【正文】 本設(shè)計(jì)僅以溫度為例進(jìn)行恒溫控制，在實(shí)際生產(chǎn)生活中被廣泛應(yīng)用于鑄造、熱處理等電熱恒溫及保溫控制場(chǎng)合。這是工業(yè)控制過(guò)程中應(yīng)用廣泛的一種控制形式。若按下增加 1℃，跳轉(zhuǎn)增加 1℃模塊 ,KEY2 。 本系統(tǒng)設(shè)置 3 個(gè)按鍵，分別是顯示鍵，增加 1℃鍵，減小 1℃鍵。 4 軟件設(shè)計(jì) 第 28頁(yè) 共 36頁(yè) 主程序流程圖 系統(tǒng)的軟件部分由主程序流程圖、中斷子程序流程圖、按鍵流程圖和顯示流程圖四部分組成。 ALE 的輸出頻率為時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6。在應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復(fù)位。由于 HMOS 和 CHMOS 單片機(jī)外部時(shí)鐘進(jìn)入的引線不同，其外部振蕩信號(hào)源接入的方式也不同。最常用的是在 XTAL1 和 XTAL2 之間連接晶體振蕩器與電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激震蕩器，如圖 所示。 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出的電壓可以控制 TL494 輸出的 PWM 占空比，此電壓越大， TL494 輸出高電平的時(shí)間就越長(zhǎng)，加熱的時(shí)間也越長(zhǎng)。由于這里采用動(dòng)態(tài)輸出，且單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了數(shù)碼管可以直接由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)。輸入 有 12 個(gè)信號(hào)，它們是段選信號(hào) ～ 和位選信號(hào) INT INT0、 T T0。例如要使共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管顯示 “0” ， 則 a、 b、 c、 d、 e、 f各筆段引腳為低電平， g 和 dp為高電平，如表 ： 表 共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管顯示數(shù)字“ 0”時(shí)各管段編碼 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 字段碼 顯示數(shù) dp g f e d c b a 1 1 0 0 0 0 0 0 C0H 0 C0H 稱(chēng)為共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管顯示“ 0”的字段碼，不計(jì)小數(shù)點(diǎn)的字段碼稱(chēng)為七段碼，包括小數(shù)點(diǎn)的字段稱(chēng)為八段碼。圖 27a 為 英尺 LED 數(shù)碼管的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng) a～ g 筆段構(gòu)成“ ”字形另一只發(fā)光二極管 dp 作為小數(shù)點(diǎn)。 放大電路的設(shè)計(jì) 熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。它的工業(yè)原理：當(dāng) PT100 在 0 攝氏度的時(shí)候他的阻值為 100 歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成勻速增長(zhǎng)的。 ④ 在 ST 端給出一個(gè)至少有 100ns 寬的正脈沖信號(hào)。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 地址輸入和控制線： 4條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。 12． CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端，譯碼后可選通 IN0～ IN7 八個(gè)通道中的一個(gè)進(jìn)行 轉(zhuǎn)換。 4． GND：接地。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義特殊功能寄存器但不改變 RAM中的內(nèi)容，在 VCC恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無(wú)效，且必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟并穩(wěn)定工作。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。 4） EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。 P1口 :P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口 ,P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路 ,對(duì)端口寫(xiě)“ 1” ,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平 ,此時(shí)可作輸入口使用時(shí) ,因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻 ,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出阻抗一個(gè)電流 IIL。 AT89C51 的介紹 AT89C51 單片機(jī)作為溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心器件。 6 串行口 MCS51 有一個(gè)全雙工的串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。是一個(gè)多用多功能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通用工作寄存器、堆棧、位地址等空間。通用微機(jī)系統(tǒng)由多個(gè) IC（ Intergraded Circuit）芯片組成， CPU只是其中的一個(gè)組織部分。單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。其測(cè)溫范圍較低 ,大概在 0250 之間，具有精度高，相應(yīng)速度快等特點(diǎn)。測(cè)量裝置是溫度控制系統(tǒng)的重要部件，包括溫度傳感器第 3 頁(yè) 共 36 頁(yè) 和相應(yīng)的輔助部分，如放大、變換電路等。因此單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。因此，溫度量的變化往往受到不可預(yù)測(cè)的外界環(huán)境擾動(dòng)的影響。在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，由于系統(tǒng)內(nèi)部和外界的熱交換通常是難以控制的，再加上其他熱源的干擾也是無(wú)法精確計(jì)算的。 例如： 航空航天領(lǐng)域、糧食存儲(chǔ)、酒類(lèi)生產(chǎn)、 在食品加工、冶金工業(yè)、電力工程、造紙行業(yè)和機(jī)械制造， 還有 廣泛使用的各種鍋爐、加熱爐、熱處理爐和反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。對(duì)這些要求，模擬控制系統(tǒng)是難以實(shí)現(xiàn)的。