8031單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電阻爐溫度的控制

1、摘 要本文用8031單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電阻爐溫度的控制。電阻爐是一類使用非常廣泛的工業(yè)設(shè)備，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)控制，對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源都有著積極意義。本控制系統(tǒng)是對(duì)水加熱的控制過程，工作時(shí)水的溫度由數(shù)字溫度計(jì)和精密放大器放大至05v電壓信號(hào)，由ADC0809轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所能接受的數(shù)字信號(hào)，此信號(hào)與溫度的給定值比較得到溫度偏差，通過PID控制算法運(yùn)算得到控制量，此控制量通過對(duì)可控硅觸發(fā)角的控制，來調(diào)節(jié)加在電阻爐上的電壓的通斷時(shí)間以達(dá)到控溫的目的。系統(tǒng)的給定值等參數(shù)可由鍵盤輸入，并可以隨時(shí)修改，給定溫度和PID的參數(shù)可顯示在LED上。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；電阻爐；控制Title: T

2、emperature control system of resistance furnaceAbstractThis article introduced with 8031 monolithic integrated circuits realizations resistance furnace temperature control, the resistance furnace is a kind of quantity greatly but the broad industrial equipment, using the monolithic integrated circui

3、t realization temperature real-time control, the numeral demonstrated, to enhance the labor productivity and the product quality, saves the energy all to have the positive sense.This control system mainly is the controlled process which adds water heats up, when the work the water temperature enlarg

4、es by the digital thermometer and the precision amplifier to the 05v voltage signal, transforms the digital signal by ADC0809 which the monolithic integrated circuit can accept, this signal and the temperature given value comparison obtains the temperature deviation, obtains the control quantity thr

5、ough the PID control algorithm operation, this control quantity adds after the silicon-controlled rectifier on the resistance furnace the voltage passes breaks the time by to achieve controls the warm goal.System given value Parameter and so on sampling period by the keyboard entry, and may revise a

6、s necessary, assigns at the same time the temperature and the sampling period demonstrates on LED. Keywords: single chip computer; electric furnace; control目 錄第一章 概 述41.1 題目來源及意義41.2 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工作原理4第二章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)72.1硬件電路設(shè)計(jì)原則72.2單片機(jī)的選擇72.2.1 8031芯片介紹82.2.2 8031的引腳介紹92.3 單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展102.3.1 地址譯碼器

7、的選擇102.3.2 程序存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)102.4 溫度檢測接口電路設(shè)計(jì)122.4.1 數(shù)字溫度計(jì)的選擇122.4.2 AD轉(zhuǎn)換器的接口電路設(shè)計(jì)142.5鍵盤、顯示器接口電路182.5.1 顯示器接口電路182.5.2 鍵盤接口電路202.6報(bào)警接口電路212.7 電阻爐溫度控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)21第三章 溫度控制算法233.1 溫度控制算法233.2 采樣周期T的確定274.1 主程序流程圖284.2主程序設(shè)計(jì)304.3 PID程序設(shè)計(jì)344.4上限報(bào)警處理程序設(shè)計(jì)404.5 LED數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)414.6 鍵盤程序設(shè)計(jì)424.7 抗干擾程序設(shè)計(jì)43第五章 結(jié) 論45致 謝48附 錄49第一

8、章 概 述1.1 題目來源及意義熱處理設(shè)備是實(shí)現(xiàn)熱處理工藝的基礎(chǔ)和保證，直接關(guān)系到熱處理技術(shù)水平的高低和工件質(zhì)量的好壞。對(duì)熱處理技術(shù)的基本要求是：先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)、 安全，能滿足熱處理工藝的要求，并保證工藝的穩(wěn)定和再現(xiàn)性，節(jié)省能源，保護(hù)環(huán)境，改善勞動(dòng)環(huán)境，降低生產(chǎn)成本，提高機(jī)械化和自動(dòng)化水平。在工業(yè)領(lǐng)域，如冶金、 機(jī)械、 建材及化工等部門，都有大量使用各種爐窯，如用于熱處理的加熱爐，用于熔化的坩堝爐等。爐窯運(yùn)行時(shí)，溫度是需要測控的最基本參數(shù)。不同的爐窯，加熱方法與所用燃料有所差異，但被控對(duì)象都可歸于有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)。溫度以往多采用歸儀表加接觸器的斷續(xù)控制，存在不少固有的缺點(diǎn)。為了提高產(chǎn)品

9、質(zhì)量與數(shù)量，節(jié)約能源，改善勞動(dòng)環(huán)境，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，上述對(duì)設(shè)備對(duì)溫度控制要求越來越高，除要求有較高的控制精度外，還要求能對(duì)溫度的上升速度及下降速度進(jìn)行控制，顯然應(yīng)用常規(guī)儀表方法難以滿足這些要求。然而，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機(jī)計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，對(duì)上述被控制對(duì)象采用功能強(qiáng)、體積小、價(jià)格低的智能化溫度控制裝置進(jìn)行控制成為現(xiàn)實(shí)。本文將介紹用單片機(jī)對(duì)熱水電阻爐進(jìn)行溫度控制的過程。1.2 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工作原理系統(tǒng)原理圖如圖1.1所示。整個(gè)系統(tǒng)由四部分組成，即：8031單片機(jī)系統(tǒng)；溫度檢測通道；輸出控制通道及報(bào)警顯示系統(tǒng)。工作時(shí)，溫度由集成溫度傳感器AD590轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，經(jīng)運(yùn)放放

