基于單片機(jī)控制的水溫自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)控制的水溫自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)摘 要:人工觀光魚養(yǎng)殖池的水溫是觀光魚生存的基本環(huán)境。在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，由于水溫受其它因素影響較大，且難以校準(zhǔn)，因此，溫度也是最難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。在人工觀光魚養(yǎng)殖池的水溫測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由溫度傳感器測(cè)量溫度值并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，由變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并讀入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后的溫度數(shù)值，一方面送led數(shù)碼管顯示；另一方面與給定值進(jìn)行比較，并判斷是否超限，將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒人注意并采取相應(yīng)措施；否則正常顯示溫度數(shù)值，然后根據(jù)偏差值進(jìn)行控制計(jì)算。計(jì)算結(jié)果經(jīng)da轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，并帶電阻絲工作，從而進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)，使其達(dá)到指定

2、要求。實(shí)踐證明，通過(guò)單片機(jī)對(duì)人工觀光魚養(yǎng)殖池的水溫進(jìn)行控制，通常升溫是采用煤加熱，而現(xiàn)在改用電阻絲加熱，不僅有利于避免在常規(guī)測(cè)溫方法中測(cè)量誤差大、準(zhǔn)確度低、測(cè)量滯后時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，而且在節(jié)約能源和改善環(huán)境方面本設(shè)計(jì)顯示出一定的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度；控制算法the design of water temperature automatic control system based on the mcu controlabstract: water temperature of artificial pond is the basic of tourist fishs survival en

3、vironment .temperature is affected by other factors in the conventional environmental parameters, and also difficult to proofreading ; therefore, the water temperature is one of the most difficult to measure accurately parameters .in the control system of artificial ponds water temperature ,the temp

4、erature measured by temperature senor is changed into voltage signal, also changed into standard voltage signal by transformer, the analogical signal is converted into digital signal by a/d convertor , the result is sent into single-chip microcontroller , the measure result of temperature is handled

5、 by single-chip microcontroller , the one is sent to the led, the other is compared with the temperature which is set by observe switch, and judge whether it exceed the limits or not, if spillover then warn and remind staffs attention, otherwise show normal temperature values, adjusted by pid, and t

6、he lead implementing agency action. practice proves ,the control of water temperature of artificial pond with mcu indicate the most advantages，usually the coal is used to heat, but now instead of resistance filament,not only help to avoid errors in the conventional treatments methods of measuring la

7、rge, low accuracy, measurement time lag issues, but also in improving the quality and quantity of the chemical produces, save sources, in improving the environment of the work place. key words: single-chip microcontroller ；temperature；control algorithms目 錄1 概 述12 課題研究背景與意義12.1 課題研究背景22.2 課題研究意義23 總體

8、設(shè)計(jì)方案23.1 設(shè)計(jì)思路23.2 控制方法的選擇34 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)34.1 單片機(jī)的選擇34.2 溫度檢測(cè)電路64.3 a/d轉(zhuǎn)換電路74.4 顯示接口電路94.5 鍵盤接口電路114.6 d/a轉(zhuǎn)換電路124.7 溫度控制電路設(shè)計(jì)134.8 抗干擾措施145 數(shù)字pid及其算法145.1 pid算法的數(shù)字化155.2 pid算法的程序設(shè)計(jì)166 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)186.1 系統(tǒng)軟件功能186.2 主程序186.3 主要子程序197 結(jié)束語(yǔ)24參考文獻(xiàn)25致 謝26附 錄27附錄1 程序清單27附錄1.1 系統(tǒng)主程序清單27附錄1.2 系統(tǒng)子程序清單29附錄1.3 增量式pid控制程序清單3

9、2附錄2 總電路圖35附錄2.1 總電路圖35附錄2.2 系統(tǒng)pcb圖37基于單片機(jī)控制的水溫自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)1 概 述人工觀光魚養(yǎng)殖池的水溫是觀光魚生存的基本環(huán)境，因此對(duì)水溫的測(cè)量及控制始終占據(jù)著重要的地位。市場(chǎng)上常見(jiàn)的溫度傳感器以電壓輸出為主要形式，不同的傳感器其非線性曲線也各不相同，缺乏一個(gè)產(chǎn)品應(yīng)具備的通用性和互換性。溫度傳感器應(yīng)用范圍很廣、使用數(shù)量很大，但是在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，由于溫度受其它因素影響較大，而且難以校準(zhǔn)，因此，溫度也是最難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。常規(guī)方法測(cè)量溫度誤差大、準(zhǔn)確度低、測(cè)量滯后的時(shí)間長(zhǎng)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)傳感器正向著集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和單片系統(tǒng)化的方向發(fā)展，為開發(fā)新一代

