【文章內容簡介】 顯示器顯示的數據為Tc參數，格式為T；T給定為其他值（85℃左右），顯示器顯示的數據為溫度測量值 25H KP參數暫存 26H KI參數暫存 27H Tc參數暫存 28H T測量值（A/D）暫存 29H e(n)參數暫存 2AH e(n1)參數暫存 2BH～2EH 4次A/D值暫存 2FH 定時Tc秒調節(jié)工作單元 30H～31H T測量BCD碼值暫存、格式為. 32H T測量值實際溫度暫存 50H～7BH SP指針工作區(qū) 7CH～7FH　 顯示緩沖區(qū)（從左到右）第六章 系統(tǒng)調試系統(tǒng)調試通常包括實驗室硬件聯(lián)調、實驗室軟件聯(lián)調、實驗室系統(tǒng)仿真、仿真考機運行和現(xiàn)場安裝調試等幾個環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)總裝以后，首先要進行實驗室條件下的系統(tǒng)硬件聯(lián)調；聯(lián)調成功以后，有了硬件操作保證，就很容易發(fā)現(xiàn)軟件的錯誤，在軟件調試過程中，有時也會發(fā)現(xiàn)硬件故障，軟件故障完畢，硬件中的隱藏問題也能被發(fā)現(xiàn)和糾正；在進入現(xiàn)場以前，還必須在實驗室條件下把存在的問題充分暴露，并加以解決，通常是用模型代替實際系統(tǒng)進行完全仿真調試，通過后進行連續(xù)不停機的48h考機運行，正確無誤后再進入現(xiàn)場安裝，運行成功并經過一定時間的使用，最終驗收合格才算完成整個系統(tǒng)的設計工作。下面通過硬件和軟件兩方面介紹相應的調試方法。6．1 硬件調試方法6．1．1 常見的硬件故障邏輯錯誤 它是由設計錯誤或加工過程中的工藝性錯誤所造成的。這類錯誤包括錯線、開路、短路、相位錯等。元器件失效 有兩方面的原因：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是組裝錯誤造成元件失效，如電解電容、二極管的極性錯誤、集成電路安裝方向錯誤等。可靠性差 引起可靠性差的原因很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時好時壞，經不起振動；內部和外部干擾、電源紋波系數大、器件負荷過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；走線和布局不合理也會引起系統(tǒng)可靠性差。電源故障 若樣機有電源故障，則加電后很容易造成器件損壞。電源故障包括電壓值不符合設計要求，電源引線和插座不對，功率不足，負載能力差等。6．1．2 聯(lián)機調試 通過脫機調試可排除一些明顯的硬件故障，但有些故障還必須通過聯(lián)機調試才能發(fā)現(xiàn)和排除。聯(lián)機前先斷電，將單片機開發(fā)系統(tǒng)的仿真頭插到樣機的8031插件上，檢查開發(fā)機和樣機之間的電源、接地是否良好。一切正常后，即可打開電源。通電后執(zhí)行開發(fā)機的讀寫指令，對樣機的存儲器、I/O端口進行讀寫操作、邏輯檢查，若有故障，可用示波器觀察有關波形（如選中的譯碼器輸出波形、讀寫控制信號、地址數據波形以及有關的控制電平）。通過對波形的觀察分析，尋找故障原因并進一步排除故障?？赡艿墓收嫌校郝肪€連接上有邏輯錯誤、有斷路或短路現(xiàn)象、集成電路失效等。在樣機主機部分調試好后，可以插上系統(tǒng)的其他外圍部件，例如鍵盤、顯示器、輸出驅動板、A/D及D/A板等，再對這部分進行初步調試。在調試過程中若發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，可能有下列情況：電源系統(tǒng)供電不足，或聯(lián)機時公共地線接觸不良，或用戶系統(tǒng)主板負載過大，或用戶的各級電源濾波不完善等。對這些問題一定要查出原因并加以排除。（1）采集電路調試為使溫度采集電路輸出的電壓與溫度的關系符合理論設計數值，可用一點測試法。在室溫27℃時，調節(jié)電位器Rw1，使AD590對地電阻為1KΩ，運放正端輸入電壓V+=300mV時，V0=。也可采用兩點測試法，當溫度在0～50℃之間變化時，運放正端輸入電壓V+約為273～323mV，調試時用可調電壓信號模擬溫度信號輸入到運放正端，調節(jié)電位器Rw2使V+=273mV時，V0=0V。調節(jié)Rt2使V+=323mV時，Vo=5V，則5V/5O℃=100mV/℃ 即為輸出精度。因軟件還要校正測溫值，故基本符合上述數值即可。采用兩點測試法較精確，故用兩點法。（2）數碼顯示調試調試中發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管的亮度一直很微弱，用萬用表測量可知，勉強能夠發(fā)光，而89C51輸出的電壓依然為5V左右，分析知89C51在串行口工作方式下，負載很重，發(fā)光二極管分得的電流較小，使其不能正常發(fā)光。在此加入一塊同相放大器來驅動它們工作。6．1．3 脫機調試 在樣機加電以前，先用萬用表等工具根據硬件電氣原理和裝配圖仔細檢查樣機線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求，特別應注意電源的走線，防止電源線之間短路和極性錯誤，并檢查擴展系統(tǒng)總線是否存在相互短路或與其他信號線的短路。