10、大至0-5v的電壓信號(hào)，由ADC0809轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所能接受的數(shù)字信號(hào)，此信號(hào)與溫度的給定值比較得到溫度的偏差，通過PID控制器運(yùn)算，此控制量經(jīng)可控硅控制加在電阻爐上的電壓的通斷時(shí)間，以達(dá)到控溫目的。系統(tǒng)的給定值、PID參數(shù)由鍵盤輸入，并可以隨時(shí)修改，給溫度和采樣溫度同時(shí)顯示在LED上。 圖1.1 電阻爐溫度控制系統(tǒng)原理框圖一、輸入通道a、溫度檢測及放大在溫度控制系統(tǒng)中，溫度檢測及放大任務(wù)通常用溫度變送器來完成。為了降低成本，簡化結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)采用了 OP07型溫度變送器的輸入回路部份，這輸入回路是一平衡電橋，它與AD590熱電偶配合使用，實(shí)現(xiàn)溫度零點(diǎn)遷移。不平衡電橋的輸出信號(hào)經(jīng)精密放大器放大到

11、A/D轉(zhuǎn)換所需標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，根據(jù)熱電偶分度號(hào)和量程的不同，可選擇和調(diào)整放大器的反饋電阻以改變放大倍數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了溫度標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。B、A/D轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換功能由AD0809完成，它是一種逐次逼近式8路模擬輸入、 8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器。在這里我們將接到8031的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)OEC經(jīng)一個(gè)與非門接8031的INT0 ，置外部中斷為邊沿觸發(fā)方式，這樣，每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)素時(shí)都將結(jié)果送入數(shù)據(jù)存貯區(qū)。 由于爐溫度化緩慢，輸入通道中沒有設(shè)置采樣保持器。二、 輸出通道 執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用可控硅控制器，單片機(jī)只須輸出能改變可控硅控制周期內(nèi)的通斷時(shí)間就行了，因此省去了D/A轉(zhuǎn)換器，僅用了一條I/O線，通過軟件支持

12、，在這條I/O線上輸出一個(gè)高電平寬度在控制周期內(nèi)隨調(diào)節(jié)值變化的方波信號(hào)，從而達(dá)到控溫的目的。三、 單片機(jī)基本系統(tǒng)及I/O擴(kuò)展 16K存貯器EPROM（27128）通過一片地址鎖存器74LS373與數(shù)據(jù)總線與8031組成基本系統(tǒng)。四、 鍵盤與顯示器 這部分由三個(gè)共陽極數(shù)碼管和三個(gè)驅(qū)動(dòng)器組成，其中顯示器用于準(zhǔn)備符、爐內(nèi)溫度、控溫時(shí)間、顯示以及支持鍵盤進(jìn)行控制參數(shù)設(shè)定顯示。 鍵盤完成控制器參數(shù)設(shè)定與控制器的啟動(dòng)、停止操作。五、控制算法為了提高系統(tǒng)的快速性，同時(shí)也避免運(yùn)行算溢出，本控制采用了最大、最小值控制。即在偏差（閥值）時(shí)才進(jìn)入PID調(diào)節(jié)。算術(shù)表達(dá)式為： 為了提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，選用改進(jìn)PID算法之一，

13、本控制系統(tǒng)輸入通道用測溫電路和精密放大器，省去可采樣保持器；輸出通道取消了D/A轉(zhuǎn)換器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用了可控硅控制器。從而使整個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，控制精度高，具有很高的性價(jià)比。第二章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1硬件電路設(shè)計(jì)原則一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩部分內(nèi)容；一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如RAM，ROM，I/O口，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)等容量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在另外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤，顯示器，A/D，D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下

14、列原則：（1）盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)的常規(guī)算法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化打下良好基礎(chǔ)。（2）系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開發(fā)（3）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會(huì)產(chǎn)生相互影響?？紤]的原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時(shí)間要比直接用硬件實(shí)現(xiàn)來得長，而且占用CPU時(shí)間。因此，選者軟件方案時(shí)，要考慮到這些時(shí)間因素。（4）整個(gè)系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能相匹配，例如，選用晶振頻率高時(shí)，存儲(chǔ)器的存取時(shí)間有限，應(yīng)該選擇允許存取速度較高的芯片；選

15、擇CMOS芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中的所有芯片都應(yīng)該選擇低功耗的產(chǎn)品。（5）可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分，它包括芯片，器件選擇，去耦濾波，印刷電路板布線，通道隔離等。（6）單片機(jī)外接較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)能力不足，系統(tǒng)工作不可靠，解決的辦法是增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，增設(shè)驅(qū)動(dòng)器或者減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。2.2單片機(jī)的選擇在眾多單片機(jī)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)測控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。近年來，MCS-51系列單片機(jī)以8位機(jī)，如8031/8032，8051/8

16、052，8751/8752尤為變得熱門由于MCS-51單片機(jī)的程序計(jì)數(shù)器為16位，因此，可尋址的地址空間為64K空間。805和8751單片機(jī)內(nèi)部有4K字節(jié)ROM/EPROM程序存儲(chǔ)器，當(dāng)管腳=1時(shí)，低4K地址（0000H-0FFFH）指向片內(nèi)，而當(dāng)=0時(shí)，低4K地址指向片外。8052內(nèi)部有8KROM程序存儲(chǔ)器，外部同樣可擴(kuò)展到64K。對(duì)于片內(nèi)無ROM/EPROM的單片機(jī)8031/8032構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，必須使=0，程序存儲(chǔ)器只能外部擴(kuò)展。另外，MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部有128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（8052/8032內(nèi)部有256個(gè)字節(jié)的RAM）。針對(duì)本系統(tǒng)，則只需要采用8031即可，由于EPRO

