前饋反饋復(fù)合控制課程設(shè)計概要

1、淮海工學院課程設(shè)計報告書課程名稱：控制系統(tǒng)課程設(shè)計題 目：前饋反饋復(fù)合控制設(shè)計系（院）：電子工程學院學 期：2014-2015-2專業(yè)班級：自動化121姓 名：陶濤學 號：2012120862評語：成績：簽名: 日期:1引言2前饋一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的概述 2.1 基本概念2.2 系統(tǒng)的組成2.3 系統(tǒng)的特點3控制系統(tǒng)設(shè)計與要求3.1 案例要求 3.2 擬合曲線的仿真及傳遞函數(shù)的確定 3.2.1 MATLAB 的介紹3.2.2 溫度測試數(shù)據(jù)的擬合和仿真響應(yīng)曲線 3.3 利用臨界比例度法整定參數(shù)3.3.1 操縱變量對被控變量傳遞函數(shù)的PID參數(shù)整定 3.3.2 干擾對被控變量傳遞函數(shù)的PID參數(shù)整

2、定 3.4 前饋反饋系統(tǒng)仿真與整定3.4.1 靜態(tài)前饋反饋的仿真3.4.2 動態(tài)前饋反饋的仿真 4控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.1 proteus 的介紹4.2 單片機芯片的選用4.3 單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計4.4 單片機的A/D,D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計4.5 顯示電路設(shè)計4.6 鍵盤電路設(shè)計4.7 自動/手動切換電路與報警電路電路設(shè)計 5控制系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 軟件規(guī)劃5.2 程序流程圖6總結(jié)7參考文獻8附錄一單片機控制硬件總電路圖1引言換熱器是過程控制生產(chǎn)中普遍使用的換熱裝置之一， 工業(yè)介質(zhì)經(jīng)過換熱器后 一般能達到比較好的溫度控制效果，為下一步工藝過程創(chuàng)造良好的工藝介質(zhì)反應(yīng) 溫度條件，其出口溫度控制的

3、精度，直接影響下一工藝的反應(yīng)過程，因此，換熱 器出口溫度的控制方案設(shè)計在工程控制系統(tǒng)設(shè)計中占有比較重要的作用。目前，換熱器控制中大多數(shù)仍采用傳統(tǒng)的 PID控制，以加熱介質(zhì)的流量作為 調(diào)節(jié)手段，以被加熱工藝介質(zhì)的出口溫度作為被控量構(gòu)成控制系統(tǒng)，對于存在大的負荷干擾且對于控制品質(zhì)要求較高的應(yīng)用場合 ，多采用加入負荷干擾的前饋控 制構(gòu)成前饋反饋控制系統(tǒng)。2前饋一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的概述2.1 基本概念前饋一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中既有針對主要擾動信號進行補償?shù)那梆伩?制，又存在對被調(diào)量采用反饋控制以克服其他的干擾信號，這樣的系統(tǒng)就是前饋一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。(1)復(fù)合控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中存在兩種不同的控制

4、方式，即前饋、反饋。(2)前饋控制系統(tǒng)的作用是對主要的干擾信號進行補償，可以針對主要干 擾信號，設(shè)置相應(yīng)的前饋控制器 。(3)引入反饋控制，是為了是系統(tǒng)能夠克服所有的干擾信號對被調(diào)量產(chǎn)生 的影響，除了已知的干擾信號以外，系統(tǒng)中還存在其他的干擾信號，這些擾動信 號對系統(tǒng)的影響比較小，有的是我們能夠考慮到的，有的我們肯本就考慮不到或 是無法測量，都通過反饋控制來克服。(4)系統(tǒng)中需要測量的信號既有被調(diào)量又有擾動信號。2.2 系統(tǒng)的組成(1)擾動信號測量變送器：對擾動信號測量并轉(zhuǎn)化統(tǒng)一的電信號(2)被調(diào)量測量變送器：對被調(diào)量測量并轉(zhuǎn)化統(tǒng)一的電信號(3)前饋控制器：對干擾信號完全補償(4)調(diào)節(jié)器：反饋

