基于AT89C51單片機的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設計

1、職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文J題目：基于AT89c51單片機的電加熱爐溫度控制東統(tǒng)院 系:機也工程學院專 業(yè)：電氣自動化班 級：也先13302姓 名：何艷蟀學 號：1302303904指導老師：方波完成日期：2016年3月摘 要隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求越來越,，各種電孑產(chǎn)品開始叱人人 們的生活并成為人們生活不可或缺的一部分，因此對電子產(chǎn)品的動化拄制的要求也越 來越,，本設計正是選用了其中具有代表性的電加熱爐作為研究對象。本設計以單片機為核心對電加熱爐的溫度叱行監(jiān)測科控制,象用單片機來對他們拉 制不僅具有控制方便，簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指 標，從而能

2、夠火火的提高產(chǎn)品的質(zhì)量科數(shù)量。務 了實現(xiàn)高精度的溫度控制，本單片機條統(tǒng)集用PID算頭控制，通過控制雙向可控 硅改變電爐和也源的接通、斷開，從而用改變加熱時間的方法來實現(xiàn)對溫度的控制。本 條統(tǒng)由按鍵顯示科溫度象樣控制以及上下限報警幾個模塊組成，通過候塊間的通信完成 溫度設定.實際溫度和測量溫度的顯示等功能。本文對系統(tǒng)的硬件.選型、軟件中流程捶制的實現(xiàn)均有較為詳細的闈述，對使用的 編程軟件也有楮述，對于本系統(tǒng)的拉制特點也叱行總、結說明，比較詳盡地敘述了整個東 統(tǒng)的相關事宜。關快詞：單片機、PID算總、溫度拉制。.范文AbstractAlong w什h the development of nati

3、onal economy, the people to the requirements of the quality of the life more and more high, all kinds of electronic products began to enter into the people's life and become an integral part of life, so the requirements of electronic products of automation control also become more and more high,

4、 this design is just choose the electric heating which one is representative as the research object.This design with the single chip processor as the core to monitoring and control electric heating temperature. Using the monolithic control has not only to control convenient, simple and flexible and

5、other advantages, and can greatly increase the specifications of temperature, which can greatly improve the quality and quantity of products.In order to realize high precision temperature control, the SCM system adopts PID control algorithm, through controlling the on and off of the Bidirectional co

6、ntrollable silicon and the method of changing the heating time to achieve the control of the temperature. The system is composed of button display and temperature sampling control and upper alarm several modules, through the communications of the module to realize temperature set, and the display fu

7、nction of the actual temperature and measuring temperature.This article is detailed in hardware, selection, software process control realization of the system, and also describes the programming software , control characteristic and also summarizes that more exhaustive account of the system related

8、issues.Key words ： Microcontroller. Temperature control. PID algorithm.第一*緒論I1.1 課題背景及國外研究規(guī)況11.2 動捶制理論及其發(fā)展21.3 課題.的建立以及本文完成的主要工作3第二章總體方畬我討42.1總體方案的確定42.21統(tǒng)組成5第三幸單片機技術f>PID算*63.1 AT89c51 簡介63.1.1 單片機的引腳介紹63.1.2 單片機）的存儲結構93.2 PID算法介紹103.2.1 PID算頭的數(shù)享化103.2.2 PID算法的運用11第8京 泰線成件迫計134.1 余統(tǒng)概況134.2 功能攝塊1

9、3421單片加控制模塊134.2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與采集I塊A/D0808144.2.3 按鍵選擇橫塊154.2.4 顯示橫塊154.2.5 報警模塊164.2.6 輸出模塊164.3 總、體方案的實現(xiàn)為元器件清單174.3.2 條統(tǒng)的整體設計174.3.3 元器件清單18第五章余統(tǒng)軟件設計195.1 PROTUES7 軟件概況195.2 WAVE6000 軟件簡介215.2.1 軟件概況215.2.2 程序界面215.3 孑程序設定225.4 程序流程225.5 程序仿真調(diào)忒295.5.1 WAVE6000 仿真調(diào)試295.5.2 軟硬連調(diào)29第六* 課題增點316.1 單片機技術應用316.2

10、 PID算法的運用31.范文6.3 軟件的明試仿女31結論32參考文收33附錄34畋48.范文電加熱妒溫度控制余統(tǒng)的設計第一章鰭論1J課題皆景及國外研究杭為溫度控制余統(tǒng)在國各行各業(yè)的應用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國生產(chǎn)的溫度拉制器來 講，總體發(fā)展水手仍然不高，同日本、美國、德國等先進國彖粕比，仍然有著較大的差跑。 成熟的溫捶產(chǎn)品主要以“點住”捶制及,京規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應一般溫度 系統(tǒng)投制，而用于較高捶制場合的智能化、自適.應控制儀表，國技術還不十分成熟，形成 商品化并廣泛應用的捶制儀表較少。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展及加入WT。，我國政府及企業(yè) 對此都非考重視，對相關企業(yè)濟源遂行了重組，相

11、繼建.立了一些國,京、企業(yè)的研發(fā)中心， 開展創(chuàng)新性研究，使我國伙技工業(yè)得到了雙速的發(fā)展。隨著新技術的不斷開發(fā)與應用，近年來單片機發(fā)狹十分亞速，一個以微機應用為主的 新技術單命浪潮正在英勃興起，單片機的應用已經(jīng)滲透到電力，冶金、化工、盤打，機械、 食品、石油等各個行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采黑方法不僅賽時會力，而且粒度差，單片機的出現(xiàn) 使得溫度的采集科效據(jù)處理問題能夠得到很好的斛決。溫度是工業(yè)對象中的一個重要的極 捶參救。然而所呆用的測溫元件布測量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度 也不相同。因此對數(shù)據(jù)采集的粒度和采用的抵制方法也不粕同。傳統(tǒng)的捶制方式已不能滿 足高精度，高速度的捶制要求，如溫度