17、M的擦寫比較麻煩，給開發(fā)制造了一定的困難，因此，我采用INTEL公司生產(chǎn)的新型單片機(jī)（8位），指令與8031完全兼容，但片內(nèi)的4KE2PROM采用的是4K的Flash ROM存儲(chǔ)器，這種存儲(chǔ)器可電擦寫，速度快，且擦寫次數(shù)1000余次，從而縮短了開發(fā)周期，方便開發(fā)者，因此，我的最終選擇是INTEL公司的8031單片機(jī)，以其高性能價(jià)格比得到用戶的信賴。2.2.1 8031芯片介紹8031是由8個(gè)部件組成，即CPU，時(shí)鐘電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并行口（P0P3）串行口，定時(shí)計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)，它們均由單一總線連接并被集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，即組成了單片微型計(jì)算機(jī)，8031就是MCS-51系列單片機(jī)中的一種。

18、1、CPU中央處理器中央處理器是8031的核心，它的功能是產(chǎn)生控制信號(hào)，把數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器輸出口或輸入口送到CPU或CPU數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器或送到輸出端口。還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯和算術(shù)的運(yùn)算。 2、時(shí)鐘電路8031內(nèi)部有一個(gè)頻率最大為12MHZ的時(shí)鐘電路，它為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘序列但需要外接石英晶體做震蕩器和微調(diào)電容。3、內(nèi)存內(nèi)部存儲(chǔ)器可分做程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，但在8031中無片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 。4、定時(shí)/計(jì)數(shù)器8031有兩個(gè)16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成定時(shí)的方式和計(jì)數(shù)的方式，但只能用其中的一個(gè)功能，以定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。5、并行I/O口MCS-51有四個(gè)8位的并行I/O

19、口，P0，P1，P2，P3，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸出。6、串行口它有一個(gè)全雙工的串行口，它可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)間或單片機(jī)同其它外設(shè)之間的通信，該并行口功能較強(qiáng)，可以作為全雙工異步通訊的收發(fā)器也可以作為同步移位器用。7、中斷控制系統(tǒng)8031有五個(gè)中斷源，即外部中斷兩個(gè)，定時(shí)計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)，串行中斷一個(gè)，全部的中斷分為高和低的兩個(gè)輸出級(jí)。2.2.2 8031的引腳介紹 圖2.1引腳圖8031的制作工藝為HMOS，采用40管腳雙列直插DIP封裝，引腳說明如圖（2.1）所示：（1）VCC（40引腳）正常運(yùn)行時(shí)提供電源，VSS（20引腳）接地。（2）XTAL1（19引腳）在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，該

20、放大器構(gòu)成了片內(nèi)的震蕩器，可以提供單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)，此引腳也可以接外部的晶振的一個(gè)引腳，如采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)于8031此引腳應(yīng)該接地。XTAL2（18引腳）為輸出端引腳 ，此引腳還能為應(yīng)用系統(tǒng)中的其它芯片提供時(shí)鐘。 （3）RST/VPD（9引腳）在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將單片機(jī)復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平保持不高于0、5V低電平以保證8031正常工作。在掉電時(shí)，此引腳接備用電源VDD，以保持RAM數(shù)據(jù)不丟失，當(dāng)BVCC低于規(guī)定的值時(shí)，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)時(shí)，VPD就向內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器日工備用電源。（4）ALE/PROG（30引腳）當(dāng)8031訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

21、器和程序存儲(chǔ)器，ALE9地址鎖存允許0輸入的脈沖的下沿用語鎖存16位地址的低8位，在不訪問外部存儲(chǔ)器的時(shí)候，ALE仍有兩個(gè)周期的正脈沖輸出，其頻率為振蕩器的頻率的1/6，在訪問外存儲(chǔ)器的時(shí)候，在兩個(gè)周期中，ALE只出現(xiàn)一次，ALE斷可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載，對(duì)于有片內(nèi)EPROM的而言，在EPROM編程期間， 此引腳輸入編程脈沖PROG。（5）PSEN（29引腳）此腳輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，在讀取外部指令期間，PSEN有兩次在每個(gè)周期有效，在此期間，每當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，兩個(gè)有效的PSEN將不再出現(xiàn)，同樣這個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。 （6）EA/VPP（31引腳）當(dāng)E

22、A非保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問內(nèi)部存儲(chǔ)器，當(dāng)PC值超過0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外存儲(chǔ)器。當(dāng)EA非保持低電平時(shí)，則只訪問（18引腳）在內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向輸入端，當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)MCS51系列該引腳接收外部震蕩信號(hào)，即把該信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘的輸入端。外部程序存儲(chǔ)器，對(duì)8031而言，此腳必須接地。（7）P0，P1，P2，P3，8031有四個(gè)并行口，在這四個(gè)并行口中，可以在任何一個(gè)輸出數(shù)據(jù)，又可以從它們那得到數(shù)據(jù)，故它們都是雙向的，每一個(gè)I/O口內(nèi)部都有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，各成為SFR中的一個(gè)，因此CPU數(shù)據(jù)從并行I/O口輸出時(shí)可以得到鎖存，數(shù)據(jù)輸入時(shí)可以得

