时间：2022-12-10 12:24:44
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇单片机应用论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
论文摘要：目前单片机渗透到我们生活的各个领域，本文介绍了单片机的应用并且根据自己的一些经验谈了单片机应用过程中应该掌握的几个技巧。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，广泛使用的各种智能IC卡等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
一、单片机的特点应用
单片机的特点主要有：高集成度，体积小，高可靠性；控制功能强；低电压，低功耗，便于生产便携式产品；易扩展；优异的性能价格比。目前，单片机的应用领域主要包括：办公自动化设备；单片机在机电一体化中的应用；在实时过程控制中的应用；单片机在日常生活及家用电器领域的应用；在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比；在计算机网络和通信领域中的应用；商业营销设备；单片机在医用设备领域中的应用；汽车电子产品；航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域，单片机的应用更是不言而喻。
二、单片机开发中的几个基本技巧
在单片机应用开发中，代码的使用效率问题、单片机抗干扰性和可靠性等问题仍困扰着。现归纳出单片机开发中应掌握的几个基本技巧。
1、如何减少程序中的bug。对于如何减少程序的bug，应该先考虑系统运行中应考虑的超范围管理参数如下。物理参数：这些参数主要是系统的输入参数，它包括激励参数、采集处理中的运行参数和处理结束的结果参数。资源参数：这些参数主要是系统中的电路、器件、功能单元的资源，如记忆体容量、存储单元长度、堆叠深度。应用参数：这些应用参数常表现为一些单片机、功能单元的应用条件。过程参数：指系统运行中的有序变化的参数。
2、如何提高C语言编程代码的效率。用C语言进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。如果使用C编程时，要达到最高的效率，最好熟悉所使用的C编译器。先试验一下每条C语言编译以后对应的汇编语言的语句行数，这样就可以很明确的知道效率。在今后编程的时候，使用编译效率最高的语句。各家的C编译器都会有一定的差异，故编译效率也会有所不同，优秀的嵌入式系统C编译器代码长度和执行时间仅比以汇编语言编写的同样功能程度长5-20％。对于复杂而开发时间紧的项目时，可以采用C语言，但前提是要求你对该MCU系统的C语言和C编译器非常熟悉，特别要注意该C编译系统所能支持的数据类型和算法。虽然C语言是最普遍的一种高级语言，但由于不同的MCU厂家其C语言编译系统是有所差别的，特别是在一些特殊功能模块的操作上。所以如果对这些特性不了解，那么调试起来问题就会很多，反而导致执行效率低于汇编语言。
3、如何解决单片机的抗干扰性问题。防止干扰最有效的方法是去除干扰源、隔断干扰路径，但往往很难做到，所以只能看单片机抗干扰能力够不够强了。在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。单片机干扰最常见的现象就是复位；至于程序跑飞，其实也可以用软件陷阱和看门狗将程序拉回到复位状态；所以单片机软件抗干扰最重要的是处理好复位状态。一般单片机都会有一些标志寄存器，可以用来判断复位原因；另外你也可以自己在RAM中埋一些标志。在每次程序复位时，通过判断这些标志，可以判断出不同的复位原因；还可以根据不同的标志直接跳到相应的程序。这样可以使程序运行有连续性，用户在使用时也不会察觉到程序被重新复位过。4、如何测试单片机系统的可靠性。当一个单片机系统设计完成，对于不同的单片机系统产品会有不同的测试项目和方法，但是有一些是必须测试的：测试单片机软件功能的完善性；上电、掉电测试；老化测试；ESD和EFT等测试。有时候，我们还可以模拟人为使用中，可能发生的破坏情况。例如用人体或者衣服织物故意摩擦单片机系统的接触端口，由此测试抗静电的能力。用大功率电钻靠近单片机系统工作，由此测试抗电磁干扰能力等。
综上所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。此外在开发和应用过程中我们更要掌握技巧，提高效率，以便于发挥它更加广阔的用途。
参考文献：
[1]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，1990
论文摘要：目前单片机渗透到我们生活的各个领域，本文介绍了单片机的应用并且根据自己的一些经验谈了单片机应用过程中应该掌握的几个技巧。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，广泛使用的各种智能IC卡等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
一、单片机的特点应用
