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1、2011届 分类号：单位代码： 毕业设计(论文)基于51单片机炉温控制系统设计姓 名 学 号 年 级 2007 级 专 业 电气工程及其自动化 系（院） 信 息 学 院 指导教师 2011年 4月摘 要随着电子技术的飞速发展，单片机在国民经济生产各行业发挥了重要的作用。它因为集成度高、体积小、运行可靠、应用灵活、价格低、面向控制等特点得到了广大工程技术人员和客户的好评。在温度控制方面，单片机能够代替常规的模拟调节器。本文主要设计了单片机炉温控制系统硬件电路和软件程序。系统具工作可靠、实时性强等特点，满足控制精度的要求。本着在满足系统性能要求的前提下，尽可能的减少硬件成本。本文主要涉及到控制系统
2、的硬件设计和单片机的控制软件编程。本系统选用AD590对炉温进行检测，并且选用 OP07低漂移高精度前置放大器，对信号进行放大。在PCF8951完成数模转换之后，8051单片机对数据进行处理。采用分段方法控制三台电阻炉温度。人机接口电路部分能实现温度设定、温度显示、超温报警等功能。本设计对温度的调节时间不做说明。本文重点介绍硬件的选取与接口电路的设计、模拟量输入通道和开关量输出通道的设计以及相应算法的软件程序编程。关键词：单片机；炉温控制；接口电路 AbstractWith the rapid development of electronic technology,Single-chip p
3、roduction of various sectors in the national economy played an important role. It is because of the high integration, small volume, reliable operation, flexible, low price and application for control of the engineering characteristics of technical staff and customers. In temperature control,SCM can
4、replace conventional analog regulator.This paper designs the temperature control system of microcontroller hardware circuit and software program. With reliable work, real-time system as the control accuracy requirements. Based on system performance requirements in the premise, reduce cost of hardwar
5、e. This paper involves controlling system of hardware design and the SCM control software programming. This system choose AD590 thermocouple to test temperature and choose OP07 low drift of preamplifier to amplifiy signal. In PCF8591 complete digital-to-analog 8051 single chip microcomputer, after p
6、rocessing of data. Segmentation control algorithm of three resistance furnace temperature. Can realize human-machine interface circuit of the temperature setting, temperature display, and overtemperature alarm etc. The design of temperature regulation time to do that. This paper introduces the hardw
