畢業(yè)設(shè)計(jì)---單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)在溫度控制系統(tǒng)中的基本理論和應(yīng)用技術(shù)作了較為全面的介紹。主要目的是用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制器，通過(guò)運(yùn)用PID控制算法，使得溫度保持在600度這一恒定溫度值上。該控制器具有本機(jī)給定和上位機(jī)給定的功能。</p

2、><p>　　在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)的發(fā)展歷程中，PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。PID控制是比例積分微分控制的簡(jiǎn)稱。由于模擬PID調(diào)節(jié)器控制溫度的精確模型難以建立，系統(tǒng)的參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化，運(yùn)用現(xiàn)代控制理論分析綜合要耗費(fèi)很大代價(jià)進(jìn)行模擬辨識(shí)，而且不能得到預(yù)期的效果，所以本次設(shè)計(jì)采用PID調(diào)節(jié)器，由于軟件系統(tǒng)的靈活性，PID算法可以得到修正而更加完善。</p><p>　　根據(jù)不同的測(cè)

3、溫范圍選出合適的溫度傳感器，單片機(jī)把測(cè)到的溫度進(jìn)行處理（通過(guò)內(nèi)置PID控制或與上位機(jī)通訊，由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)PID控制）后保持恒溫輸出，來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。單片機(jī)輸出的是數(shù)字量，需要經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換變?yōu)槟M量后，才能去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。</p><p>　　關(guān)鍵詞　PID控制器；傳感器；8052溫度控制</p><p><b>　　Abstract</b></p>&l

4、t;p>　　This design comprehensively introduced the basic theories and application technology of the MCU (Micro Controller Unit) in the control systems of temperature this time. The main purpose to design one temperature

5、 controller with MCU, through use PID control algorithms, make temperature keep on this invariable temperature value of 600 degrees. The controller has the function of given by own machine and top machine.</p><

6、;p>　　In the development of automatic production process, PID control has the longest history, strongest vitality which is the basic control method. It is an abbreviation of the proportion, integral and derivative. It

7、is difficult to build accurate model of analogy PID regulator to control temperature, the systematic parameter often changes, using the modern control theory to analyze and synthesize that should consume very large cost

8、to analogy identification, and can't get the anticipated result, so </p><p>　　To elect the suitable temperature sensor according to different examining the warm range, because the output of the temperatu

9、re sensor is an analog quantity of changing, therefore, need to change A/D first, transform it into digital quantity to send into the computer. After the MCU gets the examining temperature and dealt it (control or commun

10、icate with top machine through built-in PID, the top machine realize PID control) and then keep constant temperature exported to control executive body. Wh</p><p>　　Key words PID controller；A/D converter；805

11、1temperature control</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1

12、選題背景及目的1</p><p><b>　　1.2發(fā)展?fàn)顩r2</b></p><p>　　1.3各章節(jié)主要內(nèi)容3</p><p>　　第2章 系統(tǒng)方案的提出與論證4</p><p>　　2.1傳感器的選擇4</p><p><b>　　2.2驅(qū)動(dòng)部分5</b>&

13、lt;/p><p>　　2.3 PID的算法5</p><p>　　2.4 PID的控制5</p><p>　　2.4.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)5</p><p>　　2.4.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)6</p><p>　　2.4.3 階躍響應(yīng)6</p><p>　　2.5 PID控制的原理和特點(diǎn)6&l

14、t;/p><p>　　2.6 PID控制器的參數(shù)整定7</p><p>　　第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)9</p><p><b>　　3.1總體方案9</b></p><p>　　3.2主控制器與采集電路通訊9</p><p>　　3.3溫度控制12</p><p>　　

15、3.3.1D/A轉(zhuǎn)換12</p><p>　　3.3.2繼電器工作原理14</p><p>　　3.3.3 溫度控制電路原理15</p><p>　　3.4鍵盤(pán)顯示接口17</p><p>　　3.5報(bào)警部分18</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1數(shù)

16、字濾波子程序20</p><p>　　4.2PID計(jì)算程序21</p><p><b>　　結(jié)論25</b></p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　

17、附錄A28</b></p><p><b>　　附錄B29</b></p><p><b>　　附錄C38</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 選題背景及目的</p><p>　　在工農(nóng)

18、業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度的測(cè)量及控制始終占據(jù)著重要地位。在冶金、化工、機(jī)械、食品等各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、烘箱、恒溫箱等，它們均需要對(duì)溫度進(jìn)行控制。在實(shí)驗(yàn)室中，電阻爐溫度控制系統(tǒng)，是常見(jiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。</p><p>　　目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自

19、動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過(guò)輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過(guò)傳感器，變送器，通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)有很多產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的

20、應(yīng)用,出現(xiàn)了各種各樣的PID控制器產(chǎn)品。各大公司均開(kāi)發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligent regulator),其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器,能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC),還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。 可編程控制器(PLC)是利用</p><p>

21、　　由于數(shù)字PID控制系統(tǒng)中，引入了計(jì)算機(jī)，可以充分利用計(jì)算機(jī)在對(duì)采集數(shù)據(jù)加以分析并根據(jù)所的結(jié)果做出邏輯判斷等方面的能力，編制出符合某種技術(shù)要求的控制程序、管理程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的控制與管理。而且PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)，是通過(guò)軟件來(lái)完成的。改變控制規(guī)律，只要改變相應(yīng)的程序即可，因此，數(shù)字PID控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常使用。 </p><p>　　由于單片機(jī)和傳感器的多樣化，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)溫度控制系統(tǒng)要應(yīng)用的領(lǐng)域來(lái)

