溫度控制系統中的單片機討論

魏敏

摘 要 溫度是日常工作和生活中一個重要物理屬性，溫度控制在各行業中具有重要的作用。隨著經濟水平的逐漸提高，社會中愈來愈多的生活細節和生產工藝對溫度的控制的準確性要求提高，由此應運而生了各種自動化和智能化控溫系統，其主要核心就是單片機。

關鍵詞 溫控系統；單片機；應用

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0061-01

1 單片機簡介

單片機，又稱微控制器，指一套完整的計算機系統集成在一個芯片上，主要包含有CPU、內存、大部分具有外存、內部和外部總線系統。單片機因其具有集成密度高、通用性能優、功能性強等特性，以及外型體積小、單位重量低、能量損耗少、準確性高、抗外界干擾能力強和便攜式使用等優異特點，被廣泛用于智能控溫系統的核心組件。

單片機最早產生于工業化控制行業，由僅含CPU的芯片作為專業處理器發展而來的。早期單片機基本是4位和8位的，發展最為成功的是INTEL和8031，后期8031發展為MCS51系列單片機系統，因其具有簡易、準確性高和優越性能等特點，一直被沿用至今。隨科技不斷進步和工業化大發展，16位單片機應運而生，但由于性價低，后快速被32位單片機替代。當今，單片機系統的開發和應用不再局限于裸機領域，而是作為嵌入式設備應用到操作系統中。單片機在電子產品中的應用愈來愈廣泛，特別是溫度檢測和控制領域。

2 單片機基本結構

單片機的基本組成有中央處理器（CPU，包括運算器和控制器）、只讀存儲器（ROM）、讀寫存儲器（RAM，又稱隨機存儲器）、輸入/輸出端口（I/O口，或并行口/串行口）等組成[1]。為使單片機能夠有節奏的進行運算和控制時，單片機內常常包含一個時鐘電路。此外，當單片機控制對象參數到達一個需要加以干預的狀態時，其內部含有的“中斷系統”指導著CPU根據具體情況而采取適當的應對措施。單片機的各組成結構通過其內部一條總線相互連接。

單片機的中央處理器作為單片機的核心部分，主要作用是用于數據的運算和操作控制。其包含的運算器作用是實現邏輯運算、位操作以及算術計算；控制器的作用是對指令進行識別，后依據指令協調計算機內部各組成單元相互工作。

儲存器是單片機另外一個重要組成部分，存儲器內每個儲存單元可容納一個八位二進制信息，一般使用兩位16進制數來表示。儲存器包含程序儲存器、數據儲存器和特殊功能寄存器三種。程序儲存器一般指在單片機處理問題前，將預先編好的程序、表格、常數等編為機器代碼后存入的儲存器，其可置于單片機內或外，還可內外兼置；數據儲存器一般由讀寫儲存器RAM構成，主要用于實時數據的存儲，容量最大為64K；特殊功能寄存器，其地址范圍一般在80H-FFH間，主要包含兩種，一種與芯片的引腳相關，另一種用于控制單片機功能。

3 單片機在溫控系統中的應用

下面以“貯液容器溫度控制系統”為研究對象，簡述單片機溫度系統設計要求和實現方案。其運行機理：溫度傳感器將現場實際溫度進行采樣記錄，后轉換為電壓信號，再經過低通濾波設備將干擾信號過濾，送至放大器中，信號經放大器放大后再通過模/數轉換器變換為數字信號，后送至單片機中，最后單片機依據設定的溫控范圍通過繼電器控制升溫設備來控制溫度。

本系統中，貯液的容器溫度作為被控參數，蒸汽的流量作為控制參數，降溫冷物料初溫作為前饋控制，組成前饋-反饋控制系統，將干擾信息排除。溫控系統的硬件組成主要有以單片機AT89C51作為主機，另配置有多路開關、D/A轉換器、A/D轉換器、V/I轉換器、傳感變送器兩路以達到貯液容器溫度自控目的。此外，還有輔助配件如鍵盤、電路顯示板和報警電路，保證系統穩定時，貯液容器溫度在工藝要求范圍內恒定。

1）前向通道設計。溫度傳感器（JUMU90型號，見下表）接收到CONV ERT有效命令后，寄存器從最高位順次開始經電流輸出的DAC在比較強上與模擬量經5KΩ電阻所產生的電流進行比較。所有位檢測完成后，SAP中包含轉換后的10位二進制碼。轉換完成后，SAP發出DR信號，單片機查詢到DR=0時，便使其打開三態緩沖器輸出數據。

