二加热炉炉温控制系统设计.docx

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二加热炉炉温控制系统设计

课题1二加热炉炉温控制系统设计

一．任务及要求：

1．二加热炉的炉温可以在50℃～200℃之间任意调节；

2．系统每隔3秒钟检测一次炉温T，同时对炉温进行一次控制。

控制要求如下：

⑴T（给定值）－T（实际值）＞5℃→升温；

⑵T（实际值）－T（给定值）＞5℃→降温；

⑶T（实际值）－T（给定值）＞10℃→降温并报警；

⑷∣T（实际值）－T（给定值）∣≤5℃→恒温；

3．系统利用六位七段码显示器实时显示二加热炉炉温的给定温度和实际温度，显示值为十进制数值。

显示器的左三位显示给定值，右三位显示实际值。

程序启动运行之后即循环显示1号炉和2号炉的给定温度和实际温度，每次显示时间为3秒钟；

4．分别记录二加热炉给定炉温和实际炉温数据，按给定值、实际值、给定值、实际值、…形式循环记录，以便观察炉温的受控过程。

每一加热炉的数据至少应保存256字节；

5．系统扩展有二个功能按键，分别对应1号炉和2号炉。

功能键按下后不影响检测和控制功能，仅影响显示功能。

具体要求如下：

⑴在循环显示方式下，按下某一功能键之后，七段码显示器即显示对应加热炉的给定温度和实际温度，如果此时按下另外功能键则不起作用，既不会改变当前显示。

只有再次按下同一个功能键之后才能使系统回到循环显示方式状态。

按键互锁；

⑵在循环显示方式下，按下某一功能键之后，七段码显示器即显示对应加热炉的给定温度和实际温度，如果此时按下另一个功能键，则会改变当前显示，即应显示与后一次按下的功能键对应的加热炉的给定温度和实际温度。

只有连续按下同一个功能键两次才能回到循环显示方式状态；

6．系统备有二路报警，由发光二极管担任报警功能；

7．控制算法：

控制运算可采用偏差控制、模糊控制和PID控制（采用增量算法）。

各人可根据自己对本课题的理解程度及编程能力选择其中任意一种运算方法。

偏差控制运算中ΔTn-1和ΔTn分别为上次和本次运算得出的偏差值，每次运算后都应分别存入内存单元中。

1号炉和2号炉的ΔTn-1和ΔTn应该分别保存。

二．基本工作原理及说明

1．系统硬件

⑴硬件部分包括8088实验系统或8051单片机实验系统以及WK2实验板。

其中0809、8253、8259、8255、8279、数据存储器62256、七段码显示器及其驱动电路、按键和报警部分在8088或8051实验系统上，D/A转换器0832和运算放大器在WK2实验板上；

