畢業(yè)設計--基于at89c52的電阻爐溫度控制器設計

1、<p>　　畢業(yè)設計說明書(論文)</p><p>　　學生姓名： 學 號： </p><p>　　學 院： 電氣信息學院 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p>&

2、lt;p>　　題 目： 基于AT89C52的電阻爐溫度控制器設計 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　評閱教師： </p><p>　　2006 年 6 月 </p><p>　　畢業(yè)設計說明書（

3、論文）中文摘要</p><p>　　畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 引言 ……………………………………………………………………………… 1</p><p>　　1.1 設計背景 ……………………………………………………………………… 1</

4、p><p>　　1.2 設計任務 ……………………………………………………………………… 1</p><p>　　1.3 硬件設計基本思路 …………………………………………………………… 1</p><p>　　2 硬件設計部分 …………………………………………………………………… 3</p><p>　　2.1 硬件設計核心部分 ………

5、……………………………………………………3</p><p>　　2.2 模擬輸入 ……………………………………………………………………… 3</p><p>　　2.3 A/D轉(zhuǎn)換 ……………………………………………………………………… 4 </p><p>　　2.4 人機接口 ……………………………………………………………………… 4</p>

6、<p>　　2.5 執(zhí)行部分 …………………………………………………………………………5</p><p>　　3 器件及接口電路的選擇 ………………………………………………………… 6 </p><p>　　3.1 放大器的選擇 ………………………………………………………………… 6</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換器與單片機接口 …………

7、………………………………………… 7</p><p>　　3.3 單片機AT89C52 ………………………………………………………………10</p><p>　　3.4 顯示電路及接口 ……………………………………………………………… 15</p><p>　　3.5 按鍵及其接口 ………………………………………………………………… 18</p>

8、<p>　　3.6 過零觸發(fā)電路 ………………………………………………………………… 21</p><p>　　3.7 硬件抗干擾 …………………………………………………………………… 22</p><p>　　4 軟件實現(xiàn) ………………………………………………………………………… 23</p><p>　　4.1 軟件設計的總體思想 ……………

9、…………………………………………… 23</p><p>　　4.2 程序流程圖 …………………………………………………………………… 21</p><p>　　4.3 PID控制方法和改進 …………………………………………………………26</p><p>　　結(jié)論 ………………………………………………………………………………… 28</p>&l

10、t;p>　　致謝 ………………………………………………………………………………… 29</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………… 30</p><p>　　附錄 A 程序清單 ………………………………………………………………… 31</p><p>　　附錄 B 硬件電路圖 ……………………………………………

11、…………………… 37</p><p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　1.1設計背景</b></p><p>　　隨著科學技術的發(fā)展，如：傳感器技術，計算機控制技術，現(xiàn)代控制理論以及各種電子器件等的發(fā)展，采用單片機對溫度進行自動控制成為溫度控制的發(fā)展方向，它能夠適應生產(chǎn)控制的自動化要求，并且精度

12、高，可靠性好，故障率低，便于實時控制，所以它越來越多的應用于各種溫度控制系統(tǒng)中。并且由于常規(guī)模擬儀表、可控硅的制造技術日臻完善，由它們組建成的PID自動控溫系統(tǒng)基本上已能穩(wěn)定可靠地運行，控制精度一般說可達±（5℃～10℃）。</p><p>　　在材料燒結(jié)、熱處理等工藝過程中，溫度控制是一個非常重要的環(huán)節(jié)?？刂凭戎苯佑绊懼a(chǎn)品質(zhì)量的好壞。實驗室人員根據(jù)材料的燒成制度來調(diào)節(jié)電阻爐的輸出電壓以實現(xiàn)對電阻爐

13、的溫度控制。一般的有兩種方法：第一種就是手動調(diào)壓法，第二種控制方法在主回路中采取雙向可控硅裝置。并結(jié)合一些簡單的儀表，使得保溫階段能夠自動，但這兩種方法的升溫過程都是依賴于試驗者的調(diào)節(jié)，并不能精確的按照給定的升降溫速度來調(diào)節(jié)。本文提出的以參數(shù)自整定PID控制為基礎的溫控系統(tǒng)簡單、可靠，大大提高了控制質(zhì)量及自動化水平，具有良好的經(jīng)濟效益。</p><p><b>　　1.2設計任務</b>&l

14、t;/p><p>　　本課題是針對熱處理行業(yè)的單溫區(qū)電阻爐的控制系統(tǒng)設計的。其目的是實現(xiàn)對單溫區(qū)電阻爐的加熱過程自動控制，應用PID控制算法，提高控制精度，減少人為因素，提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　本設計采用熱電偶為傳感器，系統(tǒng)輸入為0V～50mV的電壓信號，執(zhí)行機構為固態(tài)繼電器，輸出信號為4mA～20mA，采樣時間為20s，溫度范圍：0℃～1200℃，顯示位數(shù)4位，不帶小數(shù)點，控制精

15、度±5℃。</p><p>　　電阻爐在國民經(jīng)濟的各部門有著廣泛的應用，小功率的電阻式的高溫爐是礦物及金屬分析、食品、藥物和商品檢驗等各種實驗室必不可少的設備。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，都需要對爐溫進行檢測和控制。</p><p>　　1.3 硬件電路設計</p><p>　　在本系統(tǒng)中采用8位的AT89C52作為控制核心，當傳感器熱電偶將溫度信號采集進來

16、后經(jīng)放大器AD522，成為V級電壓信號進入A/D轉(zhuǎn)換器MAX187。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，89C52讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，將結(jié)果濾波查表后送入顯示區(qū)。由4位LED顯示測出溫度，在調(diào)節(jié)溫度時，由4個按鍵輸入所需要控制的溫度并顯示，然后由單片機經(jīng)PID運算結(jié)果來控制可控硅的通斷，以調(diào)節(jié)溫度。人機對話功能的強大是現(xiàn)代控制的一個追求方面。</p><p>　　采用單片機來對它們進行控制不僅具有控制方便簡單和靈活性大的特點，而且可以大幅度提

17、高被控溫度的技術指標，從而能大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。</p><p><b>　　2 硬件設計部分</b></p><p>　　系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示</p><p>　　2.1 控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　熱電偶傳來的帶有溫度信號的毫伏級電壓經(jīng)濾波放大，送至A/D轉(zhuǎn)換器，這樣通過采樣和A/D轉(zhuǎn)換，就將所檢

18、測的爐溫對應的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入計算機，并與給定的電壓信號進行比較，計算其偏差，計算機再對偏差按一定的規(guī)律進行運算，運算結(jié)果通過控制可控硅在控制周期內(nèi)的過零觸發(fā)脈沖個數(shù)，也就是控制電阻爐的平均功率的大小來達到控制溫度的目的。該控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)由同步過零檢測電路、溫度信號檢測及可控硅觸法電路等組成。</p><p>　　2.1 硬件設計核心部分</p><p>　　在一個控制系統(tǒng)中，

