微型計算機控制技術第9章 微型計算機控制系統(tǒng)應用實例課件

1、1將煤氣表出氣口密封住，然后打開控制負壓的電磁閥，壓縮空氣高速流經(jīng)負壓閥產(chǎn)生負壓，抽出表內(nèi)的氣體，使表內(nèi)形成負壓，則斜管壓力計液面上升；2 當抽到設定值時（要求斜管壓力計顯示270Pa，此液面處設置一個光電管），關閉電磁閥，斜管壓力計的液面要繼續(xù)上升一段，停在一個確定的位置。3如果在規(guī)定的時間內(nèi)（一般要求6s），斜管壓力計的液面不回落到光電管位置，則表的密封性合格，否則表的密封性不合格。 9.1 煤氣表機心負壓試漏中的應用系統(tǒng)的初始狀態(tài)：所有的電磁閥不得電，紅燈、綠燈、都不亮，斜管壓力計液面對應標度尺的零點。當按下啟動按鈕時， DF2得電，定位汽缸下落，壓住偏心齒輪使滑閥蓋處于第一點測試位置，

2、接著DF1得電，密封汽缸下降，密封住出氣口，然后稍延時（延時長短應保證密封氣缸和定位氣缸到位），這時DF4得電，負壓閥工作，斜管壓力計的液面往上升，同時單片機檢測光電信號。9.1.3 控制原理9.1.硬件電路的設計硬件電路由89C51、鎖存器74LS373、輸入電路、輸出電路、光電檢測電路、電源電路等構(gòu)成，如上圖（圖9-1）所示。 本系統(tǒng)定時器定時0.1s，其初值計算如下：定時器工作在定時方式，所以每一個機器周期，計數(shù)器加，由于每一個機器周期包含12振蕩周期，所以計數(shù)速率是振蕩頻率的1/12，由于本系統(tǒng)采用MHZ晶振，所以，0工作在方式時機器周期： 2撥盤開關電路 撥盤開關電路如下頁（圖9-3

3、）所示，當開始抽負壓時微控器89C51由3.7發(fā)出讀信號，把74LS373鎖存的數(shù)據(jù)經(jīng)0送到累加器中，再送到寄存器中來控制定時器0定時時間，為增加實時性，采用定時器溢出中斷。圖9-3撥盤開關電路3光電檢測電路 斜管壓力計是有機玻璃制成的，中間鉆一個斜長圓管，里面裝著白油，壓力計背面有一個鉆著圓孔的鋁板標度尺，發(fā)光管和接收管通過支架分別安裝在壓力計的正面和背面，而且保證發(fā)光管、接收管、標度尺上的圓孔，三點在一條直線上。如圖9-4所示。圖9-4斜管壓力計 光電檢測電路如圖9-5所示，平時發(fā)光管始終在發(fā)光，通過調(diào)節(jié)電位器W1使發(fā)光管5GLB發(fā)出的光最強。由于系統(tǒng)各表面光潔，光的反射量很少，可忽略不計

4、。真正起作用的是折射光。 當沒有抽負壓時，白油在斜長圓管的最底端，圓孔內(nèi)是空氣，發(fā)光管發(fā)出的垂直入射光，經(jīng)交界面后改變了方向，光比較分散，透過標尺圓孔的光很少，結(jié)果導致接收管不導通，光電檢測電路中為高電平，經(jīng)74LS04反相變成低電平輸入到 P3.5。 相反，當抽負壓時，液面上升到光電管位置，圓孔內(nèi)是白油，但由于白油密度接近于有機玻璃密度，所以發(fā)光管發(fā)出的垂直入射光，經(jīng)交界面后，沿直線傳播，不改變方向，所以光比較集中，大都透過了標尺上的圓孔，照射在接收管上。結(jié)果導致接收管導通，變?yōu)榈碗娖?，?jīng)74LS04反相變成高電平輸入到P3.5，當計算機檢測到P3.5這個信號時，送出輸出信號，關斷負壓電磁閥

