计算机控制技术

中北大学信息商务学院计算机控制技术课程设计说明书 第 1 页 共 13页 引言

在现代测控系统中，由于PC机具有强大的数据处理能力和良好的用户交

互界面，单片机具有较强的现场抗干扰能力及良好的性价比，因此以PC机为上位机实施用户控制和以单片机为下位机进行实时数据采集的分布式智能化控制系统无疑具有很好的应用前景。本文中单片机实现了温度检测，具有较好的实时性；PC机完成了数据显示、存储及统计分析，绘制了实时温度曲线，并对系统目前所处状况做出了评判。两者之间以串行口进行通信联络。

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第 2 页 共 13页 1 温度控制系统的总体结构概况

温度信息由温度传感器测量并转换成微安级的电流信号，经过运算放大电路将温度传感器输出的小信号进行跟随放大，输入到A/D转换器（ADC0809）转换成数字信号输入主机。数据经过标度转换后，一方面通过数码管将温度显示出来；另一方面，将该温度值与设定的温度值进行比较，调整电加热炉的开通情况，从而控制温度。在断开电加热器，温度仍然异常，报警器发出声音报警，提示采取相应的调整措施。其温度控制系统的原理框图如图1-1所示。

图 1-1 系统原理框图 2 系统器件选择 2.1 系统扩展接口的选择 本次设计采用的是89C51微处理器，选择内部可编程并行接口作为系统的扩展接口，其内部接口的通用性强，适应灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。 2.2 温度传感器与A\D转换器的选择 本系统选用温度传感器AD590构成测温系统。AD590是一种电压输入、电流输出型集成温度传感器，测温范围为0℃~200℃，非线性误差在±1℃，其输出电流与温度成正比，温度没升高1K（K为开尔文温度），输出电流就增加中北大学信息商务学院计算机控制技术课程设计说明书 第 3 页 共 13页 1uA。其输出电流I=(273+T)uA。本设计中串联电阻的阻值选用2KΩ，所以输出电压V+=(2730 + 10T)MV.另外，为满足系统输入模拟量进行处理的功能，对其再扩展一片ADC0809，以进行模拟—数字量转化。 2.3 显示接口芯片 为满足本次设计温度显示的需要，我们选择了8279芯片，INTEL8279芯片是一种通用的可编程的键盘、显示接口器件，单个芯片就能完成键盘键入和LED显示控制两种功能。 2.4 微处理器及其体系结构 2.4.1 CPU的编程结构 编程结构：是指从程序员和使用者的角度看到的结构，亦可称为功能结构。从功能上来看，CPU可分为两部分，即总线接口部件BIU（Bus Interface Unit）和执行部件EU（Execution Unit）。CPU的内部功能结构如图2－1所示:

图2-1 CPU内部功能结构图 2.4.2 执行部件（EU） 功能：负责指令的执行。 组成：包括①ALU(算术逻辑单元)、②通用寄存器组和③标志寄存器等，主要进行8位及16位的各种运算。 中北大学信息商务学院计算机控制技术课程设计说明书 第 4 页 共 13页 2.4.3总线接口部件（BIU） 功能：负责与存储器及I/O接口之间的数据传送操作。具体来看，完成取指令送指令队列，配合执行部件的动作，从内存单元或I/O端口取操作数，或者将操作结果送内存单元或者I/O端口。 组成：它由①段寄存器（DS、CS、ES、SS）、②16位指令指针寄存器IP（指向下一条要取出的指令代码）、③20位地址加法器（用来产生20位地址）和④6字节（8088为4字节）指令队列缓冲器组成。

3 系统各部分功能模块介绍 3.1 温度测量和控制部分 3.1.1温度测量部分 A\D590是AD公司生产的一种精度和线度较好的双端集成传感器，其输出电流与绝对温度有关，对于电源电压从5-10V变化只引起1uA最大电流的变化或1摄氏度等效误差。图4-1给出了用于获得正比于绝对温度的输出电流的基本温度敏感电路。 A\D590输出的电流I=（273+T）uA(T为摄氏温度)。 因此测量的电压V为（273+T）uA×10K=（2.73+T/100）V，为了将电压测量出来，又务必使电流I不分流出来。使用电压跟随器使其输出电压V2等于V 。 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，其输出电压V1需调至2.73V。 差动放大器其输出V0 为（100K/10K）×(V2-V1)=T/10，如果现在为摄氏28℃，输出电压为2.8V。 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。 中北大学信息商务学院计算机控制技术课程设计说明书

