微機(jī)控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

1、中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院 微機(jī)控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) 班級(jí)：自動(dòng)化112 學(xué)號(hào)： 姓名 完成日期：14 年 5 月一、課程設(shè)計(jì)功能描述電加熱爐隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，已經(jīng)在冶金、化工、機(jī)械等各類(lèi)工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用，并且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。對(duì)于這樣一個(gè)具有非線性、大滯后、大慣性、時(shí)變性、升溫單向性等特點(diǎn)的控制對(duì)象，很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難達(dá)到好的控制效果。單片機(jī)以其高可靠性、高性能價(jià)格比、控制方便簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀器儀表等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制，可以提高控制質(zhì)量和自動(dòng)化水平。在本

2、控制對(duì)象電阻加熱爐功率為800W，由220V交流電供電，采用雙向可控硅進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)針對(duì)一個(gè)溫度區(qū)進(jìn)行溫度控制，要求控制溫度范圍50350C，保溫階段溫度控制精度為正負(fù)1度。選擇合適的傳感器，計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過(guò)雙向可控硅控制器控制加熱電阻兩端的電壓。其對(duì)象為溫控?cái)?shù)學(xué)模型為： 其中：時(shí)間常數(shù)Td=350秒 放大系數(shù)Kd=50 滯后時(shí)間=10秒控制算法選用改PID控制2、 課程設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì) 2.1課程設(shè)計(jì)目的：大學(xué)本科學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)和提高是大學(xué)本科教育的一個(gè)重要內(nèi)容。如何讓學(xué)生在學(xué)好基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，迅速掌握應(yīng)用技術(shù)，實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)起著非常重要的作用。本課程設(shè)計(jì)的目的，是讓自動(dòng)化專(zhuān)

3、業(yè)學(xué)生通過(guò)課程設(shè)計(jì)，首先熟悉認(rèn)識(shí)微機(jī)控制的理論基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，掌握初步微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面得到實(shí)際的提高，為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。 2.2課程設(shè)計(jì)基本要求：1、運(yùn)用微機(jī)控制理論，根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)方框圖，繪制微機(jī)控制系統(tǒng)主電路圖、控制電路圖，編制系統(tǒng)程序流程圖、根據(jù)系統(tǒng)程序流程圖編制C語(yǔ)言程序。2、課程設(shè)計(jì)應(yīng)由學(xué)生本人獨(dú)立完成完成，嚴(yán)禁抄襲（對(duì)自己的設(shè)計(jì)不熟悉，讀不懂設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵功能部分，對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不清楚，對(duì)設(shè)計(jì)的功能不了解等），一經(jīng)驗(yàn)收教師認(rèn)定其抄襲行為，成績(jī)即為不及格。3、認(rèn)真編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 2.3課程設(shè)計(jì)題

4、目安排：設(shè)計(jì)電阻爐溫度控制系統(tǒng)，加熱爐功率為800W，要求控制溫度范圍50350C，保溫階段溫度控制精度為正負(fù)1度。選擇合適的傳感器，計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過(guò)雙向晶閘管控制器控制加熱電阻兩端的電壓. 1、設(shè)計(jì)主電路。2、設(shè)計(jì)控制電路。3、繪制主程序流程圖，設(shè)計(jì)主程序。4、設(shè)計(jì)溫度采集子程序。5、編制PID程序。6、編制顯示子程序。 三、控制方案總述 3.1方案設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，采用80C51單片機(jī)系統(tǒng)組成的數(shù)字控制器代替常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器。整個(gè)系統(tǒng)在規(guī)定的采樣時(shí)刻經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換采集由溫度傳感器ADC0809反饋回來(lái)的溫度反饋測(cè)量值，并和給定值進(jìn)行比較，將經(jīng)過(guò)控制運(yùn)算后的控制量輸出給執(zhí)行元件

