微机课设报告ZG-2

设计10：烘箱温度控制系统硬件设计设计内容：在烘箱内部装有一个1000W的电加热丝和一个PT100铂热敏电阻温度传感器，用8088CPU设计一个温度控制器，对烘箱温度（室温-100度）进行控制。要求系统可对控制温度进行设置（键盘），对当前温度进行显示（LED显示器）（设已知PT100的温度系数为0.01/度）。设计要求：画出电路原理图，说明工作原理，编写相应程序，其控制为简单控制，即当温度超过设定温度0.5度时停止加热，当低于设定温度0.5度时开始加热。设计过程：(1)查资料了解8088CPU总线的形成原理（AB、DB、CB），存储器扩展方法（2）温度信号调理电路设计(2)ADC0809工作原理及接口电路的设计方法(3)原理图设计，用PROTEL画出原理图（4）软件设计(5)写出设计报告设计报告内容要求：（1）设计题目及设计要求（2）设计说明（3）原理图（4）软件流程说明基于8088微处理器的烘箱温度测控系统设计摘要本文介绍了一种基于8088微处理器的烘箱温度控制系统，采用PT100铂热敏电阻温度传感器采集温度数据，用CPU控制温度值稳定在预设温度。当温度低于预设温度值0.5度时系统启动电加热丝，当这个温度高于预设温度值0.5度时断开电加热丝。系统操作简便、自动化程度高、扩展方便且具有良好的人机交互的能力。可应用在一些精度要求不太高的系统中。为了降低整个系统的成本，在满足性能的要求下，选择低成本器件，简化系统设计。关键词：微处理器温度传感器A/D转换器控制系统第一部分设计题目及设计要求设计内容：在烘箱内部装有一个1000W的电加热丝和一个PT100铂热敏电阻温度传感器，用8088CPU设计一个温度控制器，对烘箱温度（室温-100度）进行控制。要求系统可对控制温度进行设置（键盘），对当前温度进行显示（LED显示器）（设已知PT100的温度系数为0.01/度）。第二部分设计总体方案本系统是以8088微处理器为核心，是一个典型的温度闭环控制系统，需要完成的功能是温度的设定、温度的采集与显示以及温度的自动控制等。系统采用最简单的开关通断控制方式，即当烘箱温度大于设置值0.5度时断开加热电阻丝，当温度低于设定值0.5度值时接通电阻丝开始加热，从而保持恒温控制。根据设计的要求，可将系统分为如下几个子模块：接口扩展模块，键盘输入模块，温度采集与信号调理模块，AD转换模块，温度显示模块，温度控制模块，。由于本系统需要的接口较多，我们使用了两片可编程并行接口8255以提高系统的工作效率。第一片8255用于连接ADC0809转换模块，温度显示模块和温度调理模块。第二片8255专门用于连接矩形键盘输入模块。系统原理图如图所示：设计一种可控制的温度加热系统，实现温度的上升或下降。其中，温度的传感和放大部分通过PT100热敏电阻温度传感器和运算放大器来实现温度的检测与电压放大，通过温度检测与信号调理模块来实现。该模块将得到的电压信号送到ADC0809进行模数转换。8088从ADC0809读转换后的数字量，由温度与数字量的转换关系，调用相应子程序将数字量转换成温度的BCD码。这时CPU8088将该温度值（即实际温度值）与先前通过键盘输入的值（即设定值）进行比较，若实际温度值高于设定温度值的0.5度时，调用停止加热子程序，若实际值低于设定值时，则调用开始加热子程序。这两个子程序执行完毕之后，都返回到温度采集模块从新采集新的温度值与设定值进行比较。第三部分子模块介绍8088cpu8255A/D转换LED显示温度控制温度8255键盘3.1温度检测模块本系统的温度检测的设计是以PT100热敏电阻为检测元件的，PT100铂电阻温度传感器，0℃时电阻值为100Ω，100℃时为138.5Ω。精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200℃～650℃）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计。由于其电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻值不能忽略不计，采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差，原理如下：PT100引出的三根导线截面积和长度均相同(即r1=r2=r3)，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻(Rpt100)作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根(r1)接到电桥的电源端，其余两根(r2、r3)分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻，电桥处于平衡状态，引线线电阻的变化对测量结果没有任何影响。由于一般电源供应多器件之后，电源是带杂波的，因此使用稳压二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压输出电压接A\D转换器，那么A\D转换输出的数字量就和摄氏温度成线性比例的关系。电路原理图如图3-1所示。图3-1由于测温的范围是0℃——100℃，将0℃对应的PT100阻值100Ω和100℃时对应的阻值138.5Ω分别带进电桥计算，得到温差为100℃时电桥两端的出入约为0.15v，这时需要将该电压值调理到适合ADC0809的输入通道匹配电压值0~5v，于是用LM324将该电压放大33倍，接近5v。3.2AD转换模块ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0809的工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。模拟输入通道地址A,B,C直接接地，因此ADC0809只对通道IN0输入的电压进行模数转换。为了减少输入噪声其他通道直接接地。