JUMU90系列溫度傳感器性能指標

輸出范圍/℃ 0-500

輸出電流/mA 4-20

精確度/% 0.5

A/D轉換芯片型號[2] AD571

2）后向通道設計。本系統選用10位的D/A轉化器DA1020，以達到系統精確性要求。使用I/O口與AT89C51單片機相連接，這是由于D/A轉化器DA1020內部無鎖存器。AT89C51單片機的字長為8位的，因此每次操作僅能傳輸8位數據。可見，AT89C51單片機須連續進行兩次操作才能完成一個完整的10位數據，再傳輸到AC1020中，并且其傳輸方式采用雙緩沖器方式，以免傳輸過程中輸出電壓有毛刺現象。

3）執行器及調理電路的設計。本系統中調節閥的型號有：ZMAN 16BG型和ZGICr18Ni9Ti型，其具有對數流量特點。由于調節閥輸入信號為氣信號，而D/A轉化器輸出信號為電壓信號，因此在二者之間需加入V/I轉換器和一個電氣閥門定位器，其工作機理為先將0-5 V的電壓信號轉換為4-20 mA的電流信號，再將4-20 mA的電流信號轉換為0.02-0.04 Mpa的氣信號，從而使調節閥接收到氣信號后開始工作。

4 總結

本文主要介紹了單片機的發展史、結構組成以及以“貯液容器溫度控制系統”為例介紹了單片機在該系統中的應用。隨著社會經濟的快速發展，科技水平的不斷進步，各行業領域對溫度控制的要求提高，溫度的監控要求也相應提高，因此，溫度控制器的應用領域將愈來愈廣泛，基于單片機的溫度控制器的開發和應用也會越來越寬廣。

參考文獻

[1]李光弟.單片機基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，1994.

[2]萬光毅，嚴義，邢春香.單片機實驗與實踐教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.endprint

摘 要 溫度是日常工作和生活中一個重要物理屬性，溫度控制在各行業中具有重要的作用。隨著經濟水平的逐漸提高，社會中愈來愈多的生活細節和生產工藝對溫度的控制的準確性要求提高，由此應運而生了各種自動化和智能化控溫系統，其主要核心就是單片機。

關鍵詞 溫控系統；單片機；應用

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0061-01

1 單片機簡介

單片機，又稱微控制器，指一套完整的計算機系統集成在一個芯片上，主要包含有CPU、內存、大部分具有外存、內部和外部總線系統。單片機因其具有集成密度高、通用性能優、功能性強等特性，以及外型體積小、單位重量低、能量損耗少、準確性高、抗外界干擾能力強和便攜式使用等優異特點，被廣泛用于智能控溫系統的核心組件。

單片機最早產生于工業化控制行業，由僅含CPU的芯片作為專業處理器發展而來的。早期單片機基本是4位和8位的，發展最為成功的是INTEL和8031，后期8031發展為MCS51系列單片機系統，因其具有簡易、準確性高和優越性能等特點，一直被沿用至今。隨科技不斷進步和工業化大發展，16位單片機應運而生，但由于性價低，后快速被32位單片機替代。當今，單片機系統的開發和應用不再局限于裸機領域，而是作為嵌入式設備應用到操作系統中。單片機在電子產品中的應用愈來愈廣泛，特別是溫度檢測和控制領域。

2 單片機基本結構

單片機的基本組成有中央處理器（CPU，包括運算器和控制器）、只讀存儲器（ROM）、讀寫存儲器（RAM，又稱隨機存儲器）、輸入/輸出端口（I/O口，或并行口/串行口）等組成[1]。為使單片機能夠有節奏的進行運算和控制時，單片機內常常包含一個時鐘電路。此外，當單片機控制對象參數到達一個需要加以干預的狀態時，其內部含有的“中斷系統”指導著CPU根據具體情況而采取適當的應對措施。單片機的各組成結構通過其內部一條總線相互連接。

單片機的中央處理器作為單片機的核心部分，主要作用是用于數據的運算和操作控制。其包含的運算器作用是實現邏輯運算、位操作以及算術計算；控制器的作用是對指令進行識別，后依據指令協調計算機內部各組成單元相互工作。

儲存器是單片機另外一個重要組成部分，存儲器內每個儲存單元可容納一個八位二進制信息，一般使用兩位16進制數來表示。儲存器包含程序儲存器、數據儲存器和特殊功能寄存器三種。程序儲存器一般指在單片機處理問題前，將預先編好的程序、表格、常數等編為機器代碼后存入的儲存器，其可置于單片機內或外，還可內外兼置；數據儲存器一般由讀寫儲存器RAM構成，主要用于實時數據的存儲，容量最大為64K；特殊功能寄存器，其地址范圍一般在80H-FFH間，主要包含兩種，一種與芯片的引腳相關，另一種用于控制單片機功能。

