單片(加熱爐溫度控制器)機(jī).doc

本科生課程設(shè)計(jì) 論文 遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 單片機(jī)原理及接口技術(shù)單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì) 論文 課程設(shè)計(jì) 論文 題目 題目 加熱爐溫度控制器設(shè)計(jì)加熱爐溫度控制器設(shè)計(jì) 院 系 院 系 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 專業(yè)班級 電氣電氣092092 學(xué)學(xué) 號 號 090303040090303040 學(xué)生姓名 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 指導(dǎo)教師 簽字 起止時(shí)間 起止時(shí)間 2012 06 24 2012 07 062012 06 24 2012 07 06 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 I 課程設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)及評語課程設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)及評語 院 系 電氣工程學(xué)院 教研室 電氣工程及其自動 化 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 II 注 成績 平時(shí)20 論文質(zhì)量60 答辯20 以百分制計(jì)算 學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級電氣092 課程設(shè)計(jì) 論文 題目 加熱爐溫度控制器設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì) 論文 任務(wù) 高溫加熱爐利用煤氣加熱 通過傳感器測量溫度 四相 5V 1A 步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)閥門來 調(diào)節(jié)進(jìn)氣量 溫度控制范圍 0 1800 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)任務(wù) 1 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包括 CPU 選擇 晶振電路 復(fù)位電路 2 溫度傳感器及接口電路設(shè)計(jì) 3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 4 程序流程圖設(shè)計(jì)及程序清單編寫 技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù) 1 溫度控制范圍 0 1800 2 工作電源 220V 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 1 分析系統(tǒng)功能 盡可能降低成本 選擇合適的單片機(jī) AD 轉(zhuǎn)換器 輸出電路等 2 應(yīng)用專業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖 3 按規(guī)定格式 撰寫 打印設(shè)計(jì)說明書一份 其中程序開發(fā)要有詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì)說明 詳細(xì)闡述系統(tǒng)的工作過程 字?jǐn)?shù)應(yīng)在 4000 字以上 進(jìn)度計(jì)劃 第 1 天 查閱收集資料 第 2 天 總體設(shè)計(jì)方案的確定 第 3 4 天 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 5 天溫度傳感器及接口電路設(shè)計(jì) 第 6 天步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 第 7 天 程序流程圖設(shè)計(jì) 第 8 天 軟件編寫與調(diào)試 第 9 天 設(shè)計(jì)說明書完成 第 10 天 答辯 指導(dǎo)教師評語及成績 平時(shí) 論文質(zhì)量 答辯 總成績 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 III 摘 要 本文主要從硬件和軟件兩方面介紹了如何運(yùn)用 89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)加熱爐的溫 度控制系統(tǒng) 說明了怎么實(shí)現(xiàn)對加熱爐溫度的控制 并對硬件原理圖和程序流程 圖作了簡潔的描述 還介紹了在加熱爐溫度控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)中的一些主要 技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié) 該系統(tǒng)主要以 89C51 單片機(jī)為核心 由 LED 顯示電路 鍵盤輸 入電路 模擬檢測電路 模 數(shù)轉(zhuǎn)換電路 步進(jìn)電動機(jī)控制電路等構(gòu)成 用 89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)的溫度檢測電路是本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 是整個(gè)單片機(jī) 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的一部分 該系統(tǒng)利用溫度傳感器對溫度進(jìn)行了實(shí) 時(shí)采集與檢測 從而對加熱爐的溫度進(jìn)行更精確的控制 