【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、十、百、千、萬(wàn)選通； B8 B4 B2 B1 為 BCD 碼輸出，對(duì)應(yīng) 8421 碼； UR為 欠量程信號(hào)輸出端 ,當(dāng)輸入信號(hào)小于量程范圍的 9%時(shí) ,該端輸出高電平； 河北科技師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 OR為 過(guò)量程信號(hào)輸出端 ,當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò)計(jì)數(shù)范圍 (20201)時(shí) ,該端輸出高電平； STOR為數(shù)據(jù)輸出選通信號(hào) (負(fù)脈沖 ),寬度為時(shí)鐘脈沖寬度的一半 ,每次 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí) ,該端輸出 5 個(gè)負(fù)脈沖 ,分別選通由高到低的 BCD 碼數(shù)據(jù) (5 位 ),該端用于將轉(zhuǎn)換結(jié)果打到并行 I/O 接口； R/H 為自動(dòng)轉(zhuǎn)換 /停頓控制輸入 .當(dāng)輸入高電平時(shí) 。每隔 40002 個(gè)時(shí)鐘脈沖自動(dòng)啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換 。當(dāng)輸入為低電平時(shí) ,轉(zhuǎn)換結(jié)束后需輸入一個(gè)大于 300ns 的正脈沖 ,才能啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換； GND 為數(shù)字地； POL 為極性判斷端 ,高電平表示極性為正； BUSY 為忙信號(hào)輸出 ,高電平有效 .正向積分開(kāi)始時(shí)自動(dòng)變高 ,反向積分結(jié)束時(shí)自動(dòng)變低； CLK 為時(shí)鐘輸入端，典型值 =125kHz,對(duì) 50Hz 工頻干擾有較大抑制能力 ,此時(shí)轉(zhuǎn)換速度為3 次 /s. (1)信號(hào)調(diào)理電路 圖 25 信號(hào)調(diào)理電路 如圖 24 所示， AD590 采集的信號(hào)是微弱的電流信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路進(jìn)行放大，轉(zhuǎn)化為 LR 上的輸出電壓 ov ，放大增益為 rfA ,由于反饋系數(shù) 。由于1??grFA ，所以 fgrf RFA ???1 此放大電路相當(dāng)于電流控制的電壓源。因此無(wú)論負(fù)載 LR 如何變化，只要輸入電流 i不變，則 ov 不變。因?yàn)?AD590 的額定輸出是 A? ， ICL7135 的輸入是 0 到 2V，所以應(yīng)該采取放大倍數(shù)為 10K，取 KRf ? 。由下式得 河北科技師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 CVTv o/? 由運(yùn)算放大器 2組成減法器電路，輸出 1ov 與 做差，這樣，當(dāng)溫度為 70 Co 時(shí)，輸出電壓就為 ， CV o/ 。其中 , 電源可由一個(gè)高精度的電位器來(lái)實(shí)現(xiàn)。將此模擬信號(hào)于 ICL7135 的模擬輸入端相連，經(jīng)過(guò)溫度轉(zhuǎn)換程序，即可求得此時(shí)的溫度值。 (2)ICL7135 與單片機(jī)接口電路 圖 26 ICL7135與單片機(jī)接口 R/H接高電平， ICL7135 工作在自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式，即每轉(zhuǎn)換完，自動(dòng)進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)換。 BUSY 由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，開(kāi)始 A/D 轉(zhuǎn)換；當(dāng) BUSY 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束。所以，才用 INT1 下降沿觸發(fā)的方式向單片機(jī)申請(qǐng)中斷，從 P1 口讀取數(shù)據(jù)， P1 口的低 4位為 BCD 碼 ,P1 口的高四位的組態(tài)決定了低四位 BCD 碼代表個(gè)、十、百、千位的情況。例如： P1=01000101，則代表讀取的數(shù)字是 500。連續(xù)從 P1 口讀取 5個(gè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)個(gè)、十、百、千的情況，重新組織數(shù)據(jù)，把 5個(gè)數(shù)據(jù)相加，即得本次 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)字量， 根據(jù)裝換關(guān)系，即可得此時(shí)的溫度值。 ICL7137, 屬雙積分型并具有四位半精度 ( 相當(dāng)于 14 位二進(jìn)制數(shù) ) ,可以轉(zhuǎn)換 19999 至 19999 個(gè)數(shù)字量 ,大大提高了轉(zhuǎn)換的精度 , 并且抗干擾能力強(qiáng)。用具有高穩(wěn)定性的基準(zhǔn)電阻作對(duì)比 , 抑制了整個(gè)系統(tǒng)的溫漂和時(shí)漂。 數(shù)碼管顯示電路 對(duì)于數(shù)碼顯示（ LED）用串行輸出口。用串入并出移位寄存器 74LS164 作為靜態(tài)顯示的 LED 輸出接口，對(duì)于基本顯示即夠用，可以用數(shù)碼顯示。 用數(shù)碼顯示時(shí)，使 STC89C52 的串行口工作于方 式 0（即移位寄存方式）。