【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 存儲(chǔ)器是組成計(jì)算機(jī)的三大部件之一，其功能是存儲(chǔ)信息（數(shù)據(jù)和程序）。存儲(chǔ)器按其存儲(chǔ)方式可分為兩大類：一類為隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM）；另一類為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ ROM）。 CPU 在運(yùn)行時(shí)可對(duì) RAM 隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的的寫入和讀出，但在關(guān)閉電源時(shí)， RAM 中所存的信息也會(huì)丟失，所以 RAM 只能用來存放暫時(shí)性的輸入 /輸出數(shù)據(jù)、運(yùn)算中的結(jié)果等。RAM也因此常被稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 而 ROM 是一種寫入數(shù)據(jù)后不能改寫只能讀出的存儲(chǔ)器。在斷電后， ROM 中的信息保留不變，所以 ROM用來存放固定的程序或數(shù)據(jù)。 ROM 因此也常被稱為程序存儲(chǔ)器。 MCS51單片機(jī)的存儲(chǔ)器配置比一般的微機(jī)配置復(fù)雜，其具體配置是多種存儲(chǔ)器的交疊。這種交疊不僅反映在存儲(chǔ)器的種類上，而且還體現(xiàn)在存儲(chǔ)器的地址空間上。 MCS51單片機(jī)存儲(chǔ)器可分為 5類： 1．片內(nèi)程序存儲(chǔ)器； 2．片外程序存儲(chǔ)器； 3．片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 4．特殊功能存儲(chǔ)器； 5．片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 MCS51單片機(jī)存儲(chǔ)器的地址空間可分為 3 個(gè)，在訪問 3個(gè)不同的地址空間時(shí)采用不同形式的指令： 1．片內(nèi)片外統(tǒng)一編址的 64K 的程序存儲(chǔ)器地址空間（ 16 位地 址 0000HFFFFH）； 2．片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與特殊功能存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址的 256B 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間 （ 8位地址 00H7FH， 80HFFH）； 3． 64KB 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間（ 16 位地址 0000HFFFFH）。 89C51 內(nèi)部 RAM 共有 256 個(gè)單元，這 256 個(gè)單元共分為兩部分。其一是地址從 00H— 7FH 單元（共 128 個(gè)字節(jié)）為用戶數(shù)據(jù) RAM。從 80H— FFH 地址單元（也是 128 個(gè)字節(jié)）為特殊寄存器（ SFR）單元。從圖 2中可清楚地看出它們的結(jié)構(gòu)分布。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 圖 2 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共有 128 個(gè)字節(jié)，地址范圍是 00H7FH，分成工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、通用 RAM 區(qū)三部分。 PID 算法 算法介紹 PID 調(diào)節(jié)是 Proportional（比例）、 Integral（積分）、 Differential（微分）三者的縮寫，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、行之有效、應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)方式。 PID 調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果用以輸出控制。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)被控對(duì)象的特性和控制要求，可靈活地改變 PID 的結(jié)構(gòu)，取其 中的一部分環(huán)節(jié)構(gòu)成控制規(guī)律，如比例（ P）調(diào)節(jié)、比例積分（ PI）調(diào)節(jié)、比例積分微分（ PID）調(diào)節(jié)等。盡管憑著單片微機(jī)的優(yōu)勢(shì)，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)取代了模擬控制系統(tǒng)，但是，在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中，模擬 PID 控制算法所積累的經(jīng)驗(yàn)并未被人們遺忘，而是被廣泛地應(yīng)用到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中來，形成一種新型 PID 控制方式，稱之為數(shù)字 PID 控制。 算法的數(shù)字化 PID算法的數(shù)字化，其實(shí)質(zhì)就是將連續(xù)形式的 PID微分方程式轉(zhuǎn)化為離散形式的 PID差分方程。在模擬系統(tǒng)中， PID 算法的表達(dá)式為： 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 )1( 10? ??? ? dtdeTe dtTeKu dip (31) 式中， u(t)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)； e(t)調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)，等于給定值與測(cè)量值之差； Kp調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； Ti調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間； Td 調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間。 控制點(diǎn)目前包含三種比較簡(jiǎn)單的 PID控制算法，分別是：增量式算法，位置式算法，微分先行。