5、控制調(diào)節(jié)器，對被調(diào)量進行調(diào)節(jié)(5)執(zhí)行器和調(diào)節(jié)機構(gòu)(6)擾動通道對象：擾動信號通過該通道對被調(diào)量產(chǎn)生影響(7)控制通道對象：調(diào)節(jié)量通過該通道對被調(diào)量進行調(diào)節(jié)前饋一反饋復(fù)合系統(tǒng)白原理方框圖如圖 2-1所示：FGff ( s) kGpd： GS)Gpc 圖2-1簡化原理圖2.3 系統(tǒng)的特點從前饋控制角度上講，由于增加了反饋控制，降低了對前饋控制模型精度的 要求，并能對未選作前饋信號的干擾產(chǎn)生校正作用。 而從反饋控制角度上講，由 于前饋控制的存在，對于擾動做了及時的粗調(diào)作用，大大減小了反饋控制的負擔。 很顯然，前饋無論加在什么位置都不會構(gòu)成回路，系統(tǒng)的特征式都保持不變，因而不會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3控

6、制系統(tǒng)設(shè)計與要求3.1 案例要求生產(chǎn)實踐中，當工藝介質(zhì)比較穩(wěn)定的時候，單閉環(huán)調(diào)整換熱器的蒸汽流量， 可以實現(xiàn)對工藝介質(zhì)的出口溫度的控制， 但當工藝介質(zhì)進料不穩(wěn)定的時候，僅用 單閉環(huán)蒸汽流量的調(diào)整對換熱器出口溫度進行控制卻達不到令人滿意的程度。因此需要加入前饋控制器。當換熱器的工藝介質(zhì)穩(wěn)定，對加熱蒸汽進行單位階躍激勵，則工藝介質(zhì)出口 溫度測試數(shù)據(jù)如下：t/s05102030405060708090100T/0580130250260280290297300300300當加熱蒸汽流量不變，換熱器工藝介發(fā)生階躍變化時，則工藝介質(zhì)出口溫度 測試數(shù)據(jù)如下：t/s0510203040506070T/02.

7、5522.54042.5606567.5t/8090100110120130140150160T/7072.573.674.374.574.97575753.2 擬合曲線的仿真及傳遞函數(shù)的確定3.2.1 MATLAB 的介紹MATLA是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù) 可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB口 Simulink 兩大部分。MATLAB! matrix&laboratory兩個詞的組合，意為矩陣工廠(矩陣實驗室)。是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設(shè)計 的高

8、科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài) 系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領(lǐng)域提供了 一種全面的解決 方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言(如C、Fortran )的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB"品族可以用來進行以下各種工作：數(shù)值分析、數(shù)值和符號計算、工程與科學繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號處理、通訊 系統(tǒng)設(shè)計與仿真、財務(wù)與金融工程。MATLAB點：此高級語言可用于技術(shù)計算，此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和 數(shù)據(jù)進行

9、管理，交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計及求解問題，數(shù)學函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等，二維和三維 圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù)，各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面，各種函數(shù)可將基于MATLAB勺算法與外部應(yīng)用程序和語言(如C、C+卡Fortran、Java、 COM以及 Microsoft Excel )。3.2.2 溫度測試數(shù)據(jù)的擬合和仿真響應(yīng)曲線(1)當換熱器的工藝介質(zhì)穩(wěn)定，對加熱蒸汽進行單位階躍激勵時，求出口 溫度擬合曲線。程序如下：x=0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100;y=0 5 80 130 250 260 28

