【文章內(nèi)容簡介】 顯示電路數(shù)碼管是把多個LED晶體管顯示段集合在一起的一個具有顯示功能的設備。他一共有兩種類型，一種類型是共陽型的，還一種類型是共陰型的。陽極作為二極管的正極端，還叫做正極，陰極就是二極管的負極端，也稱作負極。一般的數(shù)碼管分為8段，也就是有8段LED顯示，這種是為了工程上的應用設計的，分別叫A、B、C、D、E、F、G、DP，DP 是小數(shù)點段位。然而多位數(shù)碼管，除了有一位的公共端是連接在一起的，其他的不同位的數(shù)碼管相同端會連接在一起。數(shù)碼管的動態(tài)顯示原理為：每個數(shù)碼管的相同端連接在一起，他們一起占用了8 位管線；每個數(shù)碼管的陽極連接在一起。他是利用了人的眼睛的視覺暫留特點，按次序通給每個數(shù)碼管公共端加上有效的信號，這個時候給該數(shù)碼管加有用的數(shù)據(jù)信號，等到全段掃描的速度大于視覺暫留速度時，它就會顯示出來。設計中采用4位共陰極LED靜態(tài)顯示方式，選用7段顯示數(shù)碼管。顯示內(nèi)容有溫度值的千位、百位、十位、個位。由于單片機不能直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示，所以必須在單片機與LED164之間加上74LS164。 74LS164管腳圖A和B為74LS64的串行輸入端；QAQH為74LS64的并行輸出端；CLK是串行時鐘輸入端；CLR是串行輸出清零端；VCC：+5V；GND：接地端。一英寸以下的的LED數(shù)碼管內(nèi)，每一筆段含有一只LED發(fā)光二極管，導通在串聯(lián)方式中，確定電源電壓VCC時，4英寸7段LED數(shù)碼顯示器LC4141的每一筆段由四只LED發(fā)光二極管按串聯(lián)方式連接而成，因此導通電壓應在78V之間，電源電壓VCC必須取9V以上。 LED數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管結構有共陰極和共陽極之分。本設計采用的是共陰極數(shù)碼管。共陰極公共端接地，高電平有效（燈亮），共陰極數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極(負極)都聯(lián)在一起，此數(shù)碼管陰極(負極)在外部只有一個引腳。，作為時鐘輸入端和數(shù)據(jù)端口。 LED顯示電路 按鍵電路鍵盤是單片機不可缺少的人機交互設備，鍵盤上的鍵猶如一個個機械開關，手按下閉合，手放開鍵釋放，在單片機系統(tǒng)中通常使用的是價格便宜的矩陣鍵盤。矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量多的場合，按鍵位于行線和列線的交叉點上。鍵盤上每個鍵都擔負著一項處理功能，所以鍵盤接口對應的軟件。鍵盤掃描通常行掃描法和線反轉(zhuǎn)掃描發(fā)，一般是由軟件來實現(xiàn)的，通過程序不停地查找閉合鍵。在本設計中采用的是 4 *4 的非編碼鍵盤，列線由 ，行線由 。電路中共 16個按鍵，其中0到9為數(shù)字鍵，A(設置鍵)、3 個溫度參數(shù)和時間設置鍵、E(增加鍵) 、F(減小鍵)。系統(tǒng)在程序初始化時控制鍵盤行線的 ，在判斷電路是否有按鍵按下時，讀 ，若端口值不是11110000，則說明電路中有按鍵按下。然后根據(jù)程序進行去抖動處理和計算鍵值。 矩陣式鍵盤電路圖 D/A轉(zhuǎn)換電路DAC0832的基本原理是把數(shù)字量的每一位按照權重轉(zhuǎn)換成相應的模擬分量，然后根據(jù)疊加定理將每一位對應的模擬分量相加，輸出相應的電流或電壓。DAC0832是一個8位D/A轉(zhuǎn)換器。單電源供電，從+5V～+15V均可正常工作?；鶞孰妷旱姆秶鸀?77。10V；電流建立時間為1μS；CMOS工藝，低功耗20mW。DAC0832轉(zhuǎn)換器芯片為20引腳，雙列直插式封裝。 DAC0832引腳圖對各引腳信號說明如下：(1) DI7～DI0：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入(2) CS：輸入片選信號，當?shù)碗娖綍r有效(3) ILE：輸入數(shù)據(jù)鎖存允許信號，當高電平時有效(4) WR1：輸入寫信號1，當?shù)碗娖綍r有效上述兩個信號控制輸入寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式；當ILE=1和WR1=0時，為輸入寄存器直通方式；當ILE=1和WR1=1時，為輸入寄存器鎖存方式。(5) WR2：輸入寫信號2，當?shù)碗娖綍r有效(6) XFER：輸入數(shù)據(jù)傳送控制信號，低電平有效(7) Iout1：電流輸出1。當數(shù)據(jù)為全1時，輸出電流最大，當為全0時，輸出電流最小。