【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 拉電阻。3. P2 口有兩個(gè)功能：遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）111）外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線（A8～A15）使用。2）做一般 I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。4．P3 口有兩種功能：除了作為 I/O 口使用外，還有一些特殊功能，如表 22 所示，由特殊寄存器來(lái)設(shè)置。表 22 P3 口引腳的特殊功能Table 22 foot of special mouth P3 functions端口引腳 特殊功能 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 定時(shí)器 0 的外部輸入腳 T1 定時(shí)器 1 的外部輸入腳 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫(xiě)入控制信號(hào) /RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取控制信號(hào)5．VDD：電源接+5V。VSS： 接地。6．RESET：此腳為高電平時(shí)（約兩個(gè)機(jī)器周期） ，可將 CPU 復(fù)位。7．ALE/PROG 地址瑣存使能信號(hào)端，有三種功能：1）89S51 外接 RAM/ROM：ALE 接地址鎖存器，當(dāng) CPU 對(duì)外部數(shù)據(jù)進(jìn)行存取時(shí)，用以鎖住地址的低位地址。2）89S51 未外接 RAM/ROM：在系統(tǒng)中未使用外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 腳也會(huì)有 1/6 石英晶體的振蕩頻率，可作為外部時(shí)鐘。3）在燒寫(xiě) EPROM：ALE 作為燒寫(xiě)時(shí)鐘的輸入端。8．PSEN：程序儲(chǔ)存使能端1）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀取：不動(dòng)作。孫作斌：基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)122）外部程序存儲(chǔ)器讀?。≧OM）：在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次。3）外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀?。≧AM）：兩個(gè)/PSEN 脈沖被跳過(guò)不會(huì)輸出。4）外接 ROM 時(shí)，與 ROM 的/OE 腳連接。9．EA/VPP1）接高電平時(shí)：CPU 讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM） ；外部擴(kuò)充 ROM：當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器超過(guò) 0FFFH 時(shí)，自動(dòng)讀取外部 ROM。2）接低電平時(shí)：CPU 讀取外部程序存儲(chǔ)器（ROM） 。10．XTAL1， XTAL2：接石英晶體振蕩器。 聲光報(bào)警和報(bào)警處理聲光報(bào)警主要作用就是為了給用戶以提示作用，在系統(tǒng)沒(méi)有工作在要求下，起到報(bào)警作用，當(dāng)紅色燈亮表示恒溫箱溫度超過(guò) 850 攝氏度，此時(shí)單片機(jī)發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行散熱，一直到溫度恢復(fù)正常為止，當(dāng)綠燈亮表示恒溫箱溫度低于 800 攝氏度，這時(shí)將功率調(diào)節(jié)到最大，進(jìn)行加熱。聲光報(bào)警電路，如圖 24R2R1Q1位位位位位位位VCC3002K300位位位位圖 24 聲光報(bào)警電路Figure 24 soundlight alarm circuit 溫度顯示本系統(tǒng)采用串行口外接 74 LS164，使 TXD 端輸出的移位脈沖將 RXD 端輸出的數(shù)據(jù)移入 74 LS164，進(jìn)行 5 位的靜態(tài)顯示，雖然選擇靜態(tài)顯示，但是其只占用單片機(jī)的 TXD和 RXD 端口，節(jié)省了端口的占用。74LS164 是 8 位的移位寄存器，可以級(jí)聯(lián)，進(jìn)行多位顯示。74LS164 結(jié)構(gòu)如圖 25。遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13圖 25 74LS164 結(jié)構(gòu)圖Fig. 25 74LS164 structure chart各引腳說(shuō)明：A、B：串行輸入端；CLK：移位時(shí)鐘脈沖；：復(fù)位端；MR ～ ：并行數(shù)據(jù)輸出端。0Q7溫度顯示電路如圖 26 所示。a bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpLED1DPY_7SEG_DPa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpLED2DPY_7SEG_DPa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpLED3DPY_7SEG_DPa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpLED4DPY_7SEG_DP1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9R1R83301 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9R9R163301 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9R17R243301 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9R25R32330RXDTXDA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9IC1174LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9IC1274LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9IC1374LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9IC11474LS164VCC VCC VCC VCC圖 26 溫度顯示電路Figures 26 temperature display circuit孫作斌：基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)14 可控硅調(diào)功控溫可控硅調(diào)功控溫具有不沖擊電網(wǎng)，對(duì)用電設(shè)備不產(chǎn)生干擾等優(yōu)點(diǎn)，是一種應(yīng)用廣泛的控溫方式。