19、硬件選擇的優(yōu)良與否直接影響著控制的精度，對硬件的深入了解也是編制程序的必要前提。</p><p>　　在整個測控系統(tǒng)中是以8位的單片機89C52為核心的，89C52是INTER公司生產(chǎn)的帶有8KROM的單片機，8K的ROM可以完全容納的下一個控溫的程序和表格。選擇它就不需要在外擴RAM和ROM，也就不需要外加鎖存器，這可以充分的減小制版的面積，減小制版的面積從另一方面來說也就是減少干擾，提高精度。</p&g

20、t;<p><b>　　2.2 模擬輸入</b></p><p>　　這里傳感器選用的是熱電偶，熱電偶是溫度測量中使用最廣的傳感器之一，其測量溫區(qū)寬一般在-180℃～+2800℃的溫度范圍內(nèi)均可使用，測量的準確度和靈敏度都較高，尤其是在高溫范圍內(nèi)，有較高的精度。選用的熱電偶為鎳鉻—鎳硅，它是K型偶，其特點是使用溫度范圍寬，高溫下性能穩(wěn)定，熱電勢與溫度關系近似線性，價格便宜，它是

21、最常用的一種熱電偶，短期使用溫度為1300℃，長期使用溫度為1000℃。</p><p>　　經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)化后的測量從非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號，但往往信號幅度小，難以直接進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此需要對這些模擬信號進行放大處理。最初采用的放大器是傳統(tǒng)的晶體管放大器，隨著半導體微電子技術的迅速發(fā)展，集成放大器以其精度高、體積小、重量輕、互換性好等優(yōu)越的性能已逐漸取代了傳統(tǒng)的晶體管放大器。從運算放大器的角度來看，集成運算放大器是

22、一種具有高放大倍數(shù)代深度負反饋的直接耦合放大器，其輸入網(wǎng)絡和反饋網(wǎng)絡由線性或非線性元件組成，可對輸入信號進行多種數(shù)學運算和處理。在這里我們選用的運算放大器是AD522，它的放大倍數(shù)為:G=1+50k8RG，這里將電壓信號放大100倍，得出RG為500。采樣保持器的作用是在采樣期間，其輸出能跟隨輸入的變化而變化；而在保持狀態(tài),能使其輸出值保持不變。但在本系統(tǒng)中，溫度變化緩慢，采樣速度較快，所以無需加采樣保持器。</p>&l

23、t;p><b>　　2.3 A/D轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　在本系統(tǒng)中選用的是MAX187。它是美國模擬器件公司生產(chǎn)的12位逐次逼近型快速的AD轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換速度最大為35Ls，轉(zhuǎn)換精度≤0.05%，是目前我國市場上應用最廣泛、價格適中的AD轉(zhuǎn)換器。MAX187片內(nèi)配有三態(tài)輸出緩沖電路，因而可直接與各種類型的8位或16位微處理器連接，而無需附加邏輯接口電路，且能與CMOS及TTL

24、電平兼容。由于MAX187片內(nèi)包含高精度的參考電壓源和時鐘電路，這使它在不需要任何外部電路和時鐘信號的情況下完成一切AD轉(zhuǎn)換功能，應用非常方便。</p><p><b>　　2.4 人機接口</b></p><p>　　鍵盤輸入是人工干預計算機的主要手段，鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關集合。通常按鍵開關為機械彈性開關，均利用了機械觸點的合斷作用。由于機械觸點的彈性作用,一個

25、按鍵開關在閉合時不會馬上接通，在斷開時也不會馬上斷開，因而在閉合及斷開瞬間均伴有一連串的抖動，抖動時間一般為5ms～10ms。為了確保CPU對一次按鍵動作只確認一次，必須進行消抖，消抖可分為硬件去抖和軟件去抖，在此我們選擇軟件去抖。在本系統(tǒng)中由于按鍵較少，所以沒有選用編碼鍵盤和矩陣式鍵盤，而是采用獨立式按鍵接口設計。</p><p>　　顯示也是系統(tǒng)重要組成部分之一，本系統(tǒng)顯示用來顯示測量溫度和調(diào)節(jié)溫度。LED數(shù)

26、碼管采用硬件譯碼驅(qū)動，選用的器件為74LS373，它可將4位的BCD碼譯成7段十六進制碼。通常某時刻只有一個LED的位選信號有效，4位LED的段選信號端同時由74LS373得到相同的端選信號，均得到來自74LS373的字形碼，但此刻只有第一位選通，所以也只有第一位LED顯示字形，由于是動態(tài)連續(xù)顯示眼睛分辨不出轉(zhuǎn)換的時間。</p><p><b>　　2.5 執(zhí)行部分</b></p>

27、;<p>　　moc3061是雙向可控硅輸出型的光電耦合器，其作用是隔離單片機系統(tǒng)和觸發(fā)大功率雙向可控硅KS，moc3061是一種內(nèi)部帶過零觸發(fā)的器件。單片機輸出低電平時，moc3061的輸入端有約16mA的電流輸入，在其輸出端4、6腳之間稍稍過零時，moc4061內(nèi)部的過零檢測電路觸發(fā)其內(nèi)部雙向可控硅導通，再由moc3061內(nèi)部的雙向可控硅提供更大的電流去觸發(fā)大功率可控硅KS。從而使加熱爐絲導通，使其加熱。</p&

28、gt;<p>　　3 器件及接口電路的選擇</p><p><b>　　3.1放大器的選擇</b></p><p>　　運算放大器只是在信號源為單純有效信號，而沒有干擾的情況下方可用于小信號放大。然而，傳感器的工作環(huán)境往往是比較復雜和惡劣的，在傳感器的兩個輸出端經(jīng)常產(chǎn)生較大的干擾信號，完全相同的干擾信號，稱為共模干擾。雖然運算放大器對共模信號有較大的抑

29、制能力，但實際上共模信號不都是直接加到運算放大器的差動輸入端+IN和-IN，其中一路干擾信號直接加到-IN，而另一路干擾信號則要經(jīng)輸入電阻加到+IN輸入端。因此對來自信號源的共模干擾信號不能起到有效的抑制作用。為了克服運算放大器的缺點，采用了對一般的電壓信號原有較高的噪音抑制能力的放大器即測量放大器。它具有較高輸入阻抗、低輸出阻抗，減弱共模干擾，低溫漂、低失調(diào)電壓和高穩(wěn)定增益等特點。</p><p>　　測量放大

