1、哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 題目：題目：加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓姓 名：名： 盧雨生盧雨生 所在系部：所在系部： 電氣自動(dòng)化電氣自動(dòng)化 20112011 年年 4 4 月月 i 摘 要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，電加熱爐的溫度控制技術(shù)日趨成 熟，已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要部分。 本設(shè)計(jì)為基于單片機(jī)的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)，通過控制電阻絲兩端電壓的工作 時(shí)間，來控制電阻絲的輸出平均功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電加熱爐溫度的自動(dòng)控制。系統(tǒng)分 為溫度測(cè)量、a/d轉(zhuǎn)換、單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤操作系統(tǒng)、溫度顯示電路、報(bào)警電路、d/a 轉(zhuǎn)換等若干個(gè)功能模塊。

2、該系統(tǒng)具有硬件成本低，控溫精度較高，可靠性好，抗干擾 能力強(qiáng)等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：電加熱爐；單片機(jī)；溫度控制；固態(tài)繼電器 ii 目 錄 摘 要 .i i 目 錄.ii 第一章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).1 1.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu).1 1.2 預(yù)期達(dá)到的性能指標(biāo).1 1.3 溫度檢測(cè)電路及元器件選擇.2 1.3.1 放大器 ad522 .2 1.3.2 橋式測(cè)量電路設(shè)計(jì) .3 1.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)外圍電路.3 1.4.1 單片機(jī) 8051 .3 1.4.2 電源電路設(shè)計(jì) .4 1.4.3 看門狗電路設(shè)計(jì) .5 1.4.4 系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) .6 1.5 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì).7 1.5.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ad574

3、 .7 1.5.2 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) cd4051 .9 1.6 鍵盤顯示接口技術(shù)及報(bào)警電路.10 1.6.1 8279 的組成及工作原理 .10 1.6.2 管腳功能說明 .12 1.6.3 8279 與鍵盤顯示器的連接 .13 1.6.4 led 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) .14 1.7 溫度控制電路設(shè)計(jì).14 第二章 溫控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).16 2.1 主程序流程圖.16 2.2 鍵盤掃描和譯碼過程的流程圖.17 2.3 通道數(shù)據(jù)采集的流程圖.17 2.4 單片機(jī)主程序流程圖.18 結(jié) 論.20 致 謝.21 參考文獻(xiàn).22 1 第一章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖1-1所示，系

4、統(tǒng)由8051單片機(jī)、溫度檢測(cè)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路、溫度控制電路、8279鍵盤顯示器等組成。爐內(nèi)溫度由熱電阻測(cè)溫元件和 電阻元件構(gòu)成的橋式電路測(cè)量并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送給放大器的輸入端，使信號(hào) 變成0-5v電壓信號(hào)，再經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)cd4051將信號(hào)送入a/d轉(zhuǎn)換器，將此數(shù) 字量經(jīng)過數(shù)字濾波，標(biāo)度轉(zhuǎn)換后，一方面通過led將爐溫顯示出來；另一方面， 將該溫度值與被測(cè)溫度值比較，根據(jù)其偏差值的大小，采用比例微分控制 （pid控制），通過固態(tài)繼電器控溫電路控制電爐絲的加熱功率大小，從而控 制電爐的溫度，使其逐漸趨于給定值且達(dá)到平衡。 1.2 預(yù)期達(dá)到的性能指標(biāo) （1）可測(cè)控的溫度范圍 01000 ； （2

5、）實(shí)時(shí)顯示溫度、越限報(bào)警； （3）控制精度2 ，顯示精度1； （4）實(shí)現(xiàn)一爐多點(diǎn)檢測(cè)，并可擴(kuò)展多爐多點(diǎn)檢測(cè)。 圖 1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2 1.3 溫度檢測(cè)電路及元器件選擇 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)就是溫度檢測(cè)元件的選擇以及測(cè)溫電路 的設(shè)計(jì)。一般測(cè)量電路由測(cè)溫元件、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)放大器等組成。本次 設(shè)計(jì)采用的是pt100型鉑電阻溫度傳感器，因其測(cè)量范圍大，復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性 強(qiáng)等特點(diǎn)而被廣泛使用。放大器則選用單芯片高精度集成ad522。 1.3.1 放大器 ad522 ad522是ad公司推出的高精度數(shù)據(jù)采集放大器，利用它可在惡劣的環(huán)境下 獲得高精度的數(shù)據(jù)。它的線性好，具有較高的共模抑

