烘箱温度控制 微机原理课设报告.docx

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烘箱温度控制微机原理课设报告

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：

温度检测模块，AD转换模块，键盘输入模块，温度显示模块，温度调理模块，接口扩展模块。

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AD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，通过给加热系统通断电来实现。

当需要加热时，8255的PC6输出高电平；当需要降温时，8255的PC6输出低电平，关闭加热系统，让加热器自然冷却而起到降温效果。

加热或降温的控制信号通过8255的PA0读取拨动开关的状态来实现

第三部分子模块介绍

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，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3-2所示。

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。

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。

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。

4.4数据显示部分

图4-5

4.1.2温度调理模块

当第一片8255的PC7为高电平时，三极管导通，继电器吸合，向加热系统输出12V电压加热；反之，输入低电平，三极管截止，继电器断开，停止加热。

在图4-中，二极管的作用是吸收继电器端开时产生的浪涌电压。

图4-2

4.5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5-1所示。

图5-1

2、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0.3℃对应1LSB的变化量，对应电压值为19.5mV。

其流程图如图5-2所示。

图5-2

3.显示子程序

采用动态显示方式，其流程图如图5-3所示。

4.温度值设置子程序

问了避免加热温度过高，在程序设计中加了一条，即设定值不能大于76.8℃，否则就认为有错系统报警。

其流程图如图5-4所示。

图5-3

结论

本设计采用的单片机是作为现代工业中最常用的集成芯片。

具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、易于推广应用等显著优点，通过软件逻辑控制实现对温度的控制和调节。

本文的温度控制系统，只是单片机广泛应用于各行各业中的一例。

本设计中应用了许多单片机芯片和单片机常用的外部设，单片机芯片如：

ADC0809，8255等。

单片机外部设备如：

温度检测元件AD590，键盘和显示系统中的LED显示器等。

该系统的主要优点如下：

一、本系统本着简单可靠的原则完成了设计要求，尽量做到线路简单，充分利用软件编程，安装比较灵活而且价格较低。

二、在系统的硬件和软件设计中，都加有安全设计部分，避免加热过高造成设备的损坏。

同时，该系统在测量过程中会带来系统误差。

通过这半年多的学习，毕业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。

尽管如此，我们的毕业设计指导老师周秋茜老师仍然在百忙中抽出时间，耐心的指导我们，为我们提供参考资料，给我们查缺补漏，使我们少走了许多弯路，让我感受到了周老师对学生的那种诲人不倦的精神，毕业设计才得以顺利完成。

请允许我向你们致意崇高的敬意，感谢周老师！

同时，也非常感谢我们同意课题组的成员在设计中给予我的帮助和支持。

参考文献

[1]戴梅蕚《微型计算机技术及应用》2007清华大学出版社

[2]武锋《单片机应用系统设计---系统配置与接口技术》1998.8北京航空航天大学出版社

[3]何克忠《计算机控制系统》2002清华大学出版社

[4]朱善君《汇编语言程序设计》1998.3清华大学出版社

[5]颜永军《protel99电路设计与应用》2001.1国防工业出版社

附录

程序

Z82551AEQU0000H;定义第一片8255地址

Z82551BEQU0001H

Z82551CEQU0002H

Z82551DEQU0003H

Z82552AEQU0004H;定义第二片8255地址

Z82552BEQU0005H

Z82552CEQU0006H

Z82552DEQU0007H

DATASEGMENT

DATA1DB16DUP（?

）

MESSDB10,13,’INPUTTHETEMPERRATUREVALUE:

’,‘S’

LEDDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,07H,7FH,6FH,77H

KEYDB77H,7BH,7DH,7EH,B7H,BBH,BDH,BEH,D7H,DBH

DATAENDS

CODESEGMENT

ASSUMECS:

CODE,DS:

DATA,ES:

DATA,SS:

STACK

START:

MOVAX,DATA;段寄存器初始化

MOVDS,AX

MOVES,AX

MOVAH,09H;显示提示信息

MOVDX,OFFSETMESS

INT21H

CALLinput;输入设置的温度值存data1[DI+2]

COLLECT:

CALLINIT_82551;初始化第一片8255

MOVCX,8;共采集8次

MOVBX,0;BX作温度累加器

AGAIN:

MOVAL,00100000B

MOVDX,Z82551C;

OUTDX,AL;PC5与ALE相连，送一个高电平

MOVAL,00H

OUTDX,AL;送START下降沿

CALLdelay;调用延时信号等待转换完成

WAIT1:

