1、課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)題目： 退火爐溫度控制系統(tǒng)退火爐溫度控制系統(tǒng) 學(xué)學(xué) 院：院： 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)：業(yè)： 班班 級(jí)：級(jí)： 姓姓 名：名： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師： 日期：日期： 摘摘 要要 退火爐是金屬熱處理中的重要設(shè)備，它把壓力容器加熱到一定 溫度并維持一段時(shí)間，然后讓其自然冷卻。其目的在于消除壓力容 器的整體壓力。提高壓力容器的使用壽命。溫度是退火爐的主要被 控變量，是保證其產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要因素。退火爐溫度控制的穩(wěn) 定性和控制精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。 本文以 AT89C51 單片機(jī)為控制核心，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案， 包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件設(shè)計(jì)包括溫度檢測(cè)

2、模塊，按 鍵模塊，執(zhí)行模塊，LED 顯示模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)要求 采用電熱絲加熱，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換將采集到的溫度數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)中， 與系統(tǒng)給定值比較，從而對(duì)退火爐的溫度進(jìn)行控制，通過(guò)按鍵輸入 控制信號(hào)，三位 LED 顯示爐溫。最后設(shè)計(jì)出最少拍無(wú)紋波控制器， 通過(guò) MATLAB 仿真檢驗(yàn)是否有紋波。 目 錄 第 1 章 緒論.3 1.1 設(shè)計(jì)背景 .3 1.2 設(shè)計(jì)算法 .3 第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案.5 2.1 概述 .5 2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) .5 第 3 章 硬件設(shè)計(jì).7 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) .7 3.1.1 單片機(jī)選擇 .7 3.1.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) .8 3.1

3、.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì) .9 3.2 溫度檢測(cè)部分 .10 3.3 按鍵控制電路 .12 3.4 LED 顯示模塊 .13 3.5 溫度控制電路 .14 第 4 章 軟件算法.16 4.1 程序框圖 .16 4.2 算法設(shè)計(jì) .17 第 5 章 系統(tǒng)仿真.20 第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié).21 第 1 章 緒論 1.1 設(shè)計(jì)背景 退火爐是冶金和機(jī)械行業(yè)常用的熱處理工業(yè)設(shè)備。一般說(shuō)來(lái)，退貨處理工 藝師冶金和機(jī)械產(chǎn)品的最后處理工序，它的處理效果將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。 因此，對(duì)退火爐的基本要求就是根據(jù)退火處理工藝曲線(xiàn)，提供準(zhǔn)確的升溫，保 溫及降溫操作，同時(shí)保證顱內(nèi)各處的溫度均勻。在目前實(shí)際生產(chǎn)中，退火爐的

4、 種類(lèi)很多，按燃料分有燃油爐、燃?xì)鉅t、電爐等。電爐按臺(tái)數(shù)計(jì)算占 80%，燃 油爐和燃?xì)鉅t占 20%。 退火是金屬熱處理中的重要工序，它是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持 足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻（通常是緩慢冷卻，有時(shí)是控制冷卻）的一種 金屬熱處理工藝。目的是使經(jīng)過(guò)鑄造、鍛軋、焊接或切削加工的材料或工件軟 化，改善其塑性和韌性，使其化學(xué)成分均勻化，并去除其參與應(yīng)力，或得到預(yù) 期的物理性能。溫度控制是熱處理質(zhì)量控制的重要技術(shù)措施，是退火控制的核 心。智能溫控將大大提高熱處理質(zhì)量，消除認(rèn)為的不穩(wěn)定因素，提高溫度控制 的精確程度，滿(mǎn)足特殊材料的熱處理要求。 同時(shí)，退火爐采用自動(dòng)化技術(shù)控制溫度，對(duì)保護(hù)