10、0 290 297 300 300 300;/輸入溫度的數(shù)據(jù)A=polyfit(x,y,3) 進行3階多項式擬合，輸出各項系數(shù)的值 z=polyval(A,x);/ 輸出各個x處的多項值的值k=20;/利用多項式求導，在x=0時的切線的斜率x0=2;y0=0; / 擬合曲線與x軸的交點b=y0-k*x0; / 求出 b 值x1=0:100/定義未知數(shù)x1的范圍y1=k*x1+b; / 切線函數(shù)plot(x,y,'ro',x,z,'b-',x1,y1,'r-')；axis(0 100 0 300)；grid on,曲線如圖3-1所示:得至 U A

11、=0.0005 -0.1356 11.5854 -23.7494聞。簪玲 a戛也？意)運日 h n圖3-1擬合曲線File Edit View Insert T oolls Desktop Window Help從圖中得出：延遲時間r =2.5 , k=300,T=17,所以傳遞函數(shù)為:(3-1)G (s) =exp(-2.5*s)*(300/(17s+1)(2)當加熱蒸汽流量不變，換熱器工藝介質(zhì)發(fā)生階躍變化時，求出口溫度擬 合曲線。程序如下：x=0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160;y=0 2.5 5 22.5

12、40 42.5 60 65 67.5 70 72.5 73.6 74.3 74.5 74.9 75 75 75;A=polyfit(x,y,3)z=polyval(A,x);k=3.5;x0=3.6;y0=0;b=y0-k*X0；x1=0:100 y1=k*x1+b;plot(x,y,'ro',x,z,'b-',x1,y1,'g-') axis(0 160 0 75);grid on得到 A =0.0000 -0.0133 1.8081 -5.7583,曲線如圖 3-2 所示:File Edit View Insert Tools Desktop

13、 Window Help mp.Rd ®T煢1 口因回020406080100120140160圖3-2擬合曲線從圖中得出：延遲時間r =3.5 , k=75,T=21;所以傳遞函數(shù)為：G (s) =exp(-3.5*s)*(75/(21s+1)(3-2)3.3利用臨界比例度法整定參數(shù)3.3.1 操縱變量對被控變量傳遞函數(shù)的PID參數(shù)整定臨界比例度法適用于已知對象傳遞函數(shù)的場合。在閉合的控制系統(tǒng)里，將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下，從小到大逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到等幅振蕩的過 渡過程。此時的比例度稱為臨界比例度 超，相鄰兩個波峰間的時間間隔稱為臨 界振蕩周期丁一然后查找參數(shù)整定表計算得到

14、 PID的整定參數(shù)。通過MATLA防 真得到系統(tǒng)的響應(yīng)效果，并微調(diào)參數(shù)獲得理想的控制效果。連續(xù)系統(tǒng)臨界比例度 整定方法的控制器參考參數(shù)表如表 3-1所小?？刂破黝愋捅壤绕贩e分時間常數(shù)Ti微分時間丁P2KpoO0PI2.2Kp0.85Tk0PID1.7Kp0.50Tk0.125Tk表3-1連續(xù)系統(tǒng)臨界比例度法整定控制器參數(shù)100%圖3-3 PID控制器的參數(shù)整定方框圖eady1 .畫出系統(tǒng)的simulink模型如圖3-3所示；2 .斷開系統(tǒng)微分器的輸出連線、積分器的輸出連線， Kp值從小到大進行試 驗，觀察示波器的輸出，直到輸出等幅振蕩曲線為止，記下此時的比例度品，臨界振蕩周期Tko3 .根據(jù)

