【文章內(nèi)容簡介】 位機的通信。 輸出驅(qū)動電路：圖21 輸出驅(qū)動電路采用光控過零驅(qū)動晶閘管，進而控制電加熱器的通斷電。元器件選型MOC3063。MOC3063是雙向晶閘管過零檢測輸出：6引腳位,單組器件圖22 MOC3063引腳圖 圖23 MOC3063實物圖雙向晶閘管選型BTA12600，主要電氣特性如下：表2 BTA12600電氣特性圖24 BTA12600外觀 電源電路： 圖25 電源電路由于STC89C51是單一+5V供電，而且需要從直流電源整流變壓，再由7805芯片穩(wěn)壓，加上接線插座。 DS1302時鐘電路設(shè)計:DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，～。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。本設(shè)計中采用DS1302時鐘芯片產(chǎn)生時鐘信號，通過單片機進行處理控制，并顯示出實時的時間，可以用于對溫度進行實時的數(shù)據(jù)采集。本次設(shè)計用它來作為時鐘電路。1. 引腳功能及結(jié)構(gòu) ①DS1302 引腳：X1 X2 晶振管腳GND 地CE 復(fù)位腳I/O 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳SCLK 串行時鐘Vcc1,Vcc2 電源供電管腳②各引腳的功能為：Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。當Vcc2Vcc1+，由Vcc2向DS1302供電，當Vcc2 Vcc1時，由Vcc1向DS1302供電。SCLK：串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出；I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線；CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個功能：第一， CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；第二， CE 提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。X1和X2是振蕩源。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc≥，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。SCLK始終是輸入端。 DS1302的引腳功能圖如圖26所示：圖26 DS1302引腳圖2. DS1302的控制字節(jié) 　　DS1302 的控制字如圖27所示?？刂谱止?jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果為邏輯0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)。位5至位1指示操作單元的地址輸入或輸出。最低有效位(位0)如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 3. 數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O) 在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7。 4. DS1302的寄存器 DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其控制字見圖27所示。圖27 DS1302的控制字節(jié)圖28 典型電路此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為 FEH（寫）和FFH（讀）。DS1302與CPU的連接需要三條線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。這三條線分別接到CPU的I/O線上。 第三章　系統(tǒng)流程圖軟件設(shè)計　軟件設(shè)計算法分析：　比例控制算法：比例控制(P)是一種控制算法，其輸出量out與溫度偏差e=SVPV成比例關(guān)系，寫成數(shù)學(xué)公式是：out= kp * e+out0式中，e是測量溫度值PV與設(shè)定溫度值SV之間的偏差，Kp是比例系數(shù)。out是輸出量。out0是對應(yīng)e=0時的控制量，可由人工確定，通常取輸出控制量。