6、制比、低電壓漂移和低噪 聲的優(yōu)點(diǎn)。 圖 1-2 ad522 芯片 ad522采用14腳dip封裝，圖1-2給出了ad522的引腳排列，表1給出了各引 腳的功能說明。 表 1-1 ad522 芯片引腳功能圖 引腳名稱功能 1+input正輸入端 2r gain增益補(bǔ)償端 3-input輸入端 4null空端 5v-負(fù)電源端 6null空端 7output輸出端 8v+正電源端 9gnd地參考端 3 10nc不接 11ref參考端 12sense補(bǔ)償端 13data guard數(shù)據(jù)保護(hù)端 14r gain增益補(bǔ)償端 1.3.2 橋式測(cè)量電路設(shè)計(jì) 測(cè)量電路由測(cè)溫元件和電阻元件構(gòu)成的，如圖1-3所示，

7、此電路為典型的橋 式測(cè)量電路，可在低電壓、高阻抗、大噪聲的環(huán)境中獲得最佳性能。 圖 1-3 橋式測(cè)量電路 該橋式電路能夠把溫度變化所引起的熱電阻阻值的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送 給放大器的輸入端，由于鉑電阻安裝在內(nèi)，通過長(zhǎng)導(dǎo)線接入控制臺(tái)，為了減少 引線電阻的影響采用三線制接法。 ad522是高精度集成放大器，ad522的第1引腳和第3引腳為信號(hào)差動(dòng)輸入 端；第2、14引腳外接電阻rg用于調(diào)整放大倍數(shù)；第4、6引腳為條零端；第13 引腳為數(shù)據(jù)屏蔽端；第12腳為測(cè)量端；第11腳為參考端；這兩端的電壓差即為 加到負(fù)載上的電壓信號(hào)。使用時(shí)，測(cè)量端與out輸出端（第7腳）在外部相連接， 輸出放大后的信號(hào)。將信

8、號(hào)地與放大器的電源地（第9腳）相連接為放大器的偏 置電流提供通路。 1.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)外圍電路 1.4.1 單片機(jī) 8051 8051有40條引腳。其中有2條主電源引腳，2條外接晶體引腳，4條控制或其 它電源復(fù)用的引腳，32條i/o引腳，如圖1-4所示。 由于8051片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的地址有限，因此需要擴(kuò)展。 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:19-jun-2006sheet of file:d:prev io 11.d dbdrawn by: 1 3 2 14 5 9 11 7 12 46

9、 8 r0 +15v r vcc rg 10 -15v +15v r7 10k out pt 4 本次設(shè)計(jì)擴(kuò)展了8k8位紫外線擦除電可編程只讀存儲(chǔ)器2764和8k8位靜 態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器6264，8051擴(kuò)展如圖1-5所示。 12345678 a b c d 87654321 d c b a title numberrevisionsize a2 date:13-jun-2005sheet of file:c:docum ents and settingsmount-011業(yè)業(yè)業(yè)業(yè).ddbdrawn by: ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 int0

10、 12 int1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 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 p27 28 psen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 8051 outa 0 27 outb0 31 outa 1 26 outb1 30 outa 2 25 outb2 29 outa 3 24 outb3 28 db0

11、12 bd 23 db1 13 db2 14 sl0 32 db3 15 sl1 33 db4 16 sl2 34 db5 17 sl3 35 db6 18 db7 19 rl0 38 rl1 39 irq 4 rl2 1 rl3 2 cs 22 rl4 5 rd 10 rl5 6 wr 11 rl6 7 a0 21 rl7 8 clk 3 shift 36 reset 9 cntl/s 37 8279 1 2 3 4業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) rc 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 圖1-4 8051芯片 圖 1-5 8051 單片機(jī)的外部擴(kuò)展 1.4.2 電源電路設(shè)計(jì) 由于系統(tǒng)用到的電源

