单片机电阻炉温度控制系统

长春工业大学（ 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ）-PAGE1-摘　　要本文介绍了一个以8031单片机为核心的温度控制系统。即用一台8031单片机及其它外围部件组成电阻炉温度自动控制系统对电阻进行DDC控制，并使系统达到工艺要求的各项性能指标。为了提高温度控制的精度，介绍了一种利用8031单片机实现的电加热炉温度控制装置的组成及主要功能，对系统控制方法、硬件 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 及其软件等都作了详尽的讨论.本设计以8031单片机为核心组成的电加热炉计算机控制系统，其硬件电路包括检测装置、采样输入装置、控制信号输出装置、执行装置、报警控制装置、温度显示、键盘输入七部分构成。考虑到电加热炉是一个非线性，时变和分布参数系统，所以本文采用PID控制算法。整个软件部分包括主程序和一些子程序构成，包括运行子程序、采样滤波子程序、温度显示子程序、恒温控制子程序、PID运算子程序、中断服务子程序等。由于整个系统软件相当庞大，为了便于编写、调试、修改和增删，系统程序的编制采用了模块化的结构，即整个控制软件由许多独立的小模块组成，以便于阅读。关键词：电加热炉8031单片机检测装置温度控制8031singlechipcomputersTemperaturecontrolsystemofelectricheatingfurnaceAbstractThistextregardelectricityheatingfurnaceastargetofaccusingof,isitconfirmelectricheatingfurnacecompositionofsystemandcontroltheschemetocomethroughananalysisoftarget'scharacteristicofheatingfurnaceofelectricity.Inordertoimprovetheprecisionoftemperaturecontrol,haveintroducedthecompositionofakindofelectricheatingfurnacetemperaturecontroldevicemadeuseofone-chipcomputertorealizeandmainfunction,controltosystemmethod,hardwaredesignandsoftware,etc.makeexhaustivediscussion.Originallydesignandregard8031one-chipcomputersastheelectricheatingfurnacecomputercontrolsystemthatthecoremakesup,itshardwarecircuitincludingkeyboardshows,becometemperatureitgive,itamplify,notstrainingwave,siliconcontrolledrectifiertouchingoffaftertotalmarkaftersignalto,　Itconsideritiselectricheatingfurnaceitiseachthenon-linear,whenbecomeanddistributedbyparametersystemmed,soaliterarygracePIDcontrolsalgorithms。　Thepartofthewholesoftwareincludestwopartsofthehypervisorandcontrolprocedure,Includethemovementsub-procedureandadoptthekindasub-procedure,temperaturemanifestationsub-procedure,constanttemperaturecontrolsub-procedure,PIDcarriestocalculatethesub-procedureandbreakofftheservicesub-procedureetc.executionthatreporttothepoliceandcutsofftheservicetooperateetc.Controlproceduretoaccuseoftargetgoonsample,dataprocessing,accordingtocontrolalgorithmcalculateandexportetc..Becausethewholesystemssoftwareisquitehuge,inordertowrite,debug,reviseandaddanddelete,theestablishmentofthesystematicprocedurehasadoptedthemodulestructure,namelycontrolthesoftwareandmadeupofalotofindependentsmallmoduleentirely.KeyWords：electricheatingfurnace,8031singlechipmicrocomputer,examinationequips,temperationcontrol目　　录TOC\o"1-3"\h\zHYPERLINK\l"_Toc205965214"摘　　要PAGEREF_Toc205965214\h1HYPERLINK\l"_Toc205965215"AbstractPAGEREF_Toc205965215\h2HYPERLINK\l"_Toc205965216"引　　言PAGEREF_Toc205965216\h1HYPERLINK\l"_Toc205965217"1.