多路温度检测自动控制系统的设计实现
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作者： 作者单位： 秦娟， 郝弗非， 孙晓薇， 郝庭柱， 郎培， 沈花玉， QIN Juan， HAO Fu-fei， SUN Xiao-wei， HAO Ting-zhu， LANG Pei， SHEN Hua-yu 秦娟,郝庭柱,郎培,沈花玉,QIN Juan,HAO Ting-zhu,LANG Pei,SHEN Hua-yu(天津理工大学 ,电子信息与通信工程学院,天津,300191)， 郝弗非,HAO Fu-fei(天津市公安局十处,天津 ,300171)， 孙晓薇,SUN Xiao-wei(桂林电子科技大学,通信与信息工程系,桂林,541004) 天津理工大学学报 JOURNAL OF TIANJIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2007，23(2) 0次
力资源， 提高了经济效益" 参E 考E 文E 献：
［ $ ］ 郑玉墙" @%F5@ 热门集成电路使用手册 ［ @］ " 北京： 人 民邮电出版社， $44#" ［8 ］ E 何立民" 单片机应用文集 ［ @］ " 北京：北京航空航天 大学出版社， $44$" ［)］ E 穆E 兰" 单片微型计算机原理及接口技术 ［ @］ " 北京： 机械工业出版社， $440" ［-］ E 杨丽君" %,#4+!$ 单片机控制的多路温度检测系统 ［ G］ " 计算机应用， 8’’’ ， $! （)） ： 00H 0#" ［!］ E 张开生， 郭国法" @+IH !$ 单片机温度控制系统的设计 ［ G］ " 单片机应用， 8’’! ， 8$ （.） ： 0#H 04"
!" 软件设计
系统程序固化在 %,#4+!$ 内部的 :;<=> 存储器 中" 程序分为主程序和若干个子程序" 主程序的功能 是系统初始化、 负责管理和调用各个子程序并设置 路数" 初始化就是在 ?%@ 中为 3% 模数转换器输入 的数据、 标度换算的值及显示缓冲区设置存储单元， 并设置初始值为零， 以便程序使用" 设置路数是为本 检测系统能对多路温度进行检测， 向 *+$!$ 多路开 关的地址端输出控制信号， 这样 123 显示温度时， 左边一位显示对应路数" 子程序的功能是： 温度采集时负责控制， 将温度 的模拟量转化成数字量， 再输入到单片机的 ?%@ 存 储器中；换算时负责进行温度的标度换算并将标度 换算后的十六进制数换算成 /+3 码存储到显示缓 冲区以便显示子程序使用； 显示时负责将显示缓冲 区中的各路温度送到 123 上显示出来； 键盘扫描程 序， 利用外部中断来完成消除键抖动、 键识别、 键功 能处理； 工作时间段程序， 根据不同的材料设置不同 的工作， 时间一般设为 $’’ ABC、 0’ ABC" 主程序流程 图如图 ) 所示， 56,7 中断和定时器 ,7 中断流程如 图 -、 图 ! 所示， 子程序流程图略"
=< 硬件设计
电路设计以 0’)" 单片机为 1H@， 采用 Y.* 系
［ "］ 列芯片 Y.*0$+ 和 Y.*"%+ 进行数据采集 ， 外扩
0 Z的数据存储器 #+#- 和并行接口芯片 0")) ， 使用 带锁存功能的驱动 F1T 的 $ 段显示译码器 91/-)"" 做显示电路, 硬件原理如图 " 所示, = , ;< 温度检测和数据采集 温度检测元件的类型选择与被控温度的范围和 精度等级有关, Z 型热电偶适用于 ’ [ \ " +’’ [ 的 温度范围， 与 91")" 的 0 选 " 多路选择器相连，作 为多路温度选择的控制开关，以选择所要测量温度 的路数； Y.*0$- 具有低的电子遗失误差，采集到现
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! ! 温度是半导体工业生产制造中常见的和最基本 的工艺参数之一，任何物理变化和化学变化的过程 都与温度密切相关，因此，在半导体生产过程中常 需对温度进行检测和监控, 采用微型机进行温度检 测、 数字显示、 信息存储及实时控制，对于提高生产 效率和产品质量、 节约能源和人力资源利用等具有 重要作用, 研制采用 ./0(1)" 单片机为主控芯片的 多路温度检测自动控制系统,
