论文研究-MCS-51单片机温度控制系统的设计 .pdf

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MCS-51单片机温度控制系统的设计,向文溢,韩方,本文从硬件和软件两方面介绍了MCS-51单片机温度控制系统的设计思路,对硬件原理图和程序框图作了简捷的描述。其简要原理就是通过热
国利技论文在线 http:/www.papcr.cdu.cn 0100H命令/状态口 0l0lHA口 0102HB 0103HC1 0104H定时器低8位口 0105H定时器高8位口 8155用作键盘ED显示器接口电路。图2中键盘有30个按键,分成五行(I0-I4)六 列(R0-R5),只要某键被按下,相应的行线和列线才会接通。图中30个按键分三类 是数字键0-9,共10个;二是功能键18个;三是剩余两个键,可定义或设置成复位键等。 为∫减少硬件开销,提高系统可靠性和降低成本,采用动态扫描显小。A口和所有LED的 八段引线相连,各LED的控制端G和8155C口相连,故A口为字形口,C口为字位口,8031 可以通过C口控制LED是否点亮,通过A口显示字符。 目目目目 目 TMIROUT RESET 图28155用作键盘/LED显示器接口电路 2764是8 K EPROM型器件。8031的PSEN和2764的OE相连,P25和CE相连, 所以2764的地址空间为:0000H-1FFFH,ADC0809的0通道(ⅠN0其他输入端可作备用) 和变送器的输出端相连,所以从通道0(ⅣN0)上输入的0V-+5V范围的模拟电压经AD转 换后可由8031通过程序从P0口输入到它的内部RAM单元,在P22-0和WR=0时,8031 可使ALE和 START变为高电平而启动ADC0809工作;在P220和RD=0时,8031可以 从ADC0809接收AD转换后的数字量。也就是说ADC0809可以视为8031的个外部RAM 单元,地址为03F8H(地址重复范围很大),因此,8031执行如下程序可以启动ADCO809 国科技论文在线 http:/www.papcr.cdu.cn 工作 MOV DPTR, #03F8H MOVX ODPTR, A 若8031执行下列程序: MOV DPTR, #03F8H MOVXA, ODPTR 则可以从ADC0809输入A/D转换后的数字量 23温度控制电路 8031对温度的控制是通过双向可控硅实现的。如图1所小,双向可控硅管和加热丝串 接在交流220V、50Hz市电回路。在给定周期T内,8031只婁改变可控硅管的接通时闫即 叮改变加热丝的功率,以达到调节温度的目的、 可控砫接通时间可以通过可控砫控制极上触发脉冲控制。该触发脉冲由8031用软件在 P1.3引脚上产生,在过零同步脉冲同步后经光电耦合管和驱动器输岀送到可控硅的控制极 3温度控制的算法和程序框图 开始 设定堆栈指针 清标志和暂存单 清显示缓冲区 设定参数初值 T0初始化 CPU开中断 扫描键盘 温度显示 图3主程序框图 4 国科技论文在线 http:/www.papcr.cdu.cn 3.1温度控制算法 通常,电阻炉炉温控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求岀实测炉温对所需炉 温的偏差值,然后对偏差值处理获得控制信号厶调节电阻炉的加热功率,以实现对炉温的控 制。在工业仁,偏差搾制又称PID控制,这是工ψ控制过稈中应用最广泛的一种控制形式, 一般都能收到令人满意的效果 3,2温度控制程序框图 温度控制程序的设计应考虑如下:1)键盘扫描、键码识别和温度显示:2)炉温采样、 数字滤波;3)数捃处理;4)越限报警和处理;5)PID计算、温度标度转换。 321主程序框图 主程序包括8031本身的初始化、并行接口8155初始化等等。人体说来,本程序包括设 置有关标志、暂存单元和显示缓冲区清零、T初始化、CPU开中断、温度显示和键榅扫挡 尊程序。 322中断服务程序框图 T0中断服务程序是温度控制系统的主体程序,用于启动数模转换器、读入采样数据 数宇滤波、越限温度报警和越限处理、PⅠD计算和输岀可控硅的触发脉冲等。P1.3引脚上输 出的该同步触发脉沖宽度由T1计数器的溢出中断控制,8031利用等待T1溢出中断的空闲 时间(形成P13输出脉冲顶宽)完成把本次采样值转换成显示值而放入显示单元缓冲区和 调用温度显示程序。8031从∏中断服务程序返冋后即可恢复现场和返冋主程序 3.23主要子服务程序框图 主要服务子程序包括温度检测采样及数字滤波孑程序、带符号双字节乘法子程序和标度 转换」程序目的是把实际釆样取得的二进制值转换成BCD倘形式的温度值,然后存放到显 示缓冲区中,供显示子程序调用 山国利技论又在线 tp:/www.paper.edu.cn 保护现场 彩样炉温 数宇滤波 Y 上限? 