单片机的特点主要有：高集成度，体积小，高可靠性；控制功能强；低电压，低功耗，便于生产便携式产品；易扩展；优异的性能价格比。目前，单片机的应用领域主要包括：办公自动化设备；单片机在机电一体化中的应用；在实时过程控制中的应用；单片机在日常生活及家用电器领域的应用；在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比；在计算机网络和通信领域中的应用；商业营销设备；单片机在医用设备领域中的应用；汽车电子产品；航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域，单片机的应用更是不言而喻。
二、单片机开发中的几个基本技巧
在单片机应用开发中，代码的使用效率问题、单片机抗干扰性和可靠性等问题仍困扰着。现归纳出单片机开发中应掌握的几个基本技巧。
1、如何减少程序中的bug。对于如何减少程序的bug，应该先考虑系统运行中应考虑的超范围管理参数如下。物理参数：这些参数主要是系统的输入参数，它包括激励参数、采集处理中的运行参数和处理结束的结果参数。资源参数：这些参数主要是系统中的电路、器件、功能单元的资源，如记忆体容量、存储单元长度、堆叠深度。应用参数：这些应用参数常表现为一些单片机、功能单元的应用条件。过程参数：指系统运行中的有序变化的参数。
2、如何提高C语言编程代码的效率。用C语言进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。如果使用C编程时，要达到最高的效率，最好熟悉所使用的C编译器。先试验一下每条C语言编译以后对应的汇编语言的语句行数，这样就可以很明确的知道效率。在今后编程的时候，使用编译效率最高的语句。各家的C编译器都会有一定的差异，故编译效率也会有所不同，优秀的嵌入式系统C编译器代码长度和执行时间仅比以汇编语言编写的同样功能程度长5-20％。对于复杂而开发时间紧的项目时，可以采用C语言，但前提是要求你对该MCU系统的C语言和C编译器非常熟悉，特别要注意该C编译系统所能支持的数据类型和算法。虽然C语言是最普遍的一种高级语言，但由于不同的MCU厂家其C语言编译系统是有所差别的，特别是在一些特殊功能模块的操作上。所以如果对这些特性不了解，那么调试起来问题就会很多，反而导致执行效率低于汇编语言。
3、如何解决单片机的抗干扰性问题。防止干扰最有效的方法是去除干扰源、隔断干扰路径，但往往很难做到，所以只能看单片机抗干扰能力够不够强了。在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。单片机干扰最常见的现象就是复位；至于程序跑飞，其实也可以用软件陷阱和看门狗将程序拉回到复位状态；所以单片机软件抗干扰最重要的是处理好复位状态。一般单片机都会有一些标志寄存器，可以用来判断复位原因；另外你也可以自己在RAM中埋一些标志。在每次程序复位时，通过判断这些标志，可以判断出不同的复位原因；还可以根据不同的标志直接跳到相应的程序。这样可以使程序运行有连续性，用户在使用时也不会察觉到程序被重新复位过。4、如何测试单片机系统的可靠性。当一个单片机系统设计完成，对于不同的单片机系统产品会有不同的测试项目和方法，但是有一些是必须测试的：测试单片机软件功能的完善性；上电、掉电测试；老化测试；ESD和EFT等测试。有时候，我们还可以模拟人为使用中，可能发生的破坏情况。例如用人体或者衣服织物故意摩擦单片机系统的接触端口，由此测试抗静电的能力。用大功率电钻靠近单片机系统工作，由此测试抗电磁干扰能力等。
综上所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。此外在开发和应用过程中我们更要掌握技巧，提高效率，以便于发挥它更加广阔的用途。
参考文献：
[1]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，1990
[论文摘要]以单片机为基础，分别以轿车温控系统和贮液容器温控系统为例，阐述单片机在温控系统中的应用原理。
一、单片机在贮液容器温控系统中的应用
该系统中以贮液容器温度为被控参数，蒸汽流量为控制参数，输入贮液容器冷物料的初温为前馈控制，构成前馈一反馈控制系统。发挥前馈控制和反馈控制的各自优势，将可测而不可控的干扰由前馈控制克服，其他干扰由反馈控制克服，从而达到控制贮液容器温度。满足工艺要求的目的。
（一）硬件设计。选单片机AT89C51为主机，配以两路传感变送器、多路开关、A／D转换器、D／A转换器、V／I转换器、调节阀等实现对贮液容器温度的自动控制，同时还设有报警电路、键盘和显示电路。系统在稳态时，贮液容器的温度恒定在工艺要求的数值不变。当冷物料的初始温度与其设定值相比发生变化时，如果变化很小，将完全由前馈控制来克服这一变化给系统带来的影响；如果变化大，前馈控制不能完全克服这一变化给系统带来的影响，反馈控制则开始动作。当冷物料的初始温度不变，而由其他干扰引起贮液容器的温度发生变化时，只有反馈控制动作，最终使系统重新达到稳态。
1．前向通道的设计
采用JUMU90系列的温度传感变送器，其输入范围为：0℃～500℃，输出为4mA～20mA(DC)，测量精度为0.5％．选用10位逐次逼近式A／D转换芯片AD571[2]，接收到有效的CONVERT命令后，内部的逐次逼近寄存器从最高位开始顺次经电流输出的DAC在比较器上与模拟量经5k8电阻所产生的电流相比较。检测完所有位后，SAP中包含转换后的10位二进制码。转换完成后，SAP发出DR信号(低电平有效)，单片机查询到DR=0时，便使其打开三态缓冲器输出数据。