3 單片機在溫控系統中的應用

下面以“貯液容器溫度控制系統”為研究對象，簡述單片機溫度系統設計要求和實現方案。其運行機理：溫度傳感器將現場實際溫度進行采樣記錄，后轉換為電壓信號，再經過低通濾波設備將干擾信號過濾，送至放大器中，信號經放大器放大后再通過模/數轉換器變換為數字信號，后送至單片機中，最后單片機依據設定的溫控范圍通過繼電器控制升溫設備來控制溫度。

本系統中，貯液的容器溫度作為被控參數，蒸汽的流量作為控制參數，降溫冷物料初溫作為前饋控制，組成前饋-反饋控制系統，將干擾信息排除。溫控系統的硬件組成主要有以單片機AT89C51作為主機，另配置有多路開關、D/A轉換器、A/D轉換器、V/I轉換器、傳感變送器兩路以達到貯液容器溫度自控目的。此外，還有輔助配件如鍵盤、電路顯示板和報警電路，保證系統穩定時，貯液容器溫度在工藝要求范圍內恒定。

1）前向通道設計。溫度傳感器（JUMU90型號，見下表）接收到CONV ERT有效命令后，寄存器從最高位順次開始經電流輸出的DAC在比較強上與模擬量經5KΩ電阻所產生的電流進行比較。所有位檢測完成后，SAP中包含轉換后的10位二進制碼。轉換完成后，SAP發出DR信號，單片機查詢到DR=0時，便使其打開三態緩沖器輸出數據。

JUMU90系列溫度傳感器性能指標

輸出范圍/℃ 0-500

輸出電流/mA 4-20

精確度/% 0.5

A/D轉換芯片型號[2] AD571

2）后向通道設計。本系統選用10位的D/A轉化器DA1020，以達到系統精確性要求。使用I/O口與AT89C51單片機相連接，這是由于D/A轉化器DA1020內部無鎖存器。AT89C51單片機的字長為8位的，因此每次操作僅能傳輸8位數據。可見，AT89C51單片機須連續進行兩次操作才能完成一個完整的10位數據，再傳輸到AC1020中，并且其傳輸方式采用雙緩沖器方式，以免傳輸過程中輸出電壓有毛刺現象。

3）執行器及調理電路的設計。本系統中調節閥的型號有：ZMAN 16BG型和ZGICr18Ni9Ti型，其具有對數流量特點。由于調節閥輸入信號為氣信號，而D/A轉化器輸出信號為電壓信號，因此在二者之間需加入V/I轉換器和一個電氣閥門定位器，其工作機理為先將0-5 V的電壓信號轉換為4-20 mA的電流信號，再將4-20 mA的電流信號轉換為0.02-0.04 Mpa的氣信號，從而使調節閥接收到氣信號后開始工作。

4 總結

本文主要介紹了單片機的發展史、結構組成以及以“貯液容器溫度控制系統”為例介紹了單片機在該系統中的應用。隨著社會經濟的快速發展，科技水平的不斷進步，各行業領域對溫度控制的要求提高，溫度的監控要求也相應提高，因此，溫度控制器的應用領域將愈來愈廣泛，基于單片機的溫度控制器的開發和應用也會越來越寬廣。

參考文獻

[1]李光弟.單片機基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，1994.

[2]萬光毅，嚴義，邢春香.單片機實驗與實踐教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.endprint

摘 要 溫度是日常工作和生活中一個重要物理屬性，溫度控制在各行業中具有重要的作用。隨著經濟水平的逐漸提高，社會中愈來愈多的生活細節和生產工藝對溫度的控制的準確性要求提高，由此應運而生了各種自動化和智能化控溫系統，其主要核心就是單片機。

關鍵詞 溫控系統；單片機；應用

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0061-01

1 單片機簡介

單片機，又稱微控制器，指一套完整的計算機系統集成在一個芯片上，主要包含有CPU、內存、大部分具有外存、內部和外部總線系統。單片機因其具有集成密度高、通用性能優、功能性強等特性，以及外型體積小、單位重量低、能量損耗少、準確性高、抗外界干擾能力強和便攜式使用等優異特點，被廣泛用于智能控溫系統的核心組件。

單片機最早產生于工業化控制行業，由僅含CPU的芯片作為專業處理器發展而來的。早期單片機基本是4位和8位的，發展最為成功的是INTEL和8031，后期8031發展為MCS51系列單片機系統，因其具有簡易、準確性高和優越性能等特點，一直被沿用至今。隨科技不斷進步和工業化大發展，16位單片機應運而生，但由于性價低，后快速被32位單片機替代。當今，單片機系統的開發和應用不再局限于裸機領域，而是作為嵌入式設備應用到操作系統中。單片機在電子產品中的應用愈來愈廣泛，特別是溫度檢測和控制領域。