12、有5v、12v、15v，普通的5v直流穩(wěn)壓電源已不能夠 滿足要求，所以需要設(shè)計(jì)一種515v電壓可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源電路。 電源電路設(shè)計(jì)依據(jù)電子技術(shù)相關(guān)知識(shí)為基本原理，電路主要由取樣、基準(zhǔn) 電壓、比較放大、調(diào)整四部分組成3。原理框圖如1-6所示。 12345678 a b c d 87654321 d c b a ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 int 0 12 int 1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03

13、36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 8051 d0 3 a7 2 d1 4 a6 5 d2 7 a5 6 d3 8 a4 9 d4 13 a3 12 d5 14 a2 15 d6 17 a1 16 d7 18 a0 19 oe 1 le 11 74ls373 u4 u5 u10 u11 a12 2 a11 23 a10 21 a9 24 a8 25 a7 3 a6 4 a5 5 a4 6 a3 7

14、 a2 8 a1 9 a0 10 cs2 26 d0 11 d1 12 d2 13 d3 14 d4 15 d5 16 d6 17 d7 18 oe 22 6264 cs1 20 we 27 a12 2 a11 23 a10 21 a9 24 a8 25 a7 3 a6 4 a5 5 a4 6 a3 7 a2 8 a1 9 a0 10 ce 20 pgm 27 vpp 1 d0 11 d1 12 d2 13 d3 14 d4 15 d5 16 d6 17 d7 18 oe 22 2764 5 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisions

15、ize b date:5-jun-2006 sheet of file:c:documents and settingsadministrator業(yè)業(yè)pr evio11.ddbdrawn by: 1 2 3 4 c1 200uf r3 res2 t dw 2c m 53 t1 npn r1 res2 r2 r 2k rw c2 470uf 8 a+ u 圖 1-6 電源電路原理框圖 1.4.3 看門狗電路設(shè)計(jì) 在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路可靠的工作，常將rc電路接施密特 電路后再接入單片機(jī)復(fù)位端；或采用專用的復(fù)位電路芯片。max813l是 maxin公司生產(chǎn)的一種體積小、功耗低、性價(jià)比高

16、的帶看門狗和電源監(jiān)控功能 的復(fù)位芯片，其引腳圖如圖1-7，引腳功能如下： （1）：手動(dòng)復(fù)位輸入端，低電平有效。當(dāng)該端輸入低電平保持140ms mr 以上，max813l就輸出復(fù)位信號(hào)。 （2）reset：復(fù)位信號(hào)輸出端。上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生200ms的復(fù)位脈沖（高 電平）；手動(dòng)復(fù)位端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出。 （3）wdi：看門狗輸入端。程序正常運(yùn)行時(shí)，必須在小于1.6s的時(shí)間間隔 內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，以清除芯片內(nèi)部的看門狗定時(shí)器，端 wdo 輸出低電平。 （4）：看門狗信號(hào)輸出端。正常工作時(shí)輸出保持高電平，看門狗輸 wdo 出時(shí)，該端輸出信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健?（5）pf

17、i：電源故障輸入端。當(dāng)該端輸入電壓低于1.25v時(shí)，端輸出 pfo 低電平。 （6）：電源故障輸出端。電源正常時(shí)輸出保持高電平，電源電壓變 pfo 低或掉電時(shí)，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健?（7）vcc：工作電源，接+5v。 （8）gnd：接地端。 6 圖 1-7 max813l 引腳圖 運(yùn)行出現(xiàn)“死機(jī)”時(shí)的自動(dòng)復(fù)位和隨時(shí)的手動(dòng)復(fù)位。 為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)死機(jī)時(shí)自動(dòng)復(fù)位功能，需要在軟件設(shè)計(jì)中，p1.7不斷輸出脈 沖信號(hào)（時(shí)間間隔小于1.6s），如果因某種原因單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)，則p1.7無脈 沖輸出。于max813l與單片機(jī)的連接電路如圖1-8所示，該電路可以實(shí)現(xiàn)上電 復(fù)位，程序是1.6s后在max813l

18、的端輸出低電平，該電平加到 wdo 端，使max813l產(chǎn)生一個(gè)200ms的復(fù)位脈沖輸出，使單片機(jī)有效復(fù)位， wdo 系統(tǒng)重新開始工作。 圖 1-8 單片機(jī)與看門狗電路連接 1.4.4 系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。8051內(nèi)部有一個(gè)高增益反 向放大器，用于構(gòu)成振蕩器，引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入端和 輸出端。在xtal1和xtal2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激 7 振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。見圖1-9。外接晶振時(shí) c1、c2值常選擇為30pf左右；外接陶瓷諧振器時(shí)，c1、c2約為47pf。c1、c2 對(duì)頻率有微

