北工大電工實(shí)驗(yàn)2報(bào)告

1、電子工程設(shè)計(jì)第二階段設(shè)計(jì)報(bào)告23電子工程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)專業(yè)：電子信息工程小組：姓名學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師：張印春 完成日期：2016年1月1日摘要本電子工程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是完成一套小型的溫度控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)需要完成非電量到電量信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)通信、控制等設(shè)計(jì)工作，幾乎覆蓋一般電子系統(tǒng)的所有設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)在課程安排上包含三個(gè)階段。本學(xué)期一到七周已經(jīng)完成了第一階段，本報(bào)告主要針對(duì)的是第二階段內(nèi)容。在第一階段直流穩(wěn)壓電源模塊、變送器模塊，驅(qū)動(dòng)器模塊的基礎(chǔ)上，又包含：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2、、鍵盤(pán)顯示模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在上述七個(gè)模塊的硬件基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)完成環(huán)境溫度的顯示與閉環(huán)溫度控制兩大功能，并通過(guò)鍵盤(pán)能很方便的進(jìn)行兩大功能的自由切換和目標(biāo)控制溫度的設(shè)定。本報(bào)告針對(duì)以上模塊分別詳細(xì)給出了設(shè)計(jì)要求、方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、原理分析、電路調(diào)試、電路故障等方面的內(nèi)容，以完整反映實(shí)驗(yàn)過(guò)程?！娟P(guān)鍵詞】 單片機(jī)；溫度；閉環(huán)控制 目 錄摘 要2目 錄3一、課題背景5二、需求分析5三、單片機(jī)應(yīng)用電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1.設(shè)計(jì)要求6 2.方案設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)6 3.原理與理論計(jì)算8 4.調(diào)試過(guò)程及方法9 5.出現(xiàn)問(wèn)題及解決.9四、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.設(shè)計(jì)要求10 2.方案設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)10 3.

3、原理與理論計(jì)算11 4.調(diào)試過(guò)程及方法12 5.出現(xiàn)問(wèn)題及解決12五、顯示與鍵盤(pán)控制電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.設(shè)計(jì)要求13 2.方案設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)13 3.原理與理論計(jì)算13 4.調(diào)試過(guò)程及方法15 5.出現(xiàn)問(wèn)題及解決15六、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.設(shè)計(jì)要求15 2.方案設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)15 3.原理與理論計(jì)算16 4.調(diào)試過(guò)程及方法17 5.出現(xiàn)問(wèn)題及解決18七、溫度測(cè)量和控制程序設(shè)計(jì) 1.基本任務(wù)歸納19 2.程序設(shè)計(jì)方案19 3.程序模塊設(shè)計(jì)20 4.調(diào)試原理與方法21 5.出現(xiàn)問(wèn)題及解決21八、最終實(shí)現(xiàn)情況22九、心得體會(huì)22十、附錄一、 課題背景目前，溫度控制系統(tǒng)作為一種應(yīng)用最廣泛的閉環(huán)控

4、制系統(tǒng)，不僅廣泛的應(yīng)用在化工、石油、冶金等生產(chǎn)過(guò)程的物理過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)中，而且逐漸民用化，應(yīng)用于家用的各種電器中。單片機(jī)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)重要分支，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器，甚至電子玩具等各個(gè)領(lǐng)域，它具有體積小、功能多、價(jià)格低廉、使用方便、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此具有非常大的應(yīng)用空間。而本實(shí)驗(yàn)的目的是做一種用51單片機(jī)進(jìn)行溫度控制的閉環(huán)系統(tǒng)，可以用來(lái)保持溫度恒定或者使溫度按照設(shè)定的溫度變化。因此，具有極其廣泛的應(yīng)用前景。二、 需求分析本報(bào)告所涉及的小型溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求如下：(1)溫度控制范圍：0100 (2)測(cè)溫元件：半導(dǎo)體溫度傳感器AD592(3)溫度控制執(zhí)行

