【正文】 用的一種顯示設(shè)備，每個(gè)數(shù)碼管由七個(gè)發(fā)光二極管按照一定的排列結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)七個(gè)發(fā)光二極管的正負(fù)極連接不同，又分為共陰極數(shù)碼管和共陽(yáng)極數(shù)碼管兩種，選擇的數(shù)碼管不同，程序設(shè)計(jì)上也有一定的差別。一英寸以下的的 LED 數(shù)碼管內(nèi)，每一筆段含有一只 LED 發(fā)光二極管，導(dǎo)通壓降為 ；一英寸及以上的 LED 數(shù)碼管的每一筆段由多只 LED 發(fā)光二極管以串、并聯(lián)方式連接而成，筆段導(dǎo)通電壓與筆段內(nèi)包含的 LED 發(fā)光二極管的數(shù)目、連接方式有關(guān)。 固態(tài)繼電器的簡(jiǎn)介：固態(tài)繼電器（ SOLID STATE RELAYS），簡(jiǎn)寫(xiě)成 ”SSR”，是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)元件，它利用電子元件（如開(kāi)關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件）的開(kāi)關(guān)特性，可達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)無(wú)火花地接通和斷開(kāi)電路的目的，因此又被稱為 “無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) ”[18]。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 23 圖 215 LED顯示電路 由于單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，所以必須在單片機(jī)與 LED164 之間加上74LS164，它的管腳圖如圖 216 所示。選擇 2 鍵進(jìn)行移位調(diào)整，第一次顯示 KP，第二次顯示 KI，第三次顯示 KD。優(yōu)點(diǎn)：電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。可以得到離散的 PID 表達(dá)式為： 0( ) ( ) ( ) [ ( ) ( 1 ) ]kp I Dju k K e k K e j K e k e k?? ? ? ? ?? （ 22） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 20 式中， k 為采樣序號(hào)， k=1， 2， 3， ?? ； u(k)為第 k 次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值； e(k)為第k 次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； e(k1)為第 (k1)次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； KI為積分系數(shù) ； KD為積分系數(shù)。在第 1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。 CLK 時(shí)鐘信號(hào)。接著把參考電壓的八分之一 (1/23)迭加到第二位轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制代碼所產(chǎn)生的電壓上，把迭加后 的電壓與輸入模擬電壓比較以確定第三位的二進(jìn)制值。復(fù)雜的硬件或具有合適的軟件指令的簡(jiǎn)單硬件都可能實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。 (2)折線近似法 ： 這是一種對(duì)非線性較大的信號(hào)處理的較好的方法。 K型熱電偶的輸出是毫伏級(jí)電壓信號(hào)，最終要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)與 CPU通信。它的主要特點(diǎn)是：測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。因此，圖 29 所示的符號(hào)用來(lái)表示運(yùn)算放大器。因此 ，我們首先要選擇合適的測(cè)溫元件，對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，MCS51 單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳 RST，高電平有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。在訪問(wèn)外部程序和 16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口送出高 8位地址。 AT89C52單片機(jī)： AT89C52是美國(guó) ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8位單片機(jī)，器件采用 ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051指令系統(tǒng)及引腳。 單片機(jī)將傳感器所采集到的溫度 和事先設(shè)定的溫度進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)小于設(shè)定值時(shí)將發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)加熱裝置；當(dāng)大于設(shè)定值時(shí)將關(guān)閉加熱裝置，從而使得被控溫度控制在一定的范圍之內(nèi)，達(dá)到實(shí)時(shí)控制的功能 [4]。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 3 第 二 章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的論證與比較 根據(jù)題目要求 ， 溫度控制器是由核心處理模塊、溫度采集模塊、鍵盤(pán)顯示模塊、及控制執(zhí)行模塊等組成，所以本設(shè)計(jì)要考慮這些模塊器件的選型以及所設(shè)計(jì)出來(lái)的溫度控制器的可行性，其主要有以下幾種設(shè)計(jì)方案 [7]。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問(wèn)題。針對(duì)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義 [1]。 