5、生態(tài)環(huán)境方面也具有重要 意義。退火爐的爐溫動(dòng)態(tài)特性直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)鋼材的溫升 曲線(xiàn)有較高的要求，溫度過(guò)低，達(dá)不到退火的預(yù)期目的；溫度過(guò)高將導(dǎo)致過(guò)熱， 甚至過(guò)燒。通過(guò)對(duì)退火爐中生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化控制和自動(dòng)工藝管理控制，不但可 以縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，還可以減少人為因素造成的廢品率。熱處 理后產(chǎn)生的廢氣對(duì)自然環(huán)境的污染很大，退火爐的燃料如果是欠氧燃燒，燃料 燃燒不充分，則會(huì)產(chǎn)生大量黑煙，而過(guò)氧燃燒又會(huì)產(chǎn)生氮氧化合物等有害氣體。 若通過(guò)對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行有效控制，使燃燒在合理的空燃比下運(yùn)行，則可以極大 的減少退火爐對(duì)周邊環(huán)境的污染，對(duì)構(gòu)建科持續(xù)發(fā)展型社會(huì)就有積極的意義。 目前世界各國(guó)

6、對(duì)能源消耗和大氣環(huán)境的污染越來(lái)越重視，而我國(guó)既是鋼鐵 大國(guó)又是能源大國(guó)，因此研究高性能退火爐溫度控制系統(tǒng)具有極為重要的現(xiàn)實(shí) 意義。 1.2 設(shè)計(jì)算法 在數(shù)字隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，要求系統(tǒng)的輸出值盡快地跟蹤給定值的變化，最 少拍控制是滿(mǎn)足這一要求的一種離散化設(shè)計(jì)方法。 最少拍控制是一種直接數(shù)字設(shè)計(jì)方法。所謂最少拍，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對(duì) 于某種特定的輸入在最少個(gè)采樣周期內(nèi)達(dá)到無(wú)靜差的穩(wěn)態(tài)，是系統(tǒng)輸出值盡快 地跟蹤期望值的變化。 閉環(huán) Z 傳函具有形式 zz zz N N 2 2 1 )( 1 在這里，N 是可能情況下的最小整數(shù)。這一傳函形式表明閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖 響應(yīng)在 N 個(gè)采樣周期后變?yōu)榱?，從而意味著系統(tǒng)

7、在 N 拍之內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。 第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案 2.1 概述 本文提出了一種基于最少拍的退火爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)退火 爐的溫度控制。退火爐采用電熱絲加熱，通過(guò)巡回檢測(cè)退火爐內(nèi)溫度，根據(jù)測(cè) 量到的溫度采樣值與系統(tǒng)給定值進(jìn)行比較來(lái)決定是否啟動(dòng)電熱絲加熱，用單片 機(jī)作為控制器，設(shè)計(jì)出最少拍無(wú)紋波控制器，4 個(gè)鍵盤(pán)進(jìn)行溫度控制值的選擇， 三位 LED 顯示爐溫。 2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 退火爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖 2.1 所示 AT89C51 單片機(jī) 三位 LED 顯示電路 按鍵電路驅(qū)動(dòng)電路 D/A 轉(zhuǎn)換器 溫度檢測(cè)A/D 轉(zhuǎn)換 電熱絲 圖 2.1 利用單片機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖 退火爐使

8、用電熱絲加熱，溫度范圍為 01000 攝氏度，爐內(nèi)溫度值經(jīng)熱電偶 檢測(cè)后，經(jīng)變送器變成 05V 范圍內(nèi)的電壓信號(hào)送 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù) 字量。數(shù)字量經(jīng)數(shù)字濾波后送入 CPU 作為本次采樣值。把測(cè)量到的溫度值與設(shè) 定值進(jìn)行比較來(lái)決定是否啟動(dòng)電熱絲加熱。 本次設(shè)計(jì)的退火爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)系統(tǒng)包括 5 大部分，即核心控件 （89C51 主控模塊） ，復(fù)位電路，溫度檢測(cè)，按鍵，LED 顯示電路。主控模塊， 具有控制功能，主要由 AT89C51 單片機(jī)組成，是退火爐溫度控制系統(tǒng)的核心。 溫度系統(tǒng)是受控模塊，由 D/A 轉(zhuǎn)換器和電熱絲組成。主控模塊上設(shè)有 4 個(gè)按鍵 和 3 個(gè) LED 顯示器，可

