畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）自動(dòng)爐溫控制系統(tǒng)

1、天津職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘 要2引言3一 主要器件的使用和介紹4（一）、單片機(jī)4（二）、dac08328（三）adc080410（四）lm741運(yùn)算放大器10（五）單片機(jī)鍵盤和鍵盤接口10（六）、led顯示器接口12二實(shí)際電路12（一）電路的制作15（二）電路的調(diào)試17三功能說明17（一）采集部分17（二）控制部分18四、結(jié)束語19五、致謝詞19六參考文獻(xiàn)：20附圖一元件明細(xì)表21附錄二 系統(tǒng)總程序22附錄三 英文資料及其譯文26附錄四：系統(tǒng)總電路圖37自動(dòng)爐溫控制系統(tǒng)摘 要xxx（天津職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院自動(dòng)化系9904班，2004年5月）摘 要 ：在引言中通過對電阻爐爐溫控制過程的描

2、述，引出了由mcu制器進(jìn)行閉環(huán)控制的溫度控制系統(tǒng)框圖。我們可以把這個(gè)框圖分為單片機(jī)控制部分、溫度采集傳送器模塊、轉(zhuǎn)換部分、后面就圍繞這三大模塊分別予以介紹。其中，重點(diǎn)講述單片機(jī)控制模塊的主要硬件，、轉(zhuǎn)換，和控制程序的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)、溫度控制、 the automatic furnace temperature controls systemkang ling(tianjin university of technology and education . automation department9904.2004.5)abstract：about the temperature tha

3、t the electric resistancestove of control describing of process, derivation from the mcu system that the control the shut of wreath that the temperaturecontrol of the system of diagram in the preface.the part of machine of single slice control、the sample of temperature and / 、 / converting were comp

4、osed the diagram of system.later we will instroduce the three functional port. among them, the point relate the machine of single slice to control the mold piece the design for of main hardware, / , / converting, with controling the procedure.keyword：muc a/d d/a temperature control引言在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，溫度是

5、極為普遍又極為重要的熱工參數(shù)之一。為了保證生產(chǎn)過程正常安全地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約能源，對加熱用的各種電爐要求在一定條件下保持恒溫，不能隨電源電壓波動(dòng)或爐內(nèi)物體而變化；或者要求有的電爐的爐溫根據(jù)工藝條件，按照某個(gè)指定的升溫或保溫規(guī)律而變化，等等。因此，對溫度不僅要不斷地測量，而且要進(jìn)行控制。電阻爐爐溫的控制，根據(jù)工藝要求不同而有所變化，但大體上可歸納為以下幾個(gè)過程：1. 自由升溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對升溫速度進(jìn)行控制的升溫過程。2. 恒速升溫段，即要求爐溫上升的速度按某一斜率進(jìn)行。3. 保溫段，即要求在某一過程中爐溫基本保持不變。4. 恒速降溫段，即

6、要求爐溫下降的速度按某一斜率進(jìn)行。5. 自由降溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對降溫速度進(jìn)行控制的升溫過 程。而每一段都有時(shí)間的要求，如下圖所示：爐溫變化過程 隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其運(yùn)行功能不斷增強(qiáng)，運(yùn)行速度不斷提高，不但可用它來構(gòu)成順序控制系統(tǒng)，也可以用它來完成工業(yè)過程的閉環(huán)控制。電阻爐溫度控制系統(tǒng)的組成如下圖所示：控制器（mcu）（控制算法）晶閘管控制電阻爐d/a溫度采集a/d實(shí)際溫度設(shè)定溫度 +溫度控制系統(tǒng)框圖 圖中的控制器即是單片機(jī)，它按比例控制規(guī)律來設(shè)計(jì)控制程序。比例調(diào)節(jié)器的輸出量經(jīng)過d/a變成晶閘管控制量，來改變晶閘管的導(dǎo)通角，從而控制電阻爐的加熱強(qiáng)度。溫度測量元件采用線性度好且

7、時(shí)間常數(shù)小的ad590，采集后經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換把溫度轉(zhuǎn)換成與其成正比的數(shù)字量。送入單片機(jī)與給定的溫度比較如果高于給定溫度上限則以上限值給d/a來控制晶閘管導(dǎo)通角,如果低于給定溫度下限則以下限值給d/a來控制晶閘管的導(dǎo)通角,從而控制電爐的溫度在正常范圍里.下面各章將分別介紹溫度控制系統(tǒng)的各部分組成及功能。一 主要器件的使用和介紹（一）、單片機(jī)概述：單片機(jī)因?qū)⑵渲饕M成部分集成在一個(gè)芯片上而得名，具體說就是把中央處理器cpu（central processing unit）、隨機(jī)存儲器ram(random access memory)、只度存儲器（read only menory）、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器

8、/計(jì)數(shù)器以及i/o（input/output）口電路等主要微型機(jī)部件，集成在一塊芯片上。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但從組成和功能上看，它已經(jīng)具有了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，為此稱它為單片微型計(jì)算機(jī)scmc（single chip microcomptuer）,簡稱單片機(jī)。通常所說的單片機(jī)系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計(jì)的，是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而組建的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，單片機(jī)處于核心地位，是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件的基礎(chǔ)。應(yīng)用領(lǐng)域：1工業(yè)自動(dòng)化方面自動(dòng)化能使工業(yè)系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，提高經(jīng)濟(jì)效益、改善產(chǎn)品質(zhì)量和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，自動(dòng)化技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、石油、化工、紡織、食品等