INAL,DX;读EOC状态

ANDAL,10000000B

JZWAIT1

OUTDX,11000000B;若转换完成送高电平给OE

MOVDX,Z82551B

INAL,DX;从B口读8位二进制码

CBW;将AL扩展为AX

ANDAX,00FFH

ADDBX,AX

LOOPAGAIN

MOVAX,BX

SHRAX,1

SHRAX,1

SHRAX,1;AX中为8次采样值的平均值

CALLchangetoBCD;转化为十进制的温度值

CALLDIS

MOVBL,[DI+2];取输入值

MOVAL,[DI+3];取实际值

CMPAL,BL;实际值与输入值比较

JBUP;小则加热

JZDOWN;大则停止加热

UP:

MOVAL,10000000B

MOVDX,Z82551C

OUTDX,AL

JMPCOLLECT

DOWN:

MOVAL,00000000B

MOVDX,Z82551C

OUTDX,AL

JMPCOLLECT

delay:

PROCNEAR

PUSHCX

MOVCX,0F00H

LOOP$

POPCX

RET

DelayENDP

Input:

PROCNEAR;温度设置子程序

MOVAL,10000001B;方式0，C口高四位输出，低四位输入

OUTZ82552D,AL

MOVAL,0

OUTZ82552C,AL;使各行线为0

WAIT2:

INAL,Z82552C;读列线

ANDAL,0FH;保留低四位

CMPAL,0FH

JZWAIT2;全一表示无按下，继续循环扫描

MOVAH,AL;保存列值

MOVAL,10001000B;方式0，C口高四位输入，低四位输

;出

OUTZ82552D,AL;反转输入输出方向

MOVAL,AH

OUTZ82552C,AL;把列值反向输出到列线

INAL,Z82552C;读入行线状态

ANDAL,0F0H;保留高四位

ORAL,AH;组合行列值

LEABX,KEY;键码首地址送BL

BBB:

CMPAL,[BX];与键码比较

JNZAAA

SUBBX,OFFSETKEY

MOVDI,OFFSETDATA1

MOV[DI],BL;第一位键值存[DI]

MOVCH,BL;第一位键值存CH

MOVAL,10000001B

OUTZ82552D,AL

MOVAL,0

OUTZ82552C,AL;各行线为0

WAIT3:

INAL,Z82552C;读列线

ANDAL,0FH

CMPAL,0FH

JZWAIT3

MOVAH,AL

MOVAL,10001000B

OUTZ82552D,AL

MOVAL,AH

OUTZ82552C,AL

INAL,Z82552C

ANDAL,0F0H

ORAL,AH

LEABX,KEY

DDDD:

CMPAL,[BX]

JNZCCCC

SUBBX,OFFSETKEY

MOV[DI+1],BL;第二位键值存[DI+1]

MOVCL,BL;第二位键值存CL

ANDCH,0FH

RCLCH,1

RCLCH,1

RCLCH,1

RCLCH,1

ANDCL,0FH

ORCL,CH

MOV[DI+2],CL;两位键值的组合存[DI+2]

AAAA:

INCBX

JMPBBBB

CCCC:

INCBX

JMPDDDD

RET

InputENDP

ChanggetoBCD:

PROCNEAR

MOVBL,5

DIVBL

LEADI,DATA1

MOVBL,AH;AH为余数，乘以2即0.1度级

;的非压缩BCD码

ADDBL,BL

MOV[DI+4],BL

INCDI

MOVAH,0;将AL扩成AX

MOVBL,0AH；

DIVBL

MOV[SI],AH;余数1度级

INCDI

MOV[DI],AL;商10度级

MOVAL,[DI+6]

MOVCL,04H

SHLAL,CL;AL高四位为10摄氏度级

MOVBL,[DI+5]

ORAL,BL;BL低四位为1摄氏度级

MOV[DI+3],AL;[DI+3]存温度整数位BCD码

INIT_8255:

PROCNEAR

MOVDX,Z82551D

MOVAL,10000011B

OUTDX,AL

MOVAL,00H

OUT0002H,AL

RET

INIT_8255ENDP

DIS:

PROCNEAR

LEABX,LED

MOVDX,Z82552D

MOVAL,10001011B

OUTDX,AL;使第二片8255A,B,C为方式0，A口输出，

;B,C为输入

MOVAL,10000000B

MOVDX,Z82552A

OUTDX,AL;选通LED1

MOVDX,Z82551D

MOVAL,10001011B;使A为输出，BC为输入

OUTDX,AL

MOVAL,[DI+4]

MOVDX,Z82551A

XLAT

OUTDX,AL;将小数送第一片8255A口显示在LED1上

CALLdelay

MOVAL,01000000H;选通LED2

MOVDX,Z82552A

OUTDX,AL

MOVAL,[DI+5]

XLAT

ADDAL,80H

MOVDX,Z82551A

OUTDX,AL

CALLdelay

MOVAL,00100000B

MOVDX,Z82552A

OUTDX,AL;选通第三个LED

MOVAL,[DI+6]

XLAT

MOVDX,Z82551A

OUTDX,AL;显示温度的十位

CODEENDS

ENDSTART