【正文】 電阻，在200到850范圍內是精度最高的溫度傳感器之一。圖 2．3 存儲器擴展電路 單片機的復位是由外部復位電路來實現(xiàn)的。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合，AT89C52的主要特點有：(l)內部程序存儲器為電擦除可編程只讀存儲器EEPROM，容量8KB，內部數(shù)據(jù)存儲器容量256字節(jié)，最大尋址空間64KB；(2)AT89C52有40個引腳；三個16位定時/計數(shù)器；(3)可利用兩根I/O口線作為全雙工的串行口，有四種工作方式，可通過編程設定；(4)內部ROM中開辟了四個通用工作寄存器區(qū)，共32個通用寄存器，以適應多種中斷或子程序嵌套的情況；(5)6個中斷源分為兩個中斷優(yōu)先級，每個中斷源優(yōu)先級都是可編程的；(6)內部有一個由直接可位尋址組成的布爾處理機，在指令系統(tǒng)中包含了一個指令子集，專門用于對布爾處理機的各位進行各種布爾處理，特別適用于控制目的和解決邏輯問題；(7)AT89C52的狀態(tài)周期由晶體振蕩器2分頻后獲得，作為芯片工作的基本時間單位，在采用12MHz晶振時，AT89C52的狀態(tài)周期為(2/12)=167ns。溫控箱的溫度由Pt100鉑電阻[13]溫度傳感器檢測并轉換成微弱的電壓信號，再通過16位的A/D轉換器AD7705轉換成數(shù)字量。 系統(tǒng)軟件方案分析目前，MCS51單片機的開發(fā)主要用到兩種語言:匯編語言和C語言。它的最大優(yōu)點是系統(tǒng)響應速度快，能實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時控制。下面討論系統(tǒng)的總體設計方案，包括：系統(tǒng)的性能要求及特點以及系統(tǒng)的軟、硬件方案分析。并通過將智能控制與PID控制相結合，從而實現(xiàn)溫度的智能控制。由于PID調節(jié)器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差、誤差變化及誤差積累三個因素，因此，其控制性能大大地優(yōu)越于定值開關控溫。溫度控制技術按照控制目標的不同可分為兩類：動態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。因此，溫度的測量與控制在國民經濟各個領域中均受到了相當程度的重視。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器已經很多，產品已在工程實際中得到了廣泛的應用，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調節(jié)器，其中PID控制器參數(shù)的自動調整是通過智能化調整或自校正、自適應算法來實現(xiàn)。另外的非接觸式測溫方法是通過對輻射能量的檢測來實現(xiàn)溫度測量的方法，其優(yōu)點是：不破壞被測溫場，可以測量熱容量小的物體，適于測量運動物體的溫度，還可以測量區(qū)域的溫度分布，響應速度較快。這種開關控溫方法比較簡單，在沒有計算機參與的情況下，用很簡單的模擬電路就能夠實現(xiàn)。只要PID參數(shù)選取的正確，對于一個確定的受控系統(tǒng)來說，其控制精度是比較令人滿意的。目前國內溫控儀表的發(fā)展，相對國外而言在性能方面還存在一定的差距，它們之間最大的差別主要還是在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國內溫控儀在全量程范圍內溫度控制精度比較低，自適應性較差。為了簡化系統(tǒng)硬件，控制量采用雙向可控硅輸出，這樣就省去了D/A轉換環(huán)節(jié)。目前，市面上的單片機不僅種類繁多，而且在性能方面也各有所長。第2章 硬件電路 系統(tǒng)硬件總體結構本文所研究的溫度控制系統(tǒng)硬件部分按功能大致可以分為以下幾個部分：單片機主控模塊、輸入通道、輸出通道、保護電路等。在實際應用中，針對不同的需求要選擇合適的單片機，選擇單片機時要注意下幾點：(1)單片機的基本性能參數(shù)；(2)單片機的增強功能；(3)單片機的存儲介質；(4)芯片的封裝形式；(5)芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級、軍品級還是商業(yè)級；(6)單片機的工作電壓范圍；(7)單片機的抗干擾性能好；(8)編程器以及仿真器的價格，單片機開發(fā)是否支持高級語言以及編程環(huán)境要好用易學；(9)供貨渠道是否暢通，價格是否低廉，是否具有良好的技術服務支持。存儲器擴展時，AT89C52的P0口作為數(shù)據(jù)總線和低8位地址線，P2口作為高8位地址線。