22、決定選擇什么樣的單片機(jī)做主控制器，傳感器的選擇也因其使用的環(huán)境而不同。所以溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是多樣的。本文研究的系統(tǒng)采用的是北京集成電路設(shè)計(jì)中心與愛(ài)特梅爾公司聯(lián)合設(shè)計(jì)的AT89C52單片機(jī)。</p><p><b>　　1.2發(fā)展?fàn)顩r</b></p><p>　　由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)。近十幾

23、年來(lái)，單片機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程控制、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計(jì)算、商業(yè)管理和辦公室自動(dòng)化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。近幾年來(lái)，單片機(jī)的發(fā)展更為迅速，它已滲透到諸多學(xué)科和領(lǐng)域，以及人們生活的各個(gè)方面。在單片機(jī)家族的眾多成員中，MCS-51系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。目前可用于MCS-51系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)的硬件越來(lái)越多，與其配套的各類開(kāi)發(fā)

24、系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善，因此，可以極方便的利用現(xiàn)有資源，開(kāi)發(fā)出用于不同目的的各類應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計(jì)算機(jī)的功能也不斷增強(qiáng)，許多高性能的新型機(jī)種不斷涌現(xiàn)出來(lái)。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、重量輕、可靠性高、造價(jià)低、通用靈活和開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動(dòng)化和各個(gè)測(cè)控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定向、汽車(chē)火花控制、交通管理和微波爐等專用控制上在工業(yè)生產(chǎn)中成為必不可少的

25、器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。</p><p>　　在溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)更是起到了不可替代的核心作用。在工業(yè)生產(chǎn)如：用于熱處理的加熱爐、用于融化金屬的坩鍋電阻爐等，在日常生活中如：熱水器、電熱毯等等，都用到了電阻加熱的原理。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在工業(yè)中，上述設(shè)備對(duì)溫度的控制要求越來(lái)越高，隨著人們生活水平的提高，對(duì)日常用品的自動(dòng)化也提出了更高的要求，單片機(jī)的不斷更新?lián)Q代，滿足了上述的要求，達(dá)到自動(dòng)控

26、制品質(zhì)的目的。</p><p>　　1.3各章節(jié)主要內(nèi)容</p><p><b>　　本論文共分成四章：</b></p><p>　　第1章主要是選題背景和發(fā)展?fàn)顩r；第2章提出了系統(tǒng)的方案與論證，形成一個(gè)大體輪廓；第3章對(duì)系統(tǒng)硬件電路部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要是接口連接和硬件傳感器的設(shè)計(jì)；第4章系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)，包括各個(gè)子程序和對(duì)應(yīng)的流程圖。<

27、/p><p>　　第2章 系統(tǒng)方案的提出與論證 </p><p>　　2.1傳感器的選擇</p><p>　　在日常生活和生產(chǎn)中經(jīng)常遇到需要對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制的問(wèn)題。在溫度檢測(cè)系統(tǒng)中就需要用到溫度傳感器。人們?cè)诤芫靡郧熬烷_(kāi)始了解溫度的測(cè)量，所以溫度傳感器種類繁多，有熱敏電阻、紅外溫度傳感器、熱電偶等等。熱電偶和熱電阻測(cè)量的是電壓值，需要轉(zhuǎn)換成溫度，外部硬件電路很復(fù)雜

28、，也不便于調(diào)試。另外使用熱電偶時(shí)，通常要求冷端T0保持0度，但實(shí)際上很難做到。除此之外還有模擬集成溫度傳感器，其特點(diǎn)是測(cè)溫誤差小、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小。但是仍然在測(cè)量到溫度值后要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，電路復(fù)雜，使用不方便。</p><p>　　有些集成溫度傳感器可以配微處理器和單片機(jī)，構(gòu)成智能化的溫度檢測(cè)系統(tǒng)。這其中一個(gè)很大的變化就是傳感器由以前的模擬輸出轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訑?shù)字輸出，省去了傳統(tǒng)溫度測(cè)量電路中的調(diào)理、變

29、送、補(bǔ)償、轉(zhuǎn)換、修正等環(huán)節(jié)。這樣整個(gè)測(cè)量電路不會(huì)引入附加誤差，測(cè)溫系統(tǒng)的精度與分辨力完全由數(shù)字化的傳感器所決定。用這種先進(jìn)的傳感器芯片構(gòu)成測(cè)控溫度系統(tǒng)，具有電路簡(jiǎn)單，測(cè)控溫度精度高等顯著優(yōu)點(diǎn)。并且抗干擾能力強(qiáng)，能夠遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，用戶可設(shè)定溫度上、下限，有越限自動(dòng)報(bào)警的功能，自帶串行總線接口等優(yōu)點(diǎn)，適配各種微控制器，含微處理器和單片機(jī)，是研制和開(kāi)發(fā)具有高性價(jià)比的新一代溫度控制系統(tǒng)所必不可少的核心器件。</p><p&g

30、t;　　智能溫度傳感器的典型產(chǎn)品有DS1820、DS18S20、DS18B20、DS1821、DS1822、DS1624、DS1629等型號(hào)。本文所選用的是美國(guó)DSLLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20，它是該公司在研制出DS1820后最新推出的一種改進(jìn)型產(chǎn)品。所以它具有DS1820的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，它有獨(dú)特的性能特點(diǎn)：</p><p>　　獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信。</p>

31、<p><b>　　不需要外部器件。</b></p><p>　　可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0～5.5V。</p><p><b>　　零待機(jī)功耗。</b></p><p>　　溫度以9或12位數(shù)字量讀出。</p><p>　　用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置。</p>

32、<p>　　報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度的器件。 </p><p><b>　　2.2驅(qū)動(dòng)部分</b></p><p>　　方案一:此方案采用SPCE061A單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，此單片機(jī)內(nèi)置8路ADC,2路DAC,且集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，配有很多語(yǔ)音播放函數(shù)，用SPCE061A實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播放極為方便。另外，比較方便的是該芯片內(nèi)置在線仿真、編程接口，可以方便實(shí)現(xiàn)在

