【正文】 ng PID arithmetic as the control arithmetic. After the validation of experiment, this system has well reliable and stability. Then realize the setting of temperature and collecting of temperature in real time and painting. Keywords： Temperature Control ATmega16 Single Chip Computer PID Arithmetic 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 ) IV 目 錄 第 1章 概 述 ....................................................... 1 課題研究目的和意義 ............................................ 1 溫度控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 ........................................ 1 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展 方向 ........................................ 2 題目要求 ...................................................... 3 第 2章 方案論證 ..................................................... 4 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 .......................................... 4 主控單元的論證 ................................................ 4 溫度采集單元的論證 ............................................ 5 功率輸出單元的論證 ............................................ 5 鍵盤顯示單元的論證 ............................................ 6 第 3章 硬件設(shè)計(jì) ..................................................... 8 主控單元的設(shè)計(jì) ................................................ 8 ATmega16 單片機(jī)介紹 ........................................ 8 ATmega16 產(chǎn)品特性 .......................................... 9 ATmega16 引腳功能 ........................................ 11 ATmega16 內(nèi)核介紹 ........................................ 12 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................... 13 溫度采集單元設(shè)計(jì) ............................................. 17 DS18B20 的特點(diǎn) ............................................ 17 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ........................................ 17 引腳說明 ................................................. 18 測溫操作 ................................................. 18 功率輸出單元 ................................................. 20 固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理 ..................................... 20 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) V 固態(tài)繼電器的應(yīng)用特性 ..................................... 21 鍵盤與顯示單元 ............................................... 22 HD7279A 的主要特點(diǎn)如下： .................................. 23 引腳說明 ................................................. 23 數(shù)碼顯示電路 ............................................. 24 控制指令和接口時(shí)序 ....................................... 24 HD7279A 的應(yīng)用 以及鍵盤顯示單元 ............................ 26 通信單元 ..................................................... 27 MAX232 資料簡介 ........................................... 27 主要特點(diǎn) ................................................. 27 MAX232 應(yīng)用電路，注意電容接法。用高新技術(shù)來解決 工業(yè)生產(chǎn)問題， 排除生活用水問題實(shí)施對水溫的控制已成為我們電子行業(yè)的任務(wù)，以此來加強(qiáng)工業(yè)化建設(shè)，提高人民的生活水平。由于溫度控制具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn) ,它對控制調(diào)節(jié)器要求較高。缺點(diǎn)是靜態(tài)誤差不易控制，因含有大量專家經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際實(shí)現(xiàn)比較困難。 。 主 控 單 元鍵 盤 顯 示功 率 輸 出 單 元溫度采集單元通信單元打印單元 圖 21 硬件框圖 主控單元的論證 方案一 ： 采用 ATmega16 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 單片機(jī)的 I/O 口是真正的 I/O 口，能正確反映 I/O 口輸入 /輸出的 真實(shí)情況。 89C51 系列在低于 和高于 的時(shí)候則無法正常工作。 綜上我選擇方案一 。今天大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說的普通晶閘管，它是由四層半導(dǎo)體材料組成的，有三個(gè) PN 結(jié)，對外有三個(gè)電極 ：第一層 P 型半導(dǎo)體引出的電極叫陽極 A，第三層 P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極 G，第四層 N 型半導(dǎo)體引出的電 極叫陰極 K。 HD7279A 和微處理器之間采用串行接口，其接口和外圍電路 比較簡單，且占用口線少，加之它具有較高的性能價(jià)格比，因此，在微型控制器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括： C 語言 編譯器 、宏匯編、 程序調(diào)試器 / 軟件仿真器、仿真器及評估板。 