30、器由一組放大器組成。測量放大器的差動輸入端（+IN和-IN），分別是兩個運算放大器的同相輸入端，因此輸入阻抗很高，由于采用對稱結(jié)構且信號直接加到輸入端，因此有很高的抑制共模干擾能力。測量放大器的運算放大器和連接薄膜電阻均在單一基片上生成，同時還采取了其他一些先進工藝措施，使得整個放大器的溫度漂移系數(shù)很低，放大倍數(shù)很穩(wěn)定，可達到1000℃。</p><p>　　測量放大器的技術指標及其應用：</p>

31、<p>　　非線性度：非線性度是放大器增益的函數(shù)，增益越大，偏差也越大，在檢測系統(tǒng)中，測量放大器的輸出往往是A/D轉(zhuǎn)換器的輸入。因此放大器的非線性度應滿足A/D轉(zhuǎn)換精度的要求。當測量放大器與12位A/D轉(zhuǎn)換器連接使用時應選用非線性度小于0.024%的測量放大器。</p><p>　　溫漂：溫漂也是增益的函數(shù)，增益越大溫漂越小。系統(tǒng)往往根據(jù)所要求的A/D精度，因此對測量放大器的溫漂要求應根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換精度

32、來選擇。</p><p>　　建立時間：從階躍信號輸入驅(qū)動瞬間起至放大器輸出電壓達到穩(wěn)定時所需要的時間。</p><p>　　恢復時間：放大器除去輸入驅(qū)動信號瞬間起到放大器由輸入狀態(tài)恢復到原始狀態(tài)所經(jīng)歷的時間。顯然，放大器的建立時間和恢復時間將直接影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速度。</p><p>　　電源引起的失調(diào)電壓：指電源電壓每變化1%，導致放大器的漂移電壓值。測量

33、放大器的電源失調(diào)一般是設計系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的主要依據(jù)之一。</p><p>　　在此設計中采用測量放大器AD522。AD522是單片集成精密測量放大器，可以用于惡劣的條件下進行高精度數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)。它具有高的線性度，在G=100時非線性度僅為0.005%，且共模抑制比高、低溫漂、低噪聲，在許多12位A/D轉(zhuǎn)換電路中應用。</p><p><b>　　放大倍數(shù): </b>&

34、lt;/p><p>　　圖3.1 測量放大器電路</p><p>　　溫度由熱電偶進行檢測后，產(chǎn)生0V～50mV的電壓信號，熱電偶輸出的直流電壓信號幅值較小，不適合直接進入A/D轉(zhuǎn)換器，需要先進行放大。進行信號放大一百倍后變成0V～5V的直流電壓模擬信號。將模擬信號送入MAX187進行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換器與單片機接口</p>

35、<p>　　3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter）</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器是一種用來將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成適合于數(shù)字處理的二進制數(shù)的器件，其原理框圖如圖3.2所示。</p><p>　　由圖3.2中可以看出，A/D轉(zhuǎn)換器的輸入有兩種：模擬輸入信號和參考電壓；其輸出是一組二進制數(shù)?？梢哉J為，A/D轉(zhuǎn)換器是一個將模擬信號值編制

36、成對應的二進制碼的編碼器。</p><p>　　常用的A/D轉(zhuǎn)換器有：雙積分式、逐位比較式及并行直接比較式等幾種。</p><p>　　通過A/D轉(zhuǎn)換器上模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，以便讓單片機接收，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的函數(shù)關系可表示為:D[x/r]，這里D是數(shù)字量信號，V x是輸入的模擬電壓，V r是基準電壓。恒等號表示D接近比值Vx/Vr，D與比值之差為量化誤差。

37、好的A/D轉(zhuǎn)換器的精度主要取決于量化誤差，等于。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)果不僅在時間上離散的，而且在數(shù)值上也是離散的，可見A/D轉(zhuǎn)換器的精度取決于數(shù)值量化的位數(shù)和采樣速度，而采樣速度又主要由A/D轉(zhuǎn)換器的速度決定。量化的位數(shù)越多，分辨率越高，即LSB 所能區(qū)分的模擬量的最小變化量越小。因此選擇A/D轉(zhuǎn)換器時，首先應注意選擇合適的位數(shù)和轉(zhuǎn)化速度，保證其量化位數(shù)決定的分辨率高于微機化儀器儀表的整機精度要

38、求。</p><p>　　選擇A/D轉(zhuǎn)換器速度指標時，應聯(lián)系所采集的變量信號的性質(zhì)來決定，信號中所含最高頻率越高，采樣頻率越高，要求所選A/D轉(zhuǎn)換器的時間應越短。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器由模擬電路和數(shù)字電路組成，除了量化誤差外，它還存在由于元器件不精密，受外界因素影響而變化等所帶來的轉(zhuǎn)換誤差，包括線性誤差溫度漂移誤差。 </p><p>　　3.2.

39、2 A/D轉(zhuǎn)換器MAX187</p><p>　　MAX187是一個具有SPI總線的12位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部集成了大帶寬跟蹤、保持電路和串行接口。</p><p>　　MAX187的特點：</p><p><b>　　12位分辨率；</b></p><p>　　8通道單端或4通道差分輸入，輸入極性可用軟件設置；<

40、/p><p>　　單-5V或±5V工作電壓，工作電流1.5mA，關斷電流2μA；</p><p>　　內(nèi)部跟蹤/保持電路，75ksps采樣速率；</p><p>　　內(nèi)部4.096V基準電壓，與SPI、QSPI兼容；</p><p>　　±1/2LSB整體非線性度。</p><p><b>　

41、　各引腳的功能如下：</b></p><p>　　VDD：電源電壓，+5V。</p><p>　　VCC：模擬輸入，輸入范圍為0V~Vref。</p><p>　　SHDN：有三級輸入。若 SHDN 拉到低電平，表示芯片處于低功耗狀態(tài)，此時的電源電流為10μA ；若 SHDN 拉到高電平，允許使用內(nèi)部的參考電源；若SHDN處于懸浮狀態(tài)，則禁止內(nèi)部參考電源

42、，允許使用外部的參考電源。</p><p>　　Vref ：參考電壓端。當允許內(nèi)部參考源時，輸出4.096V的電壓；當禁止內(nèi)部參考源時，可輸入2.5V~VDD 范圍的精密電壓，作參考電壓。若采用內(nèi)部參考電源，退耦電容為4.7μF；若加上的是外部內(nèi)部參考源，還需增加0.1μF 的退耦電容。</p><p>　　GND：模擬地及數(shù)字地。</p><p>　　DOUT：串