5、，停止抽負壓。圖9-5光電檢測電路4輸出回路輸出電路如圖9-6所示，由89C51的P1控制，輸出的低電平信號經(jīng)74LS240反相驅(qū)動后變成高電平，光電耦合器截止，再經(jīng)4N25轉(zhuǎn)換成+24V高電平，經(jīng)1413反相驅(qū)動后變成低電平，使繼電器導通，常開觸點閉合，電磁閥得電，汽缸做相應的運動。圖9-6輸出電路 5軟件設計圖9-7軟件流程圖9.2 微型機在閥門定位器中的應用9.2.1 系統(tǒng)工作原理 閥門定位器的控制系統(tǒng)采用的是89C51為核心的單片機控制系統(tǒng)，它接收來自調(diào)節(jié)器的設定閥門開度的電流信號（420mA），用這個信號與從調(diào)節(jié)閥閥桿反饋回來的實際開度信號進行比較，如果微處理器得到一個偏差信號，就利

6、用這個信號去控制壓電閥，使一定量的壓縮空氣經(jīng)過壓電閥進入到調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機構(gòu)的氣室，推動閥芯移動或轉(zhuǎn)動，從而達到閥芯的準確定位。 閥門定位器的控制原理圖如下（圖9-8）所示。圖9-8 閥門定位器的控制原理9.2.2 系統(tǒng)的控制要求 閥門定位器對單片機控制系統(tǒng)的設計要求 1）能夠接受來自調(diào)節(jié)器的電流信號并能將它轉(zhuǎn)換成為電壓信號，能夠采集閥位反饋回來的模擬信號；2）能對以上采集到的信號進行運算、整理，最后根據(jù)偏差的大小輸出連續(xù)信號或一定寬度的脈沖來控制壓電閥；3）利用數(shù)碼管能現(xiàn)場顯示輸入的參數(shù)以及閥門開度；4）利用按鍵能在現(xiàn)場對閥門的工作流量特性的參數(shù)，以及閥芯的最大、最小行程等參數(shù)進行設定；5）調(diào)

7、節(jié)閥在自動運行過程中，當閥芯開度大于90%或小于10%時，以及閥芯被卡住時，控制系統(tǒng)能進行報警；6）具有斷電保存功能、看門狗功能、電源電壓監(jiān)測功能；7）能夠和上位機實現(xiàn)通信，使上位機能夠?qū)﹂y門定位器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的設定、管理，并且可以顯示、打印。9.2.3 系統(tǒng)的硬件設計1系統(tǒng)的基本組成2A/D轉(zhuǎn)換電路3鍵盤、顯示器接口電路芯片Intel8279與 89C51的連接電路4壓電閥控制電路5電源監(jiān)測電路及RS-232接口轉(zhuǎn)換電路 圖 9-9 單片機控制系統(tǒng)電路原理圖1調(diào)節(jié)閥開度顯示的設計系統(tǒng)設計中要求0100%的閥門開度，而通過A/D轉(zhuǎn)換后得到的是0255的數(shù)，因此進行線性的標度變換，采用如下公式來把A

8、/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)換算成閥門的開度。hHhXK100% （9-2） 其中：X為電位器動觸點輸出的轉(zhuǎn)換后的實際值；H為電位器動觸點最大行程時輸出的轉(zhuǎn)換后的值，其默認值為255；h為電位器動觸點最小行程時輸出的轉(zhuǎn)換后的值，其默認值為0。9.2.4 軟件設計通過公式（9-2），我們可以為閥門定位器的電位器在現(xiàn)場與閥芯反饋桿的連接帶來方便。因為電位器的最大行程距離與閥芯的最大行程距離是不可能相同的，而我們要通過改變機械結(jié)構(gòu)使閥芯的最大行程與電位器的最大行程完全匹配是相當困難的，所以可以根據(jù)實際安裝時候閥芯的最大行程的X1來替換默認的h值。這樣就可以在閥芯的最大行程距離小于且接近電位器的最大行程距離的條件下