用 4片串入并出移位寄存器 74LS164 作為 4位溫度靜態(tài)顯示器的輸出口，欲顯示的 8位段碼即字型碼通過(guò)軟件譯碼產(chǎn)生，并由 RXD 串行口發(fā)送出去，既充分利用了單片機(jī)的硬件資源，在設(shè)計(jì)中充分利用單片機(jī)本身四個(gè) I/O 接口而不另擴(kuò)展。接線(xiàn)圖如圖 27所示： 河北科技師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 27 數(shù)碼管顯示電路 控制輸出電路 該系統(tǒng)運(yùn)行一開(kāi)始，用戶(hù)由鍵盤(pán)將溫度給定值輸入給 RAM 指定單元，或者從 ROM指定單元送給 RAM 指定單元。然后檢測(cè) A/D 轉(zhuǎn)換值，再通過(guò)轉(zhuǎn) 換與計(jì)算，求得溫度值，隨即由數(shù)碼管顯示并作專(zhuān)家 PID算法的調(diào)節(jié)、控制。當(dāng)溫度偏離給定的某個(gè)數(shù)值時(shí)，除自動(dòng)作相應(yīng)調(diào)節(jié)處理外，還要發(fā)出聲光報(bào)警。加熱采用電加熱器，制冷使用制冷壓縮機(jī)。加熱器采用雙向可控硅過(guò)零觸發(fā)方式，使器件運(yùn)行可靠，同時(shí)省去了 D/A 變換器件，簡(jiǎn)化了觸發(fā)電路。 為了達(dá)到過(guò)零觸發(fā)的目的，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了交流電全波過(guò)零檢測(cè)電路。交流電路過(guò)零時(shí)向單片機(jī) STC89C52 發(fā)出中斷申請(qǐng)。 (1)過(guò)零檢測(cè)電路 河北科技師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 28 過(guò)零檢測(cè)電路 如 圖 28 所示，通過(guò)變壓器降壓 ,控制光電耦合器通斷 ,當(dāng)電壓過(guò)零時(shí) ,光耦截止 ,三級(jí)管基極高電平 ,三極管導(dǎo)通 ,輸出引腳低電平。 R1 與 R R3 是限流電阻，仿真效果如圖 29 所示： 圖 29 過(guò)零檢測(cè)電路仿真 (2) 過(guò)零觸發(fā)電路 河北科技師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 210 過(guò)零觸發(fā)電路 如圖 210 所示， MOC3061 為光電耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器 ,也屬于光電耦合器的一種 ,用來(lái)驅(qū)動(dòng)雙向 可控硅并且起到隔離的作用 ,R2 為觸發(fā)限流電阻 ,R3 為 BCR 門(mén)極電阻 ,防止誤觸發(fā) ,提高抗干擾能力。當(dāng)單片機(jī) 80C51 的 P1. 3 引腳輸出負(fù)脈沖信號(hào)時(shí) Q1 導(dǎo)通 ,MOC3061 導(dǎo)通 ,觸發(fā)雙向可控硅 導(dǎo)通 ,接通交流負(fù)載。另外 ,若雙向可控硅接感性交流負(fù)載時(shí) ,由于電源電壓超前負(fù)載電流一個(gè)相位角 ,因此 ,當(dāng)負(fù)載電流為零時(shí) ,電源電壓為反向電壓 ,加上感性負(fù)載自感電動(dòng)勢(shì) el 作用 ,使得雙向可控硅承受的電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電源電壓。雖然雙向可控硅反向?qū)?,但容易擊穿 ,故必須使雙向可控硅能承受這種反向電壓。一般在雙向可控硅兩極間并聯(lián)一個(gè) RC阻容吸收電路 ,實(shí)現(xiàn)雙向可控硅過(guò)電壓保護(hù) ,圖 210中的 C1 、 R4 為 RC 阻容吸收電路。 (3)聲光報(bào)警電路 圖 211 聲光報(bào)警電路 本系統(tǒng)采用聲光報(bào)警達(dá)到提醒溫度是否過(guò)限。聲光報(bào)警電路包含有一個(gè)蜂鳴器和一個(gè)發(fā)光二極管。由于單片機(jī)上電后 P1 口為高電平，且蜂鳴器的另一端連接為 VCC，故直接連接蜂鳴器時(shí)，上電后蜂鳴器不響。在發(fā)光二極管電路中加入電阻起到限流作用，防止通過(guò)的電流過(guò)大，燒毀發(fā)光二極管。聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖 211。 河北科技師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 晶振電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，其結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī) 晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)接到的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振電路如圖 212 圖 212 晶振電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)復(fù)位是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并在這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作，例如復(fù)位后 PC=0000H，使單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令。無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位，所以我們必須弄清楚MCS51型單片機(jī)復(fù)位的條件、復(fù)位電路和復(fù)位后狀態(tài)。 