15、表1選則Kp,對系統(tǒng)進行P控制整定，記錄Kp并給出單位階躍響應(yīng) 曲線；4 .根據(jù)表1選才? Kp, Ti ,對系統(tǒng)進行PI控制整定，記錄Kp, Ti ,繪制單位 階躍響應(yīng)曲線；5 .根據(jù)表1選才? Kp, Ti ,工對系統(tǒng)進行PID控制整定，記錄Kp, Ti,工并 繪制單位階躍響應(yīng)曲線；6 .對P, PI, PID控制的階躍響應(yīng)曲線進行比較，給出分析結(jié)果。調(diào)整Kp得到等幅振蕩曲線，如圖3-4所示，進而得到比例度 以，臨界振蕩 周期Tk,查表1計算得到P、PI、PID的控制參數(shù)，其仿真結(jié)果分別如圖 3-5、 3-6、3-7 所示:圖3-4等幅振蕩響應(yīng)曲線其中 Kp=0.0421, Tk=10昌宜

16、尹戶月日 /1.5105002040 EO 80100圖3-5 P控制的響應(yīng)曲線其中 Kp=0.0215, 1/Ki=0,Kd=0金苜IQ廬H供下超jg AW21.510.5a口 20406080100120圖3-6 PI控制的響應(yīng)曲線其中 Kp=0.0186,1/Ki=0.1176Kd=0圖3-7 PID控制的響應(yīng)曲線其中 Kp=0.0248,1/Ki=0.2,Kd=1.25從上述圖中可以看出，P控制可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但沒辦法克服系統(tǒng)的靜差。PI控制由于引入了積分，有效地克服了系統(tǒng)的靜差。PID控制由于微分 的作用，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。驗證了理論課上的結(jié)論。通過比較發(fā)現(xiàn)P控制 器的超

17、調(diào)較PI, PID控制器的都小，但是P控制器的余差較大，本次選取 PI控 制器即可。3.3.2干擾對被控變量傳遞函數(shù)的 PID參數(shù)整定使用的方法、方框圖、步驟同操縱變量對被控變量傳遞函數(shù)的 PID參數(shù)整定。 同理，調(diào)整Kp得到等幅振蕩曲線，如圖3-8所示，進而得到比例度 品，臨界振 蕩周期Tk,查表1計算得到P、PI、PID的控制參數(shù)，其仿真結(jié)果分別如圖3-9、 3-10、3-11 所示：昌圖1|Q華比胸睛霜19國專電 51I020406090 1QOTime affset: 0圖3-8等幅振蕩響應(yīng)曲線其中 Kp=0.143, Tk=12.5a B Q盧月展睛！1 0 專15101020 3Q

18、 4050607080JI1I30.50圖3-9 P控制的響應(yīng)曲線其中 Kp=0.0715,1/Ki=0,1/Kd=00 Scope1口|回|7-昌苜Q(mào)廬#醯寇H日圖3-10 PI控制的響應(yīng)曲線其中 Kp=0.065,1/Ki=0.094,Kd=0Q Scope口！回 »晝身首廬心蜀據(jù)晶 eiAF圖3-11 PID控制的響應(yīng)曲線其中 Kp=0.084,1/Ki=0.16,Kd=1.563通過比較發(fā)現(xiàn)P控制器的超調(diào)較PI, PID控制器的都小，但是P控制器的余 差較大，本次實驗選取PI控制器即可。3.4前饋反饋系統(tǒng)仿真與整定由之前得到的傳遞函數(shù)式（3-1）和式（3-2）分別是操縱變量對

19、被控變量的 傳遞函數(shù)和干擾對被控變量的傳遞函數(shù)，由此可求得前饋控制器的傳遞函數(shù)。假設(shè)物料流量f是干擾，則可組成圖3-12所示的前饋控制方案，方案中 選擇加熱蒸汽流量y"、為操縱變量。圖中r（t）是物料出口溫度的設(shè)定值。前饋控 制的方框圖如圖3-13所示，這里假設(shè)測量變送環(huán)節(jié)以及控制閥的傳遞函數(shù)為1。圖3-12前饋控制方案圖圖3-13前饋控制的方框圖系統(tǒng)傳遞函數(shù)可表示為(3-3)Y(s) =Gpd(s) Gff(s)Gpc(s)F(s)式中，Gpd(s)是干擾f對被控變量y(t)的傳遞函數(shù)；Gpc(s)是操縱變量ys 對被控變量y(t)的傳遞函數(shù)；Gff(s)是前饋控制器的傳遞函數(shù)。為