系统概论PAGEREF_Toc205965217\h2HYPERLINK\l"_Toc205965218"1.1原理框图PAGEREF_Toc205965218\h2HYPERLINK\l"_Toc205965219"1.2炉温控制要求PAGEREF_Toc205965219\h2HYPERLINK\l"_Toc205965220"1.3控制对象PAGEREF_Toc205965220\h3HYPERLINK\l"_Toc205965221"1.4工艺要求PAGEREF_Toc205965221\h3HYPERLINK\l"_Toc205965222"1.5控制任务PAGEREF_Toc205965222\h4HYPERLINK\l"_Toc205965223"1.6系统组成和基本工作原理PAGEREF_Toc205965223\h4HYPERLINK\l"_Toc205965224"1.7该控制系统各部分装置设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 PAGEREF_Toc205965224\h5HYPERLINK\l"_Toc205965225"1.8系统的基本工作原理PAGEREF_Toc205965225\h5HYPERLINK\l"_Toc205965226"1.9该控制系统中各元件型号及作用PAGEREF_Toc205965226\h6HYPERLINK\l"_Toc205965227"2.硬件设计PAGEREF_Toc205965227\h6HYPERLINK\l"_Toc205965228"2.18031单片微型计算机PAGEREF_Toc205965228\h7HYPERLINK\l"_Toc205965229"2.1.18031单片机的引脚及其功能PAGEREF_Toc205965229\h7HYPERLINK\l"_Toc205965230"2.1.2并行I/O口PAGEREF_Toc205965230\h9HYPERLINK\l"_Toc205965231"2.1.3定时/计数器PAGEREF_Toc205965231\h10HYPERLINK\l"_Toc205965232"2.1.4中断系统PAGEREF_Toc205965232\h10HYPERLINK\l"_Toc205965233"2.28031和A/D转换器的接口PAGEREF_Toc205965233\h11HYPERLINK\l"_Toc205965234"2.38031和D/A转换器的接口PAGEREF_Toc205965234\h14HYPERLINK\l"_Toc205965235"2.48031存储器的扩展PAGEREF_Toc205965235\h17HYPERLINK\l"_Toc205965236"2.4.18031和2764的接口PAGEREF_Toc205965236\h17HYPERLINK\l"_Toc205965237"2.4.28031和数据存储器的连接PAGEREF_Toc205965237\h19HYPERLINK\l"_Toc205965238"2.58031和8279专用键盘显示器的连接PAGEREF_Toc205965238\h20HYPERLINK\l"_Toc205965239"2.5.18279的结构及引脚功能PAGEREF_Toc205965239\h20HYPERLINK\l"_Toc205965240"2.5.28031和8279的连接PAGEREF_Toc205965240\h22HYPERLINK\l"_Toc205965241"2.6脉冲移相调压单元PAGEREF_Toc205965241\h23HYPERLINK\l"_Toc205965242"2.6.1KC04晶闸管移相触发器PAGEREF_Toc205965242\h23HYPERLINK\l"_Toc205965243"2.6.2脉冲移相调压器组件PAGEREF_Toc205965243\h28HYPERLINK\l"_Toc205965244"2.7报警输出PAGEREF_Toc205965244\h30HYPERLINK\l"_Toc205965245"2.7.1温度上限报警PAGEREF_Toc205965245\h30HYPERLINK\l"_Toc205965246"2.7.2温度下限报警PAGEREF_Toc205965246\h30HYPERLINK\l"_Toc205965247"2.7.3检测回路故障报警PAGEREF_Toc205965247\h30HYPERLINK\l"_Toc205965248"2.8键盘设计PAGEREF_Toc205965248\h31HYPERLINK\l"_Toc205965249"2.9检测变换通道设计PAGEREF_Toc205965249\h32HYPERLINK\l"_Toc205965250"2.10主电路设计PAGEREF_Toc205965250\h33HYPERLINK\l"_Toc205965251"3.