33、線調(diào)試，這大大加快了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與調(diào)試。但是，他的成本太高我們不便采用。 </p><p>　　方案二：此方案采用89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，AT89C52是低功耗、高性能的CMOS8位單片機(jī)，片上帶有8KFlash存儲(chǔ)器，且允許在系統(tǒng)改寫(xiě)或用編程器編程。另外，AT89C51的指令系統(tǒng)和引腳80C52完全兼容。所以，AT89C52單片機(jī)應(yīng)用極為廣泛。</p><p>　　2.3 PID的算法<

34、;/p><p>　　基本偏差:e(t) 表示當(dāng)前測(cè)量值與設(shè)定目標(biāo)之差，設(shè)定目標(biāo)是被減數(shù)，結(jié)可以是正或負(fù)。</p><p>　　正數(shù)表示還沒(méi)有達(dá)到，負(fù)數(shù)表示已經(jīng)超過(guò)了設(shè)定值。這是面向比例項(xiàng)用的變動(dòng)數(shù)據(jù)。</p><p>　　累計(jì)偏差：∑e(t)= e(t) + e(t-1) + e(t-2)+…….+e(1),這是我們每一次測(cè)量到的偏差值的總和，這是代數(shù)和，考慮到正負(fù)符

35、號(hào)的運(yùn)算，這是面向積分項(xiàng)用的變動(dòng)數(shù)據(jù)。</p><p>　　基本偏差的相對(duì)偏差：e(t) – e(t-1)，用本次的基本偏差減去上一次的基本偏差，用于考察當(dāng)前控制的對(duì)象的趨勢(shì)，作為快速反應(yīng)的重要依據(jù)，這是面向微分項(xiàng)的一個(gè)變動(dòng)數(shù)據(jù)。 </p><p>　　比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過(guò)

36、大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。</p><p>　　積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。</p><p>　　微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)

37、性能。</p><p>　　2.4 PID的控制</p><p>　　2.4.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) </p><p>　　開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器(controller)的輸出沒(méi)有影響。在這種控制系統(tǒng)中,不依賴將被控量以形成任何閉反送回來(lái)的閉環(huán)回路。</p>

38、<p>　　2.4.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)</p><p>　　閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象輸出(被控制量)會(huì)反送回來(lái)影響控制器的輸出,形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋,若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反,則稱為負(fù)反饋( Negative Feedback),若極性相同,則稱為正反饋,一般閉環(huán)控制系

39、統(tǒng)均采用負(fù)反饋,又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng),眼睛便是傳感器,充當(dāng)反饋,人體系統(tǒng)能通過(guò)不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒(méi)有眼睛,就沒(méi)有了反饋回路,也就成了一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。另例,當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈,并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源,它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.4.3 階躍響應(yīng) </p>

40、<p>　　階躍響應(yīng)是指將一個(gè)階躍輸入（step function）加到系統(tǒng)上時(shí),系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字來(lái)描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability),一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作,首先必須是穩(wěn)定的,從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控制精度,通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)(Steady-state error)&#

41、160;描述,它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性,通常用上升時(shí)間來(lái)定量描述。 </p><p>　　2.5 PID控制的原理和特點(diǎn) 　　在工程實(shí)際中,應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡(jiǎn)稱PID控制,又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)

42、不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí),控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí),系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定,這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí),最適合用PID控制技術(shù)。PID控制,實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。  (1)比例（P）控制 　　比例控制

43、是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 </p><p>　　(2)積分（I）控制 　　在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（System with

44、60;Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分,隨著時(shí)間的增加,積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣,即便誤差很小,積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大,它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小,直到等于零。因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 </p><p>　　(3)微分（D）控制 　　在微分

45、控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時(shí),抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō),在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的,比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的

46、是“微分項(xiàng)”,它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì),這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負(fù)值,從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。 2.6 PID控制器的參數(shù)整定  PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器

47、參數(shù)整定的方法很多,概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這</p><p>　　第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1總體方案</b></p><p>　　該系統(tǒng)是以AT89C52單片機(jī)為主控制器的智能化溫度控制系統(tǒng)。采用定時(shí)檢測(cè)和調(diào)節(jié)的方式。首先由定時(shí)器或軟件定時(shí)，

48、定時(shí)時(shí)間到后啟動(dòng)智能溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量結(jié)果送CPU，并在CPU的控制下顯示結(jié)果。利用鍵盤(pán)輸入控制目標(biāo)。CPU把測(cè)量的結(jié)果與給定值比較，進(jìn)行PID計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出DAC信號(hào)，并加上反相器使輸出電壓范圍為0～5V，通過(guò)在固態(tài)繼電器前端連入電阻使電壓變?yōu)?～1.7V，固態(tài)繼電器在該電壓范圍內(nèi)線性工作，輸出的電壓控制繼電器的通導(dǎo)，對(duì)爐溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而使?fàn)t溫控制在預(yù)定的范圍之內(nèi)。</p&g

49、t;<p>　　溫度采集部分采用DS18B20測(cè)溫，它是單線智能溫度傳感器，不需要A/D轉(zhuǎn)換，可以直接測(cè)量出數(shù)字式的溫度值送入主控制器。采集溫度時(shí)對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化，然后執(zhí)行ROM操作命令，再執(zhí)行暫存器操作命令，最后完成數(shù)據(jù)處理。通過(guò)鍵盤(pán)向CPU輸入用戶設(shè)定的報(bào)警溫度上限值和下限值，完成溫度轉(zhuǎn)換之后，DS18B20就把測(cè)得的溫度值同上下限值比較，如果超出所設(shè)定的范圍，將該器件的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對(duì)CPU發(fā)出的報(bào)警搜

