【正文】 指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間關(guān)系。當(dāng)采用6MHz時鐘時，C為22μF,R為1kΩ時，便能可靠復(fù)位（2）按鍵電平復(fù)位如圖3—10（b）所示，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的。其主要功能是把 PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行。其工作原理是：溫度過高時，經(jīng)反向后使發(fā)光二極管發(fā)光，同時使蜂鳴器發(fā)音，從而達(dá)到報(bào)警的日的。直到A／D 轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖剑?指示A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器， 這個信號可用作中斷申請。輸入輸出與TTL 兼容。(2)共陰極接法。本設(shè)計(jì)是使用8155作為8位LED數(shù)碼顯示器接口的電路，其中8155的A口為輸出口（段控口），用以輸出8位顯示段碼（包括小數(shù)點(diǎn)）?！。两M控制電路控制Ａ口及C口的高４位。C口具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。從P0口傳送過來的地址信息在ALE的作用下在8155內(nèi)部被鎖存。單向的內(nèi)部有8個三態(tài)驅(qū)動器，分成兩組，分別由控制端1G和2G控制；雙向的有16個三態(tài)驅(qū)動器，每個方向8個。G為數(shù)據(jù)打入端:當(dāng)G為“1”時,鎖存器輸出端狀態(tài)(1Q～8Q)同輸入狀態(tài)(1D～8D)；當(dāng)G由“1”變“0”時,數(shù)據(jù)打入鎖存器中。為了將它們分離開來，以便同單片機(jī)之外的芯片正確地相連，常常在單片機(jī)外部加地址鎖存器來構(gòu)成與一般CPU相類似的三總線，通常情況下，采用MCS51系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)只能用于一些很簡單的應(yīng)用場合，在此情況下直接使用單片機(jī)內(nèi)部存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時功能、中斷功能、I/O端口等，組成的應(yīng)用系統(tǒng)的成本較低。在訪問片外程序存儲器期間，下降沿用于控制鎖存P0輸出端的低八位地址；在不訪問片外程序存儲器期間，可作為對外輸出的時鐘脈沖或用于定時目的。另外，每一位均具有第二功能，每一位的兩個功能不能同時使用。為方便起見，我們把4個端口和其中的鎖存器都統(tǒng)稱P0P3。XTAL2：引腳號18，內(nèi)部振蕩器外接晶振的另一個輸入端。P0P3口四個鎖存器同RAM統(tǒng)一編址，可以把I/O口當(dāng)作一般特殊功能寄存器來尋址。在指令中用助記符A來表示。和一般為處理器相比，8051增加了四個8位I/O口、一個串行口、4KB ROM、128B RAM、很多工作寄存器及特殊功能寄存器（SFR）。它具有體積小、重量輕、價格低、可靠性高、耗電少和靈活機(jī)動等許多優(yōu)點(diǎn)。下面我們以K類熱電偶為例設(shè)計(jì)有關(guān)的放大器。在信號處理中需對微弱信號放大時，可以不必再用分立的通用運(yùn)算放大器來構(gòu)成測量放大器。通過比較和討論，在這本的設(shè)計(jì)中我們采用了測量放大器，下面介紹一下測量放大器。熱電偶的測溫范圍很寬,一般為－50～＋1600℃，最低可達(dá)－200℃，最高達(dá)2800℃（短時間內(nèi)）：在良好的測量電路配合下，它可以實(shí)現(xiàn)搞精度測量，因此在工業(yè)生產(chǎn)過程得到很廣泛的應(yīng)用。其一般結(jié)構(gòu)如圖2—1所示。這一工藝過程要求加熱爐在規(guī)定時間內(nèi)等速從某個溫度值變化到另一溫度值。溫度是工業(yè)對象中的一個重要的被控參數(shù)。應(yīng)用遍及石油、化工、冶金、機(jī)械、熱處理、表面處理、建材、電子、材料、輕工、日化、制藥等諸多行業(yè)領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。關(guān)鍵詞: AT89S52；傳感器；PID調(diào)節(jié)；ADC0809AT89S52；Sensor； PID； ADC0809目 錄第一章 概 述 6 單片機(jī)作用 6 溫度控制系統(tǒng)作用與要求 7 7 溫度控制的要求 7第二章 系統(tǒng)原理及電路設(shè)計(jì) 8 8 8 溫度的測量電路 9 MCS51單片機(jī) 12 MCS51系列單片機(jī)引腳 13 鎖存器74LS373簡介 15 15 單片機(jī)I/O口的擴(kuò)展 18155接口電路 1 8255接口電路 1LED電路的設(shè)計(jì) 17 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇及連接 19 20 復(fù)位操作原理 復(fù)位電路 21 21 時鐘電路 2時鐘電路 2時鐘信號的產(chǎn)生 22 電磁閥控制電路 23 23調(diào)節(jié)閥的流量特性 23 電源電路設(shè)計(jì) 2直流型固態(tài)繼電器 25第三章 數(shù)字PID調(diào)節(jié)器 26 數(shù)字PID控制算法 26 數(shù)字PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇 2湊試法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù) 2實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù) 2采樣周期的選擇 30 PID調(diào)節(jié)器及被控過程的數(shù)學(xué)模型 30第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 32 主要程序的框圖和原理圖 32總結(jié) 36致謝 37參考文獻(xiàn) 38附錄 3954第一章 概 述 單片機(jī)作用在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度是最基本的工藝參數(shù)之一，因此對溫度實(shí)現(xiàn)自動控制是生產(chǎn)自動化的重要任務(wù)之—。