软件设计PAGEREF_Toc205965251\h36HYPERLINK\l"_Toc205965252"3.1主程序模块设计PAGEREF_Toc205965252\h36HYPERLINK\l"_Toc205965253"3.2运行子程序模块设计PAGEREF_Toc205965253\h38HYPERLINK\l"_Toc205965254"3.3电炉运行子程序模块设计PAGEREF_Toc205965254\h38HYPERLINK\l"_Toc205965255"3.4采样滤波子程序PAGEREF_Toc205965255\h40HYPERLINK\l"_Toc205965256"3.5温度显示子程序设计PAGEREF_Toc205965256\h42HYPERLINK\l"_Toc205965257"3.6恒温控制子程序功能PAGEREF_Toc205965257\h43HYPERLINK\l"_Toc205965258"3.7PID运算子程序模块设计PAGEREF_Toc205965258\h44HYPERLINK\l"_Toc205965259"3.7.1数字PID控制算法PAGEREF_Toc205965259\h44HYPERLINK\l"_Toc205965260"3.7.2PID应用程序PAGEREF_Toc205965260\h45HYPERLINK\l"_Toc205965261"3.7.3快速控制PAGEREF_Toc205965261\h48HYPERLINK\l"_Toc205965262"3.7.4对饱和作用的抑制PAGEREF_Toc205965262\h49HYPERLINK\l"_Toc205965263"3.8中断服务子程序设计PAGEREF_Toc205965263\h49HYPERLINK\l"_Toc205965264"3.8.1定时器T0中断服务程序PAGEREF_Toc205965264\h49HYPERLINK\l"_Toc205965265"3.8.2外部中断INT0中断服务程序PAGEREF_Toc205965265\h50HYPERLINK\l"_Toc205965266"3.8.3逻辑外部中断INT1中断服务程序PAGEREF_Toc205965266\h50HYPERLINK\l"_Toc205965267"结论PAGEREF_Toc205965267\h51HYPERLINK\l"_Toc205965268"致谢PAGEREF_Toc205965268\h52HYPERLINK\l"_Toc205965269"参考文献PAGEREF_Toc205965269\h53HYPERLINK\l"_Toc205965270"附录PAGEREF_Toc205965270\h54长春工业大学（论文）-PAGE55-引　　言电阻炉是一类量大而广的工业设备，得用单片机实现炉内温度的实时控制、数字显示，对于提高劳动生产率和产品质量，节约能源等都有着积极意义。本文介绍了一个以8031单片机为核心的温度控制系统。即用一台8031单片机及其它外围部件组成电阻炉温度自动控制系统对电阻进行DDC控制，并使系统达到工艺要求的各项性能指标。本文包括系统概论、硬件设计、软件设计三个主要部分。介绍了一种利用8031单片机实现的电加热炉温度控制装置的组成及主要功能，对系统控制方法、硬件设计及其软件等都作了详尽的讨论。本论文集大学四年来所学的知识设计而成，其中贯穿了单片机原理与应用、自动控制原理、检测技术、电子技术、计算机控制技术等多门学科知识。在设计中通过查阅资料，本人还自学了一部分新的知识，使设计更加充实。由于设计者的水平有限，疏漏之处不可避免，还望各位老师批评指正。1.系统概论1.1原理框图8031单片机电阻炉温度控制系统其系统原理框图如图1.1所示温度传感器A/D转换器温度变送器电阻炉8031单片机D/A转换器数据放大可控硅调压器可控硅图1.18031单片机电阻炉温度控制系统原理框图1.2炉温控制要求该系统具有报警控制.温度显示和键盘输入等几个输入输出单元.其工作温度曲线如图1.2所示图1.2炉温控制要求曲线其中AB段为自由升温段,BC段为按指定斜率升温段,CD段为恒温阶段,DE段为自由降温段。1.3控制对象该温度控制系统是利用一台8031单片机控制两台电阻炉的炉温.8031分对电阻炉进行控制。1.4工艺要求在工业生产过程中或科学实验中,为了保证生产过程安全进行.提高产品质量和数量,对加热用的各种电阻炉要求在一定条件下保持恒温,不能随电源电压波动或炉内物体而变化；或者有的电阻炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规率变化等等。因此，在工业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量而且要进行控制。电阻炉炉温的控制根据工艺的要求不同而有所变化，但大体上可归纳为以下几个过程:自由升温段，即根据电阻炉自身的条件，对升温速度没有控制的自然升温过程。恒速升温段，即要求在这一过程炉温上升的速度按某一斜率进行。保温段，即要求在这一过程中炉温基本上保持不变。恒速降温段，即要求炉温下降的速度按某一斜率进行。自由降温段：即要求对炉温不进行控制使其自由冷却。而每一段都有时间要求。在本系统中要求电阻炉内温度按图1-2所示的规率变化，从室温To开始到B点为自由升温段，当温度一旦达到B点，就进行系统调节。从B点到C点应按要求按给定斜率进行恒速升温。由系统进行调节。温度升到D点后，系统进入恒温阶段，在CD段内应始终在系统控制之下，以保证所需要的炉温精度，加工结束，由D点到E点为自由降温段，亦无需系统控制，炉温变化曲线对系统各项指标如下：1．过度过程时间：即从升温开始到进入保温阶段的时间；Ts≤200分2．超调量：即升温过程中温度最大值TM与保温值T0之差与保温值之比=3、静态误差：即当温度进入保温段后的实际温度值T与保温值To之差与保温值之比：4、温度保温值的变化范围：400-450℃5、保温段时间：50-100分钟6、定斜率恒温升速时间：40分钟7、定斜率恒速升温起点温度：较保温值低50℃1.5控制任务用一台8031单片机及其它外围部件组成电阻炉温度自动控制系统对电阻进行DDC控制，并使系统达到工艺要求的各项性能指标。1.6系统组成和基本工作原理本电阻炉温自动控制系统元件方框图如图1-3所示8031单片机可控硅可控硅调压器D/A转换器数据放大器报警电阻炉LCD显示键盘热电偶温度变送器A/D转换器图1.3电阻炉炉温自动控制系统元件方框图采用8031单片机作为控制器,ADC-0809模数转换芯片作为模拟量输入。