基于c51的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)111

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的和意義</p><p>　　當(dāng)今社會(huì)，溫度測(cè)量系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域。 在工業(yè)、環(huán)境檢測(cè)、醫(yī)療、庭等多方面均有應(yīng)用。同時(shí)單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛。</p><p>　　在很多電子產(chǎn)品中也將其用到溫度檢測(cè)和溫度控制

2、。目前溫度測(cè)量系統(tǒng)種類(lèi)繁多，功能參差不齊。有簡(jiǎn)單的應(yīng)用于家庭的如空調(diào)，電飯煲、太陽(yáng)能熱水器，電冰箱，等家用電器的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用AT89S51單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，為自動(dòng)化和各個(gè)測(cè)控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，在日常生活中成為必不可少的器件，尤其是在日常生活

3、中發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)日常生活中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。</p><p>　　本論文以上述問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了溫度實(shí)時(shí)測(cè)量、顯示、控制系統(tǒng)。以AD590為采集器，89S51為處理器，空調(diào)相應(yīng)電路為執(zhí)行器來(lái)完成設(shè)計(jì)任務(wù)提出的溫度控制要求。設(shè)計(jì)過(guò)程流暢，所設(shè)計(jì)的電路單元較為合理。該設(shè)計(jì)在硬件方案設(shè)計(jì)，單元電路設(shè)計(jì)，元器件選擇等方面較有特色。</p><p>　

4、　1.2 溫度控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀</p><p>　　通過(guò)網(wǎng)上查詢、翻閱圖書(shū)了解到目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)以單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)很多，而且方案靈活，且應(yīng)用面比較廣，可用于工業(yè)上的加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐，在生活當(dāng)中的應(yīng)用也比較廣泛，如熱水器，室溫控制，農(nóng)業(yè)中的大棚溫度控制。以上出現(xiàn)的溫度控制系統(tǒng)產(chǎn)品，根據(jù)其系統(tǒng)組成、使用技術(shù)、功能特點(diǎn)、技術(shù)指標(biāo)。選出其中具有代表性的幾種如下：</p><p>

5、;　　1 虛擬儀器溫室大棚溫度測(cè)控系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面虛擬儀器溫室大棚溫度測(cè)控系統(tǒng)是一種比較智能，經(jīng)濟(jì)的方案，適于大力推廣，改系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進(jìn)行采集，然后再進(jìn)行比較，通過(guò)比較對(duì)大棚內(nèi)的溫度是否超過(guò)溫度限制進(jìn)行分析，如果超過(guò)溫度限制，溫度報(bào)警系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警，來(lái)通知管理人員大棚內(nèi)的溫度超過(guò)限制，大棚內(nèi)的溫控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，從而有利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量。本系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是在一臺(tái)電腦上可以監(jiān)測(cè)到多個(gè)大棚內(nèi)的溫度情況，從而進(jìn)行控制。該系統(tǒng)

6、LabVIEW虛擬儀器編程，通過(guò)對(duì)前面板的設(shè)置來(lái)顯示溫室大棚內(nèi)的溫度，并進(jìn)行報(bào)警，進(jìn)而對(duì)大棚內(nèi)溫度進(jìn)行控制。該系統(tǒng)有單片機(jī)，溫度傳感器，串口通信，和計(jì)算機(jī)組成。計(jì)算機(jī)主要是進(jìn)行編程，對(duì)溫度進(jìn)行顯示、報(bào)警和控制等；溫度傳感器是對(duì)大棚內(nèi)溫度進(jìn)行測(cè)量，顯示；單片機(jī)是對(duì)溫度傳感器進(jìn)行編程，去讀溫度傳感器的溫度值，并把半溫度值通過(guò)串口通信送入計(jì)算機(jī)；串口通信作用是把單片機(jī)送來(lái)的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)里，起到傳輸作用[7]。</p><

7、p>　　2 電烤箱溫度控制系統(tǒng)</p><p>　　該方案采用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的FLASH型超低功耗16位單片機(jī)MSP430F123為核心器件，通過(guò)熱電偶檢測(cè)系統(tǒng)溫度，用集成溫度傳感器AD590作為溫度測(cè)量器件利用該芯片內(nèi)置的比較器完成高精度AD信號(hào)采樣，根據(jù)溫度的變化情況，通過(guò)單片機(jī)編寫(xiě)閉環(huán)算法，從而成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的測(cè)量和自動(dòng)控制功能。其測(cè)溫范圍較低,大概在0-250之間，具有精度高，相應(yīng)速度快等特點(diǎn)

8、。</p><p>　　3 小型熱水鍋爐溫度控制系統(tǒng)</p><p>　　該設(shè)計(jì)解決了北方冬季分散取暖采用人工定時(shí)燒水供熱，耗煤量大，浪費(fèi)人力，溫度變化大的問(wèn)題。設(shè)計(jì)方案硬件方面采用MCS-51系列8031單片機(jī)為核心，擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器2732，AD590溫度檢測(cè)元件測(cè)量環(huán)境溫度和供水溫度，ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，同向驅(qū)動(dòng)器7407、光電耦合器及9103的功放完成對(duì)電機(jī)的控制。軟件方面建

9、立了供暖系統(tǒng)的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。本系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單,軟件程序易于實(shí)現(xiàn)。它可用于一臺(tái)或多臺(tái)小型取暖熱水鍋爐的溫度控制,可使居室溫度基本恒定,節(jié)煤,節(jié)電,省人力。</p><p>　　1.3 溫度控制系統(tǒng)方案</p><p>　　結(jié)合本設(shè)計(jì)的要求和技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)大致程序量的估計(jì)和系統(tǒng)工作速度的估計(jì)，考慮價(jià)格因素。選定AT89S51單片機(jī)作為系統(tǒng)的主要控制芯片，8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD0809，

10、采用AD509進(jìn)行溫度采集，溫度設(shè)定范圍為-10℃~ 45℃，通過(guò)溫度采集系統(tǒng)，對(duì)溫度進(jìn)行采集并作A/D轉(zhuǎn)換，再傳輸給單片機(jī)。以空調(diào)機(jī)為執(zhí)行器件，通過(guò)單片機(jī)程序完成對(duì)室內(nèi)溫度的控制。</p><p>　　1.4 論文的主要任務(wù)和所做的工作</p><p>　　本論文主要是完成一種低成本、低價(jià)格、功能齊全、及溫度測(cè)量、溫度顯示、溫度控制于一體的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)。包括硬件電路和主要

11、的軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　　研究的關(guān)鍵問(wèn)題是：室溫的精確測(cè)量；溫度采集器AD590溫度控制電路設(shè)計(jì)；單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路以及軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)所要完成的任務(wù)本論文完成了如下工作：</p><p>　　1介紹了研究和設(shè)計(jì)的背景和意義，調(diào)查并綜述了當(dāng)前溫度控系統(tǒng)市場(chǎng)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，</p><p>　　2

