基于单片机的对加热炉温度控制新版专业系统设计.doc
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1、 本科毕业论文(设计)题 目: 基于单片机对加热炉温度控制系统 二O一 年 6 月 1 日目录摘要- 2 -绪 论- 3 -第1章 单片机对加热炉温度控制简介- 4 -第2章 单片机内部构造及引脚作用简介- 5 -2.1单片机内部模块- 5 -2.1.1 MCS-51单片机内部构造- 5 -2.1.2 主电源引脚- 6 -2.1.3 外接晶体引脚- 6 -2.1.4 MCS-51 输入/输出引脚- 6 -2.1.5 MCS-51控制线- 6 -2.2单片机外总线构造- 7 -2.3 MCS-51单片机系统扩展- 7 -第三章 硬件系统设计- 8 -3.1 总体设计- 8 -3.2 程序存储器扩
2、展- 9 -3.3温控模块设计- 10 -3.4 8155接口电路- 11 -3.4.1 8155简介- 11 -3.4.2 8155RAM和I/O口地址编码- 11 -3.5 A/D转换电路- 12 -3.5.1引脚构造- 13 -3.6 可控硅控制电路- 13 -第四章 软件系统设计- 15 -4.1 主程序- 15 -4.2 T0中断服务程序- 16 -4.3 采样子程序- 18 -4.4 数字滤波程序- 18 -总结- 20 -参照文献- 21 -附录- 22 -程序清单- 22 -基于单片机对加热炉温度控制系统摘要随着国民经济发展,人们需要对各中加热炉中温度进行监测和控制。采用单片机
3、来对她们控制不但具备控制以便,简朴和灵活性大等长处,并且可以大幅度提高被控温度技术指标,从而可以大大提高产品质量和数量。本设计采用无ROM8031作为主控制芯片。8031接口电路有8155、2764。8155用于键盘/LED显示屏接口,2764可作为8031外部ROM存储器。其中温度控制电路是通过可控硅调功器实现。双向可控硅管和加热丝串联接在交流220V,50HZ交流试点回路,在给定周期内,8031只要变化可控硅管接通时间便可变化加热丝功率,以达到调节温度目。核心字:温度控制;接口电路;可控硅Temperature Control System of heating furnace Based
4、 on SCMAbstractAlong with national economy development,the people need to each heating furnace the temperature carry on the monitor and the control. Not only uses the monolithic integrated circuit to come to them to control has the control to be convenient,simple and flexibility big and so on merits
5、,moreover may enhance large scale is accused the temperature technical specification,thus can big enhance the product the quality and quantity.This design uses non-ROM 8031 to take the master control chip. 8031 connection electric circuits have 8155、2764.8155 uses in the keyboard /LED monitor connec
6、tion,2764 may take 8031 exterior ROM memories,one temperature-control circuit is adjusts the merit realization through the silicon-controlled rectifier. The bidirectional silicon-controlled rectifier tube and the heater series connection in exchange 220V,50HZ exchange city electricity return route,i
7、n assigns in the cycle,8031 so long as the change silicon-controlled rectifier tube puts through the time then to be possible to change the heater power,achieves the attemperation the goal.Key words:Temperature control;Connection electric circuit;Silicon-controlled rectifier绪 论温度控制系统在国内各行各业应用虽然已经十分广
