簡易水溫控制系統(tǒng)設(shè)計1.do

目錄第1章緒論 2前言 2方案設(shè)計與論證 2第2章硬件系統(tǒng)設(shè)計 3系統(tǒng)設(shè)計方案 3硬件系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計 4單片機(jī)最小系統(tǒng) 4溫度檢測電路 5鍵盤與顯示電路 8串口通信接口電路 10可控硅調(diào)功控溫電路 11掉電檢測與保護(hù)電路 13本章小結(jié)： 16第3章系統(tǒng)軟件設(shè)計 16系統(tǒng)開發(fā)工具軟件介紹 16溫度采集程序設(shè)計 16溫度積分分離PID控制程序設(shè)計 18顯示與鍵盤程序設(shè)計 19顯示掃描程序設(shè)計 19鍵盤掃描程序設(shè)計 20單片機(jī)通信程序設(shè)計 21單片機(jī)串行口原理 21單片機(jī)串行口初始化 22單片機(jī)串行口發(fā)送子程序設(shè)計 23單片機(jī)串行口接收子程序設(shè)計 24本章小結(jié) 24第4章系統(tǒng)的硬件電路圖 26簡易水溫控制系統(tǒng)緒論前言溫度控制是很多企業(yè)常見的控制裝置,如機(jī)械行業(yè)的零件熱處理、塑料制品的注塑機(jī)上,粉末冶金行業(yè)燒結(jié)爐、還原爐等都有溫度控制問題,尤以熱處理加熱爐的溫度控制最為典型。熱處理加熱爐是工廠熱處理和高校熱處理實驗廣泛使用的加熱設(shè)備。現(xiàn)在所使用的爐溫控制方法很多仍是陳舊的動圈式兩位指示調(diào)節(jié)儀(如XCT101型動圈式兩位指示調(diào)節(jié)儀)。這種爐溫控制方法爐溫波動范圍大,保溫時間靠人工計時,加熱速度不能控制,溫度不能全程動態(tài)跟蹤顯示。這樣的控制和顯示方式不能滿足日益發(fā)展的工業(yè)需求。高校的發(fā)展同樣要求用現(xiàn)代化手段提升現(xiàn)有的實驗設(shè)備,為學(xué)生提供更多更好、更現(xiàn)代化的實驗條件。因此,我們就學(xué)校熱處理實驗用電阻加熱爐進(jìn)行現(xiàn)代化改革,將PC機(jī)強(qiáng)大的軟硬件資源、友好的人機(jī)界面和80C196單片機(jī)優(yōu)秀的實時控制功能、靈活的編程能力有機(jī)的結(jié)合起來,開發(fā)出熱處理微機(jī)控制系統(tǒng),實現(xiàn)溫度控制的自動化。不但能用于學(xué)校的實驗教學(xué)及其它一些研究課題的開發(fā),同樣能用于工廠熱處理、注塑機(jī)多點溫度的控制,提高工業(yè)企業(yè)自動化水平。方案設(shè)計與論證根據(jù)題目的要求，我們提出了以下的兩種方案：（1）、方案一：此方案是采用傳統(tǒng)的模擬控制方法（方案框圖如圖1-1-1），選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定加熱或者不加熱。器特點是電路簡單，易于實現(xiàn)，但是系統(tǒng)所得結(jié)果的精度不高并且調(diào)節(jié)動作頻繁，系統(tǒng)靜差大，不穩(wěn)定。系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，而且不易實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制及對溫度的顯示，人機(jī)交換性能差。圖1-1-1模擬控制框圖（2）、方案二：采用單片機(jī)89s51為核心。采用了溫度傳感器DS18B20采集溫度變化信號，并通過單片機(jī)處理后去控制溫度，使其達(dá)到穩(wěn)定。使用單片機(jī)具有編程靈活，控制簡單的優(yōu)點，使系統(tǒng)能簡單的實現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過軟件編程能實現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點。比較兩種方案，方案二明顯的改善了方案一的不足及缺點，并具有控制簡單、控制溫度精度高的特點。因此本設(shè)計電路采用方案二。硬件系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計方案控制系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)水溫裝置AT89S51PC機(jī)DS18B20顯示部分鍵盤圖2-1控制系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2-1。本系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)作為下位機(jī)，溫度檢測與控制。PC機(jī)為上位機(jī)，與單片機(jī)實時通信，實現(xiàn)參數(shù)顯示、修改、報警等功能。硬件系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計單片機(jī)最小系統(tǒng)AT89S52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價位AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。