7、are design of interface circuit and analog input channel, and channel of switching output corresponding algorithm and the design of software programming.Key words: SCM;Temperature control;Interface circuit目 录第一章 引言1第二章 单片机在炉温控制中的应用22.1 单片机与炉温控制系统22.1.1 单片机在温度控制系统的应用22.1.2 单片机在本设计中应用22.2 炉温控制的发展32.2.
8、1 炉温控制的发展现状与方向32.2.2 炉温控制技术发展趋势3第三章 炉温控制系统总体设计53.1 单片机控制系统设计53.1.1 系统硬件设计53.1.2 系统软件设计5第四章 处理器的选用74.1 MCS-51单片机74.1.1 MCS-51单片机内部结构及引脚74.1.2 MCS-51单片机的复位104.3 单片机炉温控制系统主机系统的设计10第五章 人机接口电路设计115.1 温度设定电路设计115.1.1数字拨码盘115.2 LED显示电路设计115.2.1显示管与单片机的接口设计115.3 报警接口设计125.3.1 警报器12第六章 过程通道设计146.1 模拟量输入通道146
9、.1.1 模拟量输入通道的组成和特点146.1.2模拟量输入通道的设计156.2器件的选择166.2.1放大器的选择166.2.2 传感器的选择166.2.3 模拟开关的选择166.2.4 逐次逼近式ADC176.3开关量输出通道186.3.1开关量输出通道的构成及特点186.3.2 开关量输出通道的设计196.4器件的选择196.41双向可控硅196.4.2光电隔离器的选择20第七章 单片机炉温PID控制系统软件程序设计217.1主程序和中断服务子程序设计217.1.1 主程序设计217.1.2 定时器T0中断服务子程序217.2子程序设计227.2.1 温度检测子程序SAMP设计227.2
10、.2 数字滤波子程序FILTER设计227.2.3 温度控制子程序设计237.2.4 PID子程序设计24总结29参考文献30第一章 引言近几年来，我国的工业信息化程度不断加深，温度已成为工业对象控制中一种重要的参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响发酵、烘烤、煅烧、浓度、蒸馏、挤压成形，空气流动以及结晶等物理和化学过程。温度控制不好就可能引起产品质量和产量，生产安全等一系列问题。特别是在食品，冶金、机械、化工等各类工业中，广泛使用各种热处理炉、加热炉、反应炉等。由于炉子的原理和功能的差异，所采用的加热方法及燃料各不相同，有天然气、油电、煤气等。对于不同工艺要求和生产条件的温度控制，控制
11、方案也有所不同。控制方案有推断控制，直接数字控制（DDC），模糊控制（Fuzzy），预测控制，模糊控制（Fuzzy），专家控制(Expert Control)，鲁棒控制（Robust Control）等。 随着工业技术的突飞猛进，传统的控制方式以不能满足高速度，高精度的控制要求，原有的温度控制方式，如温度控制表温度接触器，存在主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受交流接触器的寿命和仪表本身误差的限制，通断频率很低。如今，随着以微机为核心的温度控制技术不断发展，用微机取代常规控制的方式已成必然，因为它确保了生产过程的正常进行，提高了产品的质量
12、与数量，节约了能源，减轻了工人的劳动强度，并且能够使加热对象的温度按照某种指定规律变化。而且微型计算机在智能温度测量和控制电器中的控制作用是一种智能行为，所以，它具有功耗低的特点和普通仪表温度测量相比，智能温度测量与控制电器是一种节能电器。无论是对广大用户还是对于整个社会来说都具有重大的意义1。本设计通过对基于MCS-51单片机的炉温控制系统的设计来降低劳动强度，提高劳动生产率。同时通过本设计来全面检验大学期间所学的专业知识，提高发现问题，分析问题，解决问题的能力第二章 单片机在炉温控制中的应用2.1 单片机与炉温控制系统2.1.1 单片机在温度控制系统的应用以前，人们是通过模拟仪表对炉温进行