9、，無論閥芯的最大行程距離是多少，都可以準確的測出閥芯的開度。從調(diào)節(jié)器過來的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)也需通過公式（9-2）進行轉(zhuǎn)換。所得到的設定開度與閥門的實際開度進行比較即可得出偏差，如果偏差大于所允許的誤差值（小于0.2%），89C51便輸出控制信號給壓電閥。2數(shù)字濾波在由微型機組成的自動控制系統(tǒng)中，為了減少對采樣值的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性，常常采用數(shù)字濾波的方法。本系統(tǒng)采用算術平均值濾波和中值濾波相結(jié)合的復合數(shù)字濾波。它即可消除周期性脈沖干擾又可以消除隨機脈沖干擾。中值濾波是把幾次采樣值按一定順序排列，如從小到大排列，然后取其中間值為本次采樣值。這種方法適用于變量變化比較緩慢的過程，消

10、除由于偶然因素造成的干擾。算術平均值濾波是把幾次連續(xù)采樣值相加求和，除以采樣次數(shù)n，所得結(jié)果作為該次采樣值。設第k個采樣周期內(nèi)共采樣i次，每次采樣值為Xi，則該次采樣值Y(k)計算公式為：iiXinKY1 = 1)(圖9-10 系統(tǒng)主控制程序兩個中斷服務程序的流程圖如下（圖9-11、圖9-12）。如圖9-13所示為IC卡智能煤氣表硬件電路。它是以87C51為核心的單片機最小系統(tǒng)。為了方便研制階段進行反復調(diào)試和修改，采用內(nèi)含EPROM 87C51。批量生產(chǎn)時，則采用80C51為CPU（內(nèi)帶ROM并具有程序禁讀功能）。 1IC卡與非易失性內(nèi)存AT24C02（1）IC卡內(nèi)存儲芯片，該芯片是一種具有I

11、C總線結(jié)構(gòu)的串行EEPROM，容量為256字節(jié)。用氣前，用戶持卡向煤氣公司購買煤氣，由煤氣公司寫卡機把所購煤氣量編碼加密后寫入IC卡中。9.3 IC卡智能煤氣表的設計9.3.1 硬件設計圖9-13 IC卡智能煤氣表硬件電路用戶將IC卡插入家中煤氣表的IC卡插槽內(nèi)，由87C51對該卡進行解碼和核對工作，并讀取購氣量?？ㄖ械拿艽a信息經(jīng)某種算法得到且每次不同，內(nèi)容完全相同的兩次插卡操作，其后一次將被視為非法，這樣可防止通過復制IC卡進行竊氣的行為。同時，表內(nèi)的累積已耗用氣量被寫進IC卡中，供購氣插卡時煤氣公司的計算機管理系統(tǒng)查對，發(fā)現(xiàn)累積已耗用氣量比累積購氣量大的情況，即進行調(diào)查。在插槽中插入IC卡

12、時，觸動K2閉合，引起 中斷，且P1.5由高變低供該中斷服務程序查詢確認是IC卡插入。 1INT表內(nèi)非易失性內(nèi)存芯片與IC卡內(nèi)芯片一樣，即AT24C02（2）。煤氣表中諸如累積已耗用氣量、結(jié)余氣量、購氣次數(shù)等重要數(shù)據(jù)都存放在AT24C02（2），這樣可克服由充電電池長期維持RAM中的信息所潛在的不可靠性。AT24C02僅有8條引腳，串行通信只用兩根口線，做成IC卡時，外接連線少，作為非易失性內(nèi)存更是比采用并行EEPROM減少許多連線，PCB布線更簡潔，體積更小。IC卡煤氣表中所需存取的重要數(shù)據(jù)少，且數(shù)據(jù)存取速度要求不高，故這種小容量的串行EEPROM非常適用。AT24C02是IC總線結(jié)構(gòu)器件，

13、87C51非此類器件，這就要求87C51通過編程使其P1.0和P1.1完全遵循IC總線時序及AT24C02的數(shù)據(jù)傳送格式，去分別等效串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時鐘SCL，從而實現(xiàn)兩者的通信。 2耗氣量計數(shù)電路及顯示電路沿用傳統(tǒng)煤氣表的氣量計量部分，將霍爾器件H固定在轉(zhuǎn)軸附近，當貼在轉(zhuǎn)軸上小磁鋼轉(zhuǎn)過H時，霍爾器件CS837就會產(chǎn)生一個正脈沖，經(jīng)施密特觸發(fā)器倒相整形，送到87C51的 端產(chǎn)生一次耗氣量計數(shù)中斷。當結(jié)余氣量為臨界值時，聲光提醒去購氣，結(jié)余氣量為零時則置相應標志，回主程序后立即關氣。由LED數(shù)碼管及驅(qū)動電路構(gòu)成四位動態(tài)顯示，平時四位LED所顯示的是累積已耗用氣量的低四位，按K1鍵可依次循環(huán)