23、到緩沖，但他們?cè)诠δ芎陀猛旧系牟町惡艽?，P0和P2口內(nèi)部均有個(gè)受控制器控制的二選一選擇電路，故它們除可以用做通用I/O口以外還具有特殊的功能，P0口通常用做通用I/O口為CPU傳送數(shù)據(jù)，P2口除了可以用做通用口以外，還具有第一功能，除P0口以外其余三個(gè)都是準(zhǔn)雙向口。（8）8031有一個(gè)全雙工串行口，這個(gè)串行口既可以在程序下把CPU的8位并行數(shù)據(jù)變成串行數(shù)據(jù)一位一位的從發(fā)送數(shù)據(jù)線發(fā)送出去，也可以 把串行數(shù)據(jù)接受來變成并行數(shù)據(jù)給CPU，而且這種串行發(fā)送和接收可以單獨(dú)進(jìn)行也可以同時(shí)進(jìn)行。(9)8031的串行發(fā)送和接收利用了P3口的第二功能，利用P3、1做串行數(shù)據(jù)接收線，串行接口的電路結(jié)構(gòu)還包括了串行

24、口控制寄存器SCON，電源及波特率選擇寄存器PCON和串行緩沖寄存器SBUF，他們都屬于SFR，PCON和SCON用于設(shè)置串行口工作方式和確定數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，SBUF用于存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)起到緩沖的作用。2.3 單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 由于本系統(tǒng)的功能需求片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器的資源還不能滿足需要，還需要外擴(kuò)存儲(chǔ)器。又由于8031單片機(jī)的引腳有限，數(shù)據(jù)線和地址線需重復(fù)使用，由P0口兼用。為了將它們分離出來，以便同單片機(jī)外擴(kuò)的擴(kuò)展芯片27128正確連接，需要在單片機(jī)外部增加地址鎖存器74SL373。 地址譯碼器的選擇由于單片機(jī)本身不能成為系統(tǒng)，需外擴(kuò)一些芯片，對(duì)于眾多的擴(kuò)展元件，必須進(jìn)行地址分配譯碼（即

25、以一列二進(jìn)制代碼作輸入）得到唯一的一位輸出。地址譯碼有兩種方式：線選法和片選法。本系統(tǒng)中選用片選法。利用譯碼電路將地址空間劃分成若干塊，用來分別選通各擴(kuò)展芯片，如此就可以充分地利用地址空間。本系統(tǒng)選用74LS373譯碼器，三八線譯碼器，包含三個(gè)允許輸入端，因而能簡化級(jí)聯(lián)和數(shù)據(jù)接收，延遲時(shí)間22秒。 程序存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)8031片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，所以必須進(jìn)行程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。紫外線擦除電可編程的只讀存儲(chǔ)器的擴(kuò)展可作為8031的外部程序存儲(chǔ)器，電路片 的玻璃窗口在紫外線光下照射20分鐘左右，存儲(chǔ)器的各位信息全變?yōu)?，通過相應(yīng)的編程器將工作程序固化到這些芯片中，使可作為8031的外部程序存儲(chǔ)器使用。本設(shè)

26、計(jì)采用27128（16K*8）作為外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器芯片。8031的P0口經(jīng)地址鎖存器74LS373與27128的A0A7相連，P2口的低5位P2。0P2。4接27128的A8A12，PSEN與OE相連，27128的片選信號(hào)來自與8031的P2。7，當(dāng)P2。7=0時(shí)，27128的片選信號(hào)有效。27128共有13根地址線，分別與地址總線A0A12相連，因此，27128所占地址空間為0000H1FFFH。8031與27128接口電路圖如圖（2.2）所圖2.2 8031與27128的接口電路圖A0A12地址線、CE片選線、OE 輸出允許端、PGM 編程控制信號(hào)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路芯片74LS373簡介：程

27、序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，除必須有EPROM芯片外，還必須有鎖存器芯片。程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，地址鎖存信號(hào)為ALE，故本系統(tǒng)的地址鎖存器可使用帶清除端的八D鎖存器74LS373。74LS373是透明的帶有三態(tài)門的八D鎖存器。其引腳芯片如圖（2.3）所示 圖2.3 8031單片機(jī)與74LS373接口當(dāng)三態(tài)門的使能信號(hào)線CE為低電平時(shí)，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許Q端輸出；當(dāng)CE 為高電平時(shí)，輸出三態(tài)門斷開，輸出端對(duì)外電路呈高阻狀態(tài)。因此74LS373用作地址鎖存器時(shí)，首先應(yīng)使三態(tài)門的使能信號(hào)端CE為低電平，這時(shí)，當(dāng)G輸入端為高電平時(shí)，鎖存器輸出（1Q8Q）狀態(tài)和輸入端（1D8D）狀態(tài)相同，當(dāng)G端從高電平逐回低電平

28、時(shí)，輸入端（1D8D）的數(shù)據(jù)鎖入1Q8Q中。地址所存器74LS373與8031接口電路如圖（2.3）所示。2.4 溫度檢測接口電路設(shè)計(jì) 數(shù)字溫度計(jì)的選擇一、傳感器的性能指標(biāo)對(duì)傳感器的精度高低，性能好壞直接影響到整個(gè)自動(dòng)測試系統(tǒng)的品質(zhì)和運(yùn)行狀態(tài)。一般說來，對(duì)傳感器的要求是全面的，嚴(yán)格的，它們是選用傳感器的數(shù)據(jù)。1、技術(shù)指標(biāo)要求（1）靜態(tài)特性要求：線性度及測量范圍、靈敏度、分辨率、精確度和重復(fù)性等；（2）動(dòng)態(tài)特性要求：快速性和穩(wěn)定性等；（3）信息傳遞要求：形式和距離等；（4）過載能力要求：機(jī)械、電氣和熱的過載。2、使用環(huán)境要求溫度、濕度、大氣壓力、振動(dòng)、磁場、附近有無大功率用電設(shè)施、加速度、傾斜、