這三種 PID算法雖然簡(jiǎn)單，但各有特點(diǎn)，基本上能滿足一般控制的大多數(shù)要求。 實(shí)際上，位置式與增量式控制對(duì)整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)并無本質(zhì)區(qū)別。增量型算法僅僅是就是方法的改進(jìn)，而沒有改變位置型算法的本質(zhì)。 算法的運(yùn)用 由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值來計(jì)算控制量。因此，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，必須首先對(duì)式（ 31）進(jìn)行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時(shí)積分項(xiàng)和微分項(xiàng)可用求和及增量式表達(dá)。 對(duì)溫度的控制算法，采用技術(shù)成熟的 PID 算法，對(duì)于時(shí)間常數(shù)比較大的系統(tǒng)來說，其近似于連續(xù)變化，因此用數(shù)字 PID完全可以得到比較好的控制效果。 簡(jiǎn)單的比例調(diào)節(jié)器能夠反應(yīng)很快，但不能完全消除靜差，控制不精確，為了消除比例調(diào)節(jié)器中殘存的靜差，在比例調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)器，積分器的輸出值大小取決于對(duì)誤差的累積結(jié)果，在誤差不變的情況下，積分器還在輸出直到誤差為零，因此加入積分調(diào)節(jié)器相當(dāng)于能自動(dòng)調(diào)節(jié)控制常量，消除靜差，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。積分器雖然能消除靜差，但使系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢。進(jìn)一步改進(jìn)調(diào)節(jié)器的方法是通過檢測(cè)信號(hào)的變化率來預(yù)報(bào)誤差，并對(duì)誤差的變化作出響應(yīng)，于是在 PI 調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再加上微分調(diào)節(jié)器，組成比例、積分、微分 (PID)調(diào)節(jié)器，微分調(diào)節(jié)器的加入將 有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，同時(shí)加快了系統(tǒng)的穩(wěn)定速度，縮短調(diào)整時(shí)間，從而改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，其控制規(guī)律為： 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 010 )1( udtdeTe dtTeKu dip ???? ?? (32) 單片機(jī)是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的誤差值計(jì)算控制變量，不能直接計(jì)算公式中的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，采用數(shù)值計(jì)算法逼近后， PID 的調(diào)節(jié)規(guī)律可以通過數(shù)值公式 010)]([ ueeTTeTTeKu iiijdjiip ????? ??? ? (33) 計(jì)算，如果采樣取得足夠小，這種逼近可相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過程與連續(xù)過程十分接近。我們變換上式 (33)得： ][ 211 iiipiii eDeIeKuuuu ???????? ????? (34) 把△ ei = ei ei1,△ 2 ei=△ ei △ ei1帶人上式（ 34）得： )]2()[( 2111 ??????? ??????? iiiiiipi eeeDeIeeKuu (35) 式中 ei=W— Yi， W為設(shè)定值， Yi為第 i次實(shí)際輸出值， Kp為比例系數(shù)，積分系數(shù) I=T/Ti，微分系數(shù) D=Td/T， T 為采樣周期，以 (35)式來編程比較方便。 用 PID 控制算法實(shí)現(xiàn)溫度控制是這樣一個(gè)反饋過程：比較實(shí)際溫度和設(shè)定爐溫得到偏差，通過對(duì)偏差的處理獲得控制信號(hào)，再去調(diào)節(jié)電加熱爐的加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制，由于電阻爐一般都是下一階段對(duì)象和帶純滯后的一階對(duì)象，所以式中 Kp、 Kd和 Ki的選擇取決于電阻爐的響應(yīng)特性和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。 本程序先將用戶設(shè)定溫度和鍋爐實(shí)際溫度 T比較，計(jì)算出偏差 ei，然后分兩種情況進(jìn)行計(jì)算控制變量： 1． ei 大于等于設(shè)定的偏差 e 時(shí)，由于積分控制器使系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，不采用積分控制器調(diào)節(jié)，直接使用 PD 調(diào)節(jié)，獲得比較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，計(jì)算 Pd和 Pp，最終得到控制量獲得比較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 2． ei小于設(shè)定的設(shè)定的偏差 e時(shí)，正常的分別計(jì)算 Pi、 Pd和 Pp，然后根據(jù)算法公蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 式計(jì)算出控制變量。 小結(jié) 本章對(duì)單片機(jī)控制技術(shù)，以及 PID 控制算法進(jìn)行了深入分析，著重闡述了單片機(jī)結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，以及 PID 算法 的使用，為設(shè)計(jì)提供了硬件基礎(chǔ)與軟件資源，為下一步的設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。 4 方案設(shè) 計(jì) 要想達(dá)到技術(shù)要求的內(nèi)容，少不了以下幾種器件：?jiǎn)纹瑱C(jī)、溫度傳感器、 LCD 顯示屏等。