毕业设计：基于单片机的工业电阻炉智能温度控制系统设计 - 图文(6)

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I/O口线，在按键数量较多时，I/O口浪费大，电路结构显得复杂。因此，此键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。

矩阵式键盘适用于按键数量多的场合，它通常由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。单片机的键盘检测通常有三种方式：查询、中断、定时扫描。查询和中断方式同普通的 I/O 传送是一致的，定时扫描方式是利用单片机内部定时器产生定时中断，在中断服务程序中对键盘进行扫描获得键值。

在本设计中采用的是 4 行*4 列键盘，其电路图如图3.12所示，列线由 P2.4-P2.7口控制，行线由 P2.0-P2.3口控制。电路中共 16个按键，包括设置键、3 个温度参数和时间设置键、1个增加键、1个减小键。系统在程序初始化时控制键盘行线的 P2.0-P2.3口输出高电位，控制键盘列线的P2.4-P2.7口输出低电位，在判断电路是否有按键按下时，读 P2.0-P2.7端口值，若端口值不是11110000，则说明电路中有按键按下。然后根据程序进行去抖动处理和计算键值。

图3.12 矩阵式键盘电路图

3.9 D/A转换电路

DAC0832的基本原理是把数字量的每一位按照权重转换成相应的模拟分量，然后根据叠加定理将每一位对应的模拟分量相加，输出相应的电流或电压。

DAC0832是一个8位D/A转换器。单电源供电，从+5V～+15V均可正常工作。基准电压的范围为±10V；电流建立时间为1μS；CMOS工艺，低功耗20mW。

DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式封装，其引脚排列如图3.13所示。

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图3.13 DAC0832引脚图

D/A转换电路是一个R-2R T型电阻网络，实现8位数据的转换。对各引脚信号说明如下：

(1) DI7～DI0：转换数据输入

(2) CS：片选信号（输入），低电平有效

(3) ILE：数据锁存允许信号（输入），高电平有效 (4) WR1：写信号1（输入），低电平有效

上述两个信号控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当ILE=1和WR1=0时，为输入寄存器直通方式；当ILE=1和WR1=1时，为输入寄存器锁存方式。

(5) WR2：写信号2（输入），低电平有效

(6) XFER：数据传送控制信号（输入），低电平有效

上述两个信号控制DAC寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当WR2=0和XFER=0时，为DAC寄存器直通方式；当WR1=1和XFER=0时，为DAC寄存器锁存方式。

(7) Iout1：电流输出1 (8) Iout2：电流输出2

DAC转换器的特性之一是：Iout1+Iout2=常数。 (9) Rfb—反馈电阻端

0832是电流输出，为了取得电压输出，需在电压输出端接运算放大器，Rfb即为运算放大器的反馈电阻端。

(10) Vref：基准电压，其电压可正可负,范围-10V～+10V。 (11) DGND：数字地 (12) AGND：模拟地

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DAC0832与单片机的接法如图3.14所示。

图3.14 D/A转换电路图

DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式。 1、直通方式

8位输入寄存器和8位DAC寄存器都直接处于直通状态，8位数字量到达DI0～DI7，就立即进行D/A转换，从输出端得到转换的模拟量。

适用：单路输出且数据输入总线无需和其他电路共享的情况。 2、单缓冲方式

内部两个锁存器的一个处于直通状态，另一个处于受控制状态，DAC0832就工作于单缓冲方式。一般控制输入寄存器，DAC寄存器处于直通方式。

适用：总线方式，是DA转换器常用的方式且DA转换器只有一路，或是多路但是不同步 3、双缓冲方式

内部两个寄存器均受控制，转换分两步： (1) CPU分时控制输入寄存器，输入数据。

(2) CPU同时控制各路的DAC寄存器，使得输入寄存器中的数据进入DAC寄存器，实现同步转换输出。

适用：多片DA转换器同步输出，必须用双缓冲模式

第4章 软件设计

4.1 软件设计思路

本部分详细介绍了基于STC89C52单片机的电阻炉温度控制系统的软件设计。

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根据系统功能，可以将系统设计分为若干个子程序进行设计，如温度采集子程序、PID控制子程序、报警子程序、显示子程序、键盘扫描子程序、键盘处理子程序、D/A转换子程序等。采用Keil uVision3集成编译环境和C语言来进行系统软件的设计。本章从设计思路、软件系统框图出发，先介绍整体的思路，再逐一分析各模块程序算法的实现，最终编写出满足任务需求的程序。

本系统要完成温度信号的采集与控制，需要实现温度信号的采集与A/D转换、数据处理、数据显示、数据传输等基本功能。从功能上可将其分为温度信号采集及数据处理、人机交互、执行三大部分进行设计。

4.2 系统软件流程图

4.2.1 主程序流程图

在系统软件中，主程序依次完成系统初始化、炉温检测与处理、PID控制算法、温度显示、键盘输入等，这些都由子程序来完成。流程图如图4.1所示。

开始系统初始化调用温度检测子程序Y测量值大于上限设定值？N报警调用PID子程序调用显示子程序调用键盘子程序D/A转换

图4.1主程序流程图

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4.2.2 温度检测与处理子程序

温度信号采集与处理子程序，主要完成温度信号采集与A/D功能、数据处理的功能，由芯片MAX6675来完成。温度信号采集子程序主要包括传感器初始化、单片机给传感器写命令、单片机给传感器写数据、单片机从传感器读数据等部分，数据处理部分对该数据进行处理，主要是把采集到的二进制的温度数据转换成十进制温度数据。流程图如图4.2所示。

开始初始化温度转换延时读MAX6675的16位转换数据启动新的温度转换计算温度数值保存温度数据返回 图4.2 温度检测与处理子程序

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