⑵二个加热炉用运算放大器模拟。

运算放大器的输出即是加热炉炉温的实际值。

给定温度由电位器W给出。

给定温度和实际温度都用电压表示。

这四个模拟量电压经A/D转换器0809转换成数字量之后参加控制运算。

0809的输入通道选用IN4、IN5、IN6和IN7。

给定值从IN4和IN5通道输入，实际值从IN6和IN7通道输入。

A/D采样结束后由EOC信号发出中断请求；

⑶8088实验系统中利用8253提供定时服务，地址40H。

其OUT0已经连接到8259的IRQ0上；

8051单片机实验系统中利用单片机内部定时器提供定时；

⑷8088实验系统中利用8259提供中断服务；

8051单片机实验系统中利用单片机内部定时中断和外部中断为系统提供中断服务；

⑸8088实验系统中利用8255或8279驱动七段码显示器；

8051单片机实验系统中利用驱动芯片驱动七段码显示器；

⑹8088实验系统中利用74LS377驱动报警发光二极管；

8051单片机实验系统中利用P1口驱动报警发光二极管；

⑺二片0832输出控制加热炉炉温变化；

⑻数据存储器62256不需连接，地址范围08000H～0FFFFH；

⑼8088实验系统中功能键通过反相器连到8259的中断输入端或通过8279输入产生中断；

8051单片机实验系统中功能键利用P1口和外部中断1实现中断检测；

⑽给定温度由电位器W给出，可由外部调节。

电压范围0～5V；

2．控制系统应用软件主要包括：

⑴主程序；

⑵A/D转换中断服务子程序；

⑶定时器中断服务子程序；

⑷代码转换子程序；

⑸显示子程序；

⑹按键中断服务子程序；

⑺8279中断服务子程序；

⑻控制运算子程序；

三．步骤及进度

课程设计时间共一周半，7.5天。

1．阅读《微机原理及应用》课程设计任务书，理解题意。

按要求设计二加热炉炉温控制系统硬件连接图，按要求设计二加热炉炉温控制系统应用软件。

阅读、理解、硬件及软件设计时间为1～2天；

2．系统调试：

⑴连接硬件线路；

⑵按以下步骤调试应用软件：

①主程序、定时器；

②A/D、D/A转换；

③代码转换、显示；

④控制运算；

⑤按键、报警；

⑥统调。

系统调试时间为4～5天；

3．验收及考核，时间为0.5～1天；

4．写课程设计报告书，时间为0.5～1天。

四．课程设计报告

1．画出硬件系统图、软件流程图；

2．写出程序详细清单并认真注释；

3．写出调试过程中出现的问题及解决的方法；

4．本次课程设计心得体会。

课题2直流电机转速测量与控制

一．任务及要求：

1．直流电动机转速调速范围0～60转/秒；

2．对直流电动机转速的调速要求如下：

⑴定时检测电动机转速；

⑵每隔10秒钟改变一次转速，电机按以下给定转速循环运转：

→50转/秒→40转/秒→30转/秒→20转/秒→

⑶以设定转速运转。

设定转速从键盘或拨动开关输入，或者从内存读取；

3．扩展功能按键

⑴启动/停止键：

按下此键启动电机，电机以任何方式运转时按下此键将使电机停转，再次按下此键将使电机重新转动。

每次启动电机都应使电机循环运转；

⑵运转状态切换功能键：

当电机处于停转或以设定转速运转时，按下此键即进入循环运转状态；

当电机处于循环运转状态时，按下此键即进入设定转速运转；

4．利用七段码显示器实时显示直流电动机的设定转速和实际转速：

⑴在循环调速方式下，七段码显示器的左3位显示电机转速次序号：

1、2、3、4；右3位显示电机的实际转速：

⑵在手动设定转速方式下，七段码显示器的左3位显示电机转速的设定值，右3位显示电机的实际转速；

5．程序正常运行后，如果未按下功能键，则电机以循环调速方式运转。

二．基本工作原理及说明

1．系统硬件

⑴硬件部分包括PD32实验系统或8051实验系统和RF-300C电机模块；

⑵RF-300C电机模块包括一个微型直流电动机、速度检测元件及驱动元件，见图2-1。

+5V+5V+5V

IN1K

M11

图2-1

OUT

3

2

4

ST198A

①直流电动机RF-300C额定电压DC5V，额定转速2400转/分；

②速度检测元件ST198A是反射式红外光电传感器。

采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，检测距离2~10mm。

在直流电动机RF-300C上安装一块反射圆盘，直流电动机旋转时利用ST198A可采样脉冲数据，ST198A输出的通断次数给8253即可通过计算检测出电机转速；

③直流电机的转速与施加于电机两端的电压、电流有关。

t

T

最大值Vmax

平均值VAV

最小值Vmin

脉冲信号

速度

图2-2

图2-2是直流电机转速与输入脉冲信号的关系曲线。

由图可见，脉冲信号的高电平到来时，转速逐步增加，高电平持续的时间越长，转速增加越多，平均速度越大。

因而调节一个周期内的高电平持续时间（即占空比），就可以调节电机的平均转速。

占空比D＝t／T；

平均转速vAV＝D·Vmax；

⑶PD32实验系统中利用8253提供定时服务，OUT0连接到8259的IRQ0上定时中断；8253的CLK1作为输入测量直流电机的转速；

8253的译码地址控制口：

30CH，计数器0：

300H，计数器1：

304H，计数器2：

308H；

8051单片机实验系统中利用单片机内部定时器T0提供定时；利用单片机内部计数器T1测量直流电机的转速；

⑷PD32实验系统中利用8259提供中断服务；偶地址：

3A0H，奇地址：

3A8H；

8051单片机实验系统中利用单片机内部定时中断和外部中断为系统提供中断服务；