9、輕重工業(yè)領(lǐng)域中，而在工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)中，無論是過程控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集和測量技術(shù)，還是生產(chǎn)線的機(jī)器人技術(shù)，都需要有單片機(jī)的參與。2儀器儀表方面 現(xiàn)代儀器儀表的自動(dòng)化和智能化要求越來越高，對此最好使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，而單片機(jī)的使用又將加速儀器儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化方向發(fā)展。此外，單片機(jī)的使用還有助于提高儀器儀表的精確度和準(zhǔn)確度，簡化結(jié)構(gòu)、減小體積而易于攜帶和使用，并具有降低成本，增加抗干擾能力，便于增加顯示、報(bào)警和自診斷功能。3家用電器方面 當(dāng)前，家用電器產(chǎn)品的一個(gè)重要發(fā)展趨勢是不斷提高其智能化程度，而家電智能化的進(jìn)一步提高就需要有單片機(jī)參與。智能化家用電器將給我們帶來更大的舒適和方便，進(jìn)一步

10、改善我們的生活質(zhì)量，把我們的生活變的更豐富。4信息和通信產(chǎn)品方面 信息和通信產(chǎn)品的自動(dòng)化和智能化程度很高，這當(dāng)然離不開單片機(jī)的參與。例如計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備（鍵盤、打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器）和自動(dòng)化辦公室設(shè)備（傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、電話機(jī)等），都有單片機(jī)在其中。5軍事裝備方面 科技強(qiáng)軍，在國防現(xiàn)代化離不開計(jì)算機(jī)，在各種軍事設(shè)施和武器中都有單片機(jī)在發(fā)揮其作用。單片機(jī)at89c52：at89c52具有并行8k可編程的非易失性flash程序存儲器。要實(shí)現(xiàn)對器件串行在系統(tǒng)編程(isp)和在應(yīng)用中編程(iap) ，該系列單片機(jī)是80c51微控制器的派生器件是采用先進(jìn)cmos工藝制造的8位微控制器指令系統(tǒng)與80c51 完

11、全相同。（1）特性80c51 核心處理單元片內(nèi)flash 程序存儲器 速度可達(dá)33mhz全靜態(tài)操作ram 可擴(kuò)展到64k 字節(jié)4個(gè)中斷優(yōu)先級6個(gè)中斷源4個(gè)8位i/o口全雙工增強(qiáng)型uart幀數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測自動(dòng)地址識別電源控制模式時(shí)鐘可停止和恢復(fù)空閑模式掉電模式可編程時(shí)鐘輸出 管腳圖1異步端口復(fù)位雙dptr寄存器低emi (禁止ale)3個(gè)16位定時(shí)器掉電模式可通過外部中斷喚醒(2)at89c52管腳及功能管腳圖見圖1功能表見下表 at89c52管腳圖at89c52管腳功能表名稱管腳號圖-1類型名稱和功能vss20i地vcc40i電源提供掉電空閑正常工作電壓p0.0-0.739-32i/op0口：p

12、0口是開漏雙向口可以寫為1使其狀態(tài)為懸浮，用作高阻輸入。p0也可以在訪問外部程序存儲器時(shí)作地址的低字節(jié)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)作數(shù)據(jù)總線此時(shí)通過內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送1。p1.0-p1.71-8i/op1口：p1口是帶內(nèi)部上拉的雙向i/o口向p1口寫入1時(shí)，p1口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部拉低的p1口會因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流(見dc 電氣特性)。 p2.0-2.721-28i/op2口：p2口是帶內(nèi)部上拉的雙向i/o口，向p2口寫入1時(shí)p2口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的p2口會因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流(見dc 電氣特性) 。在訪問外部程序存儲器和

13、外部數(shù)據(jù)時(shí)分別作為地址高位字節(jié)和1p3.0-3.710-17i/op3：口p3口是帶內(nèi)部上拉的雙向i/o 口，向p3 口寫入1時(shí)，p3 口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部拉低的p3 口會因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流(見dc 電氣特性) 89c51/89c52/89c54/89c58 的p3 口腳具有以下特殊功能10rxd(p3.0) 串行輸入口11txd(p3.1) 串行輸出口12/int0(p3.2) 外部中斷013/int1(p3.3) 外部中斷14t0(p3.4) 定時(shí)器0 外部輸入15t1(p3.5) 定時(shí)器1 外部輸入16/wr(p3.6) 外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號17/r

14、d(p3.7) 外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號rst913i復(fù)位：當(dāng)晶振在運(yùn)行中只要復(fù)位管腳出現(xiàn)2 個(gè)機(jī)器周期高電平即可復(fù)位，內(nèi)部有擴(kuò)散電阻連接到vss，僅需要外接一個(gè)電容到vcc 即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。ale30o地址鎖存使能：在訪問外部存儲器時(shí)，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下，ale 輸出信號恒定為1/6 振蕩頻率。并可用作外部時(shí)鐘或定時(shí)，注意每次訪問外部數(shù)據(jù)時(shí)一個(gè)ale (/ea)/vpp31i外部尋址使能/編程電壓：在訪問整個(gè)外部程序存儲器時(shí)，ea必須外部置低。如果ea為高時(shí)，將執(zhí)行內(nèi)部程序除非程序，計(jì)數(shù)器可以大于0fffh(4k 器件) ，1fffh(8k 器件)， 3fffh(16k 器