2 單片機基本結構

單片機的基本組成有中央處理器（CPU，包括運算器和控制器）、只讀存儲器（ROM）、讀寫存儲器（RAM，又稱隨機存儲器）、輸入/輸出端口（I/O口，或并行口/串行口）等組成[1]。為使單片機能夠有節奏的進行運算和控制時，單片機內常常包含一個時鐘電路。此外，當單片機控制對象參數到達一個需要加以干預的狀態時，其內部含有的“中斷系統”指導著CPU根據具體情況而采取適當的應對措施。單片機的各組成結構通過其內部一條總線相互連接。

單片機的中央處理器作為單片機的核心部分，主要作用是用于數據的運算和操作控制。其包含的運算器作用是實現邏輯運算、位操作以及算術計算；控制器的作用是對指令進行識別，后依據指令協調計算機內部各組成單元相互工作。

儲存器是單片機另外一個重要組成部分，存儲器內每個儲存單元可容納一個八位二進制信息，一般使用兩位16進制數來表示。儲存器包含程序儲存器、數據儲存器和特殊功能寄存器三種。程序儲存器一般指在單片機處理問題前，將預先編好的程序、表格、常數等編為機器代碼后存入的儲存器，其可置于單片機內或外，還可內外兼置；數據儲存器一般由讀寫儲存器RAM構成，主要用于實時數據的存儲，容量最大為64K；特殊功能寄存器，其地址范圍一般在80H-FFH間，主要包含兩種，一種與芯片的引腳相關，另一種用于控制單片機功能。

3 單片機在溫控系統中的應用

下面以“貯液容器溫度控制系統”為研究對象，簡述單片機溫度系統設計要求和實現方案。其運行機理：溫度傳感器將現場實際溫度進行采樣記錄，后轉換為電壓信號，再經過低通濾波設備將干擾信號過濾，送至放大器中，信號經放大器放大后再通過模/數轉換器變換為數字信號，后送至單片機中，最后單片機依據設定的溫控范圍通過繼電器控制升溫設備來控制溫度。

本系統中，貯液的容器溫度作為被控參數，蒸汽的流量作為控制參數，降溫冷物料初溫作為前饋控制，組成前饋-反饋控制系統，將干擾信息排除。溫控系統的硬件組成主要有以單片機AT89C51作為主機，另配置有多路開關、D/A轉換器、A/D轉換器、V/I轉換器、傳感變送器兩路以達到貯液容器溫度自控目的。此外，還有輔助配件如鍵盤、電路顯示板和報警電路，保證系統穩定時，貯液容器溫度在工藝要求范圍內恒定。

1）前向通道設計。溫度傳感器（JUMU90型號，見下表）接收到CONV ERT有效命令后，寄存器從最高位順次開始經電流輸出的DAC在比較強上與模擬量經5KΩ電阻所產生的電流進行比較。所有位檢測完成后，SAP中包含轉換后的10位二進制碼。轉換完成后，SAP發出DR信號，單片機查詢到DR=0時，便使其打開三態緩沖器輸出數據。

JUMU90系列溫度傳感器性能指標

輸出范圍/℃ 0-500

輸出電流/mA 4-20

精確度/% 0.5

A/D轉換芯片型號[2] AD571

2）后向通道設計。本系統選用10位的D/A轉化器DA1020，以達到系統精確性要求。使用I/O口與AT89C51單片機相連接，這是由于D/A轉化器DA1020內部無鎖存器。AT89C51單片機的字長為8位的，因此每次操作僅能傳輸8位數據。可見，AT89C51單片機須連續進行兩次操作才能完成一個完整的10位數據，再傳輸到AC1020中，并且其傳輸方式采用雙緩沖器方式，以免傳輸過程中輸出電壓有毛刺現象。

3）執行器及調理電路的設計。本系統中調節閥的型號有：ZMAN 16BG型和ZGICr18Ni9Ti型，其具有對數流量特點。由于調節閥輸入信號為氣信號，而D/A轉化器輸出信號為電壓信號，因此在二者之間需加入V/I轉換器和一個電氣閥門定位器，其工作機理為先將0-5 V的電壓信號轉換為4-20 mA的電流信號，再將4-20 mA的電流信號轉換為0.02-0.04 Mpa的氣信號，從而使調節閥接收到氣信號后開始工作。

4 總結

本文主要介紹了單片機的發展史、結構組成以及以“貯液容器溫度控制系統”為例介紹了單片機在該系統中的應用。隨著社會經濟的快速發展，科技水平的不斷進步，各行業領域對溫度控制的要求提高，溫度的監控要求也相應提高，因此，溫度控制器的應用領域將愈來愈廣泛，基于單片機的溫度控制器的開發和應用也會越來越寬廣。

參考文獻

[1]李光弟.單片機基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，1994.

[2]萬光毅，嚴義，邢春香.單片機實驗與實踐教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.endprint