10、溫度測(cè)量系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。在人工觀光魚養(yǎng)殖池的水溫測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由溫度傳感器測(cè)量溫度值并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，由變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并讀入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后的溫度數(shù)值，一方面送led數(shù)碼管顯示；另一方面與給定值進(jìn)行比較，并判斷是否超限，將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒人注意并采取相應(yīng)措施；否則正常顯示溫度數(shù)值，然后根據(jù)偏差值進(jìn)行控制計(jì)算。計(jì)算結(jié)果經(jīng)da轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，并帶動(dòng)電阻絲加熱，從而進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)，使其達(dá)到指定要求。實(shí)踐證明，通過(guò)單片機(jī)對(duì)人工觀光魚養(yǎng)殖池的水溫進(jìn)行控制，不僅有利于避免在常規(guī)測(cè)溫方法中測(cè)量誤差大、準(zhǔn)確度低、測(cè)量滯后時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。2 課題研究背景與意義

11、單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。它是工業(yè)控制和智能化系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種模式。這種模式的最大特點(diǎn)是設(shè)計(jì)者可根據(jù)自己的實(shí)際需要開發(fā)、設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，因而更加方便、更加靈活、并且成本低。其基本方法是在單片機(jī)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展一些接口，如用于模擬/數(shù)字的a/d、d/a轉(zhuǎn)換接口，用于人機(jī)對(duì)話的鍵盤處理接口，led和lcd顯示接口，用于輸出接口等。然后再開發(fā)一些應(yīng)用軟件，即可組成完整的單片機(jī)系統(tǒng)。與微型計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)具有以下特點(diǎn)。(a)合成度高，功能強(qiáng)。微型計(jì)算機(jī)通常由微處理器（cpu）、存儲(chǔ)器（ram，rom）以及i/o接口組成。其各部分分別集成在不同的芯片上，然后，再由幾個(gè)芯片組成一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。(b

12、)結(jié)構(gòu)合理。目前，單片機(jī)大多采用harvard結(jié)構(gòu)。這是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器相互獨(dú)立的一種結(jié)構(gòu)。而在許多微型計(jì)算機(jī)中，大都采用兩類存儲(chǔ)器合二為一的方式。(c)指令豐富。單片機(jī)一般都有傳送指令、邏輯運(yùn)算指令、加減法運(yùn)算指等，有些單片機(jī)還具有乘法及除法運(yùn)算指令。特別是位操作指令十分豐富。2.1 課題研究背景二十一世紀(jì)是科技高速發(fā)展的信息時(shí)代，電子技術(shù)、微型單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用更是空前廣泛，是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的。由于它具有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、軍事裝置、機(jī)器人、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，使產(chǎn)品小型化、智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，

13、又降低了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。它迅猛發(fā)展到了各個(gè)領(lǐng)域，人們也越來(lái)越感到應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)的優(yōu)越性，因而單片機(jī)也得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，它也在不斷地完善和發(fā)展。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，用單片機(jī)控制水溫環(huán)境得到采用?？刂葡到y(tǒng)由中央控制裝置、終端控制設(shè)備、傳感器等組成。先編制出最適合環(huán)境條件的管理程序表，存儲(chǔ)于單片機(jī)的記憶裝置中，單片機(jī)根據(jù)程序表確認(rèn)，并給終端控制系統(tǒng)指令。終端控制設(shè)備向中央控制裝置輸送檢測(cè)信息，根據(jù)中央控制裝置的指令輸出控制信號(hào)，控制雙向晶閘管導(dǎo)通與否，實(shí)現(xiàn)控制電阻絲加熱的時(shí)間，達(dá)到溫度調(diào)節(jié)的目的。該系統(tǒng)可根據(jù)情況可隨時(shí)調(diào)節(jié)溫度。2.2 課題研究意義人工觀光魚養(yǎng)殖池豐富了人們的休閑娛樂(lè)生活，對(duì)

14、人的身心健康發(fā)展有一定的幫助，因此，對(duì)人工觀光魚養(yǎng)殖池水溫的研究對(duì)業(yè)余文化事業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。人工觀光魚養(yǎng)殖池的水溫是觀光魚賴以生存基礎(chǔ)，也是控制過(guò)程中的一個(gè)重要參數(shù)。用單片機(jī)對(duì)人工觀光魚養(yǎng)殖池的水溫進(jìn)行控制，可以一個(gè)對(duì)魚類的生長(zhǎng)有利的環(huán)境。本設(shè)計(jì)在原有普通傳感器的基礎(chǔ)上，經(jīng)單片機(jī)處理而成新一代測(cè)量控制儀器，具有以下3個(gè)顯著特點(diǎn)：（a）多功能的智能化測(cè)控系統(tǒng)，以最簡(jiǎn)單方式構(gòu)成高性價(jià)比；（b）在硬件基礎(chǔ)上通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)測(cè)控功能，其智能化程度取決于軟件的開發(fā)水平；（c）留有通信端口，可以將信息進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，便于形成分布式控制系統(tǒng)。3 總體設(shè)計(jì)方案3.1 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件框圖如圖3-1所

