微机原理课程设计(温控窑炉控制器).docVIP

一、题义分析与解决方案 题义需求与分析 由窑炉的工作原理可知本实验的工作流程是：首先是预设温度值，用户从小键盘输入一个预设的温度值，并把它显示在LED灯上，其次是加热过程，PC机通过控制芯片接口使发热电阻发热，一段时间延时后，温度传感器将其测量的温度值通过硬件接口传送到PC机，所测的温度数据经过处理后传送到LED现实，将所测得的温度值与预设温度值比较，如果小于等于它，继续控制发热电阻发热，否则停止加热。一段时间延时后再次将温度传感器所测得的值进行显示比较，使发热体的温度稳定在预设温度值的2℃范围内。由上分析可知在实验需要解决如下几个问题： 需要发热电阻给窑炉加热，并应该预设温度值，预设温度值要显示出来。 如何控制温度传感器检测温度，并将检测到的温度值显示出来。 需要对检测到的温度值进行半段控制窑炉的加热过程。 如何输入预设温度值。如何将检测到的温度值传送给CPU。 如何运用PID算法实现对温度的只能控制。设定温度功能的范围，使得窑炉温度稳定在设置的温度范围内。 如何将预设温度值和所测温度值显示出来。 解决问题的思路及方法 硬件部分 首先需要发热电阻RT1给系统加热；至于温度测控问题，需有温度传感器DS18B20，DS18B20将温度信息传递给芯片8255A，然后8255A与芯片ES-PCI相连；当温度低于设定值时利用，为了演示比较明显的加热效果此处可增设一个功能放大电路，同时利用逻辑笔(B2区)来测量发热电阻的工作情况；实验需要从键盘设定温度值并通过LED显示温度值，同时需要芯片8279控制。 综上所述列出硬件清单如下： 硬件 8255A 8279 DS18B20 键盘 LED灯 发热电阻 功能放大器 主要功能 控制温度传感器及发热电阻工作 控制键盘和LED工作 温度传感器，测量温度 输入设定温度 显示环境温度和设定值 实现加热功能 放大电路 软件部分 软件应该具备以下几个主要部分： 对温度传感器DS18B20初始化、启动，读、写温度，温度转换、显示； 对芯片8255A的控制及如下操作：读出DS18B20的温度，控制发热电阻通过加热升温； 对通用控制芯片8279初始化，从键盘输入温度设定值，显示温度，清除显示等； 对发热电阻RT1的操作(控制其加热与否)； 另外还要设置一定的延时程序以满足不同芯片及元器件的工作时序； 进制之间的转换运算： 运用PID算法，通过比例运算，积分运算和微分运算来使温控器更好地适合不同系统的要求。OUT=P*(e1)+(e1-e0)/I+D*(e1+e0);其中e0是前一次的误差.e1是当前误差。P,I,D是系数. 二、硬件设计 1. 可编程并行接口芯片8255A (1) 8255A的作用 在本设计中8255A向温度传感器DS18B20发送操作指令并实现，诸如：初始化DS18B20，读取温度值，对温度值进行十进制转换以及其他一些必要操作；同时8255A控制着发热电阻RT1的工作情况。 (2) 8255A功能分析及技术参数 8255A是可编程并行接口，内部有3个相互独立的8位数据端口，即A口、Ｂ口和Ｃ口。三个端口都可以作为输入端口或输出端口。Ａ口三种工作方式：即方式0、方式1和方式2，而Ｂ口只能工作在方式0或方式1下，Ｃ口通常作为联络信号使用。8255A的工作只有当片选CS效时才能进行。而控制逻辑端口实现对其他端口的控制。 端口A：包含一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器，输入输出数据均受到锁存。 端口B和C: 都包含一个8位数据输入缓冲器和一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，输出数据能锁存，输入数据不锁存。 端口C:可分成两个4位端口，分别定义为输入或输出端口，还可定义为控制、状态端口，配合端口A和端口B工作。 其内部结构如图所示： (3) 8255A工作在方式0 方式0的工作特点： 这种方式通常不用联络信号，不使用中断，三个通道中的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出。其功能为： 两个8位通道：通道A、B。两个四位通道：通道C高4位和低四位；任何一个通道可以作输入/输出；输出是锁存的；输入是不锁存的；在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。方式0的使用场合：同步传送是在外设控制过程的各种动作时间为固定，且已知的条件下使用的。因此，传送中不要应答信号。输入时，执行程序只要给出IN指令；而输出时，也只给出OUT指令，就能实现数据的输入或输出。优点是程序简单，接口的硬件开销小。 查询式传输时，要先查询一个外设的状态，当该状态表示外设已准备好时，方能开始查询传输，否则CPU将继续查询。但在方式0，没有规定固定的应答信号，所以，这时将通道A、B作为数据通道，把通道C的4个位（高4位或低4位）规定为输出口，用来输出一些控制信号，而把通道C的另外4个位规定为输入