12、提出了符合設(shè)計(jì)要求的高精度溫度控制系統(tǒng)方案，并闡述了其工作原理。</p><p>　　3 完成了硬件電路的設(shè)計(jì)，它包括溫度采集系統(tǒng)電路；包含89S51單片機(jī)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809等芯片的接口電路；通過(guò)AD590實(shí)現(xiàn)的溫度控制采集電路;鍵盤(pán)接口和LED顯示電路。</p><p>　　4 基本完成了軟件部分設(shè)計(jì)，它包括主程序流程圖，A/D轉(zhuǎn)換子程序，顯示子程序，主程序清單。</p&g

13、t;<p>　　2 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)及原理</p><p>　　2.1系統(tǒng)的主要要求</p><p>　?。?）溫度設(shè)定范圍為-10℃~ 45℃，最小區(qū)分溫度為1℃，標(biāo)定溫差小于等于1℃。</p><p>　　（2）用二位十進(jìn)制數(shù)碼顯示當(dāng)前溫度。</p><p>　?。?）能根據(jù)設(shè)定的溫度實(shí)現(xiàn)加熱或降溫處理。（由于

14、元器件和設(shè)計(jì)成本問(wèn)題，在本設(shè)計(jì)中加熱和降溫處理電路由發(fā)光二極管代替）</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)電路單元。</p><p>　　2.2系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　在溫控系統(tǒng)中，需要將溫度的變化轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的變化，選用89S51單片機(jī)為中央處理器，通過(guò)溫度傳感器對(duì)空氣進(jìn)行溫度采集，將采集到的溫度信號(hào)傳輸給單片機(jī)，再由單片機(jī)控制顯示器，并比較

15、采集溫度與設(shè)定溫度是否一致，然后驅(qū)動(dòng)空調(diào)機(jī)的加熱或降溫循環(huán)對(duì)空氣進(jìn)行處理，從而模擬實(shí)現(xiàn)空調(diào)溫度控制單元的工作情況。</p><p><b>　　工作流程說(shuō)明如下：</b></p><p>　　開(kāi)始，先接通電源，三段數(shù)碼管顯示器就自動(dòng)顯示出當(dāng)前溫度，并且顯示出設(shè)置溫度的缺省值000。</p><p>　　按下S1按鍵，功能轉(zhuǎn)換鍵，按此鍵則開(kāi)始鍵盤(pán)

16、控制。</p><p>　　此時(shí)可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入預(yù)設(shè)置的溫度。按下S2加，按此鍵則溫度設(shè)定加1度。按下S3減，按此鍵則溫度設(shè)定減1度。S4復(fù)位鍵，使系統(tǒng)復(fù)位。</p><p>　　就這樣通過(guò)溫度芯片的反饋信息，實(shí)現(xiàn)溫度保持在設(shè)置溫度上，從而達(dá)到自動(dòng)控制溫度的功能。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　測(cè)溫范圍

17、：-55℃- +100℃ </p><p>　　溫度分辨率：±0.5V</p><p><b>　　LED顯示位數(shù)：3</b></p><p>　　2.4 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　系統(tǒng)的硬件電路有溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換、LED顯示等部分組成，總體方案結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-1所示</p><

18、p>　　圖 2-1 空調(diào)溫度控制單元結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　實(shí)現(xiàn)方案的技術(shù)路線為：用按鈕輸入標(biāo)準(zhǔn)溫度值，用LED實(shí)時(shí)顯示環(huán)境溫度，用驅(qū)動(dòng)電路控制完成加熱和制冷調(diào)節(jié)。用匯編語(yǔ)言完成軟件編程。</p><p>　　3 溫度控制系統(tǒng)硬件單元方案設(shè)計(jì)與選擇</p><p>　　硬件設(shè)計(jì)部分將先尋找電源電路最合適的設(shè)計(jì)方案，在進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)。最后介紹所用到的兩個(gè)

19、特殊元件。</p><p>　　3.1 溫度傳感部分</p><p>　　要求對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)考慮用熱電阻傳感器。按照熱電阻的性質(zhì)可分為半導(dǎo)體熱電阻和金屬熱電阻兩大類(lèi)，前者通常稱為熱敏電阻，后者稱為熱電阻。</p><p>　　方案1：采用熱敏電阻，這種電阻是利用對(duì)溫度敏感的半導(dǎo)體材料制成，其阻值隨溫度變化有明顯的改變。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器通常是

20、由錳，鈷的氧化物燒制成半導(dǎo)體陶瓷制成。其特點(diǎn)是在工作溫度范圍內(nèi)電阻阻值隨溫度的上升而降低。可滿足40℃～ 90℃測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，不適用于檢測(cè)小于1℃的信號(hào)；而且線性度很差，不能直接用于A/D轉(zhuǎn)換，應(yīng)該用硬件或軟件對(duì)其進(jìn)行線性化補(bǔ)償。</p><p>　　方案2：采用溫度傳感器鉑電阻Pt1000.鉑熱電阻的物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，他能用作工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線性較好。

21、在0℃～ 100℃時(shí)最大非線性偏差小于0.5℃鉑熱電阻與溫度的關(guān)系是，Rt=R0(1+At+Bt*t)；其中Rt是溫度為t攝氏度時(shí)的電阻；R0是溫度為0℃時(shí)電阻；t為任意溫度值，A、B為溫度系數(shù)。但其成本太貴，不適合做普通設(shè)計(jì)。</p><p>　　方案3：采用集成溫度傳感器，如常用的AD590和LM35。AD590是電流型溫度傳感器。這種器件是以電流作為輸出量指示溫度，其典型的電流溫度敏感度是1µA/

22、K.它是二端器件，使用非常方便，作為一種高阻電流源，他不需要嚴(yán)格考慮傳輸線上的電壓信號(hào)損失噪聲干擾問(wèn)題，因此特別適合作為遠(yuǎn)距測(cè)量或控制用。另外，AD590也特別適用于多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)，而不必考慮選擇開(kāi)關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)所引起的附加電阻造成的誤差。由于采用了一種獨(dú)特的電路結(jié)構(gòu)，并利用最新的薄膜電阻激光微調(diào)技術(shù)校準(zhǔn)，使得AD590具有很高的精度。并且應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)。</p><p>　　方案選擇：選擇方

23、案3。理由：電路簡(jiǎn)單穩(wěn)定可靠，無(wú)需調(diào)試，與A/D連接方便。 </p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換部分</p><p>　　模/數(shù)轉(zhuǎn)化器是一種將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)化成離散的數(shù)字量的一種電路或器件模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)一般需要經(jīng)過(guò)采樣保持和量化編碼兩個(gè)過(guò)程。針對(duì)不同的采樣對(duì)象，有不同的A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）可供選擇，其中有通用的也有專(zhuān)用的。有些ADC還包含有其他功能，在選擇ADC器件時(shí)需要

