工業(yè)加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計說明

1、73/740引言在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，工藝精度、產(chǎn)品質(zhì)量的提高對于工業(yè)加熱爐溫度控制系統(tǒng)的要求日益增強。對工業(yè)加熱爐的工作進展監(jiān)視與報警，溫度值是加熱爐隨著加熱的需要隨時變化進展控制的重要參數(shù)。但目前國絕大多數(shù)工業(yè)還是采用加濕機等設(shè)備通過人工來控制加熱爐的溫度，很難達到最正確控制效果的，同時也無法進展溫度數(shù)據(jù)的自動記錄與時事管理。因此，工業(yè)加熱爐的溫度自動控制系統(tǒng)取代人工完成成為了一種刻不容緩的需要，工業(yè)加熱爐的溫度自動控制系統(tǒng)也是在這種需求的驅(qū)動下被開發(fā)和實現(xiàn)的，并且達到了溫度控制、聲音報警的要求。由于工業(yè)加熱爐的溫度控制系統(tǒng)和報警自動監(jiān)控器系統(tǒng)均采用電能作能源，因而可以通過對輸入功率的

2、控制，達到對溫度、聲音報警的控制。利用簡單的單片機芯片組實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)并滿足系統(tǒng)的需要，又在經(jīng)濟上節(jié)約了支出，防止了系統(tǒng)小功能浪費的現(xiàn)象。經(jīng)過深入調(diào)查和認真分析本系統(tǒng)是一個二級計算機測控系統(tǒng)?，F(xiàn)場計算機承當(dāng)各個加熱爐的溫度實時檢測與控制以與報警監(jiān)視和報警的任務(wù)?？刂浦行奈挥谥醒肟刂剖遥撠?zé)對現(xiàn)場計算機的工作進展管理，完成實時數(shù)據(jù)收集、顯示系統(tǒng)、打印報表以與對現(xiàn)場計算機的工作狀態(tài)和溫度給定值的設(shè)置等工作。位于車間的工作人員值班室的值班機上，平時作為電子表運行。當(dāng)報警發(fā)生時，值班機能以聲、顯示數(shù)據(jù)等報警形勢指示出報警的加熱爐。且當(dāng)控制總臺關(guān)機時，值班機能自動上升為主機代替上位機接收通

3、訊系統(tǒng)向控制器發(fā)出報警查詢控制字。由于單片機的使用，現(xiàn)場計算機的任務(wù)也由單片機控制系統(tǒng)的人機接口局部來完成，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換通道局部實現(xiàn)對系統(tǒng)的準(zhǔn)確控制，最后采用8051單片機為主處理芯片實現(xiàn)對系統(tǒng)進展控制處理。1工業(yè)加熱爐溫度控制系統(tǒng)1.1溫度控制系統(tǒng)簡介1.1.1選題的背景溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反響過程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動化的重要任務(wù)。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式、燃料、控制方案也有所不同。例如冶金、機械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反響爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等；控制方案有

4、直接數(shù)字控制DDC、推斷控制、預(yù)測控制、模糊控制、專家控制、魯棒控制、推理控制等。溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。隨著電子技術(shù)和微型計算機的迅速開展，微機測量和控制技術(shù)得到了迅速的開展和廣泛的應(yīng)用。單片機具有處理能強、運行速度快、功耗低等優(yōu)點，并且控制簡單方便、測量圍廣、精度較高。工業(yè)加熱爐的特點有：爐熱慣性大溫度變化緩慢滯后情況嚴(yán)重時變性所以當(dāng)其溫度一旦超調(diào)就無法用控制手段使其降溫，因而很難用數(shù)學(xué)方法建立準(zhǔn)確的模型和確定參數(shù)，應(yīng)用傳統(tǒng)的控制理論和方法難以達到理想的控制效果，所以這就迫切要求我們的工業(yè)加熱爐的溫度控制技

5、術(shù)得到提高。1.1.2 選題的意義隨著集成電路技術(shù)的開展，單片微型計算機的功能也不斷增強，許多高性能的新型機種不斷涌現(xiàn)出來。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，稱為自動化和各個測控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機更是起到了不可替代的核心作用。同樣我們在這次設(shè)計中也利用了計算機軟件的作用。在第二章將詳細介紹硬件的選擇和特性，在第三章里將介紹控制器的設(shè)計的原理，在第四章里介紹工業(yè)加熱爐的軟件設(shè)計過程，并用匯編語言將其編制。1.2溫度控制系統(tǒng)的功能介紹1.2.1 系統(tǒng)模塊在工業(yè)生產(chǎn)中, 對

6、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化、超調(diào)小或者無超調(diào)、穩(wěn)定性好、 不振蕩, 但對系統(tǒng)的快速性要求不高。所以在本次設(shè)計中將有以下主要模塊：溫度檢測模塊溫度信號變換模塊溫度顯示模塊溫度控制模塊報警裝置在通常情況下，CPU進展運算、控制、RAM數(shù)據(jù)存儲、ROM程序存儲、輸入/輸出設(shè)備例如：串行口、并行輸出口等，可以組成一臺能夠工作的計算機。有些單片機中除了上述部份外，還集成了其它部份如A/D、D/A等。例如在本設(shè)計系統(tǒng)中，采用了許多附加控制驅(qū)動電路芯片來達到上述模塊功能。1.2.2溫度控制系統(tǒng)原理分析在工業(yè)生產(chǎn)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化、

7、超調(diào)小或者無超調(diào)、 穩(wěn)定性好、不振蕩，至于系統(tǒng)的快速性要求那么不高。以下淺析溫度控制系統(tǒng)設(shè)計過程與其實現(xiàn)方法。熱電偶將爐溫變換為模擬電壓信號, 經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號后送放大器, 信號放大為05 V 后送模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送往單片機。同時, 熱電偶的冷端溫度也由溫度傳感器變?yōu)殡妷盒盘? 經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換后送給單片機。標(biāo)度變換程度根據(jù)溫度檢測值求得實際爐溫。數(shù)字調(diào)節(jié)器程序根據(jù)恒溫給定值的偏差, 按預(yù)定的PID 控制算法得到輸出控制量。數(shù)字觸發(fā)器程序根據(jù)控制電阻爐子的導(dǎo)通時間, 從而調(diào)節(jié)爐溫的變化使之與給定恒溫值一致。顯示與恒溫判斷程序完成爐溫與恒溫時間顯示、恒溫開始與恒溫完成判別、恒溫完成時

