工业加热炉温度控制新版专业系统设计.doc

0引 言
在科学技术日新月异今天，工艺精度、产品质量提高对于工业加热炉温度控制系统规定日益增强。对工业加热炉工作进行监视及报警，温度值是加热炉随着加热需要随时变化进行控制重要参数。但当前国内绝大多数工业还是采用加湿机等设备通过人工来控制加热炉温度，很难达到最佳控制效果，同步也无法进行温度数据自动记录与时事管理。因而，工业加热炉温度自动控制系统取代人工完毕成为了一种刻不容缓需要，工业加热炉温度自动控制系统也是在这种需求驱动下被开发和实现，并且达到了温度控制、声音报警规定。
由于工业加热炉温度控制系统和报警自动监控器系统均采用电能作能源，因而可以通过对输入功率控制，达到对温度、声音报警控制。运用简朴单片机芯片组实现系统控制功能，可以实现并满足系统需要，又在经济上节约了支出，避免了系统小功能挥霍现象。
通过进一步调查和认真分析本系统是一种二级计算机测控系统。现场计算机承担各个加热炉温度实时检测与控制以及报警监视和报警任务。控制中心位于中央控制室，负责对现场计算机工作进行管理，完毕实时数据收集、显示系统、打印报表以及对现场计算机工作状态和温度给定值设立等工作。位于车间工作人员值班室值班机上，平时作为电子表运营。当报警发生时，值班机能以声、显示数据等报警形势批示出报警加热炉。且当控制总台关机时，值班机能自动上升为主机代替上位机接管通讯系统向控制器发出报警查询控制字。由于单片机使用，现场计算机任务也由单片机控制系统人机接口某些来完毕，再通过模数转换通道某些实现对系统精准控制，最后采用8051单片机为主解决芯片实现对系统进行控制解决。

1 工业加热炉温度控制系统
1.1 温度控制系统简介
1.1.1 选题背景
温度是工业生产中常用工艺参数之一，任何物理变化和化学反映过程都与温度密切有关，因而温度控制是生产自动化重要任务。对于不同生产状况和工艺规定下温度控制，所采用加热方式、燃料、控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用各种加热炉、热解决炉、反映炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等；控制方案有直接数字控制（DDC）、推断控制、预测控制、模糊控制、专家控制、鲁棒控制、推理控制等。
温度是工业控制中重要被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具备举足重轻作用。随着电子技术和微型计算机迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速发展和广泛应用。单片机具备解决能强、运营速度快、功耗低等长处，并且控制简朴以便、测量范畴广、精度较高。
工业加热炉特点有：
1） 炉热惯性大
2） 温度变化迟缓
3） 滞后状况严重
4） 时变性
因此当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学办法建立精准模型和拟定参数，应用老式控制理论和办法难以达到抱负控制效果，因此这就迫切规定咱们工业加热炉温度控制技术得到提高。
　1.1.2 选题意义
随着集成电路技术发展，单片微型计算机功能也不断增强，许多高性能新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等长处，称为自动化和各个测控领域中广泛应用器件，在工业生产中称为必不可少器件，特别是在寻常生活中发挥作用也越来越大。在温度控制系统中，单片机更是起到了不可代替核心作用。
同样咱们在这次设计中也运用了计算机软件作用。在第二章将详细简介硬件选取和特性，在第三章里将简介控制器设计原理，在第四章里简介工业加热炉软件设计过程，并用汇编语言将其编制。
1.2 温度控制系统功能简介
1.2.1 系统模块
在工业生产中，对温度控制系统规定重要是保证炉温按规定温度工艺曲线变化、超调小或者无超调、稳定性好、不振荡，但对系统迅速性规定不高。因此在本次设计中将有如下重要模块：
1） 温度检测模块
2） 温度信号变换模块
3） 温度显示模块
4） 温度控制模块
5） 报警装置
在普通状况下，CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口等），可以构成一台可以工作计算机。有些单片机中除了上述部份外，还集成了其他部份如A/D、D/A等。例如在本设计系统中，采用了许多附加控制驱动电路芯片来达到上述模块功能。
1.2.2温度控制系统原理分析
在工业生产中，对温度控制系统规定重要是保证炉温按规定温度工艺曲线变化、超调小或者无超调、稳定性好、不振荡， 至于系统迅速性规定则不高。如下浅析温度控制系统设计过程及其实现办法。热电偶将炉温变换为模仿电压信号，经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器，信号放大为0～5 V 后送模/ 数转换器转换为数字量送往单片机。同步，热电偶冷端温度也由温度传感器变为电压信号，经放大和转换后送给单片机。标度变换限度依照温度检测值求得实际炉温。数字调节器程序依照恒温给定值偏差，按预定PID 控制算法得到输出控制量。数字触发器程序依照控制电阻炉子导通时间，从而调节炉温变化使之与给定恒温值一致。显示与恒温判断程序完毕炉温与恒温时间显示、恒温开始与恒温完毕鉴别、恒温完毕时给出声光批示信号。断偶判断程序依照温度检测值判断温度传感与否开路；若开路，则给出断偶报警信号。
本次设计工业炉温控制系统是采用单片机8051为核心自动控制系统，其控制原理如下图：

