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1、基于单片机的管式电阻炉温度控制系统设计摘 要本文研究的主要问题是实验室常用的管式电阻炉的温度控制，要实现对电阻炉的温度控制，就需了解这一被控对象的特性，因此又介绍了电阻炉温度特性测试实验的整个过程、测试方案及其处理方法。然后针对电阻炉的特点，利用实验室现有的设备，提出了利用DDZ-III型仪表组合成一套单闭环负反馈的控制系统，通过调节PID调节器的比例系数、积分系数和微分系数来实现对电阻炉温度的控制。管式电阻炉的温度控制系统设计的主要步骤有：第一，对管式电阻炉的温度特性进行研究。第二，应用一定的芯片搭接硬件电路。第三，应用C51语言编程。程序能够实现炉温的模拟、中间变量的显示等。关键词：温度特
2、性测试；管式电阻炉；温度控制；PID参数整定Tubular Resistance Furnace Temperature Control System Design Based On MCUAbstractIn this paper ,the main problem is temperature control of tubular resistance furnace that commonly used in laboratory,it is necessary to achieve resistance furnace temperature control, there was a
3、need to understand the object characteristics, it also introduced a resistance furnace temperature characteristics of the whole process of testing laboratories to test the program and its treatment. For the characteristics of resistance furnace , using the equipment in laboratory, taking a apoint of
4、 making use of DDZ-III-type instrument into a single closed-loop negative feedback control systems, by adjusting the proportion of PID regulator coefficients KP, integral coefficient KI and differential coefficient KD to achieve temperature control of the resistance furnace.The main steps of tubular
5、 resistance furnace temperature control system are: first, the resistance of the tube furnace to study the temperature characteristics. Second, the application of a hardware circuit chip overlap. Third, the application of C51 language programming. Procedures to achieve the temperature of the simulat
6、ion, the middle of the display variables. Key words: Temperature characteristics of the test; tube resistance furnace; temperature control; PID parameter tuning目 录摘 要IAbstractII第一章 概述11.1管式电阻炉简介11.2管式电阻炉的工作原理2第二章 管式电阻炉温度控制系统32.1管式电阻炉系统特性描述32.1.1温度变化曲线及微分方程的简化表示32.1.2对象的特性参数32.1.3由S形温度变化曲线求电阻炉特性参数42.
