【正文】 合單片機(jī)常規(guī)用法。電路大量采用新型集成電路, 提高了系統(tǒng)的可靠性?？刂苹芈凡捎肈ahlin或積分分離增量式PID算法。軟件方面建立了供暖系統(tǒng)的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。（2）電烤箱溫度控制系統(tǒng)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)熱電偶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)溫度，用集成傳感器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)溫度控制的測(cè)量和自動(dòng)控制功能。對(duì)比這兩種設(shè)計(jì)，基于單片機(jī)的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的使用更方便，價(jià)格低廉，易于實(shí)現(xiàn)，因此受到廣泛使用。ARM微處理器實(shí)時(shí)掃描進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理。測(cè)溫器件是用作溫度的采集。單片機(jī)溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)中，材料溫度由熱電阻測(cè)量，信號(hào)通過(guò)放大器放大，毫伏信號(hào)放大后由A/D轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，再通過(guò)光電耦合器，進(jìn)入主機(jī)電路。溫度傳感器隨著溫度變化而引起變化的物理參數(shù)有: 膨脹、電阻、電容、熱電動(dòng)勢(shì),磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。(1)晶體管溫度檢測(cè)元件(2)集成電路溫度檢測(cè)元件(3)核磁共振溫度檢測(cè)器(4)熱噪聲溫度檢測(cè)器(5)石英晶體溫度檢測(cè)器(6)光纖溫度檢測(cè)器(7)激光溫度檢測(cè)器。目前,半導(dǎo)體溫度傳感器工作的溫度范圍還限于 50～150 ℃。對(duì)于測(cè)點(diǎn)較多，并具有報(bào)警、巡測(cè)、控制等多功能測(cè)溫裝置，一般采用單片機(jī)電路。溫度測(cè)量系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是傳感器，它將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已采用集散系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)的形式，大部分配有先進(jìn)的控制算法，能夠獲得較好的工藝性能指標(biāo)。應(yīng)用廣泛的溫度智能控制的方法有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家系統(tǒng)等，具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自協(xié)調(diào)等能力，保證了控制系統(tǒng)的控制精度、抗干擾能力、穩(wěn)定性等性能。PID控制對(duì)于確定的溫度系統(tǒng)，控制效果良好，但對(duì)于控制大滯后、大慣性、時(shí)變性溫度系統(tǒng)，控制品質(zhì)難以保證。溫度控制技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：l、定值開(kāi)關(guān)控制；PID控制；智能控制。電阻爐設(shè)計(jì)方案從20世紀(jì)20年代開(kāi)始，電阻爐就在工業(yè)上得到使用。定值開(kāi)關(guān)控制方法的原理是若所測(cè)溫度比設(shè)定溫度低，則開(kāi)啟控制開(kāi)關(guān)加熱，反之則關(guān)斷控制開(kāi)關(guān)。電阻爐是由電阻絲加熱升溫，靠自然冷卻降溫，當(dāng)電阻爐溫度超調(diào)時(shí)無(wú)法靠控制手段降溫，因而電阻爐溫度控制具有非線性、滯后性、慣性、不確定性等特點(diǎn)。比較而言，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)的性能要明顯優(yōu)于國(guó)內(nèi)，其根本原因就是控制算法的不同。而國(guó)內(nèi)大多數(shù)采用儀表控溫，由于控制設(shè)備精度低，使產(chǎn)品質(zhì)量受到很大影響。另一部分是電子裝置，它主要完成對(duì)信號(hào)的接收、處理、對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行控制、溫度顯示等功能。目前的溫度檢測(cè)技術(shù)原理很多，大致包括以下幾種:(1)物體熱脹冷縮原理(2)熱電效應(yīng)(3)熱阻效應(yīng)(4)利熱輻射原理。未來(lái)主要的研究方向?qū)⑹侨绾螖U(kuò)大它的溫度適用范圍,以及智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面。目前國(guó)內(nèi)外的溫度控制方式越來(lái)越趨向于智能化，溫度測(cè)量首先是由溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,新型溫度傳感器還會(huì)不斷出現(xiàn),目前,國(guó)內(nèi)外通用的溫度傳感器及測(cè)溫儀大致有以下幾種: 熱膨脹式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱電偶、輻射式測(cè)溫儀表、石英溫度傳感器測(cè)溫儀。由主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷分析，再輸出數(shù)字控制量，去控制加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。ARM微處理器是系統(tǒng)的核心部分，它用來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的工作流程?