24、考慮多種因素，除了關(guān)鍵參數(shù)、分辨率和轉(zhuǎn)換速度以外，還應(yīng)考慮其他因素，如靜態(tài)與動(dòng)態(tài)精度、數(shù)據(jù)接口類(lèi)型、控制接口與定時(shí)、采樣保持性能、基本要求、校準(zhǔn)能力、通道數(shù)量、功耗、使用環(huán)境要求、封裝形式以及與軟件有關(guān)的問(wèn)題。ADC按功能劃分，可分為直接轉(zhuǎn)換和非直接轉(zhuǎn)換兩大類(lèi)，其中非直接轉(zhuǎn)換又有逐次分級(jí)轉(zhuǎn)換、積分式轉(zhuǎn)換等類(lèi)型。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，除了要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)牟蓸?保持電路、基準(zhǔn)電路和多路模擬開(kāi)關(guān)等

25、電路外，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際選擇的具體芯片進(jìn)行模擬信號(hào)極性轉(zhuǎn)換等的設(shè)計(jì)。</p><p>　　方案1：采用分級(jí)式轉(zhuǎn)換器，這種轉(zhuǎn)換器采用兩步或多步進(jìn)行分辨率的閃爍式轉(zhuǎn)換，進(jìn)而快速地完成“模擬-數(shù)字”信號(hào)餓轉(zhuǎn)換，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)較高的分辨率。例如在利用兩步分級(jí)完成n位轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，首先完成m位的粗轉(zhuǎn)換，然后使用精度至少為m位的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（ADC）將此結(jié)果轉(zhuǎn)換達(dá)到1/2的精度并且與輸入信號(hào)比較。對(duì)此信號(hào)用一個(gè)k位轉(zhuǎn)換器（k+m&

26、lt;=n）轉(zhuǎn)換，最后將兩個(gè)輸出結(jié)果合并。</p><p>　　方案2：采用積分型A/D裝換器，如ICL7135等。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度高，但是轉(zhuǎn)換速度不太快，若用于溫度測(cè)量，不能及時(shí)地反應(yīng)當(dāng)前溫度值，而且多數(shù)雙擊分型A/D轉(zhuǎn)換器其輸出端多不是而二進(jìn)制碼，而是直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的。所以若直接將其輸出端接I/O接口會(huì)給軟件設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的不方便。</p><p>　　方案3：采用逐次逼近式

27、轉(zhuǎn)換器，對(duì)于這種轉(zhuǎn)換方式，通常是用一個(gè)比較輸入信號(hào)與作為基準(zhǔn)的n位DAC輸出進(jìn)行比較，并進(jìn)行n次1位轉(zhuǎn)換。這種方法類(lèi)似于天平上用二進(jìn)制砝碼稱量物質(zhì)。采用逐次逼近寄存器，輸入信號(hào)僅與最高位（MSB）比較，確定DAC的最高位（DAC滿量程的一半）。確定后結(jié)果（0或1）被鎖存，同時(shí)加到DAC上，以決定DAC的輸出（0或1/2）。</p><p>　　逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，如ADC0809、AD574等，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速

28、度快，精度也比較高，輸出為二進(jìn)制碼，直接接I/O口，軟件設(shè)計(jì)方便。ADC0809芯片內(nèi)包含8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、8通道多路轉(zhuǎn)換器與微機(jī)控制兼容的控制邏輯。8通道多路轉(zhuǎn)換器能直接連通8個(gè)單端輸入信號(hào)中的任何一個(gè)。由于ADC0809設(shè)計(jì)時(shí)考慮到若干種模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，所以該芯片非常適合于過(guò)程控制、微控制器輸入通道的結(jié)合口電路、智能儀器和機(jī)床控制等應(yīng)用場(chǎng)合，并且價(jià)格低廉，降低設(shè)計(jì)成本。</p><p>　　方案選擇：選

29、擇方案3。理由：用ADC0809采樣速度快，配合溫度傳感器應(yīng)用方便，價(jià)格低廉，降低設(shè)計(jì)成本。</p><p>　　3.3 數(shù)字顯示部分</p><p>　　通常用的LED顯示器有7段或8段“米”字段之分。這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極兩種。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)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(yáng)極LED顯

30、示器的工作原理也一樣。</p><p>　　方案1：采用靜態(tài)顯示方式。在這種方式下，各位LED顯示器的共陽(yáng)極（或共陰極）連接在一起并接地（或電源正），每位的段選線分別與一8位的鎖存器輸出相連，各個(gè)LED的顯示字符一旦確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止，正因?yàn)槿绱遂o態(tài)顯示器的亮度都較高。若用I/O口接口，這需要占用N*8位I/O口（LED顯示器的個(gè)數(shù)N）。這樣的話，如果顯示器的個(gè)數(shù)較多，那使用

31、的I/O接口就更多，因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都不用靜態(tài)顯示。</p><p>　　方案2：采用動(dòng)態(tài)顯示方式。當(dāng)多位LED顯示時(shí)通常將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽(yáng)極或共陰極分別有相應(yīng)的I/O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。其中段選線占用一個(gè)8位I/O口，而位選線占用N個(gè)I/O口（N為L(zhǎng)ED顯示器的個(gè)數(shù)）。由于各位的段選線并聯(lián)，段碼的輸出對(duì)各位來(lái)說(shuō)都

32、是相同的，因此，同一時(shí)刻，如果各位選線都處于選通狀態(tài)的話，那LED顯示器將顯示相同的字符。若要各位LED能顯示出與本為相同的字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的段碼。</p><p>　　這種顯示方式占用的I/O口個(gè)數(shù)為8+N（N為L(zhǎng)ED顯示器的個(gè)數(shù)），相對(duì)靜態(tài)顯示少了很多，但需要占用大量的CPU資源，當(dāng)C

33、PU處理別的事情時(shí)，顯示可能出現(xiàn)閃爍或者不顯示的情況。</p><p>　　方案3：采用移位寄存器擴(kuò)展I/O口，只需要占用3個(gè)I/O口即數(shù)據(jù)（DATA）、時(shí)鐘（CLOCK）、輸出使能（OUTPUT ENABLE）,從理論上講就可以無(wú)限制地?cái)U(kuò)展I/O口，而且顯示數(shù)據(jù)為靜態(tài)顯示，幾乎不占用CPU資源。</p><p>　　采用擴(kuò)展口后，又能采用靜態(tài)顯示，這樣，既解決了靜態(tài)顯示占用I/O口多的問(wèn)

