【正文】 武漢理工大學《計算機控制技術》課程設計說明書摘要本系統(tǒng)是以AT89C52單片機作為主控芯片，采用增量式PID控制算法，實現(xiàn)溫度測控的系統(tǒng)。系統(tǒng)溫度設定采用矩陣式鍵盤輸入，系統(tǒng)溫度測量采用電流型溫度傳感器AD590，通過ADC0832采樣得出溫度。加熱部分采用PWM驅動雙向晶閘管，綜合過零檢測和PID算法控制加熱功率。制冷通過調節(jié)陶瓷制冷片制冷功率和制冷時間達到制冷目的。通過以上幾個模塊的配合使用，可以實現(xiàn)溫度的任意設定，并讓烘箱內的溫度和設定的溫度一致，并且保持不變。關鍵字：溫度控制、PID算法、溫度傳感器、DAC083單片機目錄1設計內容及要求 1 1 12系統(tǒng)方案設計與論證 1 1 2 2 3 3 A/D采樣芯片的選擇 4 4 43主要元器件介紹 5 AT89C52單片機 5 AD590溫度傳感器 6 ADC0832采樣芯片 6 ADC0832的主要特性 7 ADC0832的工作原理及時序 74硬件電路設計 8 8 9 過零檢測電路設計 115軟件設計 12 增量式PID原理與算法 12 PID控制算法流程圖 13 156仿真與測試 16 16 16 177小結與體會 18參考文獻 19附錄 2031計算機溫度測控系統(tǒng)1設計內容及要求溫度指標：60～80℃之間任選；偏差：1℃。1）、每組4～5同學，每個小組根據設計室提供的設備及設計要求，設計出實際電路組成一個完整的計算機溫度測控系統(tǒng)。2）、根據設備情況以及被控對象，選擇1～2種合適的控制算法，編制程序框圖和源程序，并進行實際操作和調試通過。在設計室，測試系統(tǒng)對烘箱的控制過程，（30分鐘）測試觀察烘箱的溫度變化情況，是否達到設計的要求。，觀察系統(tǒng)對恒溫的恢復能力。2系統(tǒng)方案設計與論證本系統(tǒng)由單片機、矩陣鍵盤模塊、數碼管顯示模塊、溫度采集與D/A轉換模塊、溫度加熱模塊、溫度制冷模塊組成，系統(tǒng)方框圖如圖1所示。AT89C52單片機溫度加熱矩陣鍵盤溫度制冷數碼管顯示溫度采集與D/A轉換 圖1 系統(tǒng)方框圖方案一：采用AT89C52單片機作為主控芯片。AT89C52單片機電源電壓為5V，有兩種低功耗方式：待機方式和掉電方式，最低耗電電流為3mA。AT89C52單片機I/O口資源豐富，有4組32個通用I/O，操作方便，能很好的滿足題目的要求。方案二：采用MSP430F1612單片機作為主控芯片。MSP430F1612具有功耗低、硬件功能模塊多、I/O口豐富，擁有獨立硬件乘法器，能夠滿足本次設計的控制要求。綜上考慮，兩種單片機都能滿足本次設計的控制要求，但考慮到Proteus軟件對51單片機的仿真更加成熟，所以最終選擇AT89C52單片機作為主控單片機。根據題目要求，用“+”、“”鍵分別控制設定溫度以1℃為步進增減，且溫度可設置在60～80℃之間的任意一個值。為此，本次矩陣鍵盤模塊功能鍵如圖2所示：98 7+確定0321654 圖2 矩陣鍵盤按鍵功能說明：“+”和“—”鍵分別控制設定溫度以1℃為步進增減； 數字鍵實現(xiàn)溫度設置在60～80℃之間任意值，例如要是溫度為75℃，只需先按“7”鍵，再按“5”鍵，最后按“確定”鍵即可。本系統(tǒng)中主要有兩部分信息需要顯示：設置溫度值和實際溫度值。所以主要有以下兩種方案可供考慮：方案一：采用1602液晶作為顯示模塊。1602液晶可以顯示兩行字符，每行最多可以顯示16個字符，畫面較清晰。方案二：采用七段數碼管作為顯示模塊。七段數碼管由七個LED燈組成，對七個LED燈進行編碼顯示數字信息，控制位選和段選讓不同的數碼管顯示，顯示清洗明了。綜上所述，兩種方案均可完成顯示任務，考慮到在proteus軟件中數碼管顯示更加清洗，所以本次設計采用數碼管顯示。 方案一：采用溫度傳感器AD590K。AD590K具有較高精度和重復性，良好的非線性保證177?！娴臏y量精度。加上軟件非線性補償可以實現(xiàn)高精度測量。AD590將溫度轉化為電流信號，因此要加相應的調理電路，將電流信號轉化為電壓信號。送入12為A/D轉換器，可以獲得4096級的精度，滿足題目要求。 方案二：采用數字溫度傳感器DS18B20。DS18B20為數字式溫度傳感器，無需其他外加電路，直接輸出數字量?？芍苯优c單片機通信，讀取測溫數據，電路簡單。綜上所述，溫度傳感器AD590K精度相較于DS18B20來說，測溫范圍大，精度高，在實際應用中，DS18B20溫漂較大，雖然電路簡單，但性能稍差，故選擇方案一。 A/D采樣芯片的選擇方案一：選用ADC0809采樣。ADC0809是美國國家半導體公司生產的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數轉換器，數據并行傳輸。轉換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，模擬輸入電壓范圍0～5V，不需零點和滿刻度校準，工作溫度范圍為40～+85攝氏度。由于其數據位并行傳輸，比較耗費I/O口。方案二：選用ADC0832采樣。ADC0832 是美國國家半導體公司生產的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉換芯片，數據串行傳輸。輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容，5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間，工作頻率為250KHZ，轉換時間為32μS，一般功耗僅為15mW。由于其串行傳輸方式比較節(jié)約I/O口，故本次設計選用方案二。方案一：直接將220V交流電加在電熱絲上加熱，加熱功率大，響應快，但是無法調節(jié)功率，會造成較大的超調量。方案二：將雙向晶閘管BTA12與電熱絲串聯(lián)接在220V交流電上，配合過零檢測電路，可以調整加熱功率，既能調整響應速度，又能調整超調量，個選用方案二。方案一：采用風扇制冷。當溫度高于設定值是啟動風扇，加速水汽蒸發(fā)和熱交換降溫。 方案二：選用半導體陶瓷制冷片。陶瓷制冷片能夠將電能轉換為熱能，其工作特點是一面發(fā)熱一面制冷，加速熱交換，達到制冷的效果。 綜合題目要求，方案二更能滿足要求，故選擇方案二。3主要元器件介紹 AT89C52單片機AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。其主要用于會聚調整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內部寄存器、數據RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0~P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中，P0 端口（32~39 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應功能管腳相連接，1