2．后向通道的设计
(1)D／A转换器的设计。为了满足系统的精度要求，选用10位的D／A转换器DAC1020。由于其内部不带有锁存器，所以必须通过I／O口才能与AT89C51单片机连接，又由于AT89C51的字长是8位的，一次操作只能传输8位数据．因此AT89C51必须进行两次操作才能把一个完整的10位数据送到AC1020。为了使10位数据能够同时送人DAC1020，避免输出电压波形出现毛刺现象，故必须采用双缓冲器方式。AT89C51先把高2位数据输出到74LS74(1)，接着把低8位数据输出到74LS377，与此同时74LS377的片选信号也作为74LS74(2)的时钟脉冲，把74IS74(1)的内容打人74LS74(2)中，从而使一个完整的数据同时到达DAC1020的数据输入端．这样就消除了DAC输出端的毛刺现象。
(2)执行器及调理电路的设计。系统中选用的是ZMAN16BG，ZGICr18Ni9Ti型号的对数流量特性的调节阀。阀的输入信号为气信号，而D／A转换器的输出为Ov～5V的电压信号．所以在D／A转换器和调节阀之间要加一个V／I转换器和一个电气阀门定位器，将0v～5v的电压信号先转换成4mA～20mA的电流信号后，再将4mA～20mA的电流信号转换成0．02MPa～0．1MPa的气信号。使调节阀接收气信号而工作。
（二）软件设计。经分析，系统软件可采用结构化模块程序设计，主要有系统主程序、看门狗中断服务程序、键盘扫描子程序、显示子程序、报警子程序、A／D转换子程序、D／A转换子程序、PID数据处理子程序、BCD码转换子程序。
主程序开始后，先对单片机AT89C51和8155芯片进行初始化，接下来是开中断，调用键盘扫描子程序，选通多路模拟开关的1号通道，将采集的数据送人A／D转换器转换后传入单片机。若温度越限就报警处理，否则直接处理后送显示，再选通多路模拟开关的2号通道，将采集的数据送人A／D转换器转换后送人单片机进行总的运算处理，输出给D／A转换器变成模拟信号去改变调节阀的开度。
二、单片机在汽车空调温控系统中的应用（一）硬件系统。本系统选用ATMEL公司的AT89系列单片机中的AT89C52，AT89C52单片机是一种新型的低功耗、高性能且内含8K字节闪电存储器的8位CMOS微控制器，与工业标准MCS一51指令系列和引脚完全兼容。有超强的加密功能，其片内闪电存储器的编程与擦除完全用电实现，数据不易挥发，编程／擦除速度快。AT89C52芯片内部有6个中断源：两个外部中断INTO和INT1．三个定时器中断(定时器0，1，2)和一个串行口中断。在本系统中涉及到AT89C52芯片的中断源有五个：分别是外部中断INT1，定时／计数器T0，T1和T2以及串行口中断。本测控系统采用电平激活方式，也即是INT1=0；一旦INT1引脚的采样值为低电平，则TCON寄对于定时器TO和Tl，通过寄存器TMOD，TCON来控制和选择定时／计数器的功能和操作模式。这些寄存器的内容靠软件设置，系统复位时，寄存器的所有位都被清零。而T2的工作是靠对T2CON寄存器进行软件设置而定义的。本系统采用定时TO来计算车厢温度采集的时间间隔，设置为工作方式1，即l6位计数定时方式：定时Tl作波特率发生器使用，选择在工作方式2，即8位自动加载方式；定时器T2用于确定混合风门步进电机输入脉冲的频率，设置位l6位常数自动重装人的工作方式。
当采用12MHz的晶振时，计数速率为lMHz．微机串口通常采用RS232电平，而单片机串口是1TrL电平，二者不兼容。所以，接口必须做电平转换处理。采用MAXIM公司的MAX232电平转换芯片。单片机串行口的TXD，RXD和GND经电平转换分别与微机的RXD，TXD和SG相连，MAX232电平转换芯片的第9，10引脚分别接单片机的l0和11引脚。DB9串口的第2，3引脚分别接MAX232电平转换芯片的7，8引脚。通过MAX232的TTL电平和RS232的输入／输出端口，自动地调节了单片机串口的TTL电平信号和RS232的串行通信信号的电平匹配。数据发送是由一条写发送寄存器(SBUF)的指令开始，随后在串行口由硬件自动加人起位和停止位，构成一个完整的帧格式，然后在移位脉冲的作用下，由TXD端串行输出。一个字符帧发送完后。使TXD输出线维持在“1”状态下，并将串行控制寄存器SCON的TI位置“1”，通知CPU可以接着发送下一个字符。
（二）软件系统。轿车空调智能温控系统的工作模式分为“正常运行模式”、“软关机模式”、“手动控制模式”和“自动控制模式”。系统上电时，软件进人上电自检状态，这时系统会首先从监控芯片x25045读入上次断电前存人EEPROM的系统状态信息，初始化各个中断并恢复空调控制器到上次关机前状态。经过上电初始化，智能温控系统会恢复到上次关机前的“正常运行模式”。此时，通过温度调节按键可以设定需要的温度值，温度传感器定时检测车厢温度，显示器显示温度设定值和温度测量值，混合风门的开度会根据温差和温差变化自动调节，温控系统能够与PC机通过串口通讯交换数据。按一下“ON／OFF”键，可使温控系统进入“软关机模式”。此时，系统不能再进行温度检测、温度设定和串行通讯，显示器熄灭，混合风门步进电机停止运转。