DAC-0832数模转换芯片为模拟量输出。镍铬-镍硅热电偶（WREU），分度号K，作为温度检测元件，温度变送器作为电压信号的变换；数据放大器、可控硅调压器和可控硅作为放大功率和电压调速，电阻炉为被控对象组成电阻炉炉温自动控制系统。另外系统还配有报警装置、LCD显示装置和键盘输入装置。1.7该控制系统各部分装置设计方案检测装置：由热电偶对电阻炉炉温进行检测并由温度变送器将电流信号转换为电压信号。采样输入装置：采样信号经ADC-0809转换为数字信号，输入8031单片机控制信号输出装置：由8031单片机输出的控制信号经DAC-0832转换为模拟量。并经过放大后对可控硅调压器进行控制。执行装置：由可控硅调压器输出的信号来控制可控硅的输出电压，达到控制电阻炉炉温的目的。报警控制装置：系统自动监视电阻炉的调温过程，遇有超温调温过程持续不稳定和检测回路断线故障。系统可自动切断电源并给出音响和灯光报警信号。由灯光信号确定电阻炉出现故障从而避免过烧现象的出现。温度显示：利用8位七段LCD对电阻炉炉温显示，电阻炉占用4位LCD显示器随时监视电阻炉当前温度。键盘输入：采用中断和查询相结合的方式进行键盘输入，通过键盘可随时控制电阻炉的启停，并可在运行过程中修改电阻炉的运行参数和设定值。1.8系统的基本工作原理本系统的控制过程是这样的。计算机定时5秒钟对炉温进行测量和控制一次，炉内温度是由镍铬-镍硅热电偶来进行测量其信号经变换放大送到模数转换芯片换算成相应的数字量后再送入计算机中进行判别和计算。得到应有的电压控制控制信号。经过数模转换芯片转换成模拟量信号供给可控硅调压器进行调节使其达到炉温变化曲线的要求。如果这些工作完成后还不到5秒钟，则由计算机反复查询是否进行下一次采样转换，直到定时5秒钟到，如此反复执行。当设定某一温度的电炉在正常运行时，如果由于种种原因，如电源电压的波动，周围环境温度的变化等，使炉温发生变化（如下降），热电偶所检测出来的温度信号UI将下降，把UI送入计算机与设定值进行比较得到偏差信号增加。于是经过放大后，使可控硅控制角前移，使输出电压UC上升，温度随之上升。因而补偿了刚才的下降，电阻炉又重新在一个新的平衡温度下运行。另外如果供给可控硅整流器的电源电压升高，则会使可控硅的输出电压UC升高，使偏差电压下降来促使UC下降，补偿由于电源电压升高对炉温的影响。1.9该控制系统中各元件型号及作用微处理器：MCS-51系列的8031单片机，用于对炉温采集信号的运算处理，并对本系统其它单元的协调工作进行控制，是该系统的核心部仵。键盘:25键的专用键盘，其中一个键为复位按钮能够对该系统中的电阻炉运行随时控制并能随时修改系统运行参数和给定值。键盘接口：8279专用键盘和显示器接口芯片，能够对显示器实现自动扫描，自动识别键盘键号，大大减轻了CPU的负担。显示器：LCD数码管显示器，显示当前电炉的炉温。数模转换器：DAC—0832对计算机输出的数字控制信号转变为模拟信号后输出。模数转换器：ADC—0809将检测元件采集到的模拟信号转换为数字量后输入8031单片机。检测元件：镍铬-镍硅热电偶（WREU）分度号K用于z检测炉温，并将温度量转换为电流互感器输出。温度变送器DDZ--Ⅲ系列温度变送器，通过电流互感器输出1-5V直流电压信号或4-20MA直流信号，温度变送器将热电偶输出的电流信号转换为直流电压信号输出。运算放大器：MC1741将电压信号进行放大以便于信号之间的匹配。可控硅调压器：由一片KC41和三片KC04构成的一块脉冲形成触发组件，用来形成可控硅的触发脉冲。可控硅：普通可控硅KP200-12E用来调节电阻炉的平均电压。电阻炉：RJ-35-6额定功率35KW，额定温度650℃三相交流电源，电炉丝采用星形接法，额定电压380V，空炉损耗小于6KW，空炉温升时间小于3小时，最大装载量250KG。该型号井式电阻炉供有色金属和轻金属零件热处理及钢件回炉之用。2.硬件设计在第一部分当中，对该电阻炉温度控制系统的设计方案已经进行了比较详尽的论证，确定出了一套比较完整的方案。该系统的元件连接顺序和各元件的型号和作用也已初步确定。现在，在这一部分当中，将对该自动控制系统中的各部分元件工作原理和各元件之间的连接关系作以详尽论述。2.18031单片微型计算机2.1.18031单片机的引脚及其功能8031单片机是 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的40线双列直插式封装的集成电路芯片。图2-1是8031单片机的引脚分配图。由图中可见，有许多引脚具有双功能，其中有些第二功能是8751芯片所专有。各引脚功能简要说明如下：Vss：接地端Vcc：电源端Po.o-Po.7：通道0,双向I/O口，第二功能是在访问外部存储器时分时用作低8位地址线和8位数据线。在编程和检验时（对8751）用于数据的输入和输出。P1.1-P1.7：通道1，双向I/O口在编程和校验时用于接收低位地址字节。P2.1-P2.7：通道2，双向I/O口，第二功能是在访问外部存储器时输出高8位地址，在编程和检验时用作高位地址字节和控制信号。P3.0-P3.7：通道3，双向I/O口，每条线都有各自的第二功能。详见表2-1。图2.18031芯片引脚图表2.1通道3的第二功能通道位第二功能注释P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXDTXDINT0INT1T0T1WRRD串行输入口串行输出口外部中断0输入外部中断1输入计数器0计数输入计数器1计数输入外部数据RAM写选通信号外部数据RAM读选通信号ALE/PROG：ALE是地址锁存器允许信号，在访问外部存储器时用来锁存P0口送出的低位地址信号。在不访问外部存储器时ALE也以振荡频率的1/6的固定速率输出，此时它可用作外部时钟和外部定时，但若要访问外部存储器，则ALE不是连续周期的脉冲，无法用作时钟信号。