15、件)， 7fffh(32k 器件)。 當(dāng)rst 釋放后ea 腳的值被鎖存，任何時(shí)序的改變都將無效。該引腳在對flash 編程時(shí)接12v 編程電壓(vpp)。xtal119i晶體1： 晶振和內(nèi)部時(shí)鐘輸入。xtal218o晶體2 晶振輸出（三）功能圖（二）、dac0832 （1）dac0832芯片是一種具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位dac，它能直接與mcs-51單片機(jī)接口，其具有以下特性參數(shù)：n 分辨率為8位；n 電流穩(wěn)定時(shí)間1us;n 可單緩沖雙緩沖或直接數(shù)字輸入；n 只需在滿量程下調(diào)整其線性度；n 單一電源供電（+5v+15v）；n 低功耗，200mw。dac0832的應(yīng)用特性n dac0832

16、是微處理器兼容型d/a轉(zhuǎn)換器，可以充分利用微處理器的控制力實(shí)現(xiàn)對d/a轉(zhuǎn)換的控制；n 有兩級鎖存控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道d/a的同步轉(zhuǎn)換輸出；n dac0832內(nèi)部無參考電壓源；須外接參考電壓源；n dac0832為電流輸出型d/a轉(zhuǎn)換器，要獲得模擬電壓輸出是，需要外加轉(zhuǎn) 換電路。（2）、dac0832芯片的引腳功能簡介dac0832是美國數(shù)據(jù)公司的八位d/a，片內(nèi)帶有數(shù)據(jù)鎖存器，電流輸出，輸出穩(wěn)定時(shí)間為1us，功耗為20mw.微處理器采用的是p89c52有非易失flash 并行可編程的程序存儲器所有器dac0832是20引腳雙列直插式芯片，其各個(gè)引腳的分布如下圖所示， 其各個(gè)引腳的功能可以作

17、如下解釋。 d0d7:數(shù)據(jù)輸入線；ile:數(shù)據(jù)允許鎖存信號，高電平有效；cs:輸入寄存器選擇信號，低電平有效。wr1為輸入寄存器的寫選通信號。輸入寄存器鎖存信號le1有ile、cs 、wr1的邏輯組合產(chǎn)生。當(dāng)ile為高電平、cs為低電平wr1輸入負(fù)脈沖時(shí)，在le1產(chǎn)生正脈沖；le1為高電平是，輸入鎖存器的狀態(tài)隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化，le1的負(fù)跳變將數(shù)據(jù)線上的信息鎖入輸入寄存器。xfer：數(shù)據(jù)傳送信號，低電平有效。wr2 為dac寄存器的寫選通信號。dac寄存器的寫選通信號。dac寄存器的鎖存信號le2,由xferwr2 的邏輯組合產(chǎn)生。當(dāng)xfer為低電平，wr2輸入負(fù)脈沖，則在le2產(chǎn)生正脈沖

18、；le2為高電平，dac寄存器的輸出和輸入寄存器的狀態(tài)一致，le2負(fù)跳變，輸入寄存器的內(nèi)容打入dac寄存器。vref:基準(zhǔn)電源輸入引腳。rfb:反饋信號輸入引腳，反饋電阻在芯片內(nèi)部。iout1iout2:電流輸出引腳。電流iout1與iout2的和為常數(shù)，iout1、iout2隨dac寄存器的內(nèi)容線性變化。vcc:電源輸入引腳。agnd:模擬信號地。dgnd:數(shù)字地。（3）、dac0832的原理框圖如下所示：由圖可知數(shù)字量是通過兩級寄存器送至d/a轉(zhuǎn)換器的輸入端。兩級鎖存器可做到當(dāng)后一級鎖存器正輸出給d/a轉(zhuǎn)換時(shí)，前一級又可接收新的數(shù)據(jù)，從而提高了轉(zhuǎn)換速度。此外，在使用多個(gè)d/a轉(zhuǎn)換器分時(shí)輸入

19、數(shù)據(jù)的情況下，兩級緩沖可以保證同時(shí)輸出模擬電壓。wr1和wr2是用來分別控制兩級鎖存器的。 （4）、單緩沖方式連接：所謂單緩沖方式就是使dac0832的兩個(gè)輸入寄存器中有一個(gè)（多為dac寄存器）處于直通方式，而另一個(gè)處于受控的鎖存方式。在實(shí)際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸出，或雖是多路模擬量輸出但并不要求輸出同步的情況下，就可以采用單緩沖方式 圖-4 dac0832內(nèi)部原理圖（4）dac0832與單片機(jī)的接口電路圖p0.0-p0.7 p2.7 wrdi0 rfbdi7cs iout1xfer iout2wr1 vrefwr2lm327+5v=+5v （三）adc08041所謂a/d轉(zhuǎn)換器就是模擬

20、/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（analog to digital converter 簡稱adc），是將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。信號輸入端的信號可以是傳感器（sensor）或轉(zhuǎn)換器（transducer）的輸出，而adc輸出的數(shù)字信號可以提供給微處理器，以便更廣泛的應(yīng)用。2adc0804的規(guī)格 8位coms逐次逼近型的a/d轉(zhuǎn)換器； 三態(tài)鎖定輸出； 存取時(shí)間：135s; 分辨率：8位； 轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us； 總誤差：±1lsb； 工作溫度：adc0804lcn0-+70； adc0804lcd-40-+85；3引腳圖及說明/cs：芯片選擇信號。/rd：外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制腳輸出信號。/rd