8、給出聲光指示信號。斷偶判斷程序根據(jù)溫度檢測值判斷溫度傳感是否開路；假設(shè)開路, 那么給出斷偶報警信號。本次設(shè)計的工業(yè)爐溫控制系統(tǒng)是采用單片機8051為核心的自動控制系統(tǒng)，其控制原理如下列圖：圖1-1 溫度控制系統(tǒng)控制原理圖Fig 1 - 1 temperature control system control scheme1.3溫度控制系統(tǒng)設(shè)計要求在工業(yè)生產(chǎn)過程中，穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的的先決條件。一個穩(wěn)定性好的控制系統(tǒng)，其被控量偏離期望值的初始偏差應(yīng)隨時間的增長逐漸減小并趨于零。為了很好的完成控制任務(wù)，控制系統(tǒng)僅僅滿足穩(wěn)定性要不夠的，還必須對其過渡過程的形式和快慢提出要求。因此，對控制

9、系統(tǒng)過渡過程的時間即快速性一般都有具體要求。在理想情況下，當(dāng)過渡過程完畢后，被控量達到的穩(wěn)定值即平衡狀態(tài)應(yīng)與期望值一致。但實際上，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，外作用形式以與摩擦、間隙等非線性因素的影響，被控量的穩(wěn)態(tài)值與期望值之間會有誤差存在，稱為穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)精度的重要標(biāo)志，在技術(shù)指標(biāo)中一般都有具體要求。所以穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性，即穩(wěn)、準(zhǔn)、快是工業(yè)加熱爐溫度控制系統(tǒng)必須滿足的要求。結(jié)合工業(yè)加熱爐的具體工藝要求即加熱爐爐溫度從室溫開始自由升溫，當(dāng)溫度一旦到達正常工作的溫度最低限值時，就進入系統(tǒng)調(diào)節(jié)；當(dāng)溫度到達正常工作的溫度時就進入保溫段。要始終保證在系統(tǒng)控制之下，保證所需爐溫度的精度。加工

10、完畢，要進展降溫控制。保溫階段的時間由工藝要求來決定。在保溫時間里，當(dāng)溫度高于正常工作的溫度的最高限值或低于正常工作的溫度最低限值時要與時報警，在升溫和降溫階段也要進展控制，使?fàn)t的溫度按照預(yù)定的曲線斜率升降、保證系統(tǒng)有充足的時間過渡、確保設(shè)備和工作人員的安全。綜上所述，此次設(shè)計的系統(tǒng)所要完成的功能如下：1本系統(tǒng)所檢測的溫度圍為3001000攝氏度，當(dāng)溫度超過上限和低于下限時，發(fā)出報警，其連續(xù)鳴音30MS，并通過P1.4送出低電平，經(jīng)光電耦合后通過晶閘管驅(qū)動自動噴灑水的設(shè)備并監(jiān)測濕度值。為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，定時啟動ADC0809進展A/D轉(zhuǎn)換，以檢測溫度值。 為了溫度控制的實現(xiàn)，即根據(jù)溫度給定

11、值和采樣值的大小決定驅(qū)動加熱爐的加熱過程的控制，即實現(xiàn)對溫度控制。2系統(tǒng)利用MCS-51系列單片機的片定時器T0，對溫度進展10S定時，以滿足對溫度采樣周期的要求。在每次檢測溫度之后，進展一次溫度顯示更新，即將新的溫度值經(jīng)過標(biāo)度變換后由鍵盤、顯示器接口芯片8279輸出給LED顯示器。2 工業(yè)加熱爐溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)采用上下位控制，下位機采用工業(yè)控制計算機，即現(xiàn)場控制計算機，它主要用于過程測量、控制、數(shù)據(jù)采集等工作，同時它具有可靠性高、實時性好、環(huán)境適應(yīng)性強等諸多優(yōu)點；上位采用可編程控制器，它是一種以微處理器為核心，帶有指令儲存器和輸入、輸出接口，將自動化技術(shù)和計算機技術(shù)融為一體的新型工

12、業(yè)控制裝置，即總臺控制中心。溫度控制系統(tǒng)是利用下位機設(shè)置溫度上下限、實時溫度的采集再傳輸?shù)缴衔粰C。以達到對溫度的比擬、控制。本設(shè)計采用MCS51單片機為主要硬件，并設(shè)計了相應(yīng)的復(fù)位電路，振蕩器和時鐘電路。為實現(xiàn)設(shè)計目的此設(shè)計還設(shè)計了包括溫度采集、溫度顯示、系統(tǒng)控制、串口通信等外圍電路。而且對所設(shè)計電路給出了相應(yīng)的軟件設(shè)計，包括定時器初始化、串行口初始化和數(shù)據(jù)傳輸?shù)瘸绦?。以簡單說明了溫度控制系統(tǒng)的工作原理。2.1硬件功能根據(jù)本次設(shè)計的工業(yè)加熱爐溫度控制系統(tǒng)的工藝要求，將系統(tǒng)的硬件分為一下幾個局部：1溫度檢測電路，包括熱電偶傳感器、放大器等局部。熱電偶傳感器具有價廉、精度高、構(gòu)造簡單、測量圍寬(通

13、常從- 50 + 1600 )與反響快速的優(yōu)點。熱電偶傳感器輸出的電壓信號較為微弱(只有幾毫伏到幾十毫伏) , 因此在進展A/ D 轉(zhuǎn)換之前必須進展信號調(diào)理, 由高放大倍數(shù)的電路將它放大到A/ D 轉(zhuǎn)換器通常所要求的伏特級電平。2溫度采集電路，對溫度檢測電路傳送過來的溫度進展時事采集，并傳送給中央處理器。3溫度控制驅(qū)動電路，主要用于改變爐的溫度，使其達到控制的目的。從而符合工藝的要求。4溫度初始化電路，對系統(tǒng)進展初始化操作。主要包括控制鍵盤。5溫度顯示電路，對溫度值進展顯示。6報警電路，當(dāng)爐的溫度低于最低限度溫度或高于最高限度溫度時進展報警。從而更好的控制爐溫度。2.2系統(tǒng)硬件方框圖根據(jù)工業(yè)加

