模糊PID溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 渤海大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目： 模糊pid溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系： 工學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 姓 名： xxx 指導(dǎo)教師： xxx 完成日期： 2011年 月 日 模糊pid溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：模糊pid的溫度控制系統(tǒng)具有真正的智能化和靈活性，越來越多的溫度控制系統(tǒng)都基于模糊pid算法而設(shè)計(jì)。當(dāng)控制對(duì)象很復(fù)雜的情況下，常規(guī)pid溫度控制器已經(jīng)不再適用了，為了提高對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的控制性能，要使用模糊pid溫度控制器。本文設(shè)計(jì)了一種基于模糊pid的溫度控制系統(tǒng)，以at89c51單片機(jī)為核心，首先介紹了模糊pid控制理論基礎(chǔ)、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)以及硬件選擇，其次從硬件和軟件兩方面介紹了mcs-51單

2、片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，簡單說明如何實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，并對(duì)硬件原理圖和程序框圖作了簡潔的描述。關(guān)鍵詞：模糊pid；單片機(jī)；溫度傳感器；溫度控制fuzzy pid temperature control system designingabstract：fuzzy pid temperature control system with real intelligence and flexibility, more and more temperature control systems are designed based on fuzzy pid algorithm.when the co

3、ntrol object is a complex situation, conventional pid temperature controller is no longer applied, in order to improve the control performance of complex systems, to use the fuzzy pid temperature controller.this design presents a fuzzy-based pid temperature control system to at89c51 scm,made the fol

4、lowing main, first introduce the theory of fuzzy pid control, for the hardware design and hardware selection, second single-chips temperature control system is introduced from hardware and software, and simply explains how to actualize the temperature control. keywords: fuzzy pid; singlechip microco

5、mputer; temperature sensor；temperature controlling目 錄一、引言 1（一） 課題的提出和意義 4（二） 概述 4（三） pid控制器的發(fā)展 6二、模糊pid控制 7（一） 模糊 pid控制發(fā)展及優(yōu)點(diǎn) 7（二） 模糊控制理論 9（三） 模糊pid控制算法 11三、模糊pid溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14（一） 系統(tǒng)硬件電路模型的建立 14（二） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及系統(tǒng)總電路圖 15（三） 單片機(jī)和溫度傳感器的選擇 16（四） 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25四、系統(tǒng)調(diào)試 28（一） 常見的硬件故障 28（二） 聯(lián)機(jī)調(diào)試和脫機(jī)調(diào)試 29（三） 軟件調(diào)試方法 31（四） 誤

6、差分析 32五、結(jié)論 33六、參考文獻(xiàn) 34一、引言（一）課題的提出和意義隨著社會(huì)的發(fā)展，溫度的測(cè)量及控制變得越來越重要。無論你生活在任何地方，從事什么工作，無時(shí)無刻不在與溫度打著交道。在工業(yè)高速發(fā)展中為了高效的進(jìn)行生產(chǎn)，其中溫度的測(cè)量及控制扮演者重要的角色。準(zhǔn)確測(cè)量和有效控制溫度是優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)，低耗和安全生產(chǎn)的重要條件。在鋼鐵、冶金、水泥、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè)，可以說幾乎80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。溫度的測(cè)量和控制不但對(duì)于工業(yè)非常重要，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫度的測(cè)量與控制也有著十分重要的意義。 （二）概述溫度是生活及生產(chǎn)中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。自然界中任何物理、化學(xué)過程都

7、緊密的與溫度相聯(lián)系。在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測(cè)量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。因此，溫度的測(cè)量與控制在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中均受到了相當(dāng)程度的重視。溫度控制，在工業(yè)自動(dòng)化控制中占有非常重要的地位。單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用給現(xiàn)代工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命，自動(dòng)化、智能化均離不開單片機(jī)的應(yīng)用。將單片機(jī)控制方法運(yùn)用到溫度控制系統(tǒng)中，可以克服溫度控制系統(tǒng)中存在的嚴(yán)重滯后現(xiàn)象，同時(shí)在提高采樣頻率的基礎(chǔ)上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。現(xiàn)代自動(dòng)控制越來越朝著智能化發(fā)展，在很多自動(dòng)控制系統(tǒng)中都用到了工控機(jī)，小型機(jī)、甚至是巨型機(jī)處理機(jī)等，當(dāng)然這些處

