退火爐溫度控制系統(tǒng)

1、課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)題目： 退火爐溫度控制系統(tǒng)退火爐溫度控制系統(tǒng)學(xué)學(xué) 院：院： 專專 業(yè)：業(yè)： 班班 級：級： 姓姓 名：名： 學(xué)學(xué) 號：號：指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師： 日期：日期： - 1 -摘摘 要要退火爐是金屬熱處理中的重要設(shè)備，它把壓力容器加熱到一定溫度并維持一段時(shí)間，然后讓其自然冷卻。其目的在于消除壓力容器的整體壓力。提高壓力容器的使用壽命。溫度是退火爐的主要被控變量，是保證其產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要因素。退火爐溫度控制的穩(wěn)定性和控制精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。本文以 AT89C51 單片機(jī)為控制核心，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件設(shè)計(jì)包括溫度檢測模塊，按鍵

2、模塊，執(zhí)行模塊，LED 顯示模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)要求采用電熱絲加熱，通過 A/D 轉(zhuǎn)換將采集到的溫度數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)中，與系統(tǒng)給定值比較，從而對退火爐的溫度進(jìn)行控制，通過按鍵輸入控制信號，三位 LED 顯示爐溫。最后設(shè)計(jì)出最少拍無紋波控制器，通過 MATLAB 仿真檢驗(yàn)是否有紋波。- 2 -目 錄第 1 章 緒論.31.1 設(shè)計(jì)背景 .31.2 設(shè)計(jì)算法 .3第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案.52.1 概述 .52.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) .5第 3 章 硬件設(shè)計(jì).73.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) .73.1.1 單片機(jī)選擇 .73.1.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) .83.1.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì) .93.2 溫

3、度檢測部分 .103.3 按鍵控制電路 .123.4 LED 顯示模塊 .133.5 溫度控制電路 .14第 4 章 軟件算法.164.1 程序框圖 .164.2 算法設(shè)計(jì) .17第 5 章 系統(tǒng)仿真.20第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié).21- 3 -第 1 章 緒論1.1 設(shè)計(jì)背景退火爐是冶金和機(jī)械行業(yè)常用的熱處理工業(yè)設(shè)備。一般說來，退貨處理工藝師冶金和機(jī)械產(chǎn)品的最后處理工序，它的處理效果將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，對退火爐的基本要求就是根據(jù)退火處理工藝曲線，提供準(zhǔn)確的升溫，保溫及降溫操作，同時(shí)保證顱內(nèi)各處的溫度均勻。在目前實(shí)際生產(chǎn)中，退火爐的種類很多，按燃料分有燃油爐、燃?xì)鉅t、電爐等。電爐按臺數(shù)

4、計(jì)算占 80%，燃油爐和燃?xì)鉅t占 20%。退火是金屬熱處理中的重要工序，它是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻（通常是緩慢冷卻，有時(shí)是控制冷卻）的一種金屬熱處理工藝。目的是使經(jīng)過鑄造、鍛軋、焊接或切削加工的材料或工件軟化，改善其塑性和韌性，使其化學(xué)成分均勻化，并去除其參與應(yīng)力，或得到預(yù)期的物理性能。溫度控制是熱處理質(zhì)量控制的重要技術(shù)措施，是退火控制的核心。智能溫控將大大提高熱處理質(zhì)量，消除認(rèn)為的不穩(wěn)定因素，提高溫度控制的精確程度，滿足特殊材料的熱處理要求。同時(shí)，退火爐采用自動(dòng)化技術(shù)控制溫度，對保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面也具有重要意義。退火爐的爐溫動(dòng)態(tài)特性直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)過

5、程中對鋼材的溫升曲線有較高的要求，溫度過低，達(dá)不到退火的預(yù)期目的；溫度過高將導(dǎo)致過熱，甚至過燒。通過對退火爐中生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制和自動(dòng)工藝管理控制，不但可以縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，還可以減少人為因素造成的廢品率。熱處理后產(chǎn)生的廢氣對自然環(huán)境的污染很大，退火爐的燃料如果是欠氧燃燒，燃料燃燒不充分，則會(huì)產(chǎn)生大量黑煙，而過氧燃燒又會(huì)產(chǎn)生氮氧化合物等有害氣體。若通過對燃燒過程進(jìn)行有效控制，使燃燒在合理的空燃比下運(yùn)行，則可以極大的減少退火爐對周邊環(huán)境的污染，對構(gòu)建科持續(xù)發(fā)展型社會(huì)就有積極的意義。目前世界各國對能源消耗和大氣環(huán)境的污染越來越重視，而我國既是鋼鐵大國又是能源大國，因此研究高性能退火爐溫