7、2热电偶工作原理及特性52.2.1热电偶的基本原理52.2.2热电偶冷端温度补偿72.3管式电阻炉控温方式的基本形式82.3.1管式电阻炉系统框图82.3.2二位式控制92.3.3时间比例控制92.3.4比例、积分、微分（PID）控制92.4管式电阻炉温度特性曲线与控制方式的选择11第三章 管式电阻炉系统硬件设计133.1放大电路133.2继电器电路153.3芯片特点153.3.1芯片STC89C52153.3.2 A/D芯片ADC0832193.2.3 LED显示213.3.4 D/A芯片DAC0832233.4 I/V转换电路25第四章管式电阻炉系统软件设计274.1管式电阻炉系统主程序2
8、74.2 A/D转换子程序284.3线性化及标度变换294.4 PID调节器及参数的整定314.4.1抗积分饱和型PID调节器314.4.2 增量型PID运算334.4.3 PID调节器的参数整定方法354.5 键盘程序设计364.5.1键盘扫描子程序364.5.2按键处理子程序374.6 LED显示子程序384.7 D/A转换子程序39第五章 调试过程415.1调试过程的相关介绍41参考文献43附录A44附录B45致 谢53第一章 概述1.1管式电阻炉简介随着现代化生产对温度控制品质要求的日益提高，一些控制精度差且难以管理的老式电阻炉必须用新技术进行改造，其中控制算法研究处于至关重要的地位。
9、现在所说的管式电阻炉温度控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC和DCS为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。从90年代开始，陆续出现了现场总线电阻炉温度控制系统、基于PC的电阻炉温度控制系统等。实验所用管式电阻炉属于单管定碳炉，它以硅碳棒为加热元件。管式电阻炉为周期作业式电炉，可供工矿企业、科研单位、实验室和车间作化学分析、物理测定和热电偶鉴定等加热之用。 温度控制器及镍铬-镍硅电偶(1000)或铂铑-铂电偶(1200), 能对炉膛温度进行测量、指示及自动控制。在本设计中我们使用
10、K型热电偶测量管式电阻炉的温度。结构简介：本次设计选用的管式电阻炉为回转式管式电阻炉，其最高使用温度为1100（）。电炉炉体由角钢、薄钢板构成。炉膛系单节封闭式管型炉，外形呈一横置的圆柱体，炉膛系碳化硅制成长圆体放于炉子内部，两端用轻质耐火粘土制成的炉圈固定，炉膛和炉壳之间填由硅酸铝纤维毡和珍珠岩做保温材料，发热元件制成螺旋形后绕于炉壁之中。炉体由铸铁支撑座支撑旋转钮可进行旋转。控制器由内部分测量、调节控制和电炉电源装置三个部分构成，其中测量和控制由配置的TDW-2001型温度指示调节仪来完成；电炉电源装置由接触器、电流表、电源开头、端子板等元件组成，因此不但能测量温度，而且能自动控制温度在给
11、定范围内。101.2管式电阻炉的工作原理管式电阻炉是电阻炉的一种分类，其工作原理相同。电阻炉是以电流通过导体所产生的焦耳热为热源的电炉。电阻炉以电为热源，通过电热元件将电能转化为热能，在炉内对金属进行加热。电阻炉和火焰比，热效率高，可达5080，热工制度容易控制，劳动条件好，炉体寿命长，适用于要求较严的工件的加热，但耗电费用高。 按传热方式，电阻炉分为辐射式电阻炉和对流式电阻炉。辐射式电阻炉以辐射传热为主，对流传热作用较小；对流式电阻炉以对流传热为主，通常称为空气循环电阻炉，靠热空气进行加热，炉温多低于650。 此外按电热产生方式，电阻炉可分为直接加热和间接加热两种。在直接加热电阻炉中，电流直
12、接通过物料，因电热功率集中在物料本身，所以物料加热很快，适用于要求快速加热的工艺，例如锻造坯料的加热。大部分电阻炉是间接加热电阻炉，其中装有专门用来实现电-热转变的电阻体,称为电热体，由它把热能传给炉中物料。这种电炉炉壳用钢板制成，炉膛砌衬耐火材料，内放物料。最常用的电热体是铁铬铝电热体、镍铬电热体、碳化硅棒和二硅化钼棒。16管式电阻炉温度控制系统的被测对象是实验室中常见的管式电阻炉，被控参数是电阻炉的炉内温度。热电偶作为测温元件来检测炉内温度，控制系统由热电偶温度变送器、常规的PID调节器及角行程的电动执行器等DDZ-型仪表组成。这里之所以采用常规的PID控制，一是因为该方法理论成熟、操作简
13、单、容易掌握、稳态响应特性好，对特性参数不确定的系统特别适用。再有就是要受实验室现有条件的限制，对于精度要求不高的电阻炉温度控制系统，这套设备完全可以实现预定的控制目的。第二章 管式电阻炉温度控制系统2.1管式电阻炉系统特性描述2.1.1温度变化曲线及微分方程的简化表示管式电阻炉是热工设备中较为常见的加热炉之一，它的温度特性描述如下。炉温的微分方程简化表示为 ： （2-1）式中表示炉温，表示阶跃输入的幅值，为时间常数 ，为比例常数。简化后的温度变化曲线 ：图2.1 简化温度变化曲线2.1.2对象的特性参数热工设备在运动方面的特点也可用参数表示，称为对象特性参数。微分方程（2-1）中的参数T与K
