1、鄭州航空工業(yè)管理學院單片機原理與應用課程設計說明書 2007 級 電氣工程及其自動化 專業(yè)0706073 班級題 目 退火爐溫度控制系統(tǒng) 姓 名 學號 指導教師 職稱 講師 二 一O 年 12 月 21 日摘要：目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。近年，由于CHMOS技術的進小，大大地促進了單片機的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機可以工作在功耗精細管理狀態(tài)。這也是今后以80C51取代8051為標準MCU芯片的原因。因為單片機芯片多數(shù)是采用CMOS（金屬

2、柵氧化物）半導體工藝生產(chǎn)。CMOS電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。采用雙極型半導體工藝的TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工藝。CHMOS和HMOS工藝的結合。目前生產(chǎn)的CHMOS電路已達到LSTTL的速度，傳輸延遲時間小于2ns，它的綜合優(yōu)勢已在于TTL電路。因而，在單片機領域CMOS正在逐漸取代TTL電路。關鍵詞：熱電偶 A/D轉換器 低溫報警 高溫報警退火爐溫度度控制系統(tǒng)的基本原理退火爐使用電熱絲加熱，溫度范圍為01275，爐內(nèi)溫度值經(jīng)熱電偶檢測后，經(jīng)變送器變成05V范圍內(nèi)的電壓信號送A/D轉

3、換器轉換成對應的數(shù)字量。數(shù)字量經(jīng)數(shù)字濾波后送入CPU作為本次采樣值。把測量到的溫度值與設定值進行比較來決定是否啟動電熱絲加熱，若低于600則啟動電熱絲加熱，若高于900則停止加熱以達到控制溫度的目的。 我的創(chuàng)新點：在任務要求的完成的基礎上，增加以下功能，如果溫度低于600，則亮低溫報警燈，響報警器，并啟動加熱電阻自動加溫，直至達到設定的溫度。加熱過程中，若溫度高于600則停止警報聲，若溫度達到設定值，滅低溫報警燈，數(shù)碼管顯示加熱后的溫度值。若溫度高于900，響高溫警報，亮高溫報警燈，并且驅動電扇，令過高的溫度降下。若溫度值處在正常溫度狀態(tài)，其功能如上，不亮燈，不響警報，數(shù)碼管顯示當前的溫度值。

4、基本要求：1、選用8088、適當?shù)拇鎯ζ鳌/D轉換器及其它接口芯片完成相應的功能。2、每隔一秒鐘對爐溫連續(xù)采集三次經(jīng)濾波后作為本次采樣的有效值。3、判斷溫度是否高于上限值900或低于下限值600，如超出該范圍則分別用紅、綠發(fā)光二極管和蜂鳴器報警。4、把采集來的溫度值轉化成工程量在LED顯示器上顯示。5、畫出詳細的硬件連接圖。6、給出程序設計思路、畫出各程序的流程圖。7、給出地址分配表。8、給出所有程序清單并加上必要注釋。主要芯片介紹這次課程設計要用到的主要芯片是AT89C51，另外需要模數(shù)轉換器ADC0808，以及一些零器件（具體見附錄2元件清單）。AT89C51芯片如下：主要特性有：1、與

5、MCS-51 兼容2、4K字節(jié)可編程閃爍存儲器3、壽命：1000寫/擦循環(huán)4、數(shù)據(jù)保留時間：10年5、全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz6、三級程序存儲器鎖定7、128*8位內(nèi)部RAM8、32可編程I/O線9、兩個16位定時器/計數(shù)器10、5個中斷源11、可編程串行通道12、低功耗的閑置和掉電模式13、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路引腳功能有：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIAS

6、H進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存

7、取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中

8、斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁

9、止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（

10、VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。結構特點：8位CPU；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；32根I/O線；外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K；2個16位的定時器/計數(shù)器；5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級；全雙工串行口；布爾處理器；ADC0808如下：ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進行模數(shù)轉換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。主要特性有：1、8路8位AD轉換器，即分辨率8位。2、具有轉換起停控制端。3、轉換時間為100s4、單個5V電源供電5、

11、模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準。6、工作溫度范圍為-4085攝氏度7、低功耗，約15mW。引腳功能有：IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。START： AD轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉換）。EOC： AD轉換結束信號，輸出，當AD轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當AD轉換結束時，此端輸入一個高

