【正文】 微分調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出與偏差對時(shí)間的微分成比例，微分調(diào)節(jié)器在溫度有變化“苗頭”時(shí)就有調(diào)節(jié)信號輸出，變化速度越快、輸出信號越強(qiáng)，故能加快調(diào)節(jié)速度，降低溫度波動幅度，比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分微分調(diào)節(jié)。二位式調(diào)節(jié)——它只有開、關(guān)兩種狀態(tài)，當(dāng)爐溫低于限給定值時(shí)執(zhí)行器全開；當(dāng)爐溫高于給定值時(shí)執(zhí)行器全閉。本系統(tǒng)采用軟件消抖，當(dāng)單片機(jī)第一次檢測到有鍵按下時(shí)，即檢測到與按鍵連接的I/O 口為低電平是，等待10ms，再去確認(rèn)該I/O 口是否仍舊為低電平，如果還是低電平，就一般的機(jī)械按鍵而言，已經(jīng)是出于湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)32穩(wěn)定期了，按鍵的抖動被消除了。按鍵的抖動時(shí)間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5~10ms，這是一個(gè)很重要的參數(shù)。首先使 T0 計(jì)數(shù)器產(chǎn)生定時(shí)中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周期。本系統(tǒng)要完成溫度信號的采集與控制，需要實(shí)現(xiàn)溫度信號的采集與A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然竟δ?。通斷控制調(diào)節(jié)方式會防止高次諧波的干擾和污染電網(wǎng)，硬件電路和軟件程序都比較簡單，因而本設(shè)計(jì)中采用的是通斷控制調(diào)節(jié)方式。188。共陰極公共端接地，高電平有效（燈亮），共陰極數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極(負(fù)極)都聯(lián)在一起，此數(shù)碼管陰極( 負(fù)極 )在外部只有一個(gè)引腳。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)22圖314 LED顯示電路由于單片機(jī)不能直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示，所以必須在單片機(jī)與 LED164 之間加上74LS164，它的管腳圖如圖 315 所示。外圍驅(qū)動電路設(shè)計(jì)比較簡單，顯示能力的擴(kuò)展將不會涉及到硬件電路的修改，可擴(kuò)展性很強(qiáng)。選擇 2 鍵進(jìn)行移位調(diào)整，第一次顯示 KP ，第二次顯示 KI，第三次顯示 KD 。按鍵控制電路分別接在單片機(jī) — 口。優(yōu)點(diǎn)：電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。按鍵能夠成為最普遍的輸入設(shè)備，主要是其具備了以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：工作原理、硬件電路連接簡單、操作實(shí)用性強(qiáng)、價(jià)格便宜，程序編寫簡單?？梢缘玫诫x散的 PID 表達(dá)式為： （32）0()()()[()1)]kpIDjukKeeKke?????湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)19式中，k 為采樣序號，k=1，2，3，……；u(k) 為第 k 次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值；e(k)為第 k 次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；e(k1)為第(k1)次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；K I 為積分系數(shù)；KD 為積分系數(shù)。若要設(shè)定，與確定 P 和 Ti 的方法相同，取不振蕩時(shí)的 30%。在第 1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI 端必須是高電平，表示啟始信號。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)17CLK 時(shí)鐘信號。C~+85176。接著把參考電壓的八分之一(1/2 3)迭加到第二位轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制代碼所產(chǎn)生的電壓上，把迭加后 的電壓與輸入模擬電壓比較以確湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)16定第三位的二進(jìn)制值。 N 位的逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器涉及 N 次比較操作。復(fù)雜的硬件或具有合適的軟件指令的簡單硬件都可能實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸入電壓在 A 點(diǎn)電壓以下時(shí)，D2 截止，IC2 不工作；只有當(dāng)輸入電壓高于 A 點(diǎn)電壓或接近 B 點(diǎn)電壓時(shí) IC2 才工作。(2)折線近似法：這是一種對非線性較大的信號處理的較好的方法。B 偶的最大輸出熱電勢只有 ，而且當(dāng)溫度升高到約 1700176。K型熱電偶的輸出是毫伏級電壓信號，最終要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號與CPU 通信。IC溫度傳感器在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，通常用于室溫或環(huán)境溫度的檢測，以便微型計(jì)算機(jī)對溫度測量值進(jìn)行補(bǔ)償。它的主要特點(diǎn)是：測量精度高，性能穩(wěn)定。傳感器的選擇受到很多因素的影響，首先是各種溫度傳感器自身的優(yōu)缺點(diǎn)，其次是各種不同的環(huán)境因素，還有就是系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)的精度等，所以在不同的設(shè)計(jì)當(dāng)中溫度傳感器的選擇也將不同。因此，圖 38 所示的符號用來表示運(yùn)算放大器。若冷端溫度高于 0 ?C，則 EAB（t，t 0）E AB（t，0 ?C）。因此，我們首先要選擇合適的測溫元件，對溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，MCS51 單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳 RST，高電平有效。XTAL2： 來 自 反 向 振 蕩 器 的 輸 出 。 如 果 微 處 理 器 在外 部 執(zhí) 行 狀 態(tài) ALE 禁 止 ， 置 位 無 效 。ALE/PROG： 當(dāng) 訪 問 外 部 存 儲 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) 。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2口送出高8位地址。P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/0端口。AT89C52單片機(jī)：AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，器件采用ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。基于上述這些特點(diǎn)，這里選擇 AT89C52 單片機(jī)作為控制核心。