第二功能PROG是对8751的EPROM编程时的编程脉冲输入端。PSEN：外部程序存储器ROM的读选通信号，在执行访问外部ROM的时候PSEN信号会自动产生，而在访问外部数据RAM或内部程序ROM时不会产生有效的PSEN(低电平)信号.EA/VPP：访问外部存储器控制信号EA无效时访问内部ROM，EA有效时访问外部ROM。第二功能VPP为对8751的EPROM的21V编程电源输入。RST/VPD：RST是复位信号输入端，当此输入端保持两个机器周期（24个振荡周期）的高电平时，就可完成复位操作。第二功能是VPD即备用电源输入端。当主电源VCC发生故障降低到低电平规定值时VPD将为RAM提供备用电源以保证存储在RAM中的信息不丢失。XTAL1和XTAL2：在使用单片机内部振荡电路时这两个端子用来接石英晶体和微调电容。在使用外部时钟时，则用来输入时钟脉冲。2.1.2并行I/O口8031有四个并行I/O接口记为P0、P1、P2、P3共32根I/O线实际它们就是特殊功能寄存器中的四个，它们都是双向通道。每一条I/O线都能独立地用作输入或输出，作输出时数据可以锁存，作输入时数据可以缓冲。但这四个通道的功能不完全相同，通道0和通道2内部各有一个2选1选择器受内部控制信号控制，四个通道在进行I/O方式时，其特性基本相同。作为输出口用时，内部带锁存器，故可以直接和处设连接不必加锁存器。作为输出口用时，有两种工作方式，即所谓读端口和读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而只是把端口锁存器中的内容读入到内部总线，经过某种运算和变换后，再写回到端口锁存器，属于这类操作的指令很多如对端口内容取反等等。而读引脚时才真正把外部的数据读入到内部总线，CPU根据不同的指令分别发出读端口和读引脚步信号，以完成两种不同的读操作。在端口作为外部输入线也就是读引脚时，要光通过指令把端口锁存器置1端口锁存器中原来状态有可能为0，加到输出驱动场效应管栅极信号为1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，这时即使引脚上输入的是1信号也会因为端口的低阻抗而使信号变低使得处加的1信号读入后不一定是1，若光执行置1操作，则可以驱动场效应管截止，引脚信号直接加到三态缓冲器，实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O口被称为准双向口。这四个通道特性上的差别主要是通道0通道2和通道3还有第二功能而通道1则只能用作I/O口。通道0还可作为低八位地址总线和8位数据总线用，这时内部控制信号使MUX开关倒向上端，从而使地址/数据信息通过输出驱动器输出。当向外部存储器读写信号时，P0口就用作低八位地址总线用，这时P0口是一个真正的双向口。通道2还可以作为高八位地址总线用，同样通过MUX开关的倒向来完成，P2口在向外部寄存器读写时（地址大于FFH）作高8位地址线用。通道3的每一位都有各自的第二功能，详见表2-1。四个通道的负载能力也不相同，通道1、2、3都能驱动三个LSTTL门，并且不需外加电阻就能直接驱动MOS电路。通道0在驱动TTL电路时能带8个LSTTL门但驱动MOS电路时若作为地址/数据总线，可以直接驱动，而作为I/O口时需外接上拉电阻（电源接VCC）才能驱动MOS电路。2.1.3定时/计数器8031内部有两个16位可编程定时计数器，记为定时器T0和T1，16位是指它们都由16个触发器构成。故最大计数模值为,可编程是指它们的工作方式可以由指令来设定或者当计数器用，或者当定时器用。并且计数的范围也可以由指令来设定。这种控制功能是通过定时器方式控制寄存器TMOD来完成的。如果需要，定时器在 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规定的定时值时可以向CPU发出中断申请，从而完成某种定时的控制功能，在计数状态下同样也可以申请中断。定时器控制寄存器TCON用来负责定时器的启动、停止以及中断管理。在定时器工作时，是时钟由单片机内部提供，即系统时钟经过12分钟后，作为定时器的时钟，计数器工作时，时钟脉冲（计数脉冲）由T0和T1输入。2.1.4中断系统8031的中断系统允许接受5个独立中断源，即两个外部中断申请，两个定时/计数器中断以及一个串行口中断。外部中断申请通过INT0和INT1（即P3.2和P3.3）输入。输入方式可以是电平触发（低电平有效）也可以是边沿触发（下降沿有效）两个定时器中断请求是当时定时器溢出时向CPU提供的，即当定时器由状态全1转为全0时发出的。第五个中断请求是由串行口发出的。串行口每发送完一个数据或接收完一组数据，就可以提出一次中断申请。8031单片机可以设置两个中断优先级，即高优先级及低优先级。由中断优先级控制寄存器IP来控制。在实际使用中，外部的中断源可能不止两个，要求的中断优先级别可能也不止两级，这样都需要另外采取措施来解决。2.28031和A/D转换器的接口A/D转换器有多种形式，本系统采用ADC0809作为模数转换和8031接口。现简要说明其工作原理和接口方法。ADC0809是逐次逼近式的8位8通道A/D转换器。其引脚图如图2-2所示。芯片内有一八路模拟开关，它由地址锁存器及译码电路进行控制。因采用逐次逼近法进行A/D转换。所以模拟转换部分由比较器带树状电子开关的256-R电阻梯形网络控制与时序电路和逐次逼近器，输出部分有一个三态输出锁存缓冲器。图2-2ADC-0809引脚图IN0-IN7：8个模拟量输入D0-D7：转换器数码输出START：起动控制EOC：转换结束脉冲输出OUTPUTENABLE：输出允许控制CLOCK：时钟VCC：电源REF（+）：参考电源输入（+）REF（-）：参考电源输入（-）GND：接地A．B．