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 題 目 : 基于單片機(jī)的電阻爐 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： *** 學(xué) 號(hào)： 0511230 專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí)： 測(cè)控 073班 指導(dǎo)教師： *** 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） I 基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 電阻爐是利用電流通過(guò)電阻體產(chǎn)生的熱量來(lái)加熱或熔化物料的一類(lèi)電爐 。 單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測(cè)和溫度控制。因此對(duì)溫度的檢測(cè)的意義就越來(lái)越大。 方案一：采用 8031作為控制核心 ,以使用最為普遍的器件 ADC0809作模數(shù)轉(zhuǎn)換 ,控制上使用對(duì)電阻絲加電使其升溫。 整個(gè)控制器主要有以下功能 [11]： (1)被控溫度可以根據(jù)實(shí)際的需要設(shè)定 ； (2)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值 ； (3)按鍵控制： a、 設(shè)置復(fù)位鍵、加一鍵、減一鍵、確定鍵 ； b、修改 P、 I、 D系數(shù)； (4)越限報(bào)警。 4K 字節(jié)可系統(tǒng)編程的 Flash 程序存儲(chǔ)器， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個(gè) I/O口線，看門(mén)狗(WDT)，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩 個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路 [12]。而在訪問(wèn) 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 MCS51 單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。 熱電偶的冷鍛溫度補(bǔ)償有四種方法： 補(bǔ)償導(dǎo)線法 ； 冷端補(bǔ)償法 ； 計(jì)算修正法 ； 電橋補(bǔ)償法 [14]。由圖可以看出，運(yùn)算放大器有 2個(gè)輸入端， 一個(gè)輸出和連接正、負(fù)電源線端子。其中鉑熱電阻的測(cè)量精度是最高的，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制作成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 是 熱電極，絕緣材料和保護(hù)管 ， 并與顯示儀表、記錄儀表或計(jì)算機(jī)等配套使用。處理得好可以達(dá)到較高的精度。軟件的使用會(huì)降低模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程的速度。這個(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行 N 次 (模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù) )。 ADC0832的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。 數(shù)字 PID 算法 PID 調(diào)節(jié)的一般步驟 [17]： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 19 P：確定比例增益 P 時(shí)，首先去掉 PID 的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，一般是令Ti=0、 Td=0（具體見(jiàn) PID 的參數(shù)設(shè)定說(shuō)明），使 PID 為純比例調(diào)節(jié)。 該系統(tǒng)采用增量式 PID控制算法，是指數(shù)字控制器輸出只是控制量的增量，該算法編程簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)可以遞 推使用，占用存儲(chǔ)空間少，運(yùn)算快。缺點(diǎn)：每個(gè)按鍵需占用一根 I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)， I/O口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。 3 鍵增加鍵，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 22 按下一次在原基礎(chǔ)之上加 1，這個(gè)值在 09 之間變化。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i tl eN um be r R e v is i onS i z eBD a t e : 16 Ju n 20 11 S he e t of F i le : F : \設(shè)計(jì) \畢業(yè)設(shè)計(jì) \設(shè)計(jì) \99 原理圖 \xd D B D ra w n B y :A1B2QA3QB4QC5QD6C L K8C L R9QE10QF11QG12QH13U474 L S 16 4 圖 216 74LS164 管腳圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 24 A 和 B 為 74LS64 的串行輸入端； QAQH 為 74LS64 的串行輸出端； CLK 是串行時(shí)鐘輸入端； CLR 是串行輸出清零端； VCC： +5V； GND： 接地端。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 27 固態(tài)繼電器 SSR40DA是由固態(tài)元件組成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，具有工作安全可靠、壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、無(wú)污染、高絕緣、高耐壓（越過(guò) ）、低觸發(fā)電流、開(kāi)關(guān)速度快、可與數(shù)字電路巨配，以阻燃型環(huán)氧樹(shù)脂為原料，采用灌封技術(shù)，使與外界隔離，具有良好的耐壓、防潮、防腐、抗震動(dòng)等性能。 