20、使系統(tǒng)對擾動 f實現(xiàn)全補償，提出的條件是當F(s)¥0時，要求Y(s)=0。并代入式(3-3) 中可得Gff(s) = Gd(3-4)Gpc(s)工程上將前饋和反饋結(jié)合起來使用，構(gòu)成前饋-反饋控制系統(tǒng)。這樣既發(fā)揮了前饋作用的優(yōu)點，又保持了反饋控制能克服多種擾動以及對被控變量進行檢測 的優(yōu)點。3.4.1 靜態(tài)前饋反饋的仿真令式(3-4)中的s為0,就可以得到靜態(tài)前饋控制算式Gff(0)=KpdKpc(3-5)式中Kpd和Kpc分別為干擾通道和控制通道的靜態(tài)增益，由已知的傳遞函數(shù)可以得知這里的Kpd和Kpc分別為75和300,所以可以根據(jù)以上公式計算得知Gff(0) = 0.25。使用M

21、ATLA進行方框圖繪制并仿真，方框圖如圖 3-14所示:圖3-14 靜態(tài)態(tài)前饋反饋方框圖其pid參數(shù)為P=0.0095, 1=0.00045 , D=0仿真結(jié)果如圖3-15所示Scope圖3-15 靜態(tài)態(tài)前饋反饋仿真圖3.4.2 動態(tài)前饋反饋的仿真靜態(tài)前饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，它可以保證在穩(wěn)態(tài)時消除擾動的影響， 但在動態(tài)過程中偏差依然存在。當控制通道和干擾通道之間的動態(tài)特性差異很大時必須考慮動態(tài)前饋補償。動態(tài)前饋的根據(jù)是絕對不變性原理。通過選擇合適的前饋控制規(guī)律，使干擾經(jīng)過 前饋控制器之后到達被控變量這一通道時的動態(tài)特性與對象干擾通道的動態(tài)特 性完全一樣，但是使它們的符號相反，這樣就可以使

22、控制作用補償干擾對被控變 量的影響。根據(jù)式(3-4)得出前饋控制器傳遞函數(shù)為：G (s) =exp (-1*s) (-17s+1) /(82s+1)(3-6 )3-16所示：圖3-16 動態(tài)前饋反饋方框圖其中PID控制器參數(shù)為P=0.013, I=0.0005, D=0具仿真如圖3-17所示:圖3-17 動態(tài)前饋反饋仿真圖利用MATLA繪制方框圖并進行仿真，方框圖如圖4控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.1 proteus 的介紹Proteus軟件是一種低投資的電子設(shè)計自動化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達 30多個元件庫。Proteus軟件提供多種 現(xiàn)實存在的虛擬儀器儀表。止匕

23、外，Proteus還提供圖形顯示功能，可以將線路上 變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù) 指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對測量結(jié)果的影 響，Proteus軟件提供豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬 信號和數(shù)字信號。提供 Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設(shè)計功能，同時 可以仿真單片機和周邊設(shè)備，可以仿真 51系列、AVR PIC等常用的MCU并提 供周邊設(shè)備的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件庫， 有RAM ROM鍵盤、馬達、LED LCD AD/DA部分SPI器

24、件、部分IIC器件， 編譯方面支持Keil和MPLA膏編譯器。Proteus的特點是：1、實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字 電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS23匆態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏 輯分析儀、信號發(fā)生器等。2、支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11 系列以及各種外圍芯片。3、提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào) 試功能，同時