参考文献：
[1]李华，MCS一51系列单片机实用接口技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社．1993．306405．
[论文摘要]以单片机为基础，分别以轿车温控系统和贮液容器温控系统为例，阐述单片机在温控系统中的应用原理。
一、单片机在贮液容器温控系统中的应用
该系统中以贮液容器温度为被控参数，蒸汽流量为控制参数，输入贮液容器冷物料的初温为前馈控制，构成前馈一反馈控制系统。发挥前馈控制和反馈控制的各自优势，将可测而不可控的干扰由前馈控制克服，其他干扰由反馈控制克服，从而达到控制贮液容器温度。满足工艺要求的目的。
（一）硬件设计。选单片机AT89C51为主机，配以两路传感变送器、多路开关、A／D转换器、D／A转换器、V／I转换器、调节阀等实现对贮液容器温度的自动控制，同时还设有报警电路、键盘和显示电路。系统在稳态时，贮液容器的温度恒定在工艺要求的数值不变。当冷物料的初始温度与其设定值相比发生变化时，如果变化很小，将完全由前馈控制来克服这一变化给系统带来的影响；如果变化大，前馈控制不能完全克服这一变化给系统带来的影响，反馈控制则开始动作。当冷物料的初始温度不变，而由其他干扰引起贮液容器的温度发生变化时，只有反馈控制动作，最终使系统重新达到稳态。
1．前向通道的设计
采用JUMU90系列的温度传感变送器，其输入范围为：0℃～500℃，输出为4mA～20mA(DC)，测量精度为0.5％．选用10位逐次逼近式A／D转换芯片AD571[2]，接收到有效的CONV ERT命令后，内部的逐次逼近寄存器从最高位开始顺次经电流输出的DAC在比较器上与模拟量经5k8电阻所产生的电流相比较。检测完所有位后，SAP中包含转换后的10位二进制码。转换完成后，SAP发出DR信号(低电平有效)，单片机查询到DR=0时，便使其打开三态缓冲器输出数据。
2．后向通道的设计
(1)D／A转换器的设计。为了满足系统的精度要求，选用10位的D／A转换器DAC1020。由于其内部不带有锁存器，所以必须通过I／O 口才能与AT89C51单片机连接，又由于AT89C51的字长是8位的，一次操作只能传输8位数据．因此AT89C51必须进行两次操作才能把一个完整的10位数据送到AC1020。为了使10位数据能够同时送人DAC1020，避免输出电压波形出现毛刺现象，故必须采用双缓冲器方式。AT89C51先把高2位数据输出到74LS74(1)，接着把低8位数据输出到74LS377，与此同时74LS377的片选信号也作为74LS74(2)的时钟脉冲，把74IS74(1)的内容打人74LS74(2)中，从而使一个完整的数据同时到达DAC1020的数据输入端．这样就消除了DAC输出端的毛刺现象。
(2)执行器及调理电路的设计。系统中选用的是ZMAN 16BG，ZGICr18Ni9Ti型号的对数流量特性的调节阀。阀的输入信号为气信号，而D／A转换器的输出为Ov～5 V的电压信号．所以在D／A转换器和调节阀之间要加一个V／I转换器和一个电气阀门定位器，将0v～5v的电压信号先转换成4mA～20mA的电流信号后，再将4mA～20mA的电流信号转换成0．02MPa～0．1MPa的气信号。使调节阀接收气信号而工作。
（二）软件设计。经分析，系统软件可采用结构化模块程序设计，主要有系统主程序、看门狗中断服务程序、键盘扫描子程序、显示子程序、报警子程序、A／D转换子程序、D／A转换子程序、PID数据处理子程序、BCD码转换子程序。
主程序开始后，先对单片机AT89C51和8155芯片进行初始化，接下来是开中断，调用键盘扫描子程序，选通多路模拟开关的1号通道，将采集的数据送人A／D转换器转换后传入单片机。若温度越限就报警处理，否则直接处理后送显示，再选通多路模拟开关的2号通道，将采集的数据送人A／D转换器转换后送人单片机进行总的运算处理，输出给D／A转换器变成模拟信号去改变调节阀的开度。
二、单片机在汽车空调温控系统中的应用 转贴于
（一）硬件系统。本系统选用ATMEL公司的AT89系列单片机中的AT89C52，AT89C52单片机是一种新型的低功耗、高性能且内含8K字节闪电存储器的8位CMOS微控制器，与工业标准MCS一51指令系列和引脚完全兼容。有超强的加密功能，其片内闪电存储器的编程与擦除完全用电实现，数据不易挥发，编程／擦除速度快。AT89C52芯片内部有6个中断源：两个外部中断INTO和INT1．三个定时器中断(定时器0，1，2)和一个串行口中断。在本系统中涉及到AT89C52芯片的中断源有五个：分别是外部中断INT1，定时／计数器T0，T1和T2以及串行口中断。本测控系统采用电平激活方式，也即是INT1=0；一旦INT1引脚的采样值为低电平，则TCON寄对于定时器TO和Tl，通过寄存器TMOD，TCON来控制和选择定时／计数器的功能和操作模式。这些寄存器的内容靠软件设置，系统复位时，寄存器的所有位都被清零。而T2的工作是靠对T2CON寄存器进行软件设置而定义的。本系统采用定时TO来计算车厢温度采集的时间间隔，设置为工作方式1，即l6位计数定时方式：定时Tl作波特率发生器使用，选择在工作方式2，即8位自动加载方式；定时器T2用于确定混合风门步进电机输入脉冲的频率，设置位l6位常数自动重装人的工作方式。