（ ", ?KEAAL A< IL=KMNA8>K 48<ANO7M>A8 78P 1AON868>K7M>A8 I8C>8==N>8C，/>78Q>8 @8>R=NS>MJ A< /=KE8ALACJ， />78Q>8 %’’"(" ，1E>87； +, /E= HAL>K= A< />78Q>8，/>78Q>8 %’’"$" ，1E>87； %, T=UM, A< 1AOO68>K7M>A8 78P 48<ANO7M>A8 I8C>8==N>8C，G6>L>8 @8>R=NS>MJ A< IL=KMNA8>K /=KE8ALACJ，G6>L>8 )-"’’- ，1E>87） 78#,)’3,：T6N>8C ME= UNAK=SS A< S=O>KA8P6KMAN UNAP6KM>A8，ME=N= 7N= S=R=N7L 78P =R=8 OAN= E>CE M=OU=N7M6N= <6N87K=S >8 ME= BANVSEAU, 4M >S 7 W>C UNAWL=O MA KA8MNAL ME= M=OU=N7M6N= 78P M>O=, X= KA&AU=N7M= B>ME /E= ;N==SK7L= KAOU78J 78P SU=K>7LLJ P=R=LAU 7 M=OU=N7M6N= O=7S6N=O=8M 6S>8C ! ME=NOAKA6UL=, /E= SJSM=O >S KA8MNALL=P WJ ./0(1)" S>8CL= KE>U, /E= K>NK6>M KAO& UAS>M>A8，KE7N7KM=N，ME= ME=ANJ A< ME= E7NPB7N= 78P ME= P=S>C8 SKE=O= A< SA<MB7N= 7N= P=SKN>W=P, 9"6 :-)(#：ME=NOAKA6UL=；S>8CL= KE>U；76MA&KA8MNAL
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位数码管用来显示路数，右边 ! 个数码管则用来显 示相应路数的温度" #$!! 芯片 % 口的 &%" ’ ( &%" ) 与 *+,-!$$ 的 - 线 . 段锁存译码器相接， 作输出显 示电路的段码控制信号输出端， / 口的 &/" ’ ( &/" ! 作 0 位 123 数码显示电路的位选控制信号输出端， + 口的 &+" ’ 、 &+" $ 提供键盘的查询行使用" 键盘采 用中断扫描工作方式， 接到 %,#4+!$ 的56,7" 根据半导体生产高温炉中放置的材料不同， 各 路巡回显示时， 需要的间隔时间不一样， 时间间隔由 按键设定， 8 9 0 个键的设计足够使用， 增加了锁定 键， 方便进行定点温度观察"
" 图 !" 主程序流程图" " " " 图 #" $%&’中断服务 ()*+ !" &,- ./01 2,34 0. " " " " " " 程序框图" " " " " 53)6 7802-9:8-" " " " ()*+ # &,- ./01 2,34 0. $%&’
图 ;" 定时器 &< 中断程序框图 ()*+ ;" &,- ./01 2,34 0. &<
3 3 7" 显示电路 万方数据 系统 采 用 动 态 显 示， 由 程 序 直 接 控 制3 由
F*1=,$$ 芯片 的 = 线 D 段锁存译码器 （ G*) 输入） 与 E 位 9;) 数码管组成显示电路3 其中，左边第一
8’’. 年 - 月E E E E E E E E E E 秦E 娟， 等：多路温度检测自动控制系统的设计实现E E E E E
多路温度检测自动控制系统的设计实现
秦! 娟" ，郝弗非+ ，孙晓薇% ，郝庭柱" ，郎! 培" ，沈花玉"
（ ", 天津理工大学 电子信息与通信工程学院，天津 %’’"(" ； +, 天津市公安局十处，天津 %’’"$" ； %, 桂林电子科技大学 通信与信息工程系，桂林 )-"’’- ） 摘! 要：在半导体生产过程中， 车间存在几个甚至几十个高温炉， 对其温度和时间控制是一个很大的问题, 和菲斯卡 尔有限公司合作， 设计了一种选择 ! 型热电偶进行温度检测、 采用 ./0(1)" 单片机进行控制的多路温度检测系统, 在此， 文章具体阐述了硬件电路设计、 性能特点、 工作原理及软件设计方案, 关键词：热电偶；单片机；自动控制 中图分类号： /2("(! ! ! 文献标识码：.