8、理機(jī)有一個(gè)很大的特點(diǎn)，那就是很高的運(yùn)行速度，很大的內(nèi)存，大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。但隨之而來的是巨額的成本。在很多的小型系統(tǒng)中，處理機(jī)的成本占系統(tǒng)成本的比例高達(dá)20%，而對(duì)于這些小型的系統(tǒng)來說，配置一個(gè)如此高速的處理機(jī)沒有任何必要，因?yàn)檫@些小系統(tǒng)追求經(jīng)濟(jì)效益，而不是最在乎系統(tǒng)的快速性，所以用成本低廉的單片機(jī)控制小型的，而又不是很復(fù)雜，不需要大量復(fù)雜運(yùn)算的系統(tǒng)中是非常適合的。 溫度控制，在工業(yè)自動(dòng)化控制中占有非常重要的地位，如在鋼鐵冶煉過程中要對(duì)出爐的鋼鐵進(jìn)行熱處理，才能達(dá)到性能指標(biāo)，塑料的定型過程中也要保持一定的溫度。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)控制系統(tǒng)控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與自適應(yīng)

9、能力的要求越來越高，被控對(duì)象或過程的非線性、時(shí)變性、多參數(shù)點(diǎn)的強(qiáng)烈耦合、較大的隨機(jī)擾動(dòng)、各種不確定性以及現(xiàn)場測(cè)試手段不完善等，使難以按數(shù)學(xué)方法建立被控對(duì)象的精確模型的情況。隨著電子技術(shù)以及應(yīng)用需求的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的進(jìn)展。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)有了更高的飛躍，我們必須要好好地利用溫度的測(cè)量和控制。今天，我們的生活環(huán)境和工作環(huán)境有越來越多稱之為單片機(jī)的小電腦在為我們服務(wù)。單片機(jī)在工業(yè)控制、尖端武器、通信設(shè)備、信息處理、家用電器等各測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭。時(shí)下，家用電器和辦公設(shè)備的智能化、遙控化、實(shí)現(xiàn)模糊控制化己成為世界

10、潮流，而這些高性能無一不是靠單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。（三） pid控制器的發(fā)展 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。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)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。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口、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)過傳感器，變送器，通過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。

11、目前，pid控制及其控制器或智能pid控制器已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的pid控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有pid參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器，其中pid控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(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，還有可實(shí)現(xiàn)pid控制的pc系統(tǒng)等等。二、 模糊pid控制（一） 模糊 pid控制發(fā)展及優(yōu)點(diǎn)pid控制策略是最早發(fā)展起來的控制策略之一，現(xiàn)金使用的pid控制器產(chǎn)生并發(fā)展于1915-1940年期間盡管自1940年以來，許多先進(jìn)的控制方法不斷的推出，但由于pid控制具有

12、結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性好、可靠性高、參數(shù)易于整定，p、i、d控制規(guī)律各自成獨(dú)立環(huán)節(jié)，可根據(jù)工業(yè)過程進(jìn)行組合，而且其應(yīng)用時(shí)期較長，控制工程師們已經(jīng)積累大量的pid控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)。因此，pid控制器在工業(yè)控制中仍然得到廣泛的應(yīng)用，許多工業(yè)控制器仍然采用pid控制器。pid控制器的發(fā)展經(jīng)歷了液動(dòng)式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式幾個(gè)階段，目前正由模擬控制器向著數(shù)字化、智能化控制器的方向發(fā)展2。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，簡稱pid控制，又稱pid調(diào)節(jié)。pid控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、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)

13、和參數(shù)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)場調(diào)試來確定，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，或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(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 比例控制是一種最簡單的控制方式。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。 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)

14、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)誤差的或簡稱有差系統(tǒng) 。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)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 3.微分（d）控制 在微分控制中，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)）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用

15、，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，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)過程中的動(dòng)態(tài)特性。（二）模糊控制理論 模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控

