【正文】 不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。按鍵用來對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，并采用 L298 作為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的核心部分。如在日趨發(fā)達(dá)的工業(yè)之中，利用測(cè)量與控制溫度來保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。由于溫度測(cè)量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。相比之下，直流電動(dòng)機(jī)雖然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較高、維修麻煩等缺點(diǎn)，但由于具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和良好的起、制動(dòng)性能以及易于在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，因此直流調(diào)速系統(tǒng)在一些對(duì)調(diào)速性能要求較高的系統(tǒng)中有很大的使用價(jià)值。 第 1 章 緒 論 第 2 頁（共 44 頁） 課題研究的內(nèi)容及要求 本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是單片機(jī)速度溫度智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中，有部分應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)精度提高的幅度要求也不是特別高。速度部分，提出用光電傳感器， L298， UA741和 LCD1602 的硬件電路完成對(duì)速度信息的采集，對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和速度數(shù)據(jù)的顯示。而在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51 更實(shí)用，也是一種高效微控制器，因?yàn)樗坏?8051 指令、管腳完全兼容 ，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲(chǔ)器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器，用戶可以用電的方式達(dá)到瞬間擦除、改寫。 AT89C51 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積 , 增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。另外 ,AT89C51 還具有 MCS51 系 列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。這種狀態(tài)可被任何一個(gè)中斷所終止或通過硬件復(fù)位。 第 2 章 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 第 4 頁（共 44 頁） AT89C51 系列引腳功能 AT89C51 有 40 引腳雙列直插（ DIP）形式。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE 脈沖。 2． I/O（ 4 個(gè)口， 32 根） 第 2 章 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 第 5 頁（共 44 頁） P0 口 —— 8 位、漏極開路的雙向 I/O 口。 P1 口 —— 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。這時(shí)，讀兩個(gè)特殊輸入引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。 P2 口可以驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P3 口可以輸入 /輸出 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 —— INT1 外部中斷 1，輸入。 —— RD 低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器讀選通。在編程時(shí)，其上 施加21V 的編程電壓。 ALE 以 1/6 的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘或用于定時(shí)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。 輸出： PSEN—— 片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。 51 系列共有 4 個(gè) 8 位的并行 I/O口，分別記作 P0、 P P P3 每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。 C51 系列包含有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器分別稱為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1；在 C51 部分產(chǎn)品中，還包含有一個(gè)用做看門狗的 8 位定時(shí)器。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理：由定時(shí)器 0、定時(shí)器 定時(shí)器方式寄存器TMOD 和定時(shí)器控制寄存器 TCON 組成。 當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器設(shè)置為 計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)來自輸入引腳 T0（ ）和T1（ ）的外部信號(hào)計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。 3．振蕩器 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。當(dāng)輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，而對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在閑置模式下，CPU 停止工作。實(shí)時(shí)控制、故障自動(dòng)處理、單片機(jī)與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。中斷的特點(diǎn)是分時(shí)操作，實(shí)時(shí)處理和故障處理。 