12、捶制表溫度接觸器，其主要缺點是溫度波動囹大， 由于它主要通過捶制接觸器的通新時間比例來達到改變加熱功率的目的，費儀表本身謀爰 科交流接觸器的壽命限制，通新頻率很低。近幾年來快速發(fā)展了多種先旺的溫度捶制方式， 如：PID拄制，模糊捶制，神經(jīng)網(wǎng)絡及遺傳算出抵制等。這些掛制技術大大的提高了捶制 精度，不但便控制變得簡便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效 率。本系統(tǒng)要求有數(shù)據(jù)處理，顯示功能等，波拄對象為一階慣性環(huán)節(jié)和一階我分環(huán)節(jié)的組 合,慣性時間常數(shù)為2s,開環(huán)增益k=10,溫度控制國為50150。本設計使用單片機作為核心遂行捶制。單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特 別是體積

13、小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強打使用方便等獨特優(yōu)皮，在效字. 智能化方面有廣沒的用途。本余統(tǒng)使用AT89c51單片機，使溫度卷制大為簡便。1.2 4動控制理論及其發(fā)展隨著科學技術的戰(zhàn)步，自動拉制技術在各個應用領域中的應用已口常廣泛，不但使得 生產(chǎn)設備或生產(chǎn)過程實現(xiàn)動化，火火提高了勞動生產(chǎn)率打產(chǎn)品質(zhì)量，改善了勞動條件， 還在人類征服大自然，改善居住條件等方面發(fā)揮了非常重要的作用。動捶制（automaticcontrol；是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或 裝置，便機烝、設備或生產(chǎn)過程的某個工作狀杰或參數(shù)動地核股預定的規(guī)律運行。動 捶制是相對人工捶制概念而言的。指的是在沒人

14、參與的情況下，利用捶制裝置使被捶對象 或過程4動地核預定規(guī)律運行。動捶制理論是研究,動捶制共同規(guī)律的技術科學，是分折科設計動捶制余統(tǒng)的理 論的基礎。它的發(fā)展初期，是以反饋理論基砒的自動調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)拉制，二 以期間為了設計科制造飛機及船用動駕歡伏，火炮走核系統(tǒng)，雷達跟蹤余統(tǒng)以及其他基 于反饋原理的軍用設備，戰(zhàn)一步促我并完善了自動拄制理論的發(fā)展。到戰(zhàn)后，已形成完整 的動控制理論體條，這就是以傳遞.函數(shù)為基砒的經(jīng)典技制建會，它主要研究單輸入-單 輸出，戲形定常余統(tǒng)的分折/設計問題。動捶制理論的發(fā)果石程如下：1. 40年代60年代初需求動力：市場競爭，資源利用，減輕勞動強度，提高產(chǎn)名質(zhì)量，適

15、應批量生產(chǎn)需要。 主要特點：此階段主要為單機動化階段，主要特點是:各種單機動化加工設備出現(xiàn)， 并不斷獷大應用"曲縱深方勃發(fā)狼。典型成果和產(chǎn)品：破件救捶余統(tǒng)的救拉機床。2、60年代中一70年代初期需求動力：市場競爭加劇，要求產(chǎn)品更新快，產(chǎn)品質(zhì)量高，并適應大中批量生產(chǎn)需要 科減輕勞動強度。主要特點：此階段主要以動生產(chǎn)為為標志，其主要特點是：在單機自 動化的基礎上，各種組合機床、組合生產(chǎn)發(fā)出現(xiàn)，同時軟件數(shù)掛余統(tǒng)出現(xiàn)并用于機床， CAD. CAM等軟件開始用于實際工程的設計打制選中，此階段破件加工設備適合于大中 妣量的生產(chǎn)科加工。典型成果/產(chǎn)品：用于鉆、錢、鈦等加工的4動生產(chǎn)為。3. 70年

16、代中期一至今需求動力：市場環(huán)境的變化，使多品種、中小枇量生產(chǎn)中普遍性問題愈發(fā)嚴重，要束 動化技術命其廣度打深度發(fā)展，使其各相關技術高度綜合，發(fā)揮籠體最佳效能。主要特 皮： 70年代初期美國學者首次提出QM概念至今，動化領域已發(fā)生了巨大變化， 其主要特點是：CIM已作為一種有理，一種方在逐步為人們所接受；QM也是一種實現(xiàn) 集成的相應技術，杷分散獨立的單元自動化技術集成為一個優(yōu)化的整體。所謂哲理，就是 企業(yè)應根據(jù)需求來分折并克服現(xiàn)存的“瓶頸”，從而實現(xiàn)不斷提高實力，競爭力的思想象 略;而作為實現(xiàn)集成的粕底技術，一般認為是:數(shù)據(jù)獲取、分配、共享；網(wǎng)絡和通信；車 間層設備控制器；計算機硬、軟件的規(guī)，標