C：8路模拟开关三位地址线ALE：地址锁存器8031和ADC0809的接口电路如图2-3所示，因为ADC0809输出端有三态锁存器，所以可和8031直接接口。8031的端口0作为复用数据总线与0809的数据输出端D0-D7相接，8031的低3位数据线用于选择8路模拟量的输入，IN0-IN7是分时进行选择控制的，选择哪一路由ADC0809的地址选择线A.B.C决定。如表2-2所示。图2.3ADC0809与8031接口电路ADC0809的时钟信号由8031的ALE信号提供转换的启动（START）信号和八路模拟输入开关的地址锁存允许（ALE）信号由8051的写（WR）信号及地址译码输出信号逻辑提供。这里是把ADC0809当作8031的一个扩展口启动ADC0809就是向它进行写入操作。写入的数据值送到A.B.C端口可做为输入通道的选择。如果只有一路输入时，例如只由IN0路输入，可将A.B.C接固定值到地,只由IN7路输入时A.B.C可固定接+5V.这时,启动ADC0809便可向其写入任何数据,只要传送指令的地址正确即可,这里用P2.7作I/O地址选择信号相当于ADC0809的片选信号和启动信号用.故ADC0809的地址为8000H-8007H.表2.2输入模拟通道的选择被选择模拟通路地址线ABCIN0LLLIN1LLLIN2LHLIN3HHLIN4LLHIN5HLHIN6LHHIN7HHH转换开始10US后,EOC(ENDOFCONVERT)端降为低电平,当转换结束后,EOC升为高电平。本电路用中断的方法通知8031转换已经结束可以将转换的数据采入单片机。用这种方法CPU的利用率高。在转换未结束时,计算机可继续完成其它控制任务。当然也可采用非中断的方法如查询或等待方法。在用查询法时,将EOC输出经一锁存器接至8051P0口的某一数据线上启动转换10US后,不断对锁存器输出查询看是否升为高电平。当查询到升为高电平后即可向8051的传送指令采入数据,在用等待的方法时,EOC端可空着,启动转换后,8031延时100US以上即可读入数据.这后两种方法的效率都不高,本电阻炉温自动控制系统是采用中断的方法来读入数据的。ADC0809的输出允许(OE)引脚用8031的RD信号及同样的地址译码信号来驱动。2.38031和D/A转换器的接口D/A转换器主要有两种类型，一类内部有数据寄存器，带有片选及写信号引脚，可以作为一个I/O扩展口直接和MCS-51单片机接口；另一类内部无锁存器，必须通过外加锁存器才能和单片机接口。本控制系统是采用带内部寄存器的DAC0832数据转换器和8031相接的。DAC0832数模转换器引脚如图2-4所示图2.4DAC0832引脚DAC0832为8位数模转换器，内部有两级输入寄存器（锁存器）可以和各种微处理器直接接口，内部还有R-2R梯形电阻解码网络用以对基准电流分流完成数模转换。DAC0832的主要特性为：输入电平与TTL兼容。基准电压VREF工作范围为+10V-10V电流稳定时间为1US，功耗为20MW，电源电压VCC范围为+5V~-5V。使用时应注意WR选通脉冲的宽度一般不小于500H，保持数据的有效时间不应小于90US，否则锁存数据时将出错。由于DAC0832具有两级数据锁存器，所以具有双缓冲、单缓冲及直通数据输入三种工作方式。在双缓冲工作方式时8位输入寄存器和8位DAC寄存器可用LE1和LE2分别控制，先由WR1及CS控制输入数据，锁存入8位输入寄存器，这种方式可用于需输出多个模拟信号的多DAC0832系统。当多个数据已分别分时存入各自的输入寄存器后，再同时使所有DAC0832的WR2和XFER（传递控制）有效，数据锁存入8位DAC寄存器并同时输出多个模拟信号，这时需有两个地址译码分别选通CS和XFER。在单缓冲工作方式时，只用输入寄存器锁存数据另一级锁存器接成直通方式即把WR2和XFER接地或两级锁存器同时锁存，如把WR2与WR1接在一起，而把XFER接地。直通方式则是把所有控制信号接成有效的形式，CS、WR1、WR2和XFER接地。ILE接+5V。这种形式用于连续反馈控制环路中。它有两个输出端IOUT1和IOUT2为控制为电流输出形式，输入数据为FFH时IOUT1电流最大，IOUT2与IOUT1之和为一常数。为使输出电流线性地转换成电压要在输出端接上运算放大器，其输出形式有单极型输出及双极型输出。在单极型输出时，IOUT2接地，IOUT1接至运放的反相输入端，改变基准电压VREF的极性可实现双象限工作无论VREF为负值或正值，输出电压总等于IOUT1*RFB并和基准电压极性相反。在单极性线路上再加一个放大器可构成双极型电压输出电路，改变基准电压的极性可实现4象限乘积输出。另外，DAC0832的引脚9为反馈信号RFB输入端，片内接有反馈电阻Rfb，当Rfb和R-2R电阻网络不能满足满量程精度时，由外接电阻R和电位器RW调节运算放大器应具有调零功能，在数字输入为全0时，电压输出尽可能为零。该电阻炉温自动控制系统的8031和DAC0832接口电路如图2-5所示。由于该系统控制对象为电阻炉，连接DAC0832分别对电阻炉进行数模转换。DAC0832工作于单缓冲方式。WR2与XFER接地。第二级锁存器为直通状态，DAC0832由P2。1作地址选择，使DAC0832的口地址为0200H。图2.58031和DAC0832的接口电路2.48031存储器的扩展由于8031内部的ROM和RAM的存储单元有限不能满足本系统的需要，故需外扩一片2764作为程序存储器和一片2128作为数据存储器。2.4.18031和2764的接口如图2-6所示图2.68031和2764接口电路2764是8KB的EPROM，P0口的8根线通过74LS373锁存器后接2764地址低8位（A0-A7），2764的高五位地址线（A8-A12）分别和P2.0-P2.4相连。2764的8位数据线直接的P1口的8条线相接，这样，P1口分时用作低8位地址线和8位数据线。