当采用12MHz的晶振时，计数速率为lMHz．微机串口通常采用RS232电平，而单片机串口是1TrL电平，二者不兼容。所以，接口必须做电平转换处理。采用MAXIM公司的MAX232电平转换芯片。单片机串行口的TXD，RXD和GND经电平转换分别与微机的RXD，TXD和SG相连，MAX232电平转换芯片的第9，10引脚分别接单片机的l0和11引脚。DB9串口的第2，3引脚分别接MAX232电平转换芯片的7，8引脚。通过MAX232的TTL电平和RS232的输入／输出端口，自动地调节了单片机串口的TTL电平信号和RS232的串行通信信号的电平匹配。数据发送是由一条写发送寄存器(SBUF)的指令开始，随后在串行口由硬件自动加人起位和停止位，构成一个完整的帧格式，然后在移位脉冲的作用下，由TXD端串行输出。一个字符帧发送完后。使TXD输出线维持在“1”状态下，并将串行控制寄存器SCON的TI位置“1”，通知CPU可以接着发送下一个字符。
（二）软件系统。轿车空调智能温控系统的工作模式分为“正常运行模式”、“软关机模式”、“手动控制模式”和“自动控制模式”。系统上电时，软件进人上电自检状态，这时系统会首先从监控芯片x25045读入上次断电前存人EEPROM的系统状态信息，初始化各个中断并恢复空调控制器到上次关机前状态。经过上电初始化，智能温控系统会恢复到上次关机前的“正常运行模式”。此时，通过温度调节按键可以设定需要的温度值，温度传感器定时检测车厢温度，显示器显示温度设定值和温度测量值，混合风门的开度会根据温差和温差变化自动调节，温控系统能够与PC机通过串口通讯交换数据。按一下“ON／OFF”键，可使温控系统进入“软关机模式”。此时，系统不能再进行温度检测、温度设定和串行通讯，显示器熄灭，混合风门步进电机停止运转。
参考文献
[1]李华，MCS一51系列单片机实用接口技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社．1993．306405．
关键词：单片机；温度测控
中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)17-31419-01
Discusses the Monolithic Integrated Circuit in the Temperature Observation and Control Aspect Application
ZHANG Wei
(Jiujiang Universitiy,Jiujiang 332005,China)
Abstract:The temperature observation and control has the widespread application in the industry domain, along with sensor technology, microelectronic technology, monolithic integrated circuit technology unceasing development. This article will introduce one kind based on AT89C52 and 89C2051 double MCU injection molding formation temperature observation and control system, and hard, software design method and system functional block diagram and so on.
Key words:Monolithic integrated circuit;Temperature observation and control
塑料制品因具有容易加工、生产效率高、节约能源、绝缘性能好、质量轻、耐磨和耐腐蚀性强等优点，其使用比例正迅猛增加。而注塑成型是塑料加工中普遍采用的方法之一。该方法制成品效率比其他常规的金属成型方法高，能适用于多种原料，成批、连续地生产，并且具有稳定的尺寸，容易实现生产的自动化和高速化，具有极高的经济效益。在影响塑料成型加工过程的诸多因素当中，熔体温度是一个最为关键的控制量，本文介绍了温度的检测与控制方法。
1 加工工艺对控制系统的要求
根据塑料制品特性和实际控制要求：在刚开始加热时，希望温度上升的速度可以快些，以便缩短上升时间，但又不能有太大的超调，并且希望PID控制器参数初值可以在线更改，当温度达到控制要求范围内时，希望其能一直被控制在给定值附近变化，当其超出某一范围时（如高于某一值或低于某一值时）就启动上限报警或下限报警。
根据上述要求，决定采用如下加热过程：刚开始加热时，可以采取满功率加热或按满功率的某一比例值加热，当温度上升到某一值时，转为按基于Fuzzy推理的参数自整定PID控制算法得到的控制量进行调节加热，加热方式可通过功能单元决定。
(1)按百分比加热：就是以设定值的某一比例值作为控制量来决定PWM的占空比来控制固态继电器的通断，选定加热比例后，前端机就以该比例决定的固定的PWM的占空比来进行加热，该比例值可在线更改。