34、題，也解決了動(dòng)態(tài)顯示不穩(wěn)定、容易閃爍、占用CPU資源過(guò)多的問(wèn)題。</p><p>　　方案選擇：選擇方案3。理由：非常節(jié)約I/O口，又有靜態(tài)顯示的特點(diǎn)，亮度高，節(jié)約CPU的使用率。</p><p>　　3.4 加熱降溫驅(qū)動(dòng)控制電路</p><p>　　采用光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路。它能夠達(dá)到加熱效果，開(kāi)關(guān)量控制容易，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)。由于買(mǎi)不到元件，

35、在該電路的實(shí)際焊接中用發(fā)光二極管代替。這里就不做詳細(xì)介紹。</p><p>　　3.5 鍵盤(pán)輸入部分</p><p>　　常用的鍵盤(pán)接口分為獨(dú)立式按鍵接口和矩陣式鍵盤(pán)接口。</p><p>　　方案1：采用4*4矩陣鍵盤(pán)輸入，這種接口方式適用于按鍵數(shù)量較由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。矩陣鍵盤(pán)的工作原理是按鍵設(shè)置在行、列交叉點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開(kāi)

36、關(guān)的兩端。行線通過(guò)上拉電阻接到+5V上。平時(shí)無(wú)按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)由與此電平相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平為高。這是識(shí)別矩陣鍵盤(pán)是否被按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤(pán)中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平，因此，各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以不必將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)處理，才能決定閉合鍵位置。</p><p&

37、gt;　　對(duì)于矩陣式鍵盤(pán)，矩陣的鍵盤(pán)由行號(hào)和列號(hào)唯一決定，所以分別對(duì)行號(hào)和列號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個(gè)字節(jié)，高4位是行號(hào)，低4位是列號(hào)。但這種編碼對(duì)于不同行的鍵，離散性大，并且編碼的復(fù)雜度與鍵盤(pán)的個(gè)數(shù)成正比，因此不適合在出入量較小的設(shè)計(jì)中。</p><p>　　方案2：采用獨(dú)立式按鍵接口。這種方式是各種鍵盤(pán)相互獨(dú)立。每個(gè)按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，

38、通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。</p><p>　　獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵需占用一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤(pán)適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。獨(dú)立式按鍵電路按鍵直接與單片機(jī)的I/O口線相接，通過(guò)讀I/O口，判定各I/O口線的電平狀態(tài)，即可識(shí)別出按下的按鍵。</p><p>　　方案選擇：選擇方案

39、2。理由：減少單片機(jī)的I/O口的使用，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。配置靈活，軟件簡(jiǎn)單。雖然每個(gè)按鍵需占用一根輸入口線，但該設(shè)計(jì)所用按鍵較少。</p><p>　　4 溫度控制系統(tǒng)的單元電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 溫度采集電路</p><p>　　溫度采集系統(tǒng)主要由AD590、OP-07。ICL8069組成，如圖4-1所示</p><p>　　圖 4-

40、1 溫度采集系統(tǒng)電路</p><p>　　選用溫度傳感器AD590，AD590具有較高精度和重復(fù)性（重復(fù)性優(yōu)于0.1℃，其良好的非線形可以保證優(yōu)于0.1℃的測(cè)量精度，利用其重復(fù)性較好的特點(diǎn)，通過(guò)非線形補(bǔ)償，可以達(dá)到0.1℃測(cè)量精度）。超低溫漂移高精度運(yùn)算放大器OP-07將“溫度-電壓”信號(hào)放大。便于A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以提高溫度采集電路的可靠性。</p><p>　　集成溫度傳感器的輸出形式

41、分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0℃時(shí)輸出為0，溫度25℃時(shí)輸出為2.982V。電流輸出型的靈敏度為1µA/K。這樣便于A/D轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.2 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　選用89S51作為中央處理器，A/D轉(zhuǎn)換器選用ADC0809，其連接電路如圖4-2所示。</p><p>　　圖

42、4-2 單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換連接電路</p><p>　　用單片機(jī)控制ADC時(shí)，多數(shù)采用查詢和中斷控制兩種方式。查詢法是在單片機(jī)把啟動(dòng)命令送到ADC之后，執(zhí)行別的程序，同時(shí)對(duì)ADC的狀態(tài)進(jìn)行查詢，以檢查ADC變換是否已經(jīng)完成，如查詢到變換已結(jié)束，則讀入轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。中斷控制是在啟動(dòng)信號(hào)送到ADC之后，單片機(jī)執(zhí)行別的程序。當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束并向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，單片機(jī)響應(yīng)此中斷請(qǐng)求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，讀入轉(zhuǎn)換

43、數(shù)據(jù)，并進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，然后返回到原程序。這種方法單片機(jī)無(wú)需進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)間管理，CPU效率高，所以特別適合于變換時(shí)間較長(zhǎng)的ADC。本設(shè)計(jì)采用查詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。由于ADC0809片內(nèi)無(wú)時(shí)鐘，故運(yùn)用8051提供的地址鎖存使能信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得時(shí)鐘。因?yàn)锳LE信號(hào)的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6，如果時(shí)鐘頻率為6MHz,則ALE信號(hào)的頻率為1MHz，經(jīng)二分頻后為500kHz，與AD0809時(shí)鐘頻率的典型值吻合。由于AD080

44、9具有三態(tài)輸出鎖存器，故其數(shù)據(jù)輸出引角可直接與單片機(jī)的總線相連。地址碼引腳ADDA～C分別與地址總線的低3位A0、A1、A2相連，以選通IN0～I(xiàn)N7中的一個(gè)通道。采用單片機(jī)的P2.7（地址總線最高位</p><p>　　ADC0809是一個(gè)8路8位逐次逼近的A/D轉(zhuǎn)換器。AD0809的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100µs。在CPU啟動(dòng)A/D命令后，便執(zhí)行一個(gè)固定的延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間應(yīng)略大于A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間；延時(shí)程序一

45、結(jié)束，便執(zhí)行數(shù)據(jù)讀入指令，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。我們只用了其一路AD轉(zhuǎn)換，參考電壓2.56V，即一位數(shù)字量對(duì)應(yīng)10mV即1℃。所以用起來(lái)很方便。</p><p><b>　　4.3 顯示電路</b></p><p>　　采用74LS164與單片機(jī)相連，如圖4-3所示。</p><p>　　進(jìn)行I/O口擴(kuò)充，并通過(guò)74LS164與LED連接達(dá)到顯示的目的

