【正文】 3 顯示接口電路設(shè)計 14 顯示技術(shù)的發(fā)展及其特點 14 LED顯示接口設(shè)計 14 輸出控制電路設(shè)計 16 輸出控制電路元件簡介 17 輸出控制電路的設(shè)計 20 簡易式鍵盤接口電路設(shè)計 22 8255可編程并行I/O接口設(shè)計 22 鍵盤電路及其說明 23 復位電路 25 時鐘電路 26 報警電路 26第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 28 主程序設(shè)計 28 軟件抗干擾設(shè)計 29 增量式PID算法程序設(shè)計 30 控制部分程序 32 鍵盤模塊 32 顯示子程序 33 數(shù)據(jù)采集模塊 35第4章 結(jié) 論 36參考文獻 37致 謝 38附 錄Ⅰ 39附 錄Ⅱ 47附 錄Ⅲ 48II第1章 緒 論 計算機控制系統(tǒng)簡介計算機控制系統(tǒng)由主體(包括硬件、軟件與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))和被控對象兩大部分組成，工業(yè)生產(chǎn)過程中的自動控制系統(tǒng)因被控對象、控制算法及采用的控制器結(jié)構(gòu)不同而有所區(qū)別。該系統(tǒng)通過測量傳感器對被控對象的被控量（如溫度、壓力、流量、成分、位移等物理量）進行測量，再由變送器將測量元件的輸出信號變換成一定形式的電信號，反饋給控制器。它的控制是直接根據(jù)給定信號去控制被控對象的工作，這種系統(tǒng)本質(zhì)上不具備自動消除被控參數(shù)給定值的誤差，控制系統(tǒng)中產(chǎn)生的誤差全部反映在被控參數(shù)上，它與閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，控制結(jié)構(gòu)簡單，但性能較差，常用在控制精度要求不高的控制裝置中。計算機控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上也分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩種。因此，在這種控制系統(tǒng)中，需要有將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及將數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換為模擬控制信號的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。l 信息管理：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共享和管理也介入到控制系統(tǒng)中。它們通過微處理器或微控制器的地址總線和數(shù)據(jù)總線構(gòu)成一個系統(tǒng)。測試儀器的智能化已是現(xiàn)代儀器儀表發(fā)展的主流方向。家禽的孵化原理其實很簡單，主要是提供雞蛋到雛雞轉(zhuǎn)變所需要的條件，因此，抓好孵化過程中各個環(huán)節(jié)的管理工作，盡可能地為孵化提供最佳的條件，孵化率就能夠得到保障。孵化溫度與蛋的品種、大小、保存時間以及種雞日齡等因素有關(guān)，℃。單片機軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制?，F(xiàn)流行的單片機有很多種，其中MCS51系列以較高的性價比博得很多用戶的青睞。這種情況下可利用MCS51單片機所具有的擴展功能擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。6264靜態(tài)RAM擴展6264是8K8位靜態(tài)隨機存儲器，采用CMOS工藝制造，單一+5V電源供電，額定功率200mW，典型存取時間200ns，為28線雙列直插式封裝，,。傳感器的基本特性是指傳感器的輸出與輸入之間的關(guān)系特性，一般分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性兩類。以熱電阻或熱敏電阻為主要器件制成的傳感器稱為熱電阻傳感器或熱敏電阻傳感器。以具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻為例,這類熱敏電阻隨著溫度的上升而阻值下降,并在下降過程中把溫度量的變化轉(zhuǎn)換成電量的變化。 熱敏電阻的特點熱敏電阻是溫敏元件，其感溫過程遵從熱傳遞原理,用熱平衡方程描述,熱敏電阻是參數(shù)式敏感元件,需將敏感元件的輸出信號變換為電量參數(shù),故接口電路必須外加電源。本設(shè)計采用的是熱敏電阻電橋接口變換。為避免熱敏電阻加熱效應(yīng)取。 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換接口是系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集前向通道的一個重要環(huán)節(jié)。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)用來完成多路模擬信號的切換,信號調(diào)節(jié)則是將微弱的模擬信號轉(zhuǎn)換成能滿足A/D轉(zhuǎn)換器需要的電平信號。由于計算機的工作速度很快，而被測參數(shù)的變化比較慢，所以，一臺計算機可供幾十個回路使用。前者稱為多路開關(guān)，后者叫做多路分配器，或叫做反多路開關(guān)。 