14、顯示累計已耗用氣量的高三位和結(jié)余氣量。INT00INT3可燃氣報警電路與防作弊電路可燃氣傳感器MQ-K1感應到可燃氣濃度過量時，有一正跳變，施密特觸發(fā)器倒相整形后送到P1.3，當查詢到P1.3低時則程序轉(zhuǎn)去執(zhí)行聲光報警。光報警時中止正常顯示，利用顯示器中的一位特定字符來指示，聲報警由P2.4控制。低功耗工作時，P1.2送出一個高電平停止MQ-K1的工作。用戶私開表蓋將導致K3閉合，觸發(fā) 中斷，該中斷服務程序查詢到P1.6為低則轉(zhuǎn)去執(zhí)行聲光警告，同時私開表蓋被記錄當表內(nèi)EPROM中，返回主程序后立即關氣。此后要開氣必須先將私開表蓋清除，而只有煤氣公司才能清除這種不良記錄。表內(nèi)的通斷氣分別由P2.

15、5和P2.6控制，繼電器J1和J2組合控制微電機M正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，通過減速增力機構(gòu)驅(qū)動氣閥開和關，氣閥開狀態(tài)導致K4閉合，氣閥關狀態(tài)導致K5閉合，CPU通過查詢P3.0和P3.1可確認氣閥的狀態(tài)。1INT4電源及相關電路采用市電結(jié)合充電電池雙重供電，市電供電時煤氣表工作于正常狀態(tài)。市電停電時由電池自動續(xù)接供電，CPU查詢到P1.7為高即知斷市電，煤氣表轉(zhuǎn)入低功耗待機工作狀態(tài)，主要功能都可通過中斷請求得以保持。此時停止顯示及可燃氣報警這兩部分耗電較大的電路工作，平均耗電流可降至15mA以下。充電電池滿電量為1300mAh，電池可維持工作的時間為3.6天，而目前城市因持續(xù)停電的時間遠小于3天。因此雙供

16、電方案與單獨電池供電相比可靠性提高。萬一電池供電時電壓降至5.5V，比較器LM393正跳變觸發(fā)單穩(wěn)電路產(chǎn)生一個負脈沖，引起 中斷，該中斷服務程序通過查詢P3.6為高確認是電池欠壓，返回主程序后立即關氣。1INT1INT9.3.2 軟件設計 軟件主程序流程圖共計有4個中斷服務程序，各自完成一定的任務。其流程圖如下所示。鍋爐分有壓與無壓兩種。本系統(tǒng)中采用的是前者。整個電加熱鍋爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖9-19所示。依靠循環(huán)泵將暖氣中的水打入鍋爐，從而把鍋爐中的熱水頂?shù)脚瘹庀到y(tǒng)中。系統(tǒng)正常工作時，只有一臺循環(huán)泵工作，另一臺為備用。9.4 電加熱鍋爐系統(tǒng)的自動控制9.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖9-19 電加熱鍋爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

17、圖9.4.2 系統(tǒng)的控制要求1根據(jù)控溫設定值及鍋爐溫度，自動投入切斷加熱器組，一晝夜設定三個控制溫度段，每個時間段的控溫范圍由鍵盤任意設定。2根據(jù)壓力控制的設定值及鍋爐壓力，自動對鍋爐系統(tǒng)進行補水或放水。3采用主從機控制方式，兩機距離200m以內(nèi)，由主機上的鍵盤設定控制參數(shù)，設定時必須首先輸入密碼，從機可脫離主機獨立工作。4主機顯示及打印鍋爐的溫度、壓力、電網(wǎng)線電壓、各相電流及當前日期時間等。具有定點顯示、巡回顯示、定時打印，隨機打印等功能。5具有超溫、超壓、水泵斷相，水箱缺水等故障警報功能，出現(xiàn)故障后自動保護鍋爐系統(tǒng)。9.4.3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關鍵硬件電路設計根據(jù)控制要求，采用圖9-20所示