29、防火、防爆、防化學(xué)腐蝕以及不含有害于周圍材料壽命及操作人員的身體健康等。3、電源的要求電源電壓形式、等級(jí)、功率及波動(dòng)范圍；頻率及高頻干擾等。4、基本安全要求絕緣電阻、耐壓強(qiáng)度及接地保護(hù)等。5、可靠性要求 抗干擾，壽命，無故障工作時(shí)間等。6、維修及管理要求結(jié)構(gòu)簡單、模塊化，有自診斷能力，有故障顯示等上述要求又可分成兩類：一類共同的，如線性度及測量范圍、精確度、工作溫度等；另一類是特殊要求，如過載能力、防火及防化學(xué)腐蝕要求等。對(duì)于一個(gè)具體的傳感器，僅滿上述部分要求即可。二、本系統(tǒng)選用的是集成芯片下面介紹AD590芯片AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1、流

30、過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：式中：流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T熱力學(xué)溫度，單位為K。2、AD590的測溫范圍為-55+150。3、AD590的電源電壓范圍為4V30V 。電源電壓可在 4V6V 范圍變化，電流變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。4、輸出電阻的精度高為710MW。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為±0、3。三、AD590的應(yīng)用電路1、基本應(yīng)用電路AD590的封裝形式和

31、AD590用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路如圖（2.4）所示。因?yàn)榱鬟^AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kW時(shí)，輸出電壓VO隨溫度的變化為 1mV/K 。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使VO =273、2mV ?；蛟谑覝叵拢?5）條圖2.4 封裝形式和基本電路件下調(diào)整電位器,使VO=273.2+25=298.2（）。但這樣調(diào)整只可保證在0或25附近有較高精度。2、攝氏溫度測量電路圖 2.5 攝氏溫度測量電路如圖（2.5）攝氏溫度測量電路所示，電位器R2用于調(diào)整零

32、點(diǎn)，R4用于調(diào)整運(yùn)放AD301的增益。調(diào)整方法如下：在0時(shí)調(diào)整R2，使輸出VO=0，然后在100時(shí)調(diào)整R4使VO =100mV 。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0時(shí)，VO =0mV ，100時(shí)VO =100mV 為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，若室溫為25，那么VO應(yīng)為 25mV 。冰水混合物是0環(huán)境，沸水為100環(huán)境。要使圖(2.5)中的輸出為200mV/，可通過增大反饋電阻（圖中反饋電阻由R3與電位器R4串聯(lián)而成）來實(shí)現(xiàn)。另外，測量華氏溫度（符號(hào)為F）時(shí)，因華氏溫度等于熱力學(xué)溫度減去255.4再乘以9/5，故若要求輸出為1mV/F，則調(diào)整反饋電阻約為 180k W，使得溫度為0時(shí)，VO =17.

33、8mV ；溫度為100時(shí)，VO =197.8mV 。AD581是高精度集成穩(wěn)壓器，輸入電壓最大為40V ，輸出 10V。2.4.2 AD轉(zhuǎn)換器的接口電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選擇A/D芯片時(shí)，考慮到芯片的性能結(jié)構(gòu)及應(yīng)用的特性，在性能上滿足A/D轉(zhuǎn)換的技術(shù)要求；在結(jié)構(gòu)上和應(yīng)用上接口電路方便外圍電路簡單價(jià)格低廉。A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 1、A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)(1)分辨率：是指A/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。例：若一個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換器，去轉(zhuǎn)換一個(gè)滿量程為5V的電壓，則它能分辨的最小電壓為5000mV/2105mV。(2)轉(zhuǎn)換時(shí)間指從輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定的數(shù)

34、字輸出量為止的時(shí)間。其他參數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換器類似。2、A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口方法(1)A/D轉(zhuǎn)換器與CPU連接應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過三態(tài)緩沖器件與CPU數(shù)據(jù)總線相連接（在芯片內(nèi)部沒有三態(tài)輸出緩沖器時(shí)）； 為了輸入正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須解決好A/D轉(zhuǎn)換器和CPU取數(shù)之間的時(shí)間配合問題。(2)ADC芯片的控制信號(hào) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)（START）：是由CPU提供給ADC芯片的，在正脈沖的下降沿轉(zhuǎn)換開始； 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)（EOC）：一旦啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，EOC立即變低，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC輸出高電平，通知CPU轉(zhuǎn)換已結(jié)束； 允許輸出信號(hào)（OE）：ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在輸出鎖存器中，并沒

35、有送入數(shù)據(jù)總線上。CPU取數(shù)時(shí)，發(fā)出OE信號(hào)選通芯片內(nèi)部三態(tài)輸出緩沖器將數(shù)據(jù)輸出。(3)A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間傳送數(shù)據(jù)的方法延時(shí)等待法（2.6）所示：圖2.6 等待法ADC接口電路如圖 圖2.7 查詢法接口電路 是利用CPU執(zhí)行一條輸出指令，啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換，然后CPU執(zhí)行延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間大于所選用的ADC芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間，延時(shí)結(jié)束，CPU執(zhí)行輸入指令，打開三態(tài)門獲取ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。查詢法查詢法是由CPU來檢查EOC信號(hào)。當(dāng)CPU啟動(dòng)ADC芯片開始轉(zhuǎn)換之后，再通過狀態(tài)端口讀取EOC信號(hào)，檢查ADC是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，否則繼續(xù)查詢。查詢法ADC接口電路如圖（2.7）所示：