图1-1 温度控制系统控制原理图
Fig 1 - 1 temperature control system control scheme
1.3 温度控制系统设计规定
在工业生产过程中，稳定性是保证控制系统正常工作先决条件。一种稳定性好控制系统，其被控量偏离盼望值初始偏差应随时间增长逐渐减小并趋于零。为了较好完毕控制任务，控制系统仅仅满足稳定性规定是不够，还必要对其过渡过程形式和快慢提出规定。因而，对控制系统过渡过程时间（即迅速性）普通均有详细规定。在抱负状况下，当过渡过程结束后，被控量达到稳定值（即平衡状态）应与盼望值一致。但事实上，由于系统构造，外作用形式以及摩擦、间隙等非线性因素影响，被控量稳态值与盼望值之间会有误差存在，称为稳态误差。稳态误差是衡量控制系统精度重要标志，在技术指标中普通均有详细规定。因此稳定性、迅速性和精确性，即稳、准、快是工业加热炉温度控制系统必要满足规定。
结合工业加热炉详细工艺规定即加热炉炉内温度从室温开始自由升温，当温度一旦到达正常工作温度最低限值时，就进入系统调节；当温度到达正常工作温度时就进入保温段。要始终保证在系统控制之下，保证所需炉内温度精度。加工结束，要进行降温控制。保温阶段时间由工艺规定来决定。在保温时间里，当温度高于正常工作温度最高限值或低于正常工作温度最低限值时要及时报警，在升温和降温阶段也要进行控制，使炉内温度按照预定曲线斜率升降、保证系统有充分时间过渡、保证设备和工作人员安全。
综上所述，本次设计系统所要完毕功能如下：
1）本系统所检测温度范畴为300～1000摄氏度，当温度超过上限和低于下限时，发出报警，其持续鸣音30MS，并通过P1.4送出低电平，经光电耦合后通过晶闸管驱动自动喷洒水设备并监测湿度值。为了保证数据可靠性，定期启动ADC0809进行A/D转换，以检测温度值。
为了温度控制实现，即依照温度给定值和采样值大小决定驱动加热炉加热过程控制，即实现对温度控制。
2）系统运用MCS-51系列单片机片内定期器T0，对温度进行10S定期，以满足对温度采样周期规定。在每次检测温度之后，进行一次温度显示更新，即将新温度值通过标度变换后由键盘、显示屏接口芯片8279输出给LED显示屏。