19、調(diào)作用，振蕩頻率范圍是1.212mhz。 內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器實(shí)質(zhì)是一個(gè)二分頻的觸發(fā)器，其輸出信號(hào)是單片機(jī)工作所 需的時(shí)鐘信號(hào)。一般要求，外接的脈沖信號(hào)應(yīng)當(dāng)是高、低電平的持續(xù)時(shí)間大于 20ns，且頻率低于12mhz的方波。這種方式適合于多塊芯片同時(shí)工作，便于同 步。 12345678 a b c d 87654321 d c b a title numberrevisionsize a2 date:13-jun-2005sheet of file:c:docum ents and settingsmount-011業(yè)業(yè)業(yè)業(yè).ddbdrawn by: ea/vp 31 x1 19 x2 18 rese

20、t 9 rd 17 wr 16 int0 12 int1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 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 p27 28 psen 29 ale /p 30 txd 11 rxd 10 8051 12mhz 30pf 30pf 圖 1-9 時(shí)鐘電路 1.5 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集在控制系統(tǒng)中是一個(gè)很重要的環(huán)

21、節(jié)，其性質(zhì)的好壞直接影響控制 的精度，由于本次設(shè)計(jì)要求測(cè)量多點(diǎn)溫度值，所以選擇芯片cd4051為多路轉(zhuǎn)換 開關(guān)，ad574為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 1.5.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ad574 模擬量輸入接口的功能是把工業(yè)生產(chǎn)控制現(xiàn)場(chǎng)送來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成能接 收的數(shù)字信號(hào)。 本次設(shè)計(jì)選用的a/d轉(zhuǎn)換器為ad574。ad574是ad公司生產(chǎn)的12位逐次逼 近型a/d轉(zhuǎn)換芯片，它將a/d轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電壓、時(shí)鐘、比較器、逐次逼近寄 存器以及輸出緩沖存儲(chǔ)器等集成在一塊芯片上，并具有三態(tài)輸出。在一般情況 下，無需加任何外部電路，只要接上+5v及-15v電源，加上模擬輸入，給出啟 8 動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)12位a/d轉(zhuǎn)換。

22、 ad574的主要特性指標(biāo)如下： （1）分辨率 12位； （2）轉(zhuǎn)換時(shí)間 25s； （3）轉(zhuǎn)換精度 2lsb； （4）輸入信號(hào) 單極性或雙極性； （5）電源 +5v及-15v； ad574可由+5v及-15v供電，輸入模擬電壓可以是單極性0至+10v，或者是 雙極性+5v至-5v。輸入電壓極性可由bip off引腳的連接方式而定。單極性輸 入時(shí)bip off接地，雙極性輸入時(shí)應(yīng)懸空或接+5v電源。 在ad574由微處理器控制的情況下，可在初始化程序中將bc端置為高電平， dr端的狀態(tài)由芯片內(nèi)部決定，其初始狀態(tài)也是高電平，此時(shí)輸出總線處于高阻 狀態(tài)。當(dāng)b/c端輸入低電平信號(hào)后，ad574便開始轉(zhuǎn)

23、換。此時(shí)，dr端及輸出端 狀態(tài)不變，經(jīng)25s后轉(zhuǎn)換結(jié)束，dr端變低,延時(shí)500ns后，數(shù)據(jù)線上出現(xiàn)轉(zhuǎn)換后 的數(shù)據(jù)。當(dāng)微處理器取完數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換命令可撤去，b/c置高電平。在b/c變化后 的1.5s，dr線隨之自動(dòng)變高，同時(shí)數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻，一次轉(zhuǎn)換即完成。注意上 次b/c命令撤除與下一次給出新的轉(zhuǎn)換命令之間的時(shí)間間隔不得小于2s，如果 在轉(zhuǎn)換進(jìn)行期間b/c線變高,那么這次轉(zhuǎn)換就停止，而且dr與數(shù)據(jù)線狀態(tài)不變。 a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，a/d轉(zhuǎn)換芯片會(huì)輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，通過cpu讀取轉(zhuǎn)換數(shù) 據(jù)。 圖 1-10 ad547 與 8051 的連接 12345678 a b c d 87654321 d c b

