【正文】 亮的，要求驅(qū)動(dòng)功率較大。在中斷服務(wù)程序中啟動(dòng) A/D，讀入采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字濾波、上下限報(bào)警處理，PID 計(jì)算，然后輸出控制脈沖信號(hào)。在系統(tǒng)軟件中，主程序完成系統(tǒng)初始化和電爐絲的導(dǎo)通和關(guān)斷；爐溫測(cè)定、鍵盤輸入、時(shí)間確定和顯示、控制算法等都由子程序來(lái)完成；中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)測(cè)溫。從功能上可將其分為溫度信號(hào)采集及A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)交互、執(zhí)行四大部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)功能，可以將系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為若干個(gè)子程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，如溫度采集子程序，數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序、PID控制子程序。固態(tài)繼電器的簡(jiǎn)介：固態(tài)繼電器（SOLID STATE RELAYS ），簡(jiǎn)寫成”SSR”，是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)元件，它利用電子元件（如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件）的開關(guān)特性，可達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)無(wú)火花地接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無(wú)觸點(diǎn)開關(guān) ”。205。198。串行口通信原理圖如圖317所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 14Jun2022 Sheet of File: F:\三三 \三三三三\三三 \99三三三\ Drawn By:C1+1V+2C13C2+4C25V6T2OUT7R2IN8 R2OUT 9T2IN 10T1IN 11R1OUT 12R1IN 13T1OUT 14GND 15VCC 16U3RS232162738495J6DB9C3 C4C5C2VCCGNDC1GND圖317 串行口通信湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)25 輸出電路設(shè)計(jì) 報(bào) 警 單 元報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)的是當(dāng)環(huán)境溫度值超過(guò)系統(tǒng)設(shè)置的上限值或者小于系統(tǒng)設(shè)置的下限值時(shí)，都將通過(guò)I/O 口驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警 [2]。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)241 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 16Jun2022 Sheet of File: F:\三三\三三三三\三三\99三三三\ Drawn By:abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpGND9WE10LED4圖 316 數(shù)碼管管腳圖 串口通信串口通信的主要功能是完成單片機(jī)與上位機(jī)的通信，便于進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，為將來(lái)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展做好基礎(chǔ)工作。在串聯(lián)方式中，確定電源電壓 VCC 時(shí)，每只 LED 工作電壓通常以 計(jì)算，例如 4 英寸 7 段 LED 數(shù)碼顯示器 LC4141 的每一筆段由四只 LED 發(fā)光二極管按串聯(lián)方式連接而成，因此導(dǎo)通電壓應(yīng)在 78V 之間，電源電壓 VCC 必須取 9V 以上。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 16Jun2022 Sheet of File: F:\三三 \三三三三\三三 \99三三三\ Drawn By:A1B2QA 3QB 4QC 5QD 6CLK8CLR9QE 10QF 11QG 12QH 13U474LS164圖 315 74LS164 管腳圖湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)23A 和 B 為 74LS64 的串行輸入端； QAQH 為 74LS64 的串行輸出端；CLK 是串行時(shí)鐘輸入端；CLR 是串行輸出清零端；VCC：+5V； GND：接地端。顯示內(nèi)容有溫度值的千位、百位、十位、個(gè)位。字符型液晶顯示屏已經(jīng)成為了單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件之一。數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容比較直觀，通常顯示從0到9中的任意一個(gè)數(shù)字，一個(gè)數(shù)碼管可以顯示一位，多個(gè)數(shù)碼管就可以顯示多位，在顯示位數(shù)比較少的電路中，程序編寫，外圍電路設(shè)計(jì)都十分簡(jiǎn)單，但是當(dāng)要顯示的位數(shù)相對(duì)多的時(shí)候，數(shù)碼管操作起來(lái)十分煩瑣，顯示的速度受到限制。3 鍵增加鍵，按下一次在原基礎(chǔ)之上加 1，這個(gè)值在 09 之間變化。3 鍵增加鍵，按下一次在原基礎(chǔ)之上加 1，這個(gè)值在 09 之間變化。它由 4 個(gè)按鍵構(gòu)成，直接與單片機(jī) I/O 口相連。抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間隨鍵盤材料和操作員而異，不過(guò)通?？偸遣淮笥?10ms。缺點(diǎn)：每個(gè)按鍵需占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。各按鍵開關(guān)均需要采用了上拉電阻，是為了保證在按鍵斷開時(shí)，各I/O有確定的高電平。