16、對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡單，便于應(yīng)用 4。由工業(yè)過程的定性認(rèn)識(shí)出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對(duì)那些數(shù)學(xué)模型難以獲取，動(dòng)態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對(duì)象非常適用。基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，由于出發(fā)點(diǎn)和性能指標(biāo)的不同，容易導(dǎo)致較大差異；但一個(gè)系統(tǒng)語言控制規(guī)則卻具有相對(duì)的獨(dú)立性，利用這些控制規(guī)律間的模糊連接，容易找到折中的選擇，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。 模糊控制是基于啟發(fā)性的知識(shí)及語言決策規(guī)則設(shè)計(jì)的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，干擾和參數(shù)變化對(duì)控制效果的影

17、響被大大減弱，尤其適合于非線性、時(shí)變及純滯后系統(tǒng)的控制。常規(guī)的 pid控制系統(tǒng)原理框圖如下圖所示，系統(tǒng)由 pid 控制器和被控對(duì)象組成。 +=比例積分微分被控對(duì)象 r(t) e(t) p c(t) pid控制系統(tǒng)原理框圖 pid 控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r（t） 與實(shí)際輸出值c（t） 構(gòu)成控制偏差： e(t)=r(t)-c(t) (2-1)將偏差的比例（p） 、積分（i）和微分（d）通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)控制，故稱 pid 控制器。pid 控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下： 1. 比例環(huán)節(jié)即時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減

18、少偏差；比例調(diào)節(jié)的方程為： y = kp * e(t) (2-2)其中，y 為比例調(diào)節(jié)器的輸出量， kp為比例系數(shù)， e(t)為調(diào)節(jié)器的輸入或偏差值。而e（t）可表示成： e（t）=vo v（t） (2-3)這里 vo為設(shè)定的目標(biāo)值， v（t）為 t時(shí)刻的采樣值。比例調(diào)節(jié)器的輸出變化與輸入偏差成比例。比例調(diào)節(jié)作用的大小除了與偏差 e（t）有關(guān)外，主要取決于比例系數(shù)kp的大小。kp越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，反之則越弱。但對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)來說，kp太大時(shí)，會(huì)引起系統(tǒng)自激振蕩。比例調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)及時(shí)，只要偏差e（t）一出現(xiàn)，就能及時(shí)產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用。缺點(diǎn)是存在振蕩，而且如果單純采用比例調(diào)節(jié)，那

19、么系統(tǒng)一定會(huì)存在靜差。這是因?yàn)楸壤{(diào)節(jié)的輸出正比于偏差值，若偏差為零，則輸出也為零，此時(shí)系統(tǒng)不可能達(dá)到平衡。比例系數(shù)越小，過渡過程越平穩(wěn)，但靜差越大。比例系數(shù)越大，則過渡過程曲線振蕩越厲害，當(dāng)比例系數(shù)過大時(shí)，甚至可能出現(xiàn)發(fā)散振蕩的情況。因此，對(duì)于擾動(dòng)較大，慣性也較大的系統(tǒng)，若采用單純的比例調(diào)節(jié)，就難以兼顧動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的特性。2. 積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。；3. 微分環(huán)節(jié)能夠反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并且能在偏差信號(hào)值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間7。（三）模糊pid控制算法由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制系統(tǒng)，它只

20、能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。因此，式2-3中的積分和微分項(xiàng)不能直接使用，需要進(jìn)行離散化處理現(xiàn)令t為采樣周期，以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)kt代表連續(xù)時(shí)間t，以累加求和近似代替積分以一階后向差分近似代替微分做如下的近似變換1： (2-4) （2-5） (2-6)其中，t為采樣周期，e(k)為系統(tǒng)第k次采樣時(shí)刻的偏差值，e(k-l)為系統(tǒng)第(k-l)次采樣時(shí)刻的偏差值，k為采樣序號(hào)，k=0，1，2，。將上面的式2-4和式2-5代入式2-6則可以得到離散的pid表達(dá)式： (2-7)如果采樣周期了足夠小，該算式可以很好的逼近模擬pid算式，因而使被控過程與連續(xù)控制過程十分接近。通常把式2-7稱為pid的