当8031输出2764的地址后，低8位经74LS373地址锁存器锁存，然后由P0口向2764输出或输入数据。用P2.7来作为2764的片选控制信号。其地址范围为0000H~1FFFH，8031的PSEN信号和2764的输出选通OE相连，当PSEN有效时，就可读出EPROM的内容。2.4.28031和数据存储器的连接数据RAM扩展时，其数据线和地址线的连接和程序存储器的联接方法相同。并且两者是公用的，只是读写选通信号不同。现在应采用控制线RD和WR而不是扩展程序存储器的PSEN。图2.78031和2128接口电路RAM芯片有动态和静态之分，在一般微机控制系统中，由于容量不大常用静态RAM。RAM输入控制，一般包括片选端CS和读写控制端。读写控制有双输入的此时则用单片机的RD和WR分别相连即可，有的只用一个输入作读写控制，则选用RD或WR之一即可，如对2128RAM读写控制端为WE，当WE为1时读操作，当WE=0时写操作。则可用WR线与之相连即可完成读写控制，图2-7为8031和2128的连接电路。2128RAM为静态RAM容量为2K*8倍，片选信号CS由线选法P2.5控制，如图2-7，2128芯片的地址为2800H-2FFFH。2128的WE为读写控制端与8031的WR端直接相连进行读写控制。2.58031和8279专用键盘显示器的连接2.5.18279的结构及引脚功能8279是专用键盘显示器接口芯片，能对显示器实现自动扫描自动识别键盘的键号，大大地减轻了CPU的负担。8279主要由以下几部分组成（1）I/O控制和数据缓冲器双向的三态数据缓冲器，将内部总线和外部总线DB0-DB7相连用于传送CPU和8279之间的命令，数据和状态。CS为片选信号，当CS为高电平时CPU才选中8279读写A0用以区分信息的特征，当A0为1时CPU写入8279的信息为命令，CPU从8279读出的信息为状态。当A0=0时I/O口信息都为数据。RDWR分别是读写选通信号（2）控制与逻辑控制与定时这寄存器用以寄存键盘及显示器的工作方式、锁存操作命令，定时控制含有一些计数器，其中有一个可编程的５们计数器，对外部输入时钟信号进行分频产生100KHZ的内部定时信号。（3）扫描计数器SL0-SL3为扫描计数器输出，用于对键盘显示器扫描，有两种输出形式。一种是外译码方式，计数器以二进制方式计数，经外部译码后，译出16种状态做键盘显示器的扫描线。另一种是直接由内部译码从SL0-SL3输出四位扫描线。两种工作方式可由编程命令决定键输入控制RL0-RL7为反馈输入线由内部上拉电阻拉成高电平，也可由键盘上的按键拉成低电平，这个部件完成对键盘的自动扫描锁存RL0-RL7的键输入信息，搜索闭合键去除键的抖动，并将键数据自动写入内部先进先出（FIFO）的RAM存储器。FIFORAM和显示缓冲区RAM。8279具有8个先进先出的键输入缓冲器，并提供16个字节的显示数据缓冲器，当CPU将段数据写入缓冲器时，8279自动对显示器扫描，将其内部显示缓冲器中的数据在显示器上显示出来。IRQ为中断请求输出线，高电平有效，当FIFORAM缓冲器中存有键盘上闭合键的编码时，IRQ线升高，向CPU请求中断，当CPU将缓冲器中输入键值取走时，IRQ下降为低电平。SHIFTCNTL/STB为控制键输入线，由内部上拉电阻拉成高电平，也可由外部控制键拉成低电平。BD为消隐输出线，低电平有效，当显示器切换时或使用消隐命令时将显示消隐。RESET为复位输入线，高电平的效。8279的引脚排列如图2-8所示图2.88279引脚排列图2.5.28031和8279的连接8031单片计算机经过8279扩展的键盘显示电路如图2-9所示，图中8031经8279外接8*3键盘，8位显示器。8279的数据总线接8031的P0口，RD、WR接8031的读/写信号线，CS接P2.6，8031的周期输出信号ALE作为8279的时钟信号，8279采用上电自动复位方式。8279中断请求线IRQ反向后接8031INT0，8279的反馈输入线接键盘行线选用外部译码方式，扫描线SL0-SL3为4位计数器输出信号，低3位由3-8译码译出3位选择线，Y0、Y1、Y2按键盘列线，同时Y0-Y7经驱动器接显示器公共端OUTA0-3和OUTB0-3相当于8位段选数据输出口（B0为低位，A3为高位）。按图2-9的接法，8279的命令字状态字地址为4001H，数据I/O口地址为4000H，键值与键号相同（0-18H）CNTLSHIFT接地，这时读取的键值号不需要屏蔽高二位。2.6脉冲移相调压单元本系统采用3片KC04集成芯片组成脉冲移相触发器来控制主电路中两个反相并联的可控硅，从而控制由可控硅输出的电压值。2.6.1KC04晶闸管移相触发器KC04电路原理框图如图2-10所示，虚线框内为集成电路，T1-T4组成同步检测环节，端子7、8输入同步电压UT经限流电阻R4加到T1、T2基极，UT正半周T1导通T2、T3截止M点低电平N点高电平，只要M、N两点有一处是低电平，就将UB4钳位在低电平。T4截止，UT负半周T1截止，T2、T3导通M点高电平N点低电平，D1、D2组成与门电路。只有在同步电压过零时刻，T1、T2、T3都截止，M、N两点都是高电平，T4饱和导通，T4截止时积分电容C充电形成锯齿波，T4导通，C1放电形成锯齿波回程电压。图2.98031与8279接口电路图2.10KC04原理接线图积分电容C接在T5的积电极组成密勒积分器，它是电容负反馈的锯齿波触发器，在T4截止瞬间，锯齿波上升段开始形成15V电源，经R10、R6、RW1向电容C1充电，T5的集电极电位逐渐升高，基极电位稍有降低，T5从饱和区过渡放大区，集电极电流逐渐下降，虽然流经P10的电流逐渐减小，但流经C1、R6、RW1的电流基本上恒定，T5集电极电位线性增大，锯齿波斜率决定于R6、RW1、C1，RW1是调整斜率用的电位器，T5是锯齿波形成环节。