由于此時的電量(電壓)還是單片機所不能識別的模擬量，所以還需要進行A/D轉換，即將模擬的電量轉化成與之對應的數(shù)字量，提供給單片機判斷和控制。但是標準鉑電阻溫度傳感器也存在價格昂貴，維護起來較為困難等缺點。本系統(tǒng)采用精密基準電壓源LM399H產生基準電壓，圖中參考電壓即來自LM399H。但是大多數(shù)單片機本身只能識別和處理數(shù)字量，因此必須經過模擬量到數(shù)字量的轉換(A/D轉換)，才能夠實現(xiàn)單片機對被控對象的識別和處理。能直接將傳感器測量到的多路微小信號進行A/D轉換。當該引腳處于高電平時，不能進行讀操作，當數(shù)據(jù)更新后，該引腳又返回低電平；(12)DOUT串行數(shù)據(jù)輸出端，從片內的輸出移位寄存器讀出的串行數(shù)據(jù)由此端輸出。(l)相位控制：作用于每一個交流正弦波，改變正弦波每個正半波和負半波的導通角來控制電壓的大小，進而可以調節(jié)輸出電壓和功率的大小。雙向可控硅與單向可控硅的區(qū)別是：(l)它在觸發(fā)之后是雙向導通；(2)在控制極上不管是加正的還是負的觸發(fā)信號，一般都可以使雙向可控硅導通。 串行通信接口電路目前，廣泛使用的串行數(shù)據(jù)接口標準有RS232，RS422與RS485三種。該芯片集成有兩路收發(fā)器，可將單片機輸入的TTL/CMOS電平轉換為RS232電平發(fā)送給PC機，或將從PC機接收的RS232電平轉換為TTL/CMOS電平發(fā)送給單片機。 圖2．15 輸出+5V直流電源 圖2．16 輸出+15V和15V直流電源 硬件抗干擾措施硬件抗干擾是應用系統(tǒng)最基本和最主要的抗干擾手段，一般從防和抗兩方面入手來抑制干擾。無源濾波器是一個簡單的、有效的低通濾波器，它只讓電網中基波通過，而對高次諧波有急劇的衰減作用，對串模干擾和共模干擾信號具有很強的雙向抑制作用。為了滿足系統(tǒng)的要求，編制軟件時一般要符合以下基本要求： (l)易理解性、易維護性要達到易理解和易維護等指標，在軟件的設計方法中，結構化設計是最好的一種設計方法，這種設計方法是由整體到局部，然后再由局部到細節(jié)，先考慮整個系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，確定整體目標，然后把這個目標分成一個個的任務，任務中可以分成若干個子任務，這樣逐層細分，逐個實現(xiàn)； (2)實時性實時性是電子測量系統(tǒng)的普遍要求，即要求系統(tǒng)及時響應外部事件的發(fā)生，并及時給出處理結果。時間相關性很強的關鍵操作(criticaloperation)一定是靠中斷服務來保證的。然后等待溫度設定，若溫度已經設定好了，判斷系統(tǒng)運行鍵是否按下，若系統(tǒng)運行，則依次調用各個相關模塊，循環(huán)控制直到系統(tǒng)停止運行。因此僅僅對模擬量采樣一次，我們是無法確定該結果是否可信的，必須經過多次采樣，得到一個A/D轉換的數(shù)據(jù)序列，通過某種處理后，才能得到一個可信度較高的結果。采樣次數(shù)越大，平滑效果越好，但系統(tǒng)的靈敏度要下降。本系統(tǒng)使用HT1621作為顯示驅動器。附錄中給出了延時程序的源程序，同時延時程序還作為通用功能模塊被其他模塊調用。據(jù)統(tǒng)計，有90%以上的工業(yè)控制器采用PID控制器。 將上面的(4．5)式和(4．6)式代入(4．2)式，則可以得到離散的PID表達式 (4．7)如果采樣周期了足夠小，該算式可以很好的逼近模擬PID算式，因而使被控過與連續(xù)控制過程十分接近。由于其控制輸出對應執(zhí)行機構的位置的增量，故(4．11)式通常被稱為PID控制的增量式算式。軟件仿真的缺點是無法完全真與硬件相關的部分，因此最終還要通過硬件仿真來完成最后的設計；(2)硬件仿真使用附加的硬件來替代用戶系統(tǒng)的單片機并完成單片機部或大部分的功能。 集成開發(fā)環(huán)境KEIL KEIL IDE Vision2集成開發(fā)環(huán)境是德國KEIL software Inc/KEIL Elektronik GmbH開發(fā)的基于80C51內核的微處理器軟件開發(fā)平臺。絕對地址標文件可以用于： ?編程EPROM或其它存儲器設備；?由 Vision2調試器對目標進行調試和模擬；?使用在線仿真器進行程序測試。在調試功能子程序時，許多參數(shù)都是未知的，要根據(jù)其所需的條件，假定的數(shù)據(jù)，使其運行，如果能完成預定的處理功能或與手工計算的結果相就說明該子程序己調試通過。第6章 結論 本文完成了基于單片機的PID溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)。加之人們對控制品質的要求日益提高，常規(guī)PID控制的缺陷也逐漸暴露出來。 //7705通道1初始化 ConvAdr[0]=0x01。 //Enable CPU interrupt init_serialm()。 for(j=0。i++) //多于連續(xù)32個DIN=1 是AD7705復位 { AdC1K=0。 unsigned int rd[5][4]。 //TMOD:timer1,mode2,8bit reload PCON|=0x80。 unsigned int result_tmp=0: unsigned int adresult[6]。ad_count6。 write_mand_ht1621(0x30)。}write_mand_ht1621(0x06)。write_byte_ht1621(4,disp_data1)。39。 //CS=1}......void write_mand_ht1621(unsigned char mand){HT1621_CS=0。 for(i=0。 HT1621_WR=0。/*function: unsigned char pid(unsigned char i,unsigned char j,unsigned char k,unsigned char 1)description: this function for pid controlparameter: i:channel j:time k:set temprature 1:actual tempraturereturn: adjust_timeadjust time*/void pid(unsigned char ch,float refval){float DiscE,Tmpr。OnMs[ch][0]=OnMs[ch][1]。Harmonic wave 。if(On Time=0) ftmp=0。 //e(k)if(Err[ch][1]=Emax) InteE[ch][1]=InteE[ch][0]+Err[ch][1]。 write data by the up_edge WR single delay(0,30)。i++){ data_tmp=data_ht1621。write_byte_ht1621(8,mand)。39。 //WR=1delay(0,50)。 //CS=0write_byte_ht1621(1,0x80)。 write_mand_ht1621(0x08)。 } if(ad_result[ad_count]=ad_min) { ad_min=ad_result[ad_count]。 //連續(xù)采樣6次 adresult[1]=GetData7705(channel)。 TH1=0xf4。Writebyte7705(0x20|chan)。jAD_CLK_WIDTH。j++){} AdC1K=1。XBYTE[DRIVER]=DOmap。 ConvAdr[2]=0x04: ConvAdr[3]=0x08。主要體現(xiàn)在兩個方面：一是對常規(guī)PID控制器本身結構的改進，即變結構PID控制；另一方面隨著智能控制如模糊控制、經網絡控制和專家控制等先進控制技術的迅速發(fā)展，它們與常規(guī)PID控制相合，揚長避短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，形成所謂的智能PID控制。在論文完成過程中，主要做的工作有：(l)以ATMEL公司的AT89c52單片機為核心進行系統(tǒng)硬件設計，輸入通道采用Pt100鉑電阻溫度傳感器，AD7705作為A/D轉換器；輸出通道采用可控硅作為輸出單元；(2) 在溫度控制系統(tǒng)中采用的PID控制方法，并設計了PID控制器； (3)采用C語言對系統(tǒng)的軟件編程，在開發(fā)過程中使用了TKS仿真器。在調試過程中，將PID算法子程序屏蔽，輸出可控硅導通時間用一個固定的常數(shù)代替，在各中斷服務子程序設置斷點，然后運行程序，查看程序是否能運行到所有的斷若所有斷點都能運行到，則程序流程基本正確。調試器包一個高速模擬器，可以使用它模擬整個80C51系統(tǒng)包括片上外圍器件和外部件； (6)Vision2硬件調試器 Vision2調試器向您提供了幾種在實際目標硬件上測試程序的方法。尤其它的C編譯工具在產生代碼確性和效率方面達到了很高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發(fā)型項目時非常理想。在單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程中，程序的設計是最為重要的但也是難度大的工作，一種最簡單和原始的開發(fā)流程是：編寫程序，燒寫芯片并驗證功這種方法對于功能簡單的小系統(tǒng)是可以對付的，但在比較大的系統(tǒng)中使用這方法則是完全不可能的。其程序流程圖如圖4．2所示。若在