21、位置式控制算法。若在式2-7中，令： （稱為積分系數(shù)） (稱為微分系數(shù)） 則 (2-8)(2-8)式即為離散化的位置式pid控制算法的編程表達(dá)式?？梢钥闯觯看屋敵雠c過去的所有狀態(tài)都有關(guān)，要想計(jì)算u(k)，不僅涉及e(k)和e(k-l)，且須將歷次e(j)相加，計(jì)算復(fù)雜，浪費(fèi)內(nèi)存。下面，推導(dǎo)計(jì)算較為簡單的遞推算式。為此，對(duì)(2-8)式作如下的變動(dòng)：考慮到第（k-1）次采樣時(shí)有： （2-9）使（2-8）兩邊對(duì)應(yīng)減去（2-9）式得 整理后得 （2-10）其中：； 式（2-10）就是pid位置式的遞推形式如果令，則： （2-11）式中、同式（2-10）中一樣。因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)控制中式中、都可以事先求出，

22、所以，實(shí)際控制時(shí)只須獲得 、三個(gè)有限的偏差值就可以求出控制增量。由于其控制輸出對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置的增量，故(2-11)式通常被稱為pid控制的增量式算式3。增量式pid控制算法與位置式控制算法比較，有如下的一些優(yōu)點(diǎn)：（1）位置式算法每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)，算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累計(jì)誤差。而增量式中只須計(jì)算增量，控制增量的確定僅與最近幾次偏差采樣值有關(guān)，當(dāng)存在計(jì)算誤差或者精度不足時(shí)，對(duì)控制量的影響較小，且較容易通過加權(quán)處理獲得比較好的控制效果；（2）由于計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，所以誤動(dòng)作影響小，而且必要時(shí)可以用邏輯判斷的方法去掉，對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行有利；（3）手動(dòng)與自動(dòng)切換時(shí)

23、沖擊比較小。三、 模糊pid溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（一）系統(tǒng)硬件電路模型的建立模糊pid溫度控制系統(tǒng)主要包括單片機(jī)控制模塊，溫度采集模塊，溫度顯示模塊，溫度上下限調(diào)整模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和外部存儲(chǔ)模塊等六大部分。系統(tǒng)總體框圖如圖3-1所示3。溫度采集模塊溫度設(shè)定模塊單片機(jī)控制模塊外部存儲(chǔ)模塊溫度超限報(bào)警模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊溫度顯示模塊 圖3-1 系統(tǒng)總體框圖（1）單片機(jī)控制模塊：它是系統(tǒng)的核心模塊，用來控制其他各個(gè)模塊的工作情況。（2）溫度采集模塊：該模塊用來采集控制對(duì)象的溫度，并輸入到單片機(jī)中。（3）溫度設(shè)定模塊：用來設(shè)定所需求的溫度。（4）溫度超限報(bào)警模塊：當(dāng)溫度高于上限或者低于下限時(shí)，該模塊啟動(dòng)，

24、以實(shí)現(xiàn)更好的人機(jī)交流。（5）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：該模塊分為兩個(gè)部分；加熱裝置與散熱裝置。（6）外部存儲(chǔ)模塊：用來存儲(chǔ)設(shè)定溫度的上限值和下限值。（7）溫度顯示模塊：顯示當(dāng)前設(shè)定的溫度值。（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)、原理及系統(tǒng)總電路圖1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制，以解決工業(yè)及日常生活中對(duì)溫度的及時(shí)自動(dòng)控制問題；用十進(jìn)制數(shù)碼顯示實(shí)際溫度值，方便人工監(jiān)視；用鍵盤輸入溫度控制范圍值，便于在不同應(yīng)用場所設(shè)置不同溫度范圍值。當(dāng)實(shí)際溫度值不在該范圍時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度， 以保持設(shè)定的溫度基本不變，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。系統(tǒng)的溫度最小區(qū)分度為1。在環(huán)境溫度變化時(shí)，溫度控制的靜態(tài)誤差小于等于0.5。92