17、準等。同時，并行工程作為一種經(jīng)譽哲理打工 作模式 80年代末期開始應用和活次于自動化技術領域，并將叱一步促叱單元自動化技 術的集成。典型成果"產(chǎn)品：QMS工廠，柔性制愛余統(tǒng)(FMS)。隨著現(xiàn)代應用散學新成梟的推出和電子計算機的應用，為適應動拉制.宇航技術的 發(fā)展，動捶制理論咚入了一個新階段現(xiàn)代控制理論。主要研究具有高性能，高精度 的多變量多參效的最優(yōu)捶制問題，主要采用的方法是以狀態(tài)為基礎的狀態(tài),空間法。目看， 4動捶制理論還在繼續(xù)發(fā)展，正曲以捶制論，信總論，仿生學為基礎的智能控制理論深入。為了實現(xiàn)各種復雜的捶制任務，首先要將被捶制對象和控制裝置樓股一定的方式連接 起來，組成一個有機的

18、總體，這就是白動控制余統(tǒng)。在自動控制條統(tǒng)中，披掛對象的輸出 量即被捶量是要求嚴格加以捶制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，例如溫度，壓 力或飛行航跡等；而抵制裝費則是對披掛對象此加拉制作用的機構的總體，它可以采用不 同的原理科方式對被捶對象遂行控制，但最基本的一種是基于反陽捶制原理的反債控制條 統(tǒng)。在反饋捶制余統(tǒng)中，控制裝置對破控裝費在加的控制作用，是取破捶量的反饋信息, 用來不新修正故捶量/捶制量之間的偏差從而實現(xiàn)對波捶量叱行掛制的任務，這就是反饋 捶制的原理。13課題的建立以及本文龕成的主要工作本文主要包括以下家：1 .以單片機為核心，立立白動捶制親統(tǒng)，構建按鍵、采樣，顯示以及輸出等外

19、國電 路，實現(xiàn)整個余統(tǒng)的搭建，建立電加熱爐余統(tǒng)的仿真圖；2、畫出軟件流程圖，根據(jù)流程圖煽寫程序，并對其遂行調(diào)試，使其符合余統(tǒng)的具體 要求；3.將所病寫的程序下我到單片機中去，對系統(tǒng)遂行整體調(diào)試，叱而實現(xiàn)系統(tǒng)的整個 功能，設計出符合實際要求的余統(tǒng)。.范文第二素總體方未設計1.1 總體方會的確定由于溫度捶制系統(tǒng)的捶制對象具有慣性大，連續(xù)性的特點。因而可以歸于具有純滯后 的一階大慣性環(huán)節(jié)。一般來說，熱過程大多具有較大的滯后，它對任何信號的響應都會推 遲一段時間，使輸出與輸入之間產(chǎn)生相移。對于這樣一些存在大的滯后特性的過發(fā)過程捶 制，一般來說可以采用以下幾種捶制方案：1 .輸出開關量控制對于慣性較大的

20、過程可以簡單地采用輸出開關量捶制的方法。這種方法通過比較給定 魚與被捶參效的偏爰來捶制輸出的狀態(tài)：開關或者通薪，因此捶制過程十分箱單，也家易 實現(xiàn)。但由于輸出捶制量只有兩種狀去，使被捶參救在兩個方向上變化的速率均為最大， 因此袞易引起反饋回路產(chǎn)生娘蕩，對自動控制系統(tǒng)會產(chǎn)生十分不利的影響，若至會因為輸 出開關的頻繁動作而不能滿足親統(tǒng)對捶制制度的要求。因此，這種捶制方案一般在大慣性 余統(tǒng)對捶制精度打動杰特性要求不高的情況下象用。2、比例控制（P控制）比例拄制的特點是捶制器的輸出與偏差成比例，輸出量的大小與偏爰之間有對應關 余。當負扃變化時，抗干擾能力強，過渡時間短，但過程始終存在余爰。因此它適用于

21、捶 制通道滯后較小、負荷變化不大、允許破捶量在一定留變化的系統(tǒng)。使用時還應注意經(jīng)過 一段時間后需將累積以爰清除。3 .比例積分控制（PI捶制）由于比例積分控制的特點是捶制烝的輸出與偏爰的積分成比例，積分的作用使得過淡 過程結束時無余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。雖然加大比例度可以使稔定性提高，但又使過 波時間加長。因此，PI捶制適用于沛后較小、負荷變化不大、波拉量不允許有余差的控 制系統(tǒng)，它是工程上使用最多、應用最廣的一種捶制方法。4 .比例積分加微分控制（PID捶制）比例積分加微分控制的特點是微分的作用使技制器的輸出與偏差變化的速度成正比 例，它對克服對象的參量滯后有顯著的效果。在比例基砒上加上微

22、分作用，便穩(wěn).定性提高， 再加上積分作用，可以施除余爰。因此，PID拉制適用于負荷變化大，家量滯后較大、控 制品質(zhì)要求又很高的捶制余統(tǒng)。結合本例題設計任務與要求，由于溫度系統(tǒng)的傳遹函教事先唯以新確獲得，因而很唯 判新哪一種捶制方法能夠滿足系統(tǒng)對捶制品質(zhì)的要求。但從以上對掛制方法的分折來看， PID控制方擊最適合本例采用。另一方面，由于可以采用單片機實現(xiàn)捶制過程，無論采用 上述唧一種捶制方法都不會增加余統(tǒng)硬件成本，而只需對軟件作相應改變即可實現(xiàn)不同的 捶制方案。因此本條統(tǒng)可以采用PID的控制方式，以最大限度地滿足余統(tǒng)對諸如捶制精 度、調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量等捶制品質(zhì)的要求。2.2親統(tǒng)組成就捶制器本身而

