单片机89C52在加热炉测控温度中的应用

摘 要：本课题研究的是以八位的单片机89C52为核心的控制系统，用来控制小功率的加热炉。该加热炉的炉温范围为0℃～1000℃，系统主要调节在700℃左右，精度达±2℃。 关键词：单片机89C52；加热炉；炉温 中图分类号：TP273＋.5 文献标识码：B Application of Single Chip Processor 89C52 in Observe and Control of a Furance ZHAO Dong_hui (Shenyang Engineering Industry College，Shenyang 110021，China) Abstract：The study of the subject is the control system of the centre at eight bit single chip processor，controlling low—power furance.The temperature range of the fuurance is from 0℃to 1000℃，the adjustment about 700℃，accuracy up to±2℃. Key words：singel chip processor 89C52；furance；furance temperature 1 基本思路 电阻炉在国民经济的各部门有着广泛的应用，小功率的电阻式的高温炉是矿物及金属分析、食品、药物和商品检验等各种实验室必不可少的设备。为了提高产品的质量和产量，都需要对炉温进行监测和控制。 在本系统中采用8位的89C52作为控制核心，当传感器热电偶将温度信号采集进来后经过模拟多路开关CD4066后经放大器，成为V级电压信号进入AD574。转换结束后，89C52读取转换结果，将结果滤波查表后送入显示区。由4位LED显示测出温度，在调节温度时，由4个按键输入所需要控制的温度并显示，然后由单片机经PID运算结果来控制可控硅的通断，以调节温度。人机对话功能的强大是现代控制的一个追求方面。 采用单片机来对它们进行控制不仅具有控制方便简单和灵活性大的特点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能大大提高产品的质量和数量。 2 硬件设计部分 2.1 硬件设计核心部分 在一个控制系统中，硬件选择的优良与否直接影响着控制的精度，对硬件的深入了解也是编制程序的必要前提。 在整个测控系统中是以8位的单片机89C52为核心的，89C52是INTER公司生产的带有8KROM的单片机，8K的ROM可以完全容纳的下一个控温的程序和表格。选择它就不需要在外扩RAM和ROM，也就不需要外加锁存器，这可以充分的减小制版的面积，减小制版的面积从另一方面来说也就是减少干扰，提高精度。 2.2 模拟输入 模拟信号是由传感器传给多路开关的，这里传感器选用的是热电偶，热电偶是温度测量中使用最广的传感器之一，其测量温区宽一般在－180℃～＋2800℃的温度范围内均可使用，测量的准确度和灵敏度都较高，尤其是在高温范围内，有较高的精度。选用的热电偶为镍铬—镍硅，它是K型偶，其特点是使用温度范围宽，高温下性能稳定，热电势与温度关系近似线性，价格便宜，它是最常用的—种热电偶，短期使用温度为1300℃，长期使用温度为1000℃。 将热电偶采集来的信号送入多路开关。多路开关的作用主要是用于信号切换，这里我们选择的是模拟开关CD4066，它是4选1开关，在这里它的四路通道都有使用，将它的第一、第二通路连接，第三、第四通路连接。因为热电偶采集信号是正负信号，先使用第一通路，将输入信号接地来测量零漂，然后选通第二通路来输入测量信号。由CD4066的内部结构可知，CD4066的控制电压应满足Vss，这里将电压信号放大100倍，得出RG为500。采样保持器的作用是在采样期间，其输出能跟随输入的变化而变化；而在保持状态，能使其输出值保持不变。但在本系统中，温度变化缓慢，采样速度较快，所以无需加采样保持器。 2.3 A/D转换 在本系统中选用的是AD574。它是美国模拟器件公司生产的12位逐次逼近型快速的A/D转换器。转换速度最大为35μs，转换精度≤0.05％，是目前我国市场上应用最广泛、价格适中的A/D转换器。AD574片内配有三态输出缓冲电路，因而可直接与各种类型的8位或16位微处理器连接，而无需附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL电平兼容。由于AD574片内包含高精度的参考电压源和时钟电路，这使它在不需要任何外部电路和时钟信号的情况下完成一切A/D转换功能，应用非常方便。 