12、電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準電壓。Vcc：電源，單一5V。GND：地。其主要的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 AD轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到AD轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。數(shù)碼顯示管如下：本次設計用四位數(shù)碼管，

13、各個發(fā)光二極管的陰極連在一起的稱為共陰極顯示器，發(fā)光的相應段必須接高電平。如果要顯示數(shù)字“2”，只要a b g e d 段發(fā)光，而c f dp 段不發(fā)光即可。也就是說，只要在a b g e d 段加上高電平“1”，而c f dp 段加上低電平“0”，即可完成數(shù)字“2”的顯示。可見，只要改變加到各段陽極上的代碼，就可以顯示不同的字符或數(shù)字，這樣的代碼稱為段碼。如下表所示七段LED顯示器在共陰極連接時顯示的數(shù)字與其對應的段碼。字符gfedcba段碼（H）001111113F1000011006210110115B310011114F4110011066511011016D611111017D700

14、0011107811111117F911011116F設計方案這次設計的實現(xiàn)方案是，采用AT89C51作為主芯片。用滑動變阻器的組織改變ADC0808數(shù)模轉換器IN0的電壓值，然后通過ADC0808將05V范圍內(nèi)的電壓信號進行A/D轉換，轉換成對應的數(shù)字量，然后送入主芯片的P1口。主芯片的P0口接數(shù)碼顯示管，本實驗只顯示數(shù)字故用LED，P2.0P2.3口作為四個LED的片選信號。AT89C51的其他一些管腳用于控制從芯片的一些控制信息。其框圖如下：調(diào)解變阻器的阻值，得到變化的電壓ADC0808將模擬電壓值轉換為數(shù)字量AT89C51判斷是否低于溫度下限或高于溫度上限軟件分析程序主芯片控制數(shù)碼管顯

15、示當前溫度值硬件設計用protues7.4實現(xiàn)對這次課程設計的模擬仿真，其硬件電路的原理圖如下：工作原理：通過調(diào)解RV1的阻值大小，改變ADC0808的IN0口電壓，然后得到其數(shù)字量，并連接到89C51的P1口。主芯片得知轉換完成后，數(shù)據(jù)通過P0口將所得數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示，P2.0至P2.3控制4個數(shù)碼管的顯示。主芯片將得到的數(shù)據(jù)與上下限對比，若正常則只顯示數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定不閃爍，無任何報警現(xiàn)象。若大于上限則通過P3.7控制響警報，數(shù)據(jù)閃爍，此時程序中控制P3.0置高溫報警燈亮，并控制風扇轉動。若小于下限，數(shù)據(jù)閃爍，此時P3.1置低溫報警燈亮，響警報，P3.2置加熱電阻開始工作。溫度有低溫開始向

16、上加，加到大于溫度下限時，停止警報。加到預設值時，暗低溫報警燈。軟件設計軟件的流程框圖如下：滑動變阻器模擬水溫高低AD08080模數(shù)轉換，輸出溫度數(shù)字值AT89C51讀取AD0808轉換后的值判斷是否低于溫度下限判斷是否高于溫度上限普通數(shù)值轉換，數(shù)碼管顯示當前溫度亮加熱燈，開低溫報警器加熱數(shù)值轉換，數(shù)碼管顯示當前溫度亮保溫燈判斷是否達到加熱上限主要程序如下:LED_0EQU 30HLED_1 EQU 31HLED_2 EQU 32HLED_3 EQU 33H ;各顯示數(shù)碼管ADCEQU35HTCNTAEQU36HTCNTBEQU37HL_TEMPEQU38H ;溫度下限H_TEMP EQU 3

17、9H ;溫度上限FLAGBIT00HH_ALMBITP3.0L_ALMBITP3.1SOUNDBITP3.7CLOCKBITP2.4ST BIT P2.5EOC BIT P2.6OE BIT P2.7H BIT P3.2 ;加熱電阻ORG 00HSJMPSTARTORG0BHLJMPINT_T0ORG1BHLJMPINT_T1START:MOVLED_0,#00HMOVLED_1,#00HMOVLED_2,#00HMOV LED_3,#00HMOVDPTR,#TABLEMOV H_TEMP,#180 ;180*5=900，最高溫900度MOV L_TEMP,#120 ;120*5=600，最低

