【正文】 合單片機常規(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TI公司生產(chǎn)的FLASH型超低功耗16位單片機MSP430F123為核心器件，通過熱電偶監(jiān)測系統(tǒng)溫度，用集成傳感器AD590作為溫度測量器件利用該芯片內(nèi)置的比較器完成高精度AD信號采樣，根據(jù)溫度的變化情況，通過單片機編寫閉環(huán)算法，從而成功地實現(xiàn)了對溫度控制的測量和自動控制功能。對比這兩種設(shè)計，基于單片機的溫度自動控制系統(tǒng)的使用更方便，價格低廉，易于實現(xiàn)，因此受到廣泛使用。ARM微處理器實時掃描進行數(shù)據(jù)的采集，對采集到的信號進行處理。測溫器件是用作溫度的采集。單片機溫度自動控制系統(tǒng)中，材料溫度由熱電阻測量，信號通過放大器放大，毫伏信號放大后由A/D轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，再通過光電耦合器，進入主機電路。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、熱電動勢,磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。(1)晶體管溫度檢測元件(2)集成電路溫度檢測元件(3)核磁共振溫度檢測器(4)熱噪聲溫度檢測器(5)石英晶體溫度檢測器(6)光纖溫度檢測器(7)激光溫度檢測器。目前,半導(dǎo)體溫度傳感器工作的溫度范圍還限于 50～150 ℃。對于測點較多，并具有報警、巡測、控制等多功能測溫裝置，一般采用單片機電路。溫度測量系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是傳感器，它將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號。其計算機控制系統(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控制對于確定的溫度系統(tǒng)，控制效果良好，但對于控制大滯后、大慣性、時變性溫度系統(tǒng)，控制品質(zhì)難以保證。溫度控制技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：l、定值開關(guān)控制；PID控制；智能控制。電阻爐設(shè)計方案從20世紀20年代開始，電阻爐就在工業(yè)上得到使用。定值開關(guān)控制方法的原理是若所測溫度比設(shè)定溫度低，則開啟控制開關(guān)加熱，反之則關(guān)斷控制開關(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)時無法靠控制手段降溫，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。比較而言，國外溫度控制系統(tǒng)的性能要明顯優(yōu)于國內(nèi)，其根本原因就是控制算法的不同。而國內(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，它主要完成對信號的接收、處理、對測點進行控制、溫度顯示等功能。目前的溫度檢測技術(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。未來主要的研究方向?qū)⑹侨绾螖U大它的溫度適用范圍,以及智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面。目前國內(nèi)外的溫度控制方式越來越趨向于智能化，溫度測量首先是由溫度傳感器來實現(xiàn)的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,新型溫度傳感器還會不斷出現(xiàn),目前,國內(nèi)外通用的溫度傳感器及測溫儀大致有以下幾種: 熱膨脹式溫度計、電阻溫度計、熱電偶、輻射式測溫儀表、石英溫度傳感器測溫儀。由主機進行數(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，從而實現(xiàn)對溫度的控制。ARM微處理器是系統(tǒng)的核心部分，它用來控制整個系統(tǒng)的工作流程?；贏RM的溫度控制系統(tǒng)通過合理地搭建ARM嵌入式平臺，采用PID自整定算法，與常規(guī)PID控制算法比較，使被控對象的溫度波動大幅度減小，具有響應(yīng)時間短、超調(diào)量小、控制精度高、穩(wěn)定性好、智能化等優(yōu)點。 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)外的應(yīng)用實例通過網(wǎng)上查詢，翻閱圖書了解到目前國內(nèi)外市場單片機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)速度開等特點。本系統(tǒng)的硬件電路簡單，程序易于實現(xiàn)。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)先進合理、功能完善、控制精度高、杭干擾能力強、通用性好、價格低, 使用方便等特點, 具有很好的社會經(jīng)濟效益。(6)電阻爐溫度單片機控制系統(tǒng)該系統(tǒng)把二端式半導(dǎo)體集成溫度傳感器AD590置于一個封閉嚴密的箱內(nèi)的中心位置, 通過ADC0804與單片機MCS51接口, 控制電阻。本設(shè)計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)計的響應(yīng)時間要求不高，所以有一些功能可以用軟件編程實現(xiàn)，如鍵盤的去抖動問題。軟件主要完成對采集的溫度信號進行處理及顯示控制等功能。系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)本著以下原則：(1) 盡可能選擇典型電路，并符合單片機常規(guī)用法。由軟件實現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時間比硬件實現(xiàn)長，且占用CPU時間。本系統(tǒng)的硬件電路主要包括模擬部分和數(shù)字部分，從功能模塊上來分有主機電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、控制執(zhí)行電路。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(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編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。當(dāng)P3口寫入“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，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。