24、a title numberrevisionsize a2 date:2-jun-2005 sheet of file:c:documents and settingsmount-031業(yè) 業(yè)業(yè) 業(yè).ddbdrawn by: ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 int 0 12 int 1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 2

25、2 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 8051 +5v u? not 100 ch -15v +15v dgnd 1 ref-in 10 lsbdb0 16 db1 17 an-gnd 9 db2 18 db3 19 db4 20 bifoff 12 db5 21 db6 22 db7 23 10vspn 13 db8 24 db9 25 20vspn 14 db10 26 msb-11 27 refout 8 status 28 ce 6 cs 3 +vs 7 a0/sc 4 r/

26、c 5 -vs 11 12/8 2 u? ad574a lf398 100k 100k100 -12v +12v 9 1.5.2 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) cd4051 多路轉(zhuǎn)換器又稱多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，多路開關(guān)是用來切換模擬電壓信號(hào)的關(guān)鍵 元件。利用多路開關(guān)可將各個(gè)輸入信號(hào)依次地或隨地連接到公用放大器或a/d 轉(zhuǎn)換器上。其原理圖如圖1-11。 圖 1-11 cd4051 原理圖 cd4051是單端的8通道開關(guān)，有三根二進(jìn)制的控制輸入端和一根禁止輸入 端inh（高電平禁止）。片上有二進(jìn)制譯碼器，可由a、b、c三個(gè)二進(jìn)制信號(hào) 在8個(gè)通道中選擇一個(gè)，使輸入和輸出接通。而當(dāng)inh為高電平時(shí)，不論 a、b、c為何值，8

27、個(gè)通道均不通。通道選擇表如表1.2所示。 cd4051有較寬的數(shù)字和模擬信號(hào)電平，數(shù)字信號(hào)為315v，模擬信號(hào)峰 峰值為15vp-p；當(dāng)vddvee=15v，輸入幅值為15vp-p時(shí)，其導(dǎo)通電阻為 80；當(dāng)vddvee=10v時(shí)，其斷開的漏電流為10pa；靜態(tài)功耗為1w。 為了提高過程參數(shù)的檢測(cè)精度，對(duì)多路開關(guān)提出了較高的要求。理想的多 路開關(guān)其開關(guān)電阻為無窮大，其接通時(shí)的導(dǎo)通電阻為零。此外，還希望切換速 度快、噪音小、壽命長(zhǎng)、工作可靠。 10 表 1.2 cd4051 選通表 1.6 鍵盤顯示接口技術(shù)及報(bào)警電路 8279是一種通用的可編程鍵盤、顯示器接口芯片，能完成鍵盤輸入和顯示 控制的功能

28、，其中鍵盤部分提供掃描工作方式，可連接64個(gè)鍵的矩陣鍵盤，并 具有自動(dòng)消抖和多鍵同時(shí)按下保護(hù)功能。顯示部分則提供了掃描方式的顯示接 口。可與8位或者16位led數(shù)碼管連接。8279用于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，可以大大 提高cpu的效率，并可使接口電路更具有通用性。 1.6.1 8279 的組成及工作原理 8279主要由輸入/輸出控制、數(shù)據(jù)緩沖器、控制與定時(shí)寄存器、掃描計(jì)數(shù)器、 回復(fù)緩沖器、fifo傳感器ram、顯示ram、顯示地址寄存器等電路組成。 下面分別介紹各部分電路的工作原理。 (1)輸入/輸出控制及數(shù)據(jù)緩沖器 數(shù)據(jù)緩沖器足雙向緩沖器，它將內(nèi)部總線和外部總線連通，用于傳送 cpu 和 8279