5、控制電阻絲的加熱過(guò)程。這樣的系統(tǒng)屬于直接數(shù)字控制（Direct Digital Control，DDC）系統(tǒng)。直接數(shù)字控制系統(tǒng)中的80C51單片機(jī)取代了多個(gè)模擬調(diào)節(jié)器，在不更換硬件的情況下，只要改變程序或調(diào)用不同子程序，就可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制規(guī)律。此外，系統(tǒng)還應(yīng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口功能。 3.2 系統(tǒng)組成框圖及工作原理系統(tǒng)的組成框圖如圖（2.1）所示。整個(gè)系統(tǒng)由四部分組成，即：80C51單片機(jī)系統(tǒng)；溫度檢測(cè)通道；輸出控制通道及報(bào)警顯示系統(tǒng)。工作時(shí)，溫度由集成溫度傳感器AD590轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，經(jīng)運(yùn)放放大至0-5v的電壓信號(hào)，由ADC0809轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所能接受的數(shù)字信號(hào)，此信號(hào)與溫度的給定值比較得到溫

6、度的偏差，通過(guò)PID控制器運(yùn)算，此控制量經(jīng)可控硅控制加在電阻爐上的電壓的通斷時(shí)間，以達(dá)到控溫目的。 3.3 控制策略設(shè)計(jì)PID調(diào)節(jié)在電阻爐控制系統(tǒng)技術(shù)中應(yīng)用的非常多，且是廣泛被對(duì)推廣的求采用各種PID的變種，如PI、PD控制，不完全微分控制，積分分離式PID控制，帶死區(qū)的PID控制，變換積分PID控制，比例PID控制等等。在PID控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)參數(shù)整定方便，而且在大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中效果比較好，不需要求出數(shù)學(xué)模型。用數(shù)字PID完全可以代替模擬調(diào)節(jié)器，而且可以得到比較滿意的效果。所以用數(shù)字模型PID是目前應(yīng)用比較廣泛的方法之一。通過(guò)分析控制器和執(zhí)行器的關(guān)系，選用位置式PID控制作為電阻爐控制系

7、統(tǒng)的控制策略。控制算法如下式：首先，計(jì)算出給定值溫度與實(shí)際溫度之間的差，反饋給PID控制器，PID控制器根據(jù)其大小，來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通角a的大小，這樣使得觸發(fā)時(shí)間t改變，從而改變電阻爐的通電時(shí)間。其次，由于本系統(tǒng)是單向控溫系統(tǒng)，所以在晶閘管沒(méi)有導(dǎo)通時(shí)其導(dǎo)通角度是。最后，根據(jù)公式： PID控制來(lái)間接控制電阻爐的電壓加熱情況，使得電阻爐的溫度得以控制。4、 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的單片機(jī)爐溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由單片機(jī)控制器、可控硅輸出部分、熱電偶傳感器、溫度變送器以及被控對(duì)象組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如下： 4.1電源部分本系統(tǒng)所需電源有220V交流市電、直流5V電壓和低壓交流電，故需要變壓器、整流裝置和

8、穩(wěn)壓芯片等組成電源電路。電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過(guò)整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)（一般有+-10%左右的波動(dòng)）、負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后,還需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。整流裝置采用二極管橋式整流，穩(wěn)壓芯片采用78L05,配合電容將電壓穩(wěn)定在5V，供控制電路、測(cè)量電路和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路中弱電部分使用。除此之外，220V交流市電還是加熱電阻兩端的電壓，通過(guò)控制

9、雙向可控硅的導(dǎo)通與截止來(lái)控制加熱電阻的功率。低壓交流電即變壓器二次側(cè)的電壓，通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)交流電的過(guò)零點(diǎn)，送入單片機(jī)后，由控制程序決定雙向可控硅的導(dǎo)通角，以達(dá)到控制加熱電阻功率的目的。 4.2采樣測(cè)量部分在檢測(cè)裝置中，溫度檢測(cè)用WZP-231鉑熱電阻（Pt100），采用三線制接法，采樣電路為橋式測(cè)量電路，其輸入量程為50350°C，經(jīng)測(cè)量電路采樣后輸出25V電壓，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字量后送入單片機(jī)進(jìn)行分析處理。 鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器,由于其測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等,被廣泛用于中溫(-2