其中單片機(jī)用作主控制器，控制其他器件的工作和處理數(shù)據(jù)；溫度傳感器用來檢測(cè)環(huán)境中的實(shí)時(shí)溫度，并將檢測(cè)值送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)值對(duì)比； LCD 顯示屏用來顯示溫度的數(shù)字值。 整體思路是這樣的：首先我們通過按鍵設(shè)定所需要的溫度值，然后利用溫度傳感器檢測(cè)電加熱爐的實(shí)時(shí)加熱溫度，并送至單片機(jī)與設(shè)定值進(jìn)行比較。若檢測(cè)值小于設(shè)定值，則無任何動(dòng)作，電加熱爐繼續(xù)導(dǎo)通加熱；若檢測(cè)值大于設(shè)定值，繼電器動(dòng)作，電加熱爐斷電停止加熱。一旦爐溫低于設(shè)定值，繼電器開關(guān) 分離，電加熱爐開始導(dǎo)通加熱。這個(gè)過程中所設(shè)定的溫度值和傳感器檢測(cè)到得溫度值都要在 LCD顯示屏上顯示出來，以方便操作人員觀察。 這個(gè)設(shè)計(jì)思路相對(duì)比較簡(jiǎn)單，利用所學(xué)過的知識(shí)容易實(shí)現(xiàn)。 5 詳細(xì)設(shè)計(jì) 5． 1． 1 單片機(jī) 這里選用 AT89C51 單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的處理器。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 溫度傳感器有很多種型號(hào)，這里我選用 DS18B20 溫度傳感器。 數(shù)字溫度傳感器DS18B20 具有獨(dú)特的單總線接口方式，支持多節(jié)點(diǎn)，使分布式溫度傳感器設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。測(cè)溫時(shí)無需任何外圍原件，可以通過數(shù)據(jù)線直接供電，具有超低功耗工作方式。測(cè)溫范圍為 55 到 +125 攝氏度，可直接將溫度轉(zhuǎn)換值以 16 位二進(jìn)制數(shù)字碼的方式串行輸出，因此特別適合單線多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。由于傳輸?shù)氖谴袛?shù)據(jù)，可以不需要放大器和 A/D轉(zhuǎn)換器，因而這種測(cè)溫方式大大提高了各種溫度測(cè)控系統(tǒng)的可靠性，降低了成本，縮小了體積。 電路設(shè)計(jì)方法 顯示 部分電路 顯示電路截圖如下圖所示 。 圖 顯示部分電路圖 這里我選用 7 段 LED 數(shù)碼管作為系統(tǒng)的顯示器件，如圖所示，數(shù)碼管的一種是半導(dǎo)體發(fā)光器件， 7 段 LED 數(shù)碼管是利用 7個(gè) LED（發(fā)光二極管）外加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的 LED 組合而成的顯示設(shè)備，可以顯示 0~9等 10個(gè)數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，使用非常廣泛。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 溫度傳感器與單片機(jī)的連接情況如下圖所示。 圖 溫度檢測(cè)電路圖 溫度傳感器 18B20 將檢測(cè)到的環(huán)境實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換和放大，然后串行送入單片機(jī) 口，便于單片機(jī)將此數(shù)值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，然后先做出相應(yīng)反應(yīng)。在仿真時(shí)，我們只能通過按 18B20 上的加減按鈕來調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)溫度，是一個(gè)模擬的過程。 鍵盤電路 鍵盤電路如下圖所示。 圖 鍵盤電路圖 這里減排設(shè)計(jì)得比較簡(jiǎn)單，“ k1”鍵是切換調(diào)整對(duì)象的，調(diào)整對(duì)象包括溫度上限和下限設(shè)定值兩項(xiàng)，“ k2”鍵是向上加調(diào)整對(duì)象的值，“ k3”鍵是向下減調(diào)整對(duì)象的值。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 電器開關(guān)及工作電路如下圖所示 圖 電氣開關(guān)及工作電路圖 如圖所示，工作過程用以下三個(gè)階段來描述： （ 1）單片機(jī)將溫度傳感器送入的值與設(shè)定值進(jìn)行比較，若送入值小于設(shè)定值，則單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器工作，來達(dá)到降溫的目的。相當(dāng)于電爐繼續(xù)加熱。 （ 2）一旦送入值比設(shè)定值大，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器工作，來達(dá)到降溫的目的。這就相當(dāng)于電爐斷電，停止加熱； （ 3）電爐短路一段時(shí)間后，必然導(dǎo)致爐溫降低，而溫度傳感器 DS18B20 在不間斷地檢測(cè)爐溫，當(dāng)檢測(cè)值低于設(shè)定值后，單片機(jī)又驅(qū)動(dòng)繼電器工作，來達(dá)到升溫的目的。這相當(dāng)于電爐從新開始加熱。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 繪制流程圖 初始化 P1 口，初始化 24C02 讀出 24C02 保存的數(shù)據(jù)賦于 K 延時(shí) 500ms 啟動(dòng) LCD 初始化 DS18B20 初始化 按鍵掃描、溫度采集 送入單片機(jī)進(jìn)行溫度值比較 設(shè)定值 =采集值 ？ 將 口置 0 設(shè)定值 采集值？ 將 口置 1 Y Y N N 開始 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 程序設(shè)計(jì) 由于整個(gè)程序工程量比較大，我采用模塊化設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)這個(gè)程序。首先定義在后面將會(huì)用到的變量，不可能一次定義準(zhǔn)確，所以邊定義邊補(bǔ)充。然后編寫子函數(shù)，包括 LCM初始化子函數(shù)、顯示指定坐標(biāo)的一個(gè)字符子函數(shù)、 ds18b20 初始化函數(shù)、 ds