43、行數(shù)據(jù)輸出。在SCLK的下降沿，數(shù)據(jù)改變狀態(tài)。</p><p>　　SCLK：串行時鐘輸入，時鐘輸入速率為5MHZ。</p><p>　　CS：片選端，輸入，低電平有效。在CS 的下降沿，初始化轉(zhuǎn)換。當為高時，DOUT線為高阻態(tài)。MAX187使用采樣/保持器（T/H）和逐位逼近寄存器（SAR）電路將一個模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成一個12位的數(shù)字輸出。采樣/保持器（T/H）無需外部的保持電容。MAX

44、187的輸入信號在0V~Vref 范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換時間包括T/H的采樣時間在內(nèi)的10μs。</p><p>　　轉(zhuǎn)換器有兩種工作方式：正常方式和暫停方式。將SHDN拉成低電平，器件處于暫停狀態(tài)，電源電流減至10μA；當SHDN拉成高電平或不接，器件將進入正常工作方式。CS的下降沿將初始化轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果是在DOUT端以單極性串行格式輸出。轉(zhuǎn)換結(jié)束（EOC）為高電平，跟著是串行數(shù)據(jù)流（MSB在先）。</p>

45、<p>　　CS為有效時,在時鐘SCLK的每一個上升沿把一個最高位為“1”的控制字節(jié)的各位送入移位寄存器，控制器收到控制字節(jié)后，選擇控制字中給定的模擬通道并在SCLK的下降沿啟動轉(zhuǎn)換。其控制字節(jié)的格式如表1所示。在啟動轉(zhuǎn)換后MAX187可使用外部串行時鐘或內(nèi)部時鐘來完成逐次逼近轉(zhuǎn)換。在兩種時鐘方式時，數(shù)據(jù)的移入/輸出都由外部時鐘來完成。在外部時鐘方式時，外部時鐘不僅移入和輸出數(shù)據(jù)，而且也驅(qū)動每一步模數(shù)轉(zhuǎn)換。在控制字節(jié)的最后一

46、位之后，SSTRB有一個時鐘周期的脈沖高電平，在其后的12個SCLK的每一個下降沿逐次逼近的各位并出現(xiàn)在DOUT端。變換必須在較短時間內(nèi)完成，否則采樣/保持電容器上電壓的降低可能導致變換結(jié)果精度的降低，如果時鐘周期超過10μs，或者由于串行時鐘的中斷使得變換時間超過120μs，則要使用內(nèi)部時鐘方式。在內(nèi)部時鐘方式時，MAX187在內(nèi)部產(chǎn)生它們自己的轉(zhuǎn)換時鐘，并允許微處理器以10MHZ以下的任何時鐘頻率讀回轉(zhuǎn)換結(jié)果。SSTRB在轉(zhuǎn)換開始時

47、變?yōu)榈碗娖?，在變換完成時變?yōu)楦唠娖?。SSTRB保持最長為10μs的低電平，為了得到最佳的噪聲性能，在此期間SCLK應保持低電平。在SSTRB變?yōu)?lt;/p><p>　　MAX187與AT89C52的接口如圖3.3所示</p><p>　　圖3.3 MAX187與AT89C52的接口</p><p>　　MAX187串行接口只需三根數(shù)字線：SCLK、CS和DOUT，與單

48、片機AT89C52的接口非常簡單。MAX187的輸出口DOUT接AT89C52的輸入口P3.0，MAX187的輸入口SCLK接AT89C52的輸出口P3.1，MAX187的片選端接AT89C52的ALE。</p><p>　　3.3 單片機AT89C52 </p><p>　　AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的反復擦寫的只

49、讀存儲器ROM和256字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器RAM。器件ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器CPU和Flash存儲單元，功能強大。</p><p>　　主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容；8k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz—24Hz；三級加密程序存儲器；256×

50、8字節(jié)內(nèi)部RAM；32個可編程I/O口線；3個16位定時/計數(shù)器；8個中斷源；可編程串行UART通道；低功耗空閑和掉電模式。</p><p>　　AT89C52提供以下標準功能：8k字節(jié)Flash閃速存儲器。256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個6向量兩級中斷結(jié)構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作

51、模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/記數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。</p><p><b>　　引腳功能說明：</b></p><p><b>　　VCC：電源電壓</b></p><p><b>　　G

52、ND：地</b></p><p>　　P0口：是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。</p><p>　　P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電

53、阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。</p><p>　　P2口：P2是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。</p&g

54、t;<p>　　P3口：P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。</p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。</p><p>　　ALE

55、/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。</p><p>　　PSEN：程序存儲允許PSEN輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次P

56、SEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。</p><p>　　EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LBI被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA狀態(tài)。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p>

57、<p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　3.3.1 時鐘電路</p><p>　　89系列單片機和51系列單片機一樣，在內(nèi)部有一個振蕩器，可以用做CPU的時鐘源。但是，89系列單片機允許用作外部振蕩器，外部振蕩器產(chǎn)生的信號加到振蕩信號的輸入端，就可以作為單片機CPU的時鐘源。</p><p>　　89系列單片機的內(nèi)部振蕩器電

58、路由一個單級反向器組成。XTAL1為反向器的輸入，XTAL2為反向器的輸出可以利用它內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時鐘，只要在XTAL1和XTAL2引腳上外接一個晶體及電容組成的并聯(lián)諧振電路，便構成一個完整的振蕩信號發(fā)生器。如圖3.4所示，此方式稱為內(nèi)部方式。</p><p>　　另一種使用方法如圖3.5所示，由外部時鐘源提供一個時鐘信號到XTAL1端輸入，而XTAL2端浮空。在組成一個單片機系統(tǒng)時，多采用圖3.4所示的方式，

59、這種方式的結(jié)構緊湊，成本低廉，可靠性高。</p><p>　　圖3.4 內(nèi)部振蕩電路 圖3.5 外部振蕩電路</p><p>　　振蕩器的等效電路如圖3.4的上部所示。在圖中給出了外接元件，即外接晶體及電容C1，C2，并組成并聯(lián)諧振電路在電路中，對電容C1和C2的值要求不是很嚴格，如使用高質(zhì)的晶振，則不管頻率為多少，C1，C2通常都選擇30pF

60、。有時，在某些應用場合為了降低成本，晶體振蕩器用陶瓷振蕩器代替，則電容C1，C2的值取47pf。</p><p>　　我選用內(nèi)部振蕩電路，電容C1，C2的值取47pf。</p><p>　　3.3.2 復位電路</p><p>　　89C52單片機與其他微處理器一樣，在啟動時都需要復位。使CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。89C52單片