缺點(diǎn)：機(jī)械抖動(dòng)比較嚴(yán)重、外型不夠美觀。一般而言，人機(jī)交互是由系統(tǒng)配置的外部設(shè)備來(lái)完成，其實(shí)現(xiàn)方式有兩種：一種是由MCU的I/O口驅(qū)動(dòng)專用芯片實(shí)現(xiàn)，如鍵盤顯示控制芯片，串行數(shù)據(jù)傳輸數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)芯片等，來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。該系統(tǒng)采用增量式PID控制算法，是指數(shù)字控制器輸出只是控制量的增量，該算法編程簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲(chǔ)空間少，運(yùn)算快。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，可以用求和代替積分，用差商代替微分，即做如下近似變換： （31）000()()()[1]1)kktjjTedeTet k??????式中，k 為采樣序號(hào)，k=l，2，3，……；T 為采樣周期。、帶載聯(lián)調(diào)，再對(duì) PID 參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直至滿足要求。記錄此時(shí)的 Ti，設(shè)定 PID 的積分時(shí)間常數(shù) Ti 為當(dāng)前值的 150%~180%。 數(shù) 字 PID 算 法湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)18PID 調(diào)節(jié)的一般步驟： P：確定比例增益 P 時(shí)，首先去掉 PID 的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，一般是令Ti=0、Td=0（具體見 PID 的參數(shù)設(shè)定說(shuō)明），使 PID 為純比例調(diào)節(jié)。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。通過(guò)DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。三．單片機(jī)與ADC0832的接口ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。ADC0832的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。GND 芯片參考0電位（地）。C；圖311 《ADC0832引腳圖》二．信號(hào)引腳ADC0832引腳如圖311所示。ADC0832具有以下特點(diǎn)：8位分辨率；雙通道A/D轉(zhuǎn)換；輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間；工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μ S；一般功耗僅為15mW；8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC多種封裝；商用級(jí)芯片溫寬為0176。這個(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行 N 次(模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù))。假定輸人電壓大于參考信號(hào)的一半，對(duì) 8 位 ADC 來(lái)說(shuō)，第一次比較將產(chǎn)生二進(jìn)制碼 10000000。每次比較可以產(chǎn)生該位確切的二進(jìn)制值(0 或 1)。模擬電壓轉(zhuǎn)換得到的二進(jìn)制碼的數(shù)值取決于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。軟件的使用會(huì)降低模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程的速度。A/D 轉(zhuǎn)換電路用來(lái)把連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字形式，即二進(jìn)制數(shù)。工作過(guò)程與 IC1 相同。當(dāng)輸入信號(hào)電壓接近 IC1 的同相端時(shí)，湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)15IC1 的輸出逐漸降低，隨之，D1 逐漸導(dǎo)通，V4 逐漸增大，直到 V4 接近 A 點(diǎn)電壓為止。處理得好可以達(dá)到較高的精度。(1)單反饋法：利用負(fù)反饋，可以改善其線性，但是很有限。C 時(shí)，該增加值下降。C 升高到 1800176。熱電偶的結(jié)構(gòu)形式是熱電極，絕緣材料和保護(hù)管，并與顯示儀表、記錄儀表或計(jì)算機(jī)等配套使用。所以使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20 不但可以節(jié)約單片機(jī)I/O口，還能使系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本降低。方案四：半導(dǎo)體集成數(shù)字溫度傳感器隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，新型溫度傳感器的種類繁多，應(yīng)用逐漸廣泛，并且開始由模擬式向著數(shù)字式、單總線式、雙總線式、多總線式發(fā)展。熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線、顯示儀表組成。其中鉑熱電阻的測(cè)量精度是最高的，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制作成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電偶傳感器的種類很多，在選擇時(shí)必須考慮其靈敏度、精確度、可靠性、穩(wěn)定性等條件。方案一：熱電偶傳感器熱電偶傳感的原理是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)變化。傳感器將被測(cè)信息如溫度、壓力、流量等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，一般稱為一次變換。由圖可以看出，運(yùn)算放大器有2 個(gè)輸入端，一個(gè)輸出和連接正、負(fù)電源線端子。這種高增益放大器現(xiàn)在已廣泛用于各個(gè)方面，即使不再涉及數(shù)學(xué)運(yùn)算，但通常仍成為運(yùn)算放大器或 opamp?？