(8) Iout2：電流輸出2DAC轉(zhuǎn)換器的特性之一是：Iout1+Iout2=常數(shù)。(9) Rfb—反饋電阻端就是運算放大器的反饋電阻端，(10) Vref：基準電壓。(11) DGND：數(shù)字地(12) AGND：模擬地 D/A轉(zhuǎn)換電路圖因為多片DA轉(zhuǎn)換器同步輸出DAC0832采用雙緩沖方式工作方式，內(nèi)部兩個寄存器均受控制，轉(zhuǎn)換分兩步：(1) CPU分時控制輸入寄存器，輸入數(shù)據(jù)。 (2) CPU同時控制各路的DAC寄存器，使得輸入寄存器中的數(shù)據(jù)進入DAC寄存器，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換輸出。第4章 軟件設計 軟件設計思路本部分詳細介紹了基于STC89C52單片機的電阻爐溫度控制系統(tǒng)的軟件設計。根據(jù)系統(tǒng)功能，可以將系統(tǒng)設計分為若干個子程序進行設計，如溫度采集子程序、PID控制子程序、報警子程序、顯示子程序、鍵盤掃描子程序、鍵盤處理子程序、D/A轉(zhuǎn)換子程序等。采用Keil uVision3集成編譯環(huán)境和C語言來進行系統(tǒng)軟件的設計。本章從設計思路、軟件系統(tǒng)框圖出發(fā)，先介紹整體的思路，再逐一分析各模塊程序算法的實現(xiàn)，最終編寫出滿足任務需求的程序。本系統(tǒng)要完成溫度信號的采集與控制，需要實現(xiàn)溫度信號的采集與A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然竟δ堋墓δ苌峡蓪⑵浞譃闇囟刃盘柌杉皵?shù)據(jù)處理、人機交互、執(zhí)行三大部分進行設計。 主程序流程圖 在系統(tǒng)軟件中，主程序依次完成系統(tǒng)初始化、爐溫檢測與處理、PID控制算法、溫度顯示、鍵盤輸入等，這些都由子程序來完成。 溫度檢測與處理子程序溫度信號采集與處理子程序，主要完成溫度信號采集與A/D功能、數(shù)據(jù)處理的功能，由芯片MAX6675來完成。溫度信號采集子程序主要包括傳感器初始化、單片機給傳感器寫命令、單片機給傳感器寫數(shù)據(jù)、單片機從傳感器讀數(shù)據(jù)等部分，數(shù)據(jù)處理部分對該數(shù)據(jù)進行處理，主要是把采集到的二進制的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進制溫度數(shù)據(jù)。 溫度檢測與處理子程序 報警子程序如果溫度超過了系統(tǒng)限定值，報警子程序響應，實現(xiàn)聲光報警功能，并切斷電源。 PID子程序根據(jù)爐溫對給定溫度的偏差，連續(xù)改變電壓的大小，使爐溫控制在穩(wěn)定溫度范圍內(nèi)，以滿足電阻爐溫度的需要。電阻爐的爐溫控制是一個反饋調(diào)節(jié)過程，比較實際爐溫和需要爐溫得到偏差，通過對偏差的處理獲得控制信號，調(diào)節(jié)電阻爐的熱功率，從而實現(xiàn)對電阻爐溫度的控制。按照偏差的比例、積分和微分產(chǎn)生控制作用（PID控制），是過程控制中應用最廣泛的一種控制形式。電阻爐溫度控制通常采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出實測爐溫對所需溫度的偏差值，處理偏差值之后，通過調(diào)節(jié)控制信號使電阻爐的加溫功率也發(fā)生相應的變化，從而實現(xiàn)了爐溫的自動控制。比例積分微分控制的理想微分方程為： 式()式中e(t)=r(t)y(t)稱為偏差值，可作為溫度調(diào)節(jié)器的輸入信號，其中r(t)為給定值，y(t)為被測變量值；微分時間常數(shù)是Td；積分時間常數(shù)是Ti；比例系數(shù)是kp；u(t)為調(diào)節(jié)的輸出控制電壓信號。但計算機只能處理數(shù)字信號，因此上述數(shù)學方程必須加以變換。若設溫度的采樣周期為T，第n次采樣得到的輸入偏差為en調(diào)節(jié)器輸出為un則有（微分用差分代替） 式()（積分用求和代替） 式()這樣，式（41）便可以改為 式()經(jīng)遞推公式改寫成 式()： PID控制流程 顯示流程圖顯示模塊需要用高電平導通點亮，因此驅(qū)動功率要求較大。圖 鍵盤掃描流程圖矩陣鍵盤工作原理：行線通過上拉電阻接到+5V上。無按鍵，行線處于高電平狀態(tài)，有鍵按下，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平為高。在鍵盤掃描過程中，還有去抖動的問題。鍵閉合和斷開都會出現(xiàn)電壓抖動的情況。我們一般采用軟件去抖動的方法，具體是采用時間延遲以躲過抖動（延時時間為10~20ms即可），待穩(wěn)定之后，再進行列線狀態(tài)的輸入與判定。 鍵盤掃描子程序流程圖 鍵盤處理流程圖鍵盤掃描子程序在調(diào)用的過程中，程序的結果是：有閉合鍵，如