二加热炉炉温控制系统设计.docx

1、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50200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： T(给定值)T(实际值) 5 升温； T(实际值)T(给定值) 5 降温； T(实际值)T(给定值) 10 降温并报警；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

2、，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：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；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

3、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Tn-1和Tn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Tn-1和Tn应该分别保存。二基本工作原理及说明1系统硬件硬件部分包括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

4、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；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；8088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

5、定时器提供定时；8088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；8088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；8088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；二片0832输出控制加热炉炉温变化；数据存储器62256不需连接，地址范围08000H0FFFFH；8088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

6、中断检测；给定温度由电位器W给出，可由外部调节。电压范围05V；2控制系统应用软件主要包括：主程序；A/D转换中断服务子程序；定时器中断服务子程序；代码转换子程序；显示子程序；按键中断服务子程序；8279中断服务子程序；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12天；2系统调试： 连接硬件线路； 按以下步骤调试应用软件：主程序、定时器；A/D、D/A转换；代码转换、显示；控制运算；按键、报警；统调。系统调试时间为45

7、天；3验收及考核，时间为0.51天；4写课程设计报告书，时间为0.51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060转/秒；2对直流电动机转速的调速要求如下：定时检测电动机转速；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

8、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；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：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：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系统硬件硬件部分包括PD32实验系统或8051实验系统和RF-300C电机模

9、块；RF-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 +5VIN 1KM1 1图2-1 OUT324ST198A直流电动机RF-300C额定电压DC5V，额定转速2400转/分；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210mm。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；直流电机的转速与施加于电机两端的电压、电流有关。tT最大值Vmax平均值VAV最小值Vmin脉

10、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DtT；平均转速vAVDVmax；PD32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：30C H，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

11、电机的转速；PD32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；PD32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；PD32实验系统中利用74LS273驱动七段码显示器；位地址：360H，段地址：340H；80

12、51单片机实验系统中利用驱动芯片驱动七段码显示器；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：主程序；8253定时器中断服务子程序； 8253电机转速检测服务子程序；显示子程序； 控制输出子程序； 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12天；2系统调试： 连接硬件线路； 按以下步骤调试应用软件： 主程序； 8253定时器中断服务子程序； 键盘中断服务子

13、程序； 显示子程序； 控制输出子程序； 统调。系统调试时间为45天；3验收及考核，时间为0.51天；4写课程设计报告书，时间为0.51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GNDP-1P-0CS-4 CS-4M1GND按键1按键2 +5V +5V +5V+5V8255CSPB1Q-1Q-0ST198ABA+5V SP/1OUT A3IORIOWD0D78259 INTA INTSP/EN CSA0D0D7RDWRIRQ1IRQ0IRQ2A2A3 CLK1IN

14、T1CS-18253 OUT0CLK1GATE1GATE0A0 CLK0 A1 CS RDWRD0D7 D0D7INTAINTRCS6CS4 CS1CS3 CS2IOWVCCVCC+5V+5V3MHzCS1IORIOW74LS273 CLR Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5CLK Q6 Q7 Q0CLK Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6CLR Q774LS273 位码驱动段码驱动 a b c d e f g dp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82

15、53T0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YYVnV实际V给定VnV给定V实际NVn1？(Vn)VnVn1(Vn)|Vn1Vn|ONTIMEVnCOUNTONTIME|ONTIMEONTIME|ONTIMEONTIME+ONTIMENNONTIME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？NVn1？ONTIMEVnCOUNTVn最小值ONTIME最小值？ONT

16、IME最小值控制输出子程序开始延时控制输出低电平OFFTIME10？返回NONTIME10？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50200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：在循环

17、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；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”。硬件部分为PD32实验系统或8

18、051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；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07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；PD32实验系统中利用8253提供定时服务。8253的译码地址控制口：30C H，计数器1：

19、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；PD32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；PD32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；PD32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；数据存储器62256不需连接，地址范围08000H0FFFFH；PD3

20、2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；实际温度由电位器给出，可由外部调节。电压范围05V；2检测系统应用软件主要包括：主程序；A/D转换中断服务子程序；定时器中断服务子程序；代码转换子程序；显示子程序；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12天；2系统调试： 连接硬件线路；

21、 按以下步骤调试应用软件： 主程序、定时器； A/D转换； 代码转换、显示； 按键、报警； 统调。系统调试时间为46天；3验收及考核，时间为0.51天；4写课程设计报告书，时间为0.51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/DY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

22、多加热炉炉温检测系统硬件参考图1D0D7A2A3A4IN3IN2IN1IN005V0809START ALEIN0IN1OE IN2CLK IN3 EOCADDAADDBADDCD0D7EOC74LS02CLOCKCS-4 CS-4报警1报警4+5V按键1按键2 GND470 +5VIORRSTA0A1IOWIORCS CS7CS1 CS+5V SP/1ABIOR IOWIRQ1A38255RESET A0 PA0 A1 PA1WR PA2 RD PA3 CSRD WR INTIRQ1 CSIRQ2 INTAIRQ3D0D7SP/ENA08253Q_0Q_1INT1 INTRINTAD0D7C

23、S-1 CS6P_0P_13MHz+5V IRQ0 A2A3CS3 CS2VCC74LS273 74LS273 CLR Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5CLK Q6 Q7 Q0CLK Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6CLR Q7CS4 CS1IOW位码驱动段码驱动 a b c d e f g dpVCC+5VD0D7142365IOWIORIOW8259 CS CLK0D0 GATE0 OUT0 D7 RD A0WR A1多加热炉炉温检测系统硬件参考图2IN1 CLKD0D7ref+ ENABLE START ALE AB EOC CW1+5VD2D1D0W2IN3IN2IN0VrefAD

24、C 0809SC/ALE 1CLKEOCOE 4 74LS02 3 74LS02 6D0D7EXI1EXI12FFE0HY0574LS138ABCE1E2FFDCHFFDDHWR74LS273 1A1 1Y12A4 2Y41A2 1Y22A3 2Y31A3 1Y32A2 2Y274LS24075452段码驱动a b c d e f g dp位码驱动G74LS273 A2A3A4GD0D7RDALEWRINT08031ALE P1.7RD P1.4 INT1WRINT0 P1.1P1.0 P0.0P0.7P1.1P1.0 13 11 12报警4INT1 13P1.4 L4P1.7 L1报警1EX

25、I111K2K11274LS02开关2开关1GND+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88的键盘及168的发光二极管显示器。8279与CPU之间的连线有：D0D7 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

26、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2MHz8279与外部的连线有：SL0SL3 扫描信号，用于键盘与显示器的扫描RL0RL7 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OUTB03，OUTA03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

27、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：键盘、显示器方式设置；程序时钟设置；读FIFO/传感器RAM；读显示RAM；写显示RAM；显示器写入禁止/空格；清除；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。000DDKKKDD为显示方式设置，定义如下：D D显示方式0 08个8段字符显示，左边输入0 116个8段字符显示，左边输入1 08个8段字符显示，右边输入1 116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