【正文】 。C 時的功耗 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 正常模式 : mA 空閑模式 : mA 掉電模式 : 1 μA ATmega16 引腳功能 圖 31 AVR 單片機(jī)管腳圖 VCC 電源正 GND 電源地 端口 A(PA7..PA0) 端口 A 做為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 B 處于高阻狀態(tài)。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。 XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。這個概念實(shí)現(xiàn)了指令的單時鐘周期運(yùn)行。這些附加的功能寄存器即為 16 位的 X、 Y、 Z 寄存器。用于寫應(yīng)用程序區(qū)的 SPM 指令必須位于引導(dǎo)程序區(qū)?？刂萍拇嫫魑挥?I/O空間。 ● ISP 下載接口 。 重要說明：實(shí)際應(yīng)用時，如果你不需要復(fù)位按鈕，復(fù)位腳可以不接任何的零件，AVR 芯片也能穩(wěn)定工作。即這部分不需要任何的外圍零件。 重要說明：實(shí)際應(yīng)用時，如果你想簡化零件，可以不焊接 2＊ 5 座。 DS18B20 的管腳排列如圖 38所示， DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 圖 39 溫度傳感器測量電路 圖 DS18B20 是這樣測溫的：用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來得到溫度值。 圖 310 DS18B20 的電路圖 123*DS18201K+5PC6長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 功率輸出單元 固態(tài)繼電器（ SSR）是一種全電子電路組合的元件，它依靠 半導(dǎo)體器件和電子元件的電、磁和光特性來完成其隔離和切換功能。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它比電磁繼電器電器工作可靠，壽命長，對外干擾小，能與邏輯電路兼容，抗干擾能力強(qiáng)，開關(guān)速度快，使用方便。其典型應(yīng)用狀態(tài)如下： 如果采用集成電路門輸出驅(qū)動時，由于目前國產(chǎn)的 SSR 要求有 至 20mA 的驅(qū)動電流，最小工作電壓可達(dá) 3V。光電耦合器引腳如上圖所示。工作時序 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 及控制指令，給出了 HD7279A 與 CPU 的實(shí)際接口電路及設(shè)計(jì)程序，同時指出了實(shí)際應(yīng)用中的一些注意事項(xiàng)。消隱和閃爍等屬性 。 DATA為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向 HD7279A 發(fā) 送數(shù)據(jù)時， DATA 為輸入端；當(dāng) HD7279A 輸出鍵盤代碼時， DATA 為輸出端。 DIG0～ DIG7 分別為8 個 LED 管的位驅(qū)動輸出端。 DATA 為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向 HD7279A 發(fā)送數(shù)據(jù)時， DATA 為輸入端；當(dāng) HD7279A 輸出鍵盤代碼時， DATA 為輸出端。 (3)左移指令。指令代碼為 A2H，其功能與循環(huán) 左移指令相似，只是方向相反。如果不用鍵盤，則 電路圖中連接到鍵盤的 8 只 10ｋ Ω 電阻和 8只 100ｋ Ω 下拉電阻均可以省去。因此，這些開關(guān)不只是簡單的電平輸入。由于電腦串口 rs232 電平是 10v +10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是 TTL 電平 ，MAX232 就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的 ,該器件包含 2 驅(qū)動器、 2 接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F電平。 ● 低電源電流 ：典型值是 8mA。 在這里我介紹一塊大家常用的芯片： MAX232 是 TTLRS232 電平轉(zhuǎn)換的典型芯片，按照芯片的推薦電路，取振蕩電容為 uF 的時候，若輸入為 5V,輸出可以達(dá)到14V 左右，輸入為 0V， 輸出可以達(dá)到 14V， 在扇 出電流為 20mA 的時候，處處 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 電壓可以穩(wěn)定在 12V 和 12V?？梢愿鶕?jù)客戶的不同需要，可以選擇不同的打印速度，不同的打印行寬，不同的文字和字體，以及并口、串口兩種不同接口 ，有 廣泛的選擇余地，適用于各種不同的應(yīng)用場合。就 AVR 系列ATmega16 控制系統(tǒng)開發(fā)而言，以 AVR 系列 ATmega16 控制器為硬件核心的運(yùn)動控制系統(tǒng)一般都是一些實(shí)時性要求較高的系統(tǒng)，同時，由于 ATmega16 控制器本身的特點(diǎn)，這類系統(tǒng)的軟件開發(fā)工作的難度要高于相應(yīng)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。一般來說，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下因素： 。 