本設(shè)計(jì)介紹的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)主要內(nèi)容包有系統(tǒng)方案 元器件選擇 系 統(tǒng)理論分析 硬件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)調(diào)試等幾方面 關(guān)鍵詞 單片機(jī) 溫度傳感器 溫度檢測 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 IV 目錄目錄 第 1 章 緒論 1 1 1 加熱爐溫度控制器概況 1 1 2 本文研究內(nèi)容 1 第 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 2 1 加熱爐溫度控制器總體設(shè)計(jì)方案 3 2 1 1 加熱爐溫度控制框圖設(shè)計(jì) 3 2 1 2 工作過程分析 3 2 2 CPU 的選擇 4 2 3 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 5 2 4 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 6 2 5 CPU 最小系統(tǒng)圖 6 第 3 章 輸入輸出接口電路設(shè)計(jì) 8 3 1 溫度傳感器的選擇 8 3 2 溫度檢測接口電路設(shè)計(jì) 8 3 2 1 A D 轉(zhuǎn)換器 8 3 2 2 模擬量檢測接口電路圖 9 3 3 四相步進(jìn)電動機(jī)與單片機(jī)接口電路 10 3 4 人機(jī)對話接口電路設(shè)計(jì) 11 3 4 1 按鍵設(shè)計(jì) 11 3 4 2 顯示電路設(shè)計(jì) 11 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 13 4 1 軟件實(shí)現(xiàn)功能及主程序設(shè)計(jì) 13 4 2 模擬量檢測流程圖設(shè)計(jì) 14 4 3 步進(jìn)電機(jī)流程圖設(shè)計(jì) 15 4 4 中斷系統(tǒng)的流程圖設(shè)計(jì) 15 第 5 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 17 5 1 系統(tǒng)原理圖 17 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 V 5 2 系統(tǒng)原理綜述 17 第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 19 參考文獻(xiàn) 20 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 1 第 1 章 緒論 1 1 加熱爐溫度控制器概況 隨著社會的發(fā)展 溫度的測量及控制變得越來越重要 溫度是生產(chǎn)過程和科 學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù) 在工業(yè)生產(chǎn)過程中為了高效地進(jìn)行生產(chǎn) 必 須對生產(chǎn)工藝過程中的主要參數(shù) 如溫度 壓力 流量 速度等進(jìn)行有效的控制 其中溫度的控制在生產(chǎn)過程中占有相當(dāng)大的比例 準(zhǔn)確測量和有效控制溫度是優(yōu) 質(zhì) 高產(chǎn) 低耗和安全生產(chǎn)的重要條件 在工業(yè)的研制和生產(chǎn)中 為了保證生產(chǎn) 過程的穩(wěn)定運(yùn)行并提高控制精度 采用微電子技術(shù)是重要的途徑 它的作用主要 是改善勞動條件 節(jié)約能源 防止生產(chǎn)和設(shè)備事故 以獲得好的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì) 效益 加熱爐是將物料或工件加熱的設(shè)備 按熱源劃分有燃料加熱爐 電阻加熱爐 感應(yīng)加熱爐 微波加熱爐等 應(yīng)用遍及石油 化工 冶金 機(jī)械 熱處理 表面 處理 建材 電子 材料 輕工 日化 制藥等諸多行業(yè)領(lǐng)域 加熱爐按爐溫分 布 爐膛沿長度方向可分為預(yù)熱段 加熱段和均熱段 作為控制系統(tǒng)中的一個(gè)典型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)綜合運(yùn)用了微機(jī) 原理 自動控制原理 傳感器原理 模擬電子技術(shù) 數(shù)字控制技術(shù) 鍵盤顯示技 術(shù)等諸多方面的知識 是對所學(xué)知識的一次綜合運(yùn)用 本課題采用 98c51 單片機(jī)來對溫度進(jìn)行控制 不僅具有控制方便 組態(tài)簡單 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) 1 2 本文研究內(nèi)容 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(jī)械等工業(yè)中 具有舉足重輕的作用 對于不同場所 不同工藝 所需溫度高低 范圍不同 精度不同 采用的測 溫元件 測溫方法以及對溫度的控制方式也有所不同 產(chǎn)品工藝不同 控制溫度 的精度不同 時(shí)效不同 則對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同 因而 對溫度的測控方法多種多樣 隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展 微機(jī)測量 和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用 利用微機(jī)對溫度進(jìn)行測控的技術(shù) 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 2 也便隨之而生 并得到日益發(fā)展和完善 越來越顯示出其優(yōu)越性 現(xiàn)在我們完全 可以運(yùn)用單片機(jī)和電子溫度傳感器對某處進(jìn)行溫度檢測 而且我們可以很容易地 做到多點(diǎn)的溫度檢測 