15、示，采用at89c52作為主機(jī)；由溫度傳感器測(cè)量人工觀光魚養(yǎng)殖池的水溫值并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，再經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，由i/o接口讀入cpu，cpu進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理后的數(shù)據(jù)，一方面送led數(shù)碼管顯示；另一方面與檢測(cè)開關(guān)設(shè)定的溫度控制值進(jìn)行比較，并判斷是否超限，通過(guò)pid控制算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，運(yùn)算結(jié)果返回單片機(jī)，使信號(hào)經(jīng)過(guò)d/a轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，帶動(dòng)電阻絲動(dòng)作，從而進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)，以保持恒定的水溫。傳感器 變送器a/d轉(zhuǎn)換電路電熱絲可控硅觸發(fā)電路單片機(jī)系統(tǒng)人機(jī)接口過(guò)零檢測(cè)電路圖3-1 系統(tǒng)硬件框圖3.2 控制方法的選擇在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，控制算法一般可分為模糊控制算法、pid算法和大林

16、算法等。模糊控制算法是不依賴對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,具有模糊邏輯“概念”的抽象能力和非線性處理能力,且對(duì)過(guò)程參數(shù)的變化不敏感,是模糊數(shù)學(xué)同控制理論相結(jié)合的產(chǎn)物而人們對(duì)它了解不是太深入。大林算法是由美國(guó)ibm公司的大林(dah llin)于1968年針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中含純滯后的控制對(duì)象的控制算法，該算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)合適的數(shù)字控制器,使整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為帶有原純滯后時(shí)間的一階慣性環(huán)節(jié),而本設(shè)計(jì)并非純滯后時(shí)間的一階慣性環(huán)節(jié)。而pid控制技術(shù)成熟,控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,參數(shù)易調(diào)整,不必求出被控對(duì)象的數(shù)字模型便可以調(diào)節(jié),所以在溫度測(cè)控系統(tǒng)中通常采用pid算法。pid調(diào)節(jié)是proportional(比例)、in

17、tegral（積分）、differential（微分）三者的縮寫，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)方式。pid調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果用以輸出控制。比例作用是調(diào)節(jié)器輸出變化量與輸入變化量成比例的一種控制作用，被控量一旦出現(xiàn)偏差，比例控制作用將使其朝著減少偏差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)。積分作用是指調(diào)節(jié)器的輸出與輸入的積分成比例的作用，積分控制的特點(diǎn)是調(diào)節(jié)器的輸出與偏差存在的時(shí)間有關(guān)，只要有偏差存在，輸出就隨時(shí)間不斷增加，直到偏差被消除，系統(tǒng)才能達(dá)到穩(wěn)定。微分作用是指輸出與輸入的導(dǎo)數(shù)成比例的控制作用。其特點(diǎn)是輸出

18、只能反映偏差的變化速度。對(duì)于固定不變的偏差，不管偏差量多大，均不能有微分作用輸出。了避免電阻絲動(dòng)作過(guò)于頻繁，消除由于頻繁動(dòng)作引起的振蕩現(xiàn)象。4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)的選擇國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的單片機(jī)主要有intel公司的mcs-51系列8位單片機(jī)、mcs-96系列16位單片機(jī)、microchip公司的pic單片機(jī)、ti低功耗msp430和日立、motorola的其他類型單片機(jī)等。其中mcs-51系列單片機(jī)應(yīng)用范圍最廣、方便易用。at89系列和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4k程序存儲(chǔ)器是flash工藝的，增加瞬間擦除、改寫的功能。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、系統(tǒng)的特點(diǎn)和適時(shí)性，為了保證單片機(jī)接口的

19、性能和擴(kuò)展性，選擇單片機(jī)at89c52作為主機(jī)。at89c52是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大at89c52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。4.1.1 主要性能參數(shù)：與mcs51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容8k字節(jié)可重擦寫flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0hz24mhz三級(jí)加密

20、程序存儲(chǔ)器2568字節(jié)內(nèi)部ram32個(gè)可編程i/o口線3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器8個(gè)中斷源可編程串行uart通道低功耗空閑和掉電模式4.1.2 功能特性概述：at89c52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部ram，32個(gè)i/o口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，at89c52可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內(nèi)容,但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。

21、4.1.3 引腳功能說(shuō)明vcc：電源電壓gnd：接地p0口：p0口是一組8位漏極開路型雙向i/o口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯門電路，對(duì)端口p0寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組i/o口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。p1口：p1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉

22、到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(iil)。與at89c51不同之處是，p1.0和p1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和輸入（p1.1/t2ex），參見(jiàn)表4-1。flash編程和程序校驗(yàn)期間，p1接收低8位地址。表4-1 p1.0和p1.1的第二功能引腳號(hào)功能特性p1.0t2（定時(shí)/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出p1.1t2ex定時(shí)/計(jì)數(shù)捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）p2口：p2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)端口p2

23、寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(iil)。p3口：p3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)p3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流（iil）。p3是它的第二功能，如表4-2所示：表4-2 p3的第二功能端口引腳第二功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2（外中斷0）p3.3（外中斷1）

24、p3.4t0（定時(shí)/計(jì)數(shù)0）p3.5t1（定時(shí)/計(jì)數(shù)1）p3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）此外，p3口還接收一些用于flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。對(duì)flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog）。如有必

25、要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令才能將ale激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ale禁止位無(wú)效。：程序儲(chǔ)存允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89c52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次psen信號(hào)。：外部訪問(wèn)允許。欲使cpu僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000hffffh），端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存端狀態(tài)。如端為高電平（接v

