基于单片机的炉温控制系统设计

摘要

在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如，在冶金工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工等许多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行监测和控制。采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。

关键词：MCS-51单片机，8155芯片，ADC0808/0809，数字滤波

Abstract

In the industrial production, the electric current, thevoltage, the temperature, the pressure, the current capacity, thespeed of flow and the switch quantity all are commonly used is mainlycontrolled the parameter. For example, in metallurgical industry,chemical production, electric power project, machine manufacture andfood processing and so on in many domains, the people all need to eachkind of heating furnace, to respond in the stove and theboiler temperature carries on the monitor and the control. Uses themonolithic integrated circuit to carry on the control to them not onlyto have the control convenient, simple and the flexibility is big andso on the merit, moreover may large scale enhance is controlled thetemperature the technical specification, thus can greatly enhance theproduct the quality and the quantity. Therefore, the monolithicintegrated circuit to the temperature the control question is thecontrol question which in a industrial production frequently can meet,presently carries on the introduction take it as the example

KeyWords: MCS - 51 SCM, 8155 chip, ADC0808/0809, digital filter

引言

1971年微处理器推出后不久，就出现了单芯片的微型计算机（简称单片机）。单片机属于第四代电子计算机（以大规模集成电路为特征）。它把中央处理器（CPU），存储器（RAM和ROM）、输入/输出接口电路以及定时器/计数器等集成在一块集成电路芯片上，从而具有体积小、价格和功耗低、抗干扰能力强、可靠性高等特点，极适合于智能仪器仪表和工业测控系统的前端装置。正是由于这一原因，国际上逐渐采用微控制器（MCU）代替单片微型计算机（SCM）这一名称。“微控制器”更能反映单片机的本质，但由于习惯的原因，我们仍沿用“单片机”这一名称。

单片机具有以下的特点：

一．控制性能和可靠性高

单片机是为满足工业控制而设计的，所以实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O 端口直接进行操作，位操作能力更是其他计算机无法比拟的。另外，由于CPU，存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部件的连接紧凑,数据在传送时受干扰的影响教小，且不易受环境条件影响，所以单片机的可靠性非常之高。

近期推出的单片机产品,内部集成有高速I/O口，ADC，PWM，WDT等部件，并在低电压，低消耗串行扩展总线,控制网络总线和开发方式(如在系统编程ISP)等方面都有了进一步的增强。

二．体积小，价格低，易于产品化

每片单片机芯片即是一台完整的微型计算机,对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间匹配选择，同时还可以专门进行芯片设计，使芯片功能与应用具有良好的对应关系。在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少，从而使应用系统的印制板减少，安装简单方便。

在现代的各种器件中，单片机具有良好的性能价格比，这正是单片机得以广泛应用的重要原因。

1．电路芯片介绍

1．1 可编程接口芯片8155

8155由以下三部分组成：

a.数据储存器：该部分是容量为256B的SRAM.；

b.并行I/O端口：可编程的8位I/O口PA7~PA0，可编程的8位I/O口PB7~PB0和可编程的6位I/O口PC5~PC0。还有只允许写入的8位命令寄存器和只允许读出的8位状态寄存器。

c.定时器/计数器：14位的二进制减法计数器/定时器。

它与MCS-51系列单片机的接口非常简单，是单片机应用系统中广泛使用的芯片之一。

1．2 ADC0808/0809简介

ADC0808/0809是八位逐次逼近式，单片CMOS集成A/D转换器。ADC0808和AD0809的外部封装、引脚排列、内部结构和工作原理相同，除了精度不同外，其它参数相同。ADC0808/0809的分辨率为8位。

ADC0808/0809片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对8路输入模拟信号分时进行转换，片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、比较器、256R电阻T型网络、树状电子开关、逐次逼近寄存器SAR、控制与时序电路等。这里，开关树和256R电阻网络相当于一个DAC。

256R电阻网络是由256个精密电阻组成的基准电压分压器，开关树由8列模拟开关组成，每一列受控于SAR输出的8位数字量的一位。通过开关树产生模拟信号VC，送到比较器与多路开关输出模拟量VX进行比较。VC与VX比较的结果不同，SAR输出也不同，实现了A/D转换。

ADC0809的比较器采用斩波稳零比较器，具有分辨率高，失调小，温度漂移小等特点，因而使ADC0809有较高的精度和稳定性，使用时不需调零。

2．温度控制系统硬件电路介绍

2．1 温度检测和变送器

温度检测元件和变送器的类型选择与被控温度及精度等级有关。镍铬/镍铝热电偶适同于0~1000℃的温度测量范围，相应输出电压为0～41.32mV。

变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的0~41.32mV变换成0~10mA范围内的电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的0~10mA电流变换成0~5V范围内的电压。

为了提高测量精度，变送器可以进行零点迁移。例如，若温度测量范围为400~1000℃，则热电偶输出为16.4～41.32mV,毫伏变送器零点迁移后输出0～10mA范围的电流。这样，采用8位A/D转换器就可使量化温度误差达到〒2.34℃以内。

2．2 接口电路

8031的接口电路有8155、2732和ADC0809等芯片。8155用于键盘/LED显示器接口，2732可作为8031的外部ROM存储器，ADC0809为温度测量电路的输入接口。

在P2.0=0和P2.1=0时，8155选中它内部的RAM工作；在P2.0=1和P2.1=0时，8155选中片内三个I/O端口。相应地址分配为：

0000H～00FFH 8155内部RAM

0100H 命令/状态口

0101H A口

0102H B口

0103H C口