕合器件，光電耦合器廣泛作用在電腦終端機(jī)，可控硅系統(tǒng)設(shè)備，測量儀器，影印機(jī)，自動售票，家用電器，如風(fēng)扇，加熱器等 電路之間的信號傳輸，使之前端與負(fù)載完全隔離，目的在于增加安全性，減小電路干擾，減化電路設(shè)計。 東芝TLP5212和4組

18、成的砷化鎵紅外發(fā)光二極管耦合到光三極管。 該TLP5212提供了兩個孤立的 光耦8引腳塑料封裝，而TLP5214提供了4個孤立的光耦中16引腳塑料DIP封裝。芯片原理圖如圖所示：圖2.2.2 TPL521系列芯片引腳級原理圖2.2.3 ULN2003ULN2003A電路是美國Texas Instruments公司和Sprague公司開發(fā)的高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列電路。ULN2003A由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以與鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,具有同時驅(qū)動7組負(fù)載的能力,為單片雙極型大功率高速集成電路。ULN2003A電路的管腳排列如圖2.2.31所示,圖2.2.32為其原理和引腳功能圖,各

19、引出端的功能符號與說明如表2.2.3所列。圖2.2.32ULN2003A原理和引腳功能圖圖2.2.31 ULN2003A電路管腳圖表2.2.3 引出端功能符號引出端序號符號功能引出端序號符號同意功能11B輸入9COM公共端22B輸入107C輸出33B輸入116C輸出44B輸入125C輸出55B輸入134C輸出66B輸入143C輸出77B輸入152C輸出8E發(fā)射極161C輸出第三章排故和調(diào)試首先應(yīng)該熟悉CKN-300M的所有電路板，這樣才可以保證在排故時比較順利，調(diào)試順序是檢查電源，電源是否正常；然后檢查檢查主芯片是否工作正常；再檢查模擬量輸出9902指令正常與否。調(diào)試的過程中主要的一些問題有以

20、下幾種：1、 電源導(dǎo)線斷路，導(dǎo)致電源無電壓輸出；2、 模擬量開關(guān)工作異常，一般是2板接觸不良或鍵盤問題引起；3、 數(shù)碼顯示管亂碼，檢查7279芯片和主板芯片是否良好，主板與顯示板連接是否不良，導(dǎo)致掃描顯示亂碼；4、 輸入9900指令溫度顯示不變或者不穩(wěn)定，顯示不變檢查pt100是否有信號輸入，放大電路是否工作正常；不穩(wěn)定主要由C11電容接觸不良引起。在電路排故工作結(jié)束后，開始進(jìn)行溫度的調(diào)試在整組調(diào)試中，調(diào)零十分關(guān)鍵，要配合調(diào)試主板上的精密電阻P1和PT-100，使得PT-100阻值為109.73，調(diào)節(jié)P1 ，使溫度顯示為25。然后進(jìn)行滿度調(diào)試，配合調(diào)節(jié)主板上P2和PT-100，使得PT-100

21、的阻值為157.31，而顯示溫度為150。然后，分別使PT-100的阻值為111.67、123.24、138.50，看溫度顯示是否分別為30、60、100，如有較大偏差重新調(diào)試零度和滿度，直到偏差非常小為止。第4章 程序設(shè)計4.1程序設(shè)計題目：編寫一掃鍵程序4.2程序流程框圖掃鍵程序段由7279行循環(huán)判定按鍵標(biāo)志位，以判斷有哪個鍵按下，其程序流程圖如圖4.2.1所示 7279鍵處理FF送A讀入狀態(tài)字FIFO有數(shù)據(jù)嗎？讀FIFO命令送7279屏蔽SHIFT、CNTL讀FIFO數(shù)據(jù)查鍵值表鍵值送A返回 圖4.2.1 7279鍵處理4.2.1程序流程與分析介紹，標(biāo)志單元說明通過判斷ACC.7位是否為

22、低，為低時執(zhí)行命令，并調(diào)用顯示子程序，顯示代碼。其流程圖如下：清除命令送7279寫顯示RAM命令送8279ACC.7=1?寫顯示緩沖區(qū)首址送R0取顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為段數(shù)據(jù)送顯清除鍵盤工作方式送7279時鐘編程命令送7279返回返回YN 4.2.12 8279顯示更新 圖4.2.11 8279初始化第五章總結(jié)與展望在這一個月的畢業(yè)實習(xí)中，通過對CK-300微電腦控制儀電路圖的繪制、硬件電路的調(diào)試和軟件的編程，學(xué)到了很多東西。在這次畢業(yè)實習(xí)中，通過逆向地把PCB板還原出原理圖，更加熟悉電路設(shè)計的一般原理，同時接觸到了更多平時沒有接觸到的儀器設(shè)備、元器件以與相關(guān)的排故經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)了很多不足之處，增加了電子

23、方面的認(rèn)識。同時畢業(yè)實習(xí)培養(yǎng)了嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度和吃苦耐勞的精神以與相對應(yīng)的工程意識，同學(xué)之間的友誼互助也充分的在畢業(yè)設(shè)計當(dāng)中體現(xiàn)出來了。畢業(yè)設(shè)計是對學(xué)過的理論知識進(jìn)行回顧，并對其加以進(jìn)一步的鞏固和消化，為己所用。實習(xí)是一個學(xué)生從學(xué)生的身份向一個職業(yè)者轉(zhuǎn)變的一個過渡過程，是一個人邁向社會的很重要一步。本次實習(xí)在時間上感覺有極大的浪費，希望下次的實習(xí)能夠有較多的項目，提高這個環(huán)節(jié)的質(zhì)量！還有就是機(jī)器使用年限較久，部分機(jī)器都無法調(diào)試出結(jié)果或者不準(zhǔn)確，對我們實習(xí)生來說存在著不公！希望以后的實習(xí)可以考慮添加新的儀器或者更改實習(xí)的項目，讓每個同學(xué)都能切身的從實習(xí)中達(dá)到理論與實踐的整合！感學(xué)校給予我們這次鍛煉

24、的機(jī)會，感老師在實習(xí)中的教導(dǎo)，讓我在實習(xí)中學(xué)到了很多。參考文獻(xiàn)1 先庭.單片機(jī)原理、接口與C51應(yīng)用程序設(shè)計.：國防工業(yè),2011年.2 黎娟、吳開志、萬在紅.單片機(jī)技術(shù)實驗教程.：航空大學(xué)，2011年 .3吳清秀.微型計算機(jī)原理與接口技術(shù).中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2004年.4吳向軍.匯編語言設(shè)計.：高等教育，2001年.5全利、遲榮強(qiáng)單片機(jī)原理與接口技術(shù).：高等教育，2004年1月.6友德、志英、涂石亮.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與試驗.復(fù)旦大學(xué)，2008年5月.7薛小鈴，志群，賈俊榮，單片機(jī)接口模塊應(yīng)用與開發(fā)實例詳解，航空航天大學(xué)，2010年1月8 G.Y. Xu，Electronic design，2000年.附錄一 元件清單電阻1K123.3K124.7K1251012電容47uF/50V41044220uF/25V1晶體管IN4007124024BU40612芯片TPL521-22TPL521-43ULN200328255A1附錄二 程序清單ORG 0000H/*8279初始化程序*/INI79: MOV DPTR,#7F01H ;清除命令送8279 MOV A,#0D1H MOVX DPTR,AWNDU