8、泛,但从国内生产温度控制器来讲,总体发展水平依然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比,依然有着较大差距。成熟温控产品重要以“点位”控制及常规PID控制器为主,它们只能适应普通温度系统控制,而用于较高控制场合智能化、自适应控制仪表,国内技术还不十提成熟,形成商品化并广泛应用控制仪表较少。随着国内经济发展及加入WTO,国内政府及公司对此都非常注重,对有关公司资源进行了重组,相继建立了某些国家、公司研发中心,开展创新性研究,使国内仪表工业得到了迅速发展。随着新技术不断开发与应用,近年来单片机发展十分迅速,一种以微机应用为主新技术革命浪潮正在蓬勃兴起,单片机应用已经渗入到电力、冶金、化工、建材、机械
9、、食品、石油等各个行业。老式温度采集办法不但费时费力,并且精度差,单片机浮现使得温度采集和数据解决问题可以得到较好解决。温度是工业对象中一种重要被控参数。然而所采用测温元件和测量办法也不相似;产品工艺不同,控制温度精度也不相似。因而对数据采集精度和采用控制办法也不相似。老式控制方式以不能满足高精度,高速度控制规定,如温度控制表温度接触器,其重要缺陷是温度波动范畴大,由于她重要通过控制接触器通断时间比例来达到变化加热功率目,受仪表自身误差和交流接触器寿命限制,通断频率很低。近几年来迅速发展了各种先进温度控制方式,如:PID控制,模糊控制,神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大提高了控制精度,
10、不但使控制变得简便,并且使产品质量更好,减少了产品成本,提高了生产效率。本系统所使用加热器件是电炉丝,功率为三千瓦,规定温度在4001000。静态控制精度为2.43。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具备集成度高,通用性好,功能强,特别是体积小,重量轻,耗能低,可靠性高,抗干扰能力强和使用以便等独特长处,在数字、智能化方面有广泛用途。本系统使用8031单片机,使温度控制大为简便。第1章 单片机对加热炉温度控制简介加热炉是将物料或工件加热设备。按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热解决、表面解决、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等
11、诸多行业领域。加热炉按炉温分布,炉膛沿长度方向可分为预热段、加热段和均热段。单片机温度控制是数字控制系统一种应用。本系统所使用加热炉为电加热炉,炉丝功率为3kw,系统规定炉膛恒温,误差为士2,超调量也许小,温度上升较快且有良好稳定性。单片机温度控制系统是以MS-5l单片机为控制核心,辅以采样反馈电路,驱动电路,晶闸管主电路对电炉炉温进行控制微机控制系统。系统原理框图如图1.1所示,其基本控制原理为:用键盘将温度设定值送入单片机,启动运营后,通过信号采集电路将温度信号采集到后,送到A/D 转换电路将信号转换成数字量送入单片机系统进行PID 控制运算,将控制量输出,控制电阻炉加热。给定值采样电路输
12、出温度被控对象晶闸管主电路驱动电路8031控制电路图1.1 原理框图第2章 单片机内部构造及引脚作用简介单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片机,是指在一块芯片上集成了中央解决器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定期器/计数器、中断控制器及串型和并行I/O接口等部件。单片机重要应用于工业控制领域,用来实现对信号检测、数据采集以及相应用对象控制。它具备体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多长处。单片机是微型计算机一种重要分支,特别合用于智能控制系统。基于经济上考虑,以及本次设计加热炉精度规定,选用8031单片机作为中央