如果對此原理圖稍加改進(jìn) 我們還可以進(jìn)行不同地點(diǎn)的實(shí) 時(shí)溫度檢測和控制 本次設(shè)計(jì) 加熱爐溫度控制器的設(shè)計(jì) 正是運(yùn)用單片機(jī)和溫度傳感器對溫度 進(jìn)行控制 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容為 以 89C51 單片機(jī)為核心 高溫加熱爐利用煤氣 加熱 通過傳感器測量溫度 四相 5V 1A 步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)閥門來調(diào)節(jié)進(jìn)氣量 具體設(shè)計(jì)任務(wù) 1 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包括 CPU 選擇 晶振電路 復(fù)位電路 2 溫度傳感器及接口電路設(shè)計(jì) 3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 4 程序流程圖設(shè)計(jì)及程序清單編寫 5 溫度控制范圍 0 1800 6 工作電源 220V 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 3 閥門步進(jìn)電機(jī) 加 熱 器 顯示 鍵盤 單 片 機(jī) A D 轉(zhuǎn)換器 第 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 1 加熱爐溫度控制器總體設(shè)計(jì)方案 2 1 1 加熱爐溫度控制框圖設(shè)計(jì) 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是以 89C5l 單片機(jī)為控制核心 輔以采樣電路 驅(qū)動電 路 步進(jìn)電機(jī)電路對電爐爐溫進(jìn)行控制的微機(jī)控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的原理框圖如圖 2 1 所示 其基本控制原理為 用鍵盤將溫度的設(shè)定值送入單片機(jī) 通過信號采集 電路將溫度信號采集到后 送到 A D 轉(zhuǎn)換電路將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī) 系統(tǒng)進(jìn)行控制運(yùn)算 控制步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)而控制加熱爐的溫度 圖2 1加熱爐溫度控制框圖 2 1 2 工作過程分析 由溫度控制器工作流程圖分析具體的工作過程 首先 通過熱電耦采集加熱 爐中的溫度 通過相應(yīng)的電路使溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號 由于單片機(jī)制能識別 數(shù)字量 因此還需要經(jīng) A D 轉(zhuǎn)換 使模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號 A D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進(jìn)入單片機(jī) 89C51 后 由程序算法 判斷溫度是不是超 過設(shè)定值 并且有相應(yīng)的鍵盤顯示電路 用以顯示加熱爐的溫度 根據(jù)判斷溫度 是否超過設(shè)定值 由單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的指令 經(jīng)步進(jìn)電機(jī)控制電磁閥 從而通過 閥門的控制就可以控制煤氣的進(jìn)氣量多少 也就可以達(dá)到對加熱爐溫度的調(diào)節(jié)和 運(yùn)算放大器 溫度傳感器 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 4 控制 2 2 CPU 的選擇 單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī) 又稱微控制器 嵌入式微控制器等 屬于第四 代電子計(jì)算機(jī) 它把中央處理器 存儲器 輸入 輸出接口電路以及定時(shí)器計(jì)數(shù)器 集成在一塊芯片上 從而具有體積小 功耗低 價(jià)格低廉 抗干擾能力強(qiáng)且可靠 性高等特點(diǎn) 因此 適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制 智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端 裝置 因此 在本課題設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)中 采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn) 選用 89C51 單 片機(jī) 芯片引腳如圖 2 2 所示 VSS 接地端 VCC 電源端 正常操作及對 FLASH ROM 編程和驗(yàn)證時(shí)接 5V 電源 圖 2 2 89C51 芯片引腳 P0 口 是雙向 8 位三態(tài) I O 口 在訪問外部存儲器時(shí) 可分時(shí)用作低 8 位地 址線和 8 位數(shù)據(jù)線 在 FLASH ROM 編程時(shí) 它輸入指令字節(jié) 而在驗(yàn)證程序時(shí) 則輸出指令 P0 口能驅(qū)動 8 個(gè) LSTTL 門電路 P1 口 是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I O 口 在對 FLASH ROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí) 它接受低 8 位地址 能驅(qū)動 4 個(gè) LSTTL 門電路 P2 口 P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I O 口 在訪問外部存儲 P1 0 1 P1 2 3 P1 1 2 