23、言，捶制電路可以采用經(jīng)典掛制理論和常規(guī)模擬捶制余統(tǒng)實現(xiàn)溫度的 4動調(diào)節(jié)。但隨著計算機與超大規(guī)模集成也路的雙速發(fā)展，以現(xiàn)代捶制理論尹計算機為基 礎，象用數(shù)字捶制、顯示、A/D與D/A轉(zhuǎn)換，配合執(zhí)行器與捶制閥構成的計算機捶制條 統(tǒng)，在過程捶制過程中得到越來越廣泛的應用。由于本例是一個典型的檢測、捶制型應用系統(tǒng)，它要求余統(tǒng)完成從溫度檢測、信號處 理.榆人、運算到輸出技制也妒加熱功率以實現(xiàn)溫度技制的全過程。因此，應以單片做型 計算機為核心組成一個專用計算機應用余統(tǒng)，以滿足檢測、捶制度用類型的功能要束。另 外，單片機的使用也為實現(xiàn)溫度的智能化捶制以及提供完養(yǎng)的人機交互界面及多機通訊接 。提供了可能，而這

24、些功能在常規(guī)數(shù)字逮輯電路中往往是唯以實現(xiàn)或無法實現(xiàn)的。所以， 本例采用以單片機為核心的成接數(shù)字捶制余統(tǒng)CDDCJo.范文第三章單片機技術和PID算法3.1 AT89C51 簡介微型計算機是指由微處理器加上采用大規(guī)模集成電路制成的程序存儲器a數(shù)據(jù)存儲 器，以及輸人輸出設備相連接的I/。接。電路，微型計算機簡稱MC。如果將做處理器， 存儲器/輸入/輸出接。也路集成在一塊集成電路志版上，稱為單片微型計算機，簡稱單 片機。本次設計選用的是AT89c51,是MCS-51單片機余列的一種。其結構體未完整、指 令系統(tǒng)功能完善、部寺存器規(guī)、性能優(yōu)越、技術成熟、具有高可奈性和高性價比。它提供以下標準功能：4k字

25、節(jié)Flash河速存儲器，128字節(jié)部RAM, 32個I/。 線4，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5白量兩級中新結構，一個全雙工串行通信d,片版蕩 器及時仲也路。同時，AT89c51可降至0Hz的齡態(tài)透輯源作，并支持兩種軟件可選的節(jié) 也工作模式?？站W(wǎng)方式停止CPU的工作，但允許RAM,定時/計數(shù)器，串行通信。及中 新余統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的家，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工 作立列下一個硬件復住。3.1.1 單片機的引物介紹其引腳圖如圖1所示P 1 .0P1.1P1 .2 P1 .3 匚 P 1.4匚 P1 .5 P1.6 匚 P 1 .7 C RST匚 (RXD) P3.0 匚

26、 (TXD) P3.1 匚 (INTO) P3.2 (TFTTT)P3.3 匚(TO) pa.4 匚 (T1) PS.5 (WIT) P3.6 匚(RTF) P3.7 匚XTAL2 匚 XTAL1 匚 GND匚vccPO.0 (ADO) P0.1 (AD1 ) P0.2 (AD2) P0.3 (AD3) P0.4 (AD4) P0.5 (AD5) P0.6 (AD6) P0.7 (ADZ)nnnnnnnnnnnnnnnnnnPSENP2.7(A15)P2.6314)P2.5(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A10)P2. 1(A9)P2.0(A8)n TT/VPP ALE

27、/PTTCr圖1單片抗引腳圖其各引腳的功能如下VCC：供電電壓。GND：接地。POd： PO d為一個8枚漏級開路風 I/O。，每腳可吸收8TTL門也流。當PO o 的管腳第一次寫1時，波定義為高取輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以波 定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH嫡程時，P0。作為原碼輸入。，當FIASH叱行校 驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。Pl o ： PI o是一個部提供上拉也限的8位雙向I/O o , PI o緩沖器能接收輸出4TTL 門也流。P1。管腳寫入1后，波部上拉為高，可用作椅人，PI o波外部下拉為低也平時， 將輸出電流，這是由于部上拉的緣

28、故。在FLASH嫡程科校驗時，Pio作為低入住地址接 收。P2 o ： P2 d為一個部上拉電阻的8 R雙 I/。o , P2d緩沖器可接收，輸出4個 TTL門也流，當P2。披寫“1”時，其管腳破部上拉電阻拉,，且作為輸入。并因此作為 輸人時，P2o的管腳彼外部拉低，將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2o當用于外 部程序存儲器或16 R地址外部數(shù)據(jù)存儲器遂行存取時，P2 o輸出地址的高人住。在給出 地址“1”時，它利用部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址散據(jù)存儲器叱行讀寫時，P2。輸出 其特殊功能寄存器的東。P2。在FLASH娼程和校膾時接收高八核地址信號和技制信號。P3 d ： P3 d管腳是8個

29、帶部上拉電Ea的雙向I/。d ,可接收輸出4個TTL門電流。 當P3d寫入“1”后，它們破部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉 為低電平，P3。將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3。也可作為AT89c51的一些特殊功能口，如下表所示：各管腳備選功能P3.0RXD （串行椅人o）P3.1 TXD f串行輸出。）P3.2/INTO （外部中新0）P3.3/INT1 f外部中斷1）P3.4 T0 （記時器0外部輸入）P3.5T1 （記時器1外部輸入）P3.6/WR （外部救據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3。同時為閃爍編程科納程校除接收一些控制信號。R