9、以通過(guò)按鍵控制溫度并通過(guò) LED 數(shù)碼管顯示。復(fù)位開(kāi) 關(guān)連接控制器的 RST 端，實(shí)現(xiàn)復(fù)位控制。 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1.1 單片機(jī)選擇 本次設(shè)計(jì)選擇 AT89C51。 （1）AT89C51 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)： AT89C51 是一種低功耗、低電壓、高性能的八位 CMOS 單片機(jī)，片內(nèi)有一 個(gè) 4KB 的 FLASH 可變成可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory） ，它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非 易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MS

10、C-51 兼容。片內(nèi)置通 用 8 位中央處理器（CPU）和 FLASH 存儲(chǔ)單元，片內(nèi)的存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi) 改變程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程。因此，AT89C51 是一種功能強(qiáng)、靈 活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 （2）管腳說(shuō)明： VCC（40）：供電電壓，其工作電壓為 5V。 GND(20):接地。 P0 端口（P0.0-P0.7）:P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部 程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)、地址的第八位。再 LFASH 編程時(shí)， P0

11、口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必 須被拉高。 P1 端口（P1.0-P1.7）：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能夠接收 4TTL 門(mén)電流。P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高電平， 可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的 緣故。再 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P2 端口（P2.0-P2.7）：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部 上拉

12、電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將 輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地 址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)， 它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2 口輸出其 特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和 控制信號(hào)。 P3 端口（P3.0-P3.7）：P3 口管腳是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位的雙向 I/O 端口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上 拉為高電平，并用作輸入。作為輸入端

13、時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸 出電流（ILL） 。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，P3 口同時(shí)為閃爍 編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 復(fù)位 RST(9)：復(fù)位輸入。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)振蕩周 期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平， 51 芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后 P3.0-P3.7 口均置 1，引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù) 器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為 ROM 的 00H 處開(kāi)始運(yùn)行程序。復(fù)位操作不會(huì)對(duì)內(nèi)部 RAM 有所影響。 ALE/(30)：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址

14、鎖存允許的輸出電平用于鎖 PROG 存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此 它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地 址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另 外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 (29)：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指令期間， PSEN 每個(gè)機(jī)

15、器周期兩次有效。但在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 PSEN EA/VPP(31)：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H- _ EA FFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，將內(nèi)部鎖定為 _ EA RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間， _ EA 此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。 XTAL1(19)：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2(18)：來(lái)自反向振蕩器的輸出。其引腳圖如圖 3.1 所示。 圖 3.1 AT89C51 引腳圖 3.1.2 時(shí)鐘電

16、路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，復(fù)位操作 則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開(kāi)始運(yùn)行。 時(shí)鐘電路 89C51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩 方式和外部振蕩方式。 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱(chēng)晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu) 成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后， 就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如圖 3-1 所示。圖 3-1 中，電容器 Cl，C2 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值 一般在 5-30pF。晶振頻率的典型值為 12MHz，采

17、用 6MHz 的情況也比較多。內(nèi) 部振蕩方式所得的時(shí)鐘情號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。 圖 3.2 時(shí)鐘電路 3.1.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 當(dāng) 89C51 單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST(全稱(chēng) RESET)出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高 電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán) 復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電 或開(kāi)關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 常用的上電復(fù)位電路電容 C1 和電阻 R1 對(duì)電源+5V 來(lái)說(shuō)構(gòu)成微分電路。上 電后，保持 RST 一段高電平時(shí)間，由于單片機(jī)內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中 電阻 R1，也

18、能達(dá)到上電復(fù)位的操作功能，如圖3.3 所示。 圖 3.3 復(fù)位電路電路 開(kāi)關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用 開(kāi)關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位常用的上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位電路。上電后，由于電容 C3 的充電和反相門(mén)的作用，使 RESET 持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行 89c51 X1 X2 C1 當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵 K 后松開(kāi)，也能使 RESET 為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí) 現(xiàn)上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。 單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路組成，最小系統(tǒng)圖如下： 圖 3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 3.2 溫度檢測(cè)部分 （1）溫度傳感器：因?yàn)橥嘶馉t的溫度測(cè)量范圍為 01000