26、cc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用+12v編程電壓vpp。xtal1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。4.2 溫度檢測(cè)電路4.2.1 溫度傳感器的分類目前，溫度傳感器沒(méi)有統(tǒng)一的分類方法。按輸出量分類有模擬式溫度傳感器和數(shù)字式溫度傳感器。按測(cè)溫方式分類有接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器。按類型分類有分立式溫度傳感器（含敏感元件）、模擬集成溫度傳感器和智能溫度傳感器（即數(shù)字溫度傳感器）。溫度傳感器的從測(cè)量原理分為，體積熱膨脹，電阻變化，熱電效應(yīng)（

27、熱電偶），壓電效應(yīng)頻率變化，光學(xué)反應(yīng)等溫度傳感器，它們各自有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，利用體積熱膨脹的溫度傳感器，不需要用電。電阻溫度傳感器分為銅電阻，中等精度價(jià)格低；鉑電阻高精度價(jià)格高；熱敏電阻，精度低靈敏度高。熱電效應(yīng)溫度傳感器，溫度范圍寬，測(cè)量精度高但需要冷端補(bǔ)償。利用壓電效應(yīng)和頻率變化改變輸出值的溫度傳感器可以作為標(biāo)準(zhǔn)使用。利用光學(xué)變化改變溫度傳感器適合高溫非接觸測(cè)量。4.2.2 熱電阻式溫度傳感器利用熱電阻溫度系數(shù)隨溫度變化而制成的溫度傳感器，稱為熱電阻溫度傳感器。對(duì)于大多數(shù)金屬導(dǎo)體，其電阻值都具有隨溫度升高而增大的特性。常用的金屬導(dǎo)體材料有鉑、銅、鐵和鎳。熱電阻是中低溫區(qū)最常見(jiàn)的一種溫度傳感器

28、。它主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。熱電阻的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測(cè)量其電阻值的變化將十分困難、且誤差很大，必須使用電橋電路,然后經(jīng)過(guò)放大電路，放大偏差值。鉑是貴金屬，因此在一些測(cè)量精度要求不高，測(cè)量范圍較小的（50 oc-150 oc）的情況下，普遍采用銅電阻，銅電阻具有較大的溫度系數(shù)，材料容易提純，銅電阻的阻值與溫度之間接近線性關(guān)系，銅的價(jià)格比較便宜，所以銅電阻在工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。實(shí)際情況下，一般ic溫度傳感器的精度只有0.7-1oc，不符合本題目的靜態(tài)誤差0.2oc的要求。而電阻傳感器的精度可以達(dá)到0.1oc,符合本題要求。溫度傳感器是整個(gè)控制系統(tǒng)獲取被控對(duì)象特征的重要部件，

29、這里采用cu100銅熱電阻作為溫度傳感器,其特征如表4-3所示?？梢?jiàn)，這種熱阻探頭在系統(tǒng)測(cè)量的溫度范圍內(nèi)線性特征表4-3 cu100的電阻值隨溫度變化表溫度值電阻值/201000251050301100351150良好，適合溫度采樣使用。具體溫度采樣電路如圖4-1所示。將溫度的變化轉(zhuǎn)化變?yōu)殡妷旱淖兓?jīng)過(guò)放大后送往a/d轉(zhuǎn)化為數(shù)字量進(jìn)行處理。rx為傳感器熱電阻，由電橋?qū)崿F(xiàn)溫度到電壓的轉(zhuǎn)化，由運(yùn)放ic3完成信號(hào)的放大，由ic4完成信號(hào)的調(diào)整。圖4-1 溫度檢測(cè)電路設(shè)輸入ic3的2，3端電壓分別對(duì)應(yīng)為，那么其中為傳感器熱阻值，為基準(zhǔn)源電壓，k為調(diào)整系數(shù)。由于（如）,同樣（如 ），因而，在后級(jí)的a/

30、d，滿刻度時(shí)，那么。實(shí)際電路調(diào)整中，已經(jīng)確定,置傳感器于25oc環(huán)境，調(diào)整,使；置傳感器于35oc環(huán)境，調(diào)節(jié)，使；使完成前向模擬通道的調(diào)整。4.3 a/d轉(zhuǎn)換電路a/d轉(zhuǎn)換器把傳感器采集的模擬量輸入轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所能識(shí)別的數(shù)字量信號(hào)。a/d轉(zhuǎn)換器的種類分為雙積分a/d轉(zhuǎn)換器如icl7109，逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器如adc0809和并型a/d轉(zhuǎn)換器。雙積分a/d轉(zhuǎn)換器的精度高，抗干擾性好，價(jià)格便宜，但是速度較慢,逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器的精度，價(jià)格，速度適中，并型a/d轉(zhuǎn)換器，速度快價(jià)格也昂貴，本設(shè)計(jì)綜合考慮采用逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器adc0809。 4.3.1 單片機(jī)與a/d轉(zhuǎn)換器接口電路的主要功