29、 之間的命令和數(shù)據(jù)。輸入/輸出控制線控制/向各種內(nèi)部寄行器和緩沖器 11 發(fā)送或接受數(shù)據(jù)。cs 是片選信號(hào)，只有當(dāng) cs=0 時(shí)，8279 才被選通，cpu 才 能對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。rd、wr 是來自 cpu 的讀寫控制信號(hào)。 a0 用于區(qū)別 信息的特性，當(dāng) a0=0 時(shí)，表示輸入輸出的信息均為數(shù)據(jù)；當(dāng) a01 時(shí)，表 示輸入/輸出的信息為指令，而輸出的信息是狀態(tài)字。 (2)控制與定時(shí)寄存器及定時(shí)控制 控制與定時(shí)寄存器用來寄存鍵盤和顯示的工作方式以及由cpu編程的其他 操作方式。這些寄存器一旦接收并鎖存送來的命令，就通過譯碼產(chǎn)生相應(yīng)購(gòu)控 制信號(hào)，從而完成相應(yīng)的控制功能。 定時(shí)控制包含基本的計(jì)數(shù)

30、鏈，首級(jí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)可編程的n級(jí)計(jì)數(shù)器，n可 以在231之間由軟件編程，以便從外部時(shí)鐘clk得到內(nèi)部所需的100khz時(shí)鐘。 然后經(jīng)過分頻為鍵盤掃描提供適當(dāng)?shù)闹鹦袙呙桀l率和顯示掃描時(shí)間。 (3)掃描計(jì)數(shù)器 掃描計(jì)數(shù)器有兩種工作方式，按編碼方式工作時(shí)，計(jì)數(shù)器做二進(jìn)制計(jì)數(shù)， 四位計(jì)數(shù)狀態(tài)從掃描線sl0sl3輸出，經(jīng)外部譯碼器譯碼后，為鍵盤和顯示器 提供掃描線。按譯碼方式時(shí)，掃描計(jì)數(shù)器的最低二位被譯碼后，從sl0sl3輸 出，因此sl0sl3提供了4中取1的掃描譯碼。 (4)回復(fù)緩沖器、鍵盤去抖及控制 來自rl0rl3的8根回復(fù)線的回復(fù)信號(hào)，由回復(fù)緩沖器緩沖并鎖存。 在鍵盤工作方式中，回復(fù)線作為行列

31、式鍵盤的行列輸入線。在逐行掃描時(shí)， 回復(fù)線用來搜索每一行列中閉合的鍵，當(dāng)某一鍵閉合時(shí)，去抖電路被置位，延 時(shí)等待10ms后，再檢驗(yàn)該鍵是否繼續(xù)閉和，并將該鍵的地址和附加的移位、控 制狀態(tài)一起形成鍵盤數(shù)據(jù)送入8279內(nèi)部fifo（先進(jìn)先出）存儲(chǔ)器。鍵盤數(shù)據(jù)格 式如表1.3所示。 表 1.3 fifo 存儲(chǔ) 控制和移位d6、d7的狀態(tài)由兩個(gè)獨(dú)立的附加開關(guān)決定而掃描 （d5、d4、d3）和回復(fù)（d2、d1、d0）則是被按鍵置位的數(shù)據(jù)。 d5、d4、d3來自動(dòng)掃描計(jì)數(shù)器，是按下鍵的行列編，而d2、d1、d0則來自列 計(jì)數(shù)器，它們是根據(jù)回復(fù)信號(hào)而確定的列編碼。 在傳感器開關(guān)狀態(tài)矩陣方式中，回復(fù)線的內(nèi)容直

32、接被送往相應(yīng)的傳感器 ram（即fifo存儲(chǔ)器)。在選通輸入方式中，回復(fù)線的內(nèi)容在cntl/stb線的脈 d7d6d5d4d3d2d1d0 控制移位掃描回復(fù) 12 沖上升沿被送入fifo存儲(chǔ)器。 (5)fifo/傳感器及其狀態(tài)寄存器 fifo/傳感器ram是個(gè)雙重功能的88ram。在鍵盤或選通方式工作時(shí)， 它是fifo存儲(chǔ)器，其輸入或讀出遵循先入先出的原則。fifo狀態(tài)寄存器用于存 放fifo的工作狀態(tài)。例如，ram是滿還是空，其中存有多少數(shù)據(jù)，是否操作出 錯(cuò)等。當(dāng)fif0存儲(chǔ)器不空時(shí)，狀態(tài)邏輯將產(chǎn)生irq1信號(hào)向cpu申請(qǐng)中斷。 在傳感器矩陣方式工作時(shí)，這個(gè)存儲(chǔ)器已變?yōu)閭鞲衅鞑皇谴鎯?chǔ)器。它存