61、機的復位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期（24個振蕩周期），則CPU就可以響應并將系統(tǒng)復位。因外部的復位信號與內(nèi)部時鐘異步的，所以在每個機器周期的S5P2都對RST引腳上的狀態(tài)采樣。當在RST端采樣到“1”信號且該信號維持19個振蕩周期以后，將ALE和PSEN接成高電平，使器件復位，在RST端電壓變低后，經(jīng)1個～2個機器周期后退出。

62、PSEN引腳拉成低電平，則會引起芯片進入不定狀態(tài)。</p><p><b>　　1） 手動復位</b></p><p>　　手動復位需要人為在復位輸入端RST上加高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源VCC之間接一個按鈕，當人為按下按鈕時，則VCC的+5V電平就會直接加到RST端。由于人的動作很快也會使按鈕保持接通打數(shù)十毫秒。所以，保證能滿足復位的時間要求。<

63、;/p><p><b>　　2） 上電復位</b></p><p>　　AT89C52 的上電復位電路，只要在RST復位輸入引腳上接一電容至VCC端，下接一個電阻到地即可。對于CMOS型單片機，由于在RST端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減到1μF。</p><p>　　上電復位的過程是在加電時，復位電路通過電容加給RST端一

64、個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著VCC對電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠的復位，RST端的高電平信號必須持續(xù)足夠長的時間。</p><p>　　上電時，VCC的上升時間約為10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如果晶振頻率為10MHZ，起振時間約為1ms，如晶振頻率為1MHZ，起振時間為10ms。</p><p>　　

65、在上電復位電路中，當VCC掉電時，必然會使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個負電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。另外，在復位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)。復位后，系統(tǒng)將端口置為“1”狀態(tài)。</p><p>　　如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復位，則在程序計數(shù)器PC中將得不到一個合適的初值。因此。CPU可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序。</p><p><b&

66、gt;　　圖3.6 復位電路</b></p><p>　　綜合上電復位和手動復位，把二者結(jié)合起來。一上電即復位，進行單片機初始化操作。把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，按鍵復位可以重新啟動單片機。</p><p>　　3.4 顯示電路及接口</p&g

67、t;<p>　　測得溫度值在單片機中經(jīng)過處理后，還要進行信息顯示。顯示器件大多采用LED或LCD。對LED和LCD器件來說，它們的接口方法是不同的。因為LED一般所需的電流較大，而顯示器件很多是7段數(shù)字顯示器。所以，顯示時要求給出和顯示數(shù)字對應的顯示碼。對于LCD器件來說，現(xiàn)在已經(jīng)配置了專門的驅(qū)動電器，在進行信息顯示時，往往把信息寫入驅(qū)動電路的存儲器中。由于存儲器和LCD顯示屏是一種映射關系，故只要寫入其存儲器的信息適當，

68、則可以在LCD中顯示出對應的正確信息。</p><p>　　3.4.1 LCD與LED的比較</p><p><b>　　發(fā)光方式</b></p><p>　　LCD本身不能發(fā)光，依靠環(huán)境光顯示字符，因此在黑暗中不能顯示；LED本身能直接發(fā)光，在黑暗條件下也可顯示字符。</p><p><b>　　驅(qū)動方式&l

69、t;/b></p><p>　　LCD不能用直流驅(qū)動，必須用交流驅(qū)動電壓，以防止液晶材料分解失效；LED必須用直流電壓驅(qū)動，交流驅(qū)動會使顯示閃爍不清。</p><p><b>　　功耗</b></p><p>　　LCD的功耗比LED要小的多，因此LCD廣泛用于要求功耗小的野外用便攜式儀器儀表。</p><p>&

70、lt;b>　　動態(tài)響應</b></p><p>　　LCD是容性負載，動態(tài)響應慢，達到ms級；LED是電阻性負載，動態(tài)響應很快，達μs級。</p><p><b>　　使用壽命</b></p><p>　　由于LCD的液晶材料的化學、物理穩(wěn)定性不高，使用壽命遠不及LED。</p><p>　　通過上述分

71、析比較，選用LED作為顯示電路。LED數(shù)碼管的主要特點如下：能在低電壓，小電流（工作電流一般選用10mA左右/段）條件下驅(qū)動發(fā)光，能與CMOS，TTL電路兼容；發(fā)光響應時間極短（<0.1μs），高頻特性好，單色性好，亮度高；體積小，重量輕，抗沖擊性能好；壽命長，使用壽命在10萬小時以上，甚至可達100萬小時，成本低。</p><p>　　3.4.2 LED數(shù)碼顯示器與CPU的接口</p>&l

72、t;p>　　當LED顯示器與CPU接口時，需要用鎖存器將總線上瞬間的顯示信息鎖存，以驅(qū)動顯示器。</p><p>　　圖3.7 LED數(shù)碼顯示器與CPU連接圖</p><p>　　單片機CPU選用89C52芯片,74LS373為地址鎖存器。用8155芯片擴展了89C52單片機的I/O口，8155芯片管理鍵盤和顯示電路。并行口輸出進行4位LED顯示，8155內(nèi)部RAM用于控制參數(shù)的存儲

73、，PA口用于發(fā)光二極管狀態(tài)顯示，PC口用于鍵盤輸入。</p><p>　　3.4.3 數(shù)碼顯示器的段譯碼</p><p>　　為了在七段顯示器上顯示數(shù)字或字符，需要將數(shù)字或符號轉(zhuǎn)換為對應的數(shù)碼顯示器的LED段碼，這一過程稱作段譯碼。段譯碼有硬件譯碼和軟件譯碼兩種。</p><p><b>　　a）硬件譯碼</b></p><

74、p>　　硬件譯碼器分BCD型和十六進制型，前者只能譯出數(shù)字0～9十個段碼，后者可譯出數(shù)字0～9和字符A～F16個段碼，但在由通用譯碼芯片構成的電路中，要顯示除此之外的信息就無能為力了，這是硬件譯碼的最大缺點。</p><p><b>　　b）軟件譯碼</b></p><p>　　一般在微機化儀器儀表中應用七段顯示器時，除了顯示數(shù)據(jù)外還希望能顯示一些特別的提示符號

75、，這樣的段譯碼就只能采用軟件譯碼了，軟件譯碼的接口電路需鎖存器和驅(qū)動電路即可。</p><p>　　3.4.4 顯示器的驅(qū)動形式</p><p>　　點亮顯示器有動態(tài)和靜態(tài)兩種方法。</p><p><b>　　a）靜態(tài)驅(qū)動</b></p><p>　　所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二極管恒定的導