AT89C51 在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí)對(duì) INT0、線上中斷請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行一次檢測(cè) ,檢測(cè)方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。AT89C51 內(nèi)部有兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ,受內(nèi)部定時(shí)脈沖 (主脈沖經(jīng) 12 分頻后 )或T0/T1 引腳上輸入的外部定時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。在串行口進(jìn)行發(fā)送 /接收數(shù)據(jù)時(shí) ,每當(dāng)串行口發(fā)送 /接收完一組串行數(shù)據(jù)時(shí)串行口電路自動(dòng)使串行口控制寄存器 SCON 中的RI 或 TI 中斷標(biāo)志位置位，并自動(dòng)向 CPU 發(fā)出串行口中斷請(qǐng)求 ,CPU 響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。此次設(shè)計(jì)中我們采用 PWM 控制調(diào)速， PWM 控制是指在保持周期不變的情況下通過調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 圖 2 測(cè)速圖 轉(zhuǎn)速的理論計(jì)算 光電對(duì) 管和碼盤構(gòu)成轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào) ,通過單片機(jī) 測(cè)得脈沖信號(hào)的周期為 T，我們使用的碼盤上有 8 個(gè)孔，由此可以計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速r。因此，在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力較強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效的方案。 3． DS18S20 通過 1Wire174。 C 至 +125176。 176。 圖 3 管腳圖 7． DS18S20 具有負(fù)載特性，當(dāng)電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但是不能正常的工作。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管 (LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。它可以在與 光軸 0 到 25 的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。 L298 提供兩個(gè)使能輸入端，可以在不依賴于輸入信號(hào)的情況下，使能或禁用 L298 器件。 這些類型還具有廣泛的共同模式，差模信號(hào)范圍和低失調(diào)電壓調(diào)零能力與 使用適當(dāng)?shù)碾娢弧，F(xiàn)今放大器種類繁多，一般仍以運(yùn)算放大器 (Operational Amplifier, Op Amp)應(yīng)用較為廣泛。由于我們使用的電機(jī)是線圈式的，在從運(yùn)行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到停止?fàn)顟B(tài)和從順時(shí)針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時(shí)針狀態(tài)時(shí)會(huì)形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用就是在產(chǎn)生反向電流的時(shí)候進(jìn)行泄流，保護(hù)芯片的安全。 圖 10 演示圖 這樣就可以在單位時(shí)間內(nèi)盡可能多地得 到脈沖數(shù)，從而避免了因?yàn)閮蓚€(gè)過孔之間的距離過大，而正好在過孔之間或者是在下個(gè)過孔之前停止了，造成較大的誤差。 圖 11 采集電路示意圖 整形電路中我們使用低成本精密 CMOS 運(yùn)算放大器 ua741 構(gòu)成單限比較器，對(duì)第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 第 16 頁（共 44 頁） 采集電路的信號(hào)進(jìn)行整形得到標(biāo)準(zhǔn)的脈沖波信號(hào)。另一種是外部供電方式 (VDD 接 +5V)，相應(yīng)的完成溫度測(cè) 量的時(shí)間較短。因此我們采用共地的獨(dú)立式按鍵如圖 15 所示。首先要分析系統(tǒng)對(duì)軟件的要求，然后進(jìn)行軟件的總體的設(shè)計(jì)，包括程序的總體設(shè)計(jì)和對(duì)程序的模塊化設(shè)計(jì)。 程序總體設(shè)計(jì) 主流程圖如圖 16 所示： 有 沒有 有鍵按下？ 沒有 有 處理子程序 鍵處理子程序 系統(tǒng)初始化 顯示初始化 調(diào)用按鍵子程序 外部信號(hào)？ 開始 定時(shí)中斷 1 設(shè)定定時(shí)初值 中斷返回 設(shè)定定時(shí)初值 中斷返回 定時(shí)器 0 接收測(cè)量值子程序 中斷返回 外部中斷 1 計(jì)算周期和轉(zhuǎn)速 圖 16 主流程圖 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第 19 頁（共 44 頁） 鍵盤掃描的初始化 有鍵盤接口電路可知，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，相應(yīng)的 IO 口就會(huì)被拉低，通過對(duì)與按鍵相連的 IO 口進(jìn)行掃描可以檢測(cè)是否有按鍵按下。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。 本系統(tǒng)采用增量式 PID 算法，程序清單如下： void PID_Set() //增量式 PID { e=Set_IGet_I。 //比例 Ierror=e。//增量 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第 20 頁（共 44 頁） u=Lu+Du。 LastGet_I=Get_I。 硬件電路故障及解決方法 1．錯(cuò)線、開路、短路：由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和加工過程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的錯(cuò)線、開路、短路等故障。 3．電源故障：設(shè)計(jì)中存在電源故障，即上電后將造成元器件損壞、無法正常供電，電路不能正常工作。 硬件調(diào)試方法 本設(shè)計(jì)調(diào)試過程中所用的調(diào)試方法有：靜態(tài)測(cè)試、聯(lián)仿真器在線調(diào)試等。第三步是在不加電情況下，除單片機(jī)以外，插上所有的元器件，最后用仿真適配器將樣機(jī)的單片機(jī)插座和仿真器的仿真接口相連，為聯(lián)機(jī)調(diào)試做準(zhǔn)備。 