10、00650)范圍的溫度測(cè)量中。PT100是一種廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件，在-50600范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將Pt電阻的電阻值和溫度對(duì)應(yīng)起來(lái)后存入EEPROM中，根據(jù)電路中實(shí)測(cè)的AD值以查表方式計(jì)算相應(yīng)溫度值。 常用的Pt電阻接法有三線制和兩線制，其中三線制接法的優(yōu)點(diǎn)是將PT100的兩側(cè)相等的的導(dǎo)線長(zhǎng)度分別加在兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線電阻得以消

11、除。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測(cè)溫電路，一為恒流源式測(cè)溫電路。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了第一種方法，即橋式測(cè)溫。測(cè)溫原理：電路采用TL431和電位器VR1調(diào)節(jié)產(chǎn)生4.096V的參考電源；采用R1、R2、VR2、Pt100構(gòu)成測(cè)量電橋（其中R1R2，VR2為100精密電阻），當(dāng)Pt100的電阻值和VR2的電阻值不相等時(shí)，電橋輸出一個(gè)mV級(jí)的壓差信號(hào)，這個(gè)壓差信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放LM324放大后輸出期望大小的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。差動(dòng)放大電路中R3R4、 R5R6、放大倍數(shù)R5/R3，運(yùn)放采用單一5V供電。 設(shè)計(jì)及調(diào)試注意點(diǎn)： 1. 同幅度調(diào)整R1和R2的電阻值可以改變電橋輸出的壓差大??；

12、 2. 改變R5/R3的比值即可改變電壓信號(hào)的放大倍數(shù)，以便滿足設(shè)計(jì)者對(duì)溫度范圍的要求 3. 放大電路必須接成負(fù)反饋方式，否則放大電路不能正常工作。4. VR2也可為電位器，調(diào)節(jié)電位器阻值大小可以改變溫度的零點(diǎn)設(shè)定，例如Pt100的零點(diǎn)溫度為0，即0時(shí)電阻為100，當(dāng)電位器阻值調(diào)至109.885時(shí)，溫度的零點(diǎn)就被設(shè)定在了25。測(cè)量電位器的阻值時(shí)須在沒(méi)有接入電路時(shí)調(diào)節(jié)，這是因?yàn)榻尤腚娐泛鬁y(cè)量的電阻值發(fā)生了改變。5. 理論上，運(yùn)放輸出的電壓為輸入壓差信號(hào)×放大倍數(shù)，但實(shí)際在電路工作時(shí)測(cè)量輸出電壓與輸入壓差信號(hào)并非這樣的關(guān)系，壓差信號(hào)比理論值小很多，實(shí)際輸出信號(hào)為 4.096*(RPt10

13、0/(R1+RPt100)- RVR2/(R1+RVR2) （1） 式中電阻值以電路工作時(shí)量取的為準(zhǔn)。 6. 電橋的正電源必須接穩(wěn)定的參考基準(zhǔn)，因?yàn)槿绻苯覸CC的話，當(dāng)網(wǎng)壓波動(dòng)造成VCC發(fā)生波動(dòng)時(shí)，運(yùn)放輸出的信號(hào)也會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)再到以VCC未發(fā)生波動(dòng)時(shí)建立的溫度-電阻表中查表求值時(shí)就不準(zhǔn)確。 4.3驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部分硬件輸出通道主要包括加熱電阻的控制環(huán)節(jié)，而此控制環(huán)節(jié)的核心是雙向可控硅，但電路的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)雙向可控硅的驅(qū)動(dòng)電路。雙向可控硅的通斷直接決定加熱電阻的工作與不工作，本部分用帶過(guò)零觸發(fā)的光耦MOC3061來(lái)驅(qū)動(dòng)。4.3.1光耦驅(qū)動(dòng)電路在驅(qū)動(dòng)電路中，由于是弱電控制強(qiáng)電，而弱電又很容易受到強(qiáng)電