ADC0809的数据线D0-D7与第一片8255的PB0-PB7相连接，其EOC接在PC0上，ALE和START接在PC5上，片选信号接在PC6上。AD转换模块电路图如下图所示：由于本电路只有1路模拟输入通道，并从IN0送入，故将ADC0809的3位通道地址选择端口ADD-A~ADD-C均置低电平。ADC0809接受由温度采集模块送来的模拟电压信号。CPU8088通过8255向ADC0809的ALE和START端口送一个高电平，这时ADC0809将地址信息锁存起来，并启动模数转换器开始转换模拟信息。当转换完成之后，ADC0809的EOC将变为高电平，这时8088读到该高电平时，想ADC0809的OE端口送一个高电平读允许信号，并从它的8位数据端口读转换完成后的数字量。3.3键盘输入模块温度的预设值需要用键盘输入，矩阵键盘所需的连线非常少，是一般微机常用的键盘结构。本系统需要输入0-9的数字，所以设计成4*4的矩阵键盘，其中只有前十个按键有效。按键的识别采用反转法。矩阵键盘键码的读出这里采用反转法，首先初始化第二片8255，定义PC口高四位为输出，低四位为输入。然后使PC口高4位先输出0，读低四位即列线的状态，如果列线有低电平，说明有键按下，保存列值。再定义PC口高四位为输入，低四位为输出，使低四位输出刚才保存的列值，读高四位得到行值并保存。组合行值和列值，查表后即可得到对应的键值。接口扩展模块两片8255的数据口D0-D7与CPU的数据总线相连接，控制8255内部的各种操作。控制线RESET用来使8255A复位。CS和地址线A1及A0用于芯片选择和通道寻址。分别与译码电路和8088的地址线A1,A0相连接。首先确定第一块8255的地址为0000H~0003H，第二块8255的地址为0004H~0007H，按照该地址分配使用8088的低16位地址线确定译码电路，分别选中两片8255的CS。由于8088的AD0~AD19具有分时复用的功能，使用时首先送出地址，选中对应芯片后送出数据。所以两片8255的数据端口再次接8088的AD0~AD7。4.4数据显示部分图4-5用第一片8255的A口分别接LED数码管的段选端，第二片8255的PC5~PC7分别接LED3~LED1的位选端。显示时8088首先向第二片8255送C口输出的控制字，然后向C口送数选中小数为，再通过第一片8255向LED1数码管送数，将温度的小数位显示在LED1上，同样的方法依次选中LED之后将温度的个位和十位显示在LED2和LED3，注意个位需要经过特殊处理使其上面的小数点点亮。4.1.2温度控制模块当第一片8255的PC7为高电平时，三极管导通，继电器吸合，加热系统开始压加热；反之，输入低电平，三极管截止，继电器断开，停止加热。在图4-2中，二极管的作用是吸收继电器端开时产生的浪涌电压。图4-24.5系统硬件原理图图4-6第五章系统工作原理及软件设计一、系统工作原理（1）温度测量显示部分温度通过PT100温度传感，将温度变化量转换成电压值变化量，经过OP07一级跟随后输入到电压放大电路，放大后的信号输入到A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，然后将该数字信号通过编程转化为十进制BCD码，并送到数码管进行温度值的显示。（2）温度控制部分温度的上升或下降，通过给加热系统通断电来实现。当需要加热时，第一片8255的PC7输出高电平，启动加热系统。当需要降温时，8255的PC7输出地电平，关闭加热系统。二、系统软件设计本设计的目的是以8088微处理器为控制器，将温度传感器输出的小信号经过放大和低通滤波后，送至A/D转换器；微控制器实时采集、显示温度值（要求以摄氏度显示），同时系统还应可设定、控制温度值，使系统工作在设定温度。三、系统流程图1、主程序通过开始界面，显示提示信息，调用温度输入子程序，设置温度。通过模数转换器采集A\D值并求其平均值。调用BCD码转换子程序将其转换为十进制温度值；调用显示子程序，如果温度高于实际温度，就加热，反之拨动开关关闭，停止加热。其流程图如图所示。开始系统初始化显示提示信息调用温度设置子程序采集A/D值并求其平均值调用BCD码转换子程序，将其转换成十进制温度值调用显示子程序实际温度低于给定值加热8255PC7=1停止加热8255PC7=0NY2、BCD码转换子程序设定温度为0摄氏度时变换放大电路送出的模拟量为0.0V，此时A/D输出的数字量为00H；温度为100℃时变换器送出对应电压4.98V，此时A/D输出的数字量为FFH，即每0.4℃对应1LSB的变化量，对应电压值为19.5mV。其流程图如图所示。3.显示子程序采用动态显示方式，首先选通显示小数位的数码管，将存好的小数位的BCD码显示在LED1；再选通第二位数码管，将保存好的温度值的个位显示在LED2上，并时个位的小数点亮；最后选通LED3，将温度的十位显示在LED3。其流程图如图所示。BCD码转换子程序将采集得到的平均值乘以0.4转换为温度值返回对其进行非压缩BCD码乘法调整4.温度值设置子程序程序开始时需要在编号键值的4*4键盘上先后按下两个按键，该子程序负责将键码通过查表找到对应的键值，然后将第一次按下的键作为温度的十位，第二次按下的键作为温度的个位，完成后将键值保存在[DI+3]。显示子程序选通LED1显示小数位选通LED2显示个位数值选通LED3显示十位数值返回温度设置子程序键入温度值的十位，存于[DI]键入温度值个位，存于[DI+1]将十位数左移四位，与个位组合既得温度值将温度存于[DI+3]返回。通过这半年多的学习，课程设计终于顺利完成了。期间发现了自己的很多不足，专业知识存在诸多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。附录程序Z82551AEQU0000H;定义第一片8255地址Z82551BEQU0001HZ82551CEQU0002HZ82551DEQU0003HZ82552AEQU0004H;定义第二片8255地址Z82552BEQU0005HZ82552CEQU0006HZ82552