21、為hi時(shí)，db0db7處于高阻抗；/rd為lo時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會輸出。/wr：用來啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于adc的轉(zhuǎn)換開始，當(dāng)/wr由hi變?yōu)閘o時(shí)轉(zhuǎn)換器被清除；當(dāng)/wr回到hi時(shí)，轉(zhuǎn)換正式開始。clk in，clk r：時(shí)鐘輸入或接震蕩元件（r，c），頻率約限制在100khz1460khz，如果使用rc電路則其震蕩頻率為1/（1.1rc）。/intr：中斷請求信號輸出，低電平動(dòng)作。vin（+）vin（-）：差動(dòng)模擬電壓輸入。輸入單端正電壓時(shí)，vin（-）接地；而差動(dòng)輸入時(shí)，直接加vin（+）vin（-）。agnd，dgnd：模擬信號以及數(shù)字信號的接地。vref：輔助參考電壓。db0db7：8

22、位的數(shù)字輸出。vcc：電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓。4adc0804電壓輸入與數(shù)字輸出的關(guān)系如下表：十六進(jìn)制二進(jìn)制碼與滿刻度的比率相對電壓值vref=2.560伏高4位字節(jié)低4位字節(jié)高4位字節(jié)電壓低4位字節(jié)電壓 f111115/1615/25648000300 e111014/1614/25644800280 d110113/1613/25641600260 c110012/1612/25638400240 b101111/1611/25635200220 a101010/1610/25632000200 910019/169/25628800180810008/168/2562560016

23、0701117/167/25622400140601106/166/25619200120501015/165/25616000100401004/164/25612800080 300113/163/2560，9600060200102/162/25606400040100011/161/256032000200000000（四）lm741運(yùn)算放大器 與普通運(yùn)放功能相同，只是多了調(diào)零功能，使用更精確，性能更優(yōu)。（五）單片機(jī)鍵盤和鍵盤接口 我們可以把單片機(jī)使用的鍵盤分為獨(dú)立式和矩陣式兩種。獨(dú)立式實(shí)際上就是一組相互獨(dú)立的按鍵，這些按鍵可直接與單片機(jī)的i/o連接，即每個(gè)按鍵獨(dú)占一條口線，接口簡單。

24、矩陣式鍵盤也稱為行列式鍵盤，因?yàn)殒I的數(shù)目較多，所以鍵按行列組成矩陣。 從按一個(gè)鍵到鍵的功能被執(zhí)行主要應(yīng)包括兩項(xiàng)工作：一是鍵的識別，即在鍵盤中找出被按的是哪個(gè)鍵，另一項(xiàng)是功能鍵的實(shí)現(xiàn)。第一項(xiàng)工作是使用接口電路實(shí)現(xiàn)的，而第二項(xiàng)工作是通過執(zhí)行中斷服務(wù)程序來完成的。 鍵盤接口處理的核心內(nèi)容是測試有無閉合鍵，對閉合鍵進(jìn)行去抖動(dòng)處理，求得閉合鍵的鍵碼。這些操作內(nèi)容通常都是由軟硬件結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)的。為了使鍵盤操作更穩(wěn)定可靠，還可以加一些附加功能，例如屏蔽功能；對一個(gè)鍵，不管按下多長時(shí)間，僅執(zhí)行一次鍵處理子程序等。 鍵盤接口的控制方式：1.隨機(jī)方式，每當(dāng)cpu空閑時(shí)執(zhí)行鍵盤掃描程序。2.中斷方式，每當(dāng)有鍵閉合

25、時(shí)才向cpu發(fā)出中斷請求，中斷響應(yīng)后執(zhí)行盤掃描程序。3.定時(shí)方式，每隔一定時(shí)間執(zhí)行一次鍵盤掃描程序，定時(shí)可由單片 機(jī)的定時(shí)器完成。 鍵處理子程序： 在計(jì)算機(jī)中每一個(gè)鍵都對應(yīng)一個(gè)處理子程序，得到閉合的鍵的鍵碼后，可以根據(jù)鍵瑪，轉(zhuǎn)相應(yīng)的鍵處理子程序，進(jìn)行字符、數(shù)據(jù)的輸入或命令處理。這樣就可以實(shí)現(xiàn)該鍵所設(shè)定的功能了。（六）、led顯示器接口 led顯示器接口與單片機(jī)接口的顯示主要是led顯示器和lcd顯示器兩種，led（light emiting diode）是發(fā)光二極管構(gòu)成的，所以在顯示器前面冠以“l(fā)ed”。led顯示器在單片機(jī)中的應(yīng)用非常普遍。通常所說的led顯示器由個(gè)發(fā)光二極管組成，因此也稱之

26、為七段led顯示器，其排列形狀如圖3-15所示。此外，顯示器中還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（在圖中以dp表示），用于顯示小數(shù)點(diǎn)。通過七段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。led顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法：a共陽極接法把發(fā)光二信用證管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極。使用時(shí)公共陽極接v，如圖3-15中所示。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平的則不點(diǎn)亮。共陰極接法反發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，如圖3-15中所示。使用時(shí)公共陰極接地，這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就尋通點(diǎn)亮，而輸入低電平的則不點(diǎn)亮。圖3-15 數(shù)碼管顯示器使用led顯