PID 控制算法 按偏差的比例（ Proportional）、積分（ Integral）、微分（ Differential）進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器，簡稱為 PID 調(diào)節(jié)器。 比例積分調(diào)節(jié)器（ PI） 采用比例調(diào)節(jié)的系統(tǒng)存在靜差，為了消除靜差，在比例調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)器，組成比例積分調(diào)節(jié)器。 在工業(yè)過程控制中，模擬 PID 調(diào)節(jié)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動、氣動、液動等類型， 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 34 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律用硬件。較好的方法是采用調(diào)功方式，固態(tài)繼電器選用過零型，通過不同的觸發(fā)頻率可以得到不同的功率，比方說輸出功率 0－ 100％對應(yīng)單片機(jī)輸出觸發(fā)信號頻率 0－ 100KHZ。 通過老師的指導(dǎo)和在自己查閱資料發(fā)現(xiàn)以下可以改進(jìn)的地方： 1. 采樣頻率 視系統(tǒng)慣性而定，慣性小采樣時間選小點(diǎn)，慣性大就選大點(diǎn)。 由于連續(xù)生產(chǎn)過程一般都有較大的時間常數(shù)，而微機(jī)控制系統(tǒng)的采樣周 期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于過程對象的時間常數(shù)，因此數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，完全可以參照模擬調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法進(jìn)行，最后在實(shí)踐中加以調(diào)整，以得到比較理想的參數(shù)。在被調(diào)量的偏差消除后，由于積分規(guī)律的特點(diǎn)，輸出將停留在新的位置而不回復(fù)原位，因而能保 持靜 態(tài)誤 差為零。它具有許多特點(diǎn)，如不需要求出數(shù)學(xué)模型、控制效果好等，特別是在微機(jī)控制系統(tǒng)中，對于時間常數(shù)比較大的被控對象來說，數(shù)字 PID 完全可以代替模擬 PID 調(diào)節(jié)器，應(yīng)用更加靈活，適用性更強(qiáng)。 。當(dāng)采用高級語言或 MATLAB 等工具對算法進(jìn)行模擬，并確定最終要實(shí)現(xiàn)的算法以后，軟件的設(shè)計(jì)工作就是采用合適的編程語言進(jìn)行算法實(shí)現(xiàn)，并使程序的效率 滿足實(shí)時性要求。波特率設(shè)置為 9600bps。 ISP 的工作原理 ISP的實(shí)現(xiàn)相對要簡單一些，一般通用做法是內(nèi)部的存儲器可以由上位機(jī)的軟件通過串口來進(jìn)行改寫。 ● ESD 保護(hù)大于 MILSTD883（方法 3015）標(biāo)準(zhǔn)的 20xxV。每一個發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F 電平。因此，在應(yīng)用系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)時，應(yīng)考慮這種鍵盤掃描子程序的編程調(diào)用應(yīng)能滿足鍵盤響應(yīng)要求。除非不接 數(shù)碼管，否則連接至 DP 及 SA～ SG 的 8 只 200Ω 電阻也不能省去。DATA 引腳為高阻狀態(tài)，如圖 315 所示。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 (4)右移指令。 KEY 為按鍵信號輸出端，在無鍵按下時 為高電平；而有鍵按下時此引腳變?yōu)榈碗娖讲⑶乙恢北３值芥I釋放為止。 DP為小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動輸出端。 KEY 為按鍵信號輸出端，該端在無鍵按下時為高電平；而在有鍵按 下時變?yōu)榈碗娖剑⒁恢北３值桨存I釋放為止。 （ 4） 具有段尋址指令，可方便地用來控制獨(dú)立的ＬＥＤ顯示管 ?？赏瑫r驅(qū)動 8位共陰 極 式數(shù)碼管 (或 64 只獨(dú)立 LED)的智能顯示驅(qū)動芯片，該芯片同時可連接多達(dá) 64 鍵的鍵盤矩陣，一片即可完成 LED 顯示及鍵盤接口的全部 功能。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。 利用固態(tài)繼電器器來控制加熱爐加溫。對交流負(fù)載的控制有過零和非 過零控制功能。 固態(tài)繼電器按其工作性質(zhì)分直流輸入 交流輸出型、直流輸入 支流輸出型、交流輸入 交流輸出型、交流輸入 直流輸出型。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá) 0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到 55℃ ）的值增加，表明所測溫度大于 55℃ 。 64 位 ROM 的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8＋ X5＋ X4＋ 1）。 圖 35 JTAG 方針接口設(shè)計(jì)圖 (5)電源設(shè)計(jì) AVR 單片機(jī)最常用的是 5V 與 兩種電壓。