2 工业加热炉温度控制系统硬件设计
本系统采用上下位控制，下位机采用工业控制计算机，即现场控制计算机，它重要用于过程测量、控制、数据采集等工作，同步它具备可靠性高、实时性好、环境适应性强等诸多长处；上位采用可编程控制器，它是一种以微解决器为核心，带有指令储存器和输入、输出接口，将自动化技术和计算机技术融为一体新型工业控制装置，即总台控制中心。
温度控制系统是运用下位机设立温度上下限、实时温度采集再传播到上位机。以达到对温度比较、控制。本设计采用MCS51单片机为重要硬件，并设计了相应复位电路，振荡器和时钟电路。为实现设计目此设计还设计了涉及温度采集、温度显示、系统控制、串口通信等外围电路。并且对所设计电路给出了相应软件设计，涉及定期器初始化、串行口初始化和数据传播等程序。以简朴阐明了温度控制系统工作原理。
2.1 硬件功能
依照本次设计工业加热炉温度控制系统工艺规定，将系统硬件分为一下几种某些：
1）温度检测电路，涉及热电偶传感器、放大器等某些。热电偶传感器具备价廉、精度高、构造简朴、测量范畴宽(普通从- 50～ + 1600 ℃) 及反映迅速长处。热电偶传感器输出电压信号较为薄弱(只有几毫伏到几十毫伏) ，因而在进行A/ D 转换之前必要进行信号调理，由高放大倍数电路将它放大到A/ D 转换器普通所规定伏特级电平。
2）温度采集电路，对温度检测电路传送过来温度进行时事采集，并传送给中央解决器。
3）温度控制驱动电路，重要用于变化炉内温度，使其达到控制目。从而符合工艺规定。
4）温度初始化电路，对系统进行初始化操作。重要涉及控制键盘。
5）温度显示电路，对温度值进行显示。
6）报警电路，当炉内温度低于最低限度温度或高于最高限度温度时进行报警。从而更好控制炉内温度。
2.2 系统硬件方框图
依照工业加热炉工作工艺规定本次设计采用惯用MCS-51系列单片机中8051作为CPU，数据存储器为6264，其容量为8K8位。所采用A∕D转换器选用ADC0809，温度、湿度显示采用LED显示。为了不间断监视程序循环动作时间，若发现时间超过设定期间，则系统陷入了“死循环”，因此采用了“看门狗”技术。加热炉温度控制系统硬件构造，如图2-1所示：

图2-1加热炉温度控制系统硬件构造
Fig 2-1 heating furnace temperature control system hardware architecture
2.3 加热炉温度控制系统硬件电路设计
随着电子计算机技术特别是微机技术迅猛发展和当代控制系统理论进步，以单片机为主芯片广泛应用。工业加热炉温度控制系统控制精度有了很大提高，在软件配合下，能自动精确对加热炉内温度进行监测与控制。这里简要对各个芯片及其功能进行分析。
2.3.1加热炉温度控制系统CPU及扩展电路设计
CPU性能分析
MCS-51系列单片机是Intel高档8位机，是在MCS-48系列基本上发展而成，也是国内当前应用最广泛一种单片机。它涉及8031、8051和8751这几种芯片。它们之间区别仅在于片内存储器，8031片内无程序存器，8051片4KBROM，8751片内有4KBEPROM；其他构造性能相似。
 8051内置1个8位微解决器CPU、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定期/计数器和5个两级中断源、2个优先级中断嵌套构造，一种全双工串行通信端口，特殊功能寄存器以及一种钟振荡器和时钟电路。
此外，8051还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选取空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU，而RAM定期器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同步停止芯片内其他功能。
8051引脚图如下：

