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1、基于单片机的温度控制系统设计摘 要随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。本设计采用无ROM的8031作为主控制芯片。8031的接口电路有8155、2764。8155用于键盘/LED显示器接口，2764可作为8031的外部ROM存储器。其中温度控制电路是通过可控硅调功器实现的。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只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调
2、节温度的目的。关键字：温度控制；接口电路；可控硅 DESIGN OF TEMPERATURE CONTROL SYSTEM BASED ON SCMABSTRACTAlong with national economy development, the people need to each heating furnace、the heat-treatment furnace、in the reactor and the boiler the temperature carry on the monitor and the control. Not only uses the monolith
3、ic integrated circuit to come to them to control has the control to be convenient, simple and flexibility big and so on merits, 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
4、 to take the master control chip. 8031 connection electric circuits have 8155、2764.8155 uses in the keyboard /LED monitor connection, 2764 may take 8031 exterior ROM memories,one temperature-control circuit is adjusts the merit realization through the silicon-controlled rectifier. The bidirectional
5、silicon-controlled rectifier tube and the heater series connection in exchange 220V,50HZ exchange city electricity return route, in 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 at
6、temperation the goal. Key words:Temperature control；Connection electric circuit；Silicon-controlled rectifier目 录绪 论1第一章单片机温度控制系统方案简介2第二章单片机32.1 单片机内部模块32.1.1 MCS-51单片机内部结构32.1.2 MCS-51输入/输出端口的结构与功能32.1.3 MCS51单片机的引脚及其功能42.1.4 8031系统扩展设计52.2 单片机外总线结构52.3 芯片的扩展设计52.4 单片机温控模块7第三章系统硬件设计83.1 系统总体设计83.2 81
7、55接口电路83.3 A/D转换电路103.4 可控硅控制电路10第四章系统软件设计134.1 主程序流程图134.2 T0中断服务程序144.3 采样子程序184.4 数字滤波程序19总 结21参考文献22绪 论温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机
8、具有集成度高，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方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。本系统所使用的单片机8031有128K的RAM，使温度控制大为简便。第一章 单片机温度控制系统方案简介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的微机控制系统。其系统结构框图可表示为:系统采用单闭环形式，其基本控制原理为:将温度设定值(即输入控制量)和温度反馈值同时送入控制电路部分，然后经过调节器运算得到输出控制量，输出控制量控制驱动电路得到控制电压施加到被控对象上，电炉因此达到一定的温度。给
9、定值采样电路输出温度被控对象8031控制电路驱动电路晶闸管主电路图1.1 控制电路的设计第二章 单片机 单片机是单片微型计算机SCM(single chip micro-computer)的译名简称，在国内也常简称为“单片机”。它包括中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器、串行口和I/O等等。单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点，单片微型计算机(简称单片机)是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种，特别适合用于智能控制系
10、统。2.1 单片机内部模块在本设计中,从经济上以及性能上考虑，我选用8031作为CPU。8031是MCS51系列单片机的一种型号。MCS-51单片机的类型有：8051、8031、8751等。2.1.1 MCS-51单片机内部结构8031单片机内部结构见图2.1。它其中包含CPU、震荡器和时序电路、4KB的ROM、256B的RAM、两个16定时/计数器T0和T1、4个8位I/O端口（P0、P1、P2、P3）、串行口等组成。其中震荡时序与时钟组成定时控制部件。图2.1 8031单片机功能方框图 2.1.2 MCS-51输入/输出端口的结构与功能MCS-51单片机有4个I/O端口，公32根I/O线，
11、4个端口都是准双向口。每个口都包含一个锁存器，即专用寄存器P0P3，一个输出驱动器和输入缓冲器。为方便起见，我们把4个端口和其中的锁存器都统称P0P3。 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的系统中，这4个口的每一位均可作为双向的I/O口使用。P0口：可作为一般的I/O口用，但应用系统采用外部总线结构时，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：可作为一般I/O口用，但应用系统采用外部系统采用总线结构时，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
12、作为I/O口。另外，每一位均具有第二功能，每一位的两个功能不能同时使用。2.1.3 MCS51单片机的引脚及其功能MCS-51单片机采用40引脚的双列直插封装形式。1） 主电源引脚VCC和VSSVSS（40脚）：主电源+5V，正常操作的对EPROM编程及验证时均接+5V电源。VSS（20脚）：接地。2） XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）：接外部晶振的两个引脚。3） RST/VPD、ALE、/PROG、PSEN控制信号引脚。RST/VPD（9脚）：单片机复位/备用电源引脚。刚接上电源时，其内部寄存器处于随机状态，在引脚上输入持续两个机器周期的高电平将使单片机复位。VCC掉电期间，此引脚
13、可接上备用电源，一旦芯片在使用中VCC电压突然下降或短电，能保护片内RAN中信息不丢失，使复电后能继续正常运行。ALE、/PROG（30脚）：当访问片外存储器时，ALE的输出用于锁存低字节地址信号。即使不访问片外存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现脉冲信号。其频率为振荡器频率1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时的目的。应注意的是：当访问片外数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲；ALE端可以驱动8个LSET负载。对含有EPROM的单片机，片内EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。PROG（29脚）：输出访问片外程序存储器的读选通信号。CPU在从片外程序存储器取指
14、令（或常数）期间，每个机器周期两次有效。每当访问片外存储器时，这两次有效的PROG信号将不会出现。该端同样可驱动8个LSTTL负载。EA/VPP（31脚）：当EA 输入端输入高电平时，CPU可访问片内程序存储器4KB的地址范围。若PC值超出4KB地址时，将自动转向片外程序存储器。当EA 输入低电平时，不论片内是否有程序存储器，则CPU只能访问片外程序存储器。2.1.4 8031系统扩展设计单片机系统扩展的方法有并行扩展法和串行扩展法两种。并行扩展法是利用单片机的三种线（AB、DB、CB）进行的系统扩展；串行扩展法是利用SPI三线总线或I2C双总线的串行系统扩展。但是，一般串行接口器件速度慢，在
15、需要高速应用的场合，还是并行扩展法占主导地位。在本设计中，由于存储数据比较少，单片机内部的数据存储器能满足需要，故不需再扩展片外存储器。2.2 单片机外总线结构微型计算机大多数CPU外部都有单独的地址总线、数据总线和控制总线，而MCS51单片机由于受到芯片管脚的限制，数据线和地址线（低8位）是复用的，而且是I/O口兼用。为了将它们分离开来，以便同单片机之外的芯片正确地相连，常常在单片机外部加地址锁存器来构成与一般CPU相类似的三总线，如图2.2所示。图2.2三总线图2.3 芯片的扩展设计71）程序存储器扩展设计(A) 程序存储器简介常见的EPROM有：2716（容量2K8位）、2732（容量4K8位）、2764（容量8K8位）、27128（容量16K8位）、27256（容量32K8位）、27512（容量64K8位）。EPROM外引脚功能如下：A0A15:地址输入线；