18、溫600度MOVTMOD,#12H ;定時計數(shù)器方式控制寄存器MOVTH0,#245 MOVTL0,#0 ;計數(shù)器0MOVTH1,#252 MOVTL1,#24 ;計數(shù)器1MOVIE,#8aH ;中斷允許寄存器CLRCSETBTR0 ;啟動計數(shù)器0，為ADC0808提供時鐘WAIT:SETBH_ALMSETBL_ALMSETB HCLR STSETB STCLR ST;啟動轉換 JNB EOC,$SETB OE MOV ADC,P1;讀取AD轉換結果CLR OEMOVA,ADCSUBBA,L_TEMP ;判斷是否低于下限JCLALMMOVA,H_TEMPMOVR0,ADCSUBBA,R0;判斷

19、是否高于上限JCHALMCLRTR1LJMPPROCLALM:;低溫報警燈亮CLRL_ALMSETBTR1 ;開啟計數(shù)器1，引起中斷CLR H ;啟動加熱電阻CLRFLAGLJMPPROC1HALM: ;高溫報警燈亮CLRH_ALMSETBTR1SETBFLAGLJMPPROCPROC:MOV A,ADC ;數(shù)值轉換MOV B,#100DIV ABMOV R2,AMOV A,BMOV B,#10DIV ABMOV R1,AMOV R0,BMOV B,#5MOV A,R0MUL ABMOV B,#10DIV ABMOV R7,AMOV LED_0,B ;顯示個位MOV B,#5MOV A,R1M

20、UL ABMOV B,#10DIV ABMOV R6,AMOV A,BADD A,R7MOV LED_1,A ;顯示十位MOV A,R2MOV B,#5MUL ABMOV B,#10DIV ABMOV R5,AMOV A,BADD A,R6MOV LED_2,A ;顯示百位MOV LED_3,R5 ;顯示千位LCALLDISPLJMP WAITPROC1:MOV R1,#15 LCALL TO1MOV R1,#15 LCALL T2 MOV R1,#15 LCALL T3 MOV R1,#15 LCALL T4 MOV R1,#15 LCALL T5 MOV R1,#15 LCALL T6 M

21、OV R1,#15 LCALL T7 MOV R1,#15 LCALL T8 MOV R1,#15 LCALL T9 LJMP WAITINT_T0: CPLCLOCK ;提供ADC0808時鐘 RETIINT_T1: MOVTH1,#252 MOVTL1,#24 CPLSOUND INCTCNTA MOVA,TCNTA JB FLAG,I1 ;判斷是高溫警報還是低溫警報 CJNE A,#30,RETUNE;低溫警報聲響 SJMP I2I1: CJNE A,#20,RETUNE;高溫警報聲響I2: MOVTCNTA,#0 INCTCNTB MOVA,TCNTB CJNE A,#25,RETUN

22、E MOVTCNTA,#0 MOVTCNTB,#0 LCALLDELAY2RETUNE:RETITO1: mov LED_3,#0 MOV LED_2,#0 MOV LED_1,#9 MOV LED_0,#9 LCALL DISP DJNZ R1,TO1 RET T2: MOV LED_3,#0 MOV LED_2,#1 MOV LED_1,#7 MOV LED_0,#4 LCALL DISP DJNZ R1,T2 RET T3: MOV LED_3,#0 MOV LED_2,#2 MOV LED_1,#8 MOV LED_0,#3 LCALL DISP DJNZR1,T3 RET T4: M

23、OV LED_3,#0 MOV LED_2,#3 MOV LED_1,#3 MOV LED_0,#6 LCALL DISP DJNZR1,T4 RET T5: MOV LED_3,#0 MOV LED_2,#4 MOV LED_1,#8 MOV LED_0,#2 LCALL DISP DJNZR1,T5 RET T6: MOV LED_3,#0 MOV LED_2,#5 MOV LED_1,#6 MOV LED_0,#7 LCALL DISP DJNZR1,T6 RET T7: CLR TR1 MOV LED_3,#0 MOV LED_2,#6 MOV LED_1,#2 MOV LED_0,#

24、4 LCALL DISP DJNZR1,T7 RET T8: MOV LED_3,#0 MOV LED_2,#7 MOV LED_1,#2 MOV LED_0,#7 LCALL DISP DJNZR1,T8 RET T9: MOV LED_3,#0 MOV LED_2,#8 MOV LED_1,#0 MOV LED_0,#0 LCALL DISP SETB HSETBL_ALMDJNZR1,T9 RETDISP: ;數(shù)碼顯示子程序 MOVA,LED_0MOVCA,A+DPTRCLRP2.3MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.3 ;顯示數(shù)碼管0，即個位MOVA,LED_1MOVCA,