19、， 傳感器選擇 K 型熱電偶。其測(cè)溫范圍廣，使用溫度為2001300,它具有線(xiàn)性度好，熱 電式大，靈敏度高、性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗氧化性，動(dòng)態(tài)性好，價(jià)格便宜等 優(yōu)點(diǎn)，所以，適合于本系統(tǒng)。提供模擬量給 A/D 轉(zhuǎn)換器。 圖 3.5 熱電偶電路圖 （2）A/D 轉(zhuǎn)換器：由于 A/D 轉(zhuǎn)換采用 ADC0809，為多通道 AD 轉(zhuǎn)換器。 其工作為查詢(xún)方式。將轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) EOC 作為狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)三態(tài)門(mén)接入數(shù)據(jù)總 線(xiàn)最高位 D7。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后，不斷檢測(cè) D7 位是否為 1，就可以知道轉(zhuǎn)換是否結(jié) 束。狀態(tài)斷口的地址假設(shè)為 238H。利用 ADC0809 芯片中的多路開(kāi)關(guān)，我們可 以實(shí)現(xiàn) 8 個(gè)模擬信號(hào)的分時(shí)

20、轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)地址總線(xiàn)的低 3 位分別連接 ADC0809 的地址線(xiàn) C、B、A，在啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換的同時(shí)，選定要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的模擬通道，對(duì) 應(yīng) 8 個(gè)模擬通道的 I/O 地址分別為 220-227H。 圖 3.6 A/D 轉(zhuǎn)換器引腳圖 A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的為 BCD 碼，2-12-8 口不是總線(xiàn)式的。因此，單片機(jī)只 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C

21、23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENABLE 9 START 6 ref(+) 12 CLOCK 10 IC8 ADC0809 V0 V1 R1 2K +5 C4 0.1uF C3 220 6 74 2 3 U3A MC33078 W3A 10K R60 10K R59 10k R58 100K R57 100K 6 74 2 3 U2A MC33078 R52 100K R55 100K R53 100K R55 100K R54 100K R56 300K R54 100K W2A 100K 6 74 2 3 U1A MC33078 -5 +5 -12 +12 +12

22、 -12 +5 -5 V1 -INP +INP 能通過(guò)并行 I/O 接口或擴(kuò)展 I/O 口與其相接。還可以通過(guò)單片機(jī)的 P1 口直接與 其連接。如圖 3.7 所示. 圖 3.7 A/D 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)連接圖 3.3 按鍵控制電路 本次設(shè)計(jì)的按鍵部分包含四個(gè)按鍵，直接與單片機(jī)相連。S0 按鍵直接接在 復(fù)位電路上，按下 S0 開(kāi)始控制溫度數(shù)字的輸入，S1 表示是否顯示數(shù)字，按下 S2 使溫度升高，按下 S3 使溫度降低。 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8

23、17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENABLE 9 START 6 ref(+) 12 CLOCK 10 IC8 ADC0809 R5 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD/P3.7 17 WR/P3.6 16 INT0/P3.2 12 INT1/P3.3 13 T0/P3.4 14 T1/P3.5 15 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P0.0 39 P0.1

24、38 P0.2 37 P0.3 36 P0.4 35 P0.5 34 P0.6 33 P0.7 32 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD/P3.1 11 RXD/P3.0 10 IC1 89C51 Q0 12 Q1 9 Q2 8 Q3 11 MS1 6 MS2 7 MR1 2 MR2 3 CLK0 14 CLK1 1 IC9 74LS90 C2 0.1uF Y1 6Mhz R2R3R6R4R9R7R8 C1 0.1uF +5 8*2k V0 V1 R1 2K +

25、5 圖 3.8 按鍵電路圖 3.4 LED 顯示模塊 顯示模塊主要包括三個(gè) LED 顯示燈，第一位顯示百位，與單片機(jī) P1.0 相 連，第二位顯示十位，與單片機(jī) P1.1 相連，第三位顯示各位，與單片機(jī) P1.2 相連。LED 顯示電路如圖 3.7 所示。 8 段 LED 顯示屏是最常用的顯示器件，分為共陽(yáng)極和共陰極兩種形式。共 陽(yáng)極 LED 將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接在一起作為公共端，當(dāng)公共端接高電平， 某一段的發(fā)光二極管陰極接低電平時(shí)，相應(yīng)的字段就被點(diǎn)亮。共陰極 LED 將所 有發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共端，當(dāng)公共端接低電平，某一段的發(fā)光 二極管陽(yáng)極接高電平時(shí)，相應(yīng)的字段就被點(diǎn)亮。 圖