50、索命令做出響應(yīng)。該傳感器使用同步串行總線接口技術(shù)，串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)地傳送，數(shù)據(jù)接收設(shè)備將接收到的串行形式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行形式進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。通過(guò)主控制器的定時(shí)器建立一個(gè)30μs的同步脈沖實(shí)現(xiàn)與溫度檢測(cè)回路的通信。CPU經(jīng)過(guò)單線接口訪問(wèn)DS18B20，CPU對(duì)ROM操作完畢，即發(fā)出控制操作命令，使DS18B20完成溫度測(cè)量并將結(jié)果存

51、入高速暫存器中，然后讀出該結(jié)果。由繼電器及其外部電路如D/A轉(zhuǎn)換等實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制功能。 </p><p>　　3.2主控制器與采集電路通訊</p><p>　　AT89C52是低功耗、高性能的CMOS8位單片機(jī)，片上帶有8KFlash存儲(chǔ)器，且允許在系統(tǒng)改寫(xiě)或用編程器編程。另外，AT89C51的指令系統(tǒng)和引腳80C52完全兼容。所以，AT89C52單片機(jī)應(yīng)用極為廣泛。</p>

52、<p>　　單片機(jī)在開(kāi)機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便CPU以及其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。AT89C52的RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，持續(xù)時(shí)間要有24個(gè)時(shí)鐘周期以上。本系統(tǒng)中時(shí)鐘頻率為12MHz，復(fù)位脈沖寬度至少應(yīng)為2μs。主控制器與傳感器連接電路如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 主控器與傳感器的連接電路</p><p&

53、gt;　　由AT89C52根據(jù)總線的接口規(guī)范向智能溫度傳感器發(fā)送諸如啟動(dòng)轉(zhuǎn)換、設(shè)置配置寄存器、讀取溫度等命令。智能溫度傳感器則向AT89C52回送當(dāng)前溫度值等數(shù)據(jù)。二者之間的數(shù)據(jù)傳輸完全是串行的。</p><p>　　主控制器與溫度檢測(cè)系統(tǒng)使用同步串行總線通信，串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)地傳送，數(shù)據(jù)接收設(shè)備將接收到的串行形式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行形式進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘

54、對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。此時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍，同時(shí)傳送的字符間不留間隙，即保持位同步關(guān)系，也保持字符同步關(guān)系。發(fā)送方對(duì)接收方的同步通過(guò)外同步來(lái)實(shí)現(xiàn)。發(fā)送方在每個(gè)比特周期都向接收方發(fā)送一個(gè)同步脈沖。接收方根據(jù)這些同步脈沖來(lái)完成接收過(guò)程。</p><p>　　DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。單線總線在空閑狀態(tài)下呈高電平。操作單線總線時(shí)

55、，必須從空閑狀態(tài)開(kāi)始。單線總線加低電平的時(shí)間超過(guò)480μs時(shí)，總線上所有的器件都被復(fù)位。通信協(xié)議規(guī)定了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫(xiě)0、寫(xiě)1、讀0、讀1等幾種信號(hào)的時(shí)序。除了應(yīng)答脈沖，其余信號(hào)均由CPU控制。寫(xiě)時(shí)序包括寫(xiě)“0”時(shí)序和寫(xiě)“1”時(shí)序。所有寫(xiě)時(shí)序都至少需要60μs，且在兩次獨(dú)立的寫(xiě)時(shí)序之間至少需要1μs的恢復(fù)時(shí)間。兩種寫(xiě)時(shí)序均起始于主機(jī)拉低總線。對(duì)于寫(xiě)“1”時(shí)序，主機(jī)在拉低總線后，接著必須在15μs內(nèi)釋放總線，由上拉電阻將總線拉至高電

56、平；而對(duì)于寫(xiě)“0”時(shí)序，在主機(jī)拉低總線后，只需要在整個(gè)時(shí)序內(nèi)保持低電平即可（至少60μs）。在寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始后的15～60μs期間內(nèi)，保持單線器件采樣總線電平狀態(tài)。如果在此期間采樣為高電平，則對(duì)該器件寫(xiě)入邏輯1，低電平則寫(xiě)入邏輯0。</p><p>　　只有在主機(jī)啟動(dòng)了讀時(shí)序后，器件才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。所以一般在主機(jī)給單線器件發(fā)送了讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便器件能傳輸數(shù)據(jù)。所有的讀時(shí)序需要至少60μs，且在

57、兩次獨(dú)立的讀時(shí)序之間需要1μs的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，拉低總線至少1μs，然后釋放單線。在主機(jī)發(fā)起讀時(shí)序之后，單線器件開(kāi)始在總線上發(fā)送0或1。若其發(fā)送1，則保持總線為高電平。若發(fā)送0，則器件拉低總線，在該時(shí)序結(jié)束后釋放總線，由上拉電阻將總線拉回空閑高電平狀態(tài)。從機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)在起始時(shí)序之后15μs內(nèi)保證可靠有效。因此主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且要在時(shí)序開(kāi)始后的15μs內(nèi)完成采樣總線狀態(tài)。</p><p

58、>　　每次的命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)啟動(dòng)寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始的，如果要求單線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行完寫(xiě)命令后，主機(jī)需要啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。在對(duì)一位的“0”和“1”規(guī)定好時(shí)序后，命令字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)的發(fā)送就表現(xiàn)為多個(gè)“0”、“1”在時(shí)間上的排列。</p><p>　　主CPU經(jīng)過(guò)單線接口訪問(wèn)DS18B20的工作流程為：對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化，接著進(jìn)行ROM操作命令，然后進(jìn)行存儲(chǔ)器操作

59、命令，最后對(duì)數(shù)據(jù)處理。CPU對(duì)ROM操作完畢即發(fā)出控制操作命令，使DS18B20完成溫度測(cè)量并將測(cè)量結(jié)果存入高速暫存器中，然后讀出結(jié)果。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后。當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位S=1時(shí)，表示測(cè)得