25、可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng) 中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。4、具有強大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。4.2 單片機芯片的選用單片機處理模塊使用80C51作為主處理芯片，并用80C51單片機來協(xié)調(diào)外圍 電路的工作。其主要功能為給定值輸入，電壓值讀取，電壓值校正，對矩陣鍵盤 的數(shù)據(jù)、A/D轉(zhuǎn)換來的數(shù)據(jù)進行處理，處理后的數(shù)據(jù)送給顯示器、D/A轉(zhuǎn)換電路、 報警電路、調(diào)節(jié)閥的指示燈。單片機通過連接芯片鎖存器741s373 ,訪問外接電路則

26、是通過尋址方式來實現(xiàn)。4.3 單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計單片機的最小系統(tǒng)是在沒有擴展情況下添加基本的晶振電路、復(fù)位電路和電源電路構(gòu)成的。在PROTEUS, 80C51的電源自動供給為+5V。實際中需添加變 壓器等設(shè)備。因為單片機具內(nèi)部是無法實現(xiàn)復(fù)位的， 所以需要外接復(fù)位電路。單 片機的復(fù)位置位均是為了把電路初始化到一個確定的已知狀態(tài)。一般來說，單片機復(fù)位電路的作用是把一個狀態(tài)初始化到空狀態(tài)。單片機的復(fù)位電路是在原來單 片機的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實現(xiàn)上電復(fù)位。當復(fù)位電平持續(xù)兩個機 器周期以上時復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期。時鐘電路是用來配合外部晶體實現(xiàn)振蕩的電路

27、， 這樣可以為單片機提供運行 時鐘。此外，單片機的時鐘電路是單片機的動力源，時鐘振蕩產(chǎn)生了序列脈沖， 這些脈沖驅(qū)動CPU?單元工作。若外接晶振為12MHz機器周期為1uso將時鐘電路接到80C51的XTAL1 (19)和XTAL2 (18)引腳上，將復(fù)位電路 接到80C51的RST弓唧(9)上，即構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)。如圖 4-1示：80C51 iTFrfTtKIALIPO.IMOOPO.1XSJD1PC.2j«JD-2X1AL2PO.1WJP-3P0.4WJD4PO.5W5RD.6JADBRSTPD.7/AUrP2.1MABP2.1/A9的EMP23帆MALE盟吊假12EA膽麗3吃另

28、帆14P2 7W5P I JOP3.Qfl?XDP1.1P3.1XTXDPI 2P3.2ANT0ri 3P34/T0Fl API AP3 包j_PI SP3,I6AAJRP17IP3 7WU1UEJ到3DOQOma國Q2B8MQ4WQ505QBD7Q7oF LEQD38. . .4.工： ！j飛36.良與.守312QS .CH .-414331733IB35 .21 r2.-iL1.一1 Ai F74L5E,1S373io-41 J11 _14*圖4-1 80C51單片機最小系統(tǒng)4.4 單片機的A/D,D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計單片機只能對數(shù)字量進行加工和處理， 不能處理模擬量，而遇到有模擬量的 地方

29、，通常需要將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。需要把非電量的信號轉(zhuǎn)換成連續(xù)的電信 號。這里選用ADC0808真塊進行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標包括轉(zhuǎn)換精度、 轉(zhuǎn)換時間、線性度和電源靈敏度。當系統(tǒng)需要用到模擬輸出時，就可以選擇D/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬 信號。D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標包括分辨率、線性度、轉(zhuǎn)換精度、建立時間、 溫度系數(shù)、輸入數(shù)字電平、電源抑制比和工作溫度范圍。D/A轉(zhuǎn)換器類型可以分為直接和間接轉(zhuǎn)換器。如果按照輸入端結(jié)構(gòu)來分類，可以分為兩類，一類是輸入 端帶有數(shù)據(jù)存儲器，這類可以直接和計算機的數(shù)據(jù)總線直接相連接，另一類是不帶數(shù)據(jù)存儲器的，要使用時就需要另外配數(shù)據(jù)存儲器。D/A轉(zhuǎn)換器