5、元件：半導(dǎo)體制冷片(4)核心控制部件：C8051F系列單片機(jī)小型溫度控制系統(tǒng)基本組成如圖所示： 圖1. 1 系統(tǒng)整體功能框三、 單片機(jī)應(yīng)用電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.設(shè)計(jì)要求片選信號(hào)： 6個(gè) 地址信號(hào)： 4個(gè)數(shù)據(jù)總線： AD0AD7控制信號(hào)： WR，RD ，ALE，INT0安裝： 獨(dú)立電路板結(jié)構(gòu)2.方案設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)（1）MCS-51系列單片機(jī)有眾多性能優(yōu)異的兼容產(chǎn)品、成熟的開(kāi)發(fā)環(huán)境、世界上最大的單片機(jī)客戶群、高性價(jià)比、暢通的供貨渠道，是初學(xué)者的首選機(jī)型。8051是MCS-51系列單片機(jī)早期產(chǎn)品之一，內(nèi)建一次性可編程只讀存儲(chǔ)器 ( PROM ) ，只需要很少的外圍元件即可組成最小系統(tǒng)。所以我們選擇805

6、1作為我們的單片機(jī)（2）安裝結(jié)構(gòu)（3）電路方案的比較、選擇和確定全部地址參與譯碼，產(chǎn)生的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)唯一地址。部分地址參與譯碼，產(chǎn)生的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)某一地址區(qū)域，而不是唯一地址。部分地址參與譯碼，產(chǎn)生的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)某一地址區(qū)域，而不是唯一地址。三種電路方案：1）部分地址譯碼、帶有總線驅(qū)動(dòng)電路，產(chǎn)生的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)某一地址區(qū)域。 2）部分地址譯碼、無(wú)總線驅(qū)動(dòng)電路 圖示部分地址譯碼，無(wú)總線驅(qū)動(dòng)電路3）直接選通、不要低8位地址和驅(qū)動(dòng)電路因?yàn)檫@個(gè)方案的片選信號(hào)與地址之間并不是線性關(guān)系，所以使用該方案需要熟練掌握片選信號(hào)與地址之間的關(guān)系計(jì)算。4）電路方案的確定 通過(guò)比較，我們最后選定相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的部分地址譯

7、碼，無(wú)總線驅(qū)動(dòng)的方案，因?yàn)檫@樣可以簡(jiǎn)化電路。電路圖如下：3.原理與理論計(jì)算（1）74LS373 工作原理當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí)，Q0Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時(shí)，Q0Q7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時(shí)，Q 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) LE 為低電平時(shí)，D 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng) LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。（2）74LS138工作原理當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（(/E2)和/(E3)）為低電平時(shí)，可將地址端（

8、A0、A1、A2）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：A2A1A0=110時(shí)，則Y6輸出端輸出低電平信號(hào)。（3）電路工作原理C8051的P3口為數(shù)據(jù)/地址復(fù)用端口，為了得到低8位地址，需要數(shù)據(jù)/地址分離電路。C8051通過(guò)A13、A14、A15三口輸出信號(hào)給74LS138 譯碼器，經(jīng)過(guò)芯片譯碼后輸出6個(gè)片選信號(hào)，當(dāng)輸出相應(yīng)地址時(shí)輸出相應(yīng)片選。譯碼器的E1、E2口接低，E3口接高，7、9兩口制空。C8051接收信號(hào)后需要數(shù)據(jù)/地址分離電路，而74LS373鎖存器便充當(dāng)了這一功能。373從8051的D0D7口接收到信號(hào)后將信號(hào)分離，數(shù)據(jù)信號(hào)從鎖存器的Q0Q3口輸出，地址信號(hào)從鎖

9、存器的D0D7口輸出。4.調(diào)試過(guò)程及方法（1）按照電路圖將電路板焊接完畢，過(guò)程中需要嚴(yán)格檢查焊接線路是否正確，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。（2）測(cè)試時(shí)，將電源板放到相應(yīng)位置。將單片機(jī)正確插入，然后將仿真頭與單片機(jī)電路連接（注意缺口標(biāo)志要對(duì)應(yīng)）再把仿真器連好。（3）斷開(kāi)譯碼電路負(fù)載，運(yùn)行測(cè)試程序，檢查各輸出引腳是否有輸出， 各個(gè)輸出之間相對(duì)位置關(guān)系是否正確；正確波形如下：5、出現(xiàn)問(wèn)題及解決檢查各引腳輸出，均不滿足上圖的正確波形圖，檢查硬件無(wú)誤后，發(fā)現(xiàn)是示波器使用不當(dāng)引起，學(xué)習(xí)示波器的使用之后再次檢查，正確。四、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路1. 設(shè)計(jì)要求輸入信號(hào)范圍： 0V+5V分辨率： 8bit精度：1LSB轉(zhuǎn)換時(shí)間：&l