6、度控制系統(tǒng)具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 設(shè)計(jì)算法在數(shù)字隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，要求系統(tǒng)的輸出值盡快地跟蹤給定值的變化，最少拍控制是滿足這一要求的一種離散化設(shè)計(jì)方法。最少拍控制是一種直接數(shù)字設(shè)計(jì)方法。所謂最少拍，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對于某種特定的輸入在最少個(gè)采樣周期內(nèi)達(dá)到無靜差的穩(wěn)態(tài)，是系統(tǒng)輸出值盡快地跟蹤期望值的變化。閉環(huán) Z 傳函具有形式- 4 - zzzzNN221)(1在這里，N 是可能情況下的最小整數(shù)。這一傳函形式表明閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)在 N 個(gè)采樣周期后變?yōu)榱悖瑥亩馕吨到y(tǒng)在 N 拍之內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。- 5 -第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案2.1 概述本文提出了一種基于最少拍的退火爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7、方案，實(shí)現(xiàn)對退火爐的溫度控制。退火爐采用電熱絲加熱，通過巡回檢測退火爐內(nèi)溫度，根據(jù)測量到的溫度采樣值與系統(tǒng)給定值進(jìn)行比較來決定是否啟動(dòng)電熱絲加熱，用單片機(jī)作為控制器，設(shè)計(jì)出最少拍無紋波控制器，4 個(gè)鍵盤進(jìn)行溫度控制值的選擇，三位 LED 顯示爐溫。2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)退火爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖 2.1 所示AT89C51單片機(jī)三位 LED 顯示電路按鍵電路驅(qū)動(dòng)電路D/A 轉(zhuǎn)換器溫度檢測A/D 轉(zhuǎn)換電熱絲圖 2.1 利用單片機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖退火爐使用電熱絲加熱，溫度范圍為 01000 攝氏度，爐內(nèi)溫度值經(jīng)熱電偶檢測后，經(jīng)變送器變成 05V 范圍內(nèi)的電壓信號送 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量

8、。數(shù)字量經(jīng)數(shù)字濾波后送入 CPU 作為本次采樣值。把測量到的溫度值與設(shè)定值進(jìn)行比較來決定是否啟動(dòng)電熱絲加熱。本次設(shè)計(jì)的退火爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)系統(tǒng)包括 5 大部分，即核心控件（89C51 主控模塊） ，復(fù)位電路，溫度檢測，按鍵，LED 顯示電路。主控模塊，具有控制功能，主要由 AT89C51 單片機(jī)組成，是退火爐溫度控制系統(tǒng)的核心。溫度系統(tǒng)是受控模塊，由 D/A 轉(zhuǎn)換器和電熱絲組成。主控模塊上設(shè)有 4 個(gè)按鍵- 6 -和 3 個(gè) LED 顯示器，可以通過按鍵控制溫度并通過 LED 數(shù)碼管顯示。復(fù)位開關(guān)連接控制器的 RST 端，實(shí)現(xiàn)復(fù)位控制。- 7 -第 3 章 硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)3

9、.1.1 單片機(jī)選擇本次設(shè)計(jì)選擇 AT89C51。（1）AT89C51 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)：AT89C51 是一種低功耗、低電壓、高性能的八位 CMOS 單片機(jī)，片內(nèi)有一個(gè) 4KB 的 FLASH 可變成可擦除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory） ，它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MSC-51 兼容。片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（CPU）和 FLASH 存儲單元，片內(nèi)的存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)改變程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程。因此，AT89C5

10、1 是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。（2）管腳說明：VCC（40）：供電電壓，其工作電壓為 5V。GND(20):接地。P0 端口（P0.0-P0.7）:P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 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)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)、地址的第八位。再 LFASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 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 端口（P1.0-P1.7）：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口

11、，P1口緩沖器能夠接收 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高電平，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。再 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。P2 端口（P2.0-P2.7）：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)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位

12、。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(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和控制信號。P3 端口（P3.0-P3.7）：P3 口管腳是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位的雙向I/O 端口，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。作為輸入端時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸- 8 -出電流（ILL） 。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。復(fù)位 RST(9)：復(fù)位輸入。在振蕩器運(yùn)行