31、能是：(a)通過(guò)i/o輸出通道啟動(dòng)轉(zhuǎn)換或直接輸出指令movx dptr,a啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式完全由a/d內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)而定。(b)把轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送入cpu。當(dāng)確定使用a/d轉(zhuǎn)換器以后，按下列原則選擇a/d轉(zhuǎn)換器芯片。(a)根據(jù)前向通道的總誤差，選擇a/d轉(zhuǎn)換器精度及分辨率。(b)根據(jù)信號(hào)對(duì)象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，確定a/d轉(zhuǎn)換速度，以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。 (c)根據(jù)環(huán)境條件選擇a/d轉(zhuǎn)換芯片的一些環(huán)境參數(shù)要求，如工作溫度、功耗、可靠性等級(jí)性能。 (d)根據(jù)單片機(jī)接口特征，考慮如何選擇a/d轉(zhuǎn)換器的輸出狀態(tài)。其它，還要考慮到成本、資源、是否是流行芯片等因素。由于各a/d轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)不

32、一樣，速度相差很大，一般需要有數(shù)10us以上的轉(zhuǎn)換時(shí)間，因此在單片機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，需等待轉(zhuǎn)換結(jié)束方可讀取數(shù)據(jù)。常用的有程序查詢輸入方式和中斷方式。int7和int6兩個(gè)輸入端分別接地和ad參考電源，是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字自動(dòng)調(diào)零和抑制電源波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)換的影響，并可供微機(jī)儀表實(shí)現(xiàn)自校用。 adc0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-2所示，本系統(tǒng)采用adc0809構(gòu)成a/d轉(zhuǎn)換電路。adc0809是cmos單片型逐次逼近式ad轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型da轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，adc0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，

33、既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與ttl兼容。由于adc0809的片內(nèi)無(wú)時(shí)鐘，它的時(shí)鐘頻率在10khz1280khz之間。可利用at89c52提供的地址鎖存允許信號(hào)ale經(jīng)d觸發(fā)器二分頻所得，ale腳的頻率是at89c52單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6。由于adc0809具有輸出三態(tài)鎖存器，故其8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連?？刂齐娐穝ar樹狀開關(guān)256電阻階梯三態(tài)輸出鎖存器8路模擬開關(guān)地址鎖存與譯碼器比較器 start clock int0 eoc int1 int2 2-1 int3 2-2 int4 2-3 int5 int6 2-4int7 2-5 2-6 addaaddb

34、 2-7addcale 2-8 vcc gnd vref(+) vref(-) oe圖4-2 adc0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.3.2 adc0809的主要特性:1） 8路8位ad轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。2） 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?） 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s4） 單個(gè)5v電源供電5） 模擬輸入電壓范圍05v，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6） 工作溫度范圍為-4085攝氏度7） 低功耗，約15mw。4.3.3 adc0809的外部特性（引腳功能）adc0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，下面說(shuō)明各引腳功能。in0in7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。adda、addb、addc：3位地

35、址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ale：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。start：ad轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。eoc：ad轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)ad轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。oe：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)ad轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。clk：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640khz。vref（+）、vref（-）：基準(zhǔn)電壓。vcc：電源，5v。gnd：地。adc0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ale=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。st

36、art上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) ad轉(zhuǎn)換，之后eoc輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到ad轉(zhuǎn)換完成，eoc變?yōu)楦唠娖?，指示ad轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)oe輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。本設(shè)計(jì)采用逐次逼近a/d轉(zhuǎn)換器adc0809，它精度、速度、價(jià)格適中都能達(dá)到技術(shù)要求。溫度采集部分，把溫度值轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，在經(jīng)過(guò)放大，輸入到adc0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理。4.4 顯示接口電路4.4.1 led結(jié)構(gòu)led的結(jié)構(gòu)及連接見(jiàn)圖4-3，通常的七段led顯示器的管腳有8個(gè)發(fā)光二極管其中一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小

37、數(shù)點(diǎn)，常用的7段led顯示器的管腳圖如圖4-3（a）所示。從管腳a-g輸入不同的7位二進(jìn)制數(shù)，可顯示不同的數(shù)字或字符，通常把控制發(fā)光二極管的7位二進(jìn)制數(shù)稱為七段碼或端選碼。另外3，8引腳為接地端和片選短。所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起稱共陽(yáng)極接法，陰極連在一起稱為共陰極接法。一般共陰極可以不需要外接電阻，但共陽(yáng)極接法中發(fā)光二極管必須外接電阻。 (a)管腳配置 （b）共陰極 （c）共陽(yáng)極圖4-3 led顯示器原理圖4.4.2 led工作原理led數(shù)碼管顯示有所用數(shù)碼管是共陰管、還是共陽(yáng)管，由數(shù)碼轉(zhuǎn)換為筆劃信息借軟件譯碼、還是硬件譯碼，以及顯示掃描采用動(dòng)態(tài)掃描、還是靜態(tài)掃描等種種區(qū)別。led數(shù)碼管工