圖29　　比例控制曲線不同比例系數(shù)Kp下對象溫度變化示意圖，但達不到無凈差輸出。若是假設(shè)比例帶為pb，控制量為out，設(shè)最大偏差值就是溫度設(shè)置值。則有如下的偽代碼：e=PVSV。kp=1/pb。out=kp*e+out0。if(outoutmax)out=outmax。if(out0)out=0。 熱非線性校正算法:由于Rt關(guān)系式非線性，雖然是連續(xù)性變化，但這樣計算太困難，所以采用查表法，并加以非線性校正。溫度范圍0~200℃的熱電阻PT100的表格如下：unsigned char code R_TABLE[21]={100，,，}。若是對于熱電阻，有如下方法計算測得量Rx：假設(shè)Ri代表對應(yīng)溫度Ti的熱電阻，測量得到的熱電阻值為Rx，查表可知它位于（Ri，Ti）和[R(i+1)，T(i+1)]兩個標定點之間，則熱電阻Rx所對應(yīng)的溫度值Tx可由下式求得，其算法示意如圖所示。兩相鄰電阻之間差50℃，則（Ri+1－Ri）/50為直線斜率。可以得到Ri到RX的溫度差為： T（Rx－Ri）=（50/（Ri+1－Ri））*（Rx－Ri）線性標度變換的前提條件是傳感器的輸出信號與被測參數(shù)之間呈線性關(guān)系: (31)Ax 實際測量值(工程量) A0 一次測量儀表的下限（測量范圍最小值）。Am 一次測量儀表的上限（測量范圍最大值）。N0儀表下限所對應(yīng)的數(shù)字量。Nm儀表上限所對應(yīng)的數(shù)字量。 Nx實際測量值所對應(yīng)的數(shù)字量。 溫度數(shù)據(jù)顯示子程序： 顯示數(shù)據(jù)子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，查表送段碼至LED，開位碼顯示，采用動態(tài)掃描方式。 晶閘管脈寬調(diào)制位式控制算法：位式控制又稱為“開/關(guān)”或是“通/斷“型控制，位式控制又分為二位式、三位式兩種。（1）二位式控制二位式調(diào)節(jié)只有開、關(guān)兩種狀態(tài)，當測量對象溫度（PV）低于設(shè)定溫度值（SV）時，加熱器得電全功率加熱；當對象溫度高于給定溫度值時加熱器失電停止加熱。通常采用接觸器J控制加熱器，當接觸器觸點閉合，電熱器通電開始加熱，而停止加熱就是斷開接觸器觸點。該算法偽代碼為：if（PV=SV）out =‘OFF’；else out =‘ON’；程序中，SV是設(shè)定值，通常保存在單片機系統(tǒng)中的E2PROM中，PV是測量值。out是表示加熱電流。圖32 二位式控制（2）具有回差的二位式控制由于實際測量溫度值常帶有噪聲，當測量值在接近設(shè)定值，與設(shè)定值比較時，會出現(xiàn)不確定的比較結(jié)果，使接觸器多次得電與失電，影響接觸器壽命。因此常采用具有回差的二位式控制。若SV+為正設(shè)定值，SV為負設(shè)定值，則該算法偽代碼如下：if（PV SV+）out =‘OFF’；if （PV SV）out =‘ON’；圖33 具有回差的二位式控制（3）三位式控制三位式控制比二位式控制多了一個半功率加熱區(qū)，當測量溫度低于下限設(shè)定值SV時，全功率加熱，當高于下限設(shè)定值SV，低于上限設(shè)定值SV+時，半功率加熱，在高于上限設(shè)定值SV+時，停止加熱。若outout2為兩個加熱器控制信號，則三位式控制偽代碼如下：if(PV=SV) out1=’ON’。 out2=’ON’。else if ((PVSV) and (PV=SV+))out1=’ON’。 out2=’OFF’。else out1=’OFF’。 out2=’OFF’。圖34 三位式控制依據(jù)情況，選擇（2）具有回差的二位式控制 軟件設(shè)計基礎(chǔ): 基于STC89C51單片機實現(xiàn)智能測溫儀表軟件設(shè)計:（1）初始化任務(wù)I/O引腳初始化（按鈕、LED燈、ADC、DAC、E2PROM和SPI用引腳初始化）。定時器0初始化。中斷初始化。（2）按鈕任務(wù)：檢測按鈕并執(zhí)行按鈕動作，需要軟件消除抖動。功能選擇按鈕：循環(huán)選擇功能，例如，正常運行、設(shè)置報警上限值、設(shè)置報警下限值、設(shè)置溫度給定值、設(shè)置比例控制回差值等功能。在數(shù)值設(shè)置狀態(tài)，每按一次按鈕，上排4位數(shù)碼管顯示功能碼，下排顯示設(shè)置值；在正常運行狀態(tài)，上排顯示測量值，下排顯示設(shè)定溫度值。數(shù)碼管選擇按鈕：選擇需要設(shè)置數(shù)值的數(shù)碼管。