【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 /64K字節(jié)l 片上集成1280字節(jié)/512字節(jié)RAMl 通用I/O口（32/16個(gè)），復(fù)位后：P1,P2,P3,P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）P0口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻l ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器/仿真器，可通過串口()直接下載用戶程序，8K程序3秒即可完成一片l EEPROM功能l 看門狗l 內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（D版才有），外部晶體20M以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路l 共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用l 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒l 通用異步串行口（UART）,還可以用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UARTl 工作溫度范圍：075℃/40+85℃l 封裝：PDIP40,PLCC44,PQFP44VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時(shí)器0外部輸入） T1（記時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(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。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。[13]在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，常用的顯示方法有兩種：一種為靜態(tài)顯示；一種為動(dòng)態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)顯示，就是微型計(jì)算機(jī)定時(shí)地對(duì)顯示器件進(jìn)行掃描。在這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能有一個(gè)器件顯示。但由于人的視覺有暫留現(xiàn)象，所以只要掃描頻率足夠快，仍會(huì)感覺所有的器件都在顯示。此種顯示的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低，線路簡(jiǎn)單。但它占用機(jī)時(shí)長(zhǎng)，只要微型計(jì)算機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。由此可見，這種顯示將使計(jì)算機(jī)的開銷增大，所以，在以微型計(jì)算機(jī)為主的控制系統(tǒng)中應(yīng)用較少。靜態(tài)顯示，是由微型計(jì)算機(jī)一次輸出顯示模型后，就能保持該顯示結(jié)果，直到下次發(fā)送新的顯示模型為止。這種顯示占用機(jī)時(shí)少，顯示可靠，因而在工業(yè)過程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。這種顯示方法的缺點(diǎn)是使用原件多，且線路比較復(fù)雜。靜態(tài)顯示的最大優(yōu)點(diǎn)是只要不送新的數(shù)據(jù)，責(zé)顯示值不變。且微型計(jì)算機(jī)不向動(dòng)態(tài)顯示那樣不間斷地掃描，因而節(jié)省了大量機(jī)時(shí)，適用于工業(yè)過程控制及智能化儀器。本次設(shè)計(jì)采用靜態(tài)顯示。獨(dú)立式鍵盤 每個(gè)按鍵占用一根I/O線，構(gòu)成單個(gè)按鍵電路，優(yōu)點(diǎn)是配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是按鍵多時(shí)I/O口浪費(fèi)較大，故一般在按鍵數(shù)目較少時(shí)采用。列式鍵盤(又叫矩陣式鍵盤) 它是用I/O口組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交叉點(diǎn)上，在按鍵比較多時(shí)，能節(jié)省I/O口，通常采用較多。鍵盤部分的設(shè)計(jì)是為了方便操作，讓使用者能夠通過鍵盤進(jìn)行PID參數(shù)設(shè)置。（具體電路見附表）從前面的介紹我們知道，本設(shè)計(jì)使用的是計(jì)算機(jī)控制，計(jì)算機(jī)只能輸出數(shù)字信號(hào)，而執(zhí)行器接收的是模擬信號(hào)，所以必須把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，這就需要D/A 轉(zhuǎn)換。本次設(shè)計(jì)采用DAC0832轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換器件。DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)資料：芯片內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使DAC0832具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應(yīng)的模擬信號(hào)，可通過一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。運(yùn)放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，還可以外接。[16] 該片邏輯輸入滿足TTL電壓電平范圍，可直接與TTL電路或微機(jī)電路相接。此接法是用DAC0832的直通方式，只要二進(jìn)制數(shù)據(jù)送到DAC0832的數(shù)據(jù)口，則會(huì)自動(dòng)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為相應(yīng)的電壓。第四章 智能溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)智能溫度控制系統(tǒng)的軟件部分按其功能分為：監(jiān)測(cè)程序、測(cè)控程序和其他模塊輔助程序。監(jiān)測(cè)程序是整個(gè)系統(tǒng)軟件的中心環(huán)節(jié)，又稱為主程序。它接收和分析各種命令，管理和協(xié)調(diào)全部程序的執(zhí)行，其包括系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)自檢等部分；測(cè)控程序主要包括數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，輸出控制和自我診斷等部分。其他模塊輔助程序包括顯示子程序和鍵盤中斷子程序。系統(tǒng)上電或復(fù)位后，進(jìn)入控制系統(tǒng)主程序。主程序是軟件設(shè)計(jì)的中樞環(huán)節(jié)，是整個(gè)程序架構(gòu)的關(guān)鍵所在，從中也體現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)模塊化的思想。