⑸PD32实验系统中利用8255的PB口接SJ8602电机模块的IN端，控制输出到直流电机的脉冲占空比来控制电机的转速；

8255的译码地址控制口：

20FH，PORTA：

203H，PORTB：

207H，PORTC：

20BH；

8051单片机实验系统中利用利用P1口接SJ8602电机模块的IN端，控制输出到直流电机的脉冲占空比来控制电机的转速；

⑹PD32实验系统中利用74LS273驱动七段码显示器；位地址：

360H，段地址：

340H；

8051单片机实验系统中利用驱动芯片驱动七段码显示器；

⑺按键1和按键2提供系统外部中断信号，系统通过识别外部中断确定电机运转方式和接受设定转速；

2．控制系统应用软件主要包括：

⑴主程序；

⑵8253定时器中断服务子程序；

⑶8253电机转速检测服务子程序；

⑷显示子程序；

⑸控制输出子程序；

⑹按键中断服务子程序；

三．步骤及进度

课程设计时间共一周半，7.5天。

1．阅读《微机原理及应用》课程设计任务书，理解题意。

按要求设计直流电机转速测量与控制系统硬件连接图，按要求设计应用软件。

阅读、理解、硬件及软件设计时间为1～2天；

2．系统调试：

⑴连接硬件线路；

⑵按以下步骤调试应用软件：

①主程序；

②8253定时器中断服务子程序；

③键盘中断服务子程序；

④显示子程序；

⑤控制输出子程序；

⑥统调。

系统调试时间为4～5天；

3．验收及考核，时间为0.5～1天；

4．写课程设计报告书，时间为0.5～1天。

四．课程设计报告

1．画出硬件系统图、软件流程图；

2．写出程序详细清单并认真注释；

3．写出调试过程中出现的问题及解决的方法；

4．本次课程设计心得体会。

直流电动机调速控制系统硬件参考图

GND

P-1

P-0

CS-4CS-4

M1

GND

按键1

按键2

+5V+5V+5V

+5V

8255

CS

PB1

Q-1

Q-0

ST198A

B

A

+5VSP/1

OUT

A3

IOR

IOW

D0～D7

8259

INTA

INT

SP/EN

CS

A0

D0～D7

RD

WR

IRQ1

IRQ0

IRQ2

A2

A3

CLK1

INT1

CS-1

8253

OUT0

CLK1

GATE1

GATE0

A0CLK0

A1CS

RD

WR

D0～D7

D0～D7

INTA

INTR

CS6

CS4CS1

CS3CS2

IOW

VCC

VCC

+5V

+5V

3MHz

CS1

IOR

IOW

74LS273

CLRQ0

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

CLKQ6

Q7

Q0

CLKQ1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

CLRQ7

74LS273

位码驱动

段码驱动

abcdefgdp

直流电机调速控制流程框图

主程序　T0中断服务子程序

开始

N

到定时时间？

定义数据区：

输出延时计数常数COUNT

定时检测计数常数TK

初始化8259

取CLK1计数值

得到实际转速

初始化8253

T0定时方式

T1计数方式

赋计数初值

重新初始化8253，T1

重赋T1计数初值

Y

循环方式？

取循环给定转速

取手动给定转速

存给定转速

开中断

调显示

重赋TK

开始

CALL控制运算

CALL控制输出

中断返回

控制运算子程序

开始

Y

Y

△Vn←V实际－V给定

△Vn←V给定－V实际

N

△Vn＞1？

（△Vn）←△Vn－△Vn－1

（△Vn）←|△Vn－1－△Vn|

△ONTIME←△Vn×COUNT

ONTIME←|ONTIME－△ONTIME|

ONTIME←ONTIME+△ONTIME

N

N

ONTIME＞最大值？

△Vn←最大值

ONTIME←最大值

OFFTIME←最大值－ONTIME

暂存△Vn

中断返回

V给定＝V实际？

V给定＞V实际？

N

△Vn＞1？

△ONTIME←△Vn×COUNT

△Vn←最小值

ONTIME＜最小值？

ONTIME←最小值

　控制输出子程序

开始

延时

控制输出低电平

OFFTIME－1＝0？

返回

N

ONTIME－1＝0？

N

延时

控制输出高电平

课题3多加热炉炉温检测系统设计

一．任务及要求：

1．加热炉的炉温可以在50℃～200℃之间任意调节；

2．系统每隔3秒钟检测一遍炉温；

3．利用六位七段码显示器实时显示加热炉的炉号和实际温度，显示值为十进制数值。

显示器的左三位显示加热炉的炉号，右三位显示实际值。

程序启动运行之后即开始循环显示，每次显示时间为3秒钟；

4．分别记录各加热炉的实际炉温数据，每一加热炉的数据保存256字节。

每检测一次即保存一次，循环刷新；

5．对应各加热炉扩展功能按键。

功能键按下后不影响检测功能，仅影响显示功能。

具体要求如下：

⑴在循环显示方式下，按下某一功能键之后，七段码显示器即显示对应加热炉的炉号和实际温度。

如果此时按下另外功能键则不起作用，既不会改变当前显示。

只有再次按下同一个功能键之后才能使系统回到循环显示方式状态；

⑵在循环显示方式下，按下某一功能键之后，七段码显示器即显示对应加热炉的炉号和实际温度，如果此时按下另一个功能键，则会改变当前显示，即应显示与后一次按下的功能键对应的加热炉的炉号和炉温。

