CK300M系列高精度微电脑温度控制仪.docx
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CK300M系列高精度微电脑温度控制仪
毕业实习报告
题目：
CK-300M系列高精度微电脑温度控制仪
姓名：
周景诚
专业：
电子信息工程
班级学号：
09040119
同组人：
指导教师：
袁伟勤
南昌航空大学信息工程学院
2013年1月18日
摘要
温度控制在各方面都显得十分的重要。
在工业上，如纺织业的染布技术，对温度的控制要求也非常高，特别要注意染布时的升温、保温、降温、加热、冷却等方面的温度控制。
CKN－300系列高精度微电脑程序控制仪，是为纺织、印染行业采用微型计算机新技术开发研制的一种新型工业自动化控制仪表。
这种控温仪采用测温电路、高精度低温漂移放大器、滤波电路、A/D转换系统、反馈控制，具有开关量和模拟量输出。
本次毕业实习的主要任务是对CK-300M微电脑温度控制仪进行一次全面的认识。
通过测绘CK-300M微电脑温度控制仪的电路图，组装、排故和调试，最后进行软件编程开发应用，以达到对一成功的电子设备的深入了解、剖析、应用的目的。
本报告主要描述输入输出板的绘图和调试过程。
简单描述了其他板部分。
关键词：
CK-300M印染自动化温度控制
目录
第一章温度控制仪的组成3
1.1显示板3
1.2主板3
1.3输入输出板4
1.4电源板4
1.5底板5
第二章温度控制仪的工作原理6
2.1系统工作原理：
6
2.2、输入输出板工作原理：
7
2.2.18255a主芯片8
2.2.2TPL521系列芯片10
2.2.3ULN200310
第三章排故和调试12
第四章程序设计13
4.1程序设计题目：
13
4.2程序流程框图13
第五章总结与展望15
参考文献16
附录一元件清单17
附录二程序清单18
附录三输入输出板原理图20
前言
CK-300M系列微电脑程序控制仪是由南昌航空工业学院电子系研制的一种高精度新型工业自动化控制仪表，以广泛应用于纺织工业，对处理纺织，印染，漂染，色织，毛纺，制色花及色牢等质量问题效果显著，并对提高染色质量，节约能源，降低消耗，加强企业管理，提高印染老设备自动化程度和减轻工人劳动强度等方面取得了很好的效果和明显的经济效益。
CK-300M不仅具有优良的温度控制功能，还有多种辅助控制功能：
染缸给液控制；液面位置检测与控制等。
该系列电脑不仅适用于有热交换器的间接加热方式的染机，也适用于无热交换器的直接加热方式染色机，还适用于各内类高温高压筒子染机，常温常压染机，敞开式常温常压染机。
电脑的辅助控制功能可全部用于染色工艺过程的自动控制，也可以采用部分控制功能，实现部分工艺的自动控制。
该系统以PT100铂热变电阻做传感器，精度高（±0.2℃），控温范围宽（25℃～152.5℃）。
能定时输出开关信号去执行某种动作以及能提供所要求的温度工艺曲线的转折点的开关量输出，这种性质就给使用者根据需要控制某种动作提供了方便，从而扩大了设备的功能。
除此以外仪器具有体积小、重量轻，抗干扰能力强等特点。
第一章温度控制仪的组成
CK-300M微电脑温控仪由显示板、主板、输入输出板、电源板和底板五块电路板组成。
总原理图如图1：
图1CKN-300M的总原理图
1.1显示板
CK-300M型控温仪采用8279可编程键盘、显示器接口芯片，配合一个4×4的16键键盘以及16只LED八段数码管实现了工艺流程及实时信息显示。
8279采用外译码方式外部译码器对扫描输出端SL0—SL3上的二进制计数进行译码，以产生对键盘或显示的扫描信号，8279的输出端OUTA，OUTB经反向驱动后接数码管的a-dp。
工艺流程指示灯由74LS164控制，状态信号由0831的P1.6串行输入，经74LS164并行输出控制10个发光二极管的亮灭。
1.2主板
主板是整个温度控制仪的心脏部分，控制着整个系统的运行，而且绝大部分重要的芯片及元器件都集中在主控板上。
主板上集中了以8031为基础的微电脑控制部分，以A/DMC14433为基础的温度数据采集部分，以0832为基础的数/模转换部分，以4046为基础的看门狗电路以及以24C16为基础的数据存储机构。
主板上的各个部分相互之间形成了一个控制的核心，来控制显示板和控制板。
8031又是指挥主控板工作的控制中心。
从8031扩展出去，按功能可以把整个主控板分为：
工艺曲线存储、程序和数据存贮、数摸量输出D/A及看门狗电路等五大块。
1.3输入输出板
输入输出板以8255为中心控制4路输入和12路开关信号（如图1.3）控制继电器的断开和吸合，从而控制模拟台的工作。
继电器控制所对应的12个工作状态中的一个工作，PC口上有4路开关量输入连接在PC0—PC3上。
8255与继电器之间通过光耦连接，这样把外部强电流与内部机构完全隔离，外部出了问题也不会影响到8255的工作，保护了整个系统的安全。
图1.3开关量输入输出
1.4电源板
电源板主要是电源的生成，通过电压的转换，将220V的交流电压分别转换成5V（主）、15V、5V、＋12V（用于电桥）、＋24V（继电器）、＋24V（开入）、＋5V（串行通信用）、3.6V电池（用于RAM掉电保护）（其主5V电源电路如图1-4）。
其具体过程是经过变压、整流、滤波、稳压，最后输出各板所需的标准电压。
图1.4主电源电路
1.5底板
底板主要包括三个电路板块，两个输入插槽，一个输出插槽，
一个17引脚变压器和一个滤波器，以及一个电源开关，还包括它们之间的连线以及它们与各块电路板插槽的连线。