13、控制，采用人工手动操作，依据个人的工作经验和控制系统返回的数据来调节相应的设备，控制效果不太理想，生产也不稳定。从五十年代开始，随着计算机的出现，人们开始在工厂、实验室或其它测试环境中用计算机进行数据采集和处理。单片机凭借其集成度高，运算快速快，体积小、运行可靠，价值低廉的优势，在数据采集、机电一体化、过程控制、智能化仪表、网络技术以及家用电器等方面得到广泛应用，本文主要介绍单片机在炉温控制中的应用。 在工业化生产中，需要有大量的加热设备，如用于熔化金属的坩埚炉、用于热处理的加热炉，以及各种不同用途的反应炉，加热炉，温度控制成为制约工业发展的重要环节。随着计算机技术的不断发展，用于工业生产中炉
14、温控制的微机控制系统更加成熟。实践证明，它具有功能强、精度高，经济性好的特点，无论在提高产品质量还是产品数量，能源环保，还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。2.1.2 单片机在本设计中应用该系统以MCS-51单片机为核心构成一个炉温控制系统，该系统具有对电炉温度的实时控制，定时检测和调节，温度数据显示并打印，存储必要的信息等功能。由外部操作键盘，输入给定数值，进行相应的参数设定，并可以根据需要进行手动、自动之间的切换。本系统主要由单片机应用系统主机板、晶闸管主电路及电气控制、温度检测与信号放大模块、数字控制与同步触发模块等部分组成。单片机应用系统主机板采用模块式结构，功口线和各信号设计
15、成总线形式，应用系统的各部分都通过总线插座方便地与单片机接口。为了更好的便于维护，同时还配备有多个接口。系统运行时，从键盘输入给定值，由微机构成的数字控制器采用模糊控制算法，进行过程控制、控制效果较好。图2-1 单片机炉温控制系统结构图2.2 炉温控制的发展2.2.1 炉温控制的发展现状与方向50年代，由于计算机的出现，人们开始在实验室、工厂或其它条件中使用用计算机进行数据采集和处理。此时的计算机只起到 “离线”的应用，功能较单一，且过程装置和微机之间没有任何物理上的连接。随着计算机技术的进一步发展，提供了过程装置与计算机之间的接口，人们开始用直接连接方法，使计算机与变送器和执行部件之间的信号
16、双向传递无需人工干涉。1962年，英国帝国工业公司安装了Ferranti Argus计算机控制系统，使用计算机自动控制系统代替模拟仪表控制，即模拟技术由数字技术代替，而系统功能保持不变，计算机控制系统应用真正开始，历经多年的发展，到70年代中期，集散控制系统的发展进入快车道，炉温控制在工矿企业中逐步兴起，控制方式也不断改进，算法不断深入 ，整体技术趋于成熟。我国对加热炉生产过程进行计算机控制技术的研究从80年代开始。随着计算机技术、检测设备、电器仪表的提高，90年代初开始我国钢铁企业使用计算机控制温控炉逐渐增多，自动化控制程度不断提高，由于各自使用条件和生产过程的不同，所取得的成效各不相同。目
17、前我国在自动化控制理论方面同外国同行业水平相差不大，但在实际应用上与日本、欧美等计算机技术发达的国家相比较还有很大的差距。从20世纪90年代末国内许多老企业，都对加热炉进行了计算机燃烧控制方面的升级，从国外进口先进的计算机设备，仪表部分采用国产的，整套的进口自动控制设备开始出现在一些大型企业中。2.2.2 炉温控制技术发展趋势随着人工智能概念的提出，炉温控制领域出现了另一条理想的途径就是人工智能化直接监测火焰性能控制燃烧的方法，类似人工烧钢通过观察火焰颜色判断燃烧情况。但是由于钢厂的加热炉非常大，长30、40m以上，宽5m以上，是一个非线性、大惯性延迟的控制系统，钢锭、炉汽、墙壁之间的传热过程
18、是非线性的，非常复杂，影响燃烧控制的不确定因素在诸多方面都存在，到目前还没有理想的解决方案。近年来，随着人工智能理论的不断发展和实用化，以及计算机技术的进步和检测设备、仪表性能的提高，模糊控制、专家系统等技术正在这一领域得到越来越多的应用。量子物理浮点思想以及蒙特卡洛随机思想在自动控制方面也吸引了国内外研究者的目光。第三章 炉温控制系统总体设计3.1 单片机控制系统设计3.1.1 系统硬件设计硬件设计的任务是根据所要达到的控制目的，给出结构框图，然后逐一设计出每一个单元电路，最后组合起来，成为完整的硬件系统。本设计的控制任务为 要求用PID算法控制2台电炉温度，使其保持恒温工作。2台电炉温度由
19、外电路人工设定。 要求实时显示电炉温度，显示位数为4位，即C（例如1000C）。 当不能保证所要求的温度时，即发生超温，极值，和电阻丝损坏等情况时发出报警信号。 要求可实现将电阻炉温度实时打印功能。 对升温和降温过程的时间不做要求。 系统有进一步扩展的需要，输入/输出通道和存储器容量要适当留下余量。图3-1 硬件系统总体结构图3.1.2 系统软件设计由于汇编语言具有占用内存少、执行速度快的特点，所以适合用于实时控制系统。 控制算法是计算机控制系统程序设计中的主要内容，要根据被控制对象的特点，选择合理的控制算法，以达到所要求的控制效果 在程序设计过程中，最基本、最重要的任务就是完成预定的功能，但