14、就是表示运动特性的参数。它是从数学式中推导出来的，故称之为对象特性的导出参数。17将(2-1)求出解并绘出曲线可清楚看出其物理意义，如下图2.2。自动调节领域边界条件永远是0。式（2-1）的解： (2-2)若趋于无穷大，则等于。是阶跃输入的幅值，是常数，下标表示稳定后的数值，故有： (2-3)时间常数表示温度上升过程快慢，由式（2-2）可得：若 ，图2.2 对象特性参数T与K的图解，进入与稳态差5以内，所以3就可为温度上升过程的时间。以0时的最大速度达到稳态值的时间就是，因此可从曲线上的图解得到。2.1.3由S形温度变化曲线求电阻炉特性参数一般实际热工对象测出的温度变化曲线呈S形，只是弯曲的程
15、度不同而已，如下图2.3所示；图2.3 电阻炉对象特性温度变化曲线先确定拐点，点温度上升速度最大，确定时要仔细。由点作切线与线交于点，并由0.632确定点作参考。延长连线于横轴相交于点。就是容量滞后时间，由下式可求得特性参数与。 （2-4） （2-5）其中是阶跃输入量，是常数；是点的速度。或用图解得到与的数值：量出段长度对应的时间就是值。若输入是一单位，即=1，则段对应的高度就是值。2.2热电偶工作原理及特性2.2.1热电偶的基本原理热电偶传感器是目前接触式测温中应用最广的热电式传感器，在工业用温度传感器中占有及其重要的地位。它结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远
16、传。 在该设计中我们选用镍铬镍硅热电偶(K型)，这是一种使用面十分广泛的贱金属热电偶，测温范围是-2701372，热电丝直径一般为1.22.5mm。由于热电极材料具有较好的高温抗氧化性，可在氧化性或中性介质中长时间地测量900以下的温度。K型热电偶具有复现性好产生的热电势大，而且线性好，价格便宜等优点；虽然测量精度偏低，但完全能满足一般工业测量要求。这种热电偶的主要缺点是如果用于还原性介质中，热电极会很快受到腐蚀，在此情况下，只能用于测量500 C以下的温度。它比S型热偶要便宜很多，它的重复性很好，产生的热电势大，约为0.041mV/C，因而灵敏度很高，而且它的线性很好。虽然其测量精度略低，但
17、完全能满足工业测温要求，所以它是工业上最常用的热电偶。7两种不同的导体(或半导体)A、B组成闭合回路时(如图2.4所示)，当A、B相连接的两个接点温度不同时，则在回路中产生一个热电势。这种现象称为热电效应。这两种不同导体(或半导体)的组合称为热电偶，每根单独的导体(或半导体)称为热电极，两个接点中一端称为工作端(也叫测量端和热端)，如图中左端；另一端称为自由端(也称冷端)，如t0端。当热电偶的材料一定时，热电偶的热电势 （2-6）式中，热电偶的热电势； 温度为时的热电势； 温度为时的热电势；图2.4 热电偶当组成热电偶的热电极材料均匀时，其热电势大小与热电极本身助长度和直径无关，只与热电极的成
18、份及两端的温度有关。因此用不同的材料可以做成不同的热电偶，以满足不同温度测量的需要。工业中常用的热电偶有铂铑10铂热电偶(S型)，铂铑30铂铑6热电偶(B型)，镍铬镍硅热电偶(K型)，镍铬铜镍合金热电偶(E型)。22.2.2热电偶冷端温度补偿从热电偶测温基本公式可以看到，热电偶产生的热电势，对某一种热电偶说只与工作端温度和自由端温度有关。 根据国际温标规定，热电偶的分度表是以0作为基准进行分度的，而在实际使用过程中，自由端温度往往不能维持在0，那么工作端温度为时在分度表中所对应的热电势与热电偶实际输出的电势值之间的误差为 -=-+ （2-7） =-=由此可见，差值是自由端温度的函数，因此需要对
19、热电偶自由端温度进行处理。常用的冷端温度补偿方法有补偿导线法，计算修正法，自由端恒温法和补偿电桥法。其补偿电桥如下图所示：图2.5 电桥电路补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因自由端温度变化而引起的热电势的变化值。如（图2.5）所示，电桥r1、r2、r3(均为锰钢电阻)和rcu(铜电阻)组成，串联在热电偶回路中，热电偶自由端与电桥中rcu处于相同温度。当O时，r1r2r3r4l，这时电桥平衡，无电压输出，回路中的电势就是热电偶产生的电势，即为，当变化时，rcu也将改变，于是电桥两端a、b就会输出一个不平衡电压Uab。如选择适当的Rs，可使电桥的输出电压，从而使回路中的总电势仍为，
