【文章內(nèi)容簡介】 多數(shù)雙向可控硅的最高觸發(fā)靈敏度在第一、第三象限。觸發(fā)靈敏度較差的是第二象限，最差的是第四象限。所以，一般不采用第四象限的出發(fā)方式。雙向可控硅是雙向?qū)ǖ?，它從一個方向過零進(jìn)入反向阻斷狀態(tài)只是一個十分短暫的時間，一般只是用于60Hz或頻率小于60Hz的正弦電壓電源中。在阻斷狀態(tài)下，可控硅的PN結(jié)相當(dāng)于一個電容，如果突然受到正向電壓，充電電流流過門極PN結(jié)時，起了觸發(fā)電流的作用。當(dāng)電壓上升率dv/dt較大時，就會造成MOC3041的輸出可控硅誤導(dǎo)通。因此當(dāng)為了使它能夠正確工作，應(yīng)抑制雙向可控硅中的電壓上長率dy/dt。因此，在MOC3041的輸出回路中加入R2和C1組成的RC回路，降低電壓上升率dy/dt。 雙向可控硅電路 輸出控制電路的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)當(dāng)中，采納了Motorola公司推出的單片集成可控硅驅(qū)動器件MOC3041作為為對輸出的驅(qū)動和控制。由MOC3041組成的過零觸發(fā)雙向可控硅電路簡單可靠。 MOC3041和雙向可控硅構(gòu)成的輸出通道電路其中：R8：限流電阻，控制LED的觸發(fā)電流。R9：門極電阻，提高控制極的抗干擾能力。R10：控制回路限流電阻，保護(hù)MOC3041中的雙向可控硅。R11，C4：構(gòu)成吸收回路，承受反向電壓。該部分的工作過程是：當(dāng)單片機(jī)的P14口輸出為低電平是，MOC3041內(nèi)部導(dǎo)通，G端通道出現(xiàn)同步觸發(fā)脈沖，控制可控硅導(dǎo)通，打開加熱器；當(dāng)P14為高電平時，MOC3041內(nèi)部截止，可控硅斷開，關(guān)閉加熱器。MOC3041輸入端限流電阻的計(jì)算的大小由下式計(jì)算： =（）/ （25）本設(shè)計(jì)中= 5V； = ； = ； = 。所以 =（）/ =（）/ =200Ω式中：為電源電壓；為輸入端發(fā)光二極管的壓降,；為驅(qū)動器的壓降；為發(fā)光二極管的工作電流。的選值應(yīng)留一定的余量。光電耦合器的集電極電流與發(fā)光二極管的電流之比稱為光電耦合器的電流傳輸比CTR。不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器的電流傳輸比相差很大。電流傳輸比受發(fā)光二極管的工作電流大小影響，一般電流為10～20mA，電流傳輸比最大，電流小于10mA或大于20mA時，傳輸比都下降。溫度升高，傳輸比也會下降，因此在使用時要留一些余量。所以限流電阻選180Ω，即=180Ω?？刂苹芈废蘖麟娮璧挠?jì)算電阻的作用是限制流過MOC3041輸出端的電流不要超過1A。的大小由下式計(jì)算：=/ （26）式中：為工作電壓的峰值；為MOC3041輸出端的最大允許電流。本設(shè)計(jì)的控制電壓為220V，所以=/=（220）/1 =311Ω本畢業(yè)設(shè)計(jì)中取300Ω。由于串入電阻，使得觸發(fā)電路由一個最小觸發(fā)電壓，低于這個電壓時，可控硅才導(dǎo)通?？刂苹芈废蘖麟娮璧倪x擇是MOC3041的限流電阻，用于限制流經(jīng)MOC3041輸出端的電流最大值不超過1A。MOC3041過零檢測的電壓值為20V，所以限流電阻取稍大于20Ω。本設(shè)計(jì)中選取=27Ω。的選擇RC回路中,電阻的作用是防止電容器產(chǎn)生震蕩以及減少可控硅導(dǎo)通時的電流上升率di/dt。在一般情況下,電阻取51Ω。電容的大小根據(jù)負(fù)載電流的大小來確定，一般的使用場合，～。本設(shè)計(jì)中選=。 簡易式鍵盤接口電路設(shè)計(jì) 8255可編程并行I/O接口設(shè)計(jì)MCS51系列單片機(jī)共有4個8位并行I/O口，這些I/O口一般是不能完全提供給用戶使用的，在外部擴(kuò)展存儲器時，提給用戶使用的I/O口只有P1和P3口的部分口線。因此在大部分的MCS51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中都免不了要進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展。8255有3個可編程并行I/O端口：A口、B口、C口。