在最靠近显示电路板的插槽中插的是本机的主板，此插槽的连线是最复杂，它包括与显示板的连线，与输出端口的连线，与其余两插槽的连线，还有模拟地及数字地。
中间的插槽是8255并行通信口电路板，它与继电器的两个8引脚的数据线相连，与电源的11和14引脚相连，与输出端口相连，还有模拟地及数字地。
在另一块的插槽插的是电源滤波电路板，它主要与电源相连，对输入电源起滤波作用。
第二章温度控制仪的工作原理
CKN—300微电脑温控仪的基本原理是用PT100采集温度的变化，通过电桥转化为变化的电压值输入到TC7650放大。
再将放大的信号通过MC14433和74LS244将模拟的电压信号转化为数字信号输出到显示板显示，同时也将数字信号输出到DAC0832转化为模拟的电流信号送到输入输出板控制12路的开关量。
2.1系统工作原理：
CKN-300M工作时，先由MC14433将PT-100传输过来的数据进行采样，然后再计算差值。
经过算法PID，控制输出。
该温控仪即对染缸进行控制，又要进行自诊断，必须经过用户从键盘输入加以区分。
键盘接收用户信息和工艺曲线经8279送入8031进行处理；在温度控制时，前端温度传感器PT-100将温度信息经过ICL7650放大和MC14433A/D转换后送入8031进行运算转换成温度值，由数码管将其显示和送打印机定时记录。
液位检测开关信号及循环泵接触开关信号输入至8255，再送入8031处理，8031将各个输入量进行综合处理后，就经过8255输出12路开关量，经过光电耦合由继电器驱动控制动作；或者经过DAC0832输出一模拟量进行控制。
在控制对象时，在某一步控制时对应动作的指示灯点亮，以便用户进行监控。
CKN-300M的控温工艺曲线如下图2.1：
图2.1CKN-300M的控温工艺曲线
2.2、输入输出板工作原理：
如图1.3，输入输出部分通过输入输出板以8255为中心控制4路输入和12路开关信号控制继电器的断开和吸合，从而控制模拟台的工作。
当8031片选信号选通8255并行通信口时，8255开始工作，8031把PB口或PC4—PC7中的某一位置“1”时，该口通过2003的一个非门，使发光二极管的负极置“0”，发光二极管发光，光敏三极管工作，使发光二极管所连接的继电器闭合，使该继电器控制所对应的12个工作状态中的一个工作，另外在PC口上有4路开关量输入连接在PC0—PC3上，8031通过检测该口为“0”还是“1”，判断外部状态，对工业现场进行控制。
8255与继电器之间通过光耦连接，这样把外部强电流与内部机构完全隔离，外部出了问题也不会影响到8255的工作，保护了整个系统的安全。
8255驱动输入时输出电路如图2.2所示。
图2.2输入输出处理电路
2.2.18255a主芯片
8255作为主机与外设的连接芯片，提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。
同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。
由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：
与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。
1）与CPU连接部分
8255能并行传送8位数据，所以其数据线为8根D0～D7。
由于8255具有3个通道A、B、C，所以只要两根地址线就能寻址A、B、C口及控制寄存器，故地址线为两根A0～A1。
此外CPU要对8255进行读、写与片选操作，所以控制线为片选、复位、读、写信号。
各信号的引脚编号如下：
（1）数据总线DB：
编号为D0～D7，用于8255与CPU传送8位数据。
（2）地址总线AB：
编号为A0～A1，用于选择A、B、C口与控制寄存器。
（3）控制总线CB：
片选信号、复位信号RST、写信号、读信号。
当CPU要对8255进行读、写操作时，必须先向8255发片选信号选中8255芯片，然后发读信号或写信号对8255进行读或写数据的操作。
2）与外设接口部分
8255有3个通道A、B、C与外设连接，每个通道又有8根线与外设连接，所以8255可以用24根线与外设连接，若进行开关量控制，则8255可同时控制24路开关。
各通道的引脚编号如下：
（1）A口：
编号为PA0～PA7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。
（2）B口：
编号为PB0～PB7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。
（3）C口：
编号为PC0～PC7，用于8255向外设输入输出8位并行数据，当8255工作于应答I/O方式时，C口用于应答信号的通信。
3）控制器
8255将3个通道分为两组，即PA0～PA7与PC4～PC7组成A组，PB0～PB7与PC0～PC3组成B组。
4）引脚功能
RESET:
复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄
存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输
入方式。
CS:
芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0
时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯;/CS=1时,
8255无法与CPU做数据传输.
