【文章內(nèi)容簡介】 腳和單片機(jī)連接的的 I/O 口。 LCD1602 液晶顯示模塊的讀寫操作，屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。 1602 液晶模塊 內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 43 所示 : 7 表 43 LCD1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11條控制指令 序號(hào) 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 CGRAM或 DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM或 DDRAM讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 根據(jù) LCD1602 的引腳定義和資料設(shè)計(jì)了了溫度控制系統(tǒng)的顯示模塊，電路圖如下圖 44 圖 44 溫控系統(tǒng)顯示模塊 8 1602 接口信號(hào)說明 1602 接口信 號(hào)說明如 表 45所示 表 45 1602接口說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù)口 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù)口 3 VO 液晶顯示對(duì)比度調(diào)節(jié)端 11 D4 數(shù)據(jù)口 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端 12 D5 數(shù)據(jù)口 5 R/W 讀寫選擇端 13 D6 數(shù)據(jù)口 6 E 使能端 14 D7 數(shù)據(jù)口 7 D0 數(shù)據(jù)口 8 D1 數(shù)據(jù)口 1602 操作時(shí)序 1602 的操作時(shí)序圖（見圖 46） 圖 46 1602操作時(shí) 序 分析時(shí)序圖可知 1602 液晶的流程如下 （ 1） 通過 RS 確定是寫數(shù)據(jù)還是寫命令。寫命令包括液晶的光標(biāo)顯示 /不顯示、 光標(biāo)閃爍 /不閃爍、需不需要移動(dòng)屏幕、在液晶什么位置顯示等。寫數(shù)據(jù)是指要顯示什么內(nèi)容。 （ 2） 讀 /寫控制端設(shè)置為寫模式，即低電平。 （ 3） 將數(shù)據(jù)或命令送至數(shù)據(jù)線。 9 （ 4） 給 E 一個(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)送入液晶控制器，完成寫操作。 DS18B20 溫度采集模塊的設(shè)計(jì) DS18B20 的管腳排列如圖 47 所示 ， DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸人端。 本溫度控制系統(tǒng)采用外接供電方式，電路圖如下圖 48所示 圖 47 DS18B20管腳圖 圖 48 DS18B20電路圖 10 DS18B20 的分辨率 DS18B20 溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測量，溫度分辨率的設(shè)定能夠影響到溫度傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換的精確度 [11]。溫度的分辨率設(shè)置如表 49所示。 表 49： 溫度分辨率設(shè)置表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 0 0 9位 0 1 10位 1 0 11位 375ms 1 1 12位 750ms 由于本系統(tǒng)的對(duì)被控的對(duì)象的溫度采集的實(shí)時(shí)要求 較高，所以選擇 DS18B20的分辨率位 12 位，在 12 位分辨率的時(shí)候的溫度采集精度是 度，滿足溫度系統(tǒng)的控制的精度的要求， 所以 R1和 R0 的設(shè)置分別為 R1=1,R0=1。 DS18B20 工作時(shí)序圖 （ 1） 初始化（時(shí)序圖見 410） 圖 410初始化時(shí)序 （ 2）寫數(shù)據(jù)（時(shí)序圖見圖 411） 11 圖 411寫數(shù)據(jù)時(shí)序 （ 3） 讀數(shù)據(jù)（時(shí)序圖見圖 412） 圖 412讀數(shù)據(jù)時(shí)序 控制執(zhí)行模塊 STC89C52 是本溫度控制系統(tǒng)的處理器。首先由 DSl8B20 數(shù)字溫度傳感器檢測并且采集溫 度數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)將檢測的溫度值與設(shè)定的目標(biāo)溫度值進(jìn)行比較，計(jì)算出溫度的偏差，然后采用 PID 算法并且輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制固態(tài)繼電器在控制周期內(nèi)的通斷占空比 (控制電阻絲的平均發(fā)熱功率的大小 )，從而達(dá)到較為精確可靠的控制溫度的目的。 控制執(zhí)行電路作為單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的執(zhí)行部分，他是將單片機(jī)處理后的數(shù)字控制信號(hào)用輸出口輸出，并將該數(shù)字信號(hào)通過電路對(duì)控制對(duì)象的控制。由于單片機(jī)的輸出信號(hào)電平很低，無法直接驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備進(jìn)行工作，因此在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)的控制部分需要外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、信號(hào)電平的 轉(zhuǎn)換技術(shù)。本溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用固態(tài)繼電器作為控制電路的器件，通過固態(tài)繼電器可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的電平信號(hào)控制高功率負(fù)載的功能。 控制模塊的電路設(shè)計(jì)如下圖 413： 12 圖 413控制模塊電路圖 加熱模塊 本次設(shè)計(jì)的溫控系統(tǒng)由 100W 的電阻絲給水進(jìn)行加熱，加熱的開關(guān)由固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)。 PID 控制算法 溫度控制的 PID 控制原理是先求出實(shí)際的溫度值與目標(biāo)溫度值的偏差值。再對(duì)偏差值進(jìn)行比例，積分與微分的計(jì)算處理，得到的控制數(shù)字信號(hào)來控制電阻絲的加熱，使實(shí)際溫度穩(wěn)定 在設(shè)定的目標(biāo)溫度范圍內(nèi)。本溫度控制系統(tǒng)采用的數(shù)字PID算法是增量式 PID 算法，增量式 PID 算法的優(yōu)點(diǎn)是編程比較簡單，數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲(chǔ)空間少，運(yùn)算快，可以用單片機(jī)的程序來實(shí)現(xiàn)。 增量式 PID 算法是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量 ?u(K)，增量式 PID控制系統(tǒng)的系統(tǒng)如圖 414 所示。 13 ??kr e(k) ??ku )(te ??te 圖 414 增量式 PID控制系統(tǒng)框圖 通過離散化過程，可得離散的 PID 表 達(dá)式為： ? ? ? ? ? ? ? ?? ??????? ????? ??1kekeTTjeTTe ( k )kkuSDk0jisc 41 式中： k 為采樣序號(hào)， k=0、 …… ； u(k)為第 k 次采樣時(shí)刻的計(jì)算輸出值； 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。 SDDISi TTkTTk ?? 。 可由式 (1)導(dǎo)出提供增量的 PID 控制算式，根據(jù)遞推原理可得： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?211101???????? ??kekekjekkekku Dkjc 42 用式 41減去式 42，可得： ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?2121 1 ?????????? kekekekkekkekekku Dc 43 由上面的公式可得：控制系統(tǒng)的輸出僅僅是與最近的 3 次的偏差有關(guān)。在確定了各個(gè)常量之后，根據(jù)最近的 3 次偏差即可求出 PID 控制的增量。 增量式 PID算法的參數(shù)確定 PID 參數(shù)的設(shè)定決定了溫度控制系統(tǒng)升溫速度和溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。面對(duì)不同的控制對(duì)象的 PID 參數(shù)都是不相同。根據(jù)這些參數(shù)在整個(gè) PID 控制過程中的作用，在系統(tǒng)最終調(diào)試中具體來確定。 PID 參數(shù)的設(shè)置對(duì)系統(tǒng)的可能的影響如下： 1)溫度很迅速就能達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值，但是超 調(diào)量很大。出現(xiàn)這種情況的可能的原因是：比例系數(shù) KP 太大，使得溫度達(dá)到目標(biāo)值之前的上升比例過高；微被控對(duì)象 PID算法 執(zhí)行機(jī)構(gòu) Σ 14 分系數(shù) KD 太小，致使對(duì)溫度系統(tǒng)的控制反應(yīng)不夠靈敏。 2)溫度達(dá)不到目標(biāo)值，長時(shí)間小于目標(biāo)值。出現(xiàn)這種情況的可能原因是：比例系數(shù) KP 過小，升溫的比例不夠；積分系數(shù) KI太小，對(duì)恒定的溫度偏差補(bǔ)償不足。 3)基本上能穩(wěn)定在目標(biāo)溫度值上，但上下偏差很大而且經(jīng)常波動(dòng)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能原因是：微分系數(shù) KD 太小，對(duì)溫度的即時(shí)變化反應(yīng)不夠迅速；積分系數(shù) I太大，使得微分的反應(yīng)被淹沒從而鈍化；基本的控制周期太短，加熱溫度還沒有傳到 測溫點(diǎn)上。 PID參數(shù)的調(diào)整步驟為先比例，后積分，再微分的步驟。編寫程序的時(shí)先設(shè)定它們的大概的數(shù)值。然后通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試，根據(jù)實(shí)驗(yàn)調(diào)試的結(jié)果最終確定比較理想的 PID 參數(shù)值。 5 軟件設(shè)計(jì) 主程序流程圖 主程序流程圖如下圖 51 圖 51主程序流程圖 開始 定時(shí) 設(shè)定溫度 溫度采集 PID算法控 溫 加熱控制 LCD顯示 LCD初始化 15 子程序設(shè)計(jì) 子程序包括了 LCD顯示模塊程序，溫度控制模塊程序， DS