18、的8031主從機控制系統(tǒng)。主機系統(tǒng)中采用MSM5832電子日歷時鐘芯片，以使計時準確可靠并具有掉電保護功能，8031通過74LS373實現(xiàn)與MSM5832的數(shù)據(jù)交換。主機系統(tǒng)設置28鍵盤及5位LED顯示器，采用8279芯片對鍵盤顯示器進行管理，以簡化軟件設計。5位LED顯示器可巡回顯示或定點顯示鍋爐的溫度T、壓力P，加熱器組回路三相電流 IA、IB、IC。電動機電流IF 及電網(wǎng)線電壓U線 。從機系統(tǒng)用于檢測各種模擬量及開關量，并根據(jù)主機送來的控制命令及控制參數(shù)對鍋爐進行自動控制。硬件電路主要包括溫度、壓力、電流電壓等模擬量測量電路，水位、電機斷相等。開關測量電路A/D、I/O接口電路，加熱器組

19、、水泵、放水電磁閥等的控制電路，串行通信接口電路等。圖9-20 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Pt100為溫度傳感器。經(jīng)由穩(wěn)壓管VS，獲得基準電壓5V（A點）。其余電壓關系見教材P148149。要求測量報警水位、停機水位。前者要求補水，后者則必須立即關機。電路圖如下（圖9-22）主從單片機之間要求串行通信，距離比較遠。使用接口芯片SN75116，它是一種差動式線傳送器（differential line transceivers ）。再結(jié)合光電耦合器，達到較高的抗干擾性能。測試可達1000m以上。9.5 單片機與微機RS-485通信單片機與微機之間常用RS-232接口實現(xiàn)通信，微機的兩個串口COM1、COM

20、2都是專門為RS-232通信而設置。RS-232通信方式方便易用，但是有一些缺點：只能實現(xiàn)短距離通信，通常只有十余米，長距離通信要用調(diào)制解調(diào)器。RS-232對地而言是共模傳輸方式，而電氣干擾大多也是對地共模方式，盡管可將信號傳輸電平提高到-12、+12V，但抗干擾能力仍不理想。與RS-232相比，RS-485通信方式有很多優(yōu)點：1）通信距離比遠得多，可以做到數(shù)百米甚至千米以上；2）可以實現(xiàn)多點通信方式，從而可以建立起一個小范圍的局域網(wǎng)，因而更有實用價值；3）采用差模信號傳輸方式，與地電平關系不大，因而抗干擾能力強得多。微機本身并不具備專用的RS-485通信口。RS-485與RS-232的工作電

21、平不相同，工作方式與控制機理也有差別，故而想利用現(xiàn)成的COM1、COM2串行口來實現(xiàn)RS-485通信時，要對硬件和軟件進行相應的設計。單片機與微機RS-485通信的方框示意圖如圖9-25所示。圖9-27 MAX485芯片接線圖其中RO腳為數(shù)據(jù)輸出腳，它接收RS-485的差模信號VAB，并轉(zhuǎn)換為TTL電平由RO輸出， 腳為RO的使能端，低電平時選通RO，輸出有效。DI腳為數(shù)據(jù)輸入端，它將TTL電平數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為差模信號VAB，并由A、B兩腳輸送出去，DE是DI的使能端，高電平選通DI，數(shù)據(jù)輸出有效。故A、B兩腳既是RS-485信號輸入端，同時也是該信號的輸出端，關鍵是由使能端RE、 的電平來決定。為