46、。74LS164是8位串入并出移位寄存器，當(dāng)單片機(jī)串行口工作在方式0的發(fā)送狀態(tài)時(shí)，串行數(shù)據(jù)由P3.0(RXD)送出，移位時(shí)鐘由P3.1(TXD)送出。在移位時(shí)鐘的作用下，串行口發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)一位一位的移入74LS164中。需要指出的是，由于74LS164無(wú)并行輸出控制端，因而在串行輸入過(guò)程中，其輸出端的狀態(tài)會(huì)不斷的變化，故在某些固定場(chǎng)合。在74LS164的輸出端應(yīng)加接輸出三態(tài)控制。</p><p>　　其傳輸方

47、式采用串行口方式0的數(shù)據(jù)傳送，可采用中斷方式，也可采用查詢方式，無(wú)論哪種方式，都要借助于TI或RI標(biāo)志。串行發(fā)送時(shí)，可以靠TI置位（發(fā)完一幀數(shù)據(jù)后）引起中斷申請(qǐng)，在中斷服務(wù)程序中發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)，或者通過(guò)查詢TI的狀態(tài)，只要TI為0就繼續(xù)查詢，TI為1就結(jié)束查詢，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在串行接收時(shí)，則由RI引起中斷或?qū)I查詢來(lái)確定何時(shí)接收下一幀數(shù)據(jù)。無(wú)論采用什么方式，在開(kāi)始通訊之前，都要先對(duì)控制寄存器SCON進(jìn)行初始化。在方式0中，將00H送

48、SCON就可以了。 </p><p>　　顯示采用3位共陽(yáng)LED靜態(tài)顯示方式，顯示方式有溫度值的十位、個(gè)位及負(fù)位，這樣就可以只用P3.0（RXD）口來(lái)輸出顯示數(shù)據(jù)，從而節(jié)省單片機(jī)端口資源，在P3.1(TXD)的控制下通過(guò)74LS164來(lái)實(shí)現(xiàn)3位靜態(tài)顯示。就是每一個(gè)顯示器都占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。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

49、發(fā)送新的字形代碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中CPU的開(kāi)銷(xiāo)較小。</p><p><b>　　圖4-3 顯示電路</b></p><p>　　4.4 驅(qū)動(dòng)控制電路</p><p>　　光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器是一種單片機(jī)是輸出和雙向可控硅之間較理想的接口器件，它由輸入和輸出兩部分組成，輸入部分為砷化鎵發(fā)光二極管，該二極管在5mA～15mA正向電流作

50、用下發(fā)出足夠強(qiáng)度的紅外光，觸發(fā)輸出部分。輸出部分為硅光敏雙向可控硅，在紅外線作用下可雙向?qū)?。該器件為六引腳雙列直插式封裝。（由于買(mǎi)不到元件，在該電路的實(shí)際焊接中用發(fā)光二極管代替，這里就不做詳細(xì)介紹）。</p><p><b>　　4.5 鍵盤(pán)電路</b></p><p>　　采用獨(dú)立式按鍵設(shè)計(jì)，如圖4-5所示。</p><p>　　圖 4-5

51、 鍵盤(pán)電路</p><p>　　每個(gè)按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。軟件設(shè)計(jì)采用查詢方式和外部中斷相結(jié)合的方法來(lái)設(shè)計(jì)，低電平有效。按鍵直接與89S51的I/O口線相連接。通過(guò)讀I/O口的電平狀態(tài)，即可識(shí)別出按下的按鍵。</p><p>　　4個(gè)按鍵分別接到P1.0、P1.1、P1.2和RST。對(duì)于這種鍵各程序可以采用中斷查詢的方法，功能就是：檢

52、測(cè)是否有鍵閉合，如有鍵閉合，則去除鍵抖動(dòng)，判斷鍵號(hào)并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理。其功能很簡(jiǎn)單，4個(gè)鍵定義如下。</p><p>　　P1.0:S1 功能轉(zhuǎn)換鍵，按此鍵則開(kāi)始鍵盤(pán)控制。</p><p>　　P1.1:S2加，按此鍵則溫度設(shè)定加1度。</p><p>　　P1.2:S3減，按此鍵則溫度設(shè)定減1度。</p><p>　　P1.4:S4復(fù)位鍵，

53、使系統(tǒng)復(fù)位。</p><p><b>　　4.6 電源電路</b></p><p>　　電源也不能小視，每一個(gè)系統(tǒng)的電源都不容馬虎，電源雖然簡(jiǎn)單，但需要功能可靠。通過(guò)對(duì)電路的觀察，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)所有電源都是直流電源+5V.可由直流穩(wěn)壓電源提供。</p><p>　　5 溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 主程序

54、流程圖及子程序流程圖</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)從主程序流程圖設(shè)計(jì)開(kāi)始，一次編制出各子程序。</p><p>　　5.1.1 主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　本程序主程序流程圖如圖5-1所示。</p><p>　　程序啟動(dòng)后，首先清理系統(tǒng)內(nèi)存，然后進(jìn)行采集，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，再由單片機(jī)控制顯示設(shè)備，顯示現(xiàn)在的溫度，然后系統(tǒng)進(jìn)

55、入待機(jī)狀態(tài)，等待鍵盤(pán)輸入設(shè)定為溫度，然后系統(tǒng)將設(shè)定溫度與現(xiàn)在溫度進(jìn)行比較，得出結(jié)果后，啟動(dòng)制冷系統(tǒng)或是加熱系統(tǒng)。</p><p>　　圖 5-1 主程序流程圖</p><p>　　5.1.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　圖5-2是A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖。89S51給出一個(gè)脈沖信號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，ADC0809對(duì)接受到的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程大

56、約需要100µs,系統(tǒng)采用的是固定延時(shí)程序，所以在預(yù)先設(shè)定的延時(shí)后，89S51直接從ADC0809中讀取數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖 5-2 A/D轉(zhuǎn)換子程序</p><p>　　5.1.3顯示子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)給74LS164時(shí)，利用UART模式0。把DISPLAY_DATA中的初始數(shù)顯示到LED1和LED2，十位數(shù)值

57、顯示到LED1，個(gè)位數(shù)值顯示到LED2；當(dāng)十位數(shù)值為0時(shí)LED1不顯示。每位數(shù)值的顯示時(shí)間由DISPLAY_TIME確定。程序流程圖如圖5-3所示。</p><p>　　圖 5-3 顯示子程序流程圖</p><p>　　5.2 溫控程序流程圖</p><p>　　溫度控制程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下問(wèn)題：</p><p><b>　　1

58、溫度采樣，程序</b></p><p>　　2 鍵盤(pán)掃描，鍵碼識(shí)別和溫度顯示程序</p><p>　　3 溫度標(biāo)高度AD590以及轉(zhuǎn)換程序</p><p>　　為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，本設(shè)計(jì)思想只給出有關(guān)89S51本身的初始化，溫度顯示和鍵盤(pán)掃描等程序，詳細(xì)見(jiàn)附錄源程序清單，程序框圖如圖5-4所示。