在主程序中完成系統(tǒng)的初始化、A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、顯示處理、鍵盤處理、控制算法處理、輸出控制等功能。A/D轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計(jì)與芯片的轉(zhuǎn)換時(shí)間、系統(tǒng)參數(shù)的多少以及參數(shù)的變換速度有關(guān)。一般來講，如果系統(tǒng)的參數(shù)不多，且變換速度比較快，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間比較短，因而多數(shù)采用查詢方式。相反，如果系統(tǒng)的參數(shù)比較多，變換速度比較慢，所采用的A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間比較長(zhǎng)，一般可采用中斷方式。具體采用哪種方式好，要根據(jù)具體情況來確定。A/D轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì)主要分為三步：①啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；②查詢或等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束；③讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果。對(duì)于8為A/D轉(zhuǎn)換器，一次讀數(shù)即可。由于從模擬量轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)字量需要一定的時(shí)間，所以當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)之后，需要等待轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)生效后才能讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。對(duì)于單片機(jī)而言，其豐富的指令系統(tǒng)，且片內(nèi)設(shè)有定時(shí)器，使得無論采用軟件方式還是硬件方式提供一段時(shí)間的延時(shí)都是很容易做到的。通常，將延時(shí)的時(shí)間定得略大于轉(zhuǎn)換時(shí)間，以確保讀數(shù)準(zhǔn)確無誤。至于采用軟件方式，還是通過硬件進(jìn)行延時(shí)，各有利弊。軟件方式編程簡(jiǎn)單，但需要花費(fèi)機(jī)時(shí)；采用定時(shí)器則需要對(duì)其進(jìn)行初始化編程，但延時(shí)過程中不占用機(jī)時(shí)。在設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換程序時(shí)，必須和硬件接口電路結(jié)合起來進(jìn)行。A/。 主程序流程圖在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。比例（P）控制 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重?fù)p失。微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。PID算法的兩種類型：（1）位置型控制 （41）位置型的遞推形式 （42）。（2）增量型控制（43）增量型PID算法的算式 （44）式中。本文采用的是位置式 PID 控制器。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即作用已減少偏差。比例作用大，可加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但過大的比例，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) Ti，Ti 越小，積分作用越強(qiáng)，反之則積分作用弱。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。微分調(diào)節(jié)反應(yīng)系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，能預(yù)見偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，可改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。但微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，若過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利?，F(xiàn)場(chǎng)整定 PID 參數(shù)時(shí)，可以根據(jù)這些參數(shù)在 PID 過程中的作用原理，來討論我們的對(duì)策：（1）加溫很快就達(dá)到目標(biāo)值，但是溫度過沖很大：① 比例系數(shù)太大，致使在未達(dá)到設(shè)定溫度前加溫比例過高。② 微分系數(shù)過小，致使對(duì)對(duì)象反應(yīng)不敏感。（2）加溫經(jīng)常達(dá)不到目標(biāo)值，小于目標(biāo)值的時(shí)間較多：① 比例系數(shù)過小，加溫比例不夠。② 積分系數(shù)過小，對(duì)恒偏差補(bǔ)償不足。（3）基本上能夠在控制目標(biāo)上，但上下偏差偏大，經(jīng)常波動(dòng)：① 微分系數(shù)過小，對(duì)即時(shí)變化反應(yīng)不夠快。② 積分系數(shù)過大，使微分反應(yīng)被淹沒鈍化。（4）受工作環(huán)境影響較大，稍有變動(dòng)就會(huì)引起溫度的波動(dòng)：① 微分系數(shù)過小，對(duì)即時(shí)變化反應(yīng)不夠快。② 設(shè)定的基本定時(shí)周期過長(zhǎng)，不能及時(shí)得到修正。選擇一個(gè)合適的時(shí)間常數(shù)要根據(jù)輸出單元采用什么器件來確定，如果是采用可控硅的，則可設(shè)定時(shí)間常數(shù)的范圍就很自由；如果采用繼電器的，若過于頻繁的開關(guān)就會(huì)影響繼電器的使用壽命，所以不太適合采用較短周期。[18] (1) 遇限削弱積分法一旦控制變量進(jìn)入飽和區(qū)，將只執(zhí)行削弱積分項(xiàng)的運(yùn)算而停止進(jìn)行增大積分項(xiàng)的運(yùn)算。具體地說，在計(jì)算Ui時(shí)，將判斷上一個(gè)時(shí)刻的控制量Ui1是否已經(jīng)超出限制范圍，如果已經(jīng)超出，那么將根據(jù)偏差的符號(hào)，判斷系統(tǒng)是否在超調(diào)區(qū)域，由此決定是否將相應(yīng)偏差計(jì)入積分項(xiàng)。(2) 積分分離法在基本PID控制中，當(dāng)有較大幅度的擾動(dòng)或大幅度改變給定值時(shí)， 由于此時(shí)有較大的偏差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，故在積分項(xiàng)的作用下，往往會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)量和長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)。特別是對(duì)于溫度