27、示器時(shí)要注意區(qū)分這兩種不同的接法。為了顯示數(shù)字或符號，要為led顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼是為顯示字形的，因此稱之字形代碼。七段發(fā)光二極管，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)八段。因此提供給led顯示器的字形代碼正好一個(gè)字節(jié)。各代碼位的對應(yīng)關(guān)系如下表3。表3代碼式 顯示段dp g f e d c b aled顯示器接口比較簡單，使用如圖3-16譯碼驅(qū)動(dòng)器就可以實(shí)現(xiàn)bcd碼到七位段碼的轉(zhuǎn)換，完成一位led顯示器的接口。由于使用了專用的七位段碼的譯碼器驅(qū)動(dòng)器，可以把一位十六進(jìn)制數(shù)（位二進(jìn)制）譯碼為相應(yīng)的字形代碼，并提供足夠的功率去驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。使用這種接口方法，雖然軟件簡單，僅需使用一條輸出指令就可以進(jìn)

28、行l(wèi)ed顯示，但使用硬件卻比較多，而硬件譯碼又缺乏靈活性，所以較少使用。在實(shí)際應(yīng)用中使用較為普遍的是以軟件來代替硬件譯碼，這樣只需要一個(gè)接口芯片就可以實(shí)現(xiàn)多位led顯示器顯示。我們用單片機(jī)芯片80c51作接口電路，本次設(shè)計(jì)我們用四位led顯示器數(shù)碼管采用的共陽極數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)，動(dòng)態(tài)掃描輸出顯示。二實(shí)際電路（一）電路的制作 （1） 電路的設(shè)計(jì)由于是對溫度的控制，及想讓溫度始終保持在我們所設(shè)定的范圍內(nèi)我們就要先設(shè)定我們期望的溫度范圍值，這是通過向單片機(jī)輸入指令來實(shí)現(xiàn)的，但是我們所設(shè)定的值都是數(shù)字量，而實(shí)際的溫度是模擬量，這樣是沒有辦法讓它們進(jìn)行比較的。這樣就必須進(jìn)行數(shù)字和模擬量之間的轉(zhuǎn)換，從而引入了a

29、dc0804模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在比較完成后單片機(jī)要發(fā)出控制指令通過一電壓量來控制荊閘管的導(dǎo)通角，從而控制溫度的升降。這樣就還需要將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，從而引人了dac0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器，由于溫度傳感器的輸出信號ui與設(shè)定值的差值較小，所以通過運(yùn)算放大器mc1741或lm741或ua741放大，將溫度的變化量 轉(zhuǎn)換成0 -10v的電壓變化量，再加到a/d變換器adc0804的輸入端轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號傳入單片機(jī)。我在實(shí)際制作電路時(shí)考慮到實(shí)用性和可行性決定用獨(dú)立式鍵盤，用來改變單片機(jī)設(shè)定溫度值的上下限，在我的電路中有三個(gè)按鍵，第一個(gè)按鍵用來控制溫度的增減，第二個(gè)按鍵用來控制上限的溫度。第三個(gè)按鍵用來控制下限溫

30、度。這樣制作簡單實(shí)用溫度增減的單位是10，及首先確定是要增加溫度還是降低溫度，按下第一個(gè)鍵。然后確定是要改變上限還是下限的溫度，在選擇不同的鍵來實(shí)現(xiàn)，每按一下溫度增加或降低10，直到達(dá)到要求為止設(shè)定完畢。 （2）自檢子程序設(shè)計(jì)自檢就是系統(tǒng)開始工作前，對系統(tǒng)所有的硬件進(jìn)行檢測，只有當(dāng)所有硬件準(zhǔn)備就緒才能進(jìn)行系統(tǒng)工作。自檢的內(nèi)容有：cpu、鍵盤、顯示、。其工作原理：首先寫cpu個(gè)指令（例mov、inc、dptr、rrc、等）是否正常，如正常跳過檢查，否則繼續(xù)檢查cpu直到正常；在檢查鍵盤的方法是寫一段鍵盤掃描程序，掃描一次如果沒有鍵按下正常跳過到顯示檢測，否則繼續(xù)檢查鍵盤直到正常；在檢查顯示的方法

31、是分別點(diǎn)亮2個(gè)數(shù)碼管以0、1、2、3、4、5、6、7、8、9如正常則自檢完畢。其流程圖如圖2 所示：圖2開 始cpu檢測鍵盤檢測顯示檢測電源檢測開關(guān)信號檢測輸出信號檢測指示燈亮結(jié) 束（3）理論算法1 pid控制算法 比例+積分+微分調(diào)節(jié)（propor tional+integral+deviative即pid）是工業(yè)控制中常用的調(diào)節(jié)方法，無論是速度、位置等快過程，還是溫度、化工合成等慢過程，都能得到滿意的控制效果。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差，微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。比例、積分、微分三者結(jié)合起來可以消除靜差，微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。比例、積分、微分三者結(jié)合起來可以滿足不同的控制

32、要求。pid調(diào)節(jié)之所以在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用，是因其具有三方面的特點(diǎn)： （1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，可根據(jù)不同的要求組成比例、積分、微分控制系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。 （2）參數(shù)調(diào)整方便，易于達(dá)到滿意的控制效果。 （3）程序設(shè)計(jì)簡單，沒有繁瑣的數(shù)字運(yùn)算，工程上易于實(shí)現(xiàn)。 可編程控制器pid調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)的pid控制規(guī)律為基礎(chǔ)，然后將其數(shù)字化，寫成離散形式的控制方程，根據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)。 連續(xù)系統(tǒng)pid調(diào)節(jié)器的微分方程可表示為： (41)其中：u(t)：pid調(diào)節(jié)器的輸出量； kp：比例系數(shù)； ti：積分時(shí)間常數(shù)；td：微分時(shí)間常數(shù)； e(t)：誤差。pid調(diào)節(jié)器的方框圖如