14、的干擾，影響系統(tǒng)的工作效率和實(shí)時(shí)性，甚至燒毀整個(gè)系統(tǒng)，導(dǎo)致不可挽回的后果，因此必須要加入抗干擾措施，將強(qiáng)弱電隔離。光耦合器是靠光傳送信號(hào)，切斷了各部件之間地線的聯(lián)系，從根本上對(duì)強(qiáng)弱電進(jìn)行隔離，從而可以有效地抑制掉干擾信號(hào)。此外，光耦合器提供了較好的帶寬，較低的輸入失調(diào)漂移和增益溫度系數(shù)。因此，能夠較好地滿足信號(hào)傳輸速度的要求，且光耦合器非常容易得到觸發(fā)脈沖，具有可靠、體積小、等特點(diǎn)。所以在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了帶過(guò)零檢測(cè)的光電隔離器MOC3061，用來(lái)驅(qū)動(dòng)雙向可控硅并隔離控制回路和主回路。MOC3061是一片把過(guò)零檢測(cè)和光耦雙向可控硅集成在一起的芯片。其輸出端的額定電壓是400V，最大重復(fù)浪涌電流

15、為1.2A，最大電壓上升率dv/dt為1000v/us,輸入輸出隔離電壓為7500V，輸入控制電流為15mA。在圖2-2驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路中，當(dāng)單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2發(fā)出邏輯數(shù)字量為高電平時(shí)，經(jīng)過(guò)三極管放大后驅(qū)動(dòng)光耦合器的放光二極管，MOC3061的輸入端導(dǎo)通，有大約15mA的電流輸入。當(dāng)MOC306的輸出端6腳和4腳尖電壓稍稍過(guò)零時(shí)，光耦內(nèi)部雙向可控硅即可導(dǎo)通，提供一個(gè)觸發(fā)信號(hào)給外部晶閘管使其導(dǎo)通；當(dāng)P2.0、P2.1、P2.2為低電平時(shí)，MOC3061截止，雙向可控硅始終處于截止?fàn)顟B(tài)。4.3.2驅(qū)動(dòng)電路有關(guān)元件的選擇R25，C10組成吸收電路，并接在雙向可控硅的兩極之間。吸收回路組

16、成緩沖器。有了吸收回路，可控硅通斷過(guò)程中電源電壓的變化率受到R25，C10的限制。R25可以抑制雙向可控硅通斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流。R25和C10根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選，一般C10取0.011.0uF，R25取幾歐到幾十歐，本電路中R25取39歐，C10取0.01 uF。R27為限流電阻，用來(lái)限制MOC3061的輸出驅(qū)動(dòng)電流，其數(shù)值為電源電壓峰值除以雙向可控硅的允許重復(fù)電流。在本電路中R27取300歐。R26：由于MOC3061在輸出關(guān)斷狀態(tài)下也有小于或等于500mA的輸出電流，所以加入R26分流消除這個(gè)電流對(duì)雙向可控硅的影響，以防止雙向可控硅誤觸發(fā)，提高了系統(tǒng)的可靠性。在此電路中可以看出單片機(jī)的輸出通道