36、中斷法用中斷法可提高CPU的利用率，當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束，由EOC信號(hào)上升沿通過8259A中斷控制邏輯向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷在服務(wù)程序中讀取結(jié)果。中斷法接口電路如圖（2.8）所示： 2.8斷法接口電路3、A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809及其接口(1)主要性能8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容；帶有鎖存功能的8路模擬量轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對(duì)8路05V模擬量進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)換；輸出具有三態(tài)鎖存/緩沖功能；分辨率：轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us；不可調(diào)誤差：±1LSB，功耗：15mW；工作電壓：+5V，參考電壓標(biāo)準(zhǔn)值+5V；片內(nèi)無時(shí)鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的

37、時(shí)鐘信號(hào)。(2)ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能內(nèi)部結(jié)構(gòu)擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換兩大部分。模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)由8路模擬開關(guān)和3位地址鎖存與譯碼器組成，地址鎖存允許信號(hào)ALE將三位地址信號(hào)ADDC、ADDB和ADDA進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通其中一路摸信號(hào)加到A/D轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換部分包括比較器、逐次逼近寄存器SAR、256R電阻網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、控制與時(shí)序電路等，另外具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，其輸出數(shù)據(jù)線可直接連CPU的DB。 A引腳功能D7D0：8位數(shù)據(jù)輸出線；IN7IN0：8路模擬信號(hào)輸入；ADDC、ADDB、ADDA：8路模擬信號(hào)輸入通道的地址選擇線；ALE：地址鎖存允許

38、，其正跳變鎖存地址選擇線狀態(tài)，經(jīng)譯碼選通對(duì)應(yīng)的模擬輸入信號(hào)；START：啟動(dòng)信號(hào)，上升沿使片內(nèi)所有寄存器清零，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換開始后，此引腳變?yōu)榈碗娖?，轉(zhuǎn)換一結(jié)束，此引腳變?yōu)楦唠娖剑籓E：輸出允許，此引腳為高電平有效，當(dāng)有效時(shí)，芯片內(nèi)部三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存緩沖器被打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果送到D7D0；CLOCK：時(shí)鐘，最高可達(dá)1280KHz，由外部提供；REF（+）、REF（-）：參考電壓正極、負(fù)極，通常REF（+）接Vcc，REF（-）接GND；Vcc：電源，+5V；GND：地線模擬輸入與數(shù)字量輸出的關(guān)系為N（VIN-VREF ）×256/（VIN-VREF ），當(dāng)V

39、IN+5V，VREF0V，若輸入模擬電壓為2.5V，則轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量N128，即10000000B。在本系統(tǒng)中采用查詢法接口電路與CPU相連接，當(dāng)ADDC、ADDB、ADDA三個(gè)管腳接成“000”狀態(tài)，ALE有效時(shí)，ADC0809將IN0管腳上的模擬輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。若三位地址輸入信號(hào)接CPU的數(shù)據(jù)線D2D0，其狀態(tài)由CPU提供，則可分時(shí)對(duì)8路不同的測量或控制電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其接口如圖2.9所示：圖2.9單片機(jī)與ADC0809的接口電路2.5鍵盤、顯示器接口電路 顯示器接口電路1、顯示器的種類很多，從液晶顯示、發(fā)光二極顯示到CRT顯示器，都可以與微機(jī)配接。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器主要

40、有發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器簡稱LED顯示器以及液晶顯示器LCD等。LED、LCD顯示器具有耗電省、成本低廉、配置簡單靈活、安裝方便、耐振動(dòng)壽命長的優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)要求顯示數(shù)字所以選擇LED顯示器。LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出器件。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。常用的LED顯示器有7段和米字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極相連接在一起，通常公共陰極接地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的

41、陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)得段被顯示。LED結(jié)構(gòu)及外形如圖(2.10)所示。兩個(gè)顯示器都有顯示短，用于顯示小數(shù)點(diǎn)。7段LED的字型碼（段選碼），由于只有7個(gè)段（如有段，則為8個(gè)段）發(fā)光二極管，所以字型碼為一個(gè)字節(jié)。“米”字段的LED的字型碼如下表，由于有15個(gè)段發(fā)光二極管，所以字型碼為兩個(gè)字節(jié)。7段LED段碼顯示字符共陽極字符碼共陰極字符碼顯示字符共陽極字符碼共陰極字符碼03FHC0HAc39HC6H106HF9Hd5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92H

42、U3EHC1H67DH82HT31HCEH707HF8HY6EH91H87FH80HH76H89H96FH90HL38HC7HA77H88H灰00HFFHb7CH83H（a）共陰極 （b）共陽極 （c）引腳圖 2.10顯示器LED的結(jié)構(gòu)圖2、靜態(tài)顯示接口在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I/O 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中 CPU 的開銷小。在本系統(tǒng)中采用了靜態(tài)顯示方法。選用串并

43、轉(zhuǎn)換電路74LS164靜態(tài)顯示電路。 MCS -51單片機(jī)串行口方式移位寄存器方式，外接3片74LS164作為3位顯示器的靜態(tài)顯示接口，把8031的 RXD 作為數(shù)據(jù)輸出線， TXD 作為移位時(shí)鐘脈沖。74LS164為 TTL 單向5位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中A、B（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，公一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。T（第8腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的 TXD 端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到T端時(shí)，移位寄存器移一位，5個(gè)時(shí)鐘脈沖過后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164中。R（第9腳）為復(fù)位端，當(dāng)R=0時(shí)，移位寄存器各位復(fù)0，只有當(dāng)R