RD:
读信号线，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/RD产生一个
低脉冲且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据
或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。
WR:
写入信号，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/WR
产生一个低脉冲且/CS=0时,允许CPU将数据或控制
字写入8255。
图2.2.18255A引脚图
D0～D7:
三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当
CPU执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。
8255具有3个相互独立的输入/输出通道端口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作。
方式0—基本输入输出方式；方式1—选通输入/出方式；方式2—双向选通输入/输出方式；
PA0～PA7:
端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入锁存器。
工作于三种方式中的任何一种；
PB0～PB7:
端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器，一个8位的输入输出缓冲器。
不能工作于方式二；
PC0～PC7:
端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入缓冲器。
端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口，每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。
'不能工作于方式一或二。
A1,A0:
地址选择线,用来选择8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器.
当A1=0,A0=0时,PA口被选择;
当A1=0,A0=1时,PB口被选择;
当A1=1,A0=0时,PC口被选择;
当A1=1.A0=1时,控制寄存器被选择.
2.2.2TPL521系列芯片
输入输出板在输入输出两部分都应用TPL521-2和TPL521-4系列芯片。
TLP521是可控制的光电藕合器件，光电耦合器广泛作用在电脑终端机，可控硅系统设备，测量仪器，影印机，自动售票，家用电器，如风扇，加热器等电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，减化电路设计。
东芝TLP521－2和－4组成的砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管。
该TLP521－2提供了两个孤立的光耦8引脚塑料封装，而TLP521－4提供了4个孤立的光耦中16引脚塑料DIP封装。
芯片原理图如图所示：
图2.2.2TPL521系列芯片引脚级原理图
2.2.3ULN2003
ULN2003A电路是美国TexasInstruments公司和Sprague公司开发的高压大电流达林顿晶体管阵列电路。
ULN2003A由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成,具有同时驱动7组负载的能力,为单片双极型大功率高速集成电路。
ULN2003A电路的管脚排列如图2.2.31所示,图2.2.32为其原理和引脚功能图,各引出端的功能符号及说明如表2.2.3所列。
图2.2.32ULN2003A原理和引脚功能图
图2.2.31ULN2003A电路管脚图
表2.2.3引出端功能符号
引出端序号
符号
功能
引出端序号
符号
同意功能
1
1B
输入
9
COM
公共端
2
2B
输入
10
7C
输出
3
3B
输入
11
6C
输出
4
4B
输入
12
5C
输出
5
5B
输入
13
4C
输出
6
6B
输入
14
3C
输出
7
7B
输入
15
2C
输出
8
E
发射极
16
1C
输出
第三章排故和调试
首先应该熟悉CKN-300M的所有电路板，这样才可以保证在排故时比较顺利，调试顺序是检查电源，电源是否正常；然后检查检查主芯片是否工作正常；再检查模拟量输出9902指令正常与否。
调试的过程中主要的一些问题有以下几种：
1、电源导线断路，导致电源无电压输出；
2、模拟量开关工作异常，一般是2板接触不良或键盘问题引起；
3、数码显示管乱码，检查7279芯片和主板芯片是否良好，主板与显示板连接是否不良，导致扫描显示乱码；
4、输入9900指令温度显示不变或者不稳定，显示不变检查pt100是否有信号输入，放大电路是否工作正常；不稳定主要由C11电容接触不良引起。
在电路排故工作结束后，开始进行温度的调试在整组调试中，调零十分关键，要配合调试主板上的精密电阻P1和PT-100，使得PT-100阻值为109.73Ω，调节P1，使温度显示为25℃。
然后进行满度调试，配合调节主板上P2和PT-100，使得PT-100的阻值为157.31Ω，而显示温度为150℃。