22、了控制上的方便，通常將 、DE兩腳連在一起，高電平時DI腳輸入的數(shù)據(jù)有效；低電平時RO腳數(shù)據(jù)輸出有效。從而實現(xiàn)了半雙工的RS-485通信。 MAX485的工作電壓為+5V，靜態(tài)電流約300mA，工作電流隨負載而變，VAB的輸出電壓為-4+4V（實測）。當VAB電壓-0.2或+0.2V時，從RO腳便可以獲得正確的輸出。RERE9.6 微機控制的公共汽車自動報站系統(tǒng) 9.6.1 公共汽車自動報站系統(tǒng)的主要功能 本系統(tǒng)能模仿人完成報站任務。它具有以下功能： （1）可重復性的預報站名、報站名； （2）可設置上、下行路線； （3）音量可調(diào)，站點可調(diào)； （4）同時具有人工報站、自動報站兩種模式，且人工報站

23、具有優(yōu)先功能。 9.6.2 系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖9-30所示。 以8031單片機為核心，有鍵盤顯示、MIC放大、語音電路、模擬開關、音頻功率放大等電路模塊。圖9-30 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖9-33 語音電路原理圖9.6.3 系統(tǒng)的軟件設計系統(tǒng)的軟件主要由鍵盤掃描及顯示程序、各功能鍵程序以及中斷服務程序組成。1. 鍵盤掃描及顯示程序框圖圖9-34 鍵盤、顯示程序框圖2預報鍵功能程序預報鍵和報站鍵功能相似。預報鍵流程圖如右（圖9-35）所示。上行時，上行站號寄存器7DH的內(nèi)容依次加1。 下行時，下行站號寄存器77H的內(nèi)容依次減1。9.7 溫度控制系統(tǒng)的設計過程控制是對生產(chǎn)過程中各種工藝參數(shù)實

24、施的控制，是單片機控制的重要應用領域。溫度控制是最常見的過程控制類型。本節(jié)通過實例說明單片機溫度控制系統(tǒng)的設計方法。實例：設計一個溫室的微機溫度控制系統(tǒng)，具體要求為：（1）溫度為三檔：第一檔為室溫，第二檔為40C，第三檔為50C。要求溫度控制誤差： 2C。（2）升溫由3臺1000W的電爐實現(xiàn)。已知3臺電爐同時工作時，可保證溫室在3min內(nèi)超過60C。（3）要求實時顯示溫室溫度，顯示位數(shù)為3位，即 .C（如40.5C）。（4）當不能保證所要求溫度范圍時，發(fā)出聲光報警信號。（5）對升溫和降溫過程的時間不作要求。9.7.1 系統(tǒng)分析和總體設計1對溫度控制系統(tǒng)的要求分析及對策（1）溫度測量 要有溫度測

25、量電路，被測量為模擬量，要求微機具有相應的通道。（2）溫度控制 溫度控制通過控制 3 臺電爐的通電或斷電來實現(xiàn)，因此需要 3 個開關量輸出通道。（3）溫度給定 由于要求溫度有 3 檔，必須要有相應的給定輸入裝置。（4）溫度顯示 按要求實時顯示溫室的溫度值。（5）報警 當溫度超過要求的范圍時，發(fā)出聲光報警信號。2控制方案的確定對升降溫過渡過程沒有具體要求，對溫度控制精度要求也不高，為了避免涉及過多的自動控制知識，選用繼電控制方式。具體說明如下：（1）第一檔，給定溫度為室溫，切除所有電爐。（2）第二檔，給定溫度為40C，一般情況為1臺電爐工作。如溫度低于39C，增加1臺電爐，如溫度超過41C，則切

26、除1臺電爐。（3）第三檔，給定溫度為50C，一般情況為2臺電爐工作。如溫度低于49C，增加1臺電爐，如溫度超過51C，則切除1臺電爐。（4）按照溫室溫度控制的常規(guī)做法，取采樣周期為30s，每30s進行一次溫度采樣，并改變一次輸出狀態(tài)。 3硬件和軟件功能劃分硬件系統(tǒng)應包括以下電路：（1）測量電路，包括傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換及接口。（2）溫度控制電路，包括開關量輸出和電爐驅(qū)動。（3）溫度給定電路。（4）溫度顯示電路。（5）報警電路。軟件功能應包括：（1）溫度檢測，包括定時采樣和軟件濾波。（2）溫度控制的實現(xiàn)，即根據(jù)溫度給定值和采樣值的大小，決定3臺電爐的通電與斷電，實現(xiàn)溫度控制。（3）利用定時