76、通或截止，例如T段顯示器a.b.c.d.e.f導通，g截止，顯示是0。這種顯示方式每一位都需要有一個八位輸出口控制。三位顯示器的接口邏輯，如果采用靜態(tài)顯示時，較小的電流能得到較高的亮度且字符不閃爍，所以可由8255A的輸出口直接驅(qū)動。在單片機串行口方式0應用中，也是采用靜態(tài)顯示方法。當顯示器位數(shù)較少時，采用靜態(tài)顯示的方法是合適的。當位數(shù)較多時，用靜態(tài)顯示所需的I/O太多，一般采用動態(tài)顯示方法。</p><p>&

77、lt;b>　　b）動態(tài)顯示驅(qū)動</b></p><p>　　當顯示器位數(shù)較多時，宜采用動態(tài)顯示驅(qū)動形式。動態(tài)顯示的原理是利用人生理上的視覺殘留現(xiàn)象，使各顯示器輪流通電點亮，當每個顯示器點亮的通電頻率在50HZ以上時，人眼就不會感到顯示器的閃動了。</p><p>　　段寄存器盡管與多位顯示器的對應段相連，但每次只有一位的段點亮，負荷較小；位寄存器則不同，在對應的位顯示器點

78、亮時，位最多會驅(qū)動八個LED，負荷較大，所以寄存器應該擴展驅(qū)動電路。</p><p>　　顯示器動態(tài)驅(qū)動是程序控制的，CPU將某一顯示器的顯示信息送入段寄存器中，同時送入位寄存器相應的位掃描數(shù)據(jù)，使對應該顯示器的位輸出有效，其它位則無效，此時，只有該顯示器點亮并顯示相應的信息，一段時間后，程序?qū)⒏鼡Q段寄存器的內(nèi)容和位掃描碼，使下一個顯示器點亮并顯示相應的信息。如此周而復始地循環(huán)，只要掃描頻率在50HZ以上，即可獲

79、得良好的顯示效果。動態(tài)顯示的軟件編程應注意以下問題：</p><p>　　1）由于動態(tài)掃描顯示需要始終周期性地進行，所以建議動態(tài)顯示接口的軟件結(jié)構宜采用定時中斷方式，否則將占用大量的CPU資源。</p><p>　　2）若定時周期過長，則顯示會有閃爍感，過短則顯示器每次點亮的時間太短，亮度也會降低。</p><p>　　3）在軟件中一般要建立顯示緩沖區(qū)，以存儲各顯示

80、器對應的顯示內(nèi)容，還要善于應用指針。</p><p>　　動態(tài)顯示的亮度不如靜態(tài)顯示的，所以硬件上可適當減小限流電阻的阻值以增加顯示的亮度。隨著驅(qū)動顯示器的增加，各顯示器的點亮時間會相應減少，顯示亮度必將降低，這時可采用多組平行的動態(tài)顯示方式，并且使每一組顯示器的數(shù)目控制在能夠保證亮度的范圍內(nèi)。為了改善顯示效果，還應在儀表板上對應于顯示器的位置，使用有色透明材料，以增加顯示的對比度。</p><

81、;p>　　與靜態(tài)顯示電路相比，動態(tài)顯示電路大大節(jié)省了硬件開銷，是典型的“以軟代硬”的例子，所以動態(tài)顯示在微機化儀器儀表中被廣泛地采用。</p><p>　　3.4.5 數(shù)字顯示位數(shù)的確定</p><p>　　對于微機儀器儀表，數(shù)字顯示的位數(shù)決定了儀器儀表的分辨率。顯示位數(shù)少了，顯示輸出時會降低儀器儀表的分辨率；顯示位數(shù)多了，顯示分辨率遠高于儀器儀表的實際分辨率，則會顯示無效數(shù)字，降低

82、顯示輸出的穩(wěn)定性，也增加了硬件成本。</p><p>　　確定儀器儀表數(shù)字顯示位數(shù)的原則，是使顯示分辨率與儀器儀表能夠達到的分辨率相符合。設計時應結(jié)合儀器儀表的量程上限和分辨率，根據(jù)具體情況而確定。</p><p>　　此系統(tǒng)測量的溫度的上限為1200℃，分辨率為1℃。數(shù)字顯示的位數(shù)等于量程的位數(shù)，即4位。所以系統(tǒng)安排4位數(shù)碼管。</p><p><b>

83、　　3.5按鍵及其接口</b></p><p>　　與開關一樣，按鍵具有“斷開”和“閉合”的兩種狀態(tài)，通過接口電路對應于0和1兩個邏輯電平；不同之處在于，按鍵的“閉合”是暫態(tài)的，當操作者停止按壓時，按鍵即恢復到“斷開”狀態(tài)，因此，按鍵適合于連續(xù)的輸入操作。但按鍵不像開關，對輸入的狀態(tài)具有保持作用，因此，按鍵通常與輸出顯示配合使用，利用顯示輸出對按鍵操作給予反饋。另外，開關是各狀態(tài)設置好后再輸入的，而按

84、鍵則是在操作中輸入的。因此，按鍵需要解決抖動和單次鍵入的問題，從協(xié)調(diào)操作的機械過程慢與CPU讀入判斷過程快之間的矛盾。</p><p>　　3.5.1 按鍵的去抖動</p><p>　　按鍵從最初按下到穩(wěn)定接觸要經(jīng)過數(shù)毫秒的抖動過程，按鍵松開時也存在同樣的問題，對于高速運行的微機系統(tǒng)，這幾毫秒的抖動將引起多次讀數(shù)的誤動作，因此，按鍵必須進行去抖處理，去抖動通常有硬件和軟件兩種方案。<

85、/p><p>　　硬件去抖動的方法可采用RS觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路，利用RS觸發(fā)器的互鎖能去抖動，可得到理想的按鍵波形；但該方案一個鍵對應一個硬件電路，一般用于按鍵數(shù)目少且需采用雙向觸點結(jié)構按鍵的場合。</p><p>　　軟件延時去抖動的方法是在CPU首次檢測到按鍵按下后或按鍵放開信號時，延時一段時間（延時時間長短取決于按鍵的性能，一般20ms即可）后，再次判斷按鍵的狀態(tài)，顯然這次讀入的是按鍵穩(wěn)

86、定后的狀態(tài)。軟件去抖動不用額外的硬件開銷，軟件也不復雜。</p><p>　　3.5.2 按鍵的單次鍵入</p><p>　　按下鍵，觀察到系統(tǒng)響應，再松開按鍵的一次按鍵操作過程的時間量為秒級，而CPU即便考慮延時去抖動的問題，通常仍采用軟件的方法來解決按鍵單次鍵入的問題，即當CPU測得按鍵按下的信號時，不立即轉(zhuǎn)入處理程序，而是反復檢測按鍵的狀態(tài)，直到按鍵被松開了才認為一次按鍵操作有效。&