图2-2 8051引脚图
Fig 2-2 8051 pins charts
1） 输入输出引脚P0、P1、P2、P3（共32根）
P0口（39～32脚）有三个功能：
a）外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中D0~D7为数据总线接口）
b）外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中A0~A7为地址总线接口）
c）不扩展时，可做普通I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1口（1～8脚）是8位准双静态I/O端口。
P2口（21～28脚）有两个功能：
a）扩展外部存储器时，当作扩展电路高8位地址总线使用 ，送出高8位地址；
b）是8位准双向I/O端口，其内部有上拉电阻；
P3口（10～17脚）有两个功能：
除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），尚有某些特殊功能，由特殊寄存器来设立. P3口第二功能见下表2-1.
2) 电源引脚和
a）（40脚）：电源端，接+5V。
b）(20脚)：接+5V电源地。
表2-1 P3口第二功能
Tab 2-1 P3 mouth of the second function
位线
引脚
第二功能
P3.0 10 RXD(串行输入口)
P3.1 11 TXD（串行输出口）
P3.2 12 （外部中断0）
P3.3 13 （外部中断1）
P3.4 14 T0（定期器0计数输入）
P3.5 15 TI（定期器1计数输入）
P3.6 16 （外部数据存贮器写脉冲）
P3.7 17 外部数据存贮器读脉冲）
3) 外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
a）XTAL1（19脚）：片内反向放大器输入端，接外部晶振一种引脚。当单片机采用外部时钟信号时，此引脚应接地。
b）XTAL2（18脚）：片内外反相放大器输出端，接外部晶振另一种引脚。但单片机采用外部时钟信号时，外部信号引脚接入。
在本系统使用是内部时钟，MCS-51单片机内部有一种用于构成振荡器高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器输入端。在XTAL1和XTAL2两端跨接一种片外石英晶体或陶瓷谐振器就构成了稳定自激振荡器。这种方式称为内部时钟方式。外接石英晶体时，电容 C1和C2值常选取为30PF左右陶瓷谐振器时，C1和C2值为47PF，接入电容 C1和C2有助于振荡器起振，对频率有微调作用，振荡步态经由石英晶体谐 振频率拟定。普通振荡频率荡围是1.2～12MHZ，为了减少寄生电容，保证振荡器稳定可靠地工作，石英晶体或陶瓷谐振器和电容也许安装得与单片机芯片接近。
时钟电路是一种二分频触发电路，它将振荡器信号频率进行二分频，向芯片内提供一种二节拍信号，在每个时钟周期前半周期内，节拍1使信号P1有效，在每个时钟周期后半周期内，节拍2使信号P2有效。
4) 控制或其她电源复用引脚
a）RST/VPD（9脚）：复位信号输入端。掉电后，此引脚可接备用电源，以保持内
部RAM数据不丢失。当输入信号持续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完毕单片机复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器0000H单元读取第一条指令码。
b）ALE/（30脚）：地址锁存容许端。当单片机访问外部存储器时，该引脚输出信号用于锁存P0端口送出低8位地址。其输出信号频率为时钟振荡频率1/6（即6分频）。
c）（29脚）：外部程序存储器读选通信号输出端，或称为片外取指信号输出端。在从外部程序存储器取指令期间，在每个机器周期两次有效，其频率为振荡频率1/6；但若此期间有访问外部数据存储器，则两次有效信号将不浮现。在读外部ROM时低电平有效，以实现外部ROM单元读操作。
d）/（31脚）：当其保持低电平时，单片机只访问外部程序存储器，而不论片内与否有程序存储器。
8051内部CPU是一种字长为8位中央解决单元，也就是说它对数据解决是按字节为单位进行。和微型计算机CPU类似，8051内部CPU也是由运算器（ALU）、控制器（定期控制部件等）和专用寄存器组3个某些电路构成。
运算器
8051算术逻辑部件ALU是一种性能极强运算器，它既可以进行加、减、乘、除四则运算，也可以进行与、或、非、异或等逻辑运算，有数据传送、移位、判断和程序转移等功能，同步尚有独特位解决功能，如置位、清0、取反、转移、检测等。8051ALU为顾客提供了丰富指令系统和极快指令执行速度，如振荡器频率为12MHz状况下，大某些指令执行时间为1us，乘法指令可达4us.
8051ALU由一种加法器、两个8位暂存器（TMP1和TMP2）和一种性能卓著布尔解决器构成。虽然TMP1和TMP2对顾客并不开放，但也可用来为加法器和布尔解决器暂存两个8位二进制操作数。
归纳其特点有如下：
在B寄存器配合下，能完毕乘法与除法操作；可进行各种内容互换操作；比较判断操作；有教强位操作功能。
定期控制器
定期控制部件起着控制器作用，由定期控制逻辑、指令寄存器IR、指令译码器ID和振荡器OSC等电路构成。
专用寄存器组
专用寄存器组重要用来批示当前要执行指令内存地址、存储操作数和批示指令执行后状态等。它是任何一台计算机CPU不可缺少构成部件，其寄存器数目因机器型号不同而异。专用寄存器组重要涉及计数器PC、累加器A、程序状态寄存器PSW、堆栈批示器SP、数据指针DPTR和通用寄存器B等。
振荡器
MCS-51单片机片内设有一种高增益反向放大器，通过XTAL1和XTAL2外接作为反馈元件晶体振荡器后便成为自激振荡器。XTAL1和XTAL2分别为振荡电路输入端和输出端，时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。
采用内部方式时，在XTAL1和XTAL2引脚上接石英晶体和微调电容可以构成振荡器，如图2-3（a）所示。图中C1、C2起稳定振荡器、迅速起振作用，其容值普通在5pF～30 pF。如外接陶瓷谐振器，C1、C2典型值为47 pF。内部振荡器方式所得时钟信号比较稳定，合用电路中使用较多。震荡频率选取范畴为1MHz～12MHz。
外部振荡方式就是把外部已有时钟信号引入单片机内。这种方式合用于使单片机时钟与外部信号保持同步。图2-3（b）是外部振荡方式电路接法。