13、時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平，51 芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后 P3.0-P3.7 口均置 1，引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為ROM 的 00H 處開始運(yùn)行程序。復(fù)位操作不會(huì)對內(nèi)部 RAM 有所影響。ALE/(30)：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖PROG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，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)

14、目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(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。(29)：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指令期間，PSEN每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。PSENEA/VPP(31)：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000H-_EAFFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時(shí)，將內(nèi)部鎖

15、定為_EARESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，_EA此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。XTAL1(19)：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(18)：來自反向振蕩器的輸出。其引腳圖如圖 3.1 所示。 圖 3.1 AT89C51 引腳圖3.1.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的時(shí)鐘信號用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開始運(yùn)行。時(shí)鐘電路 89C51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。- 9 -在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外

16、接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如圖 3-1所示。圖 3-1 中，電容器 Cl，C2 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在 5-30pF。晶振頻率的典型值為 12MHz，采用 6MHz 的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘情號比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。圖 3.2 時(shí)鐘電路3.1.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)當(dāng) 89C51 單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST(全稱 RESET)出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果 RST 持續(xù)為高電平，單

17、片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路電容 C1 和電阻 R1 對電源+5V 來說構(gòu)成微分電路。上電后，保持 RST 一段高電平時(shí)間，由于單片機(jī)內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻 R1，也能達(dá)到上電復(fù)位的操作功能，如圖3.3 所示。圖 3.3 復(fù)位電路電路開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位常用的上電或開關(guān)復(fù)位電路。上電后，由于電容 C3的充電和反相門的作用，使 RESET 持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行89c51X1 X

18、2C1 - 10 -當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵 K 后松開，也能使 RESET 為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路組成，最小系統(tǒng)圖如下：圖 3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3.2 溫度檢測部分（1）溫度傳感器：因?yàn)橥嘶馉t的溫度測量范圍為 01000， 傳感器選擇K 型熱電偶。其測溫范圍廣，使用溫度為2001300,它具有線性度好，熱電式大，靈敏度高、性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，抗氧化性，動(dòng)態(tài)性好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，所以，適合于本系統(tǒng)。提供模擬量給 A/D 轉(zhuǎn)換器。- 11 -圖 3.5 熱電偶電路圖（2）A/D 轉(zhuǎn)換器：由于 A/D 轉(zhuǎn)換采用 ADC0809，為

19、多通道 AD 轉(zhuǎn)換器。其工作為查詢方式。將轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 EOC 作為狀態(tài)信號，經(jīng)三態(tài)門接入數(shù)據(jù)總線最高位 D7。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后，不斷檢測 D7 位是否為 1，就可以知道轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。狀態(tài)斷口的地址假設(shè)為 238H。利用 ADC0809 芯片中的多路開關(guān)，我們可以實(shí)現(xiàn) 8 個(gè)模擬信號的分時(shí)轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)地址總線的低 3 位分別連接 ADC0809的地址線 C、B、A，在啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換的同時(shí)，選定要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的模擬通道，對應(yīng) 8 個(gè)模擬通道的 I/O 地址分別為 220-227H。 圖 3.6 A/D 轉(zhuǎn)換器引腳圖A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的為 BCD 碼，2-12-8 口不是總線式的。因此，單片機(jī)只IN-02

20、6msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10IC8ADC0809V0V1R12K+5C40.1uFC322067423U3AMC33078W3A10KR6010KR5910kR58100KR57100K67423U2AMC33078R52100KR55100KR53100KR55100KR54100KR56300KR54100KW2A100K6

21、7423U1AMC33078-5+5-12+12+12-12+5-5V1-INP+INP- 12 -能通過并行 I/O 接口或擴(kuò)展 I/O 口與其相接。還可以通過單片機(jī)的 P1 口直接與其連接。如圖 3.7 所示.圖 3.7 A/D 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)連接圖3.3 按鍵控制電路本次設(shè)計(jì)的按鍵部分包含四個(gè)按鍵，直接與單片機(jī)相連。S0 按鍵直接接在復(fù)位電路上，按下 S0 開始控制溫度數(shù)字的輸入，S1 表示是否顯示數(shù)字，按下S2 使溫度升高，按下 S3 使溫度降低。IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN

22、-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10IC8ADC0809R5EA/VP31X119X218RESET9RD/P3.717WR/P3.616INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P