33、圖41所示。kp(1+1 tis+tds)r(s)e(s)(ls)v(s)+圖41 pid調(diào)節(jié)器方框圖如果選擇采樣周期為ts，初始時(shí)刻為零，將式41離散化為：改寫成： （42）其中，e(n) =e(n)e(n1) e(n)：第n次采樣時(shí)的偏差值 kp：比例系數(shù) ki：積分系數(shù) ki=kp*ts/ti kd：微分系數(shù) kd=kp*td/ts當(dāng)用可編程控制器實(shí)現(xiàn)上述算法時(shí)，由于它的周期掃描機(jī)制的限制，每個(gè)掃描周期的時(shí)間不盡相同，并且在每個(gè)周期內(nèi)各回路的處理時(shí)間也不盡相同，因而影響到采樣時(shí)間間隔ts(n)或多或少地不同?？紤]到采樣時(shí)間ts對輸出控制量的影響，故將式42的控制算法改為：（43）其中，b

34、s為系統(tǒng)偏移量。2。 pid控制參數(shù)的確定（1）采樣周期ts的確定根據(jù)采樣定理亦稱香農(nóng)（shanon）定理可知，采樣頻率應(yīng)大于或等于被采樣信號所含最高頻率的兩倍，才能還原出原信號，即： s2max其中：s采樣頻率； max被采樣信號中最高頻率。 在實(shí)際中用采樣定理很難確定合適的采樣周期，若已知控制系統(tǒng)的開環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線，根據(jù)單位階躍響應(yīng)曲線可求得系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)t和系統(tǒng)的死區(qū)時(shí)間；當(dāng)t/=1.210時(shí)，可用經(jīng)驗(yàn)公式（44）求得系統(tǒng)的最大采樣周期： tsmax=0.1t （44） 考慮到可編程控制器周期掃描機(jī)制的影響，保證采樣效率，由可編程控制器實(shí)現(xiàn)的pid調(diào)節(jié)器的采樣周期，一般取為： tsm

35、ax=0.05t(45)（2）參數(shù)kp、ki、kd的確定 比例系數(shù)kp可以通過系統(tǒng)的開環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線求得?，F(xiàn)我采用簡便且行之有效的測算kp、ki、和kd的工程方法，其要點(diǎn)是： <1> 由系統(tǒng)的開環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線確定系統(tǒng)的增益（比例系數(shù)）k,系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)t和死區(qū)時(shí)間，并計(jì)算出系統(tǒng)的響應(yīng)率：r= k t(46) kp=1 r*（47）<2>如果控制系統(tǒng)只采用比例環(huán)節(jié)，則應(yīng)?。?lt;3>如果控制系統(tǒng)只采用比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)，則應(yīng)?。簁p = 0.9 r* ， ki = 0.27kp r*2（48）<4>如果控制系統(tǒng)中比例、積分和微分三個(gè)環(huán)節(jié)都采用時(shí)，

36、則應(yīng)取：kp = (1.22)1 r* ；ki = 0.5kp ； kd = 0.5kp*（49）控制系統(tǒng)pid參數(shù)的確定也可以采用其他工程方法，如擴(kuò)充臨界比例度法和擴(kuò)充響應(yīng)曲線法等，在實(shí)際應(yīng)用中也很有效。應(yīng)該指出的是無論采用何種方法獲得的參數(shù)植，都只是調(diào)試時(shí)的參考值，都要在實(shí)踐中不斷的檢驗(yàn)并加以修正，方能找出最佳值。3。參數(shù)的精整參數(shù)的精整又稱精調(diào)即指控制系統(tǒng)在參數(shù)的參考值下運(yùn)行，根據(jù)實(shí)際控制狀況對系統(tǒng)進(jìn)行判斷，修改參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到最佳控制狀況。所謂最佳控制狀況即是最佳響應(yīng)特性和最小誤差。參數(shù)精整的方法也很多，我采用擾動(dòng)曲線法。用擾動(dòng)曲線法精整參數(shù)就是當(dāng)系統(tǒng)按參考參數(shù)閉環(huán)運(yùn)行時(shí)，給系統(tǒng)施加一

37、定的擾動(dòng)，記錄被控制量的擾動(dòng)響應(yīng)曲線，根據(jù)曲線的狀態(tài)來判斷和修正相應(yīng)的參數(shù)；再加擾動(dòng)，記錄響應(yīng)曲線，修正相應(yīng)參數(shù)，直至最佳。系統(tǒng)的擾動(dòng)響應(yīng)曲線如圖圖中a1 是被控量出現(xiàn)的第一個(gè)峰值，a2是第二個(gè)峰值。一般認(rèn)為當(dāng)擾動(dòng)響應(yīng)曲線的兩個(gè)峰值之比為4時(shí)，參數(shù)最佳，即a1 a2 = 4（410） 這個(gè)比例確定的參數(shù)是一個(gè)綜合值，如果系統(tǒng)有特殊要求，可在此基礎(chǔ)上再作修正或采取其他措施，如消除設(shè)定值變化沖擊的pid控制、帶死區(qū)的pid控制以及具有積分分離的pid算法等。在溫度控制系統(tǒng)中采用pid調(diào)節(jié)時(shí)，往往加入積分分離算法，以減小系統(tǒng)的超調(diào)和震蕩。所謂積分分離法就是在系統(tǒng)偏差較大時(shí)，取消積分作用；當(dāng)系統(tǒng)的偏差