單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使 RST 引腳加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)振蕩周期）的高電平。例如，若時(shí)鐘頻率為 12MHz，每機(jī)器周期為 1μ s，則只需 2μ s 以上時(shí)間的高電平，在 RST 引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。 本設(shè)計(jì)中采用的復(fù)位電路，該電路是采用上電和按鍵都有效地復(fù)位電路，此電路能實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)和單 片機(jī)在運(yùn)行時(shí)的復(fù)位，開(kāi)機(jī)復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，開(kāi)機(jī)瞬間單片機(jī)的 RESET 引腳獲得高電平，隨著電容的充電 RESET 的高電平將逐漸下降， RESET 引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間，單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。除上電復(fù)位外，若要在單片機(jī)運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)復(fù)位，只需按圖中 的 RESET 鍵實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位電路如圖 213 所示 : 河北科技師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 213 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 分頻電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中 ICL7135 的時(shí)鐘端需要接 125KHz 的時(shí)鐘信號(hào)，再不用外加信號(hào)源的情況下，需要對(duì)單片機(jī) ALE 端進(jìn)行分 頻。單片機(jī)接 12M晶振， ALE端對(duì)單片機(jī)進(jìn)行 12分頻，所以 ALE 端會(huì)產(chǎn)生 1MHz的時(shí)鐘信號(hào)，此信號(hào)不能直接使用，需要進(jìn)行 8 分頻。如圖 214 所示，采用 3 個(gè) 74LS74D 觸發(fā)器組成的 8 分頻電路。 圖 214 八分頻電路 仿真效果如圖 215 所示： 河北科技師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 215 八分頻電路仿真 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 算法的選擇 專(zhuān)家控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 在專(zhuān)家控制系統(tǒng)中，控制器由專(zhuān)家控制器和其他常規(guī)控制器兩部分構(gòu)成，各種高層決策的控制知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)被用來(lái)間接地控制生產(chǎn)過(guò)程或調(diào)節(jié)受控對(duì)象，專(zhuān)家控制器的作用是監(jiān)控系 統(tǒng)的控制過(guò)程，動(dòng)態(tài)調(diào)整其他控制器的結(jié)構(gòu)或控制的參數(shù)，然后由其他控制器完成對(duì)受控對(duì)象的直接控制作用。間接型專(zhuān)家控制系統(tǒng)包括兩個(gè)回路，一回路為反饋回路，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和反饋控制，包括過(guò)程及分析算法，例如信號(hào)處理、數(shù)字控制；另一回路是實(shí)時(shí)專(zhuān)家控制系統(tǒng)，包括對(duì)多種算法進(jìn)行組織和調(diào)整的決策知識(shí)。專(zhuān)家控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖 31。 河北科技師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 31 專(zhuān)家控制系統(tǒng)控制框圖 PID 控制原理 用數(shù)字計(jì)算機(jī)代替模擬計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，不僅可以用軟件實(shí)現(xiàn)PID控制算法，而 且可以利用計(jì)算機(jī)的邏輯功能，使 PID控制更加靈活。數(shù)字 PID控制在生產(chǎn)過(guò)程中是一種最普遍采用的控制方法。將偏差的比例（ P）、積分（ I）、微分（ D）通過(guò)線(xiàn)性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱(chēng) PID控制器。工業(yè)生產(chǎn)中， PID控制是最先發(fā)展起來(lái)的，應(yīng)用領(lǐng)域至今仍然廣泛。其優(yōu)點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單，魯棒性強(qiáng)，可靠性高，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性良好。 PID控制器是線(xiàn)性控制器，它根據(jù)給定值 X(t)與實(shí)際輸出值 Y(t)構(gòu)成控制偏差： )(