23、2.627P2.728PSEN29ALE/P30TXD/P3.111RXD/P3.010IC189C51Q012Q19Q28Q311MS16MS27MR12MR23CLK014CLK11IC974LS90C20.1uFY16MhzR2R3R6R4R9R7R8C10.1uF+58*2kV0V1R12K+5- 13 -圖 3.8 按鍵電路圖3.4 LED 顯示模塊顯示模塊主要包括三個(gè) LED 顯示燈，第一位顯示百位，與單片機(jī) P1.0 相連，第二位顯示十位，與單片機(jī) P1.1 相連，第三位顯示各位，與單片機(jī) P1.2相連。LED 顯示電路如圖 3.7 所示。8 段 LED 顯示屏是最常用的顯示器件

24、，分為共陽極和共陰極兩種形式。共陽極 LED 將所有發(fā)光二極管的陽極接在一起作為公共端，當(dāng)公共端接高電平，某一段的發(fā)光二極管陰極接低電平時(shí)，相應(yīng)的字段就被點(diǎn)亮。共陰極 LED 將所有發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共端，當(dāng)公共端接低電平，某一段的發(fā)光二極管陽極接高電平時(shí)，相應(yīng)的字段就被點(diǎn)亮。圖 3.9 LED 連接電路- 14 -3.5 溫度控制電路執(zhí)行部分為和固態(tài)繼電器控溫電路，由 D/A 轉(zhuǎn)換器和電熱絲組成。D/A 轉(zhuǎn)換器將單片機(jī)輸出的數(shù)字量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬量，控制電熱絲是否工作。DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè) DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡單、

25、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A 轉(zhuǎn)換器由 8 位輸入鎖存器、8 位 DAC 寄存器、8 位 D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。主要特性有：1.分辨率為 8 位；2.電流穩(wěn)定時(shí)間 1us；3.可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；4.只需在滿量程下調(diào)整其線性度；5.單一電源供電（+5V+15V） ；6.低功耗，20mW。圖 3.10 D/A 轉(zhuǎn)換電路圖固態(tài)繼電器控溫電路如圖3.9所示，采用Z型交流固態(tài)繼電器SSR，實(shí)現(xiàn)零觸發(fā)交流調(diào)功。SSR內(nèi)設(shè)光電隔離電路，可減少與電網(wǎng)間的相互干擾，這是一種較先進(jìn)的控制方法。- 15 -圖 3.11 固態(tài)繼電器控溫電路123456ABC

26、D654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jun-2006Sheet of File:D:PREV IO 11.D DBDrawn By:12U31A74LS05555C10.1uF180k5k+121kACACSSRC?CA PRS- 16 -第 4 章 軟件算法4.1 程序框圖退火爐溫度控制系統(tǒng)框圖如下：系統(tǒng)初始化溫度采集和處理比較溫度最少拍無紋波控制算法求出輸出控制量控制輸出結(jié)束開始A/D 轉(zhuǎn)換器80C51 讀取圖 4.1 主程序框圖控制系統(tǒng)包括溫度采集和處理控制火爐內(nèi)溫度，通過采集到的數(shù)據(jù)與系- 17 -統(tǒng)給定值比較來決定是否給退火爐控溫。再

27、通過最少拍無紋波控制器輸出控制量來控制輸出，得出溫度并顯示。4.2 算法設(shè)計(jì)最少拍原理：在采樣控制系統(tǒng)中，通常把一個(gè)采樣周期稱作一拍。在典型輸入信號作用下，經(jīng)過最少拍，使輸出量采樣時(shí)刻的數(shù)值能完全跟蹤參考輸入量的數(shù)值，跟蹤誤差為零的系統(tǒng)稱為最少拍系。系統(tǒng)控制原理框圖如下：圖 4.2 系統(tǒng)控制原理圖“溫度”的表現(xiàn)，可以用純滯后一階慣性環(huán)節(jié)來描述，即 （4-1( )( )*( )*11sccKeG sG sD ss1）式中：煤氣退火爐的傳遞函數(shù)；）（sGcD(s) 比例環(huán)節(jié)取 1；K比例系數(shù)；純滯后時(shí)間；時(shí)間常數(shù)。1設(shè)傳遞函數(shù)為 （4- 11 . 010sssGCD(s)B(s)Gh(s)Go(s)-G(s)C(s)E(z)U(z)E(s)G(z)R(z)R(s)C(z)- 18 -2）采樣周期 T=0.1s，零階保持器為 （4-sesHTs