25、A+DPTRCLRP2.2MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.2 ;顯示數(shù)碼管1，即十位MOVA,LED_2MOVCA,A+DPTRCLRP2.1MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.1 ;顯示數(shù)碼管2，即百位MOVA,LED_3MOVCA,A+DPTRCLRP2.0MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.0 ;顯示數(shù)碼管3，即千位RETDELAY:MOVR6,#10D1:MOVR7,#250DJNZR7,$DJNZR6,D1RETDELAY2:MOVR5,#20D2:MOVR6,#20D3:MOVR7,#250DJNZR7,$DJNZR6,D3DJNZR5,D2

26、RETTABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66HDB 6DH,7DH,07H,7FH,6FHENDPCB板效果圖自制封裝如下： 喇叭 封裝 滑動變阻器封裝PCB板圖3D效果圖調(diào)試效果圖低于溫度下限時：高于溫度上限時：處于正常溫度范圍時：結論優(yōu)點：如果溫度低于600，則亮低溫報警燈，響報警器，并啟動加熱電阻自動加溫，直至達到設定的溫度。加熱過程中，若溫度高于600則停止警報聲，若溫度達到設定值，滅低溫報警燈，數(shù)碼管顯示加熱后的溫度值。若溫度高于900，響高溫警報，亮高溫報警燈，并且驅動電扇，令過高的溫度降下。若溫度值處在正常溫度狀態(tài)，其功能如上，不亮燈，不響警報，數(shù)碼管顯示當前的

27、溫度值。缺點：溫度由低溫加到高溫時，無法令數(shù)碼管顯示在預設溫值，又會跳回到滑動變阻器所在的那個溫度值。分析：在軟件方面還是有欠缺，系統(tǒng)的設計并不是十分嚴密，更有待提高。設計的心得體會這次的課程設計讓我學到很多，運用上個學期學到的單片機原理及接口技術的知識，通過自己的查閱資料與分析學習，大致上先了解芯片的大致功能，和單片機的編程語言。在一定程度上提高了自己的自學能力。在編程的過程中遇到了很多困難，通過詢問老師以及同學，最終解決了大部分問題，問題的解決讓我對芯片的加深了了解。經(jīng)過多次實驗與查閱，終于解決了八位機顯示0至1275的問題。完成基本任務后，提倡創(chuàng)新，所以我想給這個退火爐加一個自動升溫程序

28、，實現(xiàn)在低于溫度下限時用加熱電阻實現(xiàn)對溫度的加升。但實際的過程遠沒構思時簡單，思維的不緊密正是我目前最欠缺的。與老師同學討論后，發(fā)現(xiàn)了自己設計的系統(tǒng)存在缺陷，還仍有很大的改善空間。這次課程設計中，靠自己的努力解決了各個問題，這才是提升自己能力的最好方法。參考資料1 劉海濤 趙金波 晁陽 8051單片機C語言程序設計與實例分析，清華大學出版社，20092程勇 戚梅，微型計算機技術實驗教程，北京航空航天大學出版社，2008元件清單：元件名數(shù)量說明封裝說明AT89C511主芯片已封裝 DIL40ADC08081轉換模擬信號為數(shù)字信號已封裝 DIL2830PF電容2已封裝 CAP1010F 電容 1已

29、封裝 ELEC-RAD10晶振1已封裝XTAL1810K電阻1已封裝RES40220歐姆電阻2已封裝RES401加熱電阻已封裝RES180LED紅，黃2報警顯示封裝LED四位顯示1顯示溫度無喇叭1報警聲音自制 如圖3滑動變阻器RV11改變電壓自制 如圖4風扇1高溫轉動無09/20 11:46 102機體齒飛面孔雙臥多軸組合機床及CAD設計09/08 20:02 3kN微型裝載機設計09/20 15:09 45T旋挖鉆機變幅機構液壓缸設計08/30 15:32 5噸卷揚機設計10/30 17:12 C620軸撥桿的工藝規(guī)程及鉆2-16孔的鉆床夾具設計09/21 13:39 CA6140車床撥叉零

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