由于AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。因此，本系統(tǒng)使用AT89S52單片機(jī)作為微處理器，AT89S52引腳圖如圖2-2。它主要具有如下特點：40個引腳，8kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器，256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。AT89S52設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作掉電模式凍結(jié)振蕩器，因而可以保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。下面列出了AT89S52的一些性能參數(shù)：·與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容·4k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲器·1000次擦寫周期·－的工作電壓范圍·全靜態(tài)工作模式：0Hz－33MHz·三級程序加密鎖·128×8字節(jié)內(nèi)部RAM·32個可編程I／O口線·2個16位定時／計數(shù)器·6個中斷源·全雙工串行UART通道·低功耗空閑和掉電模式·中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)·看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針·掉電標(biāo)識和快速編程特性·靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁寫模式） 圖2-2AT89S52引腳圖圖2-3微處理器電路圖整個單片機(jī)系統(tǒng)接口分配情況如下：P0口復(fù)用于傳輸LED位數(shù)據(jù)以及。溫度檢測電路DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20簡介新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟(jì)的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20、DS1822“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55°C~+125°C，在-10~+85°C范圍內(nèi),精度為±0.5°C。DS1822的精度較差為±2°C。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V~5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20、DS1822的特性DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率，精度為±0.5°C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價格比也非常出色！DS1822與DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡化版本。省略了存儲用戶定義報警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM，精度降低為±2°C，適用于對性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后，DS1820開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20和DS1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng)。

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下:圖2-4DS18B20的管腳排列圖

DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。

光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。

DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。表2-112位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)