8255共有40個引腳，功能分類敘述如下。l 數(shù)據(jù)總線：D0～DPA0～PAPB0～BPPC0～PC7，此32條數(shù)據(jù)線均為雙向三態(tài)，其中D0～D7用于傳送CPU與8255之間的命令與數(shù)據(jù)，PA0～PAPB0～BPPC0～PC7分別與A、B、C3口對應(yīng)，用于8255與外部之間傳送數(shù)據(jù)。 8255引腳圖l 控制線：、 ：讀信號，輸入信號線，低電平有效。當(dāng)這個引腳為低電平時，8255輸出數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息到CPU，CPU對8255A進(jìn)行讀操作。：寫信號，輸入信號線，低電平有效。當(dāng)這個引腳為低電平時，8255接收CPU輸出的數(shù)據(jù)或命令，即CPU對8255A進(jìn)行寫操作。：復(fù)位信號，輸入信號線，高電平有效。此引腳為高電平時，所有8255內(nèi)部寄存器都清零，所有通道都設(shè)置為輸入方式，24條I/O口引腳為高阻態(tài)。l 尋址線：、AO、A1：片選信號，輸入信號線，低電平有效。當(dāng)這個引腳為低電平時，8255被CPU選中。AO、A1：這是兩條輸入信號線，通常一一對應(yīng)，接到地址總線的最后兩位AO和A1上。當(dāng)有效時，這兩位的4種組合00、011分別用來選擇A、B、C口和控制寄存器，所以一片8255共有4個地址單元。單片機(jī)也8255的接口比較簡單，8255的片選信號及口地址選擇線AO、B、C口及控制口地址分別為FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。8255的D0～。 89C51與8255的接口電路 鍵盤電路及其說明將輸入方式的I/O口的每根線上各接一個按鍵，就可以組成一個八按鍵的簡易式鍵盤。每根輸入線上的按鍵上的工作狀態(tài)不會影響其它線上的工作狀態(tài)，所以可以稱之為獨(dú)立式鍵盤。獨(dú)立式按鍵配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。但每個按鍵需占用一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時，輸入口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得很復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作數(shù)量較高的場合。本設(shè)計(jì)采用8255A可編程并行輸入輸出接口擴(kuò)展獨(dú)立式按鍵，采用五按鍵鍵盤，所以在五個I/O口上接五個按鍵組成一個五按鍵的簡易式鍵盤。：圖中行線通過電阻接+5V，當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行線和列線斷開，行線呈高電平。當(dāng)鍵盤上某一個鍵閉合時，該鍵所對應(yīng)的行線與列線短路。例如：當(dāng)S1號按鍵閉合時，所在的行線與列線短路，使PA0口為高電平，通過軟件里對PA0口查尋，如果只有PA0口為高電平，那么就可以確定是S1鍵按下了，通過在軟件里的設(shè)定，行使S1鍵的功能。如果同時有多個PA口為高電平，則報(bào)警顯示，然后檢查是否有多個鍵按下，直到只有一個PA口為高電平時，停止報(bào)警，那個高電平的PA口上連接的按鍵則為按下的鍵，在軟件里執(zhí)行他應(yīng)該達(dá)到的功能。 簡易式鍵盤的接口電路鍵盤功能說明：1號鍵：上升。2號鍵：下降。3號鍵：下限溫度值確定。4號鍵：上限值確定。5號鍵：查詢上下限值。使用1號鍵和2號鍵，設(shè)定需要的溫度控制系統(tǒng)的上限值，然后按下4號鍵，將這個上限值確定，也就是將上限值保存到專用的寄存器里。在完成設(shè)定上限值的工作后，使用1號鍵和2號鍵設(shè)定需要的溫度控制系統(tǒng)的下限值，然后按下3號鍵，將這個下限值確定，也就是將這個下限值保存到專用的寄存器里，然后系統(tǒng)進(jìn)去實(shí)時的溫度測量和控制工作中。鍵盤的特點(diǎn)鍵盤實(shí)際上是一組按鍵開關(guān)的組合。通常按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。