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 RESET 9 P3 0 10 P3 1 11 P3 3 13 P3 2 12 P3 4 14 P3 5 15 P3 6 16 P3 7 17 X T AL1 19 X T AL2 18 V SS 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 V CC 40 89c51 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 5 器時(shí) 它送出高 8 位地址 在對 FLASH ROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí) 它接收高 8 位地址和其他控制信號 能驅(qū)動 4 個(gè) LSTTL 門電路 P3 口 P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I O 口 能驅(qū)動 4 個(gè) LSTTL 門電路 RST 復(fù)位信號輸入端 高電平有效 當(dāng)振蕩器工作時(shí) 出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期 以上的高電平 就可以使單片機(jī)復(fù)位 ALE PROG 地址鎖存允許信號 PSEN 外部程序存儲器選通信號 EA VPP 訪問內(nèi) 外部程序存儲器控制信號 接高電平時(shí) CPU 訪問并執(zhí)行 內(nèi)部程序存儲器的指令 但當(dāng)程序計(jì)數(shù)器值超過 0FFFH 時(shí) 將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部 程序存儲器中的程序 接低電平時(shí) CPU 只訪問并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令 XTAL1 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端 XTAL2 振蕩器反相放大器的輸出端 2 3 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路是維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基本模塊 復(fù)位是單片機(jī) 的初始化操作 單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動運(yùn)行時(shí) 都需要先復(fù)位 其作用是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài) 并從這個(gè)狀態(tài)開始工作 因此 復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式 但單片機(jī)本身不能自動復(fù)位的 必須配合相應(yīng)的 外部復(fù)位電路才能實(shí)現(xiàn)的 如圖 2 3 所示 當(dāng) 89C51 通電 時(shí)鐘電路開始工作 在單片機(jī)的 RST 引腳加上大于 24 個(gè)時(shí) 鐘周期以上的正脈沖 系統(tǒng)即初始復(fù)位 初始化后 程序計(jì)數(shù)器 PC 指向 0000H P0 P3 輸出口全部為高電平 堆棧指針寫入 07H 其他專用寄存器被清 0 RST 由高電平降為低電平后 系統(tǒng)從 0000H 地址開始執(zhí)行程序 V ss R E S T V C C V C C89 c5 1 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 6 圖 2 3 復(fù)位電路 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 7 2 4 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的各個(gè)功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號為基準(zhǔn) 有條不紊的一拍 一拍的工作 因此 時(shí)鐘頻率直接影響到單片機(jī)的速度 常用的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有 兩種方式 一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式 另一種是外部時(shí)鐘方式 如圖 2 4 所示 Y 11 0592mH z C1 30pF C2 30pF 圖 2 4 時(shí)鐘電路 2 5 CPU 最小系統(tǒng)圖 89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度 頻率越 大處理速度越快 如圖 2 5 所以 圖 2 5 最小 CPU 系統(tǒng) P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 VCC 40 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 ALE PROG 30 PSEN 29 EA VPP 31 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 M OSI 6 P1 6 M ISO 7 P1 7 SCK 8 REST 9 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 U1AT89S51 S1 R10 200 R14 10K C1 22uF VCC 12M Hz 30pF C330pFC2 Y 11 0592mHz C1 30pF C2 30pF 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 8 CPU 最小系統(tǒng)圖由 89C51 單片機(jī) 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成 89C51 單片機(jī) 