万方数据 通讯作者：郝庭柱 （ "(-- —! ） ， 男， 教授， 硕士生导师,
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I I I I I I I I I I I I I I 天I 津I 理I 工I 大I 学I 学I 报I I I I I I I I I I I I 第 &% 卷I 第 & 期
图 !" 硬件原理图 #$%& !" ’() *$%+,) -* (.,/0.,) 1()-,2
;< 性能特点
本系统实现 0 路温度自动检测显示，具有巡回 显示、 控制时间及报警等功能， 并且可以对各路的上 下限温度、 巡回显示间隔时间、 锁定显示进行设置,
收稿日期： +’’#& ’%& +0, 基金项目：天津市高等学校科技发展基金 （ +’’-"%+) ） , 第一作者：秦! 娟 （ "($( —! ） ， 女， 助理实验师,
第 +% 卷! 第 + 期 +’’$ 年 - 月
天! 津! 理! 工! 大! 学! 学! 报 >?@AB7C ?D EF7B>FB @BFGHAIFEJ ?D EHKLB?C?MJ
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文章编号： "#$%& ’()* （ +’’$ ） ’+& ’’)"& ’%
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密度非易失性存储器技术， 片内的 >?@AB 存储器允许 在系统内编程序或用常规的非易失性存储器编程器 来编程3 "1’(*,$ 以低能耗、 低电压、 功能强、 灵活性 高且价格合理的特点广泛应用于各种控制领域3 如图 $ 所示， "1’(*,$ 的 52 口利用 D=98%D% 锁 存器扩展 ’ : 的存储器芯片 （ E&E= ） 和并行接口芯片 （ ’$,, ） 3 E&E= 芯片用来存储各路温度以及上下限温 度值； ’$,, 芯片用作键盘和 9*) 显示电路， 相应地 址分配为 2$ 2%F （ * 口） 3由 于加热材料与加热时间不同， 为方便使用， 工人每次
#" 结束语
此多路温度检测自动控制系统参数设定方便， 可以随时进行手动设置， 相比同类控制装置精度高， 达到 ’" ! D ， 且成本低" 软看门狗的增加， 防止了外 界环境影响产生的意外情况， 经半导体车间现场应 用一年来，证明设计合理、 工作稳定可靠" 节省了人
万方数据
多路温度检测自动控制系统的设计实现
场电压与 !"#$%& 相连接作数据采集， !"#$%& 是 带有串行接口的 $’ 位 （ 带符号位共 $( 位）数模转 换器 （ ")* ） ，可以将 + ,$& -. 间的温度信号模拟 量转化成 $’ 位数字量， 能够将热电偶从现场测的电 压由 )/01 端 串 行 输 出 到 单 片 机， 精度可以达到 23 , 4 3 5$3 2 接 )/01 串 行 数 据 输 出 端； 5$3 $ 接 )67 串行数据输入端； 5$3 & 接 8*9: 串行时钟输入 端； 5$3 % 接 *8 片选输入端； 5%3 & 接 ;/* 转换结束 信号输出端3 3 3 3" 控制电路 采用 !*8 < ,$ 系列单片机 "1’(*,$ 芯片
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加完料后可以直接设定工作时间， 定时时间到， 声音
［ %H , ］ 报警器工作3 报警电路如图 & 所示 3
片 内 带 有 一 个 = : 字 节 的 >?@AB 只 读 存 储 器 （ ;5C/!），采用了 *!/8 工艺， C1!;9 公司的高
图 3" 报警电路 #$%& 3" ’() .4.,5 6$,6+$1
力资源， 提高了经济效益" 参E 考E 文E 献：
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系统程序固化在 %,#4+!$ 内部的 :;<=> 存储器 中" 程序分为主程序和若干个子程序" 主程序的功能 是系统初始化、 负责管理和调用各个子程序并设置 路数" 初始化就是在 ?%@ 中为 3% 模数转换器输入 的数据、 标度换算的值及显示缓冲区设置存储单元， 并设置初始值为零， 以便程序使用" 设置路数是为本 检测系统能对多路温度进行检测， 向 *+$!$ 多路开 关的地址端输出控制信号， 这样 123 显示温度时， 左边一位显示对应路数" 子程序的功能是： 温度采集时负责控制， 将温度 的模拟量转化成数字量， 再输入到单片机的 ?%@ 存 储器中；换算时负责进行温度的标度换算并将标度 换算后的十六进制数换算成 /+3 码存储到显示缓 冲区以便显示子程序使用； 显示时负责将显示缓冲 区中的各路温度送到 123 上显示出来； 键盘扫描程 序， 利用外部中断来完成消除键抖动、 键识别、 键功 能处理； 工作时间段程序， 根据不同的材料设置不同 的工作， 时间一般设为 $’’ ABC、 0’ ABC" 主程序流程 图如图 ) 所示， 56,7 中断和定时器 ,7 中断流程如 图 -、 图 ! 所示， 子程序流程图略"
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多路温度检测自动控制系统的设计实现
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