26、 3.9 LED 連接電路 3.5 溫度控制電路 執(zhí)行部分為和固態(tài)繼電器控溫電路，由 D/A 轉(zhuǎn)換器和電熱絲組成。D/A 轉(zhuǎn) 換器將單片機(jī)輸出的數(shù)字量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬量，控制電熱絲是否工作。 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè) DA 芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得 到廣泛的應(yīng)用。D/A 轉(zhuǎn)換器由 8 位輸入鎖存器、8 位 DAC 寄存器、8 位 D/A 轉(zhuǎn)換 電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。 主要特性有：1.分辨率為 8 位；2.電流穩(wěn)定時(shí)間 1us；3.可單緩沖、雙緩 沖或直接數(shù)字輸入；4.只需在滿(mǎn)量程下調(diào)整其線(xiàn)性度；

27、5.單一電源供電 （+5V+15V） ；6.低功耗，20mW。 圖 3.10 D/A 轉(zhuǎn)換電路圖 固態(tài)繼電器控溫電路如圖3.9所示，采用Z型交流固態(tài)繼電器SSR，實(shí)現(xiàn)零 觸發(fā)交流調(diào)功。SSR內(nèi)設(shè)光電隔離電路，可減少與電網(wǎng)間的相互干擾，這是一 種較先進(jìn)的控制方法。 圖 3.11 固態(tài)繼電器控溫電路 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:19-Jun-2006Sheet of File:D:PREV IO 11.D DBDrawn By: 12 U31A 74LS05 555 C1 0.1uF 180k5k +1

28、2 1k AC AC SSR C? CA P RS 第 4 章 軟件算法 4.1 程序框圖 退火爐溫度控制系統(tǒng)框圖如下： 系統(tǒng)初始化 溫度采集和處理 比較溫度 最少拍無(wú)紋波控制算法 求出輸出控制量 控制輸出 結(jié)束 開(kāi)始 A/D 轉(zhuǎn)換器 80C51 讀取 圖 4.1 主程序框圖 控制系統(tǒng)包括溫度采集和處理控制火爐內(nèi)溫度，通過(guò)采集到的數(shù)據(jù)與系 統(tǒng)給定值比較來(lái)決定是否給退火爐控溫。再通過(guò)最少拍無(wú)紋波控制器輸出控制 量來(lái)控制輸出，得出溫度并顯示。 4.2 算法設(shè)計(jì) 最少拍原理：在采樣控制系統(tǒng)中，通常把一個(gè)采樣周期稱(chēng)作一拍。在典型 輸入信號(hào)作用下，經(jīng)過(guò)最少拍，使輸出量采樣時(shí)刻的數(shù)值能完全跟蹤參考輸入 量

29、的數(shù)值，跟蹤誤差為零的系統(tǒng)稱(chēng)為最少拍系。 系統(tǒng)控制原理框圖如下： 圖 4.2 系統(tǒng)控制原理圖 “溫度”的表現(xiàn)，可以用純滯后一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)描述，即 （4- 1 ( )( )*( )*1 1 s cc Ke G sG sD s s 1） 式中： 煤氣退火爐的傳遞函數(shù)；）（sGc D(s) 比例環(huán)節(jié)取 1； K比例系數(shù)； 純滯后時(shí)間； 時(shí)間常數(shù)。 1 設(shè)傳遞函數(shù)為 （4- 11 . 0 10 ss sGC D(s) B(s) Gh(s)Go(s) - G(s) C(s) E(z) U(z) E(s) G(z) R(z) R(s) C(z) 2） 采樣周期 T=0.1s，零階保持器為 （4- s e sH Ts 1 )( 3） 系統(tǒng)廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為 ： )3679 . 0 1)(1 ( )11 . 0 1 (9 ) 11 .