最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容 C1 的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間 89C51 單 片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 9 第 3 章 輸入輸出接口電路設(shè)計(jì) 3 1 溫度傳感器的選擇 傳統(tǒng)的模擬式溫度傳感器 如熱電阻 熱敏電阻 在一些溫度范圍內(nèi)線性不 好 需要經(jīng)行冷端補(bǔ)償或引線補(bǔ)償 集成模擬溫度傳感器與之相比 具有靈敏度 高 線性度好 響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn) 而且它還將驅(qū)動電路 信號處理電路以及需 要的邏輯控制電路集成在單片 IC 上 有尺寸小 使用方便等優(yōu)點(diǎn) 常見的模擬 溫度傳感器有 LM3911 LM335 LM45 AD22103 電壓輸出型 AD590 電流輸 出型以及熱電偶溫度傳感器 經(jīng)比較選擇鉑銠 30 鉑銠 6 熱電偶 熱電偶工作原理 如果兩種不同成分的均質(zhì)導(dǎo)體形成回路 直接測溫端叫測 量端 接線端子端叫參比端 當(dāng)兩端存在溫差時(shí) 就會在回路中產(chǎn)生熱電流 那 么兩端之間就會存在 Seebeck 熱電勢 這種物理現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)或熱電效應(yīng) 熱電勢隨著測量端溫度升高而增加 熱電勢的大小只和熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)以及兩端 溫差有關(guān) 和熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)的長度 直徑無關(guān) 3 2 溫度檢測接口電路設(shè)計(jì) 3 2 1 A D 轉(zhuǎn)換器 圖 3 1 MAX197 引腳圖 CH3 19 CH2 18 CH1 17 CH0 16 V DD 27 REF 26 REFADJ 25 AGND 15 D7 7 D6 8 HBEN 5 DGND 28 D5 9 D4 10 D3 D 11 11 D2 D 10 12 D1 D 9 13 D0 D 8 14 CLK 1 CS 2 WR 3 RD 4 SHDN 6 IN T 24 CH6 22 CH7 23 CH4 20 CH5 21 U MAX 197 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 10 由于溫度是一種模擬信號 則由信號采集電路采集的信號是一種模擬信號 而且頻率很低 但是單片機(jī)所識別的是具有高低電位的數(shù)字信號 這就要求在信 號處理號處理中必須把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號從而輸出給單片機(jī)處理 在設(shè)計(jì)的技術(shù)要去當(dāng)中 要求溫度測量范圍是從 0 1800 可調(diào) 并且誤差為 2 也就是分辨率為 2 1800 1 900 對于這種分辨率要求較高的情況 通過所選 用的 A D 精度一定要滿足要 否則誤差就會變大 也就會影響控制的精度 主要常用的逐次逼近式 A D 轉(zhuǎn)換器有 8 位分辨率的 ADC0809 12 位分辨率 的 MAX197 等 由于設(shè)計(jì)系統(tǒng)精度的要求為 1 1000 因此選用 MAX197 如圖 3 1 所示 3 2 2 模擬量檢測接口電路圖 模擬量檢測接口電路由 A D 轉(zhuǎn)換器 89C51 單片機(jī)和溫度傳感器組成 溫度 傳感器采用鉑銠 30 鉑銠 6 熱電偶 由熱電偶采集來的溫度經(jīng)過 MAX197 把模 擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 然后送給 89C51 處理和進(jìn)一步控制 如圖 3 2 所示 CH3 19 CH2 18 CH1 17 CH0 16 VDD 27 REF 26 REFADJ 25 AGND 15 D7 7 D6 8 HBEN 5 DGND 28 D5 9 D4 10 D3 D11 11 D2 D10 12 D1 D9 13 D0 D8 14 CLK 1 CS 2 WR 3 RD 4 SHDN 6 INT 24 CH6 22 CH7 23 CH4 20 CH5 21 U MAX197 C CAP 5 4 096 i0 i1 i2 i3 i4 i5 i6 i7 入入 入入 入入入入 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 INT1 13 INT0 12 T1 15 T0 14 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 RXD 10 TXD 11 ALE P 30 PSEN 29 P27 28 U ADC8 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 11 圖 3 2 模擬量檢測接口 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 12 3 3 四相步進(jìn)電動機(jī)與單片機(jī)接口電路 圖 3 3 給出了四相步進(jìn)電動機(jī)與 89C51 單片機(jī)的接口電路 p1 0 p1 1 p1 2 和 p1 3 分別經(jīng)光電耦合和驅(qū)動電路再加到電動機(jī) A B C D 繞組 圖 3 3 四相步進(jìn)電機(jī)與 89C51 單片機(jī)的接口電路 設(shè)其單拍相序?yàn)?A B C D 電動機(jī)工作方式記控制字如表 3 1 所示 表 3 1 四相步進(jìn)電動機(jī)工作方式及控制字 方式步序p1 3 D p1 2 C p1 1 B p1 0 A 通電繞組控制字 單拍 1 步 2 步 3 步 4 步 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 A B C D 01H 02H 