10、t; 1ms安裝：獨(dú)立電路板結(jié)構(gòu)2.方案設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)AD轉(zhuǎn)換電路采用芯片ADC0804，芯片主要參數(shù)如下：工作電壓：+5V，即VCC=+5V。 模擬輸入電壓范圍：0+5V，即0Vin+5V。 分辨率：8位，即分辨率為1/2=1/256，轉(zhuǎn)換值介于0255之間。 轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us（fCK=640KHz時(shí)）。 轉(zhuǎn)換誤差：±1LSB。 參考電壓：2.5V，即Vref=2.5V。模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。在模數(shù)轉(zhuǎn)換中，應(yīng)根據(jù)測(cè)量精度要求，考慮轉(zhuǎn)換電路的精度和分辨率，并力求降低成本。模數(shù)轉(zhuǎn)換有多種方法可以實(shí)現(xiàn)，如采用電壓/頻率變換器，以頻率或脈寬來(lái)計(jì)

11、算溫度，也可以采用A/D變換器或其它方法。如采用A/D變換器，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)換器輸入阻抗和變送器輸出阻抗對(duì)信號(hào)的衰減可能引起的測(cè)試誤差，并盡量降低這一誤差。板間連接應(yīng)注意保護(hù)。根據(jù)課設(shè)要求，溫度0100 的變化是用電壓05V表示的，轉(zhuǎn)成數(shù)字表示，即0FFH。AD電路模塊電路圖如圖2.6所示圖2. 1AD模塊工作的時(shí)序圖如圖2.7所示。3.原理與理論計(jì)算(1) 轉(zhuǎn)換精度：A/D轉(zhuǎn)換器也采用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述轉(zhuǎn)換精度。分辨率是指引起輸出數(shù)字量變動(dòng)一個(gè)二進(jìn)制碼最低有效位（LSB）時(shí)，輸入模擬量的最小變化量。他反映了A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬量微小變化的分辨能力。在最大輸入電壓一定時(shí)，位數(shù)越多，量化單位越小

12、，分辨率越高。轉(zhuǎn)換誤差通常用輸出誤差的最大值形式給出，常用最低有效位的倍數(shù)表示，反映A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出數(shù)字量和理論輸出數(shù)字量之間的差異。(2) 轉(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換時(shí)間是指轉(zhuǎn)換控制信號(hào)（vL）到來(lái)，到A/D轉(zhuǎn)換器輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間與A/D轉(zhuǎn)換器類型有關(guān)，並行比較型一般在幾十個(gè)納秒，逐次比較型在幾十個(gè)微秒，雙積分型在幾十個(gè)毫秒數(shù)量級(jí)。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)位數(shù)、輸入信號(hào)極性與范圍、精度要求和采樣頻率等幾個(gè)方面綜合考慮A/D轉(zhuǎn)換器的選用。(3) 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路主要技術(shù)指標(biāo)：分辨率 - 8位：表示能夠分辨的最小電壓變化DATA 為 1 時(shí)的 Vi 表示最小電壓變化 誤差 -

13、±1LSB轉(zhuǎn)換時(shí)間 - 100微秒為便于各模塊協(xié)調(diào)一致的工作，電路設(shè)計(jì)統(tǒng)一接口模式，方便調(diào)試與查錯(cuò)，模數(shù)裝換模塊安裝接口如圖2.8所示。圖2. 2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路安裝結(jié)構(gòu)圖。4.調(diào)試過(guò)程及方法改變?cè)O(shè)置溫度，運(yùn)行A/D測(cè)試程序，檢查模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。一般為05伏特之間改變，相應(yīng)數(shù)為0255.改變?cè)O(shè)置溫度，運(yùn)行A/D測(cè)試程序，檢查模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。在調(diào)試臺(tái)上通過(guò)旋鈕不斷改變溫度數(shù)值5.出現(xiàn)問(wèn)題及解決由于電路比較簡(jiǎn)單，調(diào)試一切正常。一般故障檢測(cè)方法為：查數(shù)據(jù)線是否漏接， 若A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值不隨設(shè)置溫度正比變化檢查數(shù)據(jù)線是否錯(cuò)接；查Vin(-)是否接GND；查 Vin(+) 是否有變化，如無(wú)變化