60、的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。</p><p>　　一旦CPU檢測(cè)到從屬器件的存在，就發(fā)出ROM命令。所有ROM操作命令均為8位字長(zhǎng)。主CPU對(duì)ROM的操作命令有以下5種：</p><p>　　(1)讀ROM命令。該命令允許CPU讀取DS18B20中的8位產(chǎn)品系列編碼、48位序列號(hào)以及8位的CRC。只有在總線上存在DS18B20(溫度采集)的時(shí)候才能使用這個(gè)命令。&l

61、t;/p><p>　　(2)符合ROM命令。主CPU在發(fā)出“符合”ROM命令后，接著送出64位ROM數(shù)據(jù)序列，從而使CPU實(shí)現(xiàn)對(duì)單線總線上特定DS18B20的尋址。</p><p>　　(3)搜索ROM命令。允許主CPU使用“消除法”識(shí)別總線上所有DS18B20的64位ROM編碼，完成整個(gè)系統(tǒng)的初始化工作。</p><p>　　(4)跳過(guò)ROM命令。該命令使主CPU不必

62、提供64位ROM編碼就能訪問(wèn)DS18B20。在單線總線的情況下可以節(jié)省時(shí)間。</p><p>　　(5)報(bào)警搜索命令。該命令僅在最近一次溫度測(cè)量出現(xiàn)報(bào)警的情況下，DS18B20才對(duì)該命令做出響應(yīng)。報(bào)警條件定義為溫度高于TH或者低于TL。只要DS18B20不掉電，報(bào)警狀態(tài)將一直保持，直到再一次測(cè)得的溫度值達(dá)不到報(bào)警條件。</p><p><b>　　3.3溫度控制</b>

63、;</p><p>　　3.3.1 D/A轉(zhuǎn)換</p><p>　　由于計(jì)算機(jī)采集與處理的是數(shù)字量，而受控對(duì)象需要的是模擬量信號(hào)，所以需要進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換器是一種能把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電子器件。DAC的種類繁多，DAC0832是常用的一種，由美國(guó)國(guó)民半導(dǎo)體公司研制，是一個(gè)8位單片D/A轉(zhuǎn)換器，它的連接電路如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 D

64、AC0832的硬件電路</p><p>　　DAC0832主要由兩個(gè)8位寄存器和一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器組成。8位輸入寄存器用于存放CPU送來(lái)的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由加以控制。8位DAC寄存器用于存放等待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由控制。8位D/A轉(zhuǎn)換電路由8位T型電阻網(wǎng)絡(luò)和電子開(kāi)關(guān)組成，電子開(kāi)關(guān)受8位DAC寄存器輸出控制，T型電阻網(wǎng)絡(luò)能輸出和數(shù)字量成正比的模擬電流。因此，DAC0832通常需要外接運(yùn)算放大器才能

65、得到模擬輸出電壓。</p><p>　　DAC0832的數(shù)字量輸入線DI7～DI0和CPU數(shù)據(jù)總線相連，用于輸入CPU送來(lái)的待轉(zhuǎn)化數(shù)字量，DI7為最高位。CS為片選線，當(dāng)CS為低電平時(shí)，本片被選中工作；當(dāng)為高電平時(shí)，本片不被選中工作。ILE為允許數(shù)字量輸入線。當(dāng)ILE為高電平時(shí)，8位輸入寄存器允許數(shù)字量輸入。為傳送控制輸入線，低電平有效。和為兩條寫(xiě)命令輸入線。用于控制數(shù)字量輸入到輸入寄存器：若ILE為“1”、為“

66、0”和為“0”同時(shí)滿足，8位輸入寄存器接收信號(hào)；若上述條件中有一個(gè)不滿足，8位輸入寄存器鎖存DI7～DI0上的輸入數(shù)據(jù)。用于控制D/A轉(zhuǎn)換的時(shí)間：若和同時(shí)為低電平，則8位DAC寄存器輸出跟隨輸入；否則8位DAC寄存器鎖存數(shù)據(jù)。和的脈沖寬度要求不小于500ms，即便VCC提高到15V，其脈寬也不應(yīng)小于100ms。</p><p>　　DAC0832采用R-2R T型網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換法。它由二級(jí)緩沖寄存器和D/A轉(zhuǎn)換電路組成

67、，可直接與CPU總線連接，接口比較簡(jiǎn)單。Rfb為運(yùn)算放大器反饋線，常常接到運(yùn)算放大器輸出端。IOUT1和IOUT2為兩條模擬電流輸出線。IOUT1+IOUT2為一常數(shù)：若輸入數(shù)字量為全“1”，則IOUT1為最大，IOUT2為最?。蝗糨斎霐?shù)字量為全“0”，則IOUT1最小，IOUT2最大。為了保證額定負(fù)載下輸出電流的線性度，IOUT1和IOUT2引腳上的電位必須盡量接近低電平。為此，IOUT1和IOUT2通常接運(yùn)算放大器輸入端。由于輸出的

68、模擬電壓范圍是-5～0V，所以再加以反相器使電壓變?yōu)?～+5V。VREF為參考電壓輸入端，用來(lái)將外部基準(zhǔn)電壓與片內(nèi)的T型電阻網(wǎng)絡(luò)連接。</p><p>　　DAC用途很廣，在需要單極性模擬電壓環(huán)境下，可以采用如圖3.2所示接線。由D/A轉(zhuǎn)換器原理可得出輸出電壓對(duì)輸入數(shù)字量的關(guān)系為：</p><p><b>　　式中；為一常數(shù)。</b></p><p