2.4 人机接口 键盘输入是人工干预计算机的主要手段，键盘实质上是一组按键开关集合。通常按键开关为机械弹性开关，均利用了机械触点的合断作用。由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合是不会马上的接通，在断开是也不会马上断开，因而在闭合及断开瞬间均伴有一连串的抖动，抖动时间一般为5～10ms。为了确保CPU对一次按键动作只确认一次按键，必须进行消抖，消抖可分为硬件去抖和软件去抖，在此我们选择软件去抖。在本系统中由于按键较少，所以没有选用编码键盘和矩阵式键盘，而是采用独立式按键接口设计，将4个按键经74LS245接在P0口上，并将其中两个按键通过与非门接在INT0上。 显示也是系统重要组成部分之—，本系统显示用来显示测量温度和调节温度。LED数码管采用硬件译码驱动，选用的器件为74LS49，它可将4位的BCD码译成7段十六进制码。4位LED的位选信号由89C52的P1.4—P1.7经反相器提供。通常某时刻只有一个LED的位选信号有效，4位LED的段选信号端同时由74LS49得到相同的端选信号。若P1.4—P1.7送出第一位的位选有效信号，这时P1.0—P1.3将第一位LED应显示的数字或字符的BCD码送至74LS49，此刻4位LED均得到来自74LS49的字形码，但此刻只有第一位选通，所以也只有第一位LED显示字形，由于是动态连续显示眼睛分辨不出转换的时间。 3 软件设计 3.1 软件设计的总体思想 本课题的要求是能够实时的测温并显示所测得温度以及根据要调节的温度使用一定的算法使测出的温度和所调节的相符。系统的方框图如下： 图1 在设计软件时根据控制系统工作由实时测量、实时决策和实时控制组成和PL/M语言的将程序分解成模块来处理的特点将程序分为几个大的模块，其中有主程序块和几个中断模块。主模块主要完成89C52的初始化，INT0中断使用来设置调节温度的，即实时决策，T0中断是用来定期测温的，即事实测量，T1中断是用来控制调节的，即实时控制。在中断模块中又嵌套了一些小的过程块，由它们来分别完成键盘扫描，键码识别，温度显示，炉温采样，数字滤波和控制算法等。在这里我们主要给出了主模块、INT0、T0的设计思路。 3.2 主模块设计思路 主模块只需进行一些89C52的初始化，然后等待中断产生。初始化包括对中断允许寄存器IE的设置，将其设置为83即：EA=1，开CPU中断，ET0和EX0为1，开T0和INT0中断；对中断源优先级IP的设定，将其设为03，即：设置INT0和T0为高优先级中断；对定时器的工作寄存器TMOD设置，TMOD＝55H，即：设置T0和T1均为工作方式一，均为计数方式且用软件启动T0和T1工作；T0初始化，然后就是等待中断。 图2 3.3 NT0设计思路 INT0中断主要是完成实时决策，根据课题的要求，测温的范围在0℃—1000℃之间，在想调节温度的时候先切换到初始的温度值，设初始温度为500℃，这样适合上下调节，在硬件方面就需要添加一个切换键。在设为500℃后要根据要求得温度上下调节，这样上升键和下降键就必不可少了。在设定完温度后就需要确定所设定的温度并切换到实际温度以便观察其变化。还需要—个键作为启动停止键来控制可控硅的通断。为了缩小电路板的面积，可设定—个标志位用一个键来完成两种功能。为了完成以上功能在硬件部分设计了四个键，分别完成启动(或停止)－1号键，切换(或确定)－2号键，下降－3号键，上升－4号键。其中1号键相2号键接INT0口，在单独按下3号键和4号键是系统并不产生反映，只有在2号键为切换功能时才能上下调节温度。 在INT0中贯穿嵌套了两个主要的小程序块，它们分别是送数和显示，由此就要考虑硬件的显示部分，由前面的硬件部分介绍可知显示部分是由4个LED和一个硬件译码器组成，。送数部分的过程有三个，分别是实际温度，设定温度和设定初始值。显示部分有二个共同的程序。送数的工作原理基本上相同，但由于它们是把不同地址空间的数送入显示地址，所以又有略微的差别，在送入设定初始值时，只需将500的个位、十位、百位变成8位的BCD码，为选通相应的位，再分别与上10H、20H、40H、80H，也就是可以直接将10H、20H、45H送入显示区。而在送入实测温度或调节温度时情形就不大相同了。测出的温度是以16进制存取的，如果直接将其变成BCD码就是错误的，所以应先将其除以1000，余数再除以100，依此类推。再启动他们的控制位，然后送入显示区。在送数的基础上显示就容易多了，只需将显示单元的数送入到P1口即可。为了实现连续显示，可在显示部分加上一个D0 WHILE语句。在无按键按下时一直显示测量或调节温度，而不是一闪而过。 以上的过程能较好的完成调温功能，<