14、，逆向檢查直至變送器輸出。 若電源連接正常，查CLK-IN引腳是否有鋸齒波信號(hào)輸出，若沒(méi)有輸出檢查相關(guān)元件連接是否正確，若頻率過(guò)高（正常約為640KHz）檢查元件參數(shù)是否有誤。如果元件連接及元件參數(shù)無(wú)誤仍無(wú)信號(hào)輸出，則ADC0804損壞。若CLK-IN引腳有正常的鋸齒波信號(hào)輸出，可修改測(cè)試程序，將延時(shí)子程序或延時(shí)函數(shù)去掉，加快程序循環(huán)的時(shí)間，檢查轉(zhuǎn)換控制信號(hào)、和數(shù)據(jù)讀取控制信號(hào)WR/RD是否正常。若上述控制信號(hào)正常，則可能是ADC0804損壞。五、電路顯示與鍵盤(pán)控制電路1設(shè)計(jì)要求：1、4 位7 段數(shù)碼顯示，前 3 位含小數(shù)點(diǎn)2、0 9數(shù)字輸入鍵及若干功能設(shè)置按鍵控制3、獨(dú)立電路板安裝結(jié)構(gòu)2.方

15、案設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)單片機(jī)與LED顯示器有兩種接口方法。動(dòng)態(tài)顯示電路方案：電路簡(jiǎn)單，成本低，控制程序復(fù)雜，適用于顯示位數(shù)較多的場(chǎng)合。可使用智能芯片8279完成。本階段我們用74LS273 設(shè)計(jì)顯示數(shù)據(jù)輸出電路，然后用74LS244設(shè)計(jì)鍵盤(pán)狀態(tài)讀入電路，最后設(shè)計(jì)出總的實(shí)驗(yàn)電路圖，顯示模塊的電路原理圖如圖2.9所示。圖2. 3 顯示模塊電路原理圖矩陣鍵盤(pán)電路方案：按鍵較多時(shí)，成本低，控制程序較直讀電路復(fù)雜，適用于顯示位數(shù)較多的場(chǎng)合。鍵盤(pán)電路的電路圖如圖2.10所示。圖2. 4 鍵盤(pán)模塊電路圖鍵盤(pán)模塊工作的時(shí)序圖如圖2.11所示。圖2. 5鍵盤(pán)模塊工作時(shí)序圖為便于各模塊協(xié)調(diào)一致的工作，電路設(shè)計(jì)統(tǒng)一接口模

16、式，方便調(diào)試與查錯(cuò)，鍵盤(pán)顯示模塊安裝接口如圖2.12所示。圖2. 6 鍵盤(pán)顯示模塊安裝結(jié)構(gòu)圖3.調(diào)試過(guò)程及方法（1）顯示電路模塊調(diào)試按照?qǐng)D進(jìn)行電源板焊接完畢，而后再次認(rèn)真查線一遍然后再開(kāi)始測(cè)試。測(cè)試時(shí)，將電源板，單片機(jī)，顯示電路正確連接。按正確加電順序供電，如果一切正?？梢蚤_(kāi)始進(jìn)一步的測(cè)試。運(yùn)行顯示模塊測(cè)試程序，如果電路工作正常，在4個(gè)數(shù)碼管上應(yīng)有數(shù)字 0-9 滾動(dòng)顯示。否則，說(shuō)明電路存在故障。（1） 鍵盤(pán)控制模塊調(diào)試：運(yùn)行鍵盤(pán)控制電路的測(cè)試程序，如果電路工作正常，在鍵盤(pán)上每按 1 個(gè)鍵，都會(huì)通過(guò) 2 位數(shù)碼顯示管，顯示相應(yīng)的行編碼和列編碼。否則，說(shuō)明電路存在故障。4.出現(xiàn)問(wèn)題及解決由于焊接之