14、熱爐工作工藝的要求本次設(shè)計采用常用的MCS-51系列單片機中的8051作為CPU，數(shù)據(jù)存儲器為6264，其容量為8K8位。所采用的AD轉(zhuǎn)換器選用ADC0809，溫度、濕度顯示采用LED顯示。為了不連續(xù)監(jiān)視程序循環(huán)動作時間，假設(shè)發(fā)現(xiàn)時間超過設(shè)定時間，那么系統(tǒng)陷入了“死循環(huán)，所以采用了“看門狗技術(shù)。加熱爐的溫度控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示：圖2-1加熱爐的溫度控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)Fig 2-1 heating furnace temperature control system hardware architecture2.3加熱爐溫度控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計隨著電子計算機技術(shù)特別是微機技術(shù)的迅猛開展

15、和現(xiàn)代控制系統(tǒng)理論的進步，以單片機為主芯片的廣泛應(yīng)用。工業(yè)加熱爐溫度控制系統(tǒng)的控制精度有了很大的提高，在軟件的配合下，能自動準(zhǔn)確的對加熱爐的溫度進展監(jiān)測與控制。這里簡要的對各個芯片與其功能進展分析。2.3.1加熱爐的溫度控制系統(tǒng)的CPU與擴展電路設(shè)計CPU性能分析MCS-51系列單片機是Intel高檔8位機，是在MCS-48系列根底上開展而成的，也是我國目前應(yīng)用最廣泛的一種單片機。它包括8031、8051和8751這幾種芯片。它們之間的區(qū)別僅在于片存儲器，8031片無程序存器，8051片4KB的ROM，8751片有4KB的EPROM；其它結(jié)構(gòu)性能一樣。8051置1個8位微處理器CPU、128字

16、節(jié)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、32個雙向輸入/輸出(I/O)口、2個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷源、2個優(yōu)先級的中斷嵌套結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信端口，特殊功能存放器以與一個鐘振蕩器和時鐘電路。此外，8051還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU，而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片其它功能。 8051的引腳圖如下：圖2-2 8051的引腳圖Fig 2-2 8051 pins charts1輸入輸出引腳P0、P1、P2、P3共32根P0口3932腳有三個功能：a外部擴展存儲器時，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線如圖1中

17、的D0D7為數(shù)據(jù)總線接口 b外部擴展存儲器時，當(dāng)作地址總線如圖1中的A0A7為地址總線接口 c不擴展時，可做一般的I/O使用，但部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。 P1口18腳是8位準(zhǔn)雙靜態(tài)I/O端口。 P2口2128腳有兩個功能：a擴展外部存儲器時，當(dāng)作擴展電路高8位地址總線使用 ，送出高8位地址；b是8位準(zhǔn)雙向I/O端口，其部有上拉電阻； P3口1017腳有兩個功能：除了作為I/O使用外其部有上拉電阻，還有一些特殊功能，由特殊存放器來設(shè)置.P3口的第二功能見下表2-1.2)電源引腳和a40腳：電源端，接+5V。b(20腳)：接+5V電源地。表2-1 P3口的第二功能Tab

18、2-1 P3 mouth of the second function位線引腳第二功能P3.010 RXD(串行輸入口)P3.1 11 TXD串行輸出口P3.2 12 外部中斷0P3.3 13 外部中斷1P3.4 14 T0定時器0的計數(shù)輸入P3.5 15 TI定時器1的計數(shù)輸入P3.6 16 外部數(shù)據(jù)存貯器寫脈沖P3.7 17 外部數(shù)據(jù)存貯器讀脈沖3) 外接晶振引腳XTAL1和XTAL2aXTAL119腳：片反向放大器輸入端，接外部晶振的一個引腳。當(dāng)單片機采用外部時鐘信號時，此引腳應(yīng)接地。bXTAL218腳：片外反相放大器輸出端，接外部晶振的另一個引腳。但單片機采用外部時鐘信號時，外部信號引

19、腳接入。在本系統(tǒng)使用的是部時鐘，MCS-51單片機部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接一個片外石英晶體或瓷諧振器就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器。這種方式稱為部時鐘方式。外接石英晶體時，電容 C1和C2的值常選擇為30PF左右瓷諧振器時，C1和C2的值為47PF，接入電容 C1和C2有利于振蕩器起振，對頻率有微調(diào)作用，振蕩步態(tài)經(jīng)由石英晶體的諧 振頻率確定。一般振蕩頻率蕩圍是1.212MHZ，為了減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，石英晶體或瓷諧振器和電容可能安裝得與單片機芯片靠近。時鐘電路是一個二分頻觸發(fā)電路，

20、它將振蕩器的信號頻率進展二分頻，向芯片提供一個二節(jié)拍信號，在每個時鐘周期的前半周期，節(jié)拍1使信號P1有效，在每個時鐘周期的后半周期，節(jié)拍2使信號P2有效。4) 控制或其他電源復(fù)用引腳 aRST/VPD9腳：復(fù)位信號輸入端。掉電后，此引腳可接備用電源，以保持部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)輸入的信號連續(xù)2個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復(fù)位初始化操作，當(dāng)復(fù)位后程序計數(shù)器PC=0000H，即復(fù)位后將從程序存儲器的0000H單元讀取第一條指令碼。bALE/30腳：地址鎖存允許端。當(dāng)單片機訪問外部存儲器時，該引腳輸出信號用于鎖存P0端口送出的低8位地址。其輸出信號頻率為時鐘振蕩頻率的1/6即6

21、分頻。c29腳：外部程序存儲器的讀選通信號輸出端，或稱為片外取指信號輸出端。在從外部程序存儲器取指令期間，在每個機器周期兩次有效，其頻率為振蕩頻率的1/6；但假設(shè)此期間有訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，那么兩次有效的信號將不出現(xiàn)。在讀外部ROM時低電平有效，以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。 d/31腳：當(dāng)其保持低電平時，單片機只訪問外部程序存儲器，而不管片是否有程序存儲器。8051部的CPU是一個字長為8位的中央處理單元，也就是說它對數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進展的。和微型計算機CPU類似，8051部的CPU也是由運算器ALU、控制器定時控制部件等和專用存放器組3個局部電路組成的。運算器8051的算術(shù)邏輯部件

22、ALU是一個性能極強的運算器，它既可以進展加、減、乘、除四那么運算，也可以進展與、或、非、異或等邏輯運算，有數(shù)據(jù)傳送、移位、判斷和程序轉(zhuǎn)移等功能，同時還有獨特的位處理功能，如置位、清0、取反、轉(zhuǎn)移、檢測等。8051ALU為用戶提供了豐富的指令系統(tǒng)和極快的指令執(zhí)行速度，如振蕩器頻率為12MHz的情況下，大局部指令的執(zhí)行時間為1us，乘法指令可達4us.8051的ALU由一個加法器、兩個8位暫存器TMP1和TMP2和一個性能卓著的布爾處理器組成。雖然TMP1和TMP2對用戶并不開放，但也可用來為加法器和布爾處理器暫存兩個8位二進制操作數(shù)。歸納其特點有如下：在B存放器的配合下，能完成乘法與除法操作；