20、起到了自由端温度的自动补偿。实际补偿电桥一般是按20时电桥平衡设计的，即当20 时，补偿电桥平衡，无电压输出。因此，在使用这种补偿器时，必须把显示仪表的起始点(机械零点)调到20处。2.3管式电阻炉控温方式的基本形式2.3.1管式电阻炉系统框图在该控制系统中管式电阻炉为被控对象，检测元件为K型热电偶，由于热电偶所检测的温度信号为模拟信号，因此必须转换为单片机能接受的数字信号。本次设计中我们使用ADC0832来进行A/D转换。转换后的数字信号送人STC89C52单片机，经单片机运算处理，转换成ROM地址，再经过线性化标度变换计算出实际温度值。此值送4位LED数码管显示。同样，单片机输出的为数字信
21、号，要使记录仪显示结果，就必须把数字量转换为模拟量，该设计中使用DAC0832进行D/A转换。该管式电阻炉温度控制系统的框图如下图2.6所示；10图2.6 管式电阻炉系统框图2.3.2二位式控制这是由手动控温进步到自动控温的原始方式。该控制用传感器（热电偶、热电阻），带开关输出或逻辑输出的仪表，以及固态继电器或交流接触器。当温度低于设定点时，开关自动接通对电炉加热，温度上升到设定点时，开关断开停止加热。这种方式的缺点是明显的：（1）温度设定点，仪表继电器及交流接触器频繁的动作，开关噪声大，寿命短。现在仪表用逻辑电压输出驱动固态继电器有所改善。（2）为了减少开关频繁动作，在设定点将开和关的温度点
22、拉开，形成了一个死区，降低了控温精确度。（3） 电煽有热惰性，其温度在设定点上下波动，如加热功率过大，则波动范围更大。2.3.3时间比例控制为了避免二位式控制温度大幅度波动，于是出现了比例式（P）控制，这是指控制变量（加热功率）与被控温度的偏差成比例的一种控制方式，这种方式在加热过程中，输入的功率大体上等于电炉所需要的功率，以保持温度的稳定。这种控制仪表的输出仍为继电器通断方式，为实现比例控制作用，继电器触点通电时间和周期的比值与温度偏离设定点的偏差成比例。由于继电器触点在比例带内不停的通断，开关寿命有限，故通断周期一般较长，约为20-80s。由于现在仪表发展很快，单独的时间比例仪表已渐淘汰，
23、出现了PID控制方式。2.3.4比例、积分、微分（PID）控制在比例控制（P）系统中，往往会产生温度余差，这时要用“手动在调”机构进行调整，以减少余差。在比例带可调的仪表中，可减小比例带Xr使余差减少。积分（I）作用是仪表的输出为设定值与被测值之偏差对时间的积分。也就是仪表输出功率的变化率正比于温度偏差信号。积分作用能自动实现再调以消除余差，用“积分时间”（再调时间）表示再调作用的强弱。积分时间越小，积分作用越强。比例积分控制，有时达到系统稳定时间较长，调节过程中动态偏差也较大，为此要引入预先调节的超前功能即微分控制。微分控制（D）是使控温仪表的输出，也就是加热功率与温度偏差变化的速度成比例。
24、微分控制主要用以克服炉温变化的滞后，根据偏差变化的倾向，加以补充调节。发生偏差时，先产生过量的校正动作，使调节时间缩短，而且能够稳定。微分控制对阻止炉温波动有很大的稳定效果，当炉温刚刚发生变化时，微分作用就发生一个较强的校正动作，因此又称之为“预调”或“超高调节”。表示微分控制作用的参数是“微分时间”TD , TD越大微分控制作用越强，反之则小。 积分控制和微分控制一般不单独使用，常和比例控制（P）复合成PID控制，也就是比例积分微分控制。其控制作用见图2.7。图2.7 PID控制作用示意图当温度突然降低时，比例作用（P）按照与温度偏差成比例关系使加热功率增加。积分作用以一种与温度偏差成比例的
25、速度来校正输出功率，使加热功率继续增加。微分作用以与温度变化速度成比例关系来校正输出功率的变化。开始使加热功率过量增加，在减少功率。总的效果达到为阻止温度偏差设定值发生了过量校正动作，这是比例微分作用（PD），而满足热平衡所需的最终加热功率则由积分作用使偏差逐渐消除，最后使被控温度保持在设定值。52.4管式电阻炉温度特性曲线与控制方式的选择对管式电阻炉炉丝通电加热，温度特性曲线如下图2.8所示：图中表示对电阻炉通电加热，炉温达到稳定值的过渡过程。由于电炉存在热惰性，温度T的变化将比电压U的阶跃变化滞后一段时间，通常上升曲线呈S形。S形曲线与电炉的热容量有关，热容量愈大，惰性也愈大，滞后时间愈长