27、器實現(xiàn)30s定時，以滿足采樣周期的要求。（4）顯示溫度。（5）輸出報警信息。4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)應用系統(tǒng)的要求及軟硬件功能的劃分，初步確定應用系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如下（圖9-36）所示。軟件部分結(jié)構(gòu)見 “軟件設計”。圖9-36 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖9.7.2 硬件設計1微處理器選擇和主機系統(tǒng)設計控制要求不高，故選擇常用的MCS-51系列單片機中的8031作為CPU。片外程序存儲器選用2732，容量為4K8位，估計能留有相當余量。因采集和處理的數(shù)據(jù)不多，估計數(shù)據(jù)存儲器使用片內(nèi)的即能滿足要求。這樣可以畫出主機系統(tǒng)的電路圖，如下（圖9-37）所示。2輸入通道設計只有一個輸入通道，該通道包括溫度傳感器、放大器和

28、A/D轉(zhuǎn)換器。溫度檢測范圍屬于低溫，適用的檢測元件有熱電偶、熱敏電阻、集成溫度傳感器等。采用集成溫度傳感器AD590。這種傳感器是一個雙端元件，其工作溫度范圍為-55+150，要求工作電源為直流+4+30V。它能把溫度信號變?yōu)榕c絕對溫度成比例的電流信號，比例因子為1A/K。其穩(wěn)定性高，線性度好，測溫誤差有1、0.5和0.3幾種等級。除AD590以外，采用運算放大器OP07作為信號放大器、 ADC0809 作為A/D轉(zhuǎn)換器。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，在運放輸出端可得到合適的電壓信號，作為A/D轉(zhuǎn)換器的輸入。電阻R1、R2和電位器RP1、RP2的選擇原

29、則是使運放輸出電壓與被測溫度有一個合適的對應關系。例如，當溫度為0時，調(diào)節(jié)RP1使運放輸出電壓為0；當溫度為60時，調(diào)節(jié)RP2使運放輸出電壓為4.69V。如果0不便實現(xiàn)。也可以在另外一個溫度點上（如室溫）來調(diào)整0V和4.69V經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為00H和F0H（240），這樣對應于1的數(shù)字量為04H，便于進行溫度的標度變換。 3輸出通道設計輸出通道有3條，分別控制3臺電爐的通電和斷電，3條具有相同結(jié)構(gòu)的開關量輸出通道。光電耦合雙向晶閘管驅(qū)動電路如下（圖9-39）所示。4人機通道設計（1）溫度設定電路 溫度設定有 3 檔，可以采用按鈕、轉(zhuǎn)換開關、撥碼盤等來實現(xiàn)。采用BCD碼撥盤，電路如下（圖

30、9-40）所示。利用P1口的高4位作為數(shù)值輸入，這樣P1口就具有輸入和輸出雙重功能。P1.0P1.2作為輸出，控制3臺電爐工作；P1.4P1.7作為輸入，輸入撥盤設定值。（2）溫度顯示電路 采用LED顯示。為了不再擴展并行接口，可以利用串行口的移位寄存器功能，擴展為3位靜態(tài)顯示LED接口電路，如下（圖9-41）所示。圖中P1.3作為輸出控制，當P1.3=1時允許串行口輸出數(shù)據(jù)給移位寄存器；當P1.3=0時串行口不能輸出數(shù)據(jù)，顯示內(nèi)容不變。LED3顯示十位溫度值，LED2顯示個位溫度值。LED1顯示小數(shù)點后一位的溫度值。LED2的小數(shù)點引腳固定接地，使該位小數(shù)點總是亮著。（3）報警電路 報警電路