锯齿波电压UC5经R3偏移电压，UP经R1控制电压UK经R2在T6的基极并联综合，当T6基极电压达到0.7V时T6导通，不改变UC5、UP让UK变动，T6导通时刻随之变动即脉冲可以前后移动，T6、UP、UK是脉冲移向环节。T6截止时C2经+15V电源，R11、T7的基射结充电，T7导通，C2的极性是左正右负，T6导通，C2发出负脉冲信号，输出T7基极，T7截止以后。C2经+15V电源，R8和T6反向充电当电容电压使T7基极大于0。7V时T7又导通，T7截止期间，在集电极得到一定宽度的移向脉冲。同步电压正负半周都产生一个相隔180的脉冲，脉冲宽度由C2放电时间常数C2、R8决定，T7是脉冲形成环节。T7是集电极每个周期输出相隔180的两个脉冲，经脉冲选择环节T8和T12分别截去负半周和正半周的脉冲，T8的基极经移向管接M点，M点在同步电压正半周是低电平，低电平时T8截止，功放级T9、T10、T11导通，端子15输出脉冲负输出各点电压波形图如图2-11所示。集成电路中接在基极上的稳压管是为了增加电路的抗干扰能力设置的门限电压。KC04的同步电压为任意值，串联电阻R4接下式估算：R4=同步电压/（2-3）（欧姆）（2-1）对不同的控制电压UK只要改变R1、R2的比例调节相应偏移电压UP，同时调整锯齿波斜率电位器RW1就可以使不同的UK能正常工作，KC04的移相范围约150触发器是正极性型，控制电压UK增加，导通角增大。图2.11KC04电路各点电压波形对不同控制电压UK，只要改变R1、R2的比例就可以调节相应偏移电压UP。13、14端是提供脉冲列调制和封锁脉冲的控制端。KC04具有输出负载能力大移向性好正负半周脉冲相位均衡性好，对同步电压值无特殊要求，有脉冲列调制输出端等优点。2.6.2脉冲移相调压器组件由于该控制系统中的控制对象为三相电炉所以可采用3片KC04组成一触发组件来控制主电路中的可控硅，每相电路由两个反向并联的可控硅组成可用同一片KC04的01端和15端的脉冲正输出和脉冲负输出分别控制主电路中电压正半周和负半周的导通角a，来改变主电路的平均电压，输出及其原理如图2-12所示。图2.12脉冲移相调压器原理图图中，UTA、UTB和UTC分别为三相电源的同步电压输入端。UK、UP分别为控制电压和偏移电压输入端，LK为脉冲封锁端，当LK有效（低电平）时，脉冲输出被封锁1、2、3、4、5和6端为脉冲输出端。1、3、5分别接主电路中对应相中正向晶闸管和门极。2、4、6端分别接主电路中反向晶闸管和门极。在主电路中正负半周均导通，每块触发组件，可控制一台电炉的可控硅导通。所以本系统只需KC04组成脉冲移相调压触发组件。2.7报警输出保护本电阻炉自动控制系统设有温度上限报警检测回路、故障报警和温度下限报警三种报警由同一口输出。2.7.1温度上限报警本系统运行中当炉温超过温度正常值时，系统自动给出灯光和音响报警信号以引起工作人员的注意，灯光的平光发出，当炉温高于最高允许值时，由系统自动切断主电路电源，以达到保护目的，音响由8031的P1。1口输出，并由P1。2或P1。3输出低电平分别接到两个移相调压器的脉冲封锁端，封锁触发脉冲切断主电路电源，从而达到保护目的。2.7.2温度下限报警在系统正常运行过程中，如果出现炉温过低，超出正常范围，则由系统给出音响和灯光信号报警。不切断主电路电源，系统可继续运行。2.7.3检测回路故障报警在该控制系统中检测回路故障，主要表现为检测回路断线故障，由于检测回路发生故障，从而系统所采集到的信号将严重失真，从而导致系统失去调节作用。若系统检测到的信号仍接近室温则说明检测回路故障。该故障出现后，系统自动切断主电路电源并给出音响和闪光报警信号。以上三种故障可结合信号灯和LED显示器确定故障类型和程序。若为一般故障，则信号灯给出平光，系统继续运行，若为严重故障，则信号灯为闪光。系统并自动切断主电路电源进行保护。故障种类可由LED显示器的示数来确定。故障报警保护电路如图2-13所示，报警输出由固态继电器和光电隔离器进行隔离和驱动。图2.13电阻炉温度控制系统报警电路2.8键盘设计本电阻炉温控制系统的一切运行参数和外部给定量均采用键盘输入方式，并利用键盘来控制系统运行的启停和报警复位。该键盘设计为3*8专用键盘。另外加一个系统复位按钮，也装于该键盘表面上便于集中操作，共25键其中有四个键为空键。便于系统功能扩展时用，键盘布局如图2-14所示。1（1）2（2）3（3）4（4）5（5）6（6）7（7）8（8）9（9）0（0）WGD1（14）（15）RUN1（10）END1（12）TGD1（16）BJFW1（18）（20）（22）（11）（13）（17）（19）（21）RESET（23）图2.14键盘布局示意图上图中0-9十个键为数字键，可输入各参数值，RUN1和RUN2分别为1号和2号炉的停止键。WGD1为炉温度给定值的参考输入功能键。输入时可先按下WGD1后，再输入三位十进制数作为温度给定值（摄氏度）。TGD1为炉的恒温时间给定参数输入功能键，输入时可先按下相应的TGD1键，再输入三位十进制数作为恒温时间给定（分钟数）。BJFW1为电阻炉报警复位按钮，不属于3*8专用键盘的键，为方便操作，也将其安装在该键盘内。图2-14中括号内的数字为键值号，其中键值号为20~23的四个键为空键，本系统未定义其功能以便留作系统扩展功能时用。2.9检测变换通道设计本系统的温度检测元件采用镍铬-镍硅热电偶检测，其测温范围为900以下。可长时间工作。镍铬-镍硅热电偶将检测到的温度信号转换为毫安及电流信号输入温度变送器，由温度变送器进行放大，变换后输出1-5V直流电压信号，再输入ADC0809进行转换。其检测变换电路如图2-15所示。图2.15温度检测变换电路2.10主电路设计本系统主电路采用可控硅来控制电阻炉的电压，每相电路采用两个可控硅反向并连，这样正负半周电流均可导通，提高电源利用率，其电路如图2-16所示。图2.16电阻炉温度控制系统主电路以上十个部分为该单片机温度控制系统的全部硬