然后，分别使PT-100的阻值为111.67Ω、123.24Ω、138.50Ω，看温度显示是否分别为30℃、60℃、100℃，如有较大偏差重新调试零度和满度，直到偏差非常小为止。
第4章程序设计
4.1程序设计题目：
编写一扫键程序
4.2程序流程框图
扫键程序段由7279行循环判定按键标志位，以判断有哪个键按下，其程序流程图如图4.2.1所示
图4.2.17279键处理
4.2.1程序流程及分析介绍，标志单元说明
通过判断ACC.7位是否为低，为低时执行命令，并调用显示子程序，显示代码。
其流程图如下：
N
4.2.128279显示更新
图4.2.118279初始化
第五章总结与展望
在这一个月的毕业实习中，通过对CK-300微电脑控制仪电路图的绘制、硬件电路的调试和软件的编程，学到了很多东西。
在这次毕业实习中，通过逆向地把PCB板还原出原理图，更加熟悉电路设计的一般原理，同时接触到了更多平时没有接触到的仪器设备、元器件以及相关的排故经验，发现了很多不足之处，增加了电子方面的认识。
同时毕业实习培养了严肃认真的态度和吃苦耐劳的精神以及相对应的工程意识，同学之间的友谊互助也充分的在毕业设计当中体现出来了。
毕业设计是对学过的理论知识进行回顾，并对其加以进一步的巩固和消化，为己所用。
实习是一个学生从学生的身份向一个职业者转变的一个过渡过程，是一个人迈向社会的很重要一步。
本次实习在时间上感觉有极大的浪费，希望下次的实习能够有较多的项目，提高这个环节的质量！
还有就是机器使用年限较久，部分机器都无法调试出结果或者不准确，对我们实习生来说存在着不公！
希望以后的实习可以考虑添加新的仪器或者更改实习的项目，让每个同学都能切身的从实习中达到理论与实践的整合！
感谢学校给予我们这次锻炼的机会，感谢老师在实习中的教导，让我在实习中学到了很多。
参考文献
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国防工业出版社,2011年.
[2]陈黎娟、吴开志、万在红.单片机技术实验教程.南昌：
南昌航空大学出版社，2011年.
[3]吴清秀.微型计算机原理及接口技术.北京.中国科学技术大学出版社，2004年.
[4]吴向军.汇编语言设计.北京：
高等教育出版社，2001年.
[5]李全利、迟荣强．单片机原理及接口技术.北京：
高等教育出版社，2004年1月.
[6]张友德、赵志英、涂石亮.单片微型机原理、应用与试验.上海.复旦大学出版社，2008年5月.
[7]薛小铃，刘志群，贾俊荣，单片机接口模块应用与开发实例详解，北京航空航天大学出版社，2010年1月
[8]G.Y.Xu，Electronicdesign，2000年.
附录一元件清单
电阻
1K
12
3.3K
12
4.7K
12
510
12
电容
47uF/50V
4
104
4
220uF/25V
1
晶体管
IN4007
12
402
4
BU406
12
芯片
TPL521-2
2
TPL521-4
3
ULN2003
2
8255A
1
附录二程序清单
ORG0000H
/*8279初始化程序*/
INI79:
MOVDPTR,#7F01H;清除命令送8279
MOVA,#0D1H
MOVX@DPTR,A
WNDU:
MOVXA,@DPTR
JBACC.7,WNDU;等待清除结束
MOVA,#08H;键盘工作方式送8279
MOVX@DPTR,A
MOVA,#34H;
MOVX@DPTR,A
MOVR7,#250;显示器更新后延时
ll:
DJNZR7,ll
JIAN:
MOVDPTR,#7F01H;读状态字
MOVXA,@DPTR
ANLA,#0FH
JNZLP;判断是否有键按下
MOVA,#0FFH
LJMPRDIR
LP:
MOVA,#40H;读FIFO命令
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#7F00H
MOVXA,@DPTR;将得到的键值送给A
ANLA,#3FH
MOVR0,A
MOVDPTR,#TAB;表首地址送DPTR
MOVR7,#0FH：
R7置初值
MOV78h,#00H
LP2:
CLRA
MOVCA,@A+DPTR
CLRC
SUBBA,R0;将得到的键值与表中的数一一比较，得到相应序号
JZLP1
INCDPTR
INC78h
DJNZR7,LP2
RDIR:
MOVDPTR,#7F01H；/*显示更新程序*/
MOVA,#83H
MOVX@DPTR,A
MOVR0,#78H
RDL0:
MOVA,@R0
CPLP1.2
MOVDPTR,#SEG;查表得到段码送
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#7F00H
MOVX@DPTR,A
LJMPJIAN
SEG:
DB0BEH,82H,0DCH,0D6H
DB0E2H,76H,7EH,92H
DB0FEH,0F6H,0FAH,6EH
DB3CH,0CEH,7CH,78H
TAB:
DB1AH,1BH,13H,0BH
DB18H,10H,08H,19H
DB11H,09H,12H,0AH
DB02H,03H,00H,01H
END
附录三输入输出板原理图
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