17、采用了MOC3061進(jìn)行驅(qū)動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）控制簡(jiǎn)單?？捎肧ETB或CLR指令直接控制P2.0、P2.1、P2.2以控制加熱電阻的工作與否。 （2）MOC3061由于采用了過(guò)零觸發(fā)電路大大簡(jiǎn)化了雙向可控硅的觸發(fā)電路，把SCR一向控制變?yōu)閷?shí)用的數(shù)字脈沖控制。 （3）MOC3061與雙向可控硅實(shí)際組成了一個(gè)固態(tài)繼電器，實(shí)現(xiàn)了無(wú)觸電控制。 （4）輸出通道實(shí)現(xiàn)了光電隔離，防止了射電干擾。 （5）輸出通道用P2.0、P2.1、P2.2口直接控制雙向可控硅，省去了的D/A轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)化了接口電路。4.3.3雙向可控硅電路(1)雙向可控硅這種可控硅具有雙向?qū)üδ埽诮涣麟姷恼?fù)半周都可以導(dǎo)通。其英文名

18、TRIAC即三級(jí)交流開(kāi)關(guān)的意思，并把它的兩極稱(chēng)為MT1和MT2，其電路符合如圖所示。雙向可控硅的通斷情況由控制極柵極（G）決定，當(dāng)柵極無(wú)信號(hào)時(shí)MT1和MT2成高阻態(tài)，管截止；而當(dāng)MT1與MT2之間加一個(gè)閾值電壓（一般大于1.5V）的電壓時(shí)，就可以利用控制極柵極電壓來(lái)使可控硅導(dǎo)通。但需要注意的是，當(dāng)雙向可控硅接感性負(fù)載時(shí)，電流和電壓之間有一定的相位差。在電流為零時(shí)，反向電壓可能不為零，且超過(guò)轉(zhuǎn)換電壓，使管子反向?qū)?，故要管子能承受這種反向電壓，并在回路中加入RC網(wǎng)絡(luò)加以吸收。(2)觸發(fā)方式控制雙向可控硅從高阻態(tài)（阻斷區(qū)）轉(zhuǎn)換到低阻態(tài)（導(dǎo)通區(qū)）可以用不同的方式實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的分為四種方式：MT1相對(duì)于

19、MT2為正，控制脈沖電壓Ug相對(duì)于MT1為正MT1相對(duì)于MT2為負(fù)，控制脈沖電壓Ug相對(duì)于MT1為負(fù)MT1相對(duì)于MT2為正，控制脈沖電壓Ug相對(duì)于MT1為負(fù)MT1相對(duì)于MT2為負(fù)，控制脈沖電壓Ug相對(duì)于MT1為正雙向可控硅通常工作在控制方式（1）和控制方式（2）。在這兩種控制方式下，控制靈敏度特別高。另外兩種控制方式下，要求高一倍的觸發(fā)電流。在本設(shè)計(jì)中，選擇了控制方式（1）和（2）。如同晶閘管的控制極那樣，雙向可控硅的控制極在觸發(fā)后便失去了作用。雙向可控硅長(zhǎng)期維持低阻態(tài)，直到低于維持電流I H，然后在轉(zhuǎn)換到高阻態(tài)。在控制交流電壓時(shí)，每次電源電壓過(guò)零雙向可控硅都會(huì)自動(dòng)截止，所以雙向可控硅每半個(gè)周

20、期都需要重新觸發(fā)。在本設(shè)計(jì)中，考慮到電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定和現(xiàn)在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的雙向可控硅型號(hào)，選擇了工作電壓為400V，通態(tài)電流為4A的雙向可控硅BT136。利用單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角。在不同時(shí)刻利用單片機(jī)給雙向可控硅的控制端發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，使其導(dǎo)通或關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電壓有效值的不同，以達(dá)到調(diào)壓控制的目的。具體如下：由硬件完成過(guò)零觸發(fā)環(huán)節(jié)，即在工頻電壓下，每10ms進(jìn)行一次過(guò)零觸發(fā)信號(hào)，由此信號(hào)來(lái)達(dá)到與單片機(jī)的同步。過(guò)零檢測(cè)信號(hào)接至單片機(jī)的P2.3口，由單片機(jī)對(duì)此口進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)，然后進(jìn)行延時(shí)觸發(fā)。 五、繪制軟件流程圖 5.1微處理器89C5189C51是一種帶4K字節(jié)Flash可編程可擦除的高性能CM