30、ST：復傳輸入。當娘蕩器復住器件時，要保持R5T腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址硫存允許的輸出電平用于領存地址的低住? 節(jié)。在FLASH褊程期間，此引腳用于輸入病程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期 輸出正脈沖信號，此頻率為娘蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定 時日的。然而要注意的是：每當用作外部救據(jù)存儲養(yǎng)時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁 止ALE的輸出可在SFR8EH地址上建0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX, MOVC指令 時ALE才起作用。另外，該引腳被咚微拉高。如梟微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止， 匿住無效。/PSEN：外

31、部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個抗器周期 兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低也平時，則在此期間夕卜部程序存儲器(0000H-FFFFH),不 管是否有部程序存儲施。注意加密方式1時，/EA將部殖定為RESET；當/EA端保特高電 平時，此間部程序存儲器。在FLASH嫣程期間，此引腳也用于氈加12V用程也源(VPP)oXTAL1 ：反向振蕩放火器的輸入及部時件工作電路的輸入。XTAL2：來反向振蕩器的輸出。3.1.2 單片機的存儲姑構存儲器是組成計算機的三大部件之一，其功能是存儲信息(效據(jù)&qu

32、ot;程序人 存儲器樓 其存儲方式可分為兩大類：一類為隨機存儲器(RAM)；另一類為數(shù)據(jù)存儲器(ROMACPU在運行時可對RAM隨時遂行數(shù)據(jù)的的寫入科讀出，但在關閉電源時，RAM中 所存的信息也會丟失，所以RAM只能用來存放皙時性的輸入/輸出效據(jù)、運算中的結果 等。RAM也因此常波稱為救據(jù)存儲器。而ROM是一種寫入數(shù)據(jù)后不能改寫只能讀出的存儲器。在新也后，ROM中的信息 保匐不變，所以ROM用來存放固定的程序或數(shù)據(jù)。ROM因此也令被稱為程序存儲器。MCS-51單片機的存儲器配置比一般的微機配置復雜，其具體配置是多種存儲器的交 疊。這種交疊不僅反映在存儲族的種類上，而且還體現(xiàn)在存儲器的地址,空間

33、上。MCS-51單片機存儲器可分為5類：1 .片程序存儲器；2、片外程序存儲器；3.片數(shù)據(jù)存儲器；4,特殊功能存儲器；.范文5.片外數(shù)據(jù)存儲器。MCS-51單片孔存儲器的地址,空間可分為3個，在訪問3個不同的地址空間時采用不同形式的指令：L片片外統(tǒng)一焦址的64K的程序存儲卷地址,交問（16位地址OOOOH-FFFFH）；2、片敷據(jù)存儲器與特殊功能存儲器統(tǒng)一娟址的256B部數(shù)據(jù)存儲器地址空間（8 枚地址 00H-7FH, 80H-FFHJ；3 . 64KB片外數(shù)據(jù)存儲及地址空間（16住地址OOOOH-FFFFH）。89C51部RAM 共有256個單元，這256個單元共分為兩部分。其一是地址從OO

34、H7FH單元（共128個字節(jié)）為用戶數(shù)據(jù)RAM。從80HFFH地址單元（也是128 個字節(jié)）為特殊寄存器（SFR）單元。從圖2中可清楚地看出它們的結構分布?？勺止?jié)尋址 亦可位尋址只能字節(jié)尋址全部可位尋址共16個字節(jié) 128&4組通用寄存器 RDK7也可作 RAM使用，RO. R1 亦可位尋址圖2存儲及結構圖單片機的部效據(jù)存儲泰共有128個字節(jié)，地址閩是00H-7FH,分成工作寄存器區(qū)、 住尋址區(qū)、通用RAM區(qū)三部分。3.2 P1D算法介紹PID調(diào)節(jié)是Proportional （比例）、Integral （今分入Differential （微分）三者的縮寫， 是連續(xù)余統(tǒng)術最成熟、行之有效

35、、應用景廣泛的一種調(diào)節(jié)方式。PID明節(jié)的實質(zhì)就是根據(jù) 輸入的偏差值,按比例、左分，微分的函數(shù)關余遂行運算，其運算結果用以輸出捶制。在 實際應用中，根據(jù)破捶對象的特性科捶制要求，可靈活地改變PID的結構，取其中的一 部分環(huán)節(jié)構成控制規(guī)律，如比例（P）調(diào)節(jié)、比例積分CPU調(diào)節(jié)，比例積分微分（PID） 調(diào)節(jié)等。盡管憑著單片微機的優(yōu)勢，計算機數(shù)字控制余統(tǒng)取代了模擬控制余統(tǒng)，但是，在 長期生產(chǎn)實踐中，模擬PID控制算法所積累的經(jīng)膾并未被人們遺忘，而是極廣泛地應用 列計算機捶制余統(tǒng)中來，形成一種新型PID控制方式，稱之為數(shù)生PID控制。3.2.1 P1D算法的致學化PID算頭的數(shù)字化，其實質(zhì)就是將連姨形式

36、的PID微分方程式轉(zhuǎn)化為雷散形式的PID 爰分方程。在模擬系統(tǒng)中，PID算法的表達式為：w = Aj, (e4- f edt + 7rf-)Z。dt(3-D式中，u(t)-調(diào)節(jié)器的輸出信號；e-調(diào)節(jié)器的偏爰信號，等于給定值與測量值之爰；Kp-調(diào)節(jié)器的比例余救；Ti-調(diào)節(jié)器的積分時間；Td-調(diào)節(jié)器的微分時間。捶制皮目的包畬三種比較簡單的PID控制算法，分別是：增量式算法，住凄式算法， 微分先行。這三種P1D算法雖然簡單，但各有特點，基本上能滿足一般控制的大多救要 求。實際上，核專式與增量式抵制對整個詡環(huán)系統(tǒng)并無本質(zhì)區(qū)別。增量型算法僅僅是就是 方?jīng)Q的女戰(zhàn)，而沒看改變位匿型算法的本質(zhì)。3.2.2 P