第 5 页 共 13页 图 3-1输出电流的基本温度敏感电路 3.1.2 温度控制部分 当PC6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3-2中，二极管的作用是吸收继电器端开时产生的浪涌电压。

图 3-2温度控制图 3.2 ADC0809的连接 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的连接。其片选CS与地址/数据总线AD14相连接。 中北大学信息商务学院计算机控制技术课程设计说明书 第 6 页 共 13页 3.3 数据显示部分

图 3-3数据显示图 中北大学信息商务学院计算机控制技术课程设计说明书

第 7 页 共 13页 4 软件设计 设计的目的是以89C51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。

5系统流程图 5.1 主程序 通过开始界面，显示提示信息，调用温度子程序，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。在此过程中，还可以重复设置温度值。其流程图如图5-1。 中北大学信息商务学院计算机控制技术课程设计说明书 第 8 页 共 13页 图 5-1系统流程 N 开始 系统初始化 显示提示信息 调用温度值设置

实际温度低于给定值 PA0=1

加热 停止加热

显示提示信息

调用温度值设置子程序重置温度并将PA0拨到0 以重调

有键按下 返回

采集A\D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

Y Y N

N N 中北大学信息商务学院计算机控制技术课程设计说明书

第 9 页 共 13页 5.2 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76.5℃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。 报警温度设定为76.8℃，此时，输出电压约为5.0V左右。 其流程图如图5-2所示。

图 5-2 BCD码转换子程序流程图 BCD码转换子程序

将采集得到的平均值乘以0.3 转换为温度值

返回 对其进行非压缩BCD码乘法调整

通过移位得到组合BCD码 中北大学信息商务学院计算机控制技术课程设计说明书

第 10 页 共 13页 5.3 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 5-4温度值设置子程序流程图 中北大学信息商务学院计算机控制技术课程设计说明书

第 11 页 共 13页 6 系统调试 通过前一部分的介绍说明，我们对系统的工作情况有了大体的了解。为了进一步了解系统的工作过程，这里介绍一下系统调试过程及调试过程中出现的一些具体的问题。我们的实验调试软件运行于DOC环境下，其步骤如下： 一、根据硬件图和原理图连接好线路。 二、在PC机上敲入程序，并对其进行的查错，编译，连接，最后生成可执行文件。 三、接上电源，敲入可执行文件的文件名，系统就开始了工作过程。 1）这是DOC屏幕上会出现的一些提示信息，如 ’ENTER ANY KEY TO BEGIN!’ ’*** LET PA0=0 TO ADJUST THE TEMPERATURE VALUE!***’ ’*** LET PA0=1 TO INPUT A NEW TEMPERATURE VALUE!***’ 这里后两条只作注释用。 2）然后敲任意一个键，系统就开始进行温度测量和显示，屏幕上就会显示 ’INPUT THE TEMPERATURE：’ 在这一条信息之后敲入一温度值。注意这里敲入的温度值不能大于76摄氏度，否则屏幕将会显示’INPUT VALUE ERROR !’并返回 DOC。（以后重新设定温度时也是如此） 3）在正常情况下，敲入设定温度后系统就开始进行控制调节，当实际温度小鱼设定值时，系统就开始进行加热，如果不加改变，它就会加热一直稳定到设定的温度值；如果这是想重新设置一温度，只要把8255的PA0读取拨动开关拨到1，屏幕上就会显示： ‘INPUT A NEW TEMPERATURE:’ 这里又得注意一下，在敲入一个新的设定温度之前，得先把PA0读取拨动开关拨到0，否则，在敲完设定温度之后，屏幕上又会显示同样一条信息。因为它是根据PA0是0还是1来决定是去重新输入设定温度还是去调节温度。