44、=1時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。Q1Q8（第3-6和10-13引腳）并行輸出端分別接須導(dǎo)顯示器的 hg -各段對(duì)應(yīng)的引腳上。這種靜態(tài)顯示亮度大，很容易做到顯示不閃爍。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是CPU不必頻繁的為顯示服務(wù)，因而主程序可不必掃描顯示器，軟件設(shè)計(jì)比較簡單，從而使單片機(jī)有更多的時(shí)間處理其它的事物。顯示接口電路見圖2.11圖2.11 顯示接口 鍵盤接口電路 鍵盤在本系統(tǒng)中是一個(gè)關(guān)鍵的部件，能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要功能。按鍵設(shè)置在行和列交點(diǎn)初，行和列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。當(dāng)行線通過上拉電阻接+5V時(shí)，被鉗位在高電平狀態(tài)。鍵盤中無按鍵按下是由列線送入全掃描字。行線

45、讀入行線狀態(tài)來判斷的。其方法是：給列線的所有I/O線均置成低電平，然后將行線電平狀態(tài)讀入累加器A中，如果有鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入不全為1。鍵盤中哪一個(gè)鍵按下是由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)，其方法是：依次給列線送低電平，然后檢查所有行線狀態(tài)，如果不全為1，則所按下的鍵一定在此列。而且是與0電平行線相交的交點(diǎn)上的那個(gè)鍵。 行列式鍵盤又叫矩陣式鍵盤。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。用矩陣式鍵盤可以直接往控制器里輸入數(shù)據(jù)，所以根據(jù)該設(shè)計(jì)的需要，鍵盤選擇矩陣式鍵盤。本系統(tǒng)具有參數(shù)輸入功能，因此采用矩陣式鍵盤；利用8031的串行口P1.1、P1.2

46、作為鍵入線，P1.4作為同步脈沖輸出控制線。 鍵盤設(shè)定（09）數(shù)字鍵，Enter為確定鍵，Delete為取消鍵，Home為運(yùn)行鍵，End為停止鍵。鍵盤接口電路如圖（2.12）所示： 圖2.12鍵盤接口電路2.6報(bào)警接口電路在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)報(bào)警電路是很重要的，在本系統(tǒng)中檢測的溫度信號(hào)高于100度或低于0度時(shí)發(fā)出警告信號(hào)，保證性能好、結(jié)構(gòu)簡單、適用，所以選擇鳴音報(bào)警。單片機(jī)報(bào)警接口如圖（2.13）鳴音報(bào)警接口由兩種：一種是蜂鳴音報(bào)警接口，另一種是音樂報(bào)警。本系統(tǒng)選用蜂鳴音報(bào)警接口。壓電式蜂鳴器需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，因此可以使TTL系列集成電路74LS244低電平驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器的輸入端接入8031的P2.

47、6。當(dāng)P2.6輸出高電平“1”時(shí)，74LS32輸出為低電平為“0”時(shí)，使電壓蜂鳴器引線獲得將近5V的直流電壓，而產(chǎn)生蜂鳴音。當(dāng)P2.6端輸出低電壓停止,而不產(chǎn)生蜂鳴音。 圖2.13使用74LS06作驅(qū)動(dòng)的蜂鳴音報(bào)警電2.7 電阻爐溫度控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用晶閘管觸發(fā)電路如圖（2.14）8031的輸出端口P1.0信號(hào)，經(jīng)反向器74LS06反向驅(qū)動(dòng)，在經(jīng)功率放大器放大后加到雙向晶閘管上。由于熱體電阻絲在冷態(tài)時(shí)電阻很小，啟動(dòng)電流很大，故本電路比繼電器更便于對(duì)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)，比繼電器價(jià)格便宜很多。當(dāng)P1.0檢測到有過零跳變時(shí)，即由觸發(fā)電路輸出一個(gè)觸發(fā)脈沖，使晶閘管導(dǎo)通，因而通過晶閘管是完整的正弦波

48、，減少了對(duì)電網(wǎng)的干擾公害。本系統(tǒng)采用定周期控制方式，控制周期秒，即250個(gè)電網(wǎng)周波。由電阻爐平均輸出功率，其中電阻爐全導(dǎo)通時(shí)功率，為導(dǎo)通周期數(shù)，所以與成正比，也就改變了和溫度。如圖（2.14）執(zhí)行機(jī)構(gòu)觸發(fā)電路第三章 溫度控制算法3.1 溫度控制算法一、算法的種類生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，通常是用一些物理量來表征的。例如：流量、成分、液位等。當(dāng)這些物理量偏離了所希望的給定值時(shí)，就表示生產(chǎn)過程偏離了規(guī)定的工礦，必須對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。控制是對(duì)生產(chǎn)過程一種有目的的干預(yù)，控制的目的就是使表征生產(chǎn)過程的這些物理量保持希望的給定值，這個(gè)過程控制任務(wù)可以由人工操作完成，成為人工控制。一般采用電的或機(jī)械的裝置來代替

49、人工操作，稱為目的控制。不管是人工控制還是目的控制，都必須遵循某種控制規(guī)律，即算法。通常有PID算法、大林算法、Smith補(bǔ)償算法。Smith預(yù)估器的實(shí)現(xiàn)的實(shí)質(zhì)純滯后所造成不利影響，使調(diào)解質(zhì)量大大改善，但它有一個(gè)致命的要點(diǎn)便是模型要與系統(tǒng)一致，至少要相當(dāng)接近，否則控制效果不好，它要求參數(shù)很準(zhǔn)，對(duì)參數(shù)變化很敏感。當(dāng)參數(shù)模型變化或者系統(tǒng)有隨時(shí)干擾信號(hào)侵入，使模型與系統(tǒng)不一致，系統(tǒng)會(huì)很快變壞，直到不穩(wěn)定，因而它的應(yīng)用受到限制。大林算法是先將期望的閉環(huán)響應(yīng)設(shè)計(jì)為一階慣性加純滯后，然后反過來綜合能滿足這樣閉環(huán)響應(yīng)的體節(jié)器。此算法有消除靜差，對(duì)純滯后有補(bǔ)償作用，當(dāng)設(shè)計(jì)具有純延時(shí)對(duì)象的計(jì)算機(jī)控制時(shí)，可能會(huì)出