出于上述原 因，為提高工業(yè)效率，新型溫度控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生 [4]。在溫度測(cè)量技術(shù)方面，主要的溫度儀表，熱電偶、熱電阻及輻射溫度計(jì)等技術(shù)已經(jīng)成熟。該系統(tǒng)有單片機(jī)，溫度傳感器，串口通信，和計(jì)算機(jī)組成。其特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但是系統(tǒng)所得結(jié)果的精度不高并且調(diào)節(jié)動(dòng)作頻繁，系統(tǒng)靜態(tài)差大、不穩(wěn)定。也使得系統(tǒng)所測(cè)得結(jié)果的精度大大提高。 2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） 8051 芯片共有 256 個(gè) RAM 單元，其中后 128 單元被專(zhuān)用寄存器占用（稍后我們?cè)斀猓茏鳛榧拇嫫鞴┯脩羰褂玫闹皇乔?128 單元，用于存放可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)。定時(shí)時(shí)靠?jī)?nèi)部分頻時(shí)鐘頻率計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)，做計(jì)數(shù)器時(shí)，對(duì) （ T0）或 （ T1）端口的低電平脈沖計(jì)數(shù)。 8 時(shí)鐘電路 MCS51 芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。 AT89C51 電路原理如圖 所示： 第 9 頁(yè) 共 36 頁(yè) 圖 AT89C51 電路原理圖 第 10頁(yè) 共 36頁(yè) AT89C51 引腳功能說(shuō)明 1） VCC:電源電壓 2） GND:地 P0口 :P0口是一組 8位漏極開(kāi)路型雙向 I/O口 ,也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用作為輸出口用時(shí) ,每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路 ,對(duì)端口寫(xiě)“ 1”可作為 高阻抗輸入端用。 P3口 :P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口 ,P3 口輸出阻抗緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路 ,對(duì) P3 口寫(xiě)入“ 1”時(shí) ,它被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口 .作輸入時(shí) ,被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出阻抗電流 IIL。此外，該引腳會(huì)被 微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無(wú)效。 5） XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 IDL 是空閑等待方式，當(dāng) IDL=1，激活空閑工作模式，單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。 1． D7～ D0： 8位數(shù)字量輸出引腳。 9. ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。 ② 引腳結(jié)構(gòu) 如圖 所示。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。 ADC0809 應(yīng)用注意事項(xiàng) ：① ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51單片機(jī)直接相連。 pt100 它的阻值跟溫度的變化成正比。 鉑熱電阻的線性較好，在 0～ 100 攝氏度之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于 攝氏度。其原理圖如圖 第 19頁(yè) 共 36頁(yè) 圖 鍵盤(pán)電路原理圖 LED 顯示電路的設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。控制這幾段筆段發(fā)光，就能顯示出某個(gè)數(shù)碼或字符。靜態(tài)顯示方式編程較簡(jiǎn)單，但占用 I/O 口線多，即軟件簡(jiǎn)單、硬件成本高，一般適用顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合。 靜態(tài)顯示電路的驅(qū)動(dòng)電路分為段驅(qū)動(dòng)電路和位驅(qū)動(dòng)電路兩種。由 ILE、 CS、 WR1 的邏輯組合產(chǎn)生 LE1，當(dāng) LE1 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換， LE1 的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存； 5 XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖有效； 6 WR2： DAC 寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種。 外部時(shí)鐘方式。 復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù) 位兩種方式。留出的0000H～ 0002H 3 個(gè)單元地址，僅能夠放置一條轉(zhuǎn)移指令，因此， MCS51單片機(jī)的主程序的第一條指令通常情況下是一條轉(zhuǎn)移指令。 C、 PSEN 片外程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。若超過(guò)設(shè)定的控制溫度時(shí)，單片機(jī)輸出命令進(jìn)行聲光報(bào)警；若當(dāng)前溫度低于設(shè)定值時(shí)，由 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出模擬信號(hào)，控制繼電器的導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)電阻絲的加熱。再次判斷是否有鍵按下 STMP RETU 。將數(shù)據(jù)首地址賦給 R0 開(kāi) 始 串行口初始化 往緩沖區(qū)送數(shù) 查段碼 送顯示 結(jié)束 第 31頁(yè) 共 36頁(yè) MOV R2, 04H ；顯示的位數(shù)放于 R2 中 MOV R3， 0F0H ；位選信號(hào)放于 R3 中 LOOP: MOV A, R0 ；取出顯示數(shù)據(jù)的 BCD 碼 ORL A, 0F0H ；屏高 4 位 SWAP A ；高低四位調(diào)換 ANL A, R3 ；將位選與顯示數(shù)據(jù)組合 SWAP A ；高低四位調(diào)換 CLR ；清除小數(shù)點(diǎn)位 CJNE R2， 02H,LOOP1 ；重新判斷是否顯示該小數(shù)點(diǎn) AJMP LOOP2 ；不顯示小數(shù)點(diǎn)跳向下一步 LOOP1： SETB ；顯示小數(shù)點(diǎn) LOOP2： MOV P0， A ；將數(shù)據(jù)送出 LCALL DELAY_3MS ；調(diào)用延時(shí)程序 DJNZ R2， DISPLAY ；判斷四位是否顯示完畢 INC R0 ；指向下一個(gè)顯示數(shù)據(jù)的地址 INC R3 ；改變位選，以選中下一位 LJMP LOOP ；跳回程序前面繼續(xù)顯示下一位 PID 算法控制 通常，溫度的控制采用偏差控制算法。 PI