59、

60、 </p><p>　　圖 5- 4主程序流程簡(jiǎn)圖</p><p>　　5.2.1 鍵盤(pán)掃描和溫度顯示程序設(shè)計(jì)</p><p>　　1. 為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，而選通斷采用分時(shí)選通，LED顯示器工作于共陽(yáng)極動(dòng)態(tài)顯示，顯示子程序流程圖如圖5-5所示。</p><p>　　2． 本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立

61、式按鍵設(shè)計(jì)，單片機(jī)對(duì)它的控制采用程序掃描即中斷查詢方式，A口為選通口，B口為顯示口，C口為查詢輸入口。</p><p>　　鍵盤(pán)掃描子程序功能如下：</p><p>　?。?）判斷鍵盤(pán)上有無(wú)鍵按下，方法為：每個(gè)按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。軟件設(shè)計(jì)采用查詢方式和外部中斷相結(jié)合的方法來(lái)設(shè)計(jì)，低電平有效。按鍵直接與89S51的I/O口線相連接。通

62、過(guò)讀I/O口的電平狀態(tài)，即可識(shí)別出按下的按鍵。4個(gè)按鍵分別接到P1.0、P1.1、P1.2和RST。 </p><p>　?。?）去鍵的機(jī)械抖動(dòng)影響：在判斷有鍵按下后，軟件延時(shí)一斷時(shí)間（5ms—10ms）后再判斷鍵盤(pán)狀態(tài)，如果仍為有鍵按下?tīng)顟B(tài)，則認(rèn)為確實(shí)有鍵被按下；否則，按照鍵抖動(dòng)處理。</p><p>　　（3）判別閉合鍵的鍵號(hào)：對(duì)鍵盤(pán)的列線進(jìn)行掃描，掃描口為PA0—PA7，依次輸出掃描

63、字為FEH，F(xiàn)DH，F(xiàn)BH，F(xiàn)8H，EFH，DFH，BFH，7FH，讀出PC口的狀態(tài)，若全為1則列線輸出為0的 這一列上沒(méi)有鍵閉合；否則，這一列有鍵閉合。閉合鍵的鍵號(hào)等于處于低電平的列號(hào)加上低電平的行的首鍵號(hào)，例如：PA口的輸出為11111101，讀出PC1—PC0為01，則1行1列的鍵閉合，</p><p>　?。?）CPU對(duì)鍵的一次閉合僅作一次處理，采用的方法是等待鍵釋放后再將鍵號(hào)送入累加器A中。</p

64、><p>　　鍵盤(pán)掃描子程序流程圖如圖5-5所示。</p><p>　　圖5-5 鍵盤(pán)掃描子程序流程圖 </p><p>　　5.2.2 溫度采樣</p><

65、;p>　　采樣子程序：流程圖如圖5-6所示。</p><p>　　圖5-6 采樣子程序流程圖</p><p>　　一般微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)前向通道中，輸入信號(hào)均含有個(gè)中噪音和干擾，它們來(lái)自被測(cè)信號(hào)源、傳感器、外界干擾。為了進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量和控制，必須消除被測(cè)信號(hào)中的噪音和干擾，噪音有兩大類(lèi)：一類(lèi)為周期性的，另一類(lèi)為不規(guī)則隨機(jī)的 。前者的典型代表為50HZ的工作干擾。對(duì)于這類(lèi)信號(hào)要采用硬件濾波電

66、路能有效地消除影響。后者為隨機(jī)信號(hào)，可采用數(shù)字濾波方法予于消除。所謂數(shù)字濾波，就是通過(guò)程序計(jì)算或判斷來(lái)減少干擾在信號(hào)中的比重，故實(shí)際上它是一中程序?yàn)V波。經(jīng)常采用的是中值濾波、去極值法可對(duì)采樣的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，以消除常態(tài)干擾。</p><p>　　數(shù)字濾波子程序FILTER：用濾波來(lái)控制對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的采樣值的干擾。數(shù)字濾波程序的算法很多，現(xiàn)以中值濾波為例作說(shuō)明。</p><p>　　中值濾波原理

67、得很簡(jiǎn)單，只需對(duì)2CH 、2DH 、2EH中三次采樣值進(jìn)行比較，取中間值存放到2AH單元內(nèi)，以作為溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換時(shí)使用。圖5-7為數(shù)字濾波程序流程圖。</p><p>　　圖5-7 數(shù)字濾波程序流程</p><p>　　5.2.3溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換算法 </p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)碼雖然代表參數(shù)值的大小，但是并不代表有量綱的參數(shù)值，必須轉(zhuǎn)換成有量綱的數(shù)值才能進(jìn)

68、行顯示，標(biāo)度轉(zhuǎn)換有線性轉(zhuǎn)換和非線性轉(zhuǎn)換兩種，本設(shè)計(jì)使用的傳感器線性好，在測(cè)量的量程制內(nèi)基本能與溫度成線性關(guān)系。</p><p>　　溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換程序TRAST：目的是要把實(shí)際采樣的二進(jìn)制值轉(zhuǎn)換的溫度值轉(zhuǎn)換成BCD形式的溫度值，然后存放到顯示緩沖區(qū)78H—7DH。對(duì)一般的線性儀表來(lái)說(shuō)，標(biāo)度轉(zhuǎn)換公式為： </p><p>　　=+ （5-1）

69、</p><p>　　式中，為一次儀表的下限，</p><p>　　為一次量程儀表的上限；為實(shí)際測(cè)量值（工程量）；</p><p>　　為儀表下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；</p><p>　　為儀表上限所應(yīng)的數(shù)字量；</p><p>　　為測(cè)量所得數(shù)字量。 </p><p>　　例如：若某熱處理儀表量程

70、為200—800℃，在某一時(shí)刻計(jì)算機(jī)采樣得到的二進(jìn)制值U(K)=CDH則相應(yīng)的溫度值為：</p><p>　　=+=200+（800-200）=682℃</p><p>　　根據(jù)上述算法，只要設(shè)定熱電偶的量程，則相應(yīng)的溫度轉(zhuǎn)換子程序TARST很容易編寫(xiě)，只要把這一算式變成程序，將A/D轉(zhuǎn)換后經(jīng)數(shù)字濾波處理后的值代入，即可計(jì)算出真實(shí)的溫度值。具體算法如圖5-8所示。</p>&

71、lt;p>　　圖5-8 標(biāo)度轉(zhuǎn)換程序</p><p>　　5.3 PID控制算法</p><p>　　5.3.1 PID算法基本原理[16]</p><p>　　通常，以電爐爐溫為例。電爐爐溫的控制采用偏差控制算法。偏差控制的原理是先求出實(shí)測(cè)爐溫對(duì)所需爐溫的偏差值，然后對(duì)偏差處理，從而獲得控制信號(hào)去調(diào)節(jié)電爐的加熱功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。</p>