25、.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理本設(shè)計(jì)采用at89c51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，因at89c51在片內(nèi)含4kb的eeprom，不需外擴(kuò)展存儲(chǔ)器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單。利用at89c51串行口輸出工作方式，使at89c51的利用率大大提高，外部電路得以簡化。at89c51可直接對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描讀數(shù)，可直接用串/并轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動(dòng)led顯示溫度值。因其利用率高，負(fù)載重，后相電路只需加一塊同相驅(qū)動(dòng)器即可正常工作。在串行傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，頻率可達(dá)到1mhz，對(duì)溫度的顯示完全達(dá)到測(cè)控精度要求。3.系統(tǒng)總電路圖系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖如圖3-2所示 圖3-2 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖（三）單片機(jī)和溫度傳感器的選擇 1.單片機(jī)的選擇本文選用at89c51

26、單片機(jī)，at89c51是一種帶4k字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓、高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機(jī)10。at89c51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 主要特性：與mcs-51 兼容4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24mhz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128×8位內(nèi)部ram 32可編程i/o線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)5個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 圖3-

27、3 at89c51單片機(jī)示意圖管腳說明：vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口

28、作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。    p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的

29、雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開始工作，在reset引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器pc指向0000h，p0-p3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07h，其它專用寄存器被清“0”。reset由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000h地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變r(jià)am（包括工作寄存器r0-r7）的狀態(tài)5

30、。 ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但

31、在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號(hào)將不出現(xiàn)。ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入

32、至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。芯片擦除：整個(gè)perom陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ale管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，at89c51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。2.溫度傳感器

33、的選擇本文選用ds18b20傳感器，ds18b20是美國dallas半導(dǎo)體公司繼ds1820之后最新推出的一種數(shù)字化單總線器件，屬于新一代適配微處理器的改進(jìn)型智能溫度傳感器。使用ds1sb20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。同時(shí)其“一線總線”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的概念。其測(cè)量溫度范圍為-55+125，在-1085范圍內(nèi)，精度為土0.5?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。因此，數(shù)字化單總線器件ds18b20適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)

34、溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較ds18b20都有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果。可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中3。ds18b20的測(cè)溫原理：溫度傳感器的歷史及簡介溫度的測(cè)量是從金屬(物質(zhì))的熱脹冷縮開始。水銀溫度計(jì)至今仍是各種溫度測(cè)量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)?？墒撬娜秉c(diǎn)是只能近距離觀測(cè)，而且水銀有毒，玻璃管易碎。代替水銀的有酒精溫度計(jì)和金屬簧片溫度計(jì)，它們雖然沒有毒性，但測(cè)量精度很低，只能作為一個(gè)概略指示。不過在居民住宅中使用已可滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中為了配合遠(yuǎn)傳儀表指示，出現(xiàn)了許多不同的溫度檢

35、測(cè)方法，常用的有電阻式、熱電偶式、pn結(jié)型、輻射型、光纖式及石英諧振型等。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù)(如電阻值，熱電勢(shì)等)的變化的原理。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高，出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器。每一片dsl8b20在其rom中都存有其唯一的48位序列號(hào)，在出廠前已寫入片內(nèi)rom 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀rom(33h)命令將該dsl8b20的序列號(hào)讀出。程序可以先跳過rom，啟動(dòng)所有dsl8b20進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配rom，再逐一地讀回每個(gè)dsl8b20的溫度數(shù)據(jù)。ds18b20的測(cè)溫原理如圖3-4所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率

36、的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，ds18b20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將-55 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)

37、，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。低溫度系數(shù)振蕩器預(yù)置斜率累加器計(jì)數(shù)比較器減法計(jì)數(shù)器1減到0預(yù)置溫度寄存器高溫度系數(shù)振蕩器減法計(jì)數(shù)器2減到0增加1 圖3-4 ds18b20的內(nèi)部測(cè)溫電路原理圖圖3-4中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率隨溫度變化而明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，ds18b20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量

38、前，首先將-55所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器和溫度寄存器被預(yù)置在-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就是ds18b20的測(cè)溫原理6。ds1

39、8b20的測(cè)溫流程：初始化ds18b20跳過rom匹配溫度變換延時(shí)1s跳過rom匹配讀暫存器轉(zhuǎn)換成顯示碼數(shù)碼管顯示圖3-5 ds18b20的測(cè)溫流程ds18b20使用中注意事項(xiàng)ds18b20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：   1) 較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于ds18b20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)ds18b20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用pl/m、c等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)ds18b20操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。 &