解決方法：這類錯(cuò)誤的原因是程序中轉(zhuǎn)移地址計(jì)算錯(cuò)誤、堆棧溢出、工作寄存器沖突等。 錯(cuò)誤的原因有：中斷控制寄存器（ IE， IP）的初值設(shè)置不正確，使 CPU 沒有開放中斷或不許某個(gè)中斷源請(qǐng)求；或者對(duì)片內(nèi)的定時(shí)器、串行口等特殊功能寄存器和擴(kuò)展的 I/O 口編程有錯(cuò)誤，造成中斷沒有被激活；或者某一中斷服務(wù)程序不是以 RETI 指令作為返回主程序的指令， CPU 雖已返回到主程序但內(nèi)部中斷狀態(tài)寄存器沒有被清除，從而不響應(yīng)中斷；或由 于外部中斷源的硬件故障使外部中斷請(qǐng)求無效。錯(cuò)誤原因沒有查明，沒有解決。調(diào)試時(shí)，用 防真器的寫命令，將數(shù)據(jù)寫入計(jì)算程序的參數(shù)緩沖單元，然后從計(jì)算程序開始運(yùn)行到結(jié)束，運(yùn)行的結(jié)果和正確數(shù)據(jù)比較，如果對(duì)有的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，都沒有發(fā)生錯(cuò)誤，則該計(jì)算程序調(diào)試成功；如果發(fā)現(xiàn)結(jié)果不正確，改用單步運(yùn)行方式，即可檢查出錯(cuò)誤所在。 2． I/O 處理程序的調(diào)試 對(duì)于 A/D 轉(zhuǎn)換一類的 I/O 處理程序是實(shí)時(shí)處理 程序，因此一般用全速斷點(diǎn)運(yùn)行方式或連續(xù)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)試 。一般情況下，這樣一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)就算研制成功了 。在單片機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)上， 實(shí)現(xiàn)了一種用帶有 E178。 通過三個(gè)月的設(shè)計(jì)，我也有很 深的感觸：當(dāng)今社會(huì)在飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的速度更是迅猛無比。 設(shè)計(jì)已基本完成題目中的各項(xiàng)要求，但是還是有一定的誤差，其中電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量與實(shí)際轉(zhuǎn)速相差 2 轉(zhuǎn) /秒左右，經(jīng)分析主要是由以下原因造成的：中斷處理的進(jìn)入和中斷處理程序都會(huì)有一定時(shí)間的延時(shí)，從而造成時(shí)間閘門的誤差，這是造成測(cè)量誤差的一個(gè)主要因素。本文以 AT89C51 系列單片機(jī)為核心，用 AT89C51 單片機(jī)作為控制器件，溫度信號(hào)通過熱敏電阻和放大器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由 DA18B20 轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，測(cè)溫電路采用橋式電路，溫度設(shè)定采用按鍵移位式設(shè)定方法，溫度控制采用光耦和可控硅控制加熱器。綜合調(diào)試一般采用全速斷點(diǎn)運(yùn)行方式，這個(gè)階段的主要工作社排除系統(tǒng)中遺留的錯(cuò)誤以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和精度。若是算法錯(cuò)誤，那是根本性錯(cuò)誤，應(yīng)重新設(shè)計(jì)該程序；若是局部的指令有錯(cuò)，修改即可。 1． 計(jì)算程序的調(diào)試方法 計(jì)算程序的錯(cuò)誤是一種靜態(tài)的固定的錯(cuò)誤，因此主要用單拍或斷點(diǎn)運(yùn)行方式來調(diào)試。 3．結(jié)果不正確 目標(biāo)系統(tǒng)基本上已能正常操作，但控制有誤動(dòng)作或者輸出的結(jié)果不正確。通過對(duì)錯(cuò)誤程 序的修改使其實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。若讀出寫入內(nèi)存不一致，則可能是地址數(shù)據(jù)線短路，試寫入不同的數(shù)據(jù)觀察讀出結(jié)果，或縮小對(duì) RAM 的讀寫范圍，檢查對(duì) RAM 中其它區(qū)域的影響，這樣可初步對(duì)地址 數(shù)據(jù)線短路錯(cuò)誤定位，再用萬用表、示波器等進(jìn)一步確診。應(yīng)特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查擴(kuò)展系統(tǒng)總線（地址總線、第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 第 22 頁（共 44 頁） 數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互間的短路或與其它信號(hào)線的短路。 解決方法：電源必須單獨(dú)調(diào)試好以后才能加到系統(tǒng)的各個(gè)部件中。 2．元器件損壞：由于對(duì)元器件使用要求的不熟悉及制作調(diào)試過程中操作不當(dāng)致使器件損壞。 //上次測(cè)量值賦給前次測(cè)量值 } 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 第 21 頁（共 44 頁） 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)樣機(jī)組裝好以后 ，便可進(jìn)入系統(tǒng)的在線（聯(lián)仿真器）調(diào)試，其主要任務(wù)是排除樣機(jī)硬件故障，并完善其硬件結(jié)構(gòu)，試運(yùn)行所設(shè)計(jì)的程序，排除程序錯(cuò)誤，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)達(dá)到期望的功能，進(jìn)而固化軟件，使其產(chǎn)品化。 //限定范圍 if(u0)u=0。 //微分 if((abs)(e)=10)Du=0。（上次誤差 =上次實(shí)測(cè)值 設(shè)定值） //e(k1) Pe=PreGet_ISet_I。應(yīng)用 PID 控制，必須適當(dāng)?shù)卣{(diào)整比例放大系數(shù) KP，積分時(shí)間 TI 和微分時(shí)間TD，使整個(gè)控制系統(tǒng)得到良好的性能。積分控制的作用是，只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷地 積累，輸出控制量，以消除誤差。 數(shù)據(jù)與算法 在對(duì)電機(jī)控制的整過過程中我們使用 PID 算法，可以大大提高控制精度。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，單片機(jī)的任務(wù)是：內(nèi)部進(jìn)行計(jì)數(shù)，在計(jì)算出速度后顯示。這樣通過單片機(jī)就可