這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+℃的數(shù)字輸出為0191H，℃的數(shù)字輸出為FF6FH，-55溫度檢測控制電路圖見圖2-5。圖2-5溫度檢測控制電路圖DS1820使用中注意事項DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(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復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。(2)在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個DS1820，在實際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進(jìn)行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。(3)連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，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，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波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS1820進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。(4)在DS1820測溫程序設(shè)計中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。

測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。鍵盤與顯示電路為了方便的修改控制參數(shù)，系統(tǒng)設(shè)計了鍵盤與顯示電路。顯示器的掃描方式一般有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，對于多位LED數(shù)碼顯示器，通常采用動態(tài)掃描方法，即逐個地循環(huán)地點亮各位顯示器。這樣雖然在任一時刻只有1位顯示器被點亮，但是由于人眼具有視覺殘留效應(yīng)，看起來與全部顯示器持續(xù)點亮的效果基本一樣（在亮度上要有差別）。靜態(tài)顯示顯示多位LED時，硬件電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，為簡化電路結(jié)構(gòu)，電路中沒有采用譯碼器，直接用單片機(jī)程序進(jìn)行編碼輸出，這樣使硬件結(jié)構(gòu)清晰。圖2-6顯示電路此電路中的LED數(shù)碼顯示器是8段共陽極接法，所以顯示0、1、2、3、4、5、6、7、8、9時分別對應(yīng)編碼C0H、F9H、A4H、B0H、99H、92H、82H、F8H、80H、90H，要顯示小數(shù)點時，只需再將相應(yīng)的編碼的最高位置0。由于LED顯示器的段電流為8mA左右，所以不能由單片機(jī)直接驅(qū)動，因此接上驅(qū)動器74LS245八雙向總線收發(fā)器，而LED顯示器的公共端的驅(qū)動電流較大，8段全亮?xí)r需約40~60mA。因此在單片機(jī)與LED的公共端之間接上三極管做為電流驅(qū)動器以提高驅(qū)動能力。此三極管采用的是PNP型。表2-274LS245輸入與輸出鍵盤采用非編碼鍵盤結(jié)構(gòu)，目的為了簡化硬件電路，圖2－7和2-8表示了此4*4行列式鍵盤的結(jié)構(gòu)示意圖。4*4表示有4根行線和4根列線，在每根行線和列線的交叉點上均勻分布1個單觸點按鍵，共16個按鍵。其中定義0~9十個數(shù)字鍵，小數(shù)點，開/關(guān)鍵，顯示參數(shù)鍵，設(shè)定值鍵。P1.5P1.0第一行P1.1第二行P1.2第三行P1.3第四行第1列第2列第3列第4列圖2－7鍵盤示意圖圖2-8鍵盤電路串口通信接口電路圖2-9RS-232電平轉(zhuǎn)換和PC機(jī)的接口電路單片機(jī)和PC機(jī)的串行通信一般采用RS-232、RS-422或B3-485總線標(biāo)準(zhǔn)接口，也有采用非標(biāo)準(zhǔn)的20nnJL電流環(huán)的。為保證通信的可靠，在選擇接口時必須注意：(1)通信的速率；(2)通信距離：(3)抗干擾能力；(4)組網(wǎng)方式。本次設(shè)計采用RS-232接口與單片機(jī)通信的方法。圖2-14為RS-232電平轉(zhuǎn)換和PC機(jī)的接口電路。RS-232是早期為公用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn)，其邏輯電平與ITL＼CMOS電平完全不同。邏輯“0”規(guī)定為+5~+15V之間電平，邏輯“1”規(guī)定為-5～-15V之間電平。由于RS-232發(fā)送和接收之間有公共地，傳輸采用非平衡模式，因此共模噪聲會耦合到信號系統(tǒng)中，其標(biāo)準(zhǔn)建議的最大通信距離為15米．但實際應(yīng)用中我們在300bit／s的速率下可以達(dá)到300米。RS-232規(guī)定的電平和一般微處理器的邏輯電平不一致，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)邏輯電平轉(zhuǎn)換這里通過采用MCl488和MCl489芯片的轉(zhuǎn)換接口MCl488和MCl489芯片為早期的RS-232至TTL邏輯電平的轉(zhuǎn)換芯片，如圖2-9?？