(2)按设定值加热：根据设定值与实际温度的偏差，采用基于Fuzzy推理的参数自整定PID控制算法得到控制量，按该控制量决定PWM的占空比进行加热。
2 控制系统原理
控制系统由硬件和软件两部分组成。其中硬件部分主要由信号采集与放大电路、温度补偿电路、A/D转换电路、单片机电路几部分组成。软件包括单片机AT89C52程序设计、单片机AT89C52与AT89C2051通信程序设计、单片机AT89C2051程序设计三个主要模块组成。
3 控制系统硬件设
(1)信号采集与放大电路
采用K型热电偶获得现场的实际温度，温度采样范围为0―400℃ ，相应地转换的电压信号范围为0―20mv。因为系统要控制8路工业电炉，所以就要对8路温度进行检测采样和控制，这里采用CD4051 实现八选一通道选择。电压信号放大采用低零漂移的运算放大器OP07 , 差分双端输入，可以有效地抑制共模干扰。
从热电偶获得的最大有效电压为20mv ，而ICL7135 满量程时的电压为2V，所以放大电路的放大倍数为100，该放大电路由运放U4、U5组成第一级差分武电路，U6组成第二级差分式电路，根据这一放大倍数来取电阻的阻值，该放大电路的放大倍数可由下式计算：
Av=A1A2=（1+2R96/R95）（-R89/R98），要保证Av=-100，取R89=20K，取R98=20K。取R96=20K，R95为一电位器，其取值范围之为0-500。所以只要调节电位器R95，就可以满足要求。
(2)温度补偿电路
热电偶分度表是在冷端温度为0℃ 时测定的，热电偶在实际测量中，当冷端的温度不是0℃时，就不能直接利用分度表得知温度值，因此必须对热电偶冷端进行温度补偿修正。热电偶测温电路中要有冷端温度补偿电路、冷端补偿方法较多，这里采用冷端温度补偿器来实现温度补偿。
该补偿电路的工作原理是热电偶产生的电势经滤波放大后有一定的灵敏度，采用温敏二极管组成的测量电桥的输出经放大器放大后也有相同的灵敏度。将这两个放大后的信号再通过增益为1的运算放大器相加，则可以自动补偿冷端温度变化引起的误差。补偿范围在0―50℃ ，精度可以达到0.5 ℃。
(3)A/D转换电路
因温度是一个缓慢变化的过程，对采样速率要求不高，为提高抗干扰能力，采用双积分A/D转换器。
本文采用MAXIM公司的ICL7135 , MC1403芯片为ICL7135提供基准电压。通常情况下，设计者都是用单片机来并行采集ICL7135的数据，在这里，作者采用单片机对ICL7135 进行串行数据采集，利用该方式具有结构简单、占用单片－机资源少等特点。
在ICL7135与单片机系统进行连接时，如果使用ICL7135的并行采集方式，则不但要连接BCD码数据输出线，又要连接BCD
码数据的位驱动信号输出端，这样至少需要9根I/0口线，因此，系统的连接比较复杂，ICL7135的串行接法是通过计脉冲数的方法来获得测量转换结果的，可以通过单片机的定时器TO或Tl来作计数脉冲器，定时器TO所用的CLK频率是系统晶振频率的1 / 12 ，因此可利用单片机的ALE信号经74LS74分频后作为ICL7135的脉冲（CLK）输入，便可得到定时器TO所使用的频率与单片机系统晶振频率的关系，以及ICL7135所需频率输入与单片机系统晶振频率的关系。
为使定时器TO计数脉冲与ICL7135工作所需的脉冲同步，可以将ICL7135的BUSY信号接至AT89C52的P3 .2 ( INTO）引脚上，此时定时器TO是否工作将受BUSY信号的控制，并且将定时器TO的选通控制信号GATE位置1 。ICL7135的输入电压与TO计数脉冲成线性关系，ICL7135满量程时对应的有效计数脉冲为20000 ，可以得以下公式：
fIN=VIN/VMAX*20000=VIN/VR*1000,式中：fIN为对应输入电压VIN的计数脉冲，VMAX，VR分别为ICL7135的最大工作电压和基准电压，且有VMAX=2VR，VR工作时事先通过MC1403输出端电位器调好。
只要VR非常准确，且准确测量出VIN，因ICL7135和AT89C52 的精确度都非常高，故得到的fIN也可达到很高的精度。
(4)4CPU电路
之所以要用AT89C52和AT89C2051两个单片机，主要是考虑到AT89C52要实现的功能比较多，负荷较重，且其片内RAM空间已全部分配完所以采用AT89C52作为系统的核心控制芯片，用AT89C52用于产生PWM波形去控制固态继电器的导通与截止。
4 控制系统的软件设计
根据系统的工作原理及控制要求，考虑软件的总体结构设计，正确处理各实体之间的联系，为此软件采用模块化的结构设计，自顶向下，逐步细化，利用子程序构成各模块。整个软件系统有良好的可读性、可修改性，易于调试和维护。下面简述其中三个主要的程序设计。
(1)单片机AT89C52 程序设计
包括主程序设计和中断采样程序设计，要对8路温度进行循环采集，通过定时器T2每隔1s定时对8路温度进行顺序采集，这就要对通道选择，这可通过AT89C52的P2.0、P2.1、P2.2 对多路开关CD4051的地址引脚A0、Al 、A2 进行控制而实现在采样中断子程序中，要对看门狗计数器清零，这可通过AT89C52的Pl .1 来控制MAX813L的WD1引脚实现,每次进人中断采样时，给MAX813L的WD1引脚一个脉冲，从而对其内部计数器清零。获得采样数据后，要进行处理（如进制转换等），加热模式判别（停止加热、是否需上下限报警、是按百分比加热还是按基于Fuzzy推理的参数自整定PID控制加热等），与AT89C2051进行通信，将获得的控制量传送给AT89C2051以实现PWM波形的生成，偏差和偏差变化率存取计算（因有8路温度数据，对应就需给它们分配存储空间，以方便存取和计算）。