33、放 著傳感器矩陣中的每一個(gè)傳感器狀態(tài)。在此方式中，若檢索出傳感器變化， irq信號(hào)變?yōu)楦唠娖剑騝pu申請(qǐng)中斷。 (6)顯示ram和顯示地址寄存器 顯示ram用來存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)，容量為168位。在顯示過程中，存儲(chǔ)的顯 示數(shù)據(jù)輪流從顯示寄行器輸出。顯示寄存器分為a、b兩組，outa03利 outb03可以單獨(dú)送數(shù)，也可以組成一個(gè)8位的字。顯示寄存器的輸比與顯示 掃描配合，不斷從顯示ram中讀出顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)輪流驅(qū)動(dòng)被選中的顯示器件， 以達(dá)到多路復(fù)用的目的，使顯示器件呈現(xiàn)穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。 顯示地址寄存器用來存放由cpu進(jìn)行讀/寫顯示的ram地址，它可以由命令 設(shè)定，也可以設(shè)置成每次讀寫或?qū)懭胫笞詣?dòng)

34、遞減。 1.6.2 管腳功能說明 8279采用40引腳封裝，其管腳如圖1-12所示。 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:10-jun-2005sheet of file:d:program filesdesign explorer 99examplesmydesign.ddbdrawn by: outa0 27 outb0 31 outa1 26 outb1 30 outa2 25 outb2 29 outa3 24 outb3 28 db0 12 bd 23 db1 13 db2 14 sl0 32 d

35、b3 15 sl1 33 db4 16 sl2 34 db5 17 sl3 35 db6 18 db7 19 rl0 38 rl1 39 irq 4 rl2 1 rl3 2 cs 22 rl4 5 rd 10 rl5 6 wr 11 rl6 7 a0 21 rl7 8 clk 3 shift 36 reset 9 cntl/s 37 8279 13 圖 1-12 8279 管腳圖 reset（復(fù)位）：輸入線，當(dāng)reset=1時(shí)，8279復(fù)位，其復(fù)位狀態(tài)為16 個(gè)字符顯示，編碼掃描鍵盤雙鍵鎖定，程序時(shí)鐘編程位31。 （片選）：輸入線，當(dāng)0時(shí)8279被選中，允許cpu對(duì)其讀、寫， cscs 否則被

36、禁止。 a0（數(shù)據(jù)選擇）：輸入線，當(dāng)a0=1時(shí)，cpu寫入數(shù)據(jù)為命令字，讀出數(shù) 據(jù)為狀態(tài)字；a0=0時(shí)cpu讀、寫的字節(jié)均為數(shù)據(jù)。 、（讀、寫信號(hào)）：輸入線，低電平有效，來自cpu的控制信 rdwr 號(hào)，控制8279的讀、寫操作。 irq（中斷請(qǐng)求）：輸出線，高電平有效。 sl0sl3（掃描線）：輸出線，用來掃描鍵盤和顯示器，它們可以編程 設(shè)定為編碼（4中取1）或譯碼輸出（16取1）。 rl0rl3（回復(fù)）線：輸入線，它們是鍵盤或傳感器矩陣的列（或行） 信號(hào)輸入線。 shift（移位信號(hào)）：輸入線，高電平有效。該輸入信號(hào)是8279鍵盤數(shù) 據(jù)的次高位（d6），通常用來擴(kuò)充鍵開關(guān)的功能，可以用做鍵

37、盤上、下檔功能 鍵。在傳感器方式和選通方式中，shift無效。 cntl/stb（控制/選通）：輸入線，高電平有效。 在鍵盤方式工作時(shí)，該輸入信號(hào)是鍵盤數(shù)據(jù)的最高位（d7），通常用來擴(kuò) 充鍵開關(guān)的控制功能，作為控制功能鍵使用。 outa0outa3（a組顯示信號(hào)）：輸入線。 outb0outb3（b組顯示信號(hào)）：輸出線。 這兩組引線都是顯示數(shù)據(jù)輸出線，與多位數(shù)字顯示的掃描線sl0sl3同步。 兩組可以獨(dú)立使用，也可以獨(dú)立使用。 （顯示消隱）：輸出線，低電平有效。該信號(hào)在數(shù)字切換或使用消 bd 隱命令時(shí)，將顯示消隱。 1.6.3 8279 與鍵盤顯示器的連接 8279鍵盤/顯示器擴(kuò)展電路如圖1-