40、#160; 2) 在ds18b20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛ds18b20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)ds18b20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛ds18b20超過8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。   3) 連接ds18b20的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長度超過50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形

41、產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用ds18b20進(jìn)行長距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。   4) 在ds18b20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向ds18b20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序要等待ds18b20的返回信號(hào)，一旦某個(gè)ds18b20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該ds18b20時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行ds1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。 測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接vcc和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。（四）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路：一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件

42、作保證。同時(shí)還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時(shí)會(huì)變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號(hào)處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與s51系列單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的51匯編語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件編程。程序設(shè)計(jì)語言有三種：機(jī)器語言、匯編語言和高級(jí)語言。機(jī)器語言是機(jī)器唯一能“懂”的語言，用匯編語言或高級(jí)語言編寫的程序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機(jī)器語言的程序（成為目標(biāo)程序），計(jì)算機(jī)才能“看懂”，然后逐一執(zhí)行。高級(jí)語言是面向問題和計(jì)算過程的語言，它可通過于

43、各種不同的計(jì)算機(jī)，用戶編程時(shí)不必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語句的功能強(qiáng)，常常一個(gè)語句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高級(jí)語言編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流，但是本系統(tǒng)卻選用了匯編語言。原因在于，本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機(jī)微控制系統(tǒng)，使用匯編語言可以不用像高級(jí)語言那樣占用較多的存儲(chǔ)空間，適合于存儲(chǔ)容量較小的系統(tǒng)。同時(shí)，本系統(tǒng)對(duì)位處理要求很高，需要解決大量的邏輯控制問題。mcs51指令系統(tǒng)的指令長度較短，它在存儲(chǔ)空間和執(zhí)行時(shí)間方面具有較高的效率，編成的程序占用內(nèi)存單元少，執(zhí)行也非常的快捷，與本系統(tǒng)的應(yīng)用要求很適合。而且mcs51指令系統(tǒng)有豐富的位操作（

44、或稱位處理）指令，可以形成一個(gè)相當(dāng)完整的位操作指令子集，這是mcs51指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)之一。對(duì)于要求反應(yīng)靈敏與控制及時(shí)的工控、檢測(cè)等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)以及要求體積小、系統(tǒng)小的許多“電腦化”產(chǎn)品，可以充分體現(xiàn)出匯編語言簡明、整齊、執(zhí)行時(shí)間短和易于使用的特點(diǎn)8。2. 軟件主程序模塊主程序模塊要做的主要工作是上電后對(duì)系統(tǒng)初始化和構(gòu)建系統(tǒng)整體軟件框架，其中初始化包括對(duì)單片機(jī)的初始化和串口初始化等。然后等待溫度設(shè)定，若溫度已經(jīng)設(shè)定好了，判斷系統(tǒng)運(yùn)行鍵是否按下，若系統(tǒng)運(yùn)行，則依次調(diào)用各個(gè)相關(guān)模塊，循環(huán)控制直到系統(tǒng)停止運(yùn)行11。主程序模塊的程序流程圖如圖3-6所示。開始系統(tǒng)初始化等待溫度設(shè)定否讀溫度設(shè)定值等待運(yùn)

45、行/停止鍵按否數(shù)據(jù)采集溫度顯示控制輸出pid運(yùn)算運(yùn)/停止按否 n y n y y n 圖3-6 主程序流程圖四、系統(tǒng)調(diào)試（一）常見的硬件故障1.邏輯錯(cuò)誤 它是由設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或加工過程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的。這類錯(cuò)誤包括錯(cuò)線、開路、短路、相位錯(cuò)等。2.元器件失效 有兩方面的原因：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是組裝錯(cuò)誤造成元件失效，如電解電容、二極管的極性錯(cuò)誤、集成電路安裝方向錯(cuò)誤等。3.可靠性差 引起可靠性差的原因很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞，經(jīng)不起振動(dòng)；內(nèi)部和外部干擾、電源紋波系數(shù)大、器件負(fù)荷過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；走線和布局不合理也會(huì)引起系統(tǒng)可靠性差。4.電源故