數(shù)值增加按鈕：用于設(shè)置數(shù)值的增加，每按下一次，數(shù)值加1。數(shù)值減少按鈕：用于設(shè)置數(shù)值的減少，每按下一次，數(shù)值減1。按鈕設(shè)置值應(yīng)該隨時保存到24C02中。（3）掃描顯示任務(wù)：數(shù)碼管位選擇與段碼輸出，就是將顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容發(fā)送到數(shù)碼管顯示，將要顯示的數(shù)據(jù)，組合成數(shù)組，再轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)字，發(fā)送到74HC595。不需要每個主程序循環(huán)都發(fā)送顯示任務(wù)，因此可在定時器0中斷中設(shè)置顯示任務(wù)執(zhí)行標記，當標記為1時，執(zhí)行顯示任務(wù)。由于顯示內(nèi)容隨按鈕選擇的功能不同而不同，因此功能選擇按鈕任務(wù)中應(yīng)該給出顯示控制標記，控制顯示內(nèi)容。（4）TLC1549數(shù)據(jù)獲取任務(wù)，需要將讀TLC1549的程序?qū)懗珊瘮?shù)。在定時器0中設(shè)置ADC任務(wù)執(zhí)行標記，當該標記為1時，執(zhí)行ADC數(shù)據(jù)獲取任務(wù)。要求連續(xù)讀取8個數(shù)據(jù)，然后取平均值。并將完成濾波后的數(shù)據(jù)存入顯示數(shù)組。TLC1549 是由TI 公司開發(fā)的開關(guān)電容式AD 轉(zhuǎn)換器，該芯片具有如下的一些特點：10 位精度、11 通道、三種內(nèi)建的自測模式、提供EOC（轉(zhuǎn)換完成）信號等。該芯片與單片機的接口采用串行接口方式，引線很少，與單片機連接簡單。圖35 是TLC1549 的引腳示意圖，其中A0~A10 是11路輸入，Vcc 和GND 分別是電源引腳，REF+和REF分別是參考電源的正負引腳，使用時一般將REF接到系統(tǒng)的地，達到一點接地的要求，以減少干擾。其余的引腳是TLC1543 與CPU 的接口，其中CS 為片選端，如不需選片，可直接接地。I/O Clock 是芯片的時鐘端，Adress 是地址選擇端，Data Out 是數(shù)據(jù)輸出端，這三根引腳分別接到CPU 的三個I/O 端即可。EOC 用于指示一次AD 轉(zhuǎn)換已完成，CPU 可以讀取數(shù)據(jù)，該引腳是低電平有效，根據(jù)需要，該引腳可接入CPU 的中斷引腳，一旦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，向CPU 提出中斷請求；此外，也可將該引腳接入一個普通的I/O 引腳，CPU 通過查詢該引腳的狀態(tài)來了解當前的狀態(tài)，甚至該引腳也可以不接，在CPU 向TLC1549發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，過一段固定的時間去讀取數(shù)據(jù)即可。圖35 TLC1549 的引腳示意圖TLC1549時有六種基本串行接口時序模式可供選用，這些模式的區(qū)分主要取決于I/O CLOCK的速度和CS的變化，如表3。模式CSI/O時鐘數(shù)MSB高速模式模式1轉(zhuǎn)換期間保持高電平10CS下降沿模式2時而為低1021μ s內(nèi)模式3轉(zhuǎn)換期間保持高電平11至16CS下降沿模式4時而為低1621μ s內(nèi)低速模式模式5轉(zhuǎn)換期間保持高電平11至16CS下降沿模式6時而為低16第16個時鐘下降沿表3 TLC1549工作模式（5）24C02讀寫任務(wù)，需要編制讀寫24C02的函數(shù)。單片機用軟件控制引腳實現(xiàn)I2C接口，在上電時，應(yīng)該讀出所有保存在24C02中的數(shù)據(jù)到數(shù)組中；在設(shè)置各種數(shù)據(jù)時，應(yīng)該隨時將設(shè)置的數(shù)據(jù)字節(jié)寫入24C02。24C02存儲器組織結(jié)構(gòu) 256 X 8 (2K bits)圖36 24C02引腳***器件尋址： 起始條件使能芯片讀寫操作，EEPROM都要求有8位的器件地址信息，器件地址信息由“1”、“0”序列組成，前4位如下圖37所示，對于所有串行EEPROM都一樣，對于24C02/32/64，隨后3位AAA0為器件地址位，必須與硬件輸入引腳保持一致。圖37 24CXX系列器件地址信息（6）TLC5615任務(wù)，該任務(wù)是把溫度轉(zhuǎn)換成的