23、可進展多種容交換操作；比擬判斷操作；有教強的位操作功能。定時控制器定時控制部件起著控制器作用，由定時控制邏輯、指令存放器IR、指令譯碼器ID和振蕩器OSC等電路組成。專用存放器組專用存放器組主要用來指示當(dāng)前要執(zhí)行指令的存地址、存放操作數(shù)和指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)等。它是任何一臺計算機的CPU不可缺少的組成部件，其存放器的數(shù)目因機器的型號不同而異。專用存放器組主要包括計數(shù)器PC、累加器A、程序狀態(tài)存放器PSW、堆棧指示器SP、數(shù)據(jù)指針DPTR和通用存放器B等。振蕩器MCS-51單片機片設(shè)有一個高增益的反向放大器，通過XTAL1和XTAL2外接作為反響元件的晶體振蕩器后便成為自激振蕩器。XTAL1和X

24、TAL2分別為振蕩電路輸入端和輸出端，時鐘可以由部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。采用部方式時，在XTAL1和XTAL2引腳上接石英晶體和微調(diào)電容可以構(gòu)成振蕩器，如圖2-3a所示。圖中C1、C2起穩(wěn)定振蕩器、快速起振的作用，其容值一般在5pF30pF。如外接瓷諧振器，C1、C2的典型值為47pF。部振蕩器方式所得的時鐘信號比擬穩(wěn)定，適用電路中使用較多。震蕩頻率的選擇圍為1MHz12MHz。外部振蕩方式就是把外部已有的時鐘信號引入單片機。這種方式適用于使單片機的時鐘與外部信號保持同步。圖2-3b是外部振蕩方式電路接法。圖2-3a單片機時鐘部振蕩電路Fig 2-3 (a) SCM internal clo

25、ck oscillator circuitMCS-51單片機的存儲器有有片和片外之分。片存儲器集成在芯片部；片外存儲器又稱外部存儲器，是專門的存儲器芯片，需要通過打印制電路板上的三總線和MCS-51連接。片外和片存儲器中，又有ROM和RAM之分。因此MCS-51單片機的存儲器在物理結(jié)構(gòu)上有4個存儲空間：片數(shù)據(jù)存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器、片程序存儲器、片外程序存儲器。對8051來說，片有256B的數(shù)據(jù)存儲器與4KB的程序存儲器。圖2-3b單片機時鐘外部振蕩電路Fig 2-3 (b) MCU clock external shocks circuit1)程序存儲器程序存儲器用于存放編寫好的程序或常數(shù)。

26、EA引腳接高電平，即可從部程序存儲器中4KB讀取指令，超過4KB后，CPU自動轉(zhuǎn)向外部ROM執(zhí)行程序；EA引腳接低電平，那么所有的讀取指令操作均在外部ROM中。讀取程序存儲器中的常數(shù)表格用MOVC指令。程序存儲器的尋址空間為64KB，其中有7個單元具有特殊功能中斷入口地址，見下表2-2。表2-2 程序存儲器特殊功能地址列表Tab.2-2 formalitystoragefunctionaddresslist地址事件名稱0000H系統(tǒng)復(fù)位0003H外部中斷0000BH定時器0溢出中斷0013H外部中斷1001BH定時器1溢出中斷0023H串行口中斷00H，因此系統(tǒng)必須從0000H單元開始取指令執(zhí)

27、行程序。一般在該單元中存入一條跳轉(zhuǎn)指令，而用戶設(shè)計的程序從跳轉(zhuǎn)后的地址開始存放。2)數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器分為外部數(shù)據(jù)存儲器和部數(shù)據(jù)存儲器。訪問部數(shù)據(jù)存儲器用MOV指令，訪問外部數(shù)據(jù)存儲器用MOVX指令。8051的部數(shù)據(jù)存儲器分成2塊：00H7FH和80HFFH。后128B用作特殊功能存放器SFR空間，21個特殊功能存放器離散分布在80HFFH的地址空間。3 位存儲器20H2FH的16個單元為位尋址區(qū)，每個單元8位，共128位，其位尋址圍為00H7FH。位尋址區(qū)的每一位都可當(dāng)做軟件觸發(fā)器，由程序直接進展位處理。程序常把各種程序狀態(tài)標(biāo)志、位控變量設(shè)在位尋址區(qū)。同樣，位尋址區(qū)的RAM單元也可作為一般

28、的數(shù)據(jù)存儲器按字節(jié)單元使用。4 特殊功能存放器FSR部RAM的高128個字節(jié)80HFFH為特殊功能存放器FSR區(qū)，其中51子系列有21個，除這21個特殊功能存放器地址之外的其他單元是空閑沒用的，不能被訪問，在使用時應(yīng)加以注意。5 外部RAM外部數(shù)據(jù)存儲器又稱外部RAM，當(dāng)片RAM不能滿足數(shù)量上的要求時，可通過總線端口和其他的I/O口擴展外部數(shù)據(jù)RAM，其最大容量可達64KB，其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。外部數(shù)據(jù)存儲器和部數(shù)據(jù)存儲器的功能根本一樣，但前者不能用于堆棧操作。必須注意，由于數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器地址重疊，且數(shù)據(jù)存儲器的片外的低字節(jié)地址重疊。所以，對片、片外數(shù)據(jù)存儲器的操作使用了不同的指令。

29、對片RAM讀寫數(shù)據(jù)時，無讀寫信號產(chǎn)生；對片外RAM讀寫數(shù)據(jù)時，無讀寫信號和產(chǎn)生。同樣，對程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的操作也是靠不同的控制信號、或來區(qū)別的。另外，在片外數(shù)據(jù)存儲器中，數(shù)據(jù)區(qū)和擴展的I/O口是統(tǒng)一編址的，使用的指令也是完全一樣。因此，用戶在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計時，必須合理地進展外部RAM和I/O端口的地址分配，并保證其統(tǒng)一性。8051單片機的系統(tǒng)擴展單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)常常不能滿足要求。因此，系統(tǒng)擴展是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中不可缺少的。圖2-4存儲器的空間結(jié)構(gòu)圖Fig 2-4 Memory spatial structure drawing系統(tǒng)擴展是指單片機部各功能部件不能滿足系統(tǒng)要求時，在片外連接相