46、障 若樣機(jī)有電源故障，則加電后很容易造成器件損壞。電源故障包括電壓值不符合設(shè)計(jì)要求，電源引線和插座不對(duì)，功率不足，負(fù)載能力差等。（二）聯(lián)機(jī)調(diào)試和脫機(jī)調(diào)試1.聯(lián)機(jī)調(diào)試通過脫機(jī)調(diào)試可排除一些明顯的硬件故障，但有些故障還必須通過聯(lián)機(jī)調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)和排除。聯(lián)機(jī)前先斷電，將單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的仿真頭插到樣機(jī)的8031插件上，檢查開發(fā)機(jī)和樣機(jī)之間的電源、接地是否良好。一切正常后，即可打開電源。通電后執(zhí)行開發(fā)機(jī)的讀寫指令，對(duì)樣機(jī)的存儲(chǔ)器、i/o端口進(jìn)行讀寫操作、邏輯檢查，若有故障，可用示波器觀察有關(guān)波形（如選中的譯碼器輸出波形、讀寫控制信號(hào)、地址數(shù)據(jù)波形以及有關(guān)的控制電平）。通過對(duì)波形的觀察分析，尋找故障原因并進(jìn)

47、一步排除故障?？赡艿墓收嫌校郝肪€連接上有邏輯錯(cuò)誤、有斷路或短路現(xiàn)象、集成電路失效等。在樣機(jī)主機(jī)部分調(diào)試好后，可以插上系統(tǒng)的其他外圍部件，例如鍵盤、顯示器、輸出驅(qū)動(dòng)板、a/d及d/a板等，再對(duì)這部分進(jìn)行初步調(diào)試。在調(diào)試過程中若發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，可能有下列情況：電源系統(tǒng)供電不足，或聯(lián)機(jī)時(shí)公共地線接觸不良，或用戶系統(tǒng)主板負(fù)載過大，或用戶的各級(jí)電源濾波不完善等。對(duì)這些問題一定要查出原因并加以排除。（1）采集電路調(diào)試（2）數(shù)碼顯示調(diào)試調(diào)試中發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管的亮度一直很微弱，用萬用表測(cè)量可知，其輸入電壓只有1.99v，勉強(qiáng)能夠發(fā)光，而89c51輸出的電壓依然為5v左右，分析知89c51在串行口工作方式

48、下，負(fù)載很重，發(fā)光二極管分得的電流較小，使其不能正常發(fā)光。在此加入一塊同相放大器來驅(qū)動(dòng)它們工作。2.脫機(jī)調(diào)試在樣機(jī)加電以前，先用萬用表等工具根據(jù)硬件電氣原理和裝配圖仔細(xì)檢查樣機(jī)線路的正確性，并核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求，特別應(yīng)注意電源的走線，防止電源線之間短路和極性錯(cuò)誤，并檢查擴(kuò)展系統(tǒng)總線是否存在相互短路或與其他信號(hào)線的短路。對(duì)于樣機(jī)所用電源，事先必須單獨(dú)調(diào)試。調(diào)試好后，檢查其電壓值、負(fù)載能力、極性等均符合要求，才能加到系統(tǒng)的各個(gè)部件上。在不插芯片的情況下，加電檢查各插件上引腳的電位，仔細(xì)測(cè)量各點(diǎn)電位是否正常，尤其應(yīng)注意8031插座上各電位是否正常，若有高壓，聯(lián)機(jī)時(shí)將損壞仿真器。在脫機(jī)調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)無法復(fù)位，經(jīng)檢查知電路中沒有接入復(fù)位電路，經(jīng)接入上電復(fù)位方式的復(fù)位電路后，系統(tǒng)運(yùn)行正常。（三）軟件調(diào)試方法軟件調(diào)試與所選用的軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)技術(shù)有關(guān)。如果采用模塊程序設(shè)計(jì)技術(shù)，則逐個(gè)模塊分別調(diào)試。調(diào)試各子程序時(shí)一定要符合現(xiàn)場環(huán)境，即入口條件和出口條件。調(diào)試手段可采用單步或設(shè)置斷點(diǎn)運(yùn)行方式，通過檢查系統(tǒng)cpu 的現(xiàn)場，arm的內(nèi)容和i/o口的狀態(tài)，檢查程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)