37、ID算旅的運用由于計算機捶制是一種采樣捶制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值來計算捶制量。因此， 在計算機捶制系統(tǒng)中，必須首先對式(3-1)遂行富散化處理，用數(shù)字形式的爰分方程代 持連續(xù)余統(tǒng)的微分方程，此時積分項科微分項可用求科及增量式表達。對溫度的捶制算頭，采用技術成熟的PID算頭，對于時間角效比較大的余統(tǒng)來說， 其近仞于連續(xù)變化，因此用教字P1D完全可以得到比較好的拄制效果。簡單的比例調(diào)節(jié)器能夠反應很快，但不能完全萌除靜爰，捶制不精確，為了訪除比例 調(diào)節(jié)器中或存的停爰，在比例調(diào)節(jié)器的基礎上加入今分調(diào)節(jié)器，積分器的輸出值大小取決 于對誤差的累積結果，在誤爰不變的情況下，積分器還在輸出直到鐵爰為零，

38、因此加入積 分調(diào)節(jié)器相當于能動調(diào)節(jié)捶制常量，而除解爰，使余統(tǒng)超于稔定。積分器雖然能訪除舲 爰，但使系統(tǒng)響應速度變慢。叱一步改設調(diào)節(jié)器的方?jīng)Q是通過檢測信號的變化率來預報課 差，并對誤差的變化作出響應，于是在PI明節(jié)器的基礎上再加上微分調(diào)節(jié)器，組成比例、 積分、做分(PID)調(diào)節(jié)器，微分調(diào)節(jié)器的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使條統(tǒng)起于 稔定，同時加快了余統(tǒng)的穩(wěn)定速度，縮短調(diào)整時間，從而改善了系統(tǒng)的動忐性能，其技制 規(guī)律為：u = Kp (e + cdt + Td ) + wo(3-2)單片機是一種采樣捶制，它只能根據(jù)采樣時刻的誤差值討算技制變量，不能宜接計算 公式中的積分項羽微分項，象用數(shù)值計算

39、決通.近后，PID的調(diào)節(jié)規(guī)律可以通過數(shù)值公式(3-3)計算，如果采樣取得足夠小，這種通.近可粕當準確，被捶過程與連續(xù)過程十分接近。 我們交換上式(3-3)得:u = m - - m = in - - Kp e, + / e + D A"(?/(3-4)杷©i = ej - ei小-e* 帶人上式(3-4)得:U =lli - + Kp (6i Ci - 1) + / Ci + D (0i 2,Ci - + Ci - 2)(3-5)式中B=WYi,W為設定值，Yi為第i次實際輸出值，Kp為比例系數(shù)，積分條數(shù)l=T"i, 微分系數(shù)口二丁/1 T為采樣周期，以(3-5)

40、式來編程比較方便。用PID控制算法實現(xiàn)溫度捶制是這樣一個反覆過程：比較實際溫度/設定爐溫得到 .范文偏差,通過對偏爰的處理獲得控制信號，再去明節(jié)電加熱爐的加熱功率，從而實現(xiàn)對爐溫 的捶制，由于也陽爐一般都是下一階段對象打帶紇滯后的一階對象，所以式中Kp,凡為 K的選擇取決于電阻妒的響應特性和實際線膾。本程序先將用戶設定溫度/鍋爐實際溫度T比較，計算出偏爰2,然后分兩種情況叱 行計算捶制變量：1. e大干等于設定的偏爰e時，由于積分控制器便系統(tǒng)響應速度變慢，不采用積分 捶制器碉節(jié)，直接使用PD調(diào)節(jié)，獲得比較快的動忐響應，計算Pd科Pp, 最終得列控制 量獲得比較快的動杰響應。2、e小于設定的設定

41、的偏爰e時，正考的分別計算Pi, Pd科Pp,然后根據(jù)算法公 式計算出捶制變量。第四章余統(tǒng)硬件設計4.1 余統(tǒng)期況本余統(tǒng)是采用以AT89C51單片機為核心的溫度拉制系統(tǒng)，通過溫度傳感器象樣實時 溫度，并通過變送器將溫度最終轉(zhuǎn)換為包壓信號通過A/D轉(zhuǎn)換器0808將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號，送入單片機與給定值遂行比較，通過運用PID算法得出控制結果，送顯示并遂行 捶制?？傮w設計方案見如圖3所示。.范文鍵盤LED顯示通信接口看門狗微型控制機AT89C58 路 A/D 轉(zhuǎn)換器測量變送溫度檢測溫度8 路 D/A轉(zhuǎn)換器驅(qū)動執(zhí)行機構加熱電阻圖3系統(tǒng)設計方案圖4.2 功能拱塊4.2.1 單片機掛制篌塊A/T89C5

42、1是整個系統(tǒng)的控制核心，將采集來的數(shù)據(jù)與設定值或行比較，利用PID 算法得出結果并送輸出。整個控制余統(tǒng)的程序就下我到單片機中去。A/T89C51仿真圖如圖4所示。C2_L ：口 R10T12JpF .<T6r>- C3 - -2U- 30 21r3311：rr：c>1 : 1不I1 X1-ICRYSTAL I ,I£XTx .4.7 K -TFX.T-FOADOXTAL2R3TPSENPO.1/AD1 POADZ POS伙 03 P0/VAD4 POLADS RDJS伏。6 FO 77AD7P2U%B FZP2.2/A1O P2.3/A11ALEP2.4/A12EA

