【正文】 。因此這種 LED 顯示器稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù)碼管。通常將其放在電橋的橋臂上，當溫度發(fā)生變化時， PT100 鉑熱電阻兩端的電壓信號被送到儀器放大器 LM741 的輸入端，經(jīng)過儀器放大器放大后的電壓輸出送給 A/D 轉換芯片，從而把熱電阻的阻值轉換成數(shù)字量。 以放大器 LM741為信號放大器件。 ⑤ 是否轉換完畢，我們根據(jù) EOC 信號來判斷。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量 送入轉換器 進行轉換。 ① ADC0809 的內部邏輯結構 如圖 所示。 5． REF（ +）：參考電壓正端。見下表： 表 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài) 模式 程序存儲器 ALE PSEN P0 P1 P2 P3 空閑模式 內部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 空閑模式 外部 1 1 浮空 數(shù)據(jù) 地址 數(shù)據(jù) 掉電模式 內部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 掉電模式 外部 0 0 浮空 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 第 13頁 共 36頁 數(shù)模轉換器選型 ADC0809 簡介 A/D 轉換部分采用 ADC0809 組成 A/D 轉換電路， ADC0809 是一種 8 路模擬輸入的 8位逐次逼近式 A/D 轉換器件。 由于外部時鐘信號是通過一個 2分頻觸發(fā)器后作為內部時鐘信號 的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應該符合產(chǎn)品技術條件的要求。欲使 CPU 訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH）。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 Flash 編程和程序校驗期間 ,P1 接 收低 8位地址。該器件是 INTEL 公司生產(chǎn)的 MCS51 系列產(chǎn)品中的基礎產(chǎn)品，采用了可靠的 CMOS 工藝制造技術。該串行口功能較強，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為移位器使用。 3 內部程序存儲器（ ROM） 8051 內部有 4KB 的 ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格。如果把 CPU、RAM、 ROM、終端系統(tǒng)、定時 /計數(shù)器、以及 I/O 口等主要微型機部件集成在一塊芯片上，就稱該芯片為單片微型計算機 SCMC（ Single Chip Micro Computer） ,簡稱單片機。單片機系統(tǒng)可以用數(shù)碼管來顯示水溫的實際值，能用鍵盤輸入設定值。 本論文的結構安排 第一章是引言部分，闡述本系統(tǒng)設計的目的意義以及國內外發(fā)展狀況；第二章為溫度控制系統(tǒng)的總體方案即提出的幾種方案論證；第三章是系統(tǒng)硬件設計電路，主要闡述了本次設計用到的硬件的屬性即相 關功能，以及電路的連接；第四章是軟件部分，包括系統(tǒng)流程圖和程序編寫；最后是參考文獻和結束語。 通過網(wǎng)上查詢、翻閱圖書了解到目前國內外市場以單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)很多，而且方案靈活，且應用面比較廣，可用于工業(yè) 上的加熱爐、熱處理爐、反應爐，在生活當中的應用也比較廣泛，如熱水器，室溫控制，農(nóng)業(yè)中的大棚溫度控制等。本次設計采用 AT89C51 單片機與各種外圍電路構成單片機溫度自動檢測和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度的實時檢測和控制。為了使系統(tǒng)與外界的能量交換盡可能滿足第 2 頁 共 36 頁 人們的要求，就需要采取一定的手段來對溫度進行準確的控制。因此，溫度量的變化往往受到不可預 測的外界環(huán)境擾動的影響。除了這些部門之外，溫度控制系統(tǒng)還廣泛應用于其他領域，是用途很廣的一類工業(yè)控制系統(tǒng) [1]。這不僅給操作者帶來許多不便，而且靠人工隨時調節(jié)空燃比或者電壓大小，很難跟蹤熱值變化的速度，加之加熱爐都需要按照加熱工藝曲線進行周期性的加熱， 而爐子的特性是變化的，要使加熱爐實現(xiàn)最有效的節(jié)能運行還應該考慮到進料狀況（冷錠或熱錠）以及軋機故障待軋的運行狀態(tài)。對這些要求，模擬控制系統(tǒng)是難以實現(xiàn)的。溫度測控技術主要包括溫度測量技術和溫度控制技術兩方面。本系統(tǒng)最大的優(yōu)點是在一臺電腦上可以監(jiān)測到多個大棚內的溫度情況，從而進行控制。 本系統(tǒng)設計方案論證 1. 傳統(tǒng) 模擬控制溫度 圖 模擬控制溫度框圖 此方案是傳統(tǒng)的模擬控制方案，選用模擬電路，用電位器設定值，反饋的溫度值和設定值比較后，決定加熱或不加熱。而方案 二 是采用以單片機為控制核心的控制系統(tǒng)，尤其對溫度控制，可達到模擬控制所達不到的效果，并且實現(xiàn)顯示和鍵盤設定功能，大大提高了系統(tǒng)的智能化。需要提醒的是 MCS51 的 CPU 能處理 8位二進制數(shù)或代碼。 4 定時器 /計數(shù)器 第 7 頁 共 36 頁 8051 共有 2 個 16位的定時器 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)結果對計算機進行控制。共有 5 個中斷源，即外中斷 2個，定時中斷 2 個，串行中斷 1 個，全部中斷分為高級和低級共二個優(yōu)先級別。 