需要一只 10K 的上拉電阻 。 圖 32 復(fù)位電路設(shè)計(jì) （ 2） 晶振電路的設(shè)計(jì) Mega16 已經(jīng)內(nèi)置 RC 振蕩線路，可以產(chǎn)生 1M、 2M、 4M、 8M 的振蕩頻率。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 ● 電源 。每個中斷在中斷向量表里都有獨(dú)立的中斷向量。堆棧位于通用數(shù)據(jù) SRAM，因此其深度僅受限于 SRAM 的大小。 ALU也可 以執(zhí)行單寄存器操作。 快速訪問寄存器文件包括 32 個 8 位通用工作寄存器，訪問時間為一個時鐘周期。不使用 ADC時，該引腳應(yīng)直接與 VCC 連接。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還 未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。 端口 C(PC7..PC0) 端口 C 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將 應(yīng)用程序 下載到應(yīng)用 Flash 存儲區(qū) (ApplicationFlash Memory)。由于其先進(jìn)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。文中詳述了該芯片的工作原理。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個零電壓開關(guān)，在零電壓處導(dǎo)通，零電流處關(guān)斷，減少了 電流波形的突然中斷，從而減少了開關(guān)順效應(yīng)。 溫度采集單元的論證 方案一：采用溫度傳感器 DS18B20 美國 DALLAS 公司的產(chǎn)品可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度 信號的采集，有很多優(yōu)點(diǎn)：如直接輸出數(shù)字信號，故省去了后繼的信 號放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換部分，外圍電路簡單，成本低 。 單片機(jī)可重設(shè) 置 啟動復(fù)位 ,以提高單片機(jī)工作的可靠性。溫度控制采用固態(tài)繼電器 SSR 直接控制電加熱器的通斷進(jìn)行水溫的控制，滿足控制精度。 題目 要求 設(shè)計(jì)利用 AVR 單片機(jī)，通過外圍電路，對 1 升水進(jìn)行溫度控制 。模糊控制對那些難以獲得數(shù)學(xué)模型或模型非常粗糙的工業(yè)系統(tǒng)，如那些大滯后、非線性等復(fù)雜工業(yè)對象實(shí)施控制有獨(dú)特優(yōu)勢，但靜態(tài)誤差不易控制 .模糊控制偏偏含有大量專家經(jīng)驗(yàn) ,實(shí)際實(shí)現(xiàn)比較困難 ,它絕不可以代替經(jīng) 典的自動控制，而是擴(kuò)展了一般的自動控制。在這方面以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速發(fā)展。那么無論是哪種控制，我們都希望水溫控制系統(tǒng)能夠有很高的精確度（起碼是在滿足我們要求的范圍內(nèi)），幫助我們實(shí)現(xiàn)我們想要的控制，解決身邊的問題?？刂扑惴ú捎?PID算法是系統(tǒng)具有快速響應(yīng)和較小的超調(diào)。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。該系統(tǒng)具有設(shè)定、實(shí)時顯示以及于上位機(jī)通信功能。 關(guān)鍵詞： 溫度控制 ATmega16 單片機(jī) PID 算法 PWM 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) III Abstract This paper introduces the design and realization of the automotive water temperature control system basing on AVR. It has the function of setting, display signal in real time and upper munication. Set the precision be on ℃ 、 and precision of temperature control is ℃ 、 range of temperature control is 30~100℃. And it also has the paint and show temperature curve functions. This system adopt ATmgea16 SCM as a main controller, Temperature collection adopt DS1820 high precision numeral sensor. Single bus interface is simply and good linearity. It use GTJ310A solidstate relay in the part of power output, the circuits are economic and reliable. The controllability and precision is well under the control of PWM. It makes system with quick response and lower over swing while usi