20、必须按照系统可靠性的要求。比如要采取一定的抗干扰措施。 根据需要安排统一的存储器空间。 对于各个程序模块，要首先画出程序算法流程图，说明其功能，以便于 在编写子程序时对于出口参数，CPU内部寄存器的占用状况更加明确。 对于程序中的指令应有必要的注释，以便于阅读与使用。图3-2 软件设计总体流程图第四章 处理器的选用4.1 MCS-51单片机4.1.1 MCS-51单片机内部结构及引脚本设计采用MCS-51单片机的8031作为CPU, MCS-51系列单片机有十多个品种，性能各不相同。8051片内除具有运算器和控制器（CPU）外，还包括RAM, ROM, 串行口，48位的并行口和216位定时器/
21、计数器。它是一个功能很强的单片微型计算机，但是因为8051片内为掩膜ROM，它的内部程序不可以被改写，在用于开发和试验的时候不方便。所以如果要在实验调试中使用8051，需在片外扩展可改写的EPROM。目前，市场上使用MCS-51单片机进行产品开发时，由于8031在市场上的价格很低，虽然其片内没有EPROM，但只需在片外扩展一片EPROM就可构成8751，所以使用非常广泛。图4-1 8051单片机内部结构图51系列单片机引脚分配如下图所示。 图4-2 mcs-51单片机引脚图这40个引脚大致可以分为：电源（VCC、VSS、VDD、VPD），时钟（XTAL1、XTAL2），I/O（P0P3），地址
22、总线（P0、P2），数据总线（BUS）和控制总线（ALE、RST、）6大部分。 电源线VSS：引脚号20，电源地线。VCC：引脚号40,芯片的主电源，接+5V。（2）控制总线ALE/：引脚号30，地址锁存有效信号，在它的下降沿用于外部程序存储器的低8位地址锁存，使BUS（P0）分时用作地址总线低8位和数据总线。此信号每机器周期出现2次，只在访问外部数据存储器期间才不输出ALE。所以在任何不使用外部数据存储器的系统中，ALE以1/6振荡频率的固定速率输出，因而它能用作外部时钟或定时器。在8751片内EPROM编程时，此段输入编程脉冲信号（）。：引脚号29，外部程序存储器选择信号，并在外部程序存储
23、器读取指令时产生，指令内容读到数据总线上。此信号在每个机器周期产生2次有效，在执行内部程序存储器取指时无效。RST/VPD：引脚号9，复位输入信号。在振荡器工作时，该引脚上2个机器周期的高电平可实现复位操作。在掉电情况下（VCC降到操作允许限度以下），VPD将为芯片内的RAM提供备用电源。/VDD：引脚号31，访问外部程序存储器控制信号输入端。当为低电平时，单片机都到外部程序存储器取指。当为高电平且PC值小于0FFFH时，CPU执行内部程序存储器程序。在8751片内EPROM编程时，此端为21V编程电源（VDD）输入端。（3）I/O线P0（BUS）：引脚号3239，单片机的双向数据总线和低8位
24、地址总线。在分时操作时，先用作地址总线，在ALE信号的下降沿，地址被锁存，然后作为数据总线；也可以作为双向并行I/O口。在程序校验期间，它用于数据输出。P1：引脚号18，准双向I/O口。在编程校验期间，用于输入低8位地址。P2：引脚号2128，准双向I/O口。在访问外部存储器时，用作高8位地址总线；在作编程校验时，用于输入高8位地址和控制信息。P3：引脚号1017，准双向I/O口。P3的每一根线还有特殊的第二功能，如表4-1示。表4-1 P3口的第二功能引脚第二功能标记第二功能P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2外部中断0输入P3.3 外部中断1输入P3.4T0定时/计数器
25、0外部输入P3.5T1定时/计数器1外部输入P3.6外部数据存储器写选通P3.7外部数据存储器读选通 振荡器和时钟电路XTAL1：引脚号19，内部振荡器外接晶振的一个输入端。在使用外部振荡源时，此端必须接地。XTAL2：引脚号18，内部振荡器外接晶振的另一个输入端。在使用外部振荡源时，此端用于输入外部振荡信号。XTAL2也是内部时钟发生器的输入端。当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。如果单片机是EPROM，在编程其间， 将用于输入编