72、;<p>　　在工業(yè)上，偏差控制又稱為PID（Proportional Integral and Differential,比例積分與微分）。這是工業(yè)控制過(guò)程中應(yīng)用廣泛的一種控制形式，一般都能收到令人滿意的效果。</p><p>　　控制論告訴我們，PID控制的理想微分方程為：</p><p>　　U（t）= （5-2）</

73、p><p>　　其中e(t)=r(t)-y(t)稱為偏差值，可作為溫度調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，其中r(t)為給定值，y(t)為被測(cè)變量的值；為比例系數(shù)；為積分時(shí)間常數(shù)；為微分時(shí)間常數(shù)；u(t)為調(diào)節(jié)器的輸出控制器輸出控制信號(hào)。</p><p>　　但計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，故上述數(shù)學(xué)方程必須加以變換。若設(shè)溫度的采樣周期為T(mén)，第n次的采樣得到的輸入偏差為，調(diào)節(jié)器輸出為 ，則有：</p>

74、<p><b>　　（微分用差分代換）</b></p><p><b>　?。ǚe分用求和代替）</b></p><p>　　這樣式5-2便可寫(xiě)為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　寫(xiě)成遞推式為：</b>

75、</p><p><b>　　+</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　把上式改寫(xiě)為：</b></p><p>　　U（n）=u（n-1）+{E(n)-E(n-1)+ </p><p>　　=U(n-1)+

76、 (5-4)</p><p>　　式5-4可以改寫(xiě)成：</p><p>　　圖5-9 PID算法流程圖</p><p>　　5.3.2 PID算法及子程序[16]</p><p>　　PID控制算法要用到雙字節(jié)加法程序DSUM，完成R4R5+R3R2→R7R6。</p><p

77、>　　雙字節(jié)求補(bǔ)程序CPL1對(duì)R3R2求補(bǔ)，雙字節(jié)帶符號(hào)乘法子程序MULT1，因加法和求補(bǔ)算法比較簡(jiǎn)單，僅對(duì)雙字節(jié)帶符號(hào)乘法作詳細(xì)介紹。入口條件：R7R6=被乘數(shù)</p><p><b>　　R5R4=乘數(shù)</b></p><p>　　出口條件：積為32位，按R0存入</p><p>　　標(biāo)志位 ：SIGN1 為地址5CH</p&

78、gt;<p>　　SIGN2 為地址5DH</p><p>　　具體算法如圖5-10 帶符號(hào)雙字節(jié)乘法程序</p><p>　　圖 5-10 帶符號(hào)雙字節(jié)乘法程序流程圖</p><p><b>　　6 特殊器件介紹</b></p><p>　　6.1溫度傳感器AD590</p><p&

79、gt;<b>　　一、簡(jiǎn)介</b></p><p>　　AD590溫度傳感器是一種已經(jīng)IC化的溫度傳感器，它會(huì)將溫度轉(zhuǎn)換為電流，其規(guī)格如下：</p><p>　　1、溫度每增加1℃，它會(huì)增加1μA輸出電流</p><p>　　2、可測(cè)量范圍為-55℃至150℃</p><p>　　3、供電電壓范圍為+4V至+30V<

80、;/p><p>　　AD590的輸出電流值說(shuō)明見(jiàn)表6-1。</p><p>　　其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度（-273℃）為基準(zhǔn)，溫度每增加1℃，它會(huì)增加1μA輸出電流，因此在室溫25℃時(shí)，其輸出電流Iout=（273+25）=298μA。 </p><p>　　AD590溫度與電流的關(guān)系</p><p>　　表6-1 溫度與電流的關(guān)系&

81、lt;/p><p><b>　　二、主要特性如下</b></p><p>　?。?） 流過(guò)器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，； </p><p>　?。?）AD590的測(cè)溫范圍為-55℃～+150℃。 </p><p>　　（3）AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓

82、可在4V～6V范圍變化，電流變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1℃。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。 </p><p>　?。?）輸出電阻為710MΩ。 </p><p>　?。?）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℃。 </p&

83、gt;<p>　　AD590測(cè)量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場(chǎng)合。由于AD590精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好，常用于測(cè)溫和熱電偶的冷端補(bǔ)</p><p>　　三、AD590實(shí)際應(yīng)用電路舉例：</p><p>　　圖6-1 AD590實(shí)際應(yīng)用電路</p><p><b&g

84、t;　　圖6-1分析：</b></p><p>　?。?）AD590的輸出電流I=（273+T）μA（T為攝氏溫度），因此測(cè)量的電壓V為（273+T）μA×10K=（2.73+T/100）V。為了將電壓測(cè)量出來(lái)又務(wù)須使輸出電流I不分流出來(lái)，我們使用電壓跟隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。</p><p>　?。?）由于一般電源供應(yīng)教多器件之后，電源是帶雜波的，因此我們

85、使用齊納二極管作為穩(wěn)壓組件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)整至2.73V</p><p>　?。?）接下來(lái)我們使用差動(dòng)放大器其輸出Vo為（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28℃，輸出電壓為2.8V，輸出電壓接AD轉(zhuǎn)換器，那么AD轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關(guān)系。</p><p>　　四、結(jié)束語(yǔ)   &#

86、160; 　AD590測(cè)量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場(chǎng)合。由于AD590精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好，常用于測(cè)溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償。</p><p>　　6.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809</p><p>　　ADC0809引腳圖</p><p>　　一．ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)<

87、;/p><p>　　由圖6-2可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。有3位地址輸入線ADDA、ADDB、ADDC決定8路模擬輸入中的一路進(jìn)入8位A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換值進(jìn)入三態(tài)鎖存輸出緩沖器暫存。在CPU發(fā)來(lái)輸出允許控制信號(hào)OE后，三態(tài)門(mén)打開(kāi)，經(jīng)DB7～DB0進(jìn)入CPU數(shù)據(jù)

88、總線，完成一次A/D轉(zhuǎn)換全過(guò)程。即三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)[17]。 </p><p>　　圖6-2 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　二．ADC0809的特點(diǎn)</p><p>　　ADC0809是NS(National Semiconductor,美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體)公司生產(chǎn)

89、的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0809具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）分辨率為８位；</p><p>　　（2）誤差±１LSB，無(wú)漏碼；</p><p>　　（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us(當(dāng)外部適中輸入頻率fc=640kHZ時(shí))；</p><p>　　（4）很容易與微處理器連接；</p><p>　