另外，該引腳被略微拉高。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。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“1”且在任何非空存儲字節(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，直到下一個硬件復(fù)位為止。其中的數(shù)據(jù)信息不會丟失，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)字計算機只能夠?qū)?shù)字信號進行處理，處理的結(jié)果還是數(shù)字量，它在用于生產(chǎn)過程自動控制的時候，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，這些非電子信號的模擬量先要經(jīng)過傳感器變成電壓或者電流信號， 然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能夠送往計算機進行處理。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)字信號的位數(shù)來表示。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個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。其他指標(biāo)還有：絕對精度(Absolute Accuracy) ，相對精度(Relative Accuracy)，微分非線性，單調(diào)性和無錯碼，總諧波失真（Total Harmonic Distortion縮寫THD）和積分非線性。一般在硬件仿真時采用ADC0808進行A/D轉(zhuǎn)換，實際使用時采用ADC0809進行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，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。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 　　數(shù)字傳感器——將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。拿傳感器來說，一個好的產(chǎn)品，可以給后期工作帶來很多方便。一般，精度越高，價格越貴。靈敏度高，與測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，在處理過程中，影響精度。五、頻率響應(yīng)特性在測量過程中，傳感器的輸出總有一定的延遲，跟實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)造簡單、使用方便、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、溫度測量范圍寬等特點，在溫度測量中占有很重要的地位。故選擇這種熱電偶。獨立式鍵盤電路配置靈活，軟件簡單，但在按鍵數(shù)較多時就會占用大量的輸入口線，該設(shè)計方法只適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。在本設(shè)計中采用的是獨立鍵組成的鍵盤，其電路圖如圖35所示，電路中共5個按鍵，包括設(shè)置鍵、4個溫度參數(shù)設(shè)置鍵。由于LED不能實現(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I/O口，此外多位LED動態(tài)掃描占用CPU處理時間，因此本方案中選擇LCD1602串口顯示。 第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。15腳背光正極，16腳背光負極。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。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲（1）驅(qū)動設(shè)計由于這里要介紹兩種驅(qū)動方式的方法，所以在設(shè)計模塊系統(tǒng)中將兩種驅(qū)動方式做到一塊，即程序里邊不僅介紹了PWM 輸出口驅(qū)動蜂鳴器的方法，還要介紹I/O 口驅(qū)動蜂鳴器的方法。軟件設(shè)計上，我們將根據(jù)兩種驅(qū)動方式來進行說明。 這里我們將PWM 的時鐘設(shè)置為4tosc，這樣一個PWM 的時鐘周期就是1μs 了，由此可以算出500μs 對應(yīng)的計數(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 位三個寄存器中填入F 和4，就完成了對輸出周期的設(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 來定時，將TIMER0 的預(yù)分頻設(shè)置為/1，選擇TIMER0 的始終為系統(tǒng)時鐘(主振蕩器時鐘/4)，在TIMER0 的載入/計數(shù)寄存器的高4 位和低4 位分別寫入00H 和06H，就能將TIMER0 的中斷設(shè)置為250μs。系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計，采用模塊化設(shè)計可以簡化系統(tǒng)軟件的編寫，使軟件編寫思路更加簡單明了。由于系統(tǒng)程序比較復(fù)雜，為了便于編寫、調(diào)試、修改，系統(tǒng)程序的編寫采用了模塊化的結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)包括主模塊、初始化模塊、溫度檢測模塊、鍵盤輸入模塊、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判斷是哪個鍵按下。在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時子程序后，再確認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，則確認真正有鍵按下，進行相應(yīng)處理工作，消除了抖動的影響。程序流程圖如圖44所示。從技術(shù)指標(biāo)可以看出，系統(tǒng)對控制精度的要求不高，對升降溫度的控制，如圖46所示。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語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進行仿真，圖52 加熱狀態(tài)圖53 停止加熱當(dāng)溫度大于上限值時,單片機向聲光報警電路發(fā)出控制信號,二極管發(fā)光,蜂鳴器發(fā)出響聲. 圖54