只有连续按下同一个功能键两次才能回到循环显示方式状态；

6．扩展发光二极管担任报警功能，当温度超过200℃即点亮发光二极管报警。

二．基本工作原理及说明

1．系统硬件连接参考“多加热炉炉温检测系统硬件参考图”。

⑴硬件部分为PD32实验系统或8051单片机实验系统。

包括0809、8253、8259、8255、数据存储器62256、七段码显示器及其驱动电路、按键和报警部分。

图中虚线为需要连接的连线；

⑵加热炉的实际温度用电压表示，由电位器给出。

模拟量电压经A/D转换器0809转换成数字量。

0809的输入通道选用IN0、IN1、IN2、IN3、…。

A/D采样结束后由EOC信号发出中断请求。

0809的译码地址为3C0H。

通道0~7分别为3C0H，3C4H，3C8H，3CCH，3D0H，3D4H，3D8H，3DCH。

A/D采样结束后由EOC信号发出中断请求；

⑶PD32实验系统中利用8253提供定时服务。

8253的译码地址控制口：

30CH，

计数器1：

300H，计数器2：

304H，计数器3：

308H；

8051单片机实验系统中利用单片机内部定时器提供定时；

⑷PD32实验系统中利用8259提供中断服务。

偶地址：

3A0H，奇地址：

3A8H；

8051单片机实验系统中利用单片机内部定时中断和外部中断为系统提供中断服务；

⑸PD32实验系统中利用74LS273驱动七段码显示器。

位地址：

360H，段地址：

340H；

8051单片机实验系统中利用驱动芯片驱动七段码显示器；

⑹PD32实验系统中利用74LS245驱动报警发光二极管。

地址：

340H；

8051单片机实验系统中利用P1口驱动报警发光二极管；

⑺数据存储器62256不需连接，地址范围08000H～0FFFFH；

⑻PD32实验系统中功能键连到8259的中断端；

8051单片机实验系统中功能键利用P1口和外部中断1实现中断检测；

⑼实际温度由电位器给出，可由外部调节。

电压范围0～5V；

2．检测系统应用软件主要包括：

⑴主程序；

⑵A/D转换中断服务子程序；

⑶定时器中断服务子程序；

⑷代码转换子程序；

⑸显示子程序；

⑹按键中断服务子程序；

3．程序参考流程图；

4．多加热炉炉温检测系统硬件参考图。

三．步骤及进度

课程设计时间共一周半（二周），7.5天（10天）。

1．阅读《微机原理及应用》课程设计任务书，理解题意。

按要求设计多加热炉炉温检测系统硬件连接图，按要求设计多加热炉炉温检测系统应用软件。

阅读、理解、硬件及软件设计时间为1～2天；

2．系统调试：

⑴连接硬件线路；

⑵按以下步骤调试应用软件：

①主程序、定时器；

②A/D转换；

③代码转换、显示；

④按键、报警；

⑤统调。

系统调试时间为4～6天；

3．验收及考核，时间为0.5～1天；

4．写课程设计报告书，时间为0.5～1天。

四．课程设计报告

1．画出硬件系统图、软件流程图；

2．写出程序详细清单并认真注释；

3．写出调试过程中出现的问题及解决的方法；

4．本次课程设计心得体会。

多加热炉炉温检测程序参考流程图

主程序A/D转换中断服务子程序

清数据区

读取A/D转换数据

采样通道号加1

程序初始化

采样通道号=8？

N

预置采样通道号0

启动A/D

Y

预置TK值

中断返回

开中断

定时器中断服务子程序

N

定时时间到（TK-1=0）？

显示

启动A/D

重置TK值

Y

中断返回

多加热炉炉温检测系统硬件参考图1

D0～D7

A2

A3

A4

IN3

IN2

IN1

IN0

0~5V

0809

START

ALE

IN0

IN1

OE

IN2

CLK

IN3EOC

ADDA

ADDB

ADDC

D0～D7

EOC

74LS02

CLOCK

CS-4CS-4

报警1

报警4

+5V

按键1

按键2

GND

470Ω+5V

IOR

RST

A0

A1

IOW

IOR

CSCS7

CS1CS

+5VSP/1

A

B

IORIOW

IRQ1

A3

8255

RESET

A0PA0

A1PA1

WRPA2RDPA3

CS

RD

WRINT

IRQ1CS

IRQ2INTA

IRQ3

D0～D7

SP/EN

A0

8253

Q_0

Q_1

INT1INTR

INTA

D0～D7

CS-1CS6