43、-P2.0/A13P1£> P1 A PIN P13 P1.4P2.C/Aia P2.7/A1OPSXJfRXP P3/1ZTXQ P3.ZJIN7O P3.3 而7?P3XVIOP15P3 aliP1BP3.6/7bRP1.7P3.7/RDAroor«dU1.范文圖4單片機仿真4.2.2 數(shù)據(jù)樣換與采集橫塊A/D0808AD0808是CMOS的8 0模/敷轉(zhuǎn)換器，采用逐次通.近原理遂行A/D轉(zhuǎn)換，芯片有 模擬多路轉(zhuǎn)換開關科A/D轉(zhuǎn)換兩大部分，可對8路05V的輸入模擬也壓信號分時叱行 轉(zhuǎn)換。攝擬多路開關由8路模擬開關和3枚地址錨存譯碼器組成，可選通8路模擬輸入 中的任

44、何一路，地址鎖存信號ALE將3佳地址信號ADDA. ADDB、ADDC或行銃存，然 后由澤碼電路選通其中的一路，被選中的通道遂行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換部分包括比較器、 逐次逼近寄存器 CAR). 256R電阻網(wǎng)絡、樹狀也孑開關，控制與時序電路等。另外 ADC0809輸出具有TTL三志領存彼沖器，可成接連列CPU數(shù)據(jù)能為上。實時溫度經(jīng)過傳感器的檢測并通過變送器將其轉(zhuǎn)換成模擬的也壓信號，而A/D0808 刑用來象罪也壓信號并將其轉(zhuǎn)換為效字信號存儲在單片機中，以便后續(xù)對數(shù)據(jù)的處理。其硬件仿真圖如圖5所示。圖5 A/D0808仿真圖423按鍵選擇模塊余統(tǒng)采用了兩個校使用來此行溫度的設定，一個遂行溫度加

45、，一個遂行溫度減。每樓 下一次，溫度就相應的加一或減一。樓照設計要求，溫度的設定閩為50-150度，其仿真 如圖6所示。圖6校鍵示意圖4.2.4 昊承模塊顯示模塊象用兩個7段共陰極效碼管，一個用來顯示實時溫度，一個用來顯示設定 溫度。并用74LS04來3區(qū)動數(shù)嗎管。其仿真圖如圖7所示。圖7顯示示意圖4.2.5 報瞽模塊當實時溫度高于或低于設定溫度5度以上時，樂統(tǒng)就會報警，報警指示燈紅燈完。如圖4-6所示。. ,圖4-6報警示意圖4.2.6 輸出模塊經(jīng)過救據(jù)的運算，單片機通過P3.4。的高低電平來捶制加熱余統(tǒng)的通斯，通過導通 時間的長短來捶制加熱的強度，以達到精確捶制的效果。當溫度在設定溫度的正

46、負5度 之時，余統(tǒng)此行PID運算控制；當高于設定溫度5度時，停止加熱；當?shù)陀谠O定溫度5 度對，全功率加熱。由于仿真軟件自身條件的原因，使用綠色的LED燈代養(yǎng)，當綠燈充 時，表示正在加熱，不亮時，停止加熱。仿真圖如4-7所示。圖8加熱示意:圖4.3 名體方米的實現(xiàn)和無工件清單43.1 余統(tǒng)的嵬體祇計系統(tǒng)的整體設計圖如圖9所示。圖9系統(tǒng)設計方案圖其中：1 .單片加采用的是MCS-51余列的89c51,其集成了中央處理器CPU.隨機存儲器 RAM,程序存儲器ROM或EPROM、定時器/計數(shù)器.中新控制器及串型"并行I/。接 口寺部件。單片機主要應用于工業(yè)捶制領域，用來實現(xiàn)對信號的檢測，數(shù)據(jù)

47、的象集以及對應用對 象的捶制。它具有體積小、重量輕、價格低、可塞性高、耗也少科靈活機動等許多優(yōu)點。 單片機是微型計算機的一個重要分文，特別適合用于智能捶制余統(tǒng)。2、實時的溫度測量由于條件的限制宜接用模擬電壓來代替?zhèn)鞲衅骷白兯推鳎?808 來采樣科轉(zhuǎn)換溫度。4.3.2元看件清單余統(tǒng)所需的元器件清單如表4-1所示o表4-1系統(tǒng)配.署清單表序號部件名稱所屬類數(shù)量1AT89C51Microprocessor ICs12A/D0808Data Converters137SEG-MPX4-CCOptoelectronics24BUTTONSw 什 ches&Relays35LED-GREENOp

48、toelectronics16LED-REDOptoelectronics1774LS373TTL 74LS series18RESPACK-8Resistors1974LS04TTL 74LS series810NOTSimulator Primitives111NORSimulator Primitives212POT-HGResistors113電家Capacitors214CLOCKSimulator Primitives215CRYSTALMiscellaneous116也阻Resistors117INPUT終端418GROUND終端719VSOURCESimulator Primi

49、tives1.范文第五章系統(tǒng)軟件設計5.1 Protues7軟件概為PROTUES是一種基于標準仿真殷勤SOICE3F5的混合電路仿真工具，既可以仿真假 擬電路，又可以仿真數(shù)字電路以及數(shù)字、候擬混合電路，其最大特色在于能夠仿真基于控 制器的余統(tǒng)。它是目的錄好的仿真單片機及外闋器件的工具。雖然目前同推廣剛起步， 但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教呼，致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的 青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)式到單片機 與外閩電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，女正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是 目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設