送本次越界标志 >上限? 上限处理 送上次越界标志 恢复现场返回 下限? 又 置木次越限标志 >下限? 计算PTD <上次越限 下限报警 采补 取最大PID值输出 越限计数器+1 从P1.3输出 采补 T1初始化 <越限n次? 温度标度转换 上限报警 温度显示 清上限标志 ①中断完?>> 恢复现场 返回 图4屮断服务程序框图 国科技论文在线 http:/www.papcr.cdu.cn 对于般线性仪表来说,标度转换公式为:7=A+(A-4) 其中,A0为 一次测量仪表的下限;An为一次测量仪表的上限;Vx为实际测量值(工程量);Vm为仪 表上限对应的数字量;V为仪表卜限对应的数字量。 4其它控制算法 不同的控制对象,所釆用的算法有所不同。例如对于热惯性大、时间滞后明显、耦合强、 难于建立精确薮学模型的大型立式淬火炉,可以釆用人工智能模猢控制算法,通过对淬火炉 电热元件通断比的调节,实现对炉温的自动控制,也可以采用仿人智能控制(SHIC)算法 和PD控制算法的联合控制方案,实际应用吋应灵活运用。 5结论 MCS-51单片机,体积小,重量轻,抗干扰能丿强,对环境要求不高,价格低廉,可靠 性高,灵活性好,即使是非电子讣算机专业人员,通过学习一些专业基础知识以后也能依靠 自凵的技术力量,来廾发所希望的单片札应用系统。木文的温度控制系统,只是单片机广泛 应用」各行各业中的一例,相信读者会依靠自凵的聪明才智,使单片机的应用更加广泛化。 参考文献 [l]陈明荧8051单片机课程设计实训教材北京:清华大学出版社2004 [2]胡汉才单片机原理及其接口技术北京:清华大学出版社1995 3」徐淑华程退安姚万生单片机微型机原理及应用哈尔滨业大学出版社1994 The Design of the Controlling System about Temperature Based on mcs-s1 Microcontroller X Envi han far School of Information Engineering WuHan University of Technology, WuHan (430060) abstract This paper describes the idea that how to design the controlling system of the temperature based on the MCS-51 microcontroller from the aspect of the hardware and software, and produces the simple description about the hardware schematic diagram and the program frame. The brief principle of this article is that using the a/D converter to convert the temperature signal to the electric signal which microcontroller could measure on the base of the thermocouple and the temperature sensors, and then displays the temperature value on the digital tube, follow it we could get feedback from the microcontroller to control the heating time of the electric wire by the timer interrupt, thus achieve the purpose of controlling temperature Keywords: MCS-51 microcontroller; temperature; the hardware and software; the hardware schematic diagram; the program frame the design 作者简介: 向文溢,男,1985年生,硕士硏究生,主要研究方向是信号与信息处理,嵌入式系统控制。 韩方,男,1984年生,硕士研究生,主要研究方向是信号采集,数字信号处理。 7

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