；贏RM的溫度控制系統(tǒng)通過(guò)合理地搭建ARM嵌入式平臺(tái)，采用PID自整定算法，與常規(guī)PID控制算法比較，使被控對(duì)象的溫度波動(dòng)大幅度減小，具有響應(yīng)時(shí)間短、超調(diào)量小、控制精度高、穩(wěn)定性好、智能化等優(yōu)點(diǎn)。 溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用實(shí)例通過(guò)網(wǎng)上查詢，翻閱圖書(shū)了解到目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)很多，而且方便靈活，且應(yīng)用面比較廣，可用于工業(yè)上的加熱爐、熱處理爐，在生活中的應(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。其溫度范圍較低，大概在0250之間，具有精度高，相應(yīng)速度開(kāi)等特點(diǎn)。本系統(tǒng)的硬件電路簡(jiǎn)單，程序易于實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理、功能完善、控制精度高、杭干擾能力強(qiáng)、通用性好、價(jià)格低, 使用方便等特點(diǎn), 具有很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。(6)電阻爐溫度單片機(jī)控制系統(tǒng)該系統(tǒng)把二端式半導(dǎo)體集成溫度傳感器AD590置于一個(gè)封閉嚴(yán)密的箱內(nèi)的中心位置, 通過(guò)ADC0804與單片機(jī)MCS51接口, 控制電阻。本設(shè)計(jì)采用了典型的顯示電路、A/D轉(zhuǎn)化電路，為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。由于本設(shè)計(jì)的響應(yīng)時(shí)間要求不高，所以有一些功能可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)，如鍵盤(pán)的去抖動(dòng)問(wèn)題。軟件主要完成對(duì)采集的溫度信號(hào)進(jìn)行處理及顯示控制等功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)本著以下原則：(1) 盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)常規(guī)用法。由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時(shí)間比硬件實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)，且占用CPU時(shí)間。本系統(tǒng)的硬件電路主要包括模擬部分和數(shù)字部分，從功能模塊上來(lái)分有主機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤(pán)顯示電路、控制執(zhí)行電路。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。外形及引腳排列如圖31所示:圖31 AT89C51引腳圖VCC：供電電壓。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。另外，該引腳被略微拉高。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。其中的數(shù)據(jù)信息不會(huì)丟失，也即復(fù)位后，只影響SFR中的內(nèi)容，內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不受影響。數(shù)字計(jì)算機(jī)只能夠?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，處理的結(jié)果還是數(shù)字量，它在用于生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的時(shí)候，所要處理的變量往往是連續(xù)變化的物理量，如溫度、壓力、速度等都是模擬量，這些非電子信號(hào)的模擬量先要經(jīng)過(guò)傳感器變成電壓或者電流信號(hào)， 然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能夠送往計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。為了保證數(shù)據(jù)處理結(jié)果的準(zhǔn)確性， AD轉(zhuǎn)換器和DA轉(zhuǎn)換器必須有足夠的轉(zhuǎn)換精度。分辨率又稱精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來(lái)表示。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率(Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。通常是1個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。其他指標(biāo)還有：絕對(duì)精度(Absolute Accuracy) ，相對(duì)精度(Relative Accuracy)，微分非線性，單調(diào)性和無(wú)錯(cuò)碼，總諧波失真（Total Harmonic Distortion縮寫(xiě)THD）和積分非線性。一般在硬件仿真時(shí)采用ADC0808進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 115和17～21：8位數(shù)字量輸出端。 9（OE）：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 12（VREF（+））和16（VREF（））：參考電壓輸入端 11（Vcc）：主電源輸入端。