50、現(xiàn)振鈴現(xiàn)象。所謂真令現(xiàn)象就是指數(shù)字控制的輸出以1/2的采樣頻率大幅度上下擺動(dòng)，產(chǎn)生振鈴的主要原因是Z=-1附近有極點(diǎn)。二、 PID控制算法圖3.2-1 控制算法框圖本系統(tǒng)控制算法框圖如圖3.2-1所示：PID控制算法的推導(dǎo)：1、 理想PID控制規(guī)律如下：（3-1）: 比例系數(shù)Ti: 積分時(shí)間常數(shù)Td: 微分時(shí)間常數(shù): e=0時(shí)初值,人工調(diào)整U: 控制器輸出值在PID三種作用中,微分作用主要用來減小超調(diào),克服振蕩,使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定,加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度,減小超調(diào)時(shí)間,用來改善系統(tǒng)的動(dòng)作特性、積分作用主要用于消除靜差,改變系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性、比例，比例作用可對(duì)偏差做出響應(yīng)可以使控制器加快速度，平穩(wěn)準(zhǔn)確,從

51、而獲得滿意的控制結(jié)果、PID的三種結(jié)果是各自獨(dú)立的,互不影響的基本調(diào)節(jié),但也不是所有的場合都采用PID調(diào)節(jié),實(shí)用中常常根據(jù)系統(tǒng)的要求，選擇P、PI、PID調(diào)節(jié)方式、在采樣系統(tǒng)中,當(dāng)采樣周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)時(shí),常常把PID控制算法離散化處理,便于計(jì)算機(jī)控制。設(shè)采樣周期為T,初始時(shí)刻為0,第K次采樣的偏差為e(k),控制輸出為u（k）則（3-1）式即可用離散形式表示為：（3-2）式中：T： 采樣周期 U（k）：控制器第K次輸出值 e（k）：k次采樣偏差 k：采樣序數(shù)次號(hào) 在（3-2）式中所示算式中輸出U（k）對(duì)應(yīng)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)所表達(dá)的位置，它對(duì)于控制變量與設(shè)定值偏差進(jìn)行計(jì)算，基本控制形式與常規(guī)控制

52、器類似，因此通常稱為位置式PID算式。 在很多情況下，控制器控制信號(hào)是用來控制馬達(dá)，給出電動(dòng)或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信號(hào)，為了增加可靠性，在計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)不發(fā)生危險(xiǎn)，在離散控制系統(tǒng)總并不常用位置型PID控制算式，而是采用另一種算法，即讓計(jì)算機(jī)只輸出增量，也就是采用增量式PID算法。 增量型PID算法就是讓計(jì)算計(jì)輸出相鄰兩次調(diào)節(jié)結(jié)果增量，控制算式的求法如下。 已經(jīng)知道第k次調(diào)節(jié)器的輸出V(k),同樣可以求出地k-1次調(diào)節(jié)器的輸出V(k-1): （3-3）式中：=*T/Ti 為積分常數(shù) =*Td/T 為微分常數(shù)式（3-3）的運(yùn)算結(jié)果表征了閥位改變的增量，執(zhí)行機(jī)構(gòu)只按增量的大小進(jìn)行控制。

53、因此，即使計(jì)算機(jī)出了故障，也不會(huì)造成對(duì)生產(chǎn)的威脅。式（3-3）所示增量式控制雖然僅是算法上的一點(diǎn)改變，但都來了不少優(yōu)點(diǎn)： 計(jì)算機(jī)只輸出增量 ，把工作交給執(zhí)行機(jī)構(gòu)承擔(dān)，誤動(dòng)作小。 控制器在手動(dòng)到自動(dòng)控制切換時(shí)，沖擊小。 算式中不進(jìn)行累加計(jì)算，增量只與最近幾次采樣值有關(guān)，容易獲得較好的控制效果。 2、積分分離PID算法 執(zhí)行元件自身的機(jī)械物理特性決定了它的受控范圍是有限的。另一方面，D/A轉(zhuǎn)換器所能表示的數(shù)值范圍也是有限的，這就要求輸出的控制量只能在一定范圍內(nèi)，即控制量應(yīng)滿足： (3-4)當(dāng)系統(tǒng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變給定值時(shí)，由于系統(tǒng)的慣性，偏差e將隨之增大，積分項(xiàng)中將有較大的積累值，以至于PID運(yùn)算的結(jié)果將超出（3-4）式所限定的范圍。盡管PID運(yùn)算所得到的結(jié)果繼續(xù)增大或減小，執(zhí)行機(jī)構(gòu)已無相應(yīng)的動(dòng)作，這種現(xiàn)象稱為積分飽和。積分飽和將使系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間加長，超調(diào)增大。被控對(duì)象慣性越大，這一現(xiàn)象越嚴(yán)重。為了克服積分飽和問題，可采用積分分離措施，選取一個(gè)門限值E0，當(dāng)e(k)>E0時(shí)，取消積分的作用，只進(jìn)行PD控制，可使超調(diào)量大幅度降低。當(dāng) e(k)E0時(shí)，才將積分作用投入，進(jìn)行PID控制，以保證系統(tǒng)的控制精度。為了實(shí)現(xiàn)積分分離，需將PID表達(dá)式中的積分項(xiàng)分離出來。例如，將（3-3）式分為: (3-5) 從而將積分分離PID算法寫為： (3-