图2-3（a）单片机时钟内部振荡电路
Fig 2-3 (a) SCM internal clock oscillator circuit
MCS-51单片机存储器有有片内和片外之分。片内存储器集成在芯片内部；片外存储器又称外部存储器，是专门存储器芯片，需要通过打印制电路板上三总线和MCS-51连接。片外和片内存储器中，又有ROM和RAM之分。
因而MCS-51单片机存储器在物理构造上有4个存储空间：片内数据存储器、片外
数据存储器、片内程序存储器、片外程序存储器。对8051来说，片内有256B数据存储器及4KB程序存储器。

图2-3（b）单片机时钟外部振荡电路
Fig 2-3 (b) MCU clock external shocks circuit
1) 程序存储器 
程序存储器用于存储编写好程序或常数。EA引脚接高电平，即可从内部程序存储器中（4KB）读取指令，超过4KB后，CPU自动转向外部ROM执行程序；EA引脚接低电平，则所有读取指令操作均在外部ROM中。读取程序存储器中常数表格用MOVC指令。
程序存储器寻址空间为64KB，其中有7个单元具备特殊功能（中断入口地址），见下表2-2。
表2-2 程序存储器特殊功能地址列表
Tab.2-2 formality storage function address list
地址
事件名称
0000H
系统复位
0003H
外部中断0
000BH
定期器0溢出中断
0013H
外部中断1
001BH
定期器1溢出中断
0023H
串行口中断
00H，因而系统必要从0000H单元开始取指令执行程序。普通在该单元中存入一条跳
转指令，而顾客设计程序从跳转后地址开始存储。
2) 数据存储器
数据存储器分为外部数据存储器和内部数据存储器。访问内部数据存储器用MOV指令，访问外部数据存储器用MOVX指令。
8051内部数据存储器提成2块：00H~7FH和80H~FFH。后128B用作特殊功能寄存器（SFR）空间，21个特殊功能寄存器离散分布在80H~FFH地址空间内。
3） 位存储器
20H～2FH16个单元为位寻址区，每个单元8位，共128位，其位寻址范畴为00H～7FH。位寻址区每一位都可当做软件触发器，由程序直接进行位解决。程序中普通把各种程序状态标志、位控变量设在位寻址区。同样，位寻址区RAM单元也可作为普通数据存储器按字节单元使用。
4） 特殊功能寄存器FSR
内部RAM高128个字节（80H～FFH）为特殊功能寄存器FSR区，其中51子系列有21个，除这21个特殊功能寄存器地址之外其她单元是空闲没用，不能被访问，在使用时应加以注意。
5） 外部RAM
外部数据存储器又称外部RAM，当片内RAM不能满足数量上规定期，可通过总线端口和其她I/O口扩展外部数据RAM，其最大容量可达64KB，其构造如图2-4所示。外部数据存储器和内部数据存储器功能基本相似，但前者不能用于堆栈操作。
必要注意，由于数据存储器与程序存储器地址重叠，且数据存储器片内外低字节地址重叠。因此，对片内、片外数据存储器操作使用了不同指令。对片内RAM读写数据时，无读写信号产生；对片外RAM读写数据时，无读写信号（和）产生。同样，对程序存储器和数据存储器操作也是靠不同控制信号、或来区别。
此外，在片外数据存储器中，数据区和扩展I/O口是统一编址，使用指令也是完全相似。因而，顾客在应用系统设计时，必要合理地进行外部RAM和I/O端口地址分派，并保证其统一性。
8051单片机系统扩展
单片机最小应用系统经常不能满足规定。因而，系统扩展是单片机应用系统中不可缺少。