本系統(tǒng)所使用的加熱爐為燃料加熱爐，加熱爐溫控范圍200～650℃，熱處理爐溫升速率100～150℃/h，加熱爐恒溫時間可調(diào)，且要能顯示當(dāng)前溫度值。傳統(tǒng)的控制方式以不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點(diǎn)是溫度波動范圍大，由于他主要通過控制接觸器的通斷時間比例來達(dá)到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。這一工藝過程是溫度控制的主要工藝過程，它要求控制系統(tǒng)保證爐溫在各種干擾下能穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。溫度傳感器種類繁多，但在微機(jī)溫度控制系統(tǒng)中使用得傳感器，必須是能夠?qū)⒎请娏孔儞Q成電量得傳感器，目前常用得有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器和半導(dǎo)體集成溫度傳感器。根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)際測量溫度的情況，我們選擇熱電偶作為本次設(shè)計(jì)的溫度測量設(shè)備。測量放大器的組成 測量放大器的基本電路如圖23所示。AD521 AD521的管腳功能與基本接法如圖2—4所示圖2—4 AD521的管腳功能與基本接法(a) 管腳功能 (b) 基本接法管腳OFFSET(4，6)用來調(diào)節(jié)放大器零點(diǎn)，調(diào)節(jié)方法是將該端子接到10電位器的兩固定端，滑動端接負(fù)電源端。假設(shè)該電路實(shí)現(xiàn)0～800℃所對應(yīng)電勢的放大，根據(jù)表2－2所示的K型熱電偶的溫差電勢，在0℃時，溫差電勢0V，800℃。AT89S52是MCS－51系列單片機(jī)的一種型號，在MCS－51系列單片機(jī)中還有80580380C31等。a) 運(yùn)算器：包括一個可進(jìn)行8位算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的單元ALU，8位的暫存器暫存器2，8位的累加器ACC，寄存器B和程序狀態(tài)寄存器PSW等。B：8位寄存器，在乘、除運(yùn)算時，B寄存器用來存放一個操作數(shù)，也用來存放運(yùn)算后的一部分結(jié)果；若不做乘、除運(yùn)算時，則可作為通用寄存器使用。這40腳大致可分為：電源（VCC、VSS、VDD、VPD），時鐘（XTALXTAL2），I/O（P0—P3），地址總線（P0、P2），數(shù)據(jù)總線（BUS）和控制總線（ALE、RST、）6大部分。當(dāng)訪問外部程序器時，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。P0口：可作為一般的I/O口用，但應(yīng)用系統(tǒng)采用外部總線結(jié)構(gòu)時，它分時作低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)總線用。該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，該信號將不出現(xiàn)。但是，一般串行接口器件速度慢，在需要高速應(yīng)用的場合，還是并行擴(kuò)展法占主導(dǎo)地位。當(dāng)OE＝1時,三態(tài)門關(guān)閉,輸出呈高阻。此處采用74LS244純粹是為了增加驅(qū)動能力而不加任何控制。AT89S52與8155的連接如圖和鍵盤顯示連接圖如圖26所示。(2)讀/寫控制邏輯讀/寫控制邏輯的功能用于管理所有的數(shù)據(jù)、控制字或狀態(tài)字的傳送。、LED電路的設(shè)計(jì)一、LED數(shù)碼顯示器的接口電路實(shí)際使用的LED數(shù)碼顯示器位數(shù)較多,為了簡化線路、降低成本，大多采用以軟件為主的接口方法。反相電流驅(qū)動器經(jīng)常使用7406；同相電流驅(qū)動器則采用7407或74LS244。二、鍵盤接口電路對于8751或8051型單片機(jī)來說，如果不再外擴(kuò)程序存儲器的話，則可以利用P0～P3口中的口構(gòu)成多打4*8的鍵盤，其中1個作為輸出口，1個作為輸入口，既可以采用掃描法，也可以采用線反轉(zhuǎn)法。轉(zhuǎn)換時間為100μs， 單個＋5V 電源供電， 模擬輸入電壓范圍0～＋5V， 不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。引腳結(jié)構(gòu) ：（1）IN7~IN0：8條模擬量輸入通道 （2）地址輸入和控制線：4條 （3）數(shù)字量輸出及控制線：11條 （4）電源線及其他：5條 輸入為8個可選通的模擬量IN0IN7。