煽毓枵{(diào)功控溫電路可控硅調(diào)功控溫具有不沖擊電網(wǎng)，對用電設(shè)備不產(chǎn)生干擾等優(yōu)點，是一種廣泛應(yīng)用的控溫方式。調(diào)功控溫指的是在給定周期內(nèi)控制可控硅的導(dǎo)通時間，從而改變加熱功率來實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，設(shè)采?。刂疲┲芷跒門，在T周期內(nèi)工頻交流電的半周波長為N，如全導(dǎo)通時額定加熱功率為PH，則實際平均加熱功率P與T周期內(nèi)實際導(dǎo)通的半周波數(shù)n成正比，即P=n*PH/N.采用可控硅進(jìn)行功率調(diào)節(jié)：方案一：采用移相觸發(fā)方式調(diào)節(jié)功率，它實際上是控制可控硅的導(dǎo)通角，達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的，此方式易造成電磁干擾且電路復(fù)雜。方案二：過零觸發(fā)方式，它把可控硅導(dǎo)通的起始點限制在電源電壓過零點，從而大大降低了諧波分量。因而本設(shè)計采用該方式。技術(shù)關(guān)鍵：獲取工頻交流電源的過零觸發(fā)脈沖，作為觸發(fā)雙向可控硅的同步脈沖；將控制算法得到的控制量變?yōu)榭煽毓柙谥芷趦?nèi)的導(dǎo)通時間；隔離工頻交流電源強(qiáng)電對單片機(jī)系統(tǒng)和控制電路弱電的干擾?？煽毓枵{(diào)功控溫電路如圖2-10所示：圖2－10可控硅調(diào)功控溫電路圖中TL494為雙端脈寬調(diào)制器，利用其脈寬調(diào)制功能構(gòu)成脈沖形成及脈寬調(diào)制電路，其功能框圖及引腳圖如圖2-11所示：圖2－11TL494功能框圖及引腳圖將該芯片的5，6腳分別接振蕩器的電阻，電容，通過改變電阻，電容的大小，即可調(diào)節(jié)振蕩器頻率。振蕩器產(chǎn)生的鋸齒形振蕩波被送到PWM比較器的反相輸入端，脈沖調(diào)寬電壓送到PWM比較器的同相輸入端，通過PWM比較器的比較，輸出一定寬度的脈沖波，當(dāng)調(diào)寬電壓變化時，TL494輸出的脈沖寬度隨之改變，從而改變開關(guān)管的導(dǎo)通時間，達(dá)到調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的目的。脈沖調(diào)寬電壓可由3腳直接送入的電壓來控制，也可以分別從兩個誤差放大器輸入端送入，通過比較，放大，經(jīng)隔離二極管輸出到PWM比較器的正相輸入端，此時3腳應(yīng)接RC網(wǎng)絡(luò)，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本設(shè)計將兩個放大器的輸入端和反饋接地，將3腳直接接控制電壓，這時比較器A7輸出為一定頻率的脈沖信號，將13腳接地，則觸發(fā)器不起作用，所以改變控制電壓的大小即可改變10腳輸出脈沖的寬度。整個工作過程為：控制量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換，得到模擬信號送給調(diào)功器，調(diào)功器通過控制可控硅導(dǎo)通時間和通斷時間的比例來調(diào)節(jié)輸出功率。來自D/A轉(zhuǎn)換器的模擬控制信號經(jīng)射隨器傳遞到TL494的第3腳控制端并與TL494內(nèi)部的鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生的鋸齒波信號進(jìn)行比較，產(chǎn)生相應(yīng)的脈寬信號，實現(xiàn)導(dǎo)通周波數(shù)控制，達(dá)到精確控溫的目的，工作過程波形圖如圖2-12所示。圖2－12工作過程波形圖新型器件MOC3041的使用使調(diào)功器電路變得非常簡練，它集光電隔離，過零檢測功能于一身，具有體積小，功耗低，抗干擾能力強(qiáng)，無噪聲等優(yōu)點，圖2-13為其構(gòu)成的可控硅基本驅(qū)動電路。IFT 1 6 R11 5 T RS AC2過零檢測 4 CS過零檢測 3 RGRL圖2－13可控硅基本驅(qū)動電路RS，CS為吸收電路，并接在功率可控硅的陽極與陰極之間，起保護(hù)作用。（負(fù)載若為感性，可控硅通斷時會產(chǎn)生較大的反電動勢，可能引起可控硅的損壞，在相關(guān)電路上并聯(lián)吸收電路后，就能削弱高的瞬時電壓，從而保護(hù)可控硅）。經(jīng)驗公式：CS=（2~4）*It*10-3（VF）RS=10~5O歐R11為觸發(fā)器輸出限流電阻，其電阻由交流電網(wǎng)電壓峰值及觸發(fā)器輸出允許值重復(fù)沖擊電流峰值（1A）決定，取51歐。RG：晶閘管的門極電阻，防止誤觸發(fā)，提高抗干擾能力，一般取300~500歐。掉電檢測與保護(hù)電路在工業(yè)控制中，掉電事件可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果，本系統(tǒng)能及時檢測到交流電源下降，在電路動作的滯后時間內(nèi)，將斷點狀態(tài)保護(hù)在后備電池供電的存儲器內(nèi)，來電后實現(xiàn)斷點補(bǔ)償運(yùn)行。