图2-4 存储器空间构造图
Fig 2-4 Memory spatial structure drawing
系统扩展是指单片机内部各功能部件不能满足系统规定期，在片外连接相应外围芯片以满足应用系统规定。80C51系列单片机系统扩展重要由程序存储器扩展、数据存储器扩展、I/O口扩展、终端系统扩展及其她特殊功能接口扩展等。
1) 锁存器74LS373
由于MCS-51P0口是分时复用地址/数据线，因而必要运用地址锁存器将地址信号从地址/数据线中分离出来，得到低8位地址A0~A7。这种锁存器也可作为数据锁存器，锁存CPU输出数据。
惯用地址锁存器，有带三态缓冲输出8D锁存器74LS373，它引脚如图2-5所示。
图中，是锁存器三态门输出使能端。=0时，锁存器输出；=1时，输出呈高阻态。G是选通脉冲输入端，选通脉冲有效时，数据输入D0~D7被锁存。

图2-5 74LS373引脚图
Fig.2-5 The pins chart of 74LS373
2) 程序存储器扩展
由于EPROM、EEPROM集成技术提高，可以使80C51系列单片机片内程序存储器容量越来越大，并且带片内程序存储器单片机价格也大大减少。因而,存储器扩展已不是必须了。
3) 数据存储器扩展
惯用数据存储器SRAM芯片有6116﹑6264﹑6256等。
在8051扩展系统中，片外数据存储器普通有随机存取存储器构成，最大可扩展64KB。普通用静态RAM，采用8锁存器74LS373。图2-6为6264引脚图，如下所示：

图2-6 6264引脚图
Fig.2-6 The pins chart of 6264
图2-7所示是用一片6264扩展8K×8位片外数据存储器电路。扩展如图2-7其中芯片地址范畴是0000H～1FFFH。

图2-7 8K片外数据存储器扩展电路
Fig.2-78K the enlarge circuitry of piece outside data storage
4） 8051与8255A芯片连接方式如下：
8255A是并行接口芯片，它可为CPU与外设之间提供并行输入输出通道，可以通过软件来设立该芯片工作方式。
8255A基本特性
1） 8255A是一种具备3个（A口、B口和C口）8位并行I/O端口接口芯片。并且PC口还具备按位置位/复位功能。
2） 8255A能适应CPU与I/O接口之间各种数据传送方式规定。如无条件传送，应答方式传送和中断方式传送。
3） 8255APC口使用比较特殊，除可作数据口外，当工作方式1和工作方式2时，它大某些引脚被分派作为专用联系信号；PC口还可以进行按位控制；在CPU读取8255A状态时，PC口又作为方式1、2状态口用等。
4） 8255内部重要由控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器构成。使用8255A时，重要是对这3类寄存器进行编程。
8255A外部接线
8255A有40个引脚双列直插芯片，单5V电源，其外部引脚如图2-8所示。
PA7～PA0：A端口数据信号引脚。
PB7～PB0：B端口数据信号引脚。
PC7～PC0：C端口数据信号引脚。
：芯片选取。低电平动作。当=0时，8255被选取；=1时，8255无法与CPU做数据传播。
：读取使能，低点平动作。=0，且=0时，CPU从8255读取数。
：写入使能，低点平动作。=0，且=0时，CPU将数据写入8255。
表2-3 8255A输入输出接口选取方式
Tab.2－3 8255A inputs outputs connection choice way
A1 A0
被选中端口名
0 0
PA口
0 1
PB口
1 0
PC口
1 1
控制端口
A0、A1：地址选取线，用来选取8255PA口、PB口、PC口和控制寄存器。
RESET：复位信号，高电平有效。RESET有效时，清除8255A中所有控制字寄存器内容，并将各端口置成输入方式。