一個按鍵開關(guān)通C0過機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程，其波形在圖220中，若Y0為低電平，S1號鍵閉合一次，圖中t1和t3分別為鍵的閉合和斷開過程中的抖動期（呈現(xiàn)一串負(fù)脈沖），抖動時間長短和開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5～10ms，t2為穩(wěn)定的閉合期，其時間由按鍵動作所確定，一般為十分之幾秒到幾秒，t0、t4為斷開期。為了保證CPU對鍵的閉合作一次僅一次處理，在軟件中必須去除抖動，在鍵的穩(wěn)定閉合或斷開時讀鍵的狀態(tài)，并判斷出鍵由閉合到釋放時，再作鍵輸入處理。 t0 t1 t2 t3 鍵盤的機(jī)械抖動示意圖 復(fù)位電路原理圖 復(fù)位電路MCS51復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。該電路兼有上電復(fù)位和按鈕復(fù)位。工作原理為：按鈕按下后，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持10ms以上的高電平，就能用單片機(jī)有效的復(fù)位。該設(shè)計(jì)時鐘頻率為12MHz，C取22μF，R取1K歐姆。 時鐘電路MCS51雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外接元件。外接晶體以及CX1和CX2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。該設(shè)計(jì)選用12MHz晶振，與之相適應(yīng)的電容的典型值是30pF左右。XTAL2XTAL189C51 時鐘電路 聲光報(bào)警電路接口電路 報(bào)警電路本設(shè)計(jì)采用聲光報(bào)警電路,。 MCS51的口線P11接報(bào)警電路的輸入端,當(dāng)P11口輸出低電平時,7046輸出為高電平,發(fā)光二極管兩端電壓差接近5V,，由壓電效應(yīng)而發(fā)出蜂鳴音報(bào)警。第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì)。初始化按鍵設(shè)定溫度上下限送顯示鍵盤處理有鍵按下?開始顯示正常溫度等待下一個采樣調(diào)溫度子程序轉(zhuǎn)換送顯示PID運(yùn)算高溫報(bào)警并停止加熱低溫報(bào)警并加熱YNYYNN送counter=3Ncounter1=0?counter1=0?Y 主程序流程圖主程序完成的功能是：啟動傳感器測量溫度，將測量溫度與給定值比較進(jìn)行PID運(yùn)算，若，則進(jìn)入加熱階段，置P13為高電平。在過程中繼續(xù)對溫度進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)時，置P13為低電平斷開可控硅，關(guān)閉加熱器，等待下一次的啟動命令。結(jié)合本系統(tǒng)的功能，程序長度不會超過89C51內(nèi)部的程序存儲器，所以硬件上不用外擴(kuò)程序存儲器。軟件上也不用考慮讀取外部程序存儲器的問題。該系統(tǒng)所須的堆棧、數(shù)據(jù)存儲區(qū)也都足夠了，所以也不必進(jìn)行外部數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展。系統(tǒng)主要功能：l 用按鍵可設(shè)定上下限溫度。l 實(shí)時顯示溫度,℃。l 控制溫度，默認(rèn)的設(shè)定溫度為上次設(shè)定溫度。低于或等于下限溫度時加熱，高于或等于上限溫度時保溫。l 通過報(bào)警器件輸出報(bào)警。l 系統(tǒng)可以手動或上電復(fù)位。復(fù)位時先自檢，接著顯示的設(shè)定溫度值（上限值）。正常工作時顯示溫度值。狀態(tài)燈顯示當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)。 軟件抗干擾設(shè)計(jì)程序在運(yùn)行過程中，有時由于某種噪聲干擾的影響，會出現(xiàn)死循環(huán)現(xiàn)象，或者出現(xiàn)程序“亂飛”（執(zhí)行程序跨段丟失）現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)的正常工作。該系統(tǒng)采用了兩種CPU抗干擾技術(shù)：指令冗余、軟件陷阱。