87、lt;/p><p>　　對按鍵單次鍵入的處理是非常必要的，但有時在連續(xù)對一個按鍵操作時，又希望一次按鍵連續(xù)鍵入。為此，可在不斷監(jiān)測被按下鍵的同時設超時判斷，當按鍵被按壓的時間超時，即認為操作者在進行連續(xù)輸入。</p><p>　　3.5.3 串鍵處理</p><p>　　當多個按鍵并列使用時，因操作因素可能將雙鍵或多鍵同時按下，對此程序應考慮對串鍵的處理。對串鍵最簡單的

88、處理是做無效輸入而不予理睬。也可采用雙鍵鎖定的原則，即串鍵時不判斷鍵值，只到按著僅剩的一個鍵時，才判斷鍵值。</p><p>　　3.5.4 按鍵接口的工作形式</p><p>　　對按鍵的處理應具有實時性，CPU處理按鍵的方式可采用中斷或定時查詢的方式。定時查詢方式是在系統(tǒng)中設置一定時時鐘，在定時中斷服務程序中檢測按鍵的狀態(tài)并進行按鍵操作的處理。這種方法不但硬件上比中斷方式簡單（無須產(chǎn)生

89、中斷信號的與門），軟件處理上也有特點：去抖動的延時可由定時時鐘產(chǎn)生而不是由軟件來延時，對于單鍵入的處理也從定時時鐘為周期不斷監(jiān)測按鍵，通過設置不同的標志位判斷過程完成。這樣，在按鍵操作的過程中沒有程序在原地等待，不影響主程序的運行；這種分時處理結(jié)構對在線進行的系統(tǒng)很有意義。</p><p>　　僅由二三個按鍵構成的人機接口，在微機化儀器儀表中是比較常見的應用形式，特別是對于某些在線運行的儀表，工作參數(shù)和設置等編程

90、信息是通過儀表編程器事先輸入的，不會經(jīng)常性地更改參數(shù)設置，只要設置幾個按鍵用于選擇不同的工作模式。</p><p>　　這里設計了一個獨立按鍵，負責系統(tǒng)的啟動功能，采用中斷方式，系統(tǒng)上電復位后，只有按下啟動鍵后才會執(zhí)行程序，否則為待機方式。</p><p>　　3.5.5 鍵盤及其說明</p><p>　　在微機化儀器儀表的人機輸入接口中，除按鍵形式外，另一種常見形

91、式是鍵盤，鍵盤用于實時，便捷地向系統(tǒng)輸入?yún)?shù)，通常將一組分別代表數(shù)字和有關命令的按鍵構成的集合稱為鍵盤。設計中應用4個獨立式按鍵，K0鍵用來完成啟動(或停止)；K1鍵用來切換(或確定)；K2鍵用來向下調(diào)節(jié)；K3鍵用來向上調(diào)節(jié)。 </p><p>　　3.5.6鍵盤的工作原理</p><p><b>　　鍵盤可以分為兩類：</b></p><p>

92、;<b>　　獨立連接式和矩陣式</b></p><p><b>　　a)獨立連接式鍵盤</b></p><p>　　這是最簡單的鍵盤電路，每個鍵獨立地接入一根數(shù)據(jù)輸入線。 </p><p>　　在平時，所有的數(shù)據(jù)輸入線都被連接成高電平；當任何一個鍵壓下時，與之相連的數(shù)據(jù)輸入線將被拉成低電平。要判斷是否有鍵壓下，只要用位處

93、理指令即可。</p><p>　　這種鍵盤的優(yōu)點是結(jié)構簡單，使用方便，但隨著鍵數(shù)的增多所占用的I/O口線也增加。</p><p><b>　　b)矩陣式鍵盤</b></p><p>　　組成一個矩陣式鍵盤輸入電路，其必不可少的部分有：</p><p><b>　　鍵盤開關矩陣</b></p&g

94、t;<p><b>　　輸出（行線）鎖存器</b></p><p><b>　　輸入（列線）緩沖器</b></p><p>　　3.5.7單片機對非編碼鍵盤的控制方式</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)設計中，為了節(jié)省硬件通常采用非編碼鍵盤，在這種鍵盤結(jié)構中，單片機對它的控制不外乎有以下幾種方式：</

95、p><p>　　a.程序控制掃描方式；</p><p><b>　　b.定時掃描方式；</b></p><p><b>　　c.中斷掃描方式。</b></p><p><b>　　①程序控制掃描方式</b></p><p>　　這種方式就是只有當單片機空閑時

96、，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，響應鍵盤的輸入請求。</p><p><b>　?、诙〞r掃描方式</b></p><p>　　單片機對鍵盤的掃描也可以采用定時掃描方式，即每隔一定的時間對鍵盤掃描一次。在這種掃描方式中，通常利用單片機內(nèi)的定時器，產(chǎn)生10的定時中斷，CPU響應定時器溢出中斷請求，對鍵盤進行輸入請求。</p><p><b>　　

97、③中斷掃描方式</b></p><p>　　對鍵盤定時的掃描控制方式的主要優(yōu)點是能及時響應鍵入的命令或數(shù)據(jù)，便于用戶對正在執(zhí)行的程序進行干預。這種控制方式，不管鍵盤上有無鍵閉合，CPU總是定時的關心鍵盤狀態(tài)，因為人工鍵入動作極慢，有時操作員對正在運行的系統(tǒng)很少甚至不會干預，所以在大多數(shù)情況下，CPU對鍵盤進行空掃描。為了進一步提高CPU的效率，可采用中斷方式，當鍵盤上有鍵閉合時產(chǎn)生中斷請求，CPU響應

98、中斷，執(zhí)行中斷服務程序，判別鍵盤上閉合鍵的鍵號，并作相應的處理。</p><p><b>　　過零觸發(fā)電路</b></p><p>　　圖3.8 交流過零溫度控制電路</p><p>　　將三組從單相電網(wǎng)上取得的過零脈沖信號，通過一個或非門接入外部中斷INT1引腳，構成三相同步過零脈沖信號。此信號一方面具有外部中斷時進行辯相，認相的功能，一方

99、面作為調(diào)功輸出時的基本控制周期2秒定時。三組具有光電隔離功能并且?guī)в羞^零觸發(fā)電路與負載連接成角型，作為調(diào)功輸出時控制從而達到迅速簡單的認相的目的。此外，在此調(diào)功輸出電路中，通過軟件置1或清零控制，使負載至少導通的最小單位為一個正弦波。</p><p>　　在電路中，moc3061是雙向可控硅輸出型的光電耦合器，其作用是隔離單片機系統(tǒng)和觸發(fā)大功率雙向可控硅KS，moc3061是一種內(nèi)部帶過零觸發(fā)的器件。單片機輸出低

