dan高溫加熱爐溫度控制器王鈞

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

2、CPU最小系統(tǒng)設計5軟件流程圖及程序設計指導教師評語及成績成績： 指導教師簽字： 年 月 日目 錄第1章 課程設計目的與要求11.1 課程設計目的11.2 課程設計的實驗環(huán)境11.3 課程設計的預備知識11.4 課程設計要求1第2章 課程設計內(nèi)容2第3章 課程設計的考核23.1 課程設計的考核要求23.2 課程性質(zhì)與學分2第4章 設計34.1 系統(tǒng)框圖的設計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 設計總結(jié)20參考文獻21第1章 課程設計目的與要求1.1 課程設計目的“單片機與接口技術”課程設計是在教學及實驗基礎上，對課程所學理論知識的深化和提高。因此，要求學生能綜合應用所學知識，設計與制造出具有較復雜功能的小型單片機系統(tǒng)，并在實踐的基本技能方面進行一次系統(tǒng)的訓練。 能夠較全面地鞏固和應用“單片機”課程中所學的基本理論和基本方法，并初步掌握小型單片機系統(tǒng)設計的基本方法。 培養(yǎng)獨立思考、獨立收集資料、獨立設計規(guī)定功能的單片機系統(tǒng)的能力；培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫技術報告的能力。1.2 課程設計的實驗環(huán)境利用windows操作系統(tǒng)及應用軟件進行繪圖和編程。1.

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

5、0左右，有系統(tǒng)電氣原理圖。第2章 課程設計內(nèi)容設計技術參數(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)及電源設計5軟件流程圖及程序設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)及電源設計5軟件流程圖及程序設計畫原理圖、打印第3章 課程設計的考核3.1 課程設計的考核要求課程設計采用五級(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)與學分單片機與接口

6、技術課程設計的課程性質(zhì)：考查 學分：2第4章 設計41系統(tǒng)框圖的設計單片機數(shù)據(jù)輸出爐溫控制本次設計的熱處理加熱爐溫度控制器是為實驗室電阻爐配備的專門控溫設備，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行預置、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。采用集成運算放大器AD52

7、1進行信號放大，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。溫度控制的設計應考慮如下：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實現(xiàn)無觸點開關控制三組炭棒加熱，同時控制導流風扇驅(qū)動電機。采用光電耦合器4N25進行電氣隔離。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、預置、清除、確認/復位、關加熱、關風扇。鍵盤接口采用通用并行接口芯片8255A進行輸入擴展。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顯示器進行給定溫度和測量溫度顯示，每組4位。LED接口利用8255A進行擴展，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，另一個賀點形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，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時實現(xiàn)中斷申請。本設計采用比較器LM311將集成運算放大器AD521放大后的電壓信號與高精度電源5G1403輸出的1.8V標準電壓進行比較，如果輸出高電平說明溫度超限，此時將啟動單片機INT0中斷。在中斷服務程序中點送出信號。加熱零件采用傳送帶送入加熱爐內(nèi)，傳送帶使用10KW三相異步電動機經(jīng)減速后驅(qū)動。電動機要求實現(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)設計本課設選擇以80C51為內(nèi)核且與80C51單片機引腳和指令完全兼容的ATMEL公

17、司的AT89C51單片機芯片作為該電路設計的主控制芯片。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。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。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的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)標準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，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，還允許在應用系統(tǒng)中實現(xiàn)在線編程，并且還提供了對程序進行三級加密保護的功能。AT89C51的另一個特點是工作速度更高，晶振頻率可高達24MHz，一個機器周期僅500ns，比MCS-51快了一倍。圖8 AT89C5芯片及其引腳最小系統(tǒng)通過擴展一片Intel 8255A實現(xiàn)Intel8255A是一種通用的可編程并行I/O接口芯片，也是應用最廣泛的并行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志和暫存單關顯示清顯示緩沖區(qū)指向A口查段碼 送出段碼設定參數(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主程序流程圖保護現(xiàn)場爐溫采樣送本次越限標志=上限？上限處理上限？xian 限？恢復現(xiàn)場返回清上次越限標志置越限標志=下限？ Y上次越限？下限？計算溢出采補 Y計數(shù)器加1接收數(shù)值P13口輸出越限N次？采補T1初始化接收信號溫度轉(zhuǎn)換標志清零顯示溫度T1中斷？恢復現(xiàn)場返回4.6(2) 總體電路圖圖10 總體