一、 指令冗余當(dāng)CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。這時，我們首先要盡快將程序納入正軌（執(zhí)行真正的指令系列）。具體的辦法是：常在一些對程序流向起決定作用的指令之前插入兩條NOP指令，以保證彈飛的程序迅速納入正確的控制軌道，此類指令有：RET、RETI、ACALL、LCALL、SJMP、AJMP、LJMP、JZ、JNZ、JB、JNB、JBC、CJNE、DJNZ等。二、 軟件陷阱指令冗余使彈飛的程序安定下來是有條件的，首先彈飛的程序必須落到程序區(qū)，其次必須執(zhí)行到冗余指令。當(dāng)彈飛的程序落到非程序區(qū)時，前一個條件即不滿足。當(dāng)彈飛的程序在沒有碰到冗余指令之前，已經(jīng)自動形成一個死循環(huán)，這時第二個條件也不滿足。對付前一種情況采取的措施就是設(shè)立軟件陷阱，對于后一種情況可采取“看門狗”電路解決。軟件陷阱由三條指令構(gòu)成：NOPNOPAJMP ERR軟件陷阱安排在四種地方：（1） 未使用的中斷向量區(qū)（2） 未使用的大片ROM空間（3） 表格的最后（4） 程序區(qū)的絕對跳轉(zhuǎn)指令后面 ERR指令安排在程序的首地址處。由于軟件陷阱都安排在正常程序執(zhí)行不到的地方，因此不影響程序執(zhí)行的效率。在當(dāng)前EPROM容量不成問題的條件下，還是多多設(shè)置陷阱有益。實(shí)踐證明在程序中加入陷阱后程序彈飛的機(jī)率大大降低。 增量式PID算法程序設(shè)計(jì)在應(yīng)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中，PID很容易通過編制計(jì)算機(jī)語言實(shí)現(xiàn)。由于軟件系統(tǒng)的靈活性，PID算法可以修正和完善，從而使數(shù)字PID具有很大的靈活性和適用性。數(shù)字PID控制器是由軟件編程在計(jì)算機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的。比例調(diào)節(jié)器的作用:比例調(diào)節(jié)器對偏差是即時反應(yīng)的,偏差一旦出現(xiàn),調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用,使輸出量朝著減小偏差的方向變化,控制作用的強(qiáng)弱決定于比例系數(shù)。比例調(diào)節(jié)器雖然簡單快速,但對于系統(tǒng)響應(yīng)為有限值的控制對象存在靜差。加大比例系數(shù)可以減小靜差,但是, 比例系數(shù)過大會使系統(tǒng)動態(tài)質(zhì)量變壞，引起輸出量震蕩,甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例積分調(diào)節(jié)器作用:為了消除在比例調(diào)節(jié)中的殘余靜差,可以在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)器具有積累成分,只要偏差不為零,它將通過積累作用影響控制量，從而減小偏差直到偏差為零。如果積分時間常數(shù)大，積分作用弱，反之為強(qiáng)。增大積分時間常數(shù)將減慢靜差的過程，但可減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。引入積分環(huán)節(jié)的代價(jià)是降低系統(tǒng)的快速性。比例積分微分調(diào)節(jié)器作用:為了加快控制過程，有必要偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差變化的趨向進(jìn)行控制，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是積分調(diào)節(jié)的原理。積分作用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。增量式PID控制算式具有以下優(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，因而誤動作影響小。（2）在i時刻的輸出只需用到此時刻的偏差，以及前兩時刻的偏差和前一次的輸出值，這大大節(jié)約了計(jì)算時間。（3）在進(jìn)行手動到自動切換時，控制量從擊小，能夠較平滑地過渡。k次采樣增量式P