图2－8 8255芯片图
Fig 2-8 8255 chips charts
8255A内部构造
8255A内部构造如图2-9所示。它由如下四个某些构成。

图2-9 8255A内部构造图
Fig 2-9 8255A internal structure of the
1） 并行输入输出端口A、B、C
8255A涉及3个8位输入输出，每个端口均有1个数据输入寄存器和1个数据输出寄存器，输入时端口有三态缓冲器功能，输出时端口有数据缩存器功能。
2） A组和B组控制部件
端口A与端口C高4位（PC7～PC4）构成A组，由A组控制部件实现控制功能，端口B与端口C低4位（PC3～PC0）构成B组，由B组控制部件实现控制功能。它们各有1个控制单元，可接受来自读/写控制部件命令和CPU通过数据总线（D7～D0）送来控制字，并依照它们来定义各个端口操作方式。
3） 数据总线缓冲存储器
这是一种三态双向8位数据缓冲存储器，用于传送单片机和8255A间控制字、状态字和端口数据。
4） 读/写控制部件
这某些电路可以接受单片机送来读写命令和选口地址，并依照它们向片内各功能部件发出控制命令。
2.3.2 数据采集与控制电路设计
本设计是要是通过计算机系统对工业加热炉现场进行温度控制，就要从现场获得信息，这个信息是温度值。但温度是模仿量，计算机无法直接辨认，因而就必要把温度这个模仿量变成数字量之后再输入到计算机中进行解决。该通道设计好与坏，直接影响到整个系统性能指标及其工作稳定性。模仿输入通道涉及两大某些，其一是变送器，其二是模/数转换器。事实上，模入通道设计就是变送器设计和模/数转换器及温度传感器选取问题。
1）传感器选用及其原理
图2-8(a)是一种特殊构造电路─直流单臂电桥，R1、R2、R3和R4叫电桥臂，检流计G接于AB之间称为“桥”。普通状况下R1、R3两端电压不相等，即A、B两点间电势不等，G中有电流通过。变化R1、R3大小，可以使UAC＝UCB，这时G中无电流通过。当G中无电流时叫做“电桥平衡”。
图2-8(a)所示桥式电路，其输出电压可用与之差表达：
=-= (2-1)
为使测量前输出=0，虽然电桥平衡，应满足=条件。在满足式(2-1)条件下，当电桥各臂电阻变化远不大于自身值（« ），桥负载电阻无限大时[2]，输出电压可近似用下式表达：
(2-2)
如果将传感器电阻接入一臂，见图2-8（b），并且测量前令=， ，则：
(2-3)
在测量过程中，电阻、、都不变化，即，因而 (2-4)