30、可以把數(shù)字信號實現(xiàn)成模擬信號，然而它的輸出電量不能實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)， 因此這是準模擬量輸 出。分辨率上可分為8位、10位、16位等。這里采用DAC0832真塊進行D/A轉(zhuǎn) 換。DAC083犯8位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，有20個引腳。其相關(guān)A/D、D/A轉(zhuǎn)換接口電路如圖4-2圖4-3其中INO和IN1分別接傳感 器測量的模擬量，當溫度發(fā)生改變時，輸入的模擬電壓量發(fā)生改變，經(jīng)過轉(zhuǎn)換形 成響應(yīng)的數(shù)字信號并將其顯示在顯示器上。單片機處理的數(shù)據(jù)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變成 模擬電壓量然后再送給調(diào)節(jié)閥，控制調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。因D/A轉(zhuǎn)換之后傳遞的信號很小很難識別， 所以需要連接放大電路，放大電路用 于電

31、壓信號的放大。U10INO26INUIN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADDA ADDB ADDC ALECLOCKS STARTWALE.Ini27628EOC72GUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7OUTO21DO_2_20D1 LJ4"5"19D2slie18的>Q3258D4.2415D5 二TQ523MD6 2217D7 I F八 I 1IMT112VREF(+)VREF(-)OE7169ADC0808(02RD1二佗沖3qTLSOD<TfXU2：B5&4WR74LS00圖4-3 D/A轉(zhuǎn)換接口電路4.5 顯示電路設(shè)

32、計此處使用的顯示器是LCD1602 LCD1602可以顯示2排各16個字符。設(shè)計中的數(shù)據(jù)端接單片機的P0 口，因為P0 口的輸出是三態(tài)的，所以要外接上拉電阻圖4-4顯示器電路顯示器單片機處理的數(shù)據(jù)經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換后（DAC0832送給調(diào)節(jié)閥，當有調(diào)節(jié) 作用時燈亮。電路如圖4-5示：圖4-5節(jié)閥信號燈4.6 鍵盤電路設(shè)計用鍵盤進行給定設(shè)定值。鍵盤顯示模塊通過8255A擴充并行口，連接矩陣鍵 盤。高四位通過與非門與中斷0連接。采用定時掃描法，先判斷是否有按鍵按下， 然后再判斷是哪個按鍵被按下讀數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存入數(shù)組， 并如此循環(huán)當按下確定 鍵時，將數(shù)組數(shù)據(jù)送到顯示器顯示。用定時器定時 10ms進行定時

33、掃描。設(shè)計鍵盤電路如圖4-6示:奠及說圉 w 30 篇事06 38Dr 27血弓 晶片而如 9Q1 81ST 35DOD1RMW)5D6D7任置；74LS11J=L.J=L.-CL*A10kR710k mTEXTa10k uTEKT> R8NTOR61圖4-6鍵盤電路4.7 自動/手動切換電路與報警電路電路設(shè)計先設(shè)定報警電路的系數(shù)，當調(diào)節(jié)閥作用一定時間后（時間為設(shè)定值） ，還沒 達到預(yù)期效果時，報警電路會自行報警，提醒工作人員。報警方式有閃光燈和聲 音警報。當電路出現(xiàn)報警時，需先切換到手動工作狀對系統(tǒng)態(tài)進行調(diào)節(jié)， 若手動 調(diào)節(jié)也不起作用，則進行緊急停車，對系統(tǒng)進行維修。本次設(shè)計采用蜂鳴器報警。蜂鳴器俗稱喇叭，是廣泛運用于各種電子產(chǎn)品的 一種元器件，它用于提示、報警、音樂等許多運用場合。蜂鳴器與家用電氣上的 喇叭在用法上也有相似的地方，通常工作電流比較大，電路上的TTL點評基本上 驅(qū)動不了蜂鳴器，需要增加一個電流放大的電路才可以， 即此一個管腳很難驅(qū)動 蜂鳴器發(fā)出聲音，所以