所謂調(diào)功控溫就是在給定周期內(nèi)控制可控硅的導(dǎo)通時(shí)間，從而改變加熱功率，來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。設(shè)采取(控制)周期為T(mén)，在 T 周期內(nèi)工頻交流電的半周波數(shù)為N ， 如全導(dǎo)通時(shí)額定加熱功率為PH ， 則實(shí)際的平均加熱功率 與T 周期內(nèi)實(shí)際導(dǎo)通的半周波P數(shù)n成正比 [8]，即 (23)/HPnN? 調(diào)功電路設(shè)計(jì)目前,采用可控硅進(jìn)行功率調(diào)節(jié)的觸發(fā)方式有兩種:過(guò)零觸發(fā)、移相觸發(fā)。移相觸發(fā)方式調(diào)功實(shí)際上是控制可控硅的導(dǎo)通角，達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的，此方式易造成電磁干擾且電路復(fù)雜。據(jù)文獻(xiàn)專門(mén)介紹：采用移相觸發(fā)的可控硅交流調(diào)功裝置，往往在可控硅導(dǎo)通的瞬間使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)畸變，當(dāng)控制角為90176。時(shí)，產(chǎn)生的三次諧波電流為基波電流的50%，五次諧波也可達(dá)基波的1/6。 這些諧波分量引起電網(wǎng)電壓波形畸變，功率因數(shù)下降，給其它用電設(shè)備和通訊系統(tǒng)的工作帶來(lái)不良影響。為此，人們研究了各種避免電壓瞬時(shí)大幅度下降和抑制高次諧波的方法，過(guò)零觸發(fā)方式很好地解決了此類問(wèn)題，它可把可控硅導(dǎo)通的起始點(diǎn)限制在電源電壓過(guò)零點(diǎn)，從而大大降低了諧波分量。然而，傳統(tǒng)的可控硅過(guò)零觸發(fā)調(diào)功器由同步脈沖產(chǎn)生電路、檢零電路、隔離電路組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了可靠性，而且采用分立元件，器件的離散性和溫漂嚴(yán)重影響調(diào)功器控制精度及使用壽命 [9]。實(shí)現(xiàn)可控硅調(diào)功控溫需解決3個(gè)技術(shù)關(guān)鍵：獲取工頻交流電源的過(guò)零觸發(fā)脈沖，作為觸發(fā)可控硅的同步脈沖；將控制算法得到的控制量變?yōu)榭煽毓柙谥芷趦?nèi)的導(dǎo)通時(shí)間；隔離工頻交流電源強(qiáng)電對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)和控制電路弱電的干擾。在這里我們軟件與硬件結(jié)合自主設(shè)計(jì)一種功率調(diào)解電路，如圖27。遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）153K3K1K3K10K1KQ254 2312ALM3395V5VVCCVCC24V 1112220V位位位位位位位位位位3K1KQ2VCC24V 13位位位位EA/VP31X119 X218RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P12P123 P134P145 P156P167 P178P0 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P2 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30TXD 11RXD 10IC3AT89S51RXDTXDRST圖 27 功率調(diào)節(jié)電路Figure 27 power regulating circuit首先是同步信號(hào)取樣，在電壓過(guò)零點(diǎn)取樣，交流220V 電壓經(jīng)過(guò)變壓器變化成交流5V電壓，這樣設(shè)計(jì)的目的是為了實(shí)現(xiàn)隔離，保護(hù)后面的元器件，然后經(jīng)過(guò)兩個(gè)3K 電阻限流再加上一個(gè)取樣電阻，當(dāng)過(guò)零點(diǎn)時(shí)候LM339運(yùn)放翻轉(zhuǎn)，輸出電平數(shù)值，輸入單片機(jī)。經(jīng)過(guò)軟件處理并輸出脈沖信號(hào)，將信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大，然后接入主回路可控硅門(mén)極上，通過(guò)控制觸發(fā)角來(lái)實(shí)現(xiàn)功率控制。 電源設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源是所有電子設(shè)備的重要組成部分，它的基本任務(wù)是將電力網(wǎng)交流電壓變換為電子設(shè)備所需要的穩(wěn)定的直流電壓源。其電路如圖 28 所示1234D0BRIDGE1C4100UFV1220VT1TRANS1Vin1GND2Vout 3IC10LM7805 C7100UFVCC圖 28 電源電路Figure 28 power supply circuit孫作斌：基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)16其中變壓器是將電網(wǎng)電壓（220V、50Hz）變換為所需的 10V 交流電壓；整流是將變壓器次級(jí)交流轉(zhuǎn)換為單向脈動(dòng)直流；濾波是將整流后的波紋濾除。