69、>　　顯然，和B成正比關(guān)系。輸入數(shù)字量B為0時(shí)，也為0，輸入數(shù)字量為255時(shí)，為負(fù)的最大值，輸出電壓為負(fù)的單極性。</p><p>　　作為單片機(jī)的一個(gè)外圍I/O接口，口地址設(shè)為0DFFH。這樣CPU只要執(zhí)行一條輸出指令，就可以把數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入0832的DAC寄存器，然后輸出一個(gè)模擬的電壓信號(hào)。</p><p>　　3.3.2 繼電器工作原理</p><p>　

70、　繼電器是電氣控制中常用的控制器件。使用觸點(diǎn)式繼電器控制，由于采用電磁吸合方式，在開(kāi)關(guān)瞬間，觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電火花，從而引起干擾。在大功率、高壓等場(chǎng)合，觸點(diǎn)還容易氧化，因而影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。所以本系統(tǒng)中采用固態(tài)繼電器，較好地克服了這方面的問(wèn)題。</p><p>　　固態(tài)繼電器是用晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，再把光電隔離器作為前級(jí)構(gòu)成一個(gè)整體。因此，固態(tài)繼電器實(shí)際上是一種帶光電隔離器的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。固態(tài)繼

71、電器有直流型和交流型之分。對(duì)于交流供電的負(fù)載，其開(kāi)關(guān)量的輸出控制可用交流型固態(tài)繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　由于固態(tài)繼電器輸入控制電流小，輸出無(wú)觸點(diǎn)，所以與電磁觸點(diǎn)式繼電器相比，具有體積小、重量輕、無(wú)機(jī)械噪聲、無(wú)抖動(dòng)和回跳、開(kāi)關(guān)速度快、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。</p><p>　　下面說(shuō)明交流型SSR的工作原理，圖3.3是它的工作原理框圖。</p>

72、<p>　　圖3.3 SSR工作原理圖</p><p>　　從整體上看，SSR只有兩個(gè)輸入端(A和B)及兩個(gè)輸出端(C和D)，是一種四端器件。工作時(shí)只要在A、B上加上一定的控制信號(hào)，就可以控制C、D兩端之間的“通”和“斷”，實(shí)現(xiàn)“開(kāi)關(guān)”的功能，其中耦合電路的功能是為A、B端輸入的控制信號(hào)提供一個(gè)輸入/輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開(kāi)SSR中輸入端和輸出端之間的(電)聯(lián)系，以防止輸出端對(duì)輸入端的影響，耦

73、合電路用的元件是“光耦合器”，它動(dòng)作靈敏、響應(yīng)速度高、輸入與輸出端間的絕緣(耐壓)等級(jí)高；由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，這使SSR的輸入端很容易做到與輸入信號(hào)電平相匹配，在使用時(shí)可直接與計(jì)算機(jī)輸出接口相接，即受“1”與“0”的邏輯電平控制。觸發(fā)電路的功能是產(chǎn)生合乎要求的觸發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電路工作。但由于開(kāi)關(guān)電路在不加特殊控制電路時(shí)，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)，為此特設(shè)“過(guò)零控制電路”。所謂“過(guò)零”是指，當(dāng)加入控制信號(hào)，交

74、流電壓過(guò)零時(shí)，SSR即為通態(tài)；而當(dāng)斷開(kāi)控制信號(hào)后，SSR要等待交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn)(零電位)時(shí)，SSR才為斷態(tài)。這種設(shè)計(jì)能防止高次諧波的干擾和對(duì)電網(wǎng)的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來(lái)的尖峰、浪涌(電壓)</p><p>　　3.3.3 溫度控制電路原理</p><p>　　由于DAC0832輸出的電壓范圍是-5～0V，不能直接加在固態(tài)繼電器上。固態(tài)繼電器的線性工作范圍是1～1.

75、7V，所以在DAC0832輸出端加上反相器使電壓范圍變成0～5V再加上合適的電阻，使輸出電壓范圍縮小到1～1.7V，以便使固態(tài)繼電器的工作在線性范圍內(nèi)，再將固態(tài)繼電器與電阻爐連接，通過(guò)固態(tài)繼電器的通導(dǎo)來(lái)對(duì)電阻爐進(jìn)行溫度控制。電路圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 溫度控制電路</p><p>　　在圖3.4中VCC=+5V，設(shè)DAC0832的輸出電壓為，設(shè)四個(gè)電阻相交于A點(diǎn)，

76、R4的作用是限制電流，其電流很小，在計(jì)算中暫時(shí)不考慮。為了使輸出電壓在1～1.7V范圍內(nèi)，當(dāng)=0V時(shí)，=1V，此時(shí)與并聯(lián)后再與串聯(lián)，則根據(jù)電流關(guān)系可得到關(guān)系式：將=1v，=5v代入關(guān)系式可得</p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　當(dāng)=5V，=1.7V此時(shí)與并

77、聯(lián)后與串聯(lián)，可得關(guān)系式</p><p>　　=1.7V，=5V時(shí)代入得：</p><p>　　即1.7=3.3+3.3可得</p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　由(1)(2)兩式得 </p><p>　　即 </p><

78、;p>　　可得 </p><p>　　選定=1K，則4.7K，3.3K將選定的電阻連入電路，</p><p>　　當(dāng)=0V時(shí)，求得 =0.99957V1V</p><p>　　當(dāng)=5V時(shí)，求得 =1.7014V1.7V</p><p>　　證實(shí)了所選電阻阻值可以滿足輸出電壓在1～1.7V范圍內(nèi)，可以使固態(tài)繼

79、電器工作在線性范圍內(nèi)，以便對(duì)電阻爐的溫度進(jìn)行控制。</p><p>　　3.4 鍵盤(pán)顯示接口 </p><p>　　如圖3.5所示，鍵盤(pán)顯示系統(tǒng)采用8155芯片控制4×4矩陣鍵盤(pán)和4個(gè)七段數(shù)碼管LED顯示，以實(shí)現(xiàn)用戶的輸入和數(shù)據(jù)輸出。鍵盤(pán)的16個(gè)鍵中0－9為數(shù)字鍵，A－F為功能鍵，完成參數(shù)設(shè)置、顯示方式選擇、自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)停止和啟動(dòng)。 </p><p&g