03H 04H V CC V CC V CC V CC V CC V CC V CC V CC 2 7 p1 0 p1 1 p1 2 p1 3 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 13 3 4 人機(jī)對話接口電路設(shè)計(jì) 3 4 1 按鍵設(shè)計(jì) 非編碼鍵盤可以分為兩種結(jié)構(gòu)形式 獨(dú)立式按鍵和行列式按鍵 圖 3 4 按鍵電路 獨(dú)立式按鍵 是指直接用 I O 口線構(gòu)成單個(gè)按鍵電路 每一個(gè)按鍵占用一條 I O 口線 每個(gè)按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生相互影響 圖 3 4 所示為一種獨(dú)立式按 鍵電路 當(dāng)圖中的某一個(gè)按鍵閉合時(shí) 相應(yīng)的 I O 口線就變成低電平 當(dāng)程序查 詢到為低電平的 I O 口線時(shí) 就可以確定處于閉合狀態(tài)的鍵 獨(dú)立式按鍵的電路 的結(jié)構(gòu)和處理程序簡單 擴(kuò)展方便 但占用的 I O 口線相對較多 不適合在按鍵 數(shù)量較多的場合下采用 行列式鍵盤 將 I O 口線的一部分作為行線 另一部分作為列線 按鍵設(shè)置 在行線和列線的交叉點(diǎn)上 這就構(gòu)成了行列式鍵盤 本設(shè)計(jì)有三個(gè)按鍵 共需要三個(gè) I O 口線 占用的口線不多 因此可以采用 獨(dú)立式按鍵 3 4 2 顯示電路設(shè)計(jì) 動態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一 其接口電 路是把所有顯示器的 8 個(gè)筆劃段 a h 同名端連在一起 而每一個(gè)顯示器的公共極 COM 是各自獨(dú)立地受 I O 線控制 這種顯示方式可以起到節(jié)省系統(tǒng) I O 口的作用 但是 CPU 的工作量會大大增大 CPU 向字段輸出口送出字形碼時(shí) 所有顯示器 接收到相同的字形碼 但究竟是那個(gè)顯示器亮 則取決于 COM 端 而這一端是 由 I O 控制的 所以我們就可以自行決定何時(shí)顯示哪一位了 而所謂動態(tài)掃描就 是指我們采用分時(shí)的方法 輪流控制各個(gè)顯示器的 COM 端 使各個(gè)顯示器輪流 P3 2 INT0 S2S3S4 R26 R24 R25 GND VCC P2 4P2 5P2 6 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 14 點(diǎn)亮 圖 3 5 顯示電路 考慮到本系統(tǒng)的 I O 口有限所以采用了動態(tài)掃描的方法 由于是采用了 ULN2803 和上拉電阻與數(shù)碼管相連 具體電路圖 3 5 所示 此電路中 用于驅(qū)動 LED 的 8 位段碼 8 位 LED 相應(yīng)的 a g 段連在一起 它們的公共端連至輸出端 這樣當(dāng)選通某一位 LED 時(shí) 相應(yīng)的地址線輸出的是 低電平 所以這里選用共陰 LED 數(shù)碼管 IN 1 1 IN 2 2 IN 3 3 IN 4 4 IN 5 5 IN 6 6 IN 7 7 IN 8 8 D IO D E CL A M P 10 O U T 8 11 O U T 7 12 O U T 6 13 O U T 5 14 O U T 4 15 O U T 3 16 O U T 2 17 O U T 1 18 U L N 2803A 18 a bf c g d e D PY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp D S1 a bf c g d e D PY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp D S2 a bf c g d e D PY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp D S3 a bf c g d e D PY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp D S4 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 Q N PN Q N PN Q N PN Q N PN p0 0 p0 1 p0 2 p0 3 p0 4 p0 5 p0 6 p0 7 p2 1 p2 2 p2 3 89C51 p2 0 p0 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p0 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 15 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4 1 軟件實(shí)現(xiàn)功能及主程序設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能為 溫度傳感器測量的溫度信號經(jīng)信號的放大 與 A D 轉(zhuǎn)換 把轉(zhuǎn)換好的數(shù)字量輸入單片機(jī) 經(jīng)過標(biāo)度變換 顯示碼處理后將顯 示碼送到數(shù)碼管上顯示出來 同時(shí) 單片機(jī)對輸入的數(shù)字量進(jìn)行處理控制步進(jìn)電 機(jī) 經(jīng)過步進(jìn)電機(jī)對閥門進(jìn)行控制 從而控制輸入煤氣量 主流程圖如圖 4 1 所 示 大于 小于 圖 4 1 主程序流程圖 初始化 增大煤氣進(jìn)量 關(guān)閉控制閥 檢測溫度顯示溫度 步進(jìn)電機(jī)控制 與設(shè)定值比較 結(jié)束 開始 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 16 系統(tǒng)的程序包括主程序 中斷服務(wù)程序和一些具有特定功能的子程序 是系 統(tǒng)軟件的主要組成部分 該系統(tǒng)的主程序有初始化 包括 89C51 的初始化 定時(shí)器初始化 中斷程序 