但經(jīng)整流濾波后的直流電源仍不穩(wěn)定會(huì)隨著電網(wǎng)電壓或負(fù)載大小而變化，故再加穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，得到一個(gè)波紋小，不隨電網(wǎng)電壓和負(fù)載變化的穩(wěn)定的直流電源。圖 28 中，C 可以防止由于輸入引線5較長(zhǎng)而帶來(lái)的電感效應(yīng)而產(chǎn)生的自激。C 用來(lái)減小由于負(fù)載電流瞬間變化而引起的高頻5干擾。C 為較大的電解電容，用來(lái)進(jìn)一步減小輸出脈動(dòng)和低頻干擾。7 主回路設(shè)計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)中，調(diào)節(jié)功率的器件多種多樣，如 SCR(晶閘管)、GTO(門(mén)極可關(guān)斷晶閘管)、BJT( 雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)等， 這里我們采用課本學(xué)過(guò)的可控硅進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，電源部分采用 220V 交流電，然后進(jìn)行整流處理，通過(guò)調(diào)節(jié)可控硅的觸發(fā)角來(lái)控制負(fù)載加熱功率，主回路如圖 29 所示。L1L2L31112131412141112220V位位位位位位位圖 29 恒溫箱控制系統(tǒng)主回路Figure 29 main circuit圖 29 調(diào)功電路是全控橋整流電路，利用控制回路反饋過(guò)來(lái)的帶有一定觸發(fā)角度的脈沖信號(hào)將可控硅成對(duì)觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)角度的大小直接影響加熱功率的大小。遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）173 控制算法研究 PID 的控制概述當(dāng)今的自動(dòng)控制技術(shù)絕大部分是基于反饋概念的。反饋理論主要包括三個(gè)基本要素：測(cè)量、比較和執(zhí)行。測(cè)量關(guān)心的是變量，并與期望值相比較，以此誤差來(lái)糾正和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。反饋理論及其在自動(dòng)控制中應(yīng)用的關(guān)鍵是：做出正確測(cè)量與比較后，如何用于系統(tǒng)的糾正與調(diào)節(jié)。在過(guò)去的幾十年里，PID 控制，也就是比例積分微分控制在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。在控制理論和技術(shù)飛速發(fā)展的今天，在工業(yè)控制中 95%以上的控制回路都具有 PID結(jié)構(gòu)，而且許多高級(jí)控制都是以 PID 控制為基礎(chǔ)的。PID 控制器由比例單元（P） 、積分單元（I）和微分單元（ D）組成，它的基本原理很簡(jiǎn)單，基本的 PID 控制規(guī)律可描述為： （31）sKdipGc*/??PID 控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 原理簡(jiǎn)單，使用方便，PID 參數(shù) 可以根據(jù)過(guò)程動(dòng)態(tài)特性及時(shí)調(diào)整。如i、果過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性發(fā)生變化，如對(duì)負(fù)載變化引起的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，PID 參數(shù)就可以重新進(jìn)行調(diào)整與設(shè)定。 （2） 適應(yīng)性強(qiáng)，按 PID 控制規(guī)律進(jìn)行工作的控制器早已商品化，即使目前最新式的過(guò)程控制計(jì)算機(jī)，其基本控制功能也仍然是 PID 控制。PID 應(yīng)用范圍廣，雖然很多工業(yè)過(guò)程是非線形或時(shí)變性的，但通過(guò)適當(dāng)簡(jiǎn)化，可以將其變成線形和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，就可以進(jìn)行 PID 控制了。（3） 具有魯棒效應(yīng) [10]。 PID 控制現(xiàn)在工業(yè)控制中常用的控制技術(shù)主要是模糊控制技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)，模糊控制技術(shù)是建立在模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上的，它是針對(duì)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型不明確，或非線性模型孫作斌：基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)18的一種工程實(shí)用、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制方法。與傳統(tǒng)的 PID 控制相比，模糊控制有更快的響應(yīng)和更小的超調(diào)，對(duì)過(guò)程參數(shù)的變化不敏感，即具有很強(qiáng)的魯棒性，能夠克服非線性因素的影響。數(shù)字 PID 控制技術(shù)是一種工業(yè)控制中通用的一種控制技術(shù)，但是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，往往出現(xiàn)在某種情況下設(shè)計(jì)好的控制參數(shù)，在另一種情況下又不滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求了，而常規(guī)的數(shù)字 PID 控制不具有在線整定參數(shù) Kp（比例系數(shù)） 、Ki（積分系數(shù)） 、Kd（微分系數(shù)）的功能，使得其不能滿足系統(tǒng)在不同偏差絕對(duì)值 H 及偏差變化率絕對(duì)值時(shí)，對(duì) PID 參數(shù)的不同要求，從而影響了控制品質(zhì)的進(jìn)一步提高。由于本課題