38、作電路如圖4-4。圖4-4 led數(shù)碼管工作電路圖采用共陰極數(shù)碼管還是共陽(yáng)極數(shù)碼管沒(méi)有太明顯的優(yōu)、缺點(diǎn)，然而與同一數(shù)碼對(duì)應(yīng)的筆劃信息碼往往是相互置反的關(guān)系。字符數(shù)據(jù)字與led段碼關(guān)系如表4-4。動(dòng)態(tài)掃描各數(shù)碼管是輪流點(diǎn)亮的，由于視覺(jué)的暫留現(xiàn)象，卻好像都點(diǎn)亮著。實(shí)際控制數(shù)碼管點(diǎn)亮的位選信號(hào)是依次逐一送出的，而各個(gè)數(shù)碼管應(yīng)顯示數(shù)碼的筆劃信息則與其位選信號(hào)同時(shí)送給，于是各管將按序一一亮出自己的數(shù)碼；待各管都輪到后，又再?gòu)念^輪起，反復(fù)不已。對(duì)于動(dòng)態(tài)掃描，輪到某管、等待該管點(diǎn)亮必須留給一段恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間。時(shí)間過(guò)短，數(shù)碼管來(lái)不及點(diǎn)亮；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，其他數(shù)碼管將熄滅、不能顯示。靜態(tài)掃描無(wú)位選信號(hào)，各數(shù)碼管是同時(shí)點(diǎn)亮

39、的；每個(gè)數(shù)碼管應(yīng)顯示數(shù)碼的筆劃信息也分路同時(shí)送給。當(dāng)選用共陰極的led顯示管時(shí)，所有發(fā)光二極管的陰極連在一起接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極加入高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的二極管點(diǎn)亮。因此要顯示某字形就應(yīng)使此字型的相應(yīng)段的二極管點(diǎn)亮，實(shí)際上就是送一個(gè)用不同電平組合代表的數(shù)據(jù)字來(lái)控制led的顯示，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。表4-4 字符數(shù)據(jù)與led段碼關(guān)系數(shù)據(jù)字d7d6d5d4d3d2d1d0led段dp g f e d c b a4.4.3 led與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由于單片機(jī)的接口有限，單片機(jī)的接口不能滿足顯示電路與單片機(jī)的接口電路，因此利用了8255擴(kuò)展芯片。8255是一種通用的可編程并行i0接口芯片，是

40、專為intel公司聽微處理器設(shè)計(jì)的。它具有可用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)多種功能、通用性強(qiáng)、使用靈活的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)利用8255a可編程的特點(diǎn)，作為pc機(jī)與顯示器的中間橋梁，擴(kuò)展pc機(jī)控制功能。8255作為pc機(jī)的擴(kuò)展口，工作方式為方式0，即基本輸入輸出方式。其中8255a的a口、b口作為輸入，c口作為控制口。8255總線緩沖器d0一d7，與cpu的數(shù)據(jù)總線db0一db7相連，8255a的、與cpu的、直接相連，復(fù)位信號(hào)直接接在cpu的復(fù)位信號(hào)上。由cpu地址線p2.4產(chǎn)生片選信號(hào)，cpu的地址線a0、a1分別組合成4個(gè)端口地址，進(jìn)行對(duì)a、b、c進(jìn)行端口選擇。4.5 鍵盤接口電路4.5.1 撥盤的結(jié)構(gòu)bcd碼十

41、進(jìn)制撥盤是向單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)的設(shè)備，并且十分方便，是一種硬件設(shè)置數(shù)據(jù)的設(shè)備。使用撥盤輸入的數(shù)據(jù)具有不可變性，卻又易于修改。十進(jìn)制輸入bcd輸出的撥盤是最常使用的一種。撥盤的結(jié)構(gòu)如圖4-5中所示，每位撥盤有0-9十個(gè)撥動(dòng)位置，每個(gè)位置有相應(yīng)的數(shù)字表示，分別代表?yè)鼙P輸入的十進(jìn)制數(shù)。所以，一位撥盤可以代表一位十進(jìn)制數(shù)?？梢愿鶕?jù)設(shè)計(jì)的需要，用多位bcd碼撥盤組成多位十進(jìn)制數(shù)。每位bcd碼的輸入控制線a與p1.4-p1.7直接相連，8、4、2、1碼相反后與p1.0-p1.3相連。在工作時(shí)，p1.4為0電平，p1.5-p1.7為1電平，則選中第一個(gè)撥盤，其他撥盤均為為1，4個(gè)與非門電路74ls20的

42、輸出狀態(tài)安全，由第一撥盤輸出決定。因此，cpu輪流使p1.4-p1.7為0，再讀取p1.0-p1.3的值，就把表示的4位十進(jìn)制值輸入單片機(jī)。4.5.2 鍵盤電路與單片機(jī)的接口電路在本設(shè)計(jì)中，需要多位十進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入，因此需要多位bcd碼撥盤組成圖4-5為bcd碼撥盤與單片機(jī)的連接電路圖。圖4-5 鍵盤電路本設(shè)計(jì)利用bcd碼撥盤設(shè)置人工觀光魚養(yǎng)殖池的水溫，方便設(shè)定溫度，又能達(dá)到要求。鍵盤電路當(dāng)輸入數(shù)據(jù)以后，要經(jīng)過(guò)消除抖動(dòng)才能讀入單片機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理鍵盤中按鍵的開關(guān)狀態(tài)，通過(guò)一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)，按鍵閉合過(guò)程中在相應(yīng)的i/o口形成一個(gè)負(fù)脈沖，閉合和釋放過(guò)程都要經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程才能達(dá)到穩(wěn)定，這