CD4051引腳圖 CD4051真值表輸入狀態(tài)接通通道INHCBACD40510000010011201023011341004510156110671117 CD4051在工作時，從引腳A、B、C輸入通道號，經(jīng)三八譯碼器單元譯碼后，選通8個通道開關(guān)TG中的一個。 AD574結(jié)構(gòu)及原理AD574是美國模擬器件公司（Analog Devices）生產(chǎn)的12位逐次逼近型快速A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速度為35s，轉(zhuǎn)換誤差+％，是目前我國廣泛應(yīng)用、價格適中的A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部有三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無須加邏輯接口電路，便能與CMOS及TTL電平兼容。控制邏輯部分，用來發(fā)出啟動/停止始終信號及復位信號，并控制轉(zhuǎn)換過程，此部分信號包括5個外部信號以及內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。通用控制引腳的功能與大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器相似，主要決定裝置定時、尋址、啟動脈沖和讀使能等功能。l 為數(shù)據(jù)格式選擇端。A=1時，則輸出低4位數(shù)據(jù)加4位附加0。A引腳有兩個作用，一是選擇字節(jié)長度；二是與8位微處理器兼容時，用來選擇讀出字節(jié)。注意，如果=1，A的狀態(tài)不起作用。l 數(shù)據(jù)格式控制端接地，可與8位單片機兼容，12位數(shù)據(jù)分兩次傳送。 顯示接口電路設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，常用的顯示器件有LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD(液晶顯示器)。 顯示技術(shù)的發(fā)展及其特點進入二十一世紀以來，顯示技術(shù)作為人機聯(lián)系和信息展示的窗口，已應(yīng)用于娛樂、工業(yè)、軍事、交通、教育、航空航天、衛(wèi)星遙感和醫(yī)療等各個方面，顯示產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為電子信息工業(yè)的一大支柱產(chǎn)業(yè)。顯示器器件的分類有各種方式，按顯示內(nèi)容、形狀分為數(shù)碼、字符、軌跡、圖表、圖形的圖像顯示器；按所用顯示材料可分為固體、液體、氣體、等離子提和液晶體顯示器。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮；共陽極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接，當某個發(fā)光二極管的陰極為低電平時，發(fā)光二極管點亮。本設(shè)計選用的顯示塊是共陰極的LED（共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極接地，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮）。其功能是輸入BCD碼，輸出7段顯示器的字行碼。如：MC145474LS47等。本設(shè)計采用的是第三類，用的芯片是74LS374。當89C51的P14口為0時,MOC3041的發(fā)光二極管發(fā)光,由于過零電路的同步作用，內(nèi)部的雙向可控硅在過零后馬上導通，從而使功率雙向可控硅T1導通，在負載RL中有電流流過。此外，為了隔離和抗干擾，還需要加接光電耦合器。過零觸 發(fā)465123 MOC3041的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳它由輸入和輸出兩部分組成。在紅外線的作用下,雙向可控硅可以雙向?qū)?與過零觸發(fā)器一起輸出同步脈沖,去控制執(zhí)行機構(gòu)外部的雙向可控硅。(2)過零觸發(fā)電路若只用單片機輸出的控制信號控制光耦合可控硅的通斷，則可控硅導通瞬間電相位是隨機的，這樣會產(chǎn)生很多高頻分量，在大功率電路中，有如下害處：1) 污染電源，產(chǎn)生電磁波干擾，有可能影響其它設(shè)備，也可能干擾控制電路，影響系統(tǒng)的正常工作?？煽毓璎F(xiàn)在有三種最基本結(jié)構(gòu)：單向可控硅SCR（Silicon Controlled Rectificer）,雙向可控硅Triac，和可關(guān)斷晶閘管可控硅GTO（Gate TurnOff Thyistor）。由于雙向可控硅是雙向?qū)ǖ?，故它的電極不能稱陰極、陽極。雙向可控硅在觸發(fā)后，主電路的電流可雙向流過；而在控制觸發(fā)方面，雙向可控硅也具有雙向性，故雙向可控硅在觸發(fā)時有四種觸發(fā)方式：第一象限觸發(fā)：MT2+，G+。第一象限阻斷第三象限阻斷VDRMVDRMIIIH 雙向可控硅的伏安特性第三象限觸發(fā)：MT2，G。絕大多數(shù)雙向可控硅的最高觸發(fā)靈敏度在第一、第三象限。在阻斷狀態(tài)下，可控硅的PN結(jié)相當于一個電容，如果突然受到正向電壓，充電電流流過門極PN結(jié)時，起了觸發(fā)電流的作用。 雙向可控硅電路 輸出控制電路的設(shè)計在設(shè)計當中，采納了Motorola公司推出的單片集成可控硅驅(qū)動器件MOC3041作為為對輸出的驅(qū)動和控制。R10：控制回路限流電阻，保護MOC3041中的雙向可控硅。所以 =（）/ =（）/ =200Ω式中：為電源電壓；為輸入端發(fā)光二極管的壓降,；為驅(qū)動器的壓降；為發(fā)光二極管的工作電流。