P_0

P_1

3MHz

+5VIRQ0

A2

A3

CS3CS2

VCC

74LS273

74LS273

CLRQ0

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

CLKQ6

Q7

Q0

CLKQ1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

CLRQ7

CS4CS1

IOW

位码驱动

段码驱动

abcdefgdp

VCC

+5V

D0～D7

1

4

2

3

6

5

IOW

IOR

IOW

8259

CSCLK0

D0GATE0

～OUT0

D7

RDA0

WRA1

多加热炉炉温检测系统硬件参考图2

IN1

CLK

D0～D7

ref+

ENABLE

START

ALE

A

BEOC

C

W1

+5V

D2

D1

D0

W2

IN3

IN2

IN0

Vref

ADC0809

SC

/ALE1

CLK

EOC

OE4

·····

74LS023

74LS026

D0～D7

EXI1

EXI1

2

FFE0H

Y0

5

74LS138

A

B

C

E1

E2

FFDCH

FFDDH

WR

74LS273

1A11Y1

2A42Y4

1A21Y2

2A32Y3

1A31Y3

2A22Y2

74LS240

75452

段码驱动

abcdefgdp

位码驱动

G

74LS273

A2

A3

A4

G

D0～D7

RD

ALE

WR

INT0

8031

ALEP1.7

RD～

P1.4

INT1

WR

INT0P1.1

P1.0

P0.0～P0.7

P1.1

P1.0

13

1112

报警4

INT113

P1.4L4

P1.7L1

报警1

EXI1

11

K2

K1

12

74LS02

开关2

开关1

GND

+5V

附录

可编程键盘、显示器接口8279介绍

1.简介

利用软件的方法实现键扫描及动态显示的最大缺点是占用很多CPU时间，一旦程序进入处理其它功能的程序段，键盘及显示器即停止工作。

可编程键盘、显示器接口——8279可在编程后对键盘、显示器进行扫描，记下按下键的坐标并显示数据。

8279是一个40线的双列直插式器件，如下图所示。

它最多可外接8×8的键盘及16×8的发光二极管显示器。

8279与CPU之间的连线有：

D0～D7数据线

IRQ中断申请信号，高电平有效

/RD、/WR读、写信号

RESET复位信号

/CS片选信号

A0缓冲器地址。

0表示数据口，1表示命令、状态口

CLK外部时钟输入，用以产生内部100KHz的信号，输入

信号频率低于2MHz

8279与外部的连线有：

SL0～SL3扫描信号，用于键盘与显示器的扫描

RL0～RL7键输入信号，由内部电阻拉成高电平

SHIFT，CNTL/STB键控制线，由内部电阻拉成高电平

OUTB0～3，OUTA0～3输出显示数据，OUTA3为最高位，OUTB0为最低位

/BD消隐信号

在8279内部，有8字节的先进先出的键输入缓冲器及16个字节的显示数据缓冲器。

当外部有键闭合时，其键值存入键输入缓冲器，中断信号IRQ变为高电平，当CPU将键值读取后，IRQ信号变低。

CPU向8279的显示数据缓冲器写入数据后，8279即自动地将此数据用动态显示的方式显示出来。

2.工作方式和编程

由缓冲器地址信号可以决定8279的两个端口，当A0=1时选中命令、状态口，8279的编程通过向其命令、状态口写入命令字来实现。

8279的命令字包括：

⑴键盘、显示器方式设置；

⑵程序时钟设置；

⑶读FIFO/传感器RAM；

⑷读显示RAM；

⑸写显示RAM；

⑹显示器写入禁止/空格；

⑺清除；

⑻中断结束/出错方式设置。

·键盘、显示器方式设置

此命令用于设置键盘与显示器的工作方式，其格式为：

000为此命令的特征位。

0

0

0

D

D

K

K

K

DD为显示方式设置，定义如下：

DD

显示方式

00

8个8段字符显示，左边输入

01

16个8段字符显示，左边输入

10

8个8段字符显示，右边输入

11

16个8段字符显示，右边输入

根据显示方式的设置，可外接8个或16个8段发光二极管显示器，向显示器RAM写入显