38、較小時(shí)，投入積分作用；為此，設(shè)置一個(gè)誤差積分限a，以判別誤差的大小。積分分離控制算法為： a 取消積分作用 a 投入積分作用 e（n） （411） （4）電路的制作 使用protel 99按事先設(shè)計(jì)好的硬件電路畫電路圖并制作其pcb板，但為了節(jié)約成本，本設(shè)計(jì)中使用萬能板制作其硬件電路。在電路原理圖設(shè)計(jì)好之后，就可以開始制作實(shí)物了。具體步驟如下：<1> 選擇元件。 選擇元件時(shí)應(yīng)從其性能價(jià)格比考慮，在保證性能要求的前提下，盡量減少成本。如在選擇電容時(shí)，同一功率、容量的電容常用的有瓷片式、滌綸式等等，但由于瓷片式電容誤差太大，且不穩(wěn)定，所以我選用滌綸式的電容。溫度傳感器的信號放大線路中所

39、使用的運(yùn)算放大器其型號也有很多，但由于741型的運(yùn)算放大器可以通過調(diào)節(jié)其5號管腳和4號管腳間的電位器，使得輸入端為零時(shí)，輸出也為零，從而提高了精度，而常用的lm324型運(yùn)算放大器雖然其價(jià)格較低，但其“零漂”現(xiàn)象較嚴(yán)重，不穩(wěn)定，所以選用741型的運(yùn)算放大器。在對lm741調(diào)零時(shí)，對電位器的靈敏度要求非常高，普通的電位器是不能滿足要求的，需要采用可多圈調(diào)節(jié)的電位器。<2> 元件的固定及焊接。在固定元件時(shí)，由于使用的是萬能板，在插元件時(shí)要注意管腳之間不能短接。元件的固定要按原理圖呈模塊化固定，盡量避免線路的交叉。元件固定好之后就可以焊接了，焊接時(shí)要注意不能虛焊，注意美觀。（二）電路的調(diào)試

40、 根據(jù)原理圖，可將整個(gè)電路分成溫度傳感器及其信號放大電路和a/d、d/a變換電路兩大模塊。在調(diào)試時(shí)可以按模塊分別調(diào)試。 首先， 對溫度傳感器及其信號放大電路進(jìn)行調(diào)試：a 對運(yùn)算放大器lm741進(jìn)行調(diào)零。將圖34中的a，b端短接，也即使運(yùn)算放大器的輸入為零，然后調(diào)節(jié)電位器r0，使輸出端 uout = 0v 即可。 b 調(diào)節(jié)lm741的增益。方法：將熱電阻置于50的水中，理論上要求放大線路的輸出電壓uout = 0v 若不滿足，則可調(diào)節(jié)rl電位器。 再次，對a/d、d/a部分調(diào)試輸入一定的變化數(shù)值看其輸出的情況如果偏差較大則從新調(diào)整參數(shù)，直到符合要求則完畢。2元件明細(xì)表見附錄2；pcb板電路見附錄

41、1。三功能說明（一）采集部分 利用ad590以及接口電路把溫度轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)由adc0804轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 第一步先調(diào)ad590的可變電阻器vr1，如以0為參考值則應(yīng)使其電壓輸出為2.73v; 如以25為參考值，則應(yīng)使其電壓輸出為2.98v 第二步設(shè)vr2使0時(shí)，opa2的輸出為2.73v-2.73v=0v,而25時(shí)，opa2的輸出電壓為2.73-2.98=-0.25v(零位調(diào)整) 第三步：調(diào)vr3使opa3放大5倍，如opa2的輸出為-0.25v，則opa3的輸出為1.25v 各opa的功能：opa1：阻抗匹配；opa2；減2.73v，并反相；opa3：放大5 倍 并反相。 各溫度與3

42、個(gè)opa及adc0804de 輸入與輸出關(guān)系如下表溫度值opa1opa2opa3adc vinadc 輸出值02.732v0v0v0v00h102.832v-0.1v0.5v0.5v19h202.932v-0.2v1v1v32h303.032v-0.3v1.5v1.5v4bh403.132v-0.4v2v2v64h503.232v-0.5v2.5v2.5v7dh603.332v-0.6v3v3v96h703.432v-0.7v3.5v3.5vafh803.532v-0.8v4v4vc8h903.632v-0.9v4.5v4.5ve1h1003.732v-1.0v5v5vfah （二）控制部分a

43、d590采集到的溫度模擬量經(jīng)放大后，輸入到adc0804的vin端則轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量后由db0db7輸出八位數(shù)字量，此數(shù)字信號送入at89c51的p0口，單片機(jī)89c51得到傳來的信號量與其設(shè)定的溫度值相比較，如果此溫度值高于設(shè)定值的上限,則高溫報(bào)警指示燈亮，同時(shí)單片機(jī)經(jīng)p0口輸出上限值給dac0832，dac0832經(jīng)過數(shù)摸轉(zhuǎn)換在通過運(yùn)算放大器lm741輸出電平信號來控制晶閘管的導(dǎo)通角，使溫度逐步降低下來。如果次溫度值低于設(shè)定的下限值，則低溫報(bào)警指示燈亮，同時(shí)單片機(jī)經(jīng)p0口輸出下限值給dac0832，dac0832經(jīng)過數(shù)摸轉(zhuǎn)換在通過運(yùn)算放大器lm741輸出一個(gè)電平信號來控制晶閘管的導(dǎo)通角，使溫度