17、前就知道此電路相當(dāng)復(fù)雜，錯(cuò)焊或者虛焊都會(huì)使檢查工作變得復(fù)雜，所以我們焊接一根完畢之后，接著對(duì)它進(jìn)行檢查，確保每一根線都正確。但是，調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)有一行鍵盤(pán)無(wú)反應(yīng)，我們初步推斷漏焊了一根線，檢查后發(fā)現(xiàn)確實(shí)如此，焊接上再次進(jìn)行調(diào)試，一切正常。六、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路1. 設(shè)計(jì)要求輸入范圍： 00H 0FFH 對(duì)應(yīng)輸出： -10V+10V 誤差： 1%FSR 響應(yīng)時(shí)間： < 1ms電源供電： +5V，±12V安裝： 獨(dú)立電路板結(jié)構(gòu)2.方案設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)D/A的作用是把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。有電流開(kāi)關(guān)型、脈寬調(diào)制型等。在這里，我們采用DAC0832構(gòu)成D/A電路。 DAC0832是8 位

18、乘算型電流輸出的典型產(chǎn)品，具有MCU兼容接口，使用方便，價(jià)格低，能滿足設(shè)計(jì)要求。數(shù)模轉(zhuǎn)換器是整個(gè)控制系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)的重要部件，它的特性直接影響溫度轉(zhuǎn)換的精度。其轉(zhuǎn)換的精度主要由數(shù)模轉(zhuǎn)換器的位數(shù)和Vref。DAC0832工作原理及特性如圖2.13所示：圖2. 7模數(shù)裝換工作原理數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖2.14所示：圖2. 8 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊電路圖3.原理與理論計(jì)算原理分析：DAC0832的Iout1和Iout2作為輸入信號(hào)輸入到LM358的輸入端。由電流-電壓轉(zhuǎn)換電路可知：LM358的1號(hào)管腳輸出為：，此管腳作為輸入信號(hào)輸入到U2BLM358的反相輸入端。則U2BLM358輸出端

19、輸出為：V= -Vout1*R3/R1-5*R3/R2取電阻參數(shù)：R1=5K,R2=10K,R3=20K。因?yàn)閂out1的取值為（-5V0V），R3/R1=4,故-Vout1*R3/R2的范圍為（0V20V）,又因?yàn)?5*R3/R2=-10V所以總輸出范圍：V=020V-10V=-10V10V。為便于各模塊協(xié)調(diào)一致的工作，電路設(shè)計(jì)統(tǒng)一接口模式，方便調(diào)試與查錯(cuò)，數(shù)模裝換模塊安裝接口如圖2.15所示。圖2. 9 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊安裝結(jié)構(gòu)圖4.調(diào)試原理與方法1、檢查電路連線無(wú)誤后，將電路板安裝在測(cè)試臺(tái)上2、斷開(kāi)電路負(fù)載，運(yùn)行測(cè)試程序，檢查各節(jié)點(diǎn)信號(hào)是否正確。如果有問(wèn)題，按照故障診斷預(yù)案進(jìn)行診斷分析，并且

20、排除故障。3、用示波器觀察LM3587號(hào)管腳。正確的輸出波形如圖2.16所示圖2. 10 數(shù)模轉(zhuǎn)換測(cè)試波形圖5.出現(xiàn)問(wèn)題及解決調(diào)試時(shí)由于接線問(wèn)題，沒(méi)能獲得正確波形。糾正接線問(wèn)題后，發(fā)現(xiàn)輸出波形正確但是幅值不對(duì)。經(jīng)細(xì)心觀察，實(shí)際輸出波形為正確波形幅值的0.1倍，初步判斷為示波器的衰減探頭打到了X10位置。檢查示波器探頭，果不其然。糾正錯(cuò)誤后波形輸出終于正常。七、 溫度測(cè)量和控制程序設(shè)計(jì)1.基本任務(wù)歸納在分模塊電路設(shè)計(jì)完成之后，就要進(jìn)行整系統(tǒng)聯(lián)合的功能調(diào)試，整體調(diào)試主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能。分別是環(huán)境溫度顯示功能和閉環(huán)溫度控制功能。通過(guò)整體功能的調(diào)試與實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步深化對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理解，增強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)試能力與發(fā)