端口 B(PB7..PB0) 端口 B 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。在復(fù) 位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。門限時(shí)間見 P36Table 15。 ATmega16 內(nèi)核介紹 為了獲得最高的性能以及并行性， AVR 采用了 Harvard 結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線。整個(gè)過程僅需一個(gè)時(shí)鐘周期。大多數(shù)指令長度 為 16 位，亦即每個(gè)程序存儲(chǔ)器地址都包含一條 16 位或 32 位的指令。數(shù)據(jù) SRAM 可以通過 5 種不同的尋址模式進(jìn)行訪問。映射到數(shù)據(jù)空間即為寄存器文件之后的地址 0x20 0x5F。 為了可靠，再加上一只 的電容 (C0)以消除干擾、雜波。 Mega 系列實(shí)際使用時(shí)，這兩只小電容不接也能正常工作。使用雙排 2＊ 5 插座。 220v28vD?DiodeD?DiodeD?DiodeD?DiodeVin VoutGND7089Volt RegVin VoutGND7085Volt RegC?Cap Semi100nFC?Cap SemiC?Cap Semi100uFC?Cap Semi+5 圖 36 電源電路設(shè)計(jì)圖 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 溫度采集單元設(shè)計(jì) DS18B20 的特點(diǎn) DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一個(gè)線式數(shù)字溫度傳感器，具有 3 引腳 TO－ 92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－ 55℃ ～＋ 125℃, 可編程為 9 位～ 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá) ℃ ，被測溫度用符號擴(kuò)展的 16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微 處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。對于單線操作：漏極開路 7 3 VDD 可選的 VDD 引腳。斜坡式累加器用來補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時(shí)獲得比較高的分辨力。下圖為其結(jié)構(gòu)框圖它至少由三個(gè)部件組成，即輸入電路、隔離部分和輸出電路。 （ 4）必須考慮瞬態(tài)過電壓和斷態(tài) dv/dt 對 SSR 的影響。則有加熱爐的電路導(dǎo)通，加熱爐開始加溫。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三 極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等?？刂泼姘搴图矣秒娖鞯阮I(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。當(dāng)該引腳是低 電平變成高電平，并保持 25ms 后，復(fù)位過程結(jié)束。 RESET 為復(fù)位端。在 8*8 陣列 中每個(gè)鍵的鍵碼是用十六進(jìn)制表示的，可用 鍵盤數(shù)據(jù)指令讀出，其范圍是 00H～ 3FH。指令代碼 為 A4H，其功能為清除所有顯示，包括字符消隱屬性和閃爍屬性。指令代碼為 A3H，其功能為將所有的顯示循環(huán)左移 1 位。 圖 316 帶數(shù)據(jù)指令時(shí)序 （ 3） 讀鍵盤指令時(shí)序：微處理器發(fā)出 16 個(gè) CLK 脈沖，前 8個(gè)向 HD7279A 傳送 8 位指令， DATA 引腳為高阻狀態(tài)；后 8個(gè)由 HD7279A 向微處理器返回 8位按鍵代碼，DATA 引腳為輸出狀態(tài)。 在應(yīng)用系統(tǒng)中為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有按鍵或鍵盤。本設(shè)計(jì)中采用掃描法。 ● 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器 。 MAX232 獲得正負(fù)電源的另一種方法在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，我們時(shí)常要用到數(shù) /模（ D/A）或者模 /數(shù) (A/D)變換以及其它的模擬接口電路，這里面要經(jīng)常用到正負(fù)電源，例如： 9V， 9V， 12V， 12V。 ISP 的優(yōu)點(diǎn) ISP技術(shù)的優(yōu)勢是不需要編程器就可以進(jìn)行單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)和開發(fā)，單片機(jī)芯片可以直接焊接到電路板上，調(diào)試結(jié)束即成成品，免去了調(diào)試時(shí)由于頻繁地插入取出芯片對芯片和電路板帶來的不便。 AVR 系列 ATmage16 控制器的硬件資源為高性能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)提供了必要的條件。而匯編語言編程的最大優(yōu)點(diǎn)是代碼效率高，但是不便于維護(hù)，開發(fā)周期長。如混合語言編程時(shí)要嚴(yán)格遵守 C語言的函數(shù)調(diào)用協(xié)議，不要編寫自修改代碼等。 圖 41 PID 控制系統(tǒng)框圖 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 33 比例調(diào)節(jié)器（ P） 這是一種簡單的調(diào)節(jié)器，比例調(diào)節(jié)器與偏差成比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)及時(shí)，誤差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，使被控量 y 向減小偏差的方向變化，但這種調(diào)節(jié)使被調(diào)量 y 存在靜差，即有殘留誤差，因?yàn)檎{(diào)節(jié)作用是以偏差的存在為前提條件的。 比例積分微分調(diào)節(jié)器（ PID） 比例積分調(diào)節(jié)消除系統(tǒng)誤差需經(jīng)過較長的時(shí)間，為進(jìn)一步改進(jìn)控制器，可以通過檢測誤差的變化率來預(yù)報(bào)誤差，根據(jù)誤差變化趨勢，產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快的消除在萌芽狀態(tài)，數(shù)學(xué)上描述這個(gè)概念就是微分，因此在 PI調(diào)節(jié)器的 基礎(chǔ)上加入微分調(diào)節(jié)，就構(gòu)成了比例積分微分調(diào)節(jié)器。時(shí)間比例：我設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的加熱期，比如2 分鐘，我在這 2 分鐘內(nèi)對輸出進(jìn)行控制，也就是說在這 2 分鐘內(nèi)的加熱多少時(shí)間，全速加熱就是整個(gè)周期 2 分鐘，停止加熱就是不輸出 0 分鐘，根據(jù)我們的計(jì)算可以在 02 分鐘內(nèi)變化，比如計(jì)算得到 1 分鐘 30 秒，那么，我們在 2 分鐘內(nèi)加熱 1分鐘 30 秒，剩下 30 秒不加熱， 2 分鐘后在測量溫度，重新計(jì)算輸