44、逐步升高。當(dāng)溫度值在給定的溫度值范圍之內(nèi)則輸出不便，及晶閘管的導(dǎo)通角不發(fā)生變化。為了實(shí)際應(yīng)用的方便我們還加做了鍵盤輸入功能，及可以改變設(shè)定溫度的上下限，以達(dá)到實(shí)際使用的要求。為了更直觀的顯示溫度，我制作了兩位的led顯示，正常情況下讓它顯示當(dāng)前的電爐溫度，當(dāng)要改變設(shè)定溫度上下限值時(shí)讓它顯示改變的溫度值。四、結(jié)束語 我所設(shè)計(jì)的此溫度控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，控制精度要求高，價(jià)格較低，適用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對溫度控制精度要求高的場合，但不適于在過于惡劣的環(huán)境下工作。在這次設(shè)計(jì)過程中，我了解了單片機(jī)的基本功能和使用，以及它的一些外圍器件的功能和使用，掌握了 a/d轉(zhuǎn)換和d/a轉(zhuǎn)換。理解了工業(yè)電爐溫度控制的一些基本

45、原理和方法，這對我的知識水平是個(gè)很大的提高。五、致謝詞本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是在郝立果老師的指導(dǎo)下進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此特表示感謝。在設(shè)計(jì)的初期，郝師就對我的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了深刻的指導(dǎo)，讓我在設(shè)計(jì)的開始就明確了設(shè)計(jì)方向，樹立正確的設(shè)計(jì)觀念。尤其在參考資料查閱方面給予我提供了很多的參考資料和幫助，使我能夠很快的了解和掌握設(shè)計(jì)內(nèi)容，而不至于在沒有必要的方面浪費(fèi)時(shí)間和精力，而是全力投入到畢業(yè)設(shè)計(jì)中來，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的中期，郝老師常常指導(dǎo)我做實(shí)驗(yàn)，使我很快解決了設(shè)計(jì)過程中碰上的許多困難。當(dāng)我在設(shè)計(jì)過程中存在疑問時(shí)，老師總是在百忙之中抽出時(shí)間及時(shí)的給予我指導(dǎo)，在老師的教導(dǎo)下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利、及時(shí)地完成。同時(shí)在設(shè)計(jì)

46、的過程中還得到了學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和系領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷，為我們的設(shè)計(jì)提供了開放式的教室和設(shè)備等諸多便利條件。在畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束之際致以我誠摯的感謝！六參考文獻(xiàn)：1 周航慈編著 單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)北京航空航天大學(xué)出版社 m 2002年 11月2 胡壽松 自動(dòng)控制原理m 國防工業(yè)出版社 2000年1月3 李廣弟、朱月秀、王秀山 單片機(jī)基礎(chǔ) m 2001年7月第二版4 吳金戌、沈慶陽、郭庭吉 8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用 m 2002年9月5 梅曉榕、蘭樸森、柏桂珍編著 自動(dòng)控制元件及線路 m 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1994年9月6 廖煥霖主編 跟我學(xué)protel99電路板設(shè)計(jì)者必讀 冶金工業(yè)出版社 卓越文化藝術(shù)有限公

47、司策劃 2000年9月7 黃勝軍編著 微機(jī)控制應(yīng)用實(shí)驗(yàn)與實(shí)例m 清華大學(xué)出版社、1999年11月8 邱關(guān)源主編電路第四版m北京：高等教育出版社，20009 郭維林主編電路習(xí)題全解第四版m 北京：中國建材工業(yè)出版社，2000附圖一元件明細(xì)表 名稱型號代號參數(shù)數(shù)量（個(gè)）單片機(jī)at89c51u11a/d轉(zhuǎn)換器adc0804u21d/a轉(zhuǎn)換器dac0832u31運(yùn)算放大器lm741u2、u34穩(wěn)圧管d17v1d26v1二極管in4002dd11dd21dd31三極管npnss13無極性電容滌綸式c10.01uf1c30.005uf1c40.01uf1ct0.01uf1有極性電容c210uf 25v1電

48、位器3296w110013296w25.1k13296w310k13296w450k13296w55k1固定電阻色環(huán)r16801r23k1r33k1r43k1r53k1r610k1r710k1r81k1r95.1k1r10100k1r11100k1r121k1r131m1r1410k1rs12.1k1r1510k1r!610k1rt6.8k1r1710k1r182k1r191001r202001附錄二 系統(tǒng)總程序org 0000hjmp startorg 0003hstart:mov 50h,#4bh mov 51h,#96hmian:clr p3.3 setb p3.4;片選0804 mov

49、x r0,await:jb p3.0,adc call disp jmp waitadc: movx a,r0 mov 40h,a;0804采樣的溫度值 call l1 mov r1,#offhdisp1:call disp djnz r1,disp1;顯示 clr p3.4 setb p3.3; 片選0832 mov dprt,#5000h movx dprt,a;da轉(zhuǎn)換 call bjjp: jb p3.7,jp1;確定溫度的加 ddd: jnb p3.7,jp2;確定溫度的減eee: jmp mainjp1:jnb p3.6,jia1jia2:jnb p3.5,jia21pp:jmp dddjia21:call delay1 mov a,51h mov b,#19h add a,b mov 51h,a jmp ppjia1: call delay1 mov a,50h mov b,#19h add a,b mov 50h,a jmp jia2jp2