90、?。?）單一電源＋5V，采用單一電源＋5V供電時(shí)量程為0～5V;</p><p>　?。?）無(wú)需零位或滿量程調(diào)整；</p><p>　?。?）帶有鎖存控制邏輯的8通道多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，便于選擇8 路中的任意路進(jìn)行轉(zhuǎn)換；</p><p>　　（8）DPI28封裝</p><p>　?。?）使用5V或采用經(jīng)調(diào)整模擬間距的電壓基準(zhǔn)工作；</p&g

91、t;<p>　　（10）帶鎖存器的三態(tài)數(shù)據(jù)輸出。</p><p>　　三． ADC0809 引腳功能</p><p>　　ADC0809位DIP28封裝，芯片引腳如圖所示，引腳的功能及含義如下：</p><p>　　（1）VCC:工作電源輸入。典型值＋5V,極限值6.5V.</p><p>　　VREF（+）:參考電壓（＋）輸入

92、，一般與VCC相連。</p><p>　　VREF(－) :參考電壓（－）輸入，一般與GND相連.</p><p>　?。?）GND:模擬和數(shù)字地。</p><p>　?。?）START:A/D 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)，正脈沖有效。脈沖上升沿清除逐次逼近寄存器；下降沿啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換。</p><p>　?。?）ALE:為地址鎖存允許輸入線，高電平

93、有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p>　?。?）EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出引腳。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后自動(dòng)變低電平，轉(zhuǎn)變結(jié)束后挑變?yōu)楦唠娖健?lt;/p><p>　?。?）OE:輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)

94、。D7～D0為數(shù)字量輸出線。</p><p>　　（7）CLK:時(shí)鐘輸入信號(hào)線，時(shí)鐘頻率允許范圍10kHZ～1280kHZ,典型值640kHZ,當(dāng)時(shí)鐘頻率為典型值時(shí)，轉(zhuǎn)換速度為100us(128us～50us)。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ。 </p><p>　　（8）C,B,A:選通輸入，選通IN7～I(xiàn)N0中的一路模擬亮。其

95、中，C為高位。</p><p>　　2-8～2-1:8位數(shù)據(jù)輸出。其中，2-1為數(shù)據(jù)高位，2-8為數(shù)據(jù)低位。</p><p>　　（9）IN0～I(xiàn)N7:8條模擬量輸入通道 ，ADC0809一次只能選通IN0～I(xiàn)N7種的某一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，選通的通道由ALE上升沿時(shí)送入的C,B,A引腳信號(hào)決定。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0～I(xiàn)N7上的一路模擬量輸入。通道選擇如表6-2所示。</p

96、><p>　　表6-2 信號(hào)選通端</p><p>　　ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0～5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 </p><p>　　由于ADC0809輸出含三態(tài)鎖存，所以其數(shù)據(jù)輸出可以直接連接AT89S51單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線P0口(無(wú)三態(tài)鎖存的芯

97、片是不允許直接連接數(shù)據(jù)總線的)?？赏ㄟ^(guò)外部中斷或查詢方式讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　寫(xiě)P2.7口有兩個(gè)作用：其一，寫(xiě)P2.7口脈沖的上升沿使ALE信號(hào)有效，將送入C,B,A的低三位地址A2,A1,A0鎖存，并由此選通IN0～I(xiàn)N7種的一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其二，寫(xiě)P2.7口脈沖下降沿，清除逐次逼近寄存器，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　讀P2.7口時(shí)(C,B,A低三位地址已無(wú)任

98、何意義),OE 信號(hào)有效，保存A/D轉(zhuǎn)化結(jié)果輸出三態(tài)鎖存器的“門(mén)”打開(kāi)，將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線。注意，只有在EOC信號(hào)有效后，讀P2.7口才有意義。</p><p>　　CLK時(shí)鐘輸入信號(hào)頻率的典型值為640kHZ，鑒于640kHZ頻率的獲取比較復(fù)雜，在工程實(shí)際中多采用單片機(jī)的ALE信號(hào)的基礎(chǔ)上分頻的方法。例如，但單片機(jī)fosc=6MHZ時(shí)，ALE引腳上的頻率大約為1MHZ，經(jīng)2分頻后為500KHZ,使用該頻率信號(hào)作為

99、ADC0809的時(shí)鐘，基本上可以滿足要求。該處理方法與使用精確的640KHZ時(shí)鐘輸入相比，僅僅是轉(zhuǎn)換時(shí)間比典型的略長(zhǎng)100us (ADC0809轉(zhuǎn)換需要64個(gè)CLK時(shí)鐘周期)。</p><p><b>　　7 結(jié)論與展望</b></p><p>　　AT89S51單片機(jī)，體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，本文的溫度控制系統(tǒng)，只

100、是單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)僅以空調(diào)溫度為例進(jìn)行恒溫控制，稍加改動(dòng)后，可以廣泛應(yīng)用于鑄造、熱處理等電熱恒溫及保溫控制場(chǎng)合。</p><p>　　設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了溫度實(shí)時(shí)測(cè)量、顯示、控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)溫度控制電路具有較高的抗干擾性，實(shí)時(shí)性；在使用鍵盤(pán)與顯示器接口時(shí)，為了節(jié)省I/O口線常常把鍵盤(pán)和顯示電路接在一起，構(gòu)成實(shí)用鍵盤(pán)和顯示電路；控制算法采用傳統(tǒng)的PID控

101、制算法。方案具有較高的測(cè)量精度，溫度控制實(shí)時(shí)性更高。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先在老師的指導(dǎo)下熟悉了系統(tǒng)的工藝，進(jìn)行對(duì)象的分析，按照要求確定方案。然后進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)使我掌握了微型機(jī)控制系統(tǒng)I/O接口的使用方法，模擬量輸入/輸出通道的設(shè)計(jì)，常用控制程序的設(shè)計(jì)方法，數(shù)據(jù)處理及線性標(biāo)度技術(shù)，基本算法的設(shè)計(jì)思想。</p><p>　　在做畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，我對(duì)單片機(jī)的基本知識(shí)了解甚少，而匯編語(yǔ)言雖是接觸過(guò)，可是沒(méi)有具體

102、的設(shè)計(jì)和編輯過(guò)，所以花了大量的時(shí)間去做準(zhǔn)備工作。在老師的指導(dǎo)和幫助下，克服了一系列困難終于完成了本設(shè)計(jì)，基于本人能力有限，該設(shè)計(jì)還有許多不足之處有待改進(jìn)。</p><p>　　針對(duì)本課題目前的研究進(jìn)展，作以下幾點(diǎn)展望：</p><p>　　1、本課題所設(shè)計(jì)的硬件電路和軟件程序，目前還處于理論設(shè)計(jì)階段，所有的功能模塊有待實(shí)驗(yàn)室調(diào)試通過(guò)。 </p><p>　　2、本設(shè)