(2)单片机AT89C52与AT89C2051通信程序设计
AT89C52 经采样处理后，需将得到的控制量传送给AT89C2051 , AT89C2051根据获得的控制量通过软件产生PWM控制信号。这就需安排好AT89C52与AT89C2051的通信协议，这里AT89C52 与AT89C2051之间采用四位数据线并行通信，所以在通信前需将AT89C52 发送的控制量拆成半字节后放入发送存储单元。在进行通信时，AT89C52 通过引脚P0 . 4发联络信号，AT89C2051 收到AT89C52发送的联络信号后，通过引脚P3 . 4给AT89C52发应答信号，AT89C52收到AT89C2051的应答信号后，就开始给AT89C2051发送数据。
(3)单片机AT89C2051 程序设计
利用AT89C2051来完成PWM波形的发生，AT89C52只需将经运算后得到的控制量送给AT89C2051 , 这样，AT89C52 的负荷就减轻了，有利于提高整个系统的工作性能。而AT89C2051只管PWM波形的发生，有利于提高控制精度，获得较好的实时性，且电路结构相当简单，八路输出，只需要一片AT89C2051 ，和一个简单的驱动电路。其工作过程也十分简单：AT89C2051经软件算法后获得PWM波形，八路输出采用循环输出，因每路数据的更新时间非常短，不会影响控制的实时性，然后通过驱动电路驱动后去控制固态继电器的闭合时间。
本系统选用单片机89C52作为核心控制芯片，具有成本低、体积小、集成度高、可靠性高等特点，是一种较理想的选择。设计方法上，将软件工程的思想引用于单片机系统的设计，使系统的信息流向及整体功能设计简单明确、清晰。
参考文献：
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关键词：切削力，测量，单片机
前言
切削力的测量不仅可以研究切削机理、计算功率消耗、优化切削用量和刀具几何参数、校核切削力和切削温度理论计算的准确性，更重要的是，可以通过切削力的变化来监控切削过程，反映刀具磨损或破损、切削用量合理性、机床故障、颤振等切削状态。
1 计算机向单片机传输命令和数据
通过对单片机的编程来控制USB接口芯片，接收和响应主机对设备发出的命令。在测力系统中，单片机的编程设计程序通常由三部分组成：
第一、初始化单片机和所有的外围电路。
第二、主循环部分，其任务是可以中断的。
第三、中断服务程序，其任务是对时间敏感的，必须马上执行。
当应用程序中的“数据采集”按钮按下后，USB进入主循环函数，将从端点缓冲区中提取命令，并按照命令的要求，调用相应的函数，如采集数据，桥路调零，设置频率等。关键的几个函数如下：
(1) AfxBeginThread( WriteCommand, &mMainWrite)；//启动一个线程，调用传输命令函数
(2) open_ file(threadParam->pipe-name)；//创建文件句柄
(3) open_dev()；//创建设备句柄
(4) DeviceIoControl(hDevice，IOCTL_ WRITE_REGISTERS,
(PVOID)&ioBlock,sizeof(IOBLOCK)，NULL,O,&nBytes,NULL);
//DeviceIoControl函数发送控制代码到指定的设备驱动上，使得相应的设备完成数据输出的功能。论文格式。
(5) WriteFile(hFile,threadParam->pcIoBuffer，threadParam->uiLength,&nBytes，NULL)；
//写文件函数将数据传送到单片机的缓冲区中。论文格式。
2 单片机向计算机传输数据其流程
单片机向计算机传输流程
经过模数转换后的数据首先保存在单片机的数据缓冲区中，当单片机接收到主机发来的IN命令时，调用如下函数将数据传送到计算机的内存中。论文格式。
1) AfxBeginThread( ReadData, &m一ainRead)；//启动一个线程，调用读取数据函数
2) open_ file(threadParm一>pipe name);； //创建文件句柄，准备读取数据
3) open dev ()；//创建设备句柄
4) DeviceIoControl (hDevice，IOCTLesWRITE REGISTERS,
(PVOID)&ioBlock，sizeof(IO_BLOCK)，NULL,O,&nBytes,NULL)；
//DeviceIoControl函数发送控制代码到指定的设备驱动上，使得相应的设备完成数据输入的功能。
5) ReadFile(hFile，threadParam->pcIoBuffer， threadParam->uiLength,&nBytes, NULL)；
//读文件函数将数据从单片机的缓冲区读入到threadParam->pcIoBuffer内存中。
