【正文】 P微處理器；■工作電壓：~(cpu), ~(I/O)；■CPU時鐘：32768Hz~ ；■內(nèi)置2K字SRAM、內(nèi)置32K FLASH；■可編程音頻處理；■32位通用可編程輸入/輸出端口；■32768Hz實時時鐘，鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號；■2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(shù)值)；■2個10位DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換)輸出通道；■7通道10位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道語音模數(shù)轉(zhuǎn)換器；■聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風放大器自動增益控制(AGC)功能；■系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止狀態(tài))耗電小于2mA；■14個中斷源：定時器A / B，2個外部時鐘源輸入，時基，鍵喚醒等； ■具備觸鍵喚醒的功能；■使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式()，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)；■具備異步、同步串行設(shè)備接口；■具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能；■內(nèi)置在線仿真電路接口ICE（In Circuit Emulator）； ■具有保密能力；■具有WatchDog功能（由具體型號決定）一、方案設(shè)計與論證 　　　本題目是設(shè)計一個水溫控制系統(tǒng)，對象為1升凈水，加熱器為1千瓦電熱爐。方案二：　　采用溫度傳感器鉑電阻Pt1000。其中Rt是溫度為t攝氏度時的電阻；R0是溫度為0攝氏度時的電阻；t為任意溫度值，A,B為溫度系數(shù)。另外，51單片機需要用仿真器來實現(xiàn)軟硬件調(diào)試，較為繁瑣。鍵盤設(shè)定：用于溫度設(shè)定。同樣KEY2,也如此。數(shù)據(jù)顯示：采用三位八段數(shù)碼管顯示，設(shè)置溫度與測量溫度，顯示小數(shù)點后1位數(shù)字。用來實現(xiàn)水溫控制資源足夠使用。完成語音播放。 采用差動運放，通過可調(diào)分壓電阻可以滿足零點調(diào)節(jié)。串行通訊部分電路　　系統(tǒng)設(shè)計要求控制系統(tǒng)能同PC聯(lián)機通信，已利用PC圖形處理能力打印顯示溫度曲線。三、軟件設(shè)計 　PID控制算法介紹 圖　PID算法有兩種：直接計算法就是當前需要的控制量?；酒?e(t) 表示當前測量值與設(shè)定目標之差，設(shè)定目標是被減數(shù)，結(jié)果可以是正或負，正數(shù)表示還沒有達到，負數(shù)表示已經(jīng)超過了設(shè)定值。比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。積分作用的強弱取決與積分時間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。 　測試方法和測試結(jié)果測試環(huán)境環(huán)境溫度28攝氏度；測試儀器: 數(shù)字萬用表；溫度計0100攝氏度；打印機；秒表；2．測試方法使系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，采用溫度計同時測量水溫變化情況，得出系統(tǒng)溫差指標。本系統(tǒng)核心是控制算法的設(shè)計和實現(xiàn)，各方面指標基本達到題目要求。前者是電流源的核心，起著恒流調(diào)節(jié)、抑制紋波電流的關(guān)鍵作用；后者則起著設(shè)定電流源輸出、改善電流調(diào)節(jié)精度、消除小電流輸出的非線性等作用。②The MCU application system module. The former one is the hard core of the current source, while keeping the output current steadily and restraining its ripple. The latter one controls the initialization of the output, improves the precision of the output signal and eliminates the nonlinear effect at the low output terminal made by small signals. In addition, the design realizes the measurement to make the gain variable, so that we improve the measure precision of the current source. Besides, using LCD makes the direct current source more convenient to use. 