26、。S形曲线还与电炉的加热功率是否恰当有关，加热功率过大，则升温曲线陡峭，控制稳定性差。当加热功率过小，则升温曲线平缓。S形曲线还与热电偶等传感器放置的位置和热阻有关。放置距离越大、热阻大，则滞后时间长，控制稳定性差。在S形曲线最大变化率的点上作切线，其上端与时间轴t相交，得出t0和ts。t0即滞后时间，ts为电炉时间常数。t图2.8 温度特性曲线示意图如果曲线S愈明显，说明滞后时间t0愈大，电炉时间ts愈小（即升温速度大），则温度过程的可控性愈困难。根据滞后时间t0和电炉时间常数ts的比值，可以简便地根据表2.1选择适当的控温方式。表2.1 控温方式的参数选择t0/ts控制方式终端执行器0.1
27、0.2二位式控制接触器、固态开关0.20.5时间比例控制接触器、固态开关0.51.0PID控制晶闸管调功（压）器一般滞后时间长，负载变化大而快，而选用比例、积分、微分（PID）控制比较恰当。当t0/ts很小时，也应采用PID控制，以提高系统的稳定性，并改善系统的动态性能。现在具有PID电流输出的仪表及晶闸管调功器已经普及，大多数情况下均选用控温效果良好的PID系统。第三章 管式电阻炉系统硬件设计3.1放大电路由于热电偶信号微弱且变化缓慢，因而要选用漂移及失调极为微小的高精确度放大器作为前置放大器，如选用ICL7650CMOS斩波稳零单片集成运放，它具有极低的输入失调电压(典型值为1uf)；失调
28、电压的温源和长时间漂移也极低，分别为0.01uVC和333nVd。也可选用OP-07超低失调运算放大器作为前置放大器，虽然失调电压和漂移比比ICL7650大，在一般情况下仍能满足热电偶测温仪的测量精确度要求。所以，本设计中采用OP-07作为前置放大器。放大电路硬件连线图见图3.1， 其中LT1025作为热电偶冷端温度补偿器，放大电路为三运放的高共模抑制比放大电路。其中A1、A2为两个性能一致的同相输入通用集成运算放大器，构成平衡对称差动放大输出级，A3构成双端输入单端输出的输出级，用来进一步抑制A1、A2的共模信号，并适应接地负载的需要。通过运算可求得A1、A2的增益为： (3-1)A3的增益
29、也可通过运算求得： (3-2) LT1025是一种微功耗热电偶冷端补偿器，工作电压436 V，工作电流只有80A，0.5的温度补偿精度，可以与标准的热电偶兼容，适合于E，J，K，R，S等不同类型的热电偶的冷端补偿，准确地输出10mV。具有特殊的弓形校正电路，对热电偶的准抛物线测温误差具有校正作用，因此在一个比较宽的范内能准确地对热电偶进行冷端补偿。 LT1025为各种型号的电偶提供4路不同的输出，60.9V（E类），51.7V（J类），40.3V（K，T类）和5.95V（R，S类）。这些不同的系数与热电偶在室温（25）时的温度斜率一致。在测量温度范围内，热电偶由于温度斜率的变化产生一个准抛物线
30、形测温误差。LT1025输出一个类似“弓形”的电压补偿这种误差。其工作原理是LT1025内部把室温时的线性项和25时温度差成正比的二次项相加，保证该器件和具有弓形效应的热电偶配套使用，使得他在一个很宽的温度围内保持足够高的补偿精度。这个输出的数学表达式如下： （3-3）其中：5510-1，系数对于各种不同类型的电偶有不同的系数：E类为6610-1；J类为4810-1；K类为4310-1；R类为1910-1；S类为1910-1；T类为110-1。图3.1 放大电路连线图前置放大器的输出应满足A/D转换器的电平要求。该仪表中，在满量程时A/D转换器的输入电压是5V,要求前置放大器的放大倍数为A=
31、（3-4）选用镍铬镍硅(分度号为K)的热电偶，要求测量范围为4001000,满度1000时的热电势是41.269mv，放大器的放大倍数A1应为 （3-5）3.2继电器电路固态继电器可广泛用于工业、交通、家用电器等领域，实现交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、温度控制、台灯调光、舞台调光等多种功能。 图3.2是过零触发型交流固态继电器(AC-SSR)的内部电路。主要包括输入电路、光电耦合器、过零触发电路、开关电路(包括双向晶闸管)、保护电路(RC吸收网络)。当加上输入信号VI(一般为高电平)、并且交流负载电源电压通过零点时，双向晶闸管被触发，将负载电源接通。固态继电器具有驱动功率小
32、、无触点、噪音低、抗干扰能力强，吸合、释放时间短、寿命长，能与TTL/CMOS电路兼容，可取代传统的电磁继电器。其中单片机输出的PID增量送给继电器，使其导通或者断开来对管式电阻炉的温度进行控制。图3.2 继电器内部结构图3.3芯片特点3.3.1芯片STC89C52STC89C52单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。该STC系列单片机具有如下特点：(1)增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期；(2)工作电压：5.5V3.4V(5V单片机