3结论
利用单片机实现切削力测量中USB数据传输功能，以达到对切削力的测量的监控。实现了生产过程中连续自动采样、实时显示、过载报警。
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论文关键词：Proteus，简单制作，教学与实践
1 Proteus 简介
Proteus是英国Labcenter公司研发的多功能EDA（电子设计自动化），它实现了从电路设计到测试、仿真、调试的整个过程。仿真运行通过后再制作实际电路的话，就大大缩短了开发周期，并且降低了开发成本。所以说它为电子电路、单片机应用系统的开发设计以及教师的教学、学生的学习提供了非常有效的方法。
2 单片机应用系统设计与仿真实例
下面通过制作一个简单的单灯闪烁，说明如何使用Proteus实现单片机应用系统的设计与仿真。要求发光二极管一亮一灭的不停闪烁。
2.1 设计电路
利用Proteus绘制电路原理图的步骤如下：
⑴运行Proteus ISIS程序；
⑵单击P命令进入元件选择对话框，选择电路设计中所需的元件；
⑶放置元件到绘图区简单制作，布好局；
⑷设置好元件的参数；
⑸连接导线。
绘制完成的单灯闪烁硬件电路图如图1所示。
图1 单灯闪烁硬件电路图
2.2 编写程序
ORG0030H
LOOP: SETB P1.0
LCALL DELAY
CLR P1.0
LCALL DELAY
LJMP LOOP
DELAY: MOVR3, #250
L:MOV R4, #250
LL:DJNZ R4, LL
DJNZ R3, L
RET
END
编辑好程序保存时，文件的扩展名必须是ASM格式。
编译程序，若编译通过，便得到HEX格式的文件论文开题报告范例。
2.3 加载程序文件
双击原理图中的单片机元件AT89C51，便出现单片机的属性编辑窗口，在“Program File”栏指出HEX格式的程序文件所在的位置，就可将该程序文件加载到单片机中。
2.4 启动仿真，看电路运行效果
单击仿真控制按钮，观察电路的运行状况。
Proteus可以总体仿真运行，也可单步或设置断点仿真。
启动仿真后，能清楚地观察到单片机系统在运行时，各硬件所处的实时状态。
若电路设计合理、程序编写正确，就会看到发光二极管不停地闪烁。
2.5 调试简单制作，修正电路、程序代码
若未出现想要实现的功能，就需进行软硬件调试。
对于硬件电路，可用Proteus中提供的测量仪器仪表对电路进行测试、观察；至于程序，可采取单步或设置断点进行仿真调试。
不断修正电路及程序代码，直到能实现相应功能，并改变元件参数使电路的性能达最优。
注：每次修改完程序后，都必须再编译一次，然后装载到单片机中。
2.6 仿真运行通过，制作实际电路
仿真运行通过后，根据设计的原理图，购买元器件、制板、焊接、测试调试，直至产品制作成功。
Proteus仿真模型是根据生产厂家提供的技术参数文件来建立的，仿真极接近实际简单制作，所以仿真运行通过后制作的实际电路的成功率相当高。
3 引入Proteus的好处
3.1 教学中
1. 教学内容生动形象化
利用Proteus仿真软件和多媒体教学设备，在课堂中通过实例仿真，演示从单片机硬件设计到软件调试的全过程，并演示运行结果，使教学内容生动形象化。
2. 激发学生的学习兴趣，提高教学质量
教学中对实例用Proteus进行仿真，这种结合实际讲解知识点的方法，大大激发了学生的学习兴趣，使知识点变得容易理解、接受，从而提高了教学质量。
3. 拓展学生思维
讲解完知识点后，针对实例，向学生提出相关拓展性问题。比如上例中：
⑴P1.0口线上能否多并联几个发光二极管？改变R2阻值大小的话会出现什么现象？
⑵能不能将P1.0换为32根I/O口线中的其他线呢？若能的话，改为P0的某一口线时需注意什么？
⑶P1.1~P1.7能否像P1.0一样都接发光二极管以及电阻呢？
⑷硬件电路改了简单制作，程序相应地要如何修改呢？。。。论文开题报告范例。。。
通过提问，并适当演示，这样不仅拓展了学生的思维，同时加强、深化了学生对知识点的理解。
3.2 实践中
1. 提高开发速度，降低开发成本
从上例可看出，利用Proteus软件，在绘图区绘制好电路原理图，并将编译后的程序文件加载到单片机中，进行仿真就能观察整个电路的运行情况，验证设计是否达到要求，未达到，即可修整设计方案、修改程序、测试电路，直至成功。这样就无须多次购买元器件板、制板、焊接测试调试等简单制作，省时、省力、省钱，同时也提高了设计效果和质量。
2. 敢于尝试，勇于创新
根据仿真通过后的电路原理图来制作产品，学生就不用担心元器件损坏等问题，就敢于动手去尝试设计电路。通过自己动手，加深了对理论知识的理解，同时培养了学生勤思考、勇于创新的精神。
4 结语
教学与实践中引入Proteus，提高了学生的学习热情。产品制作成功，学生就会很有成就感、满足感，这是一个良性循环。通过不断的实践，学生的动手开发、创新能力就得到了较大的提高。
参考文献:
[1]彭勇.单片机技术.电子工业出版社,2009.8
[2]朱成志.Proteus仿真软件在单片机原理教学中应用. 科技创新导报, 2009
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