80、t;　　系統(tǒng)中將8155的B口作為顯示接口，經(jīng)74LS48的驅(qū)動(dòng)器與LED相連，8155的A口的PA3－PA0作為掃描接口，從B口的PB3－PB0讀入列值，鍵盤(pán)處理為中斷方式，所以8155的B口工作在兩種方式下：在顯示狀態(tài)時(shí)為輸入方式，在鍵盤(pán)中斷服務(wù)程序處理過(guò)程中為輸入方式。</p><p>　　圖3.5 LED數(shù)碼顯示電路</p><p>　　動(dòng)態(tài)顯示需要CPU時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新

81、，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。</p><p><b>　　3.5 報(bào)警部分</b></p><p>　　可采用單頻報(bào)警，如圖3.6所示，其中7406是驅(qū)動(dòng)器，接在8031的P

82、1.0口，在8031使P1.0輸出高電平時(shí)，7406輸出低電平，使蜂鳴器鳴音，反之，使蜂鳴器停止鳴音。 </p><p>　　功率放大電路我們選用采用了PNP型共發(fā)射極放大電路，它的輸入阻抗幾百～幾千歐，輸出阻抗幾千～幾十千歐，電壓放大倍數(shù)大，電流放大倍數(shù)大，功率放大倍數(shù)大。電聲器件選用最常用的電動(dòng)式錐形紙盆揚(yáng)聲器。</p><p><b>　　圖3.6報(bào)警電路</b>

83、;</p><p><b>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　溫度控制程序所要完成的任務(wù)：8031，8155芯片的初始化以及分配內(nèi)存單片及設(shè)置定時(shí)器參數(shù)，溫度采樣，數(shù)字濾波，進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算，判斷溫度是否在規(guī)定范圍內(nèi)，超限報(bào)警和處理；顯示溫度及輸入控制。 </p><p><b>　　4.1主程序</b><

84、;/p><p>　　溫度控制系統(tǒng)的主程序如圖4.1所示。</p><p>　　圖 4.1溫度控制系統(tǒng)主程序圖</p><p>　　4.2 PID計(jì)算程序</p><p>　　我們可以根據(jù)上式編程，相應(yīng)程序框圖如圖4.2所示，</p><p>　　圖4.2 PID計(jì)算程序流程圖</p><p>&l

85、t;b>　　程序清單如下：</b></p><p>　　PID:MOVR5,31H ;UR送R5R4</p><p>　　MOVR4,32H;UR送R5R4</p><p>　　MOVR3,2AH;Ui(K)送R3R2</p><p>　　MOVR2,#00H;

86、Ui(K)送R3R2</p><p>　　ACALLCPL1;取Ui(K)的補(bǔ)碼</p><p>　　ACALLDSUM;計(jì)數(shù)E(K)</p><p>　　MOV39H,R7;E(K)送39H和3AH單元</p><p>　　MOV3AH,R6;E(K)送39H和3AH單元<

87、;/p><p>　　MOVR5,35H;KI送R5R4</p><p>　　MOVR4,36H;KI送R5R4</p><p>　　MOVR0,#4AH;積始址4AH送R0</p><p>　　ACALLMULT1;計(jì)算PI=KI*E(K)</p><p>　　

88、MOVR5,39H;E(K)送R5R4</p><p>　　MOVR4,3AH;E(K)送R5R4</p><p>　　MOVR3,3BH;E(K-1)送R3R2</p><p>　　MOVR2,3CH;E(K-1)送R3R2</p><p>　　ACALLCPL1

89、;對(duì)E(K-1)求補(bǔ)</p><p>　　ACALLDSUM;求[E(K)-E(K-1)]</p><p>　　MOVR5,33H;Kp送R5R4</p><p>　　MOVR4,34H;Kp送R5R4</p><p>　　MOVR0,#46H;積始址46H送R0</p&g

90、t;<p>　　ACALLMULT1;求得Pp</p><p>　　MOVR5,49H;Pp的高16位送R5R4</p><p>　　MOVR4,48H;Pp的高16位送R5R4</p><p>　　MOVR3,4DH;KP1送R3R2</p><p>　　MOV

91、R2,4CH;KP1送R3R2</p><p>　　ACALLDSUM;求得Pp+PI</p><p>　　MOV4AH,R7;存入4AH和4BH單元</p><p>　　MOV4BH,R6;存入4AH和4BH單元</p><p>　　MOVR5,39H;E(K)送

92、R5R4</p><p>　　MOVR4,3AH;E(K)送R5R4</p><p>　　MOVR3,3DH;E(K-2)送R3R2</p><p>　　MOVR2,3EH;E(K-2)送R3R2</p><p>　　ACALLDSUM;計(jì)算E(K)+E(K-2)</p&g

93、t;<p>　　MOVR5,R7;存入R5R4</p><p>　　MOVR4,R6;存入R5R4</p><p>　　MOVR3,3BH;E(K-1)送R3R2</p><p>　　MOVR2,3CH;E(K-1)送R3R2</p><p>　　ACALLC

94、PL1;對(duì)E(K-1)求補(bǔ)</p><p>　　ACALLDSUM;計(jì)算E(K)+E(K-2)-E(K-1)</p><p>　　MOVR5,R7;存入R5R4</p><p>　　MOVR4,R6;存入R5R4</p><p>　　MOVR3,3BH;E(K-1)送R