26、程脉冲。当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。4.1.2 MCS-51单片机的复位复位是单片机的初始化操作，它的主要功能是将程序计数器PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。在实际运行中，由于外界干扰等因素可使
27、单片机的程序陷入跑飞或死循环状态。为摆脱困境，须将单片机进行复位，以重新启动。复位也使单片机退出低功耗工作方式而进入正常工作状态。RST引脚是复位信号的输入端，高电平有效。其有效时间应持续24个振荡周期（即两个机器周期）以上。RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。 8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位。4.3 单片机炉温控制系统主机系统的设计图4-3为主机系统电路设计图。因为这一设计控制功能一般，对控制精度的要求也不高，程序并不复杂。所以选用8031作为CPU，选用2732（4KB）作
28、为EPROM。74LS273作低8位地址锁存器。图4-3主机系统电路设计图第五章 人机接口电路设计5.1 温度设定电路设计5.1.1数字拨码盘本设计采用十进制数输入，BCD码输出的BCD拨码盘。具有简单直观，使用方便的特点，受到广大工作人员的青睐。它有09十个位置，每一位位都有相应的数字标记，用于代表一位十进制数的输入。一片拨盘代表一位十进制数，n片拨码盘并联安装，就可组成n位十进制数。此拨码盘有4根输出线（分别为8、4、2、1。用来输出BCD码）和一根输入线A。当拨码盘拨到不同位置时，4根输出线中的1根或几根就会与输入控制线A相连接，由拨码盘对所输出的数据作出相应的指示。84215.1K*4
29、p1.70p1.61p1.52p1.43U?8031+5图5-1 温度设定电路接线图5.2 LED显示电路设计5.2.1显示管与单片机的接口设计LED数码管由发光二极管组成并封装在一个标准的外壳中，有8字形和米字行两中字形显示，各有共阳极和共阴极两种。发光二极管导通压降为1.2V1.8V、正向工作电流为2mA15mA。在显示驱动方式中，采用动态扫描。当扫描到n1n4公共端时，LED驱动器分别对应输出adp的显示段，LED就能正常显示。在自定制LED显示驱动器芯片中，LPC系列中的P87LPC762单片机芯片具有较好的端口设置与较强的内部功能，因此可以通过编程设置其引脚功能作为LED显示器的驱动
30、芯片。图中8031通过74LS164与共阳极七段LED显示器的接口电路。图中的4个电阻使单片机的输出电平与74LS164的CMOS输入电平相容，74LS164的输出端与LED数码管之间连接有限流电阻图5-2LED数码管的引脚图图52温度显示电路5.3 报警接口设计5.3.1 警报器本设计采用压电式警报器，它主要由压电蜂鸣片、多谐振荡器、共鸣箱及阻抗匹配器、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由集成电路或晶体管构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出频率为1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。图5-3 超限报警电路第六章
31、 过程通道设计过程通道是在生产过程和计算机之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、数字量输入通道、模拟量输出通道和数字量（开关量）输出通道。生产过程的各种参数通过数字量输入或模拟量输入通道送入计算机，经由计算机计算和处理后，将结果通过数字量输出或模拟量输出通道送到生产过程，从而实现对生产过程的控制。目前在炉温控制系统的设计中，大多数厂家对过程通道的设计主要是模拟量输入通道和数字量输出通道的设计。图6-1 过程通道的一般结构6.1 模拟量输入通道6.1.1 模拟量输入通道的组成和特点模拟量输入通道常由多路转换开关、信号调理电路、放大器和模/数转换器等组成。由相应的控制电路与计算