主要性能參數(shù)為 : 1) 與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 2) 4K字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 3) 100 次擦寫周期 4) 全靜態(tài)操作 :0Hz24MHz 5) 三級加密程序存儲器 第 8 頁 共 36 頁 6) 128*8 字節(jié)內部 RAM 7) 32個可編程 I/O 口線 8) 2個 16 位定時 /計數(shù)器 9) 5個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級 10) 可編程串行 UART 通道 11) 低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述 AT89C51 提供以下標準功能 :4K 字節(jié) Flash 閃速存儲器 ,128 字節(jié)內部RAM,32 個 I/O 口線 ,兩個 16 位定時 /計數(shù)器 ,一個向量兩級中斷結構 ,一個全雙工串行通信口 ,片內振蕩器及時鐘電路 .同時 ,AT89C51可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作 ,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工 作模式 .空閑方式停止 CPU的工作 ,但允許 RAM,定時 /計數(shù)器 ,串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作 .掉電方式保存 RAM 中的內容 ,但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到一個硬件復位。 Flash 編程或校驗時 ,P2 亦接收高位地址和其它控制信號。該位置前后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP，當然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VPP。 PD 是掉電模式，當 PD=1時，激活掉電工作模式，單片機進入掉電工作狀態(tài)。 ADC0809 由單 +5V 電源供電；片內帶有鎖存功能的 8路模擬多路開關，可對 8路 0～ 5V的輸入模擬電壓分時進行轉換，成一次轉換約需 100μ S；片內具有多路開關的地址譯碼器和鎖存器、高阻抗斬波器、穩(wěn)定的比較器， 256 電阻 T型網(wǎng)絡和樹狀電子開關以及逐次逼近寄存器。 8． A、 B、 C：地址輸入端。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉換完的數(shù)字量，當 OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。當 ST 上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉換；在轉換期間， ST 應保持低電平。 VREF（＋）， VREF（－） 為參考電壓輸入。 第 16頁 共 36頁 圖 A/D 轉換電路原理圖 溫度信號的獲取與放大 溫度傳感器選型 本設計溫度檢測范圍要求 0~500℃，故以 PT100為溫度傳感器獲取溫度信號，PT100 電阻溫度系數(shù)分散性小，其精度高，線性好，靈明度比較高。 另外， PT100 溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。 鍵盤電路設計 本設計采用 1*3 獨立按鍵。某筆段控制端低電平時，該筆段發(fā)光，高電平時不發(fā)光。也就是各字段的亮滅狀態(tài)不變。由于顯示部分選擇了靜態(tài)顯示，因此驅動電路也選擇第 21頁 共 36頁 靜態(tài)驅動。單電源供電，供電范圍 5~15V，最佳電源電壓 12V，基準電壓范圍為 10~+10V.分辨率為 Vref/256，建立時間 1us， DAC0832 的引腳圖如圖 所示 圖 DAC0832 的引腳圖 第 23頁 共 36頁 各引腳功能說明： 1 DI0～ DI7： 8 位數(shù)據(jù)輸入線， TTL 電平，有效時間應大于 90ns； 2 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效； 3 CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電 平有效； 4 WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于 500ns）有效。單片機內部雖然有振蕩電路，但要形成時鐘，外部還需附加電路。 C1 和 C2 可 在 20～ 100pF 之間取值，一般取 30pF 左右。單片機工作后，只要在它的 RST 引線上加載 10ms 以上的高電平，單片機就能夠有效地復位。程序存儲器的 0003H 單元即單片機的外部中斷 0 的中斷處理程序的入口地址。對內部有程序存儲器的單片機， EA 應接高電平。經(jīng)過單片機初 始 化 讀 取 數(shù) 據(jù) 顯示實際溫度 比較實際的溫度值和設定溫度值 是否大于？ D/A 轉換 報 警 繼電器控制加熱 PWM 控制器 開 始 數(shù)據(jù)采集 A/D 轉換時間到了嗎？ 第 29頁 共 36頁 分析運算在 LED 顯示器上顯示當前的溫度值。重新讀入 P2 口數(shù)據(jù) CJEN A,7FH 。 圖 顯示流程圖 程序如下： DISPLAY： MOV R0 , 30H 。但考慮到被控對象模型的不精確性和其參數(shù)隨時間的飄移，在調試中我們選擇了增量式 PID控制算法，即 Δ u（ k） =a0e(k)+a1e(k1)+a2e(k2) U(k)=u(k1)+ Δ u(k) a0=Kp {1+ T + TD } TI + T a1=Kp{1+2TD } T a2=Kp TD T 式中： T 為采樣周期； TD微分時間常數(shù)； TI為積分時間常數(shù)； Kp 為比例系數(shù)；e（ k）和 u（ k）分別為系統(tǒng)的偏差信號和調節(jié)輸出信號。我所取得的進步和張教授的諄諄教導和悉心指導是分不開的，在這里我真誠地感謝張教授！畢業(yè)設計中我還得到了同學們的熱情幫助，在這里一并表示感謝 ！ 再一次對張教授表達我的深深的謝意！