電流傳輸比受發(fā)光二極管的工作電流大小影響，一般電流為10～20mA，電流傳輸比最大，電流小于10mA或大于20mA時，傳輸比都下降。的大小由下式計算：=/ （26）式中：為工作電壓的峰值；為MOC3041輸出端的最大允許電流。MOC3041過零檢測的電壓值為20V，所以限流電阻取稍大于20Ω。電容的大小根據(jù)負載電流的大小來確定，一般的使用場合，～。8255有3個可編程并行I/O端口：A口、B口、C口。當這個引腳為低電平時，8255輸出數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息到CPU，CPU對8255A進行讀操作。此引腳為高電平時，所有8255內(nèi)部寄存器都清零，所有通道都設(shè)置為輸入方式，24條I/O口引腳為高阻態(tài)。當有效時，這兩位的4種組合00、011分別用來選擇A、B、C口和控制寄存器，所以一片8255共有4個地址單元。每根輸入線上的按鍵上的工作狀態(tài)不會影響其它線上的工作狀態(tài)，所以可以稱之為獨立式鍵盤。：圖中行線通過電阻接+5V，當鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行線和列線斷開，行線呈高電平。 簡易式鍵盤的接口電路鍵盤功能說明：1號鍵：上升。5號鍵：查詢上下限值。通常按鍵所用開關(guān)為機械彈性開關(guān)，均利用了機械觸點的合、斷作用。復位電路通常采用上電復位和按鈕復位兩種方式。該設(shè)計時鐘頻率為12MHz，C取22μF，R取1K歐姆。該設(shè)計選用12MHz晶振，與之相適應(yīng)的電容的典型值是30pF左右。初始化按鍵設(shè)定溫度上下限送顯示鍵盤處理有鍵按下?開始顯示正常溫度等待下一個采樣調(diào)溫度子程序轉(zhuǎn)換送顯示PID運算高溫報警并停止加熱低溫報警并加熱YNYYNN送counter=3Ncounter1=0?counter1=0?Y 主程序流程圖主程序完成的功能是：啟動傳感器測量溫度，將測量溫度與給定值比較進行PID運算，若，則進入加熱階段，置P13為高電平。該系統(tǒng)所須的堆棧、數(shù)據(jù)存儲區(qū)也都足夠了，所以也不必進行外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展。低于或等于下限溫度時加熱，高于或等于上限溫度時保溫。正常工作時顯示溫度值。一、 指令冗余當CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。當彈飛的程序落到非程序區(qū)時，前一個條件即不滿足。由于軟件陷阱都安排在正常程序執(zhí)行不到的地方，因此不影響程序執(zhí)行的效率。由于軟件系統(tǒng)的靈活性，PID算法可以修正和完善，從而使數(shù)字PID具有很大的靈活性和適用性。加大比例系數(shù)可以減小靜差,但是, 比例系數(shù)過大會使系統(tǒng)動態(tài)質(zhì)量變壞，引起輸出量震蕩,甚至導致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。增大積分時間常數(shù)將減慢靜差的過程，但可減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。增量式PID控制算式具有以下優(yōu)點。k次采樣增量式PID輸出算式為 其中,設(shè) 所以, 。 開始地址和計數(shù)器換碼送顯存顯示燈亮、蜂鳴器響，打開加熱器LED顯示返回計數(shù)器換碼送顯存YN 加熱報警子程序流程圖 鍵盤模塊本部分主要是實現(xiàn)輸入設(shè)定溫度和查詢設(shè)定溫度的功能。因為用手按下一個鍵時，往往會出現(xiàn)所按鍵在閉和位置和斷開位置之間跳動幾下才穩(wěn)定到閉和狀態(tài)的情況。開始有鍵按下？延時20ms判別鍵號執(zhí)行鍵處理子程序返回NY 鍵盤處理子程序流程圖 顯示子程序此模塊采用的是動態(tài)掃描的方法，在顯示過程中，在89C51內(nèi)部RAM中4個顯示緩沖單元30H34H ，分別存放顯示器的4位數(shù)據(jù)。動態(tài)顯示是把十六進制數(shù)（或BCD碼）轉(zhuǎn)換為相應(yīng)字形碼，故它通常需要在RAM區(qū)建立一個顯示緩沖區(qū)。采樣程序初始化各通道都采集一次？輸出通道號啟動A/D轉(zhuǎn)換讀A/D數(shù)據(jù)修改通道及通道號重裝定時器0常數(shù)啟動返回NY圖36 采樣程序流程圖第4章 結(jié) 論本設(shè)計主要內(nèi)容有多路實時檢測現(xiàn)場溫度參數(shù)電路設(shè)計，輸出控制電路設(shè)計，單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計，軟件設(shè)計。本文采用的是三路信號采集，如果實現(xiàn)效果更好的控制，可以采用多路控制。從導師身上學到的我想不僅僅是專業(yè)知識，他嚴謹求實的治學態(tài)度和思考問題時縝密的思維以及高度負責的敬業(yè)精神都讓我為之深深欽佩。 PID control。 Control performance.2. IntroductionFuzzy control was first applied by Mamdani to control a steam engine and this served as the starting point for practical application. The fuzzy inference method used by Mamdani was the “direct inference method”, which is currently