一、方案論證本系統(tǒng)主要由單片機、顯示器、鍵盤、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、電壓控制電流源模塊、電源等組成。2．顯示器的選擇對顯示器的要求：能夠顯示設(shè)定的輸出電流、實際輸出電流等；可以用6位以上LED數(shù)碼顯示器、液晶顯示器或者觸摸屏，LED使用比較方便，但液晶顯示器和觸摸屏顯示信息量大，且可以顯示漢字，人機交互的友好性強，所以不采用數(shù)碼顯示器。鑒于本設(shè)計中的輸入設(shè)備主要用于設(shè)定輸出電流值和（采用LED數(shù)碼顯示器時）切換顯示內(nèi)容，故不方便采用撥碼開關(guān)和紅外遙控，所以選擇鍵盤和觸摸液晶屏作為輸入設(shè)備都是可以的。據(jù)此可以考慮采用以下具有變增益功能的A/D轉(zhuǎn)換器。它利用了Σ－Δ轉(zhuǎn)換技術(shù)實現(xiàn)了16位無誤碼性能，三線數(shù)字接口，可以通過串行輸入接口由軟件配置芯片的增益值、輸入信號極性和數(shù)據(jù)更新速率，非常靈活方便。根據(jù)指標要求，D/A的位數(shù)至少為11位，故而我們選擇12位的D/A轉(zhuǎn)換器。6．壓控電流源電壓控制的電流源模塊，可采用的方案有以下三種：① 功率集成運放，如OPA50OPA54PA05等；② 運放＋晶體三極管放大；③ 可調(diào)集成穩(wěn)壓模塊，如LM317。40V，10～15A的功率，性能指標也較高，完全能夠滿足本題要求。特點：性能滿足本題要求，同時可以通過選用功率三極管的不同容量來滿足不同的應(yīng)用要求。5V，177。15V電源（2）為電流源負載提供功率的電源在對為電流源負載提供功率的電源進行設(shè)計時，我們考慮了兩套方案：①直接采用不穩(wěn)壓的整流電源；② 采用直流穩(wěn)壓電源。輸入輸出端濾波電容各取24700μF，以減小紋波電壓，穩(wěn)定輸出電壓，增強帶負載能力。CS接地。(2)硬件電路設(shè)計如圖5所示，在正電源VDD和負電源VSS上也加上了兩個濾波電容，同AD7705，目的同樣是穩(wěn)壓。壓控電流源模塊主要由給定與比較放大單元、功率放大單元和電流反饋單元組成。 圖6 電壓控制的電流源其主要技術(shù)參數(shù)如下：100V，25A，允許管耗300W。4．負載電流、負載電壓的測量負載電流、電壓測量電路如圖7所示。它是一個低導通電阻模擬開關(guān)的串行接口芯片。開始IO初始化輸入電流設(shè)定值DA輸出負載電流測量顯示掃描鍵盤圖9 主程序流程圖2．A/D轉(zhuǎn)換（AD7705）AD7705接收數(shù)據(jù)的流程圖與發(fā)送數(shù)據(jù)的流程圖，此處不再贅述。此處我們采用方案b，以防萬一。一通道對康銅電阻采樣，目的是為了顯示當前電流的輸出值。① 測量電流量程：10mA(只適用于DC)、100mA(只適用于DC)、1A、3A。最大分辨率：100nV（在100mV的量程時）。（2）測量值校準在精密電流表計顯示2000mA時，調(diào)節(jié)測量回路增益電位器使單片機顯示2000mA。4．結(jié)論①Ip為電流設(shè)定值Ia為輸出電流與設(shè)定值偏差的絕對值，Ia＝|Ip－Io|P1為偏差絕對值占電流設(shè)定值的百分比，題目要求其百分比要不大于1％：P1＝Ia/Ip100％②Is為單片機顯示值，Io為電流實際值，Id為電流實際值與單片機顯示值偏差的絕對值Id＝|Is－Io|P2為偏差的絕對值占單片機顯示值的百分比，%:P2＝Id/Is100％表3 數(shù)據(jù)處理和誤差分析電流設(shè)定值Ip/mA輸出電流與設(shè)定值偏差的絕對值Ia/mA偏差占電流設(shè)定值的百分比P1/%電流實際值與單片機顯示值的偏差I(lǐng)d/mA偏差占單片機顯示值的百分比P2/%1520508010030050010001400180020002020注：計算P1時，未減去1mA，計算P2時未減去3個字。精度補償效果的好壞，關(guān)鍵在于能否做到高精度地測量負載電流。在軟件方面，首先通過測試獲得對應(yīng)零電流的D/A輸出值D0，然后在D/A輸出的理想值D上迭加D0作為D/A的最后輸出值。R＝VRL/I七、結(jié)束語我們在整個設(shè)計制作過程中，始終關(guān)注系統(tǒng)的性能指標和運行穩(wěn)定性，采取了諸多有效措施，完成了設(shè)計任務(wù)規(guī)定的基本部分和發(fā)揮部分的各項要求，達到了發(fā)揮部分的各項性能指標，而且有些指標有較大提高，功能也