單片機(jī)將傳感器所采集到的溫度和事先設(shè)定的溫度進(jìn)行對比，當(dāng)小于設(shè)定值時(shí)將發(fā)出信號啟動加熱裝置；當(dāng)大于設(shè)定值時(shí)將關(guān)閉加熱裝置，從而使得被控溫度控制在一定的范圍之內(nèi)，達(dá)到實(shí)時(shí)控制的功能。溫度控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時(shí)候都需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。PID控制溫度的效果主要取決于P、I、D三個(gè)參數(shù)。電阻爐是利用電流通過電阻體產(chǎn)生的熱量來加熱或熔化物料的一類電爐。本設(shè)計(jì)通過 4 個(gè)按鍵來進(jìn)行人機(jī)交互和 LED 顯示 ，進(jìn)而使電阻爐的溫度始終保持在要求范圍內(nèi)。電阻爐在化工、冶金等行業(yè)應(yīng)用廣泛，因此溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有重要意義。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，用熱電偶作為測量元件，用固態(tài)繼電器作為輸出控制元件來實(shí)現(xiàn)對電阻爐溫度自動控制。針對這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。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)過程中，溫度的測量和控制與生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、能源節(jié)約等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)緊緊相連。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)量等一系列問題。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。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。片內(nèi)帶有一個(gè) 8KB 的 Flash 可編程、可擦除只讀存儲器（EPROM）。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)，對于片內(nèi)帶有程序存儲器的單片機(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。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 8個(gè)TTL電平。輸出時(shí)可驅(qū)動4個(gè)TTL電平。 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 器 寫 選 通 ） ； /RD（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 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 。 如 想 禁 止 ALE 的 輸 出 可 在 SFR8EH 地 址 上 置 0。 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 器 。 有 余 輸 入 至 內(nèi) 部 時(shí) 鐘 信 號 要 通 過 一 個(gè) 二 分 頻 觸 發(fā) 器 ， 因 此 對 外 部 時(shí) 鐘 信 號 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 。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，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。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。（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。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。傳感器將被測信息如溫度、壓力、流量等轉(zhuǎn)換成電信號輸出，一般稱為一次變換。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。熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線、顯示儀表組成。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。C 升高到 1800176。(1)單反饋法：利用負(fù)反饋，可以改善其線性，但是很有限。當(dāng)輸入信號電壓接近 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。A/D 轉(zhuǎn)換電路用來把連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字形式，即二進(jìn)制數(shù)。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)。假定輸人電壓大于參考信號的一半，對 8 位 ADC 來說，第一次比較將產(chǎn)生二進(jìn)制碼 10000000。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；商用級芯片溫寬為0176。GND 芯片參考0電位（地）。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，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。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。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%。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，k=l，2，3，……；T 為采樣周期。一般而言，人機(jī)交互是由系統(tǒng)配置的外部設(shè)備來完成，其實(shí)現(xiàn)方式有兩種：一種是由MCU的I/O口驅(qū)動專用芯片實(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)動芯片等，來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。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。抖動的持續(xù)時(shí)間隨鍵盤材料和操作員而異，不過通?？偸遣淮笥?10ms。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。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)都十分簡單，但是當(dāng)要顯示的位數(shù)相對多的時(shí)候，數(shù)碼管操作起來十分煩瑣，顯示的速度受到限制。顯示內(nèi)容有溫度值的千位、百位、十位、個(gè)位。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。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I/O 口驅(qū)動蜂鳴器，進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警 [2]。205。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。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；爐溫測定、鍵盤輸入、時(shí)間確定和顯