32、机连接。它主要用来把现场的物理信号经过采样、放大、A/D转换等环节转变成数字量，然后送计算机去进一步处理。因为传感器常常是模拟信号输出，而且其输出信号往往比较微弱，转换成计算机要求的电平时，还必须要经过一定量的放大。这样就需要运用一些模拟电路技术。因此，模拟量输入通道常常是一个由数字电路和模拟电路所构成的混杂电路，是计算机功能集成化和传感器集成化的边界区域。当其作为测控系统时，模拟量输入通道要对被测对象拾取必要的原始参量信号作为测控的依据。因此，由传感器输出的次级电信号必须要转换成满足计算机要求的TTL逻辑电子信号。图6-2 模拟量输入通道的组成6.1.2模拟量输入通道的设计模拟量输入通道是计
33、算机控制系统的信号采集通道，从信号的传感、变换到计算机输入，必须考虑信号拾取、信号调节、AD转换、电源配置和防止干扰等问题。模拟量输入通道的设计包括：、通道结构、信号调理、传感器或敏感元件选择、电源配置、抗干扰等。本设计中的模拟量输入通道,即单片机炉温控制系统温度检测和A/D转换电路，为2路输入，由放大器、多路模拟开关、热电偶、A/D转换器、及接口电路组成。图6-3 模拟量输入通道硬件设计图6.2器件的选择6.2.1放大器的选择为方便输入通道中A/D转换所需电平，需要对模拟传感器输出的弱信号加以放大，将信号中的干扰噪声抑制在最低的限度，所以需用低漂移、高增益、低噪声、高输入阻抗和具有很大共模抑
34、制比的直流放大器。此类放大器经常使用的有隔离放大器、测量放大器、可编程放大器。在此设计中一级运放选用OP07，二级运放选用741。其中，OP07的1，7，8端与RW1构成调零电路。前置放大器的输出为mV级信号，再接一级由运放741构成的续接放大器就可将mV级信号放大到需要的幅度，如05V。下面对低噪声高精度运算放大器OP07作以介绍【12】。图6-4 OP07外引线排列与管脚接法6.2.2 传感器的选择传感器为检测元件，对于所感应对象的变化输出相应的信号。然后根据输出信号的不同，传感器大致可分成两类：一类为开关量，如各种感应开关。现已有成品的工业标准集成电路功能模块，如精密温度传感器LM135
35、/LM235/LM335。一类为模拟量输出，如应变片、流量计、热电偶、热电阻及各种气敏元件等；根据在选择传感器时所要注意的事项，如工作范围、环境条件、灵敏度与精度和可靠性。本设计选用高温测量传感器热电偶作为检测元件。下面对热电偶作以介绍【11】。6.2.3 模拟开关的选择多路模拟开关是用来切换模拟电压信号的关键元件。利用多路开关可以将各个信号依次且随机地连接到公用放大器或A/D转换器上。常用的多路开关有：AD7501（单向、8路）、CD4051（双向、8路）、AD7506（单向、16路）、CD4052（单向、差动4路）等。此次设计中，采用型号为CD4051的模拟开关。CD4051有8个单端的通
36、道开关，各个开关的接通与关断受三根二进制的通道选择线控制。输入端INH被禁止用于芯片的扩展，当INH为低电平时，某组A，B，C三个信号组合将对应的通道开关接通，将通道输入端和输出端接通；当INH为高电平时，无论A，B，C为何值，8个通道开关都不通。基于本次设计的电路有2路模拟量，素以可以采用一个CD4051来完成多路开关的功能。CD4051是八通道双向多路开关引脚排列如图图6-5 CD4051引脚排列图6.2.4 逐次逼近式ADC这种ADC精度高，转换速度中等，价格低廉，缺点是抗干扰能力不强，目前广泛应用于各种工业控制中。逐次逼近式ADC转换器是目前种类最多、数量最大、应用最广的ADC器件。它
37、有单片集成和混合集成两种集成电路或模块。本设计中采用了ADC1210转换器来实现模数转换。它是12位逐次逼近型A/D转换器。ADC1210的引脚如图6-6所示。图6-6 ADC1210引脚图因为ADC1210输出锁存器并不是三态的，所以需要经缓冲器接到P0口。由于8031是8位的，12位数据需分两次读取，故用用两个74LS240作为缓冲器。74LS240为三态输出缓冲器，输出有低电平、高电平和高阻抗三种状态。当它的输出非高阻状态时，输出与输入反相。每个74LS240内有两个4位缓冲器。一个的输入端为引脚2，4，6，8，对应的输出引脚为18，16，14，12。为其输出使能端。当=1时，输出为高阻
38、抗，当=0时，输出等于输入的反相另一个4位缓冲器的输入引脚为11，13，15，17，输出为9，7，5，3引脚，是其输出使能端。74LS240的输出电流为24mA。图6-7 ADC1210与单片机8031接口电路6.3开关量输出通道6.3.1开关量输出通道的构成及特点在自动控制系统中，对被控设备的驱动常采用模拟量输出驱动和数字量（开关量）输出驱动两种方式，其中模拟量输出是指其输出信号幅度可变，利用控制算法，使设备在零到满负荷之间运行，时间T内输出所需的能量P；开关量输出与其不同，它是利用控制设备处于开或关状态的时间来运行控制目的。由于开关量输出通道抗干扰能力比较差，当它与接口靠近强电环境的大功率