另外，單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)與應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)位狀態(tài)又是密切相關(guān)的，因此，必須熟悉單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)。但復(fù)位不影響單片機(jī)內(nèi)部的 RAM 狀態(tài)。圖2—10 復(fù)位電路為提高系統(tǒng)的可靠性,由硬件的 “看門狗”。這二者既有聯(lián)系又有區(qū)別。如圖2—11所示。3)根據(jù)工藝參數(shù)，計(jì)算流量系數(shù)，選擇閥的口徑。蝶閥適用于大流量、低壓差的氣體介質(zhì)?？扉_特性主要用于二位式控制。1% 3A，+12V177。(4)具有好的穩(wěn)定性。實(shí)踐證明:他激式控制方式在性能上優(yōu)于自激式控制方式,它的特點(diǎn)是: 電流型控制方式,開關(guān)頻率可達(dá)500kHz,最大占空比在30%～50%之間調(diào)節(jié),不會出現(xiàn)UC3842在斷電或電壓過低時的低頻自激現(xiàn)象。我們采用與常規(guī)穩(wěn)壓控制相反的方法,目的在于消除常規(guī)控制方式可能出現(xiàn)的過電壓從而省去過電壓保護(hù)電路。30mV,0～。因此，適宜于在微機(jī)測控系統(tǒng)中作為輸出通道的控制元件。圖3—1 自動控制系統(tǒng)簡化框圖微機(jī)系統(tǒng)通過A/D電路測定過程變量y，并計(jì)算誤差e和控制變量u，通過D/A輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使過程變量y穩(wěn)定在設(shè)定的點(diǎn)上。因此在實(shí)際控制中，增量式算法比位置式應(yīng)用更為廣泛。同時滿足上述要求是困難的，但必須滿足主要的方面，兼顧其它方面。首先整定比例部分。 應(yīng)該指出，在整定中參數(shù)的選定不是唯一的，事實(shí)上，比例、積分和微分三部分作用是相互影響的。根據(jù)齊格勒一尼柯爾斯（Ziegel—Nichols）提供的經(jīng)驗(yàn)公式就可以由這兩個基數(shù)參數(shù)求得不同類型調(diào)節(jié)器的參數(shù)見表32。常被測量的經(jīng)驗(yàn)采樣周期見表3—3 所示表3—3 被測量的經(jīng)驗(yàn)采樣周期被測參數(shù)采樣周期T（s）備注流量壓力液位溫度1~53~106~815~20優(yōu)選用1~2s優(yōu)選用6~8s或純滯后時間 PID調(diào)節(jié)器及被控過程的數(shù)學(xué)模型將式（3—4）進(jìn)行Z變換得PID調(diào)節(jié)器離散模型； （3—5）對式（3—5）進(jìn)行求解： 下面我們對被控過程的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行討論。其工作原理是：溫度過高時，經(jīng)反向后使發(fā)光二極管發(fā)光，同時使蜂鳴器發(fā)音，從而達(dá)到報(bào)警的日的。通過對PID溫度控制系統(tǒng)的研究，使我們對熱處理有了更多的見解，為以后步入社會做了準(zhǔn)備。我要感謝身邊的同學(xué)們，是他們幫助了我解決難題。參考文獻(xiàn)《電子實(shí)用手冊》 藤井信生主編 科學(xué)出版社《傳感器原理與應(yīng)用》 張正偉 中央廣播電視大學(xué)出版社《半導(dǎo)體器件手冊》 龐振泰 王采斐 屈宗明譯 清華大學(xué)出版社《單片機(jī)原理與應(yīng)用》 朱月秀 科學(xué)出版社《新型開關(guān)電源設(shè)計(jì)與維修》 何希才 國防工業(yè)出版社《現(xiàn)代熱處理實(shí)用技術(shù)數(shù)據(jù)手冊》 夏國華 楊樹蓉 國防工業(yè)出版社《自動檢測技術(shù)》 馬西秦 機(jī)械工業(yè)出版社《單片機(jī)處圍器件實(shí)用手冊》 關(guān)德新 馮文全 北京骯空骯天大學(xué)出版社《基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐》 戴伏生 國防工業(yè)出版社《微機(jī)控制技術(shù)》 楊寧夏 高等教育出版社《測控電路及裝置》 孫傳友 孫曉斌 李勝玉 張一 編著北京航空航天大學(xué)出版社《單片微型計(jì)算機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 人民郵電出版社 潘新民編《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 北京航空航天大學(xué)出版社 何立民編《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù)》 北京航空航天大學(xué)出版社 余永權(quán)等編《單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)》 復(fù)旦大學(xué)出版社 張友德編《新型集成電路及其應(yīng)用實(shí)例》 科學(xué)出版社 何希才編《傳感器實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì)》 電子科技大學(xué)出版社 黃賢武等編《基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐》 國防工業(yè)出版社 戴伏生等編致謝本文的撰寫工作是在***老師的指導(dǎo)下進(jìn)行的。總結(jié)近一個學(xué)期的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主要程序的框圖和原理圖圖4—1 主程序與鍵盤中斷子程序服務(wù)圖4—2 恒溫及升溫測控子程序圖