30、應(yīng)的外圍芯片以滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求。80C51系列單片機的系統(tǒng)擴展主要由程序存儲器的擴展、數(shù)據(jù)存儲器的擴展、I/O口的擴展、終端系統(tǒng)擴展與其他特殊功能接口的擴展等。1)鎖存器74LS373由于MCS-51的P0口是分時復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)線，因此必須利用地址鎖存器將地址信號從地址/數(shù)據(jù)線中別離出來，得到低8位地址A0A7。這種鎖存器也可作為數(shù)據(jù)鎖存器，鎖存CPU輸出的數(shù)據(jù)。常用的地址鎖存器，有帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器74LS373，它的引腳如圖2-5所示。圖中，是鎖存器三態(tài)門輸出使能端。=0時，鎖存器輸出；=1時，輸出呈高阻態(tài)。G是選通脈沖輸入端，選通脈沖有效時，數(shù)據(jù)輸入D0D7被鎖存。圖2-5 7

31、4LS373引腳圖Fig.2-5 The pins chartof 74LS3732)程序存儲器擴展由于EPROM、EEPROM集成技術(shù)的提高，可以使80C51系列單片機的片程序存儲器容量越來越大，而且?guī)绦虼鎯ζ鞯膯纹瑱C的價格也大大降低。因此,存儲器的擴展已不是必需的了。3)數(shù)據(jù)存儲器擴展常用的數(shù)據(jù)存儲器SRAM芯片有611662646256等。在8051的擴展系統(tǒng)中，片外數(shù)據(jù)存儲器一般有隨機存取存儲器組成，最大可擴展64KB。一般用靜態(tài)RAM，采用8鎖存器74LS373。圖2-6為6264引腳圖，如下所示：圖2-6 6264引腳圖Fig.2-6 The pins chartof 6264

32、圖2-7所示是用一片6264擴展8K8位片外數(shù)據(jù)存儲器的電路。擴展如圖2-7其中芯片的地址圍是0000H1FFFH。圖2-7 8K片外數(shù)據(jù)存儲器擴展電路Fig.2-78K the enlargecircuitry of pieceoutside data storage48051與8255A芯片連接方式如下：8255A是并行接口芯片，它可為CPU與外設(shè)之間提供并行輸入輸出的通道，可以通過軟件來設(shè)置該芯片的工作方式。8255A的根本特性1 8255A是一個具有3個A口、B口和C口8位并行的I/O端口的接口芯片。并且PC口還具有按位置位/復(fù)位功能。2 8255A能適應(yīng)CPU與I/O接口之間的多種數(shù)

33、據(jù)傳送方式的要求。如無條件傳送，應(yīng)答方式傳送和中斷方式傳送。3 8255A的PC口使用比擬特殊，除可作數(shù)據(jù)口外，當(dāng)工作方式1和工作方式2時，它的大局部引腳被分配作為專用聯(lián)絡(luò)信號；PC口還可以進展按位控制；在CPU讀取8255A狀態(tài)時，PC口又作為方式1、2的狀態(tài)口用等。4 8255部主要由控制存放器、狀態(tài)存放器和數(shù)據(jù)存放器組成。使用8255A時，主要是對這3類存放器進展編程。8255A的外部接線8255A有40個引腳的雙列直插芯片，單5V電源，其外部引腳如圖2-8所示。PA7PA0：A端口數(shù)據(jù)信號引腳。PB7PB0：B端口數(shù)據(jù)信號引腳。PC7PC0：C端口數(shù)據(jù)信號引腳。：芯片選擇。低電平動作。

34、當(dāng)=0時，8255被選擇；=1時，8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸。：讀取使能，低點平動作。=0，且=0時，CPU從8255讀取數(shù)。：寫入使能，低點平動作。=0，且=0時，CPU將數(shù)據(jù)寫入8255。表2-3 8255A輸入輸出接口的選擇方式Tab.23 8255A inputs outputs connection choice wayA1 A0被選中的端口名0 0PA口0 1PB口1 0PC口1 1控制端口A0、A1：地址選擇線，用來選擇8255的PA口、PB口、PC口和控制存放器。RESET：復(fù)位信號，高電平有效。RESET有效時，去除8255A中所有控制字存放器容，并將各端口置成輸入方式。

35、圖28 8255芯片圖 Fig 2-8 8255 chips charts8255A部結(jié)構(gòu)8255A的部結(jié)構(gòu)如圖2-9所示。它由以下四個局部組成。圖2-9 8255A部結(jié)構(gòu)圖Fig 2-9 8255A internal structure of the1 并行輸入輸出端口A、B、C8255A包括3個8位輸入輸出，每個端口都有1個數(shù)據(jù)輸入存放器和1個數(shù)據(jù)輸出存放器，輸入時端口有三態(tài)緩沖器的功能，輸出時端口有數(shù)據(jù)縮存器的功能。2 A組和B組控制部件端口A與端口C的高4位PC7PC4構(gòu)成A組，由A組控制部件實現(xiàn)控制功能，端口B與端口C的低4位PC3PC0構(gòu)成B組，由B組控制部件實現(xiàn)控制功能。它們各有

36、1個控制單元，可接收來自讀/寫控制部件的命令和CPU通過數(shù)據(jù)總線D7D0送來的控制字，并根據(jù)它們來定義各個端口的操作方式。3 數(shù)據(jù)總線緩沖存儲器這是一個三態(tài)雙向8位數(shù)據(jù)緩沖存儲器，用于傳送單片機和8255A間的控制字、狀態(tài)字和端口數(shù)據(jù)。4 讀/寫控制部件這局部電路可以承受單片機送來的讀寫命令和選口地址，并根據(jù)它們向片各功能部件發(fā)出控制命令。2.3.2數(shù)據(jù)采集與控制電路設(shè)計本設(shè)計是要是通過計算機系統(tǒng)對工業(yè)加熱爐現(xiàn)場進展溫度控制，就要從現(xiàn)場獲得信息，這個信息是溫度值。但溫度是模擬量，計算機無法直接識別，因此就必須把溫度這個模擬量變成數(shù)字量之后再輸入到計算機中進展處理。該通道設(shè)計的好與壞，直接影響到