43、一過(guò)程處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。消除抖動(dòng)的方法有兩種，一種是用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如用濾波電路和雙溫態(tài)電路等；另一種是利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，即當(dāng)發(fā)現(xiàn)有按鍵按下時(shí)，延時(shí)10-20ms再查詢是否有按鍵按下，若沒(méi)有鍵按下，說(shuō)明上次查詢結(jié)果為干擾或抖動(dòng)；若仍有鍵按下，則說(shuō)明鍵已穩(wěn)定，既可判斷其鍵碼，本設(shè)計(jì)是用軟件延時(shí)的方法進(jìn)行消除抖動(dòng)。4.6 d/a轉(zhuǎn)換電路d/a轉(zhuǎn)換器：數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，它把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電模擬量。即把二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與其數(shù)值成正比的電模擬量。dac0832是8位分辨率d/a轉(zhuǎn)換集成芯片，與處理器完全兼容，其價(jià)格低廉，接口簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的

44、應(yīng)用。4.6.1 dac0832引腳說(shuō)明dac0832的結(jié)構(gòu)如圖4-7中所示，下面說(shuō)明各引腳功能。di0-di7:數(shù)據(jù)輸入線，tll電平ale:數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效。:片選信號(hào)輸入線，低電平有效。wr1:輸入寄存器的寫選通信號(hào)。:數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效。wr2:dac寄存器寫選通輸入線。：電流輸出線，當(dāng)輸入全為1時(shí)最大。：電流輸出線，其值與之和為一常數(shù)。：反饋信號(hào)輸入線，芯片內(nèi)有反饋電阻。vcc:電源輸入線（+5v - +15v）:基準(zhǔn)電壓輸入線4.6.2接口電路d/a的接口電路如圖4-7所示，dac0832為電流輸出型d/a轉(zhuǎn)換芯片，使用時(shí)，、3個(gè)引腳外接運(yùn)算放

45、大器，以便將轉(zhuǎn)換后的電流變換成電壓輸出。若外接一個(gè)運(yùn)算放大器為單極性輸出，如圖4-7輸出；若使用了兩個(gè)運(yùn)算放大器為雙極性輸出，如圖4-7輸出。圖4-7 dac0832接口電路圖中,模擬輸出電壓的極性總是與極性相反,為單極性輸出。 模擬輸出電壓可利用基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律列出方程:代入,求解得: . 當(dāng)ffhn80h時(shí), 模擬輸出電壓的極性和vref相同; 當(dāng)80hn0時(shí),模擬輸出電壓的極性和vref相反; 當(dāng)n80h時(shí),0v.為雙極性輸出。可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的需要,將d/a轉(zhuǎn)換接口芯片接成單極性輸出或雙極性輸出。本設(shè)計(jì)是從單片機(jī)中取得計(jì)算結(jié)果經(jīng)dac0832轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)兩個(gè)反相器，轉(zhuǎn)換成電

46、壓信號(hào)，把信號(hào)送到溫控電路中，通過(guò)大小的不同，以達(dá)到控制電阻加熱絲電路的通斷。4.7 溫度控制電路設(shè)計(jì)溫控電路如圖4-6所示，當(dāng)輸入到電壓跟隨器a1的同相輸入端，用作緩沖隔離級(jí)，其輸出送反相放大器a2同相輸入端。r4，r5分壓節(jié)點(diǎn)位約為636mv接到a2的反相輸入端。的電位差經(jīng)a2放大后，輸出正電壓到比較器a3的反相輸入端，與a3同相輸入端的電壓進(jìn)行比較。當(dāng)溫度較低時(shí)，較小，的電位差較小，a3反相輸入端電位低于同相輸入端電位，a3輸出高電平，使v飽和導(dǎo)通，vs也導(dǎo)通，電熱器被加熱。隨著溫度的上升，逐漸增大，電位也逐漸增大，故a2輸出的正電壓也升高。當(dāng)a3反相輸入端電位高于同相輸入端電位時(shí)，a3

47、翻轉(zhuǎn)輸出低電平，v截止，vs關(guān)斷，電熱器斷電停止加熱，水溫下降，減少，如此反復(fù)，使加熱的設(shè)備保持恒溫。調(diào)節(jié)rp使vs剛剛關(guān)斷為止，以后就不要調(diào)了，除非另外設(shè)置溫度。這部分通過(guò)控制雙向晶閘管的導(dǎo)通來(lái)控制加熱電阻絲的工作。圖4-6 溫控電路圖4.8 抗干擾措施所謂抗干擾，就是針對(duì)干擾的產(chǎn)生、性質(zhì)年、傳播途徑、入侵的位置和入侵的形式，采用適當(dāng)消除干擾源抑制耦合通道，減弱電路對(duì)干擾的敏感性。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況抓住主要干擾，采取抑制措施。a) 交流電源干擾的抑制實(shí)踐表明，交流電源干擾往往是單片機(jī)微機(jī)應(yīng)用的嚴(yán)重問(wèn)題。使用不間斷電源不僅有穩(wěn)壓的作用，干擾較少，還能解除停電之憂。但造價(jià)高，體積大，是小型單片機(jī)應(yīng)用