13、解决器。8031是MCS51系列单片机一种型号,在MCS51系列单片机中尚有8051、8032、80C31等。2.1单片机内部模块2.1.1 MCS-51单片机内部构造MCS-51系列单片机构成构造中包括运算器、控制器、片内存储器、4个I/O口、串行图2.1单片机内部构造框图口、定期器/计数器、中断系统、振荡器等功能部件。图2.1中SP是堆栈指针寄存器,PC是程序计数器,PSW是程序状态字寄存器,DPTR是数据指针寄存器。 2.1.2 主电源引脚Vcc(40脚):接+5V电源正端。Vss(20脚):接+5V电源地端。2.1.3 外接晶体引脚XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚):接外部晶振
14、两个引脚。2.1.4 MCS-51 输入/输出引脚MCS-51单片机有4个I/O端口,共32根I/O线,4个端口都是准双向口。每个口都包括一种锁存器,即专用寄存器P0-P3,一种输出驱动器和输入缓冲器。为以便起见,咱们把4个端口和其中锁存器都统称P0-P3。 在访问片外扩展存储器时,低8位地址和数据由P0口分时传送,高8位地址由P2口传送。在无片外扩展存储器系统中,这4个口每一位均可作为双向I/O口使用。P0口:可作为普通I/O口用,但应用系统采用外部总线构造时,它分时作低8位地址和8位双向数据总线用。P1口:每一位均可独立作为I/O口。P2口:可作为普通I/O口用,但应用系统采用外部系统采用
15、总线构造时,它分时作为高8位地址线。 P3口:双功能口。作为第一功能使用时同P1口,每一位均可独立作为I/O口。此外,每一位均具备第二功能,每一位两个功能不能同步使用。2.1.5 MCS-51控制线RST/Vpd(9脚):RST即为RESET,Vpd为备用电源。该引脚为单片机上电复位或掉电保护端。当单片机震荡工作时,该引脚上将浮现持续两个机器周期高电平,这时可实现复位操作,使单片机回答到初始状态。当Vcc发生故障,减少到低电平规定值或掉电时,该引脚上可接备用电源Vpd(+5V)为内部RAM供电,以保证RAM中数据不丢失。ALE/PROG(30脚):地址锁存有效信号输出端。ALE在每个机器周期内
16、输出两个脉冲。在访问片外程序存储器期间,下降沿用于控制锁存P0输出端低八位地址;在不访问片外程序存储器期间,可作为对外输出时钟脉冲或用于定期目。 PSEN(29脚):片外程序存储器选通信号输出端,低电平有效。在从外部程序存储器读取指令或常数期间,每个机器周期内该信号有效两次,并通过数据总线P0口读回指令或常数。在访问片外数据存储器期间,该信号将不浮现。 EA/VPP(31脚): EA为片外程序存储器选通断。该引脚有效(低电平)时,只选用片外程序存储器,否则单片机上电或复位后选用片内程序存储器。对于片内尚有EPROM机型,在编程期间,此引脚用作12V编程电源Vpp输入端。2.2单片机外总线构造微
17、型计算机大多数CPU外部均有单独地址总线、数据总线和控制总线,而MCS51单片机由于受到芯片管脚限制,数据线和地址线(低8位)是复用,并且是I/O口兼用。为了将它们分离开来,以便同单片机之外芯片对的地相连,经常在单片机外部加地址锁存器来构成与普通CPU相类似三总线,如图2.2所示。图2.22.3 MCS-51单片机系统扩展普通状况下,采用MCS-51系列单片机最小系统只能用于某些很简朴应用场合,在此状况下直接使用单片机内部存储器、数据存储器、定期功能、中断功能、I/O端口等,构成应用系统成本较低。单片机系统扩展办法有并行扩展法和串行扩展法两种。并行扩展法是运用单片机三种线(AB、DB、CB)进
18、行系统扩展;串行扩展法是运用SPI三线总线或I2C双总线串行系统扩展。但是,普通串行接口器件速度慢,在需要高速应用场合,还是并行扩展法占主导地位。第三章 硬件系统设计3.1 总体设计系统控制主电路是由8031及其外围芯片,及某些辅助某些构成。如图3.1所示。803174Ls3732764过零信号发生器8155ADC0809传感检测电路温控电路电炉键盘与显示图3.1 总体设计原理图3.2 程序存储器扩展8031片内不带ROM,采用8031芯片时,须扩展程序存储器。用作程序存储器芯片重要有EPROM和EEPROM。由于EPROM价格低廉、性能可靠,因此本次设计用EPROM.EPROM是紫外线可擦除
19、电可编程半导体只读存储器,掉电后信息不会丢失。EPROM中程序普通通过专门编程器可写入。惯用EPROM芯片重要有:2716、2732、2764、27128、27256等。扩展程序存储器时,普通扩展容量不不大于256字节,因而,除了由P0口提供低8位地址线外,还需由P2口提供若干地址线,最大扩展范畴位64K字节,即需16位地址线。详细办法是CPU应向EPROM提供三种信号线。即A:数据总线:P0口接EPROMO0-O7。B:地址总线:P0口经锁存器向EPROM提供地址低8位,P2口提供高8位地址以及片选线。C:控制总线:PSEN片外程序存储器取指令控制信号,接EPROMOE,ALE接锁存器G。E
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