【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0us TSR2: NOP DJNZ R0,TSR2 MOV R0,20H TSR3: JNB ,TSR4 。等待DS18B20回應(yīng) DJNZ R0,TSR3 LJMP TSR5 。延時(shí) TSR4: SETB FLAG1 。置標(biāo)志位,表示DS1820存在 SETB 。 清除DS1820不存在顯示信號(hào) SETB SETB LJMP TSR6 TSR5: DJNZ R1,TSR0 CLR FLAG1 。清標(biāo)志位,表示DS1820不存在 CLR 。DS1820不存在警告信號(hào) CLR CLR 。如果18b20不存在處理跳轉(zhuǎn) LJMP TSR8 TSR6: MOV R0,117 TSR7: DJNZ R0,TSR7 。時(shí)序要求延時(shí)一段時(shí)間 TSR8: SETB RET單片機(jī)主動(dòng)釋放60240μS60μS483μS圖42 初始化時(shí)序圖此初始化程序功能為：檢測(cè)DS18B20是否存在，如存在，將位地址38H置1；如不存在，將位地址38H清零。單片機(jī)寫DS18B20的時(shí)序如圖43所示，當(dāng)主機(jī)總線從高拉至低電平時(shí)就產(chǎn)生寫時(shí)間隙，DS18B20在檢測(cè)到下降沿后15μS時(shí)開始采樣總線上的電平，所以15μS之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上，DS18B20在60μS以內(nèi)對(duì)總線采樣，每寫一位總時(shí)間必須在60—120μS之間完成。若低電平寫入的位是0，高電平寫入的位是1，連續(xù)寫時(shí)位間的間隙應(yīng)大于1μS。程序如下所示：WRITER_1820: MOV R2,8 。一共8位數(shù)據(jù) CLR C WR1:CLR MOV R3,5 。要求15us內(nèi)寫數(shù) DJNZ R3,$ RRC A MOV ,C MOV R3,21 。時(shí)序要求，所有寫時(shí)序至少維持60us DJNZ R3,$ 。執(zhí)行該條指令用時(shí)間2us SETB NOP DJNZ R2,WR1 SETB RET寫060120μS寫1，DS18B20在檢測(cè)到下降沿15μS后采樣，采樣時(shí)間為60μS1560120μSDS18B20檢測(cè)到下降沿15μS后采樣15μS圖43 單片機(jī)寫DS18B20時(shí)序圖單片機(jī)讀DS18B20的時(shí)序如圖54所示，單片機(jī)主動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)下降沿的啟動(dòng)信號(hào)，并維持低電平大于1μS后釋放總線，15μS后DS18B20占主動(dòng)權(quán)，DS18B20會(huì)將數(shù)據(jù)按位放在總線上（低位在先，當(dāng)讀取兩個(gè)字節(jié)的溫度值時(shí)，低字節(jié)在先），這時(shí)單片機(jī)可讀取信號(hào)，讀取一位的時(shí)間應(yīng)在60μS內(nèi)完成。當(dāng)需要讀取下一位時(shí)再產(chǎn)生下降沿啟動(dòng)信號(hào)。T60μS單片機(jī)采樣第二位啟動(dòng)脈沖T60μS單片機(jī)采樣第一位啟動(dòng)脈沖圖44 單片機(jī)讀DS18B20的時(shí)序圖READ_1820:MOV R4,2 。將溫度高位和低位從DS18B20中讀出MOV R1,TEMPER_L 。低位存入29H(TEMPER_L),高位存入28H(TEMPER_H)RE00: MOV R2,8 。數(shù)據(jù)一共有8位RE01: CLR CSETB NOPNOPCLR NOPNOPNOPSETB MOV R3,4RE10: DJNZ R3,RE10MOV C,RRC A MOV R3,20RE20: DJNZ R3,RE20DJNZ R2,RE01MOV @R1,ADEC R1DJNZ R4,RE00 RET此程序功能為：讀取DS18B20 A/D轉(zhuǎn)換后的溫度值，轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制存入29H、28H單元。閉環(huán)控制PID調(diào)節(jié)器在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了很大的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)易于調(diào)整，而且人們?cè)陂L(zhǎng)期的應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，再加上計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的結(jié)合，使得PID具有很大的靈活性和適用性?？紤]各種因素，本設(shè)計(jì)中采用了PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制。此溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)定四個(gè)溫度值，分別為50、60、70、80。用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行溫度的設(shè)定，在與18b20實(shí)際測(cè)得溫度進(jìn)行比較，得到的偏差（此時(shí)的偏差是實(shí)際溫度，即輸出值，與給定溫度的差值）作為數(shù)字控制器的輸入，數(shù)字控制器的輸出經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換后作用于被控對(duì)象（加熱杯）進(jìn)行偏差調(diào)整。其閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如下所示：圖51 閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 被控對(duì)象的傳遞函數(shù)測(cè)定采用階躍響應(yīng)曲線法對(duì)其進(jìn)行傳遞函數(shù)GP(s)的測(cè)定。