21、OS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器。單片機(jī)的抗干擾性設(shè)計(jì)。單片機(jī)干擾最常見(jiàn)的現(xiàn)象就是程序出現(xiàn)不可逆狀態(tài)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)一般要添加一個(gè)看門(mén)狗監(jiān)控模塊，在系統(tǒng)出現(xiàn)不可逆狀態(tài)的干擾時(shí)，監(jiān)控模塊將重啟系統(tǒng)。MAX1232微處理器監(jiān)控電路給微處理器提供輔助功能以及電源供電監(jiān)控功能，當(dāng)電源過(guò)電壓、欠電壓時(shí)，MAX1232將提供至少250ms寬度的復(fù)位脈沖，其中的容許極限能用數(shù)字式

22、的方法來(lái)選擇5%或10%的容限。 5.2模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊D574A是一種高性能的12位逐次逼進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換器，它同ADC0809一樣是常用的A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換時(shí)間為25s，線性誤差為±1/2LSB，內(nèi)部有時(shí)鐘脈沖源和基準(zhǔn)電壓源，單通道單極性或雙極性電壓輸入，采用28腳雙立直插式封裝。AD574A由12位A/D轉(zhuǎn)換器，控制邏輯，三態(tài)輸出鎖存緩沖器，10V基準(zhǔn)電壓源四部分構(gòu)成。12位A/D轉(zhuǎn)換器可以單極性也可以雙極性的。單極性應(yīng)用時(shí)，BIPOFF接0V，雙極性時(shí)接10V。量程可以是10V也可以是20V。輸入信號(hào)在10V范圍內(nèi)變化時(shí)，將輸入信號(hào)接至10V(IN);輸入信號(hào)在20V范圍內(nèi)變化時(shí)，

23、將輸入信號(hào)接至20V(IN);所以量化單位相應(yīng)的就是10V/（212）和20V/（212）三態(tài)輸出鎖存緩沖器用于存放12位轉(zhuǎn)換結(jié)果D（D=0212-1）。D的輸出方式有兩種，引腳12/8=1時(shí)（8的上面有一橫杠），D的D(11)D(0)并行輸出；引腳12/8=0時(shí)（8的上面有一橫杠），D的高8位與低4位分時(shí)輸出。邏輯控制任務(wù)包括：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換，控制轉(zhuǎn)換過(guò)程和控制轉(zhuǎn)換結(jié)果D的輸出。 5.3 LCD顯示模塊本設(shè)計(jì)液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)如下圖3-7所示,該電路實(shí)現(xiàn)的功能是：通過(guò)AT89S51的P00P07八個(gè)口輸出控制信號(hào)，控制液晶的8位雙向數(shù)據(jù)線，通過(guò)單片機(jī)的P24、P25、P26向液晶模塊發(fā)送命令，控制

24、液晶執(zhí)行各種命令，其中P24控制液晶的使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令，P25控制液晶模塊的讀寫(xiě)，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)P25和P26共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)P26為低電平P25為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)P26為高電平P25為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù),P26控制寄存器的選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別，兩者尺寸差別如下圖5-3所示：圖5-3 1602LCD尺寸圖1602LCD主要技術(shù)參

25、數(shù)：顯示容量:16×2個(gè)字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引腳功能說(shuō)明1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無(wú)背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如表10-13所示:編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫(xiě)選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極表10-13：引腳接口說(shuō)明表第1腳：VSS為