33、)/3.8V2.0V（3V单片机）；(3)工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080 MHz，实际工作频率可达48 MHz；(4)用户应用程序空间4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字节；(5)片上集成1280字节/512字节 RAM；(6)通用I/O口（32/36个），复位后为：P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）P0口是开漏输出，作为总线扩展时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻；(7)ISP（在系统可编程）/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器/仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可
34、完成一片；(8)EEPROM功能；(9)看门狗；(10)内部集成MAX810专用复位电路（D版本才有），外部晶体20M以下时，可省外部复位电路；(11)共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成两个8位定时器使用；(12)外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；(13)通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；(14)工作温度范围：075/-40+85；(15)封装：PDIP-40,PLCC-44,PQFP-44；该单片机引脚图如下图3.3所示：图3.3 STC89C52单片机引脚图管脚功能： GND：接
35、地 P0口：P0口为一个内部带上拉电阻的8位双向I/O口。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲
36、器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平
37、，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为一些特殊功能口，如表3.1所示，P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。表3.1 特殊功能接口端口管脚备选功能P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2INT0外部中断0P3.3INT1外部中断1P3.4T0定时器0外部输入P3.5T1定时器1外部输入P3.6WR外部数据存储器写选通P3.7RD外部数据存储器读选通：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /Vpp：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储
38、器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.3.2 A/D芯片ADC0832ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。ADC083X是市面上常见的串行模数转换器件系列。ADC0831、ADC0832、ADC0834、AD
39、C0838是具有多路转换开关的8位串行I/O模数转换器，转换速度较高（转换时间32uS），单电源供电，功耗低（15mW），适用于各种便携式智能仪表。ADC0832是8脚双列直插式双通道A/D转换器，能分别对两路模拟信号实现模数转换，可以用在单端输入方式和差分方式下工作。ADC0832采用串行通信方式，通过DI 数据输入端进行通道选择、数据采集及数据传送。8位的分辨率（最高分辨可达256级），可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理