50、計軟件"虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺， 其處理器模型交椅 8051, HC11. PIC10/12/16/18/24/30/D$PIC33, AVR, ARM、8086 和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理 器模型。在弱年方面，它也支持IAR. Keil和MPLAB等多種編譯。其程序界面如圖10 所示。.范文Gl面IF如能才1畝置加囪團cor rr力*No Messages圍 UNTITLED -ISIS Professional文件(F)查看(V)編輯(E)工具(T)設計(D)繪圖(G)源代碼(S)調(diào)試(B)庫(L)模板(M

51、)系統(tǒng)(Y)幫助(H)D E3H闡明蝴圖0S!l+ +%氫場&Root sheet 1圖10 Protues7工作界面PROTUES軟件的功能特點介紹如下：1 .原理布圖2、PCB自動或人工布線3. SPICE電路仿真革命性的特點：1,互動的電路仿真。用戶善至可以實時采用諸如RAM, ROM,鈍盤,馬達，LED, LCD, AD/DA,部分SPI器件，部分HC器件。2.仿真處理器及其外閩電路。可以仿真51系列，AVR、PIC, ARM、等常用主流單 片機。還可以宜接在基于原理圖的虛擬原型上媼程，再配合顯示及輸出，能看到運行后檢 人輸出的效果。配合系統(tǒng)配建的虛擬逐輯分折儀、示波器等，Pr

52、otues式,立了完備的曲子 設計開發(fā)環(huán)境。同時它還具有4大功能模塊：智能及理圖設計(ISIS),完善的電路仿女功能(Prospice), 獨特的單片機協(xié)同仿真功能(VSMJ,實用的PCB設計平臺。Protues提供了豐宙的資源：1. Protues可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等教千種元器件,有30多個元件庫。2、Protues可提供的仿真儀表資源：示波器、逐輯分析儀，虛擬終端、SPI調(diào)試器. 12(:碉忒器、信號發(fā)生泰、模式發(fā)生泰、交直受包壓表、交直受電荒表。理論上同一種伙 然可以在一個電路中甑意的調(diào)用。3 .除了現(xiàn)實存在的儀器外，Protues還提供了 一個圖形顯示功

53、能，可以將戲路上變 化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器和仞，但功能更多。這些虛擬 儀器儀表具有理想的參效徜標，例如板高的粉入阻抗、極低的輸出電抗。這些都盡可能減 少了儀器對測量結果的影響。4 . Protues可提供的調(diào)試手段Protues提供了比較羊客的測試信號用于電路的測試。 這些測試信號包括候擬信號"數(shù)字信號。5.2 WAVE6000軟件簡介5.2.1 軟件視況WAVE6000是偉福公司的單片機開發(fā)嫣澤軟件，象用中文界面。用戶源程序大小不 更限制，有豐富的賞o顯示方式，能夠多方位、動杰地展示程序的執(zhí)行過程。其項目管理 功能強大，可使單片機程序化大為小，化繁為簡

54、，便于管理。另外，其書簽、新點管理功 能以及外設管理功能等為51單片機的仿真帶來極大的便利。5.2.2 程序界面WAVE6000界面如圖11所示。.范文圖 11 XX/AVE6000 界面5.3 子程序諛定本設計使用了較多的子程序，命名皆以其功能作用為名，目的是增加程序的可讀性。 法程序見附錄。5.4 程序流程捶制余統(tǒng)的程序主要包括：象樣、標度變換，控制計算、控制輸出、中新、顯示，報 警、調(diào)節(jié)參救修改、溫度設定及修改。其中捶制算法象用效?PID明節(jié)，應用增量型捶 制算決，并對積分項遂行女戰(zhàn)，以達到更好的捶制效果。根據(jù)課題要實現(xiàn)的功能及要求, WAVE6000軟件的獨立控制部分設計。各個程序的流

55、程圖如下。1,主程序流程圖主程序主要實現(xiàn)了對余統(tǒng)的初始化，并通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)將運算結果與極限值.范文叱行比較，從而確定琥轉(zhuǎn)方右，實現(xiàn)系統(tǒng)的報警功能及運算功能。主程序流程圖如圖12所示。圖12主程序流程圖2、采樣孑程序流程圖.范文采樣孑程序的是A/D0808將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)化成的數(shù)字信號，由于各種干擾 會使余統(tǒng)產(chǎn)生以爰，為了減小課爰，所以要采樣三次，將采樣值存在2cH2DH.2EH 中去。采樣孑程序流程圖如圖13所示。圖13采樣孑程序流程圖3,德波孑程序流程圖從上邊可以知道為了減小余統(tǒng)誤爰采樣了 3次，而盛波孑程序則是將三次采樣依 遂行比較，取中間值作為實時溫度的值，用它遂行顯示以及后續(xù)的的運算。速波孑程序流程圖如圖14所示。圖14感波孑程序流程圖4 .顯示孑程序流程圖實時溫度/設定溫度分別存在51H衣50H中，顯示子程序?qū)⑦@兩個溫度轉(zhuǎn)換成BCD嗎見其存在70H-75H中，通過杳荻的方法將其轉(zhuǎn)換成對應的段碼，最后運用動態(tài)顯示的方?jīng)Q將其旦示出來。顯示孑程序流程圖如圖15所示。圖15顯示孑程序流程圖5 .按鍵選擇流程圖通過延時程序判斷檢鍵是否檢下，從而叱行條件轉(zhuǎn)移，