（1）掉電檢測電路采用LM311比較器，其引腳功能外形結(jié)構(gòu)如圖1-14所示，它是一種應(yīng)用較廣泛的集成電壓比較器，具有輸入偏流小，電壓范圍寬（從標(biāo)準(zhǔn)的±15V電源到單一的+5V電源均能正常工作）。圖1－14LM311引腳功能外形結(jié)構(gòu)整個掉電檢測電路如圖1-15所示，將LM311設(shè)為射極輸出方式。以3V為臨界，形成外部中斷的觸發(fā)脈沖，將輸入電壓與3V參考電壓相比較，當(dāng)輸入VI大于3V時，輸出為高電平；而當(dāng)輸入小于3V時，輸出為低電平。凌陽單片機(jī)的B口除具有常規(guī)的輸入/輸出功能外，還具有特殊功能，其中IOB2位可為外部中斷源信號的輸入，IOB2位根據(jù)輸入的電平來判斷是否發(fā)出中斷請求。圖1－15掉電檢測電路及其輸出（2）掉電保護(hù)電路該電路如圖1-16所示，當(dāng)外部VCC=+5V時，比較器LM393反相端電壓高于正相端，LM393輸出低電平。故原片選信號低電平有效地加到6264的20腳，同時26腳為高電平，6264進(jìn)行正常的讀寫操作，而當(dāng)VCC下降到一定程度時，比較器反相端電壓低于正相端時，LM393輸出為高電平。故20腳為高電平，26腳為低電平，此時6264的VCC由后備3V干電池供電，從而對所存數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。圖1－16掉電保護(hù)電路選用HITACHIHM6264B，其靜態(tài)RAM的容量為64K位，，6264的引腳圖如下：其中CS1，CS2都為片選信號，WE控制數(shù)據(jù)的寫入，OE控制信號的輸出，圖1－176264引腳圖其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及控制表如下：圖1－186264內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖表1-36264控制表WECS1CS2OEMODEVCC，CurrentI/OPINHNOTSELECTED（POWERDOWN）Isb，Isb1High—ZLNOTSELECTED（POWERDOWN）Isb，Isb1High—ZHLHHOUTPUTDISABLEIccHigh—ZHLHLREADIccDoutLLHHWRITEIccDinLLHLWRITEIccDin本章小結(jié)：本章介紹水溫控制系統(tǒng)的硬件電路，其電路主要由五大部分組成：溫度檢測電路，可控硅調(diào)功控溫電路，掉電檢測與保護(hù)電路，鍵盤/顯示電路，與上位機(jī)通訊電路。電路設(shè)計遵循簡單實用，易于實現(xiàn)，安全可靠等原則。系統(tǒng)軟件設(shè)計由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，在軟件設(shè)計部分只設(shè)計了溫度采集與控制模塊、鍵盤與顯示模塊以及單片機(jī)通信模塊的程序。系統(tǒng)開發(fā)工具軟件介紹本系統(tǒng)軟件即單片機(jī)程序設(shè)計開發(fā)工具采用KeilC51支持的C語言編寫，KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。KeilC51并提供了強(qiáng)大的調(diào)試功能，uVision2允許用戶在編輯時設(shè)置程序斷點（甚至在源代碼未經(jīng)編譯和匯編之前）。用戶啟動V2調(diào)試器之后,斷點即被激活。斷點可設(shè)置為條件表達(dá)式,變量或存儲器訪問,斷點被觸發(fā)后,調(diào)試器命令或調(diào)試功能即可執(zhí)行。在屬性框(attributescolumn)中可以快速瀏覽斷點設(shè)置情況和源程序行的位置。代碼覆蓋率信息可以讓你區(qū)分程序中已執(zhí)行和未執(zhí)行的，用戶可以在編輯器中選中變量來觀察其取值。雙層窗口顯示,可進(jìn)行調(diào)整當(dāng)前函數(shù)的局部變量、用戶在兩個不同watch窗口頁面上的自定義變量、堆棧調(diào)用(callstack)頁面上的調(diào)用記錄（樹）(calltree)、不同格式的四個存儲區(qū)。由于此開發(fā)工具提供的諸多便利，可使開發(fā)周期縮短，因此選此工具做系統(tǒng)軟件設(shè)計。3.2溫度采集與控制程序設(shè)計。溫度采集程序設(shè)計根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。當(dāng)主機(jī)收到DS18B20的響應(yīng)信號后，便可以發(fā)出操作命令，這些命令可以分為ROM命令和RAM命令兩種。CPU的操作過程如圖3-1所示。由于DS18B20與單片機(jī)間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS18B20進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。