26、地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。

27、第16腳：背光源負(fù)極。 5.4報(bào)警模塊根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在保溫階段，溫度控制精度為正負(fù)1度，故當(dāng)溫度下降或上升2度時(shí)為故障狀態(tài)，需要報(bào)警提醒。所以在電路設(shè)計(jì)上應(yīng)用了蜂鳴器和發(fā)光二極管，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)綠色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮并且蜂鳴器鳴叫，提醒操作人員注意。報(bào)警狀態(tài)可通過(guò)按鍵復(fù)位和系統(tǒng)恢復(fù)正常后自動(dòng)復(fù)位 圖5-4報(bào)警電路5.5鍵盤(pán)模塊在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，輸入設(shè)備采用4*4矩陣鍵盤(pán)。當(dāng)“設(shè)定”鍵按下時(shí)觸發(fā)鍵盤(pán)中斷服務(wù)程序，由程序程控掃描法確定那個(gè)鍵按下并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。程控掃描的任務(wù)是：(1)首先判斷是否有鍵按下。方法：使所有的行輸出均為低電平，然后從端口A讀入列值。如果沒(méi)有鍵按

28、下，則讀人值為FFH如果有鏈按下則不為FFH。(2)去除鍵抖動(dòng)。方法：延時(shí)1020 ms，再一次判斷有無(wú)鍵按下，如果此時(shí)仍有鍵按下，則認(rèn)為鍵盤(pán)上確實(shí)有鍵處于穩(wěn)定閉合期。(3)若有鍵閉合，則求出閉合鍵的鍵值。方法：對(duì)鍵盤(pán)逐行掃描。3、 程序中需等閉合鍵釋放后才對(duì)其進(jìn)行處理。5.6系統(tǒng)主程序 開(kāi)始系統(tǒng)的初始化溫度數(shù)據(jù)采集及處理溫度值顯示計(jì)算溫差e（k）和溫差變化率智能控制算法程序控制輸出求出輸出控制量結(jié)束NY圖4-1系統(tǒng)主程序控制系統(tǒng)的軟件主要包括：采樣、標(biāo)度變換、控制計(jì)算、控制輸出、中斷、顯示、報(bào)警、調(diào)節(jié)參數(shù)修改、溫度設(shè)定及修改。其中控制算法采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)，應(yīng)用增量型控制算法，并對(duì)積分項(xiàng)和微

29、分項(xiàng)進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到更好的控制效果。 考慮到電加熱爐是一個(gè)非線性、時(shí)變和分布參數(shù)系統(tǒng)，所以本文采用一種新型的智能控制算法。它充分吸取數(shù)學(xué)和自動(dòng)控制理論成果，與定性知識(shí)相結(jié)合，做到取長(zhǎng)補(bǔ)短，在實(shí)時(shí)控制中取得較好的成果。5.8 子程序采樣子程序SAMP 采樣子程序流程圖如圖所示。采樣起始地址送R0，采樣次數(shù)送R2選通IN0，啟動(dòng)ADC延時(shí)A/D完成？所有采樣結(jié)束？YY圖 采樣子程序流程圖返回5.9積分分離PID控制算法的程序設(shè)計(jì)PID算法的表達(dá)式為：式中u(t)：調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)；e (t)：偏差信號(hào)；：調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；TI：調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間；TD：調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間。在計(jì)算機(jī)控制中，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，必須對(duì)上式進(jìn)行離散化處理。用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程。設(shè)系統(tǒng)的采樣周期為T(mén)，在t=kT時(shí)刻進(jìn)行采樣，式中e(k)：根據(jù)本次采樣值所得到的偏差； e(k-1)：由上次采樣所得到的偏差。將上面的三個(gè)式子代入，則有式中，T為采樣時(shí)間，項(xiàng)為積分項(xiàng)的開(kāi)關(guān)系數(shù)積分分離PID控制算法程序流程圖如圖所示。六、設(shè)計(jì)心得體會(huì)： 為期一周的課設(shè)終于落下帷幕，我熬夜做課設(shè)的生活告一段落，那種為了搞清原理，搞清引腳，相互討論、上網(wǎng)查資料的痛苦的滋