適用PID控制器。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一種采樣控制系統(tǒng)，其只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。因此，利用外接矩形法進(jìn)行數(shù)值積分，一階后向差分進(jìn)行數(shù)值微分，當(dāng)選定的采樣周期為T時(shí)，有 如果采樣周期足夠小，這種離散逼近相當(dāng)準(zhǔn)確。但周期小對(duì)于硬件的要求也將提高很多，故需要對(duì)以上算式進(jìn)行改進(jìn)。由上式可導(dǎo)出下面的式子：此式稱為增量型PID控制式。增量型控制算式具有如下優(yōu)點(diǎn)：1. 計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化部分，因而誤動(dòng)作影響較小2. 在i時(shí)刻的輸出，只需要用到此刻的偏差以及前一時(shí)刻、前兩時(shí)刻的偏差和前一次的輸出值，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間。3. 在進(jìn)行手動(dòng)自動(dòng)切換時(shí)，控制量沖擊小，能平滑地過(guò)渡。增量型PID算式經(jīng)過(guò)移項(xiàng)可以寫成如下式所示：按照上式表示的遞推PID算式，計(jì)算出每輸出一次，要做四次加法、兩次減法、四次乘法和兩次除法。若將該式稍加合并整理寫成如下形式：其中可以離線算出，即可加快算法程序的運(yùn)算速度。按上式編制的數(shù)字控制器的程序框圖如下圖所示。圖52 遞推型PID控制器程序框圖 數(shù)字控制器的確定 為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少頻譜混疊現(xiàn)象，保持穩(wěn)態(tài)增益不變，本設(shè)計(jì)中采用階躍響應(yīng)不變法對(duì)數(shù)字控制器D(z)進(jìn)行確定。 階躍響應(yīng)不變法的基本思想是：離散近似后的數(shù)字控制器的階躍響應(yīng)序列與模擬控制器的階躍響應(yīng)的采樣值一致。 設(shè)連續(xù)系統(tǒng)的控制器為GC(s)，輸入信號(hào)為單位階躍函數(shù)。構(gòu)造新的控制器如下所示（在GC(s)前增加一個(gè)零階保持器）：G0s=1eTssGcs=1eTs[Gcs1s]取z變換，的相應(yīng)的數(shù)字控制器為：Dz=ZG0s=1z1Z[Gcs1s]則對(duì)于單位階躍輸入的響應(yīng)序列為：此式表明，數(shù)字控制器D(z)的階躍響應(yīng)與模擬控制器的階躍響應(yīng)的采樣值相同，即兩個(gè)控制器是等效關(guān)系，使其滿足控制要求。系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)可以自由設(shè)定不同的加熱溫度，溫度設(shè)定當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)加熱，當(dāng)環(huán)境溫度高于或等于設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)停止加熱。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，系統(tǒng)溫度設(shè)定范圍為0～99℃（本實(shí)驗(yàn)中為了效果更加明顯，設(shè)定的范圍為30～70℃），最小區(qū)分度為1℃，溫度控制的誤差≤1℃；能夠測(cè)量并用數(shù)碼管顯示當(dāng)前實(shí)際溫度值；通過(guò)復(fù)位鍵可以使系統(tǒng)設(shè)定溫度還原默認(rèn)值，通過(guò)溫度設(shè)定鍵可以設(shè)置預(yù)定溫度；環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，啟動(dòng)加熱，環(huán)境溫度高于或等于設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱，達(dá)到了實(shí)習(xí)要求的技術(shù)指標(biāo)。結(jié)論本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了基于單片機(jī)STC89C52的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與軟硬件實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)溫度設(shè)定范圍為0～99℃，最小區(qū)分度為1℃，溫度控制的誤差≤1℃；能夠測(cè)量并用數(shù)碼管顯示當(dāng)前實(shí)際溫度值；通過(guò)復(fù)位鍵可以使系統(tǒng)設(shè)定溫度還原默認(rèn)值，通過(guò)按鍵可以設(shè)置預(yù)定溫度；當(dāng)檢測(cè)溫度超出設(shè)定溫度域則啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，若超出低溫限，同時(shí)綠燈亮，若超出高溫限，同時(shí)紅燈亮。具體可以實(shí)現(xiàn)的功能如下: 溫度設(shè)定范圍為0～99℃（本設(shè)計(jì)中為了使效果更加明顯，設(shè)置的低溫線為30度，高溫限為70度），最小區(qū)分度為1℃，溫度控制的誤差≤1℃；能夠用數(shù)碼管顯示當(dāng)前實(shí)際溫度值；按鍵控制：設(shè)置復(fù)位鍵、溫度設(shè)置鍵；超溫報(bào)警。系統(tǒng)包括電源模塊、溫度控制模塊、溫度檢測(cè)模塊、復(fù)位模塊、顯示模塊、溫度報(bào)警模塊和按鍵模塊七個(gè)部分。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)介紹。完成了實(shí)習(xí)的基本任務(wù)，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：⑴.采用溫度傳感器DS18B20采集溫度數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了硬件電路設(shè)計(jì)，