37、整個系統(tǒng)的性能指標(biāo)與其工作的穩(wěn)定性。模擬輸入通道包括兩大局部，其一是變送器，其二是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。實際上，模入通道的設(shè)計就是變送器的設(shè)計和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與溫度傳感器的選擇問題。1傳感器的選用與其原理圖2-8(a)是一種特殊結(jié)構(gòu)的電路直流單臂電橋，R1、R2、R3和R4叫電橋的臂，檢流計G接于AB之間稱為“橋。一般情況下R1、R3兩端的電壓不相等，即A、B兩點間的電勢不等，G中有電流通過。改變R1、R3的大小，可以使UACUCB，這時G中無電流通過。當(dāng)G中無電流時叫做“電橋平衡。圖2-8(a)所示的橋式電路，其輸出電壓可用與之差表示：=-= (2-1)為使測量前輸出=0，即使電橋平衡，應(yīng)滿足=條件。

38、在滿足式(2-1)的條件下，當(dāng)電橋各臂電阻變化遠小于本身值，橋的負載電阻無限大時2，輸出電壓可近似用下式表示： (2-2)如果將傳感器電阻接入一臂，見圖2-8b，并且測量前令=， ，那么： (2-3)在測量過程中，電阻、都不變化，即，因此 (2-4)(a)橋式測量電路 (b) 傳感器測量電路(a)Measure circuit like a bridge (b)Measure circuit of hot sensitive resistance sensor圖2-8測量電路Fig.2-8Measure circuit傳感器是將感受的物理量、化學(xué)量等信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量和傳輸?shù)男盘栄b

39、置。電信號易于傳輸和處理，所以大多數(shù)的傳感器是將物理量等信息是轉(zhuǎn)換成電信號輸出的。傳感器主要用于測量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。在自動測量過程或控制系統(tǒng)中，首先由傳感器承受被測量，而后把它轉(zhuǎn)換成電信號，供顯示儀表指示或用來控制執(zhí)行機構(gòu)。如果傳感器不能靈敏地承受被測量，或者不能把被測量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換成電信號，其他儀表和裝置的準(zhǔn)確度再高也無意義。計算機應(yīng)用于測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)時，也必須由傳感器提供準(zhǔn)確可靠的信息，如果傳感器的水平與計算機的水平不相適應(yīng)，計算機便不能充分發(fā)揮應(yīng)有的作用和效益。因此，傳感器是測量、控制系統(tǒng)中的一種關(guān)鍵裝置。傳感器的種類很多，分類的方法也不同，常用的分類法有兩

40、種。一種是按照傳感器的用途區(qū)分，如位移傳感器、力傳感器、荷重傳感器、速度傳感器、振動傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和密度傳感器等。另一種分類法是按傳感器的工作原理區(qū)分如電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、電渦流式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、磁彈性式傳感器、振頻式傳感器和電化學(xué)式傳感器等。本設(shè)計系統(tǒng)的模擬量輸入信號為工業(yè)加熱爐的溫度信號，而其工藝過程的溫度在800左右，因此，根據(jù)上面介紹的電橋平衡原理，本系統(tǒng)的設(shè)計選用集成溫度傳感器AD590，其測溫圍為+3001000。要求工作電源為直流+4V-+30V，它能把溫度信號變?yōu)榕c絕對溫度成比例的電信號，比例因

41、子為1UFK。其穩(wěn)定性高、線性度好、測溫誤差有正負1、0.5和0.3幾種等級。根據(jù)本設(shè)計GO工藝特點，放大器采用穩(wěn)高精運算放大OP07。AD590本身產(chǎn)生的是電流信號，通過運算放大器OP07對電流作加法運算，在運放輸出端得到適宜的電壓信號，作為AD轉(zhuǎn)換器的輸入，電阻R1、R2、和電位器RP1、RP2的選擇原那么是使運放輸出電壓被測有一個適宜的對應(yīng)關(guān)系。本例還使用了光傳感器和煙霧傳感器，用來對火盜警的檢測。放大器采用OPA404，OPA404是高性能介質(zhì)隔離場效應(yīng)輸入運算單片機運算放大器。帶寬為6.4MHZ，高轉(zhuǎn)換速率為35V，低失調(diào)電壓最大為正負750UV，低偏置電流最在為正負4PA。輸出通道

42、設(shè)計包括開關(guān)量和模擬量輸出通道的設(shè)計。開關(guān)量要考慮功率和控制方式(繼電器、可控硅、三極管等)。模擬量輸出要考慮D/A轉(zhuǎn)換器的選擇(轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度、結(jié)構(gòu)、功耗等),輸出信號的形式(電流還是電壓)、隔離方式、擴展接口等輸出通道是單片機控制系統(tǒng)與執(zhí)行機構(gòu)或控制設(shè)備連接的紐帶和橋梁。設(shè)計時要根據(jù)被控對象的通道數(shù)據(jù)與執(zhí)行機構(gòu)的類型進展選擇。對于那些可直接承受數(shù)字量的執(zhí)行機構(gòu)，可由單片機直接輸出數(shù)字量。對于那些需要接收模擬量的執(zhí)行機構(gòu)，那么需要用D/A轉(zhuǎn)化，即把數(shù)字量變成模擬量后，再帶動執(zhí)行機構(gòu)。在微型計算機應(yīng)用中，輸入裝置通過I/O接口電路把程序、數(shù)據(jù)或現(xiàn)場采集到的各種信息輸入計算機，計算機的處理結(jié)

43、果和控制信息要通過I/O接口電路傳送到輸出裝置，以便顯示、打印，最后實現(xiàn)各種控制。本例的輸出通道為3條，是經(jīng)過光電耦合后再通過晶閘管驅(qū)動噴灑水設(shè)備；最后達到控制溫度的作用。信號變送電路是系統(tǒng)溫度檢測電路和CPU之間的通信通道，其功能完成數(shù)據(jù)的傳送和轉(zhuǎn)換的作用，是溫度控制系統(tǒng)不可缺少的組成局部，通常的設(shè)計都選用ADC0809和DAC0830轉(zhuǎn)換芯片，ADC0809芯片將來自溫度檢測電路的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，將數(shù)字信號再送往CPU中，進展數(shù)據(jù)處理；DAC0832芯片是將來自CPU的數(shù)字信號命令轉(zhuǎn)換成模擬信號來控制設(shè)備。信號變送電路的傳輸速度和精度是設(shè)計此局部的重要指標(biāo)，對系統(tǒng)的功能設(shè)計有著重大