39、外部设备时，干扰更加严重，必须要采用隔离措施以抑制干扰。图6-8开关量输出通道结构框图6.3.2 开关量输出通道的设计开关量输出通道的设计包括：光电耦合器的选择，通道结构、输出驱动的设计等。本设计的开关量输出通道，即单片机炉温控制系统温度控制电路为2路输出，由数字光电隔离电路和输出驱动电路组成。图6-9开关量输出通道硬件设计图6.4器件的选择6.41双向可控硅双向可控硅具有导通截止特性，利用它的这一特性可以调节输出有效功率，从而使炉温达到理想设定值，实现恒温控制。双向晶闸管也叫三端双向可控硅。双向可控硅在功能上相当于两个单向可控硅反向连接，可控硅如图6-10所示。图6-10三端双向晶闸管这种可
40、控硅具有双向导通功能，其通断状态由控制极G决定。在控制极G上加正脉冲（或负脉冲）可使其正向或反向导通。优点是控制电路简单，不存在反向耐压问题，所以更适合于作为交流无触点开关使用。和大功率场效应管一样，可控硅在与微型机接口时也需要加光电隔离器，触发脉冲电压应大于 4V,脉冲宽度应大于20us。在单片机控制系统中，常用I/O接口和某一位产生触发脉冲。为了提高效率，要求触发脉冲与交流同步。6.4.2光电隔离器的选择选择光电隔离器件可以实现STD总线与数字仪表和被测工业设备之间完全的电隔离以消除公共地线和电源的干扰，从而使计算机系统和工业设备可靠地工作。光电隔离的方法是采用光传递信息进行电气隔离。由于
41、光隔离的电气绝缘性极为良好，并且不易受外界的影响，所以是一种比较理想的隔离方法，这种方法在计算机控制方面广泛的应用。光电隔离器内有发光器件和光敏器件，它们之间有透明的塑料可以让光线通过，光电隔离器的外壳是由金属或不透光的塑料加以封存，以防止外部光线的，尘埃，空气及水的进入在光电隔离器中信息的传送是单方向的，即只能由光器件向光敏器件传送，而不能逆向传送，这样可以有效防止外部的干扰信号通过输出口窜入计算机内部。图6-11光电隔离器的原理图第七章 单片机炉温PID控制系统软件程序设计7.1主程序和中断服务子程序设计7.1.1 主程序设计ORG 0000HAJMP MAIN ；转主程序ORG 0000
42、BHAJMP T0INT ；转定时器T0中断服务子程序ORG 0030HMAIN: MOV SP, #60H ；置堆栈指针MOV P1, #0F0H MOV TMOD, #01H ；T0定时器，方式1MOV TH0, #15H ；置T0时间常数MOV TL0, #0A0HSETB ET0 ；T0开中SETB EASETB TR0 ；T0启动MOV R7, #250 ；置30s计数器初值LM0: AJMP LM0 ；等待T0中断7.1.2 定时器T0中断服务子程序 ORG 0200HT0INT:MOV TH0, #15H ；重置T0时间常数 MOV TL0, #0A0HDJNZ R7, TOR
43、；判30s到否？未到返回MOV R7, #250 ；重置30s计数器初值LCALL TREF ；调用温度设定值检测子程序LCALL TADC ；调用温度检测子程序 LCALL XSCL ；调用标度变换子程序LCALL DISP ；调用刷新显示子程序LCALL PRIN ；调用实时温度打印子程序LCALL CONT ；调用温度控制子程序LCALL ALARM ；调用报警子程序T0R:RET1 ；中断返回上述各子程序均可独立编制程序，相关寄存器应考虑互相衔接。7.2子程序设计7.2.1 温度检测子程序SAMP设计子程序清单如下：SAMP： MOV R0，#2CH MOV R2，#03H MOV DPTR，#03F8HSAM1： MOVX DPTR，A MOV R3，#20HDLY： DJNZ R3，DLYHERE： JB P3.3，HERE MOVX A，DPTR MOV R0，A INC R0 DJNZ R2，SAM1 RET7.2.2 数字滤波子程序FILTER设计数字滤波程序算法很多，此设计采用中值滤波子程序清单如下：FILTER： MOV A，2CH CJNE A，2DH，CMP1 AJMP CMP2CMP1： JNC CMP2 XCH A，2DH XCH A，2CHCMP2： MOV A，2DH CJNE A，2EH，CMP3 MOV 2AH，A RETCMP