操作時序主要有初始化時序、讀時序和寫0時序和寫1時序四種，如圖3-2所示。在溫度測量儀表中，對DS18B20的操作主要是復(fù)位、讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)三種，而兩種操作又都是按位進(jìn)行的，所以首先應(yīng)該按照DS18B20的時序要求，編寫讀、寫時間片的程序，其流程圖如圖3-3所示。圖3-1DS18B20操作過程圖3-2DS18B20操作時序圖3-3DS18B20操作程序流程圖溫度積分分離PID控制程序設(shè)計在普通PID控制中，引入積分環(huán)節(jié)的目的主要是為了消除靜差，提高控制精度。但在過程啟動、結(jié)束或大幅度增減設(shè)定時，短時間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大的偏差，會造成PID運(yùn)算的積分積累，致使控制量超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能允許的最大動作范圍對應(yīng)的極限控制量，引起系統(tǒng)較大的超調(diào)。積分分離是當(dāng)被控量與設(shè)定值偏差較大是，取消積分作用，以免由于積分作用使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，超調(diào)量增大；當(dāng)被控量接近設(shè)定值時，引入積分控制，以便消除靜差，提高控制精度。積分分離算法可表示為：式中，為采樣時間，為積分項的開關(guān)系數(shù)：對于溫度傳遞函數(shù)選擇為，采樣時間為20s，延遲4個采樣時間，即80s，程序流程圖如圖3-4所示。圖3-4溫度單片機(jī)PID控制流程圖顯示與鍵盤程序設(shè)計顯示掃描程序設(shè)計根據(jù)硬件電路已知，P0作為LED位控制線輸出，P2.0~P2.5分別對應(yīng)各LED公共場端輸出。采用動態(tài)掃描顯示的程序流程圖見圖2-5。掃描過程為：首先初始化LED標(biāo)識index，將index設(shè)為第一個LED數(shù)碼管，將index指向的數(shù)碼管的顯示編碼從顯示緩沖區(qū)buffer[index]讀出，并將這個值送入P0口即送入LED位控制線，然后將數(shù)字1按位左移index位并將其值送入P2口，即將index指向的LED數(shù)碼管的公共場端置1，未指入的LED數(shù)碼管的公共場端置0。然后等待1ms左右以將index指入的LED數(shù)碼管點亮。這樣一個數(shù)碼管就已掃描好了，由于有6個數(shù)碼管，所以接著判斷index是否已完成指向最后一個數(shù)碼管，即判斷index是否大于5，如果條件不成立，則將index加1，使其指向下一個LED數(shù)碼管，并按以前的步驟點亮這個碼管，直到條件成立。如果條件成立表示所有數(shù)碼管已掃描了一遍，這次掃描工作已結(jié)束。圖3-5動態(tài)掃描顯示的程序流程圖鍵盤掃描程序設(shè)計鍵盤掃描過程為：首先調(diào)用全掃描子程序，檢查有無閉合鍵，若無鍵閉合，則結(jié)束這次鍵盤掃描；若有鍵閉合，則先消抖。這里可通過執(zhí)行其它子程序來達(dá)到延時消抖的目的。然后再次檢查有無鍵閉合，若無鍵閉合，則結(jié)束這次鍵盤掃描；若有鍵閉合，則進(jìn)行逐行掃描，以判別閉合鍵的具體位置。在找到閉合鍵盤的具體位置以后，再求出所對應(yīng)的鍵值。其計算方法通常有兩種：一種是采用特定的計算公式，直接由閉合鍵的行號和列號求得其鍵值；另一種是先求出鍵的特征值，然后再通過查表求得鍵值。前者方法簡單，速度較快，但鍵的排列位置固定，不能隨意更改。后者速度較慢，但鍵的位置可任意設(shè)定。計算出閉合鍵的鍵值后，再判斷鍵釋放否？若鍵未釋放，則等待；若鍵已釋放，則再延時消抖，然后將鍵值寫入鍵盤輸入緩沖區(qū)以便其它子程序處理。流程圖如圖3-6。圖3-6鍵盤掃描程序流程圖單片機(jī)通信程序設(shè)計單片機(jī)串行口原理單片機(jī)內(nèi)部有1個功能很強(qiáng)的全雙工串行口，可同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。它有4種工作方式，可供不同場合使用。波特率由軟件設(shè)置，通過片內(nèi)的定時/計數(shù)器產(chǎn)生。接收、發(fā)送均可工作在查詢方式或中斷方式，使用十分靈活。串行口有兩個獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF（屬于特殊功能寄存器）。1個用作發(fā)送，1個用作接收。發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，接收緩沖器只能讀出不能寫入，兩者共享1個字節(jié)地址（99H）。串行口的結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。在發(fā)送時，CPU由1條寫發(fā)送緩沖器的指令把數(shù)據(jù)（字符）寫入串行口的發(fā)送緩沖器SBUF（發(fā)）中，然后從TXD端1位1位地向外發(fā)送。與此同時，接收端RXD也可1位1位地接收數(shù)據(jù)，