38、13所示。 該電路中，顯示器采用共陰極接法，由驅(qū)動(dòng)器74ls05，7407對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 鍵盤為44矩陣式，采用行掃描對(duì)鍵盤按鍵進(jìn)行查詢，從而調(diào)入相應(yīng)指令。 14 1.6.4 led 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)發(fā)生故障或處于某種緊急狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)能發(fā)出 報(bào)警信號(hào)，本次設(shè)計(jì)采用的是鳴音報(bào)警。 壓電式蜂鳴器約需10ma的驅(qū)動(dòng)電流，因此，可以使用ttl系列集成電路 7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)，如圖1-14所示。 本次設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)器的輸入端接8051的p1.0。當(dāng)p1.0輸出高電平“1”時(shí)， 晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5v電壓而鳴叫；當(dāng)p1.0輸出低電

39、平“0” 時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:15-jun-2005sheet of file:c:documents and settingst imesgmy documentst imes.g業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)timesg.ddbdrawn by: 3.3k 5.6k npn p1.0 at89s51 bel l +5v 圖 1-14 使用三極管作驅(qū)動(dòng)的蜂鳴報(bào)警圖 1.7 溫度控制電路設(shè)計(jì) 通過單片機(jī)控制交流固態(tài)繼電器調(diào)節(jié)負(fù)載的功率而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。 固態(tài)繼電器控溫電

40、路如圖1.15所示，采用z型交流固態(tài)繼電器ssr，實(shí)現(xiàn)零 觸發(fā)交流調(diào)功。ssr內(nèi)設(shè)光電隔離電路，可減少與電網(wǎng)間的相互干擾，這是一 種較先進(jìn)的控制方法。 15 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:19-jun-2006sheet of file:d:prev io 11.d dbdrawn by: 12 u31a 74ls05 555 c1 0.1uf 180k5k +12 1k ac ac ssr c? ca p rs 圖 1-15 溫控電路 mcs51單片機(jī)的p27置1后，再清“0”，得到正脈沖經(jīng)反相后觸

41、發(fā)555芯 片，將有一個(gè)周期正弦波加到電爐絲上。單片機(jī)的p3.1控制555的2腳負(fù)脈沖在 設(shè)定的周期t 內(nèi)出現(xiàn)的個(gè)數(shù)，就可以控制電爐絲的加熱功率。 16 第二章 溫控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分三部分：第一部分為主程序；第二部分為鍵盤中斷 服務(wù)程序；第三部分是定時(shí)采樣及處理程序。 2.1 主程序流程圖 主程序流程圖如圖2-1所示。 17 圖 2-1 主程序流程圖 主程序主要進(jìn)行初始化，分配內(nèi)存單元及設(shè)置定時(shí)器參數(shù)，以便為系統(tǒng)正 常工作創(chuàng)造條件。由于本系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道比較多，而且采樣數(shù)據(jù)為12位，（雙字 節(jié)），加上一些給定值，如溫度上、下限報(bào)警給定值等，所占內(nèi)存單元較多， 故本系統(tǒng)同時(shí)使用內(nèi)部ram和外部ram。主要任務(wù)是開機(jī)復(fù)位自檢，系統(tǒng)初始 化，溫度采樣，數(shù)據(jù)處理，定時(shí)顯示爐溫以及控制量輸出。 2.2 鍵盤掃描和譯碼過程的流程圖 鍵盤掃描顯示主要完成鍵盤的粗掃描，判斷有無鍵按下，以及按下鍵 值的位置，并延時(shí)以消除鍵的抖動(dòng)。 18 圖 2-2 鍵盤掃描及譯碼過程流程圖 2.3 通道數(shù)據(jù)采集的流程圖 數(shù)據(jù)采集是溫度控制不可缺少的部分。數(shù)據(jù)采集程序的主要任務(wù)是巡回檢 測(cè)爐內(nèi)5個(gè)點(diǎn)的溫度參數(shù)，巡回檢測(cè)的方法是先把8個(gè)通道各采樣一次