表 74LS164 功能表 輸 入 輸 出 清除 時(shí)鐘 A B QA QB QH L L L L H L QA0 QB0 QH0 H ↑ H H H QAn QGn H ↑ L L QAn QGn H ↑ L L QAn QGn LED164 的管腳如圖 217 所示，其中 ag 段用來(lái)顯示數(shù)字或字符 的筆畫(huà)， dp 顯示小數(shù)點(diǎn)， 9 和 10 引腳作為公共地。 顯示電路 電子設(shè)計(jì)中常用的輸出顯示設(shè)備有兩種：數(shù)碼管和 LCD。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，由于只需要四個(gè)按鍵，所以采用獨(dú)立式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)，電路連接圖如圖 214所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 16 J u n 20 11 S he e t of F i l e : F : \設(shè)計(jì) \畢業(yè)設(shè)計(jì) \設(shè)計(jì) \ 99 原理圖 \ x d D B D r a w n B y :K4S W 4K3S W 4K2S W 4K1S W 4GNDP P 圖 214 獨(dú)立式鍵盤(pán) 當(dāng)用手按下一個(gè)鍵時(shí) ，往往按鍵在閉合位置和斷開(kāi)位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況；在釋放一個(gè)鍵時(shí)，也回會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似的情況。主要包括按鍵輸入、輸出顯示。比例增益 P 調(diào)試完成。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 18 VREF——參考電源參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。 本設(shè)計(jì)采用的 A/D 轉(zhuǎn)換器為 ADC0832 一． ADC0832 簡(jiǎn)介 ADC0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo) 體公司生產(chǎn)的一種 8位分辨率、雙通道 A/D轉(zhuǎn)換芯片。用于特定用途的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器可按其精度和速度分類(lèi)。 圖 211 折線近似法 該種方法的電路原理圖如圖 211 所示。熱電偶簡(jiǎn)單分為裝配式熱電偶，鎧裝式熱電偶和特殊形式熱電偶；按使用環(huán)境細(xì)分有耐高溫?zé)犭娕迹湍犭娕?，耐腐熱電偶，耐高壓熱電偶，隔爆熱電偶，鋁液測(cè)溫用熱電偶，循環(huán)硫化床用熱電偶，水泥回轉(zhuǎn)窯爐用熱電偶，陽(yáng)極焙燒爐用熱電偶，高溫?zé)犸L(fēng)爐用熱電內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 15 偶，汽化爐用熱電偶，滲碳爐用熱電偶，高溫鹽浴爐用熱電偶，銅、鐵及鋼水用熱電偶，抗氧化鎢錸熱電偶，真空爐用熱電偶，鉑銠熱電偶等 。因此，熱電阻的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 14 引出線的電阻的變化會(huì)給測(cè)溫帶來(lái)影響。也就是說(shuō)， 傳感器是借檢測(cè)元件（敏感元件）將被測(cè)對(duì)象的一種信息按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成另一種信息的器件或裝置。采用這種方法可以消除冷端溫 度 t0不等于 0℃ 而引起的誤差。RC 復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能 [4]。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。當(dāng) P3 口寫(xiě)入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止其它所有部件工作，直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)如圖 22所示 ： 圖 22 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī) 在多數(shù)電子設(shè)計(jì)當(dāng)中，基于性價(jià)比的考慮， 8 位單片機(jī)仍是首選。 方案二：采用比較流行的 AT89C51作為電路的控制核心 ,AT89C51是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器 [8]。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，很多時(shí)候都需要對(duì)溫 度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。 電阻爐是利用電流通過(guò)電阻體產(chǎn)生 的熱量來(lái)加熱或熔化物料的一類(lèi)電爐 [3]。 電阻爐由爐體、電氣控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成。 PID control 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） III 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................................. I ABSTRACT .................................................................................................................................... II 第一章 緒論 ....................................................................................................................................1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義 .............