21、現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示程序，完成溫度測(cè)量和顯示工作。溫度測(cè)量顯示誤差：+2。通過(guò)鍵盤(pán)鍵入目標(biāo)溫度，讀鍵值后通過(guò)乒乓算法和PID算法控溫。2.程序設(shè)計(jì)方案 開(kāi)始數(shù)碼管3、4位顯示所控制溫度鍵盤(pán)輸入需要的溫度，1、2位數(shù)碼管顯示判斷輸入溫度是否大于1、2顯示溫度 否 是 D/A輸出-10VD/A輸出10V 否取消鍵 是3.程序模塊設(shè)計(jì)溫度采集模塊數(shù)據(jù)處理模塊溫度顯示模塊4.調(diào)試原理與方法 調(diào)試過(guò)程：連接電路并運(yùn)行程序，將程序燒進(jìn)單片機(jī)。通過(guò)鍵盤(pán)切換到環(huán)境溫度顯示功能。觀察測(cè)溫系統(tǒng)數(shù)字顯示，應(yīng)跟隨調(diào)試臺(tái)設(shè)置溫度變化并與調(diào)試臺(tái)設(shè)置溫度接近。若測(cè)量溫度與設(shè)置溫度相差過(guò)大

22、的調(diào)試，則調(diào)整變送器。調(diào)試臺(tái)設(shè)置低端溫度，變送器進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)，調(diào)試臺(tái)設(shè)置高端溫度，變送器進(jìn)行滿度校準(zhǔn)。通過(guò)鍵盤(pán)切換到閉環(huán)溫度控制功能。通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定目標(biāo)控制溫度，觀察實(shí)際溫度時(shí)候能變化到目標(biāo)控制溫度。可以通過(guò)改變程序來(lái)調(diào)節(jié)控制精度。5.出現(xiàn)問(wèn)題及解決我們遇到的第一個(gè)問(wèn)題就是鍵盤(pán)讀取的問(wèn)題。鍵盤(pán)有效鍵值的讀取我們開(kāi)始時(shí)采用了鍵盤(pán)測(cè)試的程序，將鍵盤(pán)的行列提取出來(lái)，將對(duì)應(yīng)的鍵值存在一個(gè)二維數(shù)組中，每次進(jìn)行地址掃描，將按下的鍵的行列取出來(lái)，對(duì)應(yīng)到二維數(shù)組中，但是沒(méi)有做有效鍵分析，常常取出的鍵值不正確。我們選用了另一種方案，定義I三個(gè)一維數(shù)組，一個(gè)數(shù)組存鍵盤(pán)上一次的值，一個(gè)存當(dāng)前的鍵值，另一個(gè)為鍵盤(pán)分析后

23、的正確的鍵值，這樣按鍵識(shí)別的準(zhǔn)確性大大的增加，基本實(shí)現(xiàn)了鍵盤(pán)的正常讀取值。我們遇到的第二個(gè)挑戰(zhàn)就是PID算法的編程，依照老師所給的程序思路，我們進(jìn)行了討論，但是顯示過(guò)程中，溫度很難保持穩(wěn)定不變，我們仔細(xì)的研究了PID算法的核心思路，我們發(fā)現(xiàn)在計(jì)算PID控制增量時(shí)，微分項(xiàng)并沒(méi)有太大的意義，將微分項(xiàng)的系數(shù)置為零時(shí)，控溫溫度曲線的上下浮動(dòng)的幅度變小了。但是我們不能將溫度下降到5度，這說(shuō)明積分項(xiàng)系數(shù)小，我們將積分項(xiàng)系數(shù)由0.1改為了0.2，溫度下降幅度加大，但是溫度沒(méi)有下降到5度以下，我們又進(jìn)行了參數(shù)的調(diào)整，發(fā)現(xiàn)當(dāng)積分項(xiàng)系數(shù)過(guò)大時(shí)，溫度曲線的震蕩也越劇烈，不利于溫度的穩(wěn)定。我們是做了一個(gè)死循環(huán)來(lái)進(jìn)行不斷的PID控溫，實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，我們不能進(jìn)行其他溫度的控溫了，為解決這個(gè)問(wèn)題，我們編寫(xiě)了一個(gè)跳出循環(huán)的標(biāo)志，但按下的鍵值為F時(shí)，從死循環(huán)中退出，退出控溫。八、最終實(shí)現(xiàn)情況經(jīng)過(guò)了九周的努力，最終我們完成了閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)剛開(kāi)始的硬件焊接到后來(lái)軟件的編程，以及無(wú)數(shù)個(gè)不斷調(diào)試的夜晚，最終我們的驗(yàn)收結(jié)果還算讓人滿意。我們的系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)從5.4度到80.5度的精確控制。唯一讓