31、只需一位開關量輸出控制即可。考慮到8031的I/O口線已基本被使用，報警裝置的接口由一位數(shù)據(jù)總線連接三態(tài)鎖存器和驅(qū)動器組成。報警裝置采用蜂鳴器。整個電路如下（圖9-42）所示，該端口地址為BFFFH。 9.7.3 軟件設計1軟件設計的要求（1）溫度檢測 定時啟動ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換，檢測溫度值。采用四點均值濾波法進行軟件濾波，每次測溫都做4次采樣，取其平均值作為該次的溫度檢測值。（2）溫度控制 比較溫度檢測值和設定值，按照總體設計確定的控制規(guī)律，控制P1.0、P1.1、P1.2這3根口線的狀態(tài)。（3）定時 利用MCS-51系列單片機的片內(nèi)定時器T0或T1。進行30s定時，以滿足采樣周期

32、的要求。（4）溫度顯示 在每次檢測溫度后，進行一次顯示更新，將新的溫度檢測值經(jīng)過標度變換后，由串行口輸出給LED。（5）報警 將每次溫度檢測值與設定值作比較。如果其差值超出允許范圍時，從P0.0輸出報警信號，并將程序轉(zhuǎn)入事故處理程序。2軟件總體設計（1）程序結(jié)構(gòu)設計 應用程序結(jié)構(gòu)采用中斷方式，由定時器發(fā)出時中斷申請。主程序進行系統(tǒng)初始化，包括定時器、I/O口和中斷系統(tǒng)的初始化，等待定時中斷。在中斷服務程序中，先判斷是否到30s。若不到30s，返回，若到30s，進行以下操作：撥盤設定值檢測、溫度檢測、標度變換、溫度顯示和溫度控制，并根據(jù)溫度檢測值決定是否報警。因此，可設計出應用程序總體結(jié)構(gòu)如右（

33、圖9-44）所示。（2）程序模塊劃分 在應用程序中，將以下幾個功能程序作為模塊程序： 1）溫度設定輸入。 2）溫度檢測。 3）溫度值標度變換。 4）溫度顯示。 5）溫度控制。 6）報警。3程序模塊設計下面說明溫度檢測和溫度控制這兩個模塊的程序設計。（1）溫度檢測程序 功能是連續(xù)進行4次A/D，求取轉(zhuǎn)換結(jié)果的平均值，存入內(nèi)部50H單元。檢測電路如前面圖9-38所示。A/D轉(zhuǎn)換采用查詢方式。程序流程圖如右（圖9-45）所示。溫度檢測程序清單如下：TADC： MOV 50H，#00H ；清結(jié)果單元 MOV B，#00H ；清寄存器B MOV R6，#04H ；送轉(zhuǎn)換次數(shù) MOV DPTR，#7FFF

34、H ；送ADC地址TT0： MOVX DPTR, A ；啟動ADC NOP NOP JB INT0，$ ；等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 MOVX A, DPTR ；讀ADC結(jié)果 ADD A，50H ；累加轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV 50H，A JNC TT1 INC B ；保存累加進位 TT1： DJNZ R6，TT0 CLR C ；（BA）除以4 XCH A，B RRC A XCH A，B RRC C CLR CXCH A，BRRC AXCH A，BRRC AMOV 50H，A ；4次檢測平均 值送50HRET （2）溫度控制程序 功能是將溫度實測值（存于50H）與設定值（存于51H）作比較，如實測值高于設定值1（注

35、意，此值小于要求誤差2，對應的數(shù)字量為04H），則關閉一臺電爐；如實測值低于設定值，則接通一臺電爐；否則不予調(diào)節(jié)。三臺電爐的接通順序是3#、2#、1#，關閉順序是1#、2#、3#，這樣可以保證電爐的通斷具有相對穩(wěn)定性。流程圖如右（圖9-46 ）。溫度控制程序清單如下：CONT：MOV A，50H ；溫度檢測值送A CLR C SUBB A，51H ；檢測值與設定值比 JC LLT0 ；若檢測值設定值，LLT0 SUBB A，#04H JNC LT1 ；若（檢測值設定值）1，轉(zhuǎn)LT1 RET ；若差值1，返回LT1：JNB P1.0，LT2 ；若1#電爐已關斷，轉(zhuǎn)LT2 CLR P1.0 ；否則關1#電爐 RETLT2：JNB P1.0，LT3 ；若2#電爐已關斷，轉(zhuǎn)LT3 CLR P1.1 ；否則關2#電爐 RET LT3： CLR P1.