(a) 桥式测量电路 (b) 传感器测量电路
(a) Measure circuit like a bridge (b) Measure circuit of hot sensitive resistance sensor
图2-8 测量电路
Fig.2-8 Measure circuit
传感器是将感受物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传播信号装置。电信号易于传播和解决，因此大多数传感器是将物理量等信息是转换成电信号输出。
传感器重要用于测量和控制系统，它性能好坏直接影响系统性能。在自动测量过程或控制系统中，一方面由传感器接受被测量，而后把它转换成电信号，供显示仪表批示或用来控制执行机构。如果传感器不能敏捷地接受被测量，或者不能把被测量精准地转换成电信号，其她仪表和装置精准度再高也无意义。
计算机应用于测量系统和控制系统时，也必要由传感器提供精确可靠信息，如果传感器水平与计算机水平不相适应，计算机便不能充分发挥应有作用和效益。因而，
传感器是测量、控制系统中一种核心装置。
传感器种类诸多，分类办法也不同，惯用分类法有两种。一种是按照传感器用途区别，如位移传感器、力传感器、荷重传感器、速度传感器、振动传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器和密度传感器等。
另一种分类法是按传感器工作原理区别如电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、电涡流式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、磁弹性式传感器、振频式传感器和电化学式传感器等。
本设计系统模仿量输入信号为工业加热炉温度信号，而其工艺过程温度在800℃左右，因而，依照上面简介电桥平衡原理，本系统设计选用集成温度传感器AD590，其测温范畴为+300℃～＋1000℃。规定工作电源为直流+4V-+30V，它能把温度信号变为与绝对温度成比例电信号，比例因子为1UF∕K。其稳定性高、线性度好、测温误差有正负1、0.5和0.3几种级别。
依照本设计GO工艺特点，放大器采用稳高精运算放大OP07。
AD590自身产生是电流信号，通过运算放大器OP07对电流作加法运算，在运放输出端得到适当电压信号，作为A∕D转换器输入，电阻R1、R2、和电位器RP1、RP2选取原则是使运放输出电压被测有一种适当相应关系。
本例还使用了光传感器和烟雾传感器，用来对火盗警检测。
放大器采用OPA404，OPA404是高性能介质隔离场效应输入运算单片机运算放大器。带宽为6.4MHZ，高转换速率为35∕V，低失调电压最大为正负750UV，低偏置电流最在为正负4PA。
输出通道设计涉及开关量和模仿量输出通道设计。开关量要考虑功率和控制方式(继电器、可控硅、三极管等)。模仿量输出要考虑D/A转换器选取(转换精度、转换速度、构造、功耗等),输出信号形式(电流还是电压) 、隔离方式、扩展接口等
输出通道是单片机控制系统与执行机构（或控制设备）连接纽带和桥梁。设计时要依照被控对象通道数据及执行机构类型进行选取。对于那些可直接接受数字量执行机构，可由单片机直接输出数字量。对于那些需要接受模仿量执行机构，则需要用D/A转化，即把数字量变成模仿量后，再带动执行机构。
在微型计算机应用中，输入装置通过I/O接口电路把程序、数据或现场采集到各种信息输入计算机，计算机解决成果和控制信息要通过I/O接口电路传送到输出装置，以便显示、打印，最后实现各种控制。
本例输出通道为3条，是通过光电耦合后再通过晶闸管驱动喷洒水设备；最后达到控制温度作用。
信号变送电路是系统温度检测电路和CPU之间通信通道，其功能完毕数据传送和转换作用，是温度控制系统不可缺少构成某些，普通设计都选用ADC0809和DAC0830转换芯片，ADC0809芯片将来自温度检测电路模仿信号转化成数字信号，将数字信号再送往CPU中，进行数据解决；DAC0832芯片是将来自CPU数字信号命令转换成模仿信号来控制设备。信号变送电路传播速度和精度是设计此某些重要指标，对系统功能设计有着重大影响。
在数字电子技术诸多应用场合往往需要把模仿量转换为数字量，称为模 / 数转换器（A / D转换器，简称ADC）；或把数字量转换成模仿量，称为数 / 模转换器（D / A转换器，简称DAC）。完毕以上转换电路有各种，特别是单片大规模集成A / D、D / A转换器问世，为实现上述转换提供了极大以便。使用者可借助于手册提供器件性能指标及典型应用电路，即可对的使用这些器件。
在单片机检测系统中，许多被测量信号往往是模仿量，它们通过预解决(放大、V∕I转换等)之后，在进入计算机之前必要通过A∕D转换变成数字量。A∕D转换接口是模仿通道中重要环节。A∕D转换接口重要内容是合理选取A∕D转换器件，以实现与单片机对的连接以及转换程序。
本次设计将采用大规模集成电路ADC0809实现A / D转换后,与单片机进行连接；再用DAC0832实现D/A转换，驱动喷洒水设备达到温度控制目。
1） A/D转换电路
ADC0809与8051单片机硬件接口有3种形式，分别是查询方式、中断方式和延时等待方式，本设计选用中断接口方式。
查询方式：A/D转换芯片由表白转换完毕状态信号，例如ADC0809EOC端。因而可以用查询方式，测试EOC状态，即可确知转换与否完毕，并接着进行数据传送。
中断方式：把表白转换完毕状态信号（EOC）作为中断祈求信号，以中断方式进行数据传送。
定期传送方式：ADC0809转换时间为128µs，相称于6MHzMCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一种延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序。延迟时间一到，转换必定已经完毕了，接着就可进行数据传送。
ADC0809是典型8位8通道逐次逼近式A/D转换器、CMOS工艺。由寄存器、三态输出锁存器等其他某些电路构成。因而，ADC0809可解决8路模仿量输入，且有三态输出能力，既可与各种微解决器相连，也可单独工作。其内部构造如图2-9：
地址锁存译码
ALE
ADDC
ADDB
ADDA
八路
模仿
信号
选取
器
IN7
IN6
IN5
IN4
IN3
IN2
IN1
IN0
树形开关
256RT型
译码器
逐次比较
寄存器
控制与时序
8位ADC
START 启动
时钟 CLOCK
EOC
三态输出锁存器
2－8
2－7
2－6
2－5
2－4
2－3
2－2
2－1

MSB
LSB
输出容许
OE
VREF(+)
VREF(－)