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。 　　數(shù)字傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。拿傳感器來(lái)說(shuō)，一個(gè)好的產(chǎn)品，可以給后期工作帶來(lái)很多方便。一般，精度越高，價(jià)格越貴。靈敏度高，與測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，在處理過(guò)程中，影響精度。五、頻率響應(yīng)特性在測(cè)量過(guò)程中，傳感器的輸出總有一定的延遲，跟實(shí)際值也有一定的差別。影響穩(wěn)定性的因素除自身原因外，主要是環(huán)境因素。此次設(shè)計(jì)應(yīng)該選用熱電偶，熱電偶是工程上應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器，它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、使用方便、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、溫度測(cè)量范圍寬等特點(diǎn)，在溫度測(cè)量中占有很重要的地位。故選擇這種熱電偶。獨(dú)立式鍵盤(pán)電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)單，但在按鍵數(shù)較多時(shí)就會(huì)占用大量的輸入口線，該設(shè)計(jì)方法只適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。在本設(shè)計(jì)中采用的是獨(dú)立鍵組成的鍵盤(pán)，其電路圖如圖35所示，電路中共5個(gè)按鍵，包括設(shè)置鍵、4個(gè)溫度參數(shù)設(shè)置鍵。由于LED不能實(shí)現(xiàn)溫度值及其單位“℃”的理想表示，并且LED連接占用較多的單片機(jī)I/O口，此外多位LED動(dòng)態(tài)掃描占用CPU處理時(shí)間，因此本方案中選擇LCD1602串口顯示。 第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。1．壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。 壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲（1）驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)由于這里要介紹兩種驅(qū)動(dòng)方式的方法，所以在設(shè)計(jì)模塊系統(tǒng)中將兩種驅(qū)動(dòng)方式做到一塊，即程序里邊不僅介紹了PWM 輸出口驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的方法，還要介紹I/O 口驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的方法。軟件設(shè)計(jì)上，我們將根據(jù)兩種驅(qū)動(dòng)方式來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。 這里我們將PWM 的時(shí)鐘設(shè)置為4tosc，這樣一個(gè)PWM 的時(shí)鐘周期就是1μs 了，由此可以算出500μs 對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值為500μs/1μs=（500）10=（1F4）16，即分別在周期寄存器的高2 位、中4 位和低4 位三個(gè)寄存器中填入F 和4，就完成了對(duì)輸出周期的設(shè)置。只需要在占空比寄存器的高2 位、中4 位和低4 位中分別填入0、F 和A 就可以完成對(duì)占空比的設(shè)置了，設(shè)置占空比為1/2duty。在程序上，可以使用TIMER0 來(lái)定時(shí)，將TIMER0 的預(yù)分頻設(shè)置為/1，選擇TIMER0 的始終為系統(tǒng)時(shí)鐘(主振蕩器時(shí)鐘/4)，在TIMER0 的載入/計(jì)數(shù)寄存器的高4 位和低4 位分別寫(xiě)入00H 和06H，就能將TIMER0 的中斷設(shè)置為250μs。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，采用模塊化設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)軟件的編寫(xiě)，使軟件編寫(xiě)思路更加簡(jiǎn)單明了。由于系統(tǒng)程序比較復(fù)雜，為了便于編寫(xiě)、調(diào)試、修改，系統(tǒng)程序的編寫(xiě)采用了模塊化的結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)包括主模塊、初始化模塊、溫度檢測(cè)模塊、鍵盤(pán)輸入模塊、液晶顯示模塊、中斷服務(wù)模塊、控制算法模塊、輸出控制模塊等幾個(gè)部分，其軟件總體結(jié)構(gòu)圖如圖41所示。主程序流程圖如圖42所示。②判斷是哪個(gè)鍵按下。在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)子程序后，再確認(rèn)電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)真正有鍵按下，進(jìn)行相應(yīng)處理工作，消除了抖動(dòng)的影響。程序流程圖如圖44所示。從技術(shù)指標(biāo)可以看出，系統(tǒng)對(duì)控制精度的要求不高，對(duì)升降溫度的控制，如圖46所示。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯。 （2）仿真處理器及其外圍電路。將keil編譯程序輸入單片機(jī)進(jìn)行仿真，圖52 加熱狀態(tài)圖53 停止加熱當(dāng)溫度大于上限值時(shí),單片機(jī)向聲光報(bào)警電路發(fā)出控制信號(hào),二極管發(fā)光,蜂鳴器發(fā)出響聲. 圖54