梢岳孟率接?jì)算并修正測(cè)量誤差：EAB（t,0?C）= E AB（t,t 0）+ E AB（t 0,0?C）電橋補(bǔ)償法：湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)11圖 37 電橋補(bǔ)償法的接線圖本次設(shè)計(jì)采用計(jì)算修正法。（2）將熱電偶的冷端置于電熱恒溫器中，恒溫器的溫度要略高于環(huán)境溫度的上限。熱電偶的冷鍛溫度補(bǔ)償有四種方法：補(bǔ)償導(dǎo)線法；冷端補(bǔ)償法；計(jì)算修正法；電橋補(bǔ)償法。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)9盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時(shí)鐘頻率就為 6MHz。復(fù)位電路如下圖 33 所示：圖 33 復(fù)位電路圖 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)，單片機(jī)時(shí)鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。MCS51 單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。 有 余 輸 入 至 內(nèi) 部 時(shí) 鐘 信 號(hào) 要 通 過(guò) 一 個(gè) 二 分 頻 觸 發(fā) 器 ， 因 此 對(duì) 外 部 時(shí) 鐘 信 號(hào) 的 脈寬 無(wú) 任 何 要 求 ， 但 必 須 保 證 脈 沖 的 高 低 電 平 要 求 的 寬 度 。振 蕩 器 特 性 ：XTAL1 和 XTAL2 分 別 為 反 向 放 大 器 的 輸 入 和 輸 出 。 注 意 加 密 方 式 1 時(shí) EA 將 內(nèi) 部 鎖 定 為 RESET； 當(dāng) /EA 端 保 持 高 電 平 時(shí) ， 此間 內(nèi) 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 。PSEN： 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 的 選 通 信 號(hào) 。 如 想 禁 止 ALE 的 輸 出 可 在 SFR8EH 地 址 上 置 0。 在 FLASH 編 程 期 間 ， 此 引 腳 用 于 輸 入 編 程 脈 沖 。 P3 口 也 可 作 為 STC89C52 的 一 些 特 殊 功 能 口 ， 如 下 所 示 ： /RXD（ 串 行 輸 入 口 ） ； /TXD（ 串 行 輸 出 口 ） ； /INT0（ 外 部 中 斷 0） ； /INT1（ 外 部 中 斷 1） ； T0（ 記 時(shí) 器 0 外 部 輸 入 ） ； T1（ 記 時(shí) 器 1 外 部 輸 入 ） ； /WR（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 寫 選 通 ） ； /RD（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 讀 選 通 ） ； P3 口 同 時(shí) 為 閃 爍 編 程 和 編 程 校 驗(yàn) 接 收 一 些 控 制 信 號(hào) 。而在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電平。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電平。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)6P0是一個(gè)8位雙向 I/O端口，端口置1時(shí)作高阻抗輸入端，作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng) 8個(gè)TTL電平。4K 字節(jié)可系統(tǒng)編程的Flash 程序存儲(chǔ)器， 128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，看門狗(WDT)，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。所謂最小系統(tǒng)，是指一個(gè)真正可用的單片機(jī)最小配置系統(tǒng)，對(duì)于片內(nèi)帶有程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)，只要在芯片外接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就是一個(gè)小系統(tǒng)了。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的工作電源為+5V，AT89C52電源輸入支持的電壓范圍為 5v~，且底層電路功耗很小。片內(nèi)帶有一個(gè) 8KB 的 Flash 可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器（EPROM）。整個(gè)控制器主要有以下功能：(1)被控溫度可以根據(jù)實(shí)際的需要設(shè)定；(2)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值；(3)按鍵控制：a 、設(shè)置復(fù)位鍵、加一鍵、減一鍵、確定鍵；b、修改P、I、D系數(shù)；(4)越限報(bào)警。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖如下圖21所示： 湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)3電阻爐溫度檢測(cè)電路傳感器鍵盤固態(tài)繼電器L E D 顯示A T 8 9 C 5 2單片機(jī)指示燈圖21 控制器設(shè)計(jì)總體框圖在本系統(tǒng)的電路由四部分組成:(1)控制部分主芯片采用單片機(jī)AT89C52；(2)顯示部分采用4位LED 數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示；(3)溫度采集部分采用K型熱電偶傳感器；(4)溫度控制部分采用固態(tài)繼電器。而以往溫度控制是采用模擬信號(hào)，這種控制精度低，維護(hù)工作量大，易出故障，現(xiàn)在采用數(shù)字化儀表，精度高。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問(wèn)題。PID控制大滯后、大慣性、時(shí)變溫度系統(tǒng)時(shí)，其控制品質(zhì)難以保證。電阻爐被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油化工、電力等工業(yè)生產(chǎn)中，在很多生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的測(cè)量和控制與生產(chǎn)安