单片机炉温系统设计.doc
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单片机炉温系统设计,页数：45字数：202521 绪论随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。在...
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单片机炉温系统设计
页数：45 字数：20252
1 绪论
随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。
在工农业生产或科学实验中，温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一，为了保证生产过程正常安全的进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热的对象要求在一定的条件下保持恒温，不能随电源电压的波动或是炉内物体而变化；或者有的对象要根据某一温度曲线上升变化等等。
2 单片机简介
2．1单片机的发展
1974 年,美国仙童(Fairchild)公司研制的世界第一台单片微型机F8。该机有两块集成电路芯片组成,结构奇特,具有与众不同的指令系统,深受民用电器和仪器仪表领域的欢迎和重视。从此,单片机开始迅速发展,应用领域也在不断扩大。现已成为微型计算机的重要分支,单片机的发展过程通常可以分为以下几个发展过程。
1.第一代单片机(1974-1976):这是单片机发展的起步阶段。在这个时期生产的单片机特点是,制造工艺落后和集成度低,而且采用双片形式。典型的代表产品有Fairchild公司的F8和Mostek387公司的3870等。
2.第二代单片机(1976-1978):这是单片机的第二发展阶段。这个时代生产的单片机虽然已能在单块芯片内集成CPU,并行口,定时器,RAM和ROM等功能部件,但性能低,品种少,应用范围也不是很广,典型的产品有Intel公司的MCS-48系列机。
3.第三代单片机(1979-1982):这是八位单片机成熟的阶段。这一代单片机和前两代相比,不仅存储容量和寻址范围大,而且中断源,并行I/O口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加,更有甚者是新集成了全双工串行通信接口电路。在指令系统方面,普遍增设了乘除法和比较指令。这一时期生产的单片机品种齐全,可以满足各种不同领域的需要。代表产品有Intel公司的MCS-51系列机,Motorola公司的MC6801系列机,TI公司的TMS7000系列机,此外,Rockwell,NS,GI和日本松下等公司也先后生产了自己的单片机系列。
4.第四代单片机(1983年以后):这是十六位单片机和八位高性能单片机并行发展的时代,十六位机的特点是,工艺先进,集成度高和内部功能强,加法运算速度可达到1us以上,而且允许用户采用面向工业控制的专用语言,如PL/MPLUS C和Forth语言等。代便产品有Intel公司的MCS-96系列,TI公司的TMS9900,NEC公司的783××系列和NS公司的HPC16040等。
2．2 单片机的发展趋势
现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：
1.低功耗CMOS化
MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。像80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗像电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
2.微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
3.主流与多品种共存
现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期,由于十六位单片机价格比较贵, 销售量不大,大量应用领域需要的是高性能,大容量和多功能新型八位单片机。这些单片机有Intel公司的88044(双CPU工作),Zilog公司的Super8(含DMA通道),Motorola公司的MC68CH11(内含E2prom及A/D电路)和WDC公司的65C124(内含网络接口电路)等。
3 控制系统硬件单元设计
3.1 控制对象及参数
控制对象为工业用电阻炉，温度范围要求在0~300℃范围内，误差不超过±0。5℃的精度，最大功率为2KW 。根据工艺的要求大体上可以归纳为以下几个过程：（1）自由温升段，即根据电阻炉自身的条件，对温升速度没有控制的自由升温过程。（2）恒速升温段，即要求炉温上升的速率按某一斜率进行。（3）保温段，要求温度控制在某一设定值恒定。（5）自由降温段，对温降速度没有控制的自由降温过程。而每一段都有时间的要求。
3．2 系统组成
图3-1 系统框图
本系统MS-51系列单片机为主芯片，高性能铂电阻作温度传感器，LM331做电压频率转换，8253与LM331组成定时闸门，8155做键盘与显示。采用PID先进控制程序。形成闭
页数：45 字数：20252
1 绪论
随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。
在工农业生产或科学实验中，温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一，为了保证生产过程正常安全的进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热的对象要求在一定的条件下保持恒温，不能随电源电压的波动或是炉内物体而变化；或者有的对象要根据某一温度曲线上升变化等等。
2 单片机简介
2．1单片机的发展
1974 年,美国仙童(Fairchild)公司研制的世界第一台单片微型机F8。该机有两块集成电路芯片组成,结构奇特,具有与众不同的指令系统,深受民用电器和仪器仪表领域的欢迎和重视。从此,单片机开始迅速发展,应用领域也在不断扩大。现已成为微型计算机的重要分支,单片机的发展过程通常可以分为以下几个发展过程。
1.第一代单片机(1974-1976):这是单片机发展的起步阶段。在这个时期生产的单片机特点是,制造工艺落后和集成度低,而且采用双片形式。典型的代表产品有Fairchild公司的F8和Mostek387公司的3870等。
2.第二代单片机(1976-1978):这是单片机的第二发展阶段。这个时代生产的单片机虽然已能在单块芯片内集成CPU,并行口,定时器,RAM和ROM等功能部件,但性能低,品种少,应用范围也不是很广,典型的产品有Intel公司的MCS-48系列机。
3.第三代单片机(1979-1982):这是八位单片机成熟的阶段。这一代单片机和前两代相比,不仅存储容量和寻址范围大,而且中断源,并行I/O口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加,更有甚者是新集成了全双工串行通信接口电路。在指令系统方面,普遍增设了乘除法和比较指令。这一时期生产的单片机品种齐全,可以满足各种不同领域的需要。代表产品有Intel公司的MCS-51系列机,Motorola公司的MC6801系列机,TI公司的TMS7000系列机,此外,Rockwell,NS,GI和日本松下等公司也先后生产了自己的单片机系列。
4.第四代单片机(1983年以后):这是十六位单片机和八位高性能单片机并行发展的时代,十六位机的特点是,工艺先进,集成度高和内部功能强,加法运算速度可达到1us以上,而且允许用户采用面向工业控制的专用语言,如PL/MPLUS C和Forth语言等。代便产品有Intel公司的MCS-96系列,TI公司的TMS9900,NEC公司的783××系列和NS公司的HPC16040等。
2．2 单片机的发展趋势
现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：
1.低功耗CMOS化
MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。像80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗像电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
2.微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
3.主流与多品种共存
现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期,由于十六位单片机价格比较贵, 销售量不大,大量应用领域需要的是高性能,大容量和多功能新型八位单片机。这些单片机有Intel公司的88044(双CPU工作),Zilog公司的Super8(含DMA通道),Motorola公司的MC68CH11(内含E2prom及A/D电路)和WDC公司的65C124(内含网络接口电路)等。
3 控制系统硬件单元设计
3.1 控制对象及参数
控制对象为工业用电阻炉，温度范围要求在0~300℃范围内，误差不超过±0。5℃的精度，最大功率为2KW 。根据工艺的要求大体上可以归纳为以下几个过程：（1）自由温升段，即根据电阻炉自身的条件，对温升速度没有控制的自由升温过程。（2）恒速升温段，即要求炉温上升的速率按某一斜率进行。（3）保温段，要求温度控制在某一设定值恒定。（5）自由降温段，对温降速度没有控制的自由降温过程。而每一段都有时间的要求。
3．2 系统组成
图3-1 系统框图
本系统MS-51系列单片机为主芯片，高性能铂电阻作温度传感器，LM331做电压频率转换，8253与LM331组成定时闸门，8155做键盘与显示。采用PID先进控制程序。形成闭