100、電平時，moc3061的輸入端有約16mA的電流輸入，在其輸出端4、6腳之間稍稍過零時，moc4061內(nèi)部的過零檢測電路觸發(fā)其內(nèi)部雙向可控硅導通，再由moc3061內(nèi)部的雙向可控硅提供更大的電流去觸發(fā)大功率可控硅KS。過零觸發(fā)的優(yōu)點是電流波形比較完整，諧波干擾小。</p><p><b>　　3.7硬件抗干擾</b></p><p>　　隨著單片機在工業(yè)控制領域中的廣

101、泛應用，單片機的抗干擾問題越來越突出。工業(yè)環(huán)境通常比較惡劣，惡劣的環(huán)境必然會給單片機帶來各種干擾，以致系統(tǒng)不能正常工作。</p><p>　　在工業(yè)環(huán)境中單片機控制系統(tǒng)會遇到各種干擾，這些干擾通?？煞譃樵肼暩蓴_，電磁干擾，電源干擾和過程通道干擾等。要抑制和消除這些干擾對單片機控制系統(tǒng)的影響。設計者必須從硬件和軟件兩個方面來努力才能提高系統(tǒng)抗擊這些干擾的能力，從而確保系統(tǒng)在惡劣的環(huán)境下可靠的工作。單片機應用系統(tǒng)硬件

102、抗干擾是整個系統(tǒng)抗干擾設計的主體，它可分四部分：供電系統(tǒng)的抗干擾設計，長線傳輸中的抗干擾設計，印刷電路的抗干擾設計以及地線系統(tǒng)的抗干擾設計。</p><p>　　本次設計由于時間倉促，對一些干擾進行了忽略，僅對一些較大的干擾采取了一些措施，例如增加濾波、光電隔離等。我們盡量選擇了具有較好性能和較高可靠性的元件，并且對系統(tǒng)結(jié)構的設計作了相應的處理。</p><p><b>　　4軟

103、件實現(xiàn)</b></p><p>　　4.1軟件設計的總體思想</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)方框圖</p><p>　　本設計的要求是能夠?qū)崟r的測溫并顯示所測得溫度以及根據(jù)要調(diào)節(jié)的溫度使用一定的算法使測出的溫度和所調(diào)節(jié)的相符。根據(jù)系統(tǒng)要求，軟件考慮采用鍵盤管理程序作為主程序的模塊化設計方案。系統(tǒng)的方框圖如圖4.1所示。</p><

104、p>　　在設計軟件時根據(jù)控制系統(tǒng)工作由實時測量、實時決策和實時控制組成。將程序分解成模塊來處理的特點將程序分為幾個大的模塊,其中有主程序塊和幾個中斷模塊。主模塊主要完成89C52的初始化,INT0中斷使用來設置調(diào)節(jié)溫度的,即實時決策,T0中斷是用來定期測溫的,即事實測量。在中斷模塊中又嵌套了一些小的過程塊,由它們來分別完成鍵盤掃描,鍵碼識別,溫度顯示,爐溫采樣,數(shù)字濾波和控制算法等。在這里我們主要給出了主模塊、INT0、T0的設計

105、思路。</p><p>　　4.1.1 主模塊設計思路</p><p>　　主模塊只需進行一些89C52的初始化,然后等待中斷產(chǎn)生。初始化包括對中斷允許寄存器IE的設置, 將其設置為83即:EA=1,開CPU中斷,ET0和EX0為1,開T0和INT0中斷;對中斷源優(yōu)先級IP的設定,將其設為03,即:設置INT0和T0為高優(yōu)先級中斷;對定時器的工作寄存器TMOD設置,TMOD=55H,即:設

106、置T0和T1均為工作方式一,均為計數(shù)方式且用軟件啟動T0和T1工作;T0初始化,然后就是等待中斷。</p><p>　　4.1.2 INT0設計思路</p><p>　　INT0中斷主要是完成實時決策,根據(jù)課題的要求,測溫的范圍在0℃～1200℃之間,在想調(diào)節(jié)溫度的時候先切換到初始的溫度值,設初始溫度為1000℃,這樣適合上下調(diào)節(jié),在硬件方面就需要添加一個切換鍵。在設為1000℃后要根據(jù)要

107、求得溫度上下調(diào)節(jié),這樣上升鍵和下降鍵就必不可少了。在設定完溫度后就需要確定所設定的溫度并切換到實際溫度以便觀察其變化。還需要一個鍵作為啟動停止鍵來控制可控硅的通斷。為了縮小電路板的面積,可設定一個標志位用一個鍵來完成兩種功能。為了完成以上功能在硬件部分設計了四個鍵,分別完成啟動(或停止)—1號鍵,切換(或確定)—2號鍵,下降—3號鍵,上升—4號鍵。其中1號鍵和2號鍵接INT0口,在單獨按下3號鍵和4號鍵是系統(tǒng)并不產(chǎn)生反映,只有在2號鍵為

108、切換功能時才能上下調(diào)節(jié)溫度。在INT0中貫穿嵌套了兩個主要的小程序塊,它們分別是送數(shù)和顯示,由此就要考慮硬件的顯示部分,由前面的硬件部分介紹可知顯示部分是由4個LED和一個硬件譯碼器組成,。送數(shù)部分的過程有三個,分別是實際溫度,設定溫度和設定初始值。顯示部分有二個共同的程序。送數(shù)的工作原理基本上相同,但由于它們是把不同地址空間的數(shù)送入顯</p><p>　　4.1.3 T0設計思路</p><

109、p>　　T0中斷部分是用來完成實時測量和一部分控制的,可以說它是本系統(tǒng)的核心部分。在該部分中要求采樣、濾波、AD轉(zhuǎn)換、查表、顯示和算法控制等任務。該中斷程序十分簡單,但在其中調(diào)用了許多重要的大的過程塊。</p><p><b>　　4.2 程序流程圖</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)要求，軟件考慮采用鍵盤管理程序作為主程序的模塊化設計方案，主程序框圖如圖4.

110、2所示。主程序入口先進行89C52芯片和8155芯片初始化，對應RAM中的單元內(nèi)容送顯示，控制參數(shù)輸入鍵和運行鍵是否按下若按下則轉(zhuǎn)參數(shù)輸入及讀參數(shù)程序或運行程序,其中狀態(tài)單元內(nèi)容是人為設置的，是輸入的一種參數(shù)若為A，則表示恒溫控制，B表示升溫控制，C表示降溫控制，E表示整個加熱工藝過程結(jié)束，顯示/END0；若不是以上4種符號，則表示運行過程中有錯，顯示切斷加熱電源，狀態(tài)顯示熄滅，最后判SE鍵是否按下。若按下則返回主程序,運行程序中調(diào)用恒