44、的影響。在數(shù)字電子技術(shù)的很多應(yīng)用場合往往需要把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，稱為模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換器A / D轉(zhuǎn)換器，簡稱ADC；或把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，稱為數(shù) / 模轉(zhuǎn)換器D / A轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC。完成以上轉(zhuǎn)換的電路有多種，特別是單片大規(guī)模集成A / D、D / A轉(zhuǎn)換器問世，為實現(xiàn)上述的轉(zhuǎn)換提供了極大的方便。使用者可借助于手冊提供的器件性能指標(biāo)與典型應(yīng)用電路，即可正確使用這些器件。在單片機檢測系統(tǒng)中，許多被測量的信號往往是模擬量，它們經(jīng)過預(yù)處理(放大、VI轉(zhuǎn)換等)之后，在進入計算機之前必須經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量。AD轉(zhuǎn)換接口是模擬通道中的主要環(huán)節(jié)。AD轉(zhuǎn)換接口的主要容是合理選擇AD轉(zhuǎn)換器件，以實現(xiàn)與

45、單片機的正確連接以與轉(zhuǎn)換程序。此次設(shè)計將采用大規(guī)模集成電路ADC0809實現(xiàn)A / D轉(zhuǎn)換后,與單片機進展連接；再用DAC0832實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，驅(qū)動噴灑水設(shè)備達到溫度控制的目的。A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809與8051單片機的硬件接口有3種形式，分別是查詢方式、中斷方式和延時等待方式，本設(shè)計選用中斷接口方式。查詢方式：A/D轉(zhuǎn)換芯片由說明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確知轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進展數(shù)據(jù)傳送。中斷方式：把說明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號EOC作為中斷請求信號，以中斷方式進展數(shù)據(jù)傳送。定時傳送方式：ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128s，

46、相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序。延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進展數(shù)據(jù)傳送。ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、CMOS工藝。由存放器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，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。其部結(jié)構(gòu)如圖2-9：地址鎖存譯碼ALEADDCADDBADDA八路模擬信號選擇器IN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0樹形開關(guān)256RT型譯碼器逐次比擬存放器控制與時序8位ADCSTART 啟動時鐘 CLOCKE

47、OC三態(tài)輸出鎖存器2827262524232221MSBLSB輸出允許OEVREF(+)VREF()圖2-9 ADC0809的變換部結(jié)構(gòu)Fig 2-9 ADC0809 transformation internal structure外部特性 ADC0809芯片為28引腳雙列直插式封裝，其引腳排列見圖2-10.所示：圖2-10 ADC0809引腳圖Fig.2-10 Pins chart of ADC0809IN7IN0：模擬量輸入通道。ADC0809對輸入模擬量的要求主要有：信號單極性，電壓圍05 V，假設(shè)信號過小還需進展放大。另外，在A/D轉(zhuǎn)換過程中，模擬量輸入的值不應(yīng)變化太快；因此，對變化

48、速度快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路A、B、C：地址線。A為低位地址，C為高位地址，用于對模擬通道進展選擇。圖2-10 中為ADDA、ADDB和ADDC。ALE：地址鎖存允許信號。在對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START：轉(zhuǎn)換啟動信號。START上跳沿時，所有部存放器清0；START下跳沿時，開始進展A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。D7D0：數(shù)據(jù)輸出線。其為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。OE：輸出允許信號。其用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。CLK

49、：時鐘信號。ADC0809的部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500kHz的時鐘信號。EOC：轉(zhuǎn)換完畢狀態(tài)信號。EOC=0，正在進展轉(zhuǎn)換；EOC=1，轉(zhuǎn)換完畢。該狀態(tài)信號既可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可以作為中斷請求信號使用。Vcc：+5 V電源。Vref：參考電源。參考電壓用來與輸入的模擬信號進展比擬，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5 VVref (+) =+5 V，Vref(-) =0 V。由于ADC0809無片時鐘，時鐘信號可由單片機的ALE信號經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得。ALE引腳得脈沖頻率是8051時鐘頻率的1/6。該題目中單片機時鐘頻率采用6MHz

50、,那么ALE輸出的頻率是1MHz，二分頻后為500Hz,符合ADC0809對頻率的要求。由于ADC0809部設(shè)有地址鎖存器，所以通道地址由P0口的低3位直接與ADC0809的A、B、C相連。通道根本地址為0000H0007H?？刂菩盘枺簩2.7作為片選信號，在啟動A/D轉(zhuǎn)換時，由單片機的寫信號和P2.7控制ADC的地址鎖存和啟動轉(zhuǎn)換。由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時也啟動轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用單片機的讀信號和P2.7引腳經(jīng)或非門后，產(chǎn)生正脈沖作為OE信號，用一打開三態(tài)輸出鎖存器。其接口電路如圖2-11所示。圖2-11 ADC0809與MCS-51的連

51、接Fig.2-11the connect ADC0809 with MCS-51當(dāng)8051通過對0000H0007H根本地址中的某個口地址進展一次寫操作時，即可啟動相應(yīng)通道的AD轉(zhuǎn)換；當(dāng)轉(zhuǎn)換完畢后,ADC0809的EOC端向8051發(fā)出中斷申請信號；8051通過對0000H0007H中的某個口地址進展一次讀操作，即可得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。D/A轉(zhuǎn)換電路DAC0832是一個8位D/A轉(zhuǎn)換器。單電源供電，從+5V+15V均可正常工作?；鶞?zhǔn)電壓的圍為10V，電流建立時間為1S、CMOS工藝、低功耗20mW。DAC0832與8051單片機的接口電路如下：圖212 DAC 0832 與8051接口電路Fig21

52、2 DAC 0832 and 8051 connections electric circuits上圖為兩個輸入存放器同時受控的連接方法，和一起接8051的，和共同連接在P2.7，因此兩個存放器的地址一樣。DAC0832轉(zhuǎn)換器芯片為20引腳，雙列直插式封裝，其引腳排列如下圖。DAC0832部結(jié)構(gòu)框圖如下圖。圖213 DAC0832 部結(jié)構(gòu)框圖Fig 2 13 DAC0832 internal structure diagramDAC0832是一種典型的的8位、電流輸出型、通用DAC芯片。由其部結(jié)構(gòu)圖可知DAC0832可以方便地與微處理機接口。由三個與門電路組成存放器輸出控制邏輯電路，該邏輯電路