A D 轉(zhuǎn)換 標(biāo)度變換 鍵盤掃描 鍵盤處理 步進(jìn)電動機(jī)控制和功程序模塊組 成 主流程圖如圖 4 1 所示 4 2 模擬量檢測流程圖設(shè)計(jì) 模擬量檢測電路是通過熱電偶檢測加熱爐的溫度 經(jīng)過 MAX197 轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信息進(jìn)而送給單片機(jī) 單片機(jī)處理后由顯示電路顯示溫度 系統(tǒng)內(nèi)部按操作指令 執(zhí)行命令進(jìn)而控制步進(jìn)電動機(jī) 如圖 4 2 所示 開始 初始化 熱電偶溫度傳感器檢 測溫度與設(shè)定值小 ROM 操作命令 否 是 存儲操作命令 讀取溫度值 返回 圖4 2模擬量檢測流程圖 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 17 4 3 步進(jìn)電機(jī)流程圖設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)直接收 89C51 的數(shù)字信號 由 89C51 的編程控制步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn) 從而控制閥門的進(jìn)煤氣量 最終達(dá)到控制加熱爐的溫度 流程如圖 4 3 所示 圖 4 3 步進(jìn)電動機(jī)控制流程圖 4 4 中斷系統(tǒng)的流程圖設(shè)計(jì) 89C51 單片機(jī)片內(nèi)有兩個(gè) 16 位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 即定時(shí)器 T0 和定時(shí)器 T1 他們都有定時(shí)和事件計(jì)數(shù)的功能 可用于定時(shí)控制 延時(shí) 對外部事件計(jì)數(shù)和檢 測等場合 開始 正反轉(zhuǎn)位置標(biāo)志置初值 P1 口送數(shù) 檢測位置標(biāo)志 檢測正反轉(zhuǎn)指針 INT1 中斷 等待中斷 啟動 T1 開中斷 正反轉(zhuǎn)指針置初值 計(jì)數(shù)器 T1 初始化 置新位置標(biāo)志 中斷返回 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 18 本系統(tǒng)采用的就是 89C51 片內(nèi)計(jì)數(shù)器對按鍵及其顯示進(jìn)行定時(shí) 其流程圖如 4 4 所示 中斷能夠極大地提高 CPU 的工作效率和處理問題的靈活性 具有實(shí)現(xiàn) 分時(shí)操作 實(shí)時(shí)處理和故障處理等功能 中斷發(fā)生 保護(hù)現(xiàn)場 讀數(shù) 存數(shù) 通道加 1 通道完 恢復(fù)現(xiàn)場 中斷返回 是 否 圖 4 4 中斷流程圖 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 19 第 5 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 5 1 系統(tǒng)原理圖 根據(jù)系統(tǒng)各個(gè)部分的功能和性質(zhì) 繪制系統(tǒng)原理圖如圖 5 1 所示 圖 5 1 系統(tǒng)原理圖 5 2 系統(tǒng)原理綜述 為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能 經(jīng)過認(rèn)真的分析和整理 以及對整體功能進(jìn)行細(xì)化 CH3 19 CH2 18 CH1 17 CH0 16 VDD 27 REF 26 REFADJ 25 AGND 15 D7 7 D6 8 HBEN 5 DGND 28 D5 9 D4 10 D3 D11 11 D2 D10 12 D1 D9 13 D0 D8 14 CLK 1 CS 2 WR 3 RD 4 SHDN 6 INT 24 CH6 22 CH7 23 CH4 20 CH5 21 U MAX197 C CAP 5 4 096 i0 i1 i2 i3 i4 i5 i6 i7 入入 入入 入入入入 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 INT1 13 INT0 12 T1 15 T0 14 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 RXD 10 TXD 11 ALE P 30 PSEN 29 P27 28 89C51 VCC R RES2 VCC VCC VCC VCC VCC VCC VCC VCC 27 a bf c g d e DPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp a bf c g d e DPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp a bf c g d e DPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp a bf c g d e DPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp o0 o1 o2 o3 o4 o5 o6 o7 o0 o1 o2 o3 o4 o5 o6 o7 IN1OUT1 IN2OUT2 IN3OUT3 IN4OUT4 IN5OUT5 IN6OUT6 IN7OUT7 IN8OUT8 VCCGNDVCC p0 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p0 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p0 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p0 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p0 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p