95、3R2</p><p>　　MOVR2,3CH;E(K-1)送R3R2</p><p>　　ACALLCPL1;對(duì)E(K-1)求補(bǔ)</p><p>　　ACALLDSUM;求E(K)-2E(K-1)+E(K-2)</p><p>　　MOVR5,37H;KD送R5R4</p

96、><p>　　MOVR4,38H;KD送R5R4</p><p>　　MOVR0,#46H;積始址46H送R0</p><p>　　ACALLMULT1;求得PD</p><p>　　MOVR5,49H;送入R5R4</p><p>　　MOVR4,48H

97、;送入R5R4</p><p>　　MOVR3,4AH;Pp+PI送R3R2</p><p>　　MOVR2,4BH;Pp+PI送R3R2</p><p>　　ACALLDAUM;求得Pp+PI+PD</p><p>　　MOVR3,R7;送入R3R2</p>

98、;<p>　　MOVR2,R6;送入R3R2</p><p>　　MOVR5,2FH;P(K-1)送R5R4</p><p>　　MOVR4,30H;P(K-1)送R5R4</p><p>　　ACALLDSUM;求出P(K)</p><p>　　MOV2FH

99、,R7;存入2FH和30H單元</p><p>　　MOV30H,R6;存入2FH和30H單元</p><p>　　MOV3DH,3BH;E(K-1)送E(K-2)單元</p><p>　　MOV3EH,3CH;E(K-1)送E(K-2)單元</p><p>　　MOV3BH,39H

100、;E(K)送E(K-1)單元</p><p>　　MOV3CH,3AH;E(K)送E(K-1)單元</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本系統(tǒng)核心是控制算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，各方面指標(biāo)基本達(dá)到題目要求。通過(guò)完成本

101、次設(shè)計(jì)，我對(duì)PID控制算法的實(shí)現(xiàn)、單片機(jī)內(nèi)部工作原理及其相關(guān)芯片實(shí)現(xiàn)的功能有了更深、更進(jìn)一步的了解和認(rèn)識(shí)，使以前所學(xué)的知識(shí)更全面、系統(tǒng)化了。</p><p>　　此系統(tǒng)是一種高效低成本的系統(tǒng)，他具有很多優(yōu)點(diǎn)，適合在很多場(chǎng)所中的具體情況，具有很強(qiáng)的推廣優(yōu)勢(shì)，而且很方便實(shí)現(xiàn)應(yīng)用場(chǎng)所的實(shí)時(shí)操控。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于PID算法的應(yīng)用，但是還有許多需要改進(jìn)的地方。如對(duì)于溫度傳感器，供我

102、們選擇的也有很多種，但是DS18B20溫度傳感器芯片可直接把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)讀取是我們選擇該芯片的主要原因。但現(xiàn)在新出現(xiàn)的傳感器功能更加的齊全在許多的領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用也是可以選擇的。</p><p>　　通過(guò)對(duì)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我在各方面都掌握了很多有用的知識(shí)，比如在傳感器方面、計(jì)算機(jī)軟件硬件技術(shù)等。達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的最終目的。</p><p><b>　　致謝&l

103、t;/b></p><p>　　在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的努力，終于順利地完成了。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)自始至終都是在指導(dǎo)教師xx老師的全面、具體指導(dǎo)下進(jìn)行的。xx老師廣博的專業(yè)知識(shí)、民主而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)使我受益匪淺，在xx老師的指導(dǎo)下，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。xx老師對(duì)學(xué)生的工作，學(xué)習(xí)和生活給予了很大的關(guān)心和支持，我在此表示衷心的感謝和誠(chéng)摯的敬意！</p><

104、;p>　　感謝各位帶畢業(yè)生的老師，在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中所給予的大力幫助和支持。感謝我的學(xué)友和朋友們對(duì)我的關(guān)心和幫助。最后向評(píng)審本論文及參加論文答辯的各位專家老師表示衷心的感謝，祝各位老師心情愉快。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 胡漢才. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1996，46～70<

105、/p><p>　　[2] 張振榮. MCS-51單片機(jī)原理及實(shí)用技術(shù)[M]. 北京：人民郵電出版社，2000，</p><p><b>　　192～221</b></p><p>　　[3] 曹玉林，曹巧媛. 單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M]. 北京：國(guó)防科技大學(xué)出版社.2000，64～92</p><p>　　[4] 沈紅

106、衛(wèi). 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2003，25～31、222～245</p><p>　　[5] 何立民. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編—5[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1998，</p><p><b>　　380～385</b></p><p>　　[6] 楊振江. 單片機(jī)實(shí)用子程序及應(yīng)用實(shí)例[

107、M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社.</p><p>　　2002，32～38、136～142</p><p>　　[7] 楊忠煌. 單芯片8051實(shí)務(wù)與應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社.2001，59～76</p><p><b>　　附錄A</b></p><p><b>　　硬件電路原理圖<

108、;/b></p><p><b>　　溫度控制系統(tǒng)原理圖</b></p><p><b>　　附錄B</b></p><p>　　程序清單為：ORG0100H</p><p>　　DISM0DATA78H</p><p>　　DISM1DATA

109、79H</p><p>　　DISM2DATA7AH</p><p>　　DISM3DATA7BH</p><p>　　DISM4DATA7CH</p><p>　　DISM5DATA7DH</p><p>　　MOVSP,#50H;50H送SP</p>

110、;<p>　　CLR5EH;清本次越限標(biāo)志</p><p>　　CLR5FH;清上次越限標(biāo)志</p><p>　　CLRA;清累加器A</p><p>　　MOV2FH,A;清暫存單元</p><p>　　MOV30H,A;清暫存單元</p

111、><p>　　MOV3BH,A;清暫存單元</p><p>　　MOV3CH,A;清暫存單元</p><p>　　MOV3DH,A;清暫存單元</p><p>　　MOV3EH,A;清暫存單元</p><p>　　MOV44H,A;清暫存單元&