40、器控制变的更加方便。ADC0832 具有以下特点：(1)8位分辨率；(2)双通道A/D转换；(3)输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；(4)5V电源供电时输入电压在05V之间；(5)工作频率为250KHZ，转换时间为32S；(6)一般功耗仅为15mW；(7)8P、14PDIP（双列直插）、PICC多封装；(8)商用级芯片温宽为0C70C，工业级芯片温宽为-40C85C；芯片接口说明：:片选使能端；CH0：模拟输入通道0；CH1：模拟输入通道1，或作为IN+/-使用；GND：芯片参考零电位（地）；DI：数据信号输入，选择通道控制；图3.4 ADC0832引脚图DO：数据信号输出，转换数据输出；
41、CLK：芯片时钟输入：Vcc/VREF:电源输入及参考电压（复用）；ADC0832的工作原理：正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别为、CLK、DO、DI但由于DO端与DI端通信时并未同时使用与单片机的接口是双向的，所以在I/O口资源紧张时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟（CLK）输入端输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第
42、一个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第二、三个脉冲下沉之前DI端应输入两位数据用于选择通道功能。到第三个脉冲的下降之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下降沿开始由DO端输出转换数据最高位Data7，随后每一个脉冲的下降沿DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据Data0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下降沿输出Data0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将置高电平禁用芯片，直接将转换后
43、的数据进行处理就可以了。3.2.3 LED显示LED数码管是单片机控制系统中最常用的显示器件之一，它具有体积小、抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长，工作电压低，功耗小，响应速度快等优点，常用于显示系统的工作状态、系统中某一功能电路，甚至某一输出引脚的电平状态，使人一目了然。此外，LED数码管在单片机系统中，常用到一只到数只，甚至几十只LED数码管显示CPU的处理结果、输入/输出信号状态或大小。LED数码显示器有两种连接方法：共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V,每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。 共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极
44、，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。LED数码显示是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了8个LED发光二极管,其中7个用于显示字符,1个用于显示小数点,故通常称之为7段(也有称作8段)发光二极管数码显示器。其内部结构如图3.5所示。 符号和引脚 共阴极 共阳极图3.5 LED数码管内部结构图依据显示驱动方式的不同,可将LED数码显示驱动电路分为静态显示方式和动态显示方式两种。 静态显示：所谓静态显示,就是在同一时刻只显示1种字符,或者说被显示的字符在同一时刻是稳定不变的。其显示方法比较简单,就是利用锁存器将各显示单元锁定，直到更新显示内容为止。它的优点是软件不必动态扫描，送出段码后可锁存，直到需更改显示字符，软件简单，占用 CPU 时间较少，工作可靠，同时由于始终保持显示而亮度较好。动态显示：在静态显示方式中，显示驱动程序简单，CPU占用率低，但每一位LED数码管需要一个8位锁存器来锁存笔段码，硬件开销大，仅适用于显示位数较少的场合。当需要显示的位数为412位时，多采用按位扫描软件译码的动态