48、系統(tǒng)難以接受的。而采用電源凈化技術(shù)，則切實(shí)可行。b) 輸入輸出通道干擾的抑制通常測(cè)控對(duì)象上的傳感器、執(zhí)行器遠(yuǎn)離控制臺(tái)，來(lái)往的輸入、輸出線長(zhǎng)，容易竄入干擾，必須采用隔離、濾波、屏蔽等技術(shù)，抑制干擾耦合通道。一般采用光電隔離。5 數(shù)字pid及其算法對(duì)人工觀光魚養(yǎng)殖池的水溫進(jìn)行控制，把給定值與溫度采集的值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差進(jìn)行控制，控制算法采用pid調(diào)節(jié)算法。pid調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)方式。pid調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果用以輸出控制。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)被控對(duì)象的特性和控制要求，可靈活地改變pid的結(jié)構(gòu)，取其中的一部

49、分環(huán)節(jié)構(gòu)成控制規(guī)律，如比例（p）調(diào)節(jié)、比例積分（pi）調(diào)節(jié)、比例積分微分（pid）調(diào)節(jié)等。5.1 pid算法的數(shù)字化在模擬系統(tǒng)中，pid算法的表達(dá)式為 （5-1）式中 調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)；調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)，它等于測(cè)量值與給定值之差；調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間；調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間。 由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差來(lái)計(jì)算控制量。因此，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，必須首先對(duì)式（5-1）進(jìn)行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程式代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時(shí)積分項(xiàng)可用求和及增量式表示： （5-2） （5-3）將式（5-2）和式（5-3）代入（5-1），則可得到離散的pid表達(dá)式： （5-

50、4）式中=采樣周期，必須使足夠小，才能保證系統(tǒng)有一定的精度； 第次采樣時(shí)的偏差值； 第次采樣時(shí)的偏差值； 采樣序號(hào)，=0，1，2，； 第次采樣時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出。由式（5-4）可以看出，要想計(jì)算，不僅需要本次與上次的偏差信號(hào)和，而且還要在積分項(xiàng)中把歷次的偏差信號(hào)進(jìn)行相加，即。這樣，不僅計(jì)算煩瑣，而且為保存還要占用很多的內(nèi)存。因此，用式（5-4）直接進(jìn)行控制很不方便,可以做如下改動(dòng)。根據(jù)遞推原理，可寫出次的pid輸出表達(dá)式： （5-5）用式（5-4）減去式（5-5），可得： （5-6）式中 積分系數(shù)； 微分系數(shù)。由式（5-6）可知，要計(jì)算第次輸出值，只需知道，即可，比用式（5-4）計(jì)算要簡(jiǎn)單得多。在

51、很多控制系統(tǒng)中，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)是采用電阻絲進(jìn)行控制的，所以，只要給一個(gè)增量信號(hào)即可。因此，把式（5-4）和式（5-5）相減，得到： （5-7）式中，同式（5-6）。式（5-7）表示第次輸出的增量，它等于第次與第次調(diào)節(jié)器的輸出和差值，即在第次的基礎(chǔ)上增加（或減少）的量，所以式（5-7）叫做增量型pid控制算式。用微型機(jī)實(shí)現(xiàn)位置式和增量式控制算法的原理，如圖5-1所示。p(k)=式(5-6)wd r(t) + e(t) p(k) m(t) - 計(jì)算機(jī)(a) 位置式控制p(k)=式(5-6)wd r(t) + e(t) p(k) m(t) - 計(jì)算機(jī)（b）增量式控制圖5-1 兩種pid控制原理圖此外，除了上述兩種控制算法外，還有一種稱為速度控制的pid算法，即 （5-8）5.2 pid算法的程序設(shè)計(jì)用匯編語(yǔ)言進(jìn)行pid程序設(shè)計(jì)有兩種運(yùn)算方法，一種用定點(diǎn)運(yùn)算，一種為浮點(diǎn)運(yùn)算。定點(diǎn)運(yùn)算速度比較快，但精度低一點(diǎn)；浮點(diǎn)運(yùn)算精度高，但運(yùn)算速度比較慢。一般情況下，當(dāng)速度變化比較慢時(shí)，可采用浮點(diǎn)運(yùn)算。如果系統(tǒng)要求速度比較快，則需采用定點(diǎn)運(yùn)算的方法。5.2.1 位置型pid算法程序的設(shè)計(jì)由式（5-7）可寫出第次采樣時(shí)pid的輸出表達(dá)式為 （5-9） （5-10）式（5-10）即為離散化的位置型pid編程公式，其流程如圖5-2。圖5-