53、的功能是進展數(shù)據(jù)鎖存控制，當(dāng)=0時，輸入數(shù)據(jù)被鎖存；當(dāng)=1時，鎖存器的輸出跟隨輸入的數(shù)據(jù)。DAC0832形成以下3種工作方式：直通方式：和一直為高，數(shù)據(jù)可以直接進入D/A轉(zhuǎn)換器。單緩沖方式：或一直為高，只控制其中一級存放器。雙緩沖方式：不讓和一直為高，控制兩級存放器?？刂茝母咦兊?，將從D10D17進入的數(shù)據(jù)存入輸入存放器?？刂茝母咦兊?，將輸入存放器的數(shù)據(jù)存入DAC存放器，同時開始D/A轉(zhuǎn)換。雙緩沖工作方式能做到對某個數(shù)據(jù)進入D/A轉(zhuǎn)換的同時，輸入下一個數(shù)據(jù)，還適用于要求多個模擬量同時輸出的場合。在ILE為高電平下，通過和將數(shù)據(jù)寫入到8位輸入存放器；通過和將數(shù)據(jù)寫入到8位DAC存放器，同時進展D

54、/A轉(zhuǎn)換。DAC0832的模擬輸出、,此外，還有電源和地信號引腳。：模擬電流輸出1，它是邏輯電平為1的各位輸出電流之和。當(dāng)輸入數(shù)字為全“1時，其值最大，為255256；當(dāng)輸入數(shù)字為全為“0時，其值最小，為0。：模擬電流輸出2，它是邏輯電平為0的各位輸出電流之和。+=常量。：反響電阻引出端。反響電阻被集成在芯片，用作外接運算放大器的反響電阻，為D/A轉(zhuǎn)換器提供電壓輸出，該電阻與部R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)相匹配。Vref：基準(zhǔn)電壓，其電壓可正可負,圍-10V+10V。Vcc：電源電壓，為+5V+15V。DGND：數(shù)字地，芯片數(shù)字電路接地點。AGND：模擬地，芯片模擬電路接地點。由梯形電阻網(wǎng)絡(luò)組成的D/A轉(zhuǎn)

55、換電路，其轉(zhuǎn)換結(jié)果是與輸入數(shù)字量成正比的電流，這稱為電流輸出型DAC。許多DAC芯片屬于這種形式。在實際應(yīng)用中，為了增強驅(qū)動能力，還需經(jīng)運算放大器放大并變換為電壓輸出。對電流輸出型DAC外加運算放大器就可實現(xiàn)電壓輸出。有些DAC芯片中已經(jīng)集成了運算放大器，它們屬于電壓輸出型DAC。通常D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓圍有05V或010V、-5V5V或-10V+10V等幾種。本次設(shè)計采用DAC0832單極性電壓輸出，其連接示意圖如圖2-14。因為部反響電阻的阻值等于電阻網(wǎng)絡(luò)的R值，故電壓輸出為：(2-5)圖2-14 DAC0832單級性電壓輸出的連接示意圖Fig. 2-14 DAC0832 single v

56、oltage output of the connection diagram在此次設(shè)計中DAC0832為單緩沖工作方式，此方式是使用兩個存放器中一個處于直通狀態(tài)，另一個工作于受控鎖存狀態(tài)。一般是使DAC存放器直通狀態(tài)，即把和端接數(shù)字地。此時，數(shù)據(jù)只要寫入DAC芯片，就立刻進展轉(zhuǎn)換。此種工作方式簡單，并可減少一條輸出同步的場合。經(jīng)過以上分析信號變送硬件原理圖如下列圖2-15所示：圖2-15 信號變送硬件原理圖Fig.2-15 signal transmission hardware schematics模擬信號輸入到ADC0809,經(jīng)ADC0809將模擬信號變換成為數(shù)字信號，傳送給8051單片

57、機。經(jīng)單片機處理后傳送給8255，再經(jīng)過8255傳送給DAC0832；DAC0832將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成為模擬量，最后驅(qū)動噴灑水設(shè)備。2.3.3顯示電路顯示電路是為方便觀察加熱爐中溫度值變化的數(shù)字顯示電路，可以準(zhǔn)確、快速的反響加熱爐溫度變化，工作者就可以根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)來判斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)，再進展相應(yīng)的操作。顯示電路包括顯示驅(qū)動芯片8279、BIC8718、74LS138和LED顯示器等，承受來自CPU的數(shù)字信號。顯示電路硬件原理圖如圖2-16。在本系統(tǒng)中,顯示驅(qū)動電路接口是使用的三八譯碼器進展驅(qū)動顯示器，驅(qū)動器BIC8718；BIC8718屬于BIC87系列集成電路，是集成電路設(shè)計中心生產(chǎn)的微機專

58、用小功率驅(qū)動器，輸入/輸出為8位，具有良好的驅(qū)動性能，因此得到廣泛應(yīng)用。1譯碼器本次設(shè)計采用的三八譯碼器，它是將片尋址的地址線以外的高位地址線，全部輸入到譯碼器進展譯碼，利用譯器的輸出端作為各存儲器芯片的片選信號。3線-8線二進制譯碼器74LS138是一種具有特定邏輯功能的組合邏輯器件，74LS138的管腳與功能如下列圖2-17。圖216 顯示電路硬件原理圖Figure 2-16 show circuit hardware schematics圖21774LS138各引腳圖Fig. 2 - 17 74LS138 various pins charta三個使能端=0任何一個無效時，八個譯碼輸出都

59、是無效電平，即輸出全為高電平“1；b三個使能端=1均有效時，譯碼器八個輸出中僅與地址輸入對應(yīng)的一個輸出端為有效低電平“0，其余輸出無效電平“1；c使能條件下，每個輸出都是地址變量的最小項，考慮到輸出低電平有效，輸出函數(shù)可寫成最小項的反函數(shù)，即： (2-6)2 LED顯示器常用的LED顯示器有LED狀態(tài)顯示器俗稱發(fā)光二極管、LED七段顯示器俗稱數(shù)碼管和LED十六段顯示器。LED顯示器就是由發(fā)光二極管構(gòu)成的數(shù)碼顯示管，又稱數(shù)碼管。它分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖2-18所示。圖a中控制極為高點平時，相應(yīng)的字段亮，圖b中與之相反。a外型結(jié)構(gòu)；b共陰極；c共陽極(a)Geometry struc

60、ture and pins(b)Common cathode (c)Common anode圖2-18數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖Fig.2-18 nixie tube structure pictureLED顯示器的根本原理：發(fā)光二極管是一種將電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。共陰和共陽結(jié)構(gòu)的LED顯示器各筆劃段名和安排位置是一樣的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示各種字符。8個筆劃段hgfedcba對應(yīng)于一個字節(jié)8位的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二進制碼就可以表示欲顯示字符的字型代碼。在小型專用微機系統(tǒng)和單板機等場合，它是主要的顯示器件，在通用微機系統(tǒng)中，