對于樣機所用電源，事先必須單獨調試。調試好后，檢查其電壓值、負載能力、極性等均符合要求，才能加到系統(tǒng)的各個部件上。在不插芯片的情況下，加電檢查各插件上引腳的電位，仔細測量各點電位是否正常，尤其應注意8031插座上各電位是否正常，若有高壓，聯(lián)機時將損壞仿真器。在脫機調試中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)無法復位，經檢查知電路中沒有接入復位電路，經接入上電復位方式的復位電路后，系統(tǒng)運行正常。6．2 軟件調試方法軟件調試與所選用的軟件結構和程序設計技術有關。如果采用模塊程序設計技術，則逐個模塊分別調試。調試各子程序時一定要符合現(xiàn)場環(huán)境，即入口條件和出口條件。調試手段可采用單步或設置斷點運行方式，通過檢查系統(tǒng)CPU 的現(xiàn)場，ARM的內容和I/O口的狀態(tài)，檢查程序執(zhí)行結果是否符合設計要求。通過檢測可發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)錯誤、機器碼錯誤及轉移地址的錯誤。同時也可以發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)中的硬件故障，軟件算法及硬件設計錯誤。在調試過程中不斷調試用戶系統(tǒng)的軟件和硬件，逐步通過一個個程序模塊。 各模塊通過以后，可以把有關的功能塊聯(lián)合起來一起進行綜合調試。在這個階段若發(fā)生故障，可以考慮各子程序在運行時是否破壞現(xiàn)場，緩沖單元是否發(fā)生沖突，標志位的建立和清除在設計上有無失誤，堆棧區(qū)域有無溢出，輸入設備的狀態(tài)是否正常等等。若用戶系統(tǒng)是在開發(fā)機的監(jiān)控下運行時，還要考慮用戶緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。 單步和斷點調試后，還應進行連續(xù)調試，這是因為單步運行只能驗證程序的正確與否，不能確定定時精度，CPU的實時響應等問題。待全部調試完成后，應反復運行多次，除了觀察穩(wěn)定性之外，還要觀察系統(tǒng)的操作是否符合原始設計要求，安排的用戶操作是否合理等，必要時應再作適當的修正。 如果采用實時多任務操作系統(tǒng)，一般是逐個任務進行調試，調試方法與上述基本類似，只是實時多任務操作系統(tǒng)的應用程序是由若干個任務程序組成，一般是逐個任務進行調試，在調試某個任務時，同時也調試相關的子程序、中斷服務程序和一些操作系統(tǒng)的程序。調試好以后，再使各個任務程序同時運行，如果操作程序無錯誤，一般情況下就能正常運行。6．3 誤差分析集成溫度傳感器誤差校正：校正誤差和溫度誤差。校正誤差：傳感器在實際使用中所指示的溫度值和實際溫度值的差值，該誤差大小和溫度成正比，通過調整外部電阻可得到補償。在T=27℃時只要調整R1使vT=300mV即可。該一點調整法不能修正整個范圍內的誤差。溫度誤差(校正誤差調整后)：溫度特性的非線形引起的誤差。如不進行誤差調整，則總誤差為校正誤差與非線形誤差之和，誤差較大。調整Rwl使其在0℃時輸出為0V，調整Rw2使其在50℃時輸出為5V，再進行測溫，精度提高。系統(tǒng)理論測控精度為0．4℃ ，而實際顯示時，只有1℃ ，原因在于系統(tǒng)誤差、固有誤差、元件誤差等的存在。定性分析主要誤差來源有：檢測元件的固有誤差、轉換的誤差、數據量化誤差。本設計有待于進一步提高測控精度、減小誤差、進一步提高系統(tǒng)性能。第七章 結論本設計介紹的單片機溫度控制系統(tǒng)，可了解微機系統(tǒng)硬、軟件的構成及各種控制參數變化對系統(tǒng)動、靜態(tài)特性的影響。系統(tǒng)用PID控制算法實現(xiàn)溫度控制，可以使系統(tǒng)的精度達到177。℃，準確度和穩(wěn)定性都可以令人滿意。系統(tǒng)還以單回路控制為例，極易擴展成多回路控制。MCS51單片機，體積小，重量輕，抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，即使是非電子計算機專業(yè)人員，通過學習一些專業(yè)基礎知識以后也能依靠自己的技術力量，來開發(fā)所希望的單片機應用系統(tǒng)。本文的溫度控制系統(tǒng)，只是單片機廣泛應用于各行各業(yè)中的一例，相信單片機的應用會更加廣泛化。本系統(tǒng)的設計方案有多種，上述方案是從多種方案中選出的最優(yōu)方案，其具有功能強、成本低、元件少、精度高、可靠性好、穩(wěn)定性高、抗干擾性強、執(zhí)行速度快、簡單易行、具有實效性、使用范圍廣等特點，故具有推廣價值。參考文獻[1] 馬江濤. 單片機溫度控制系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)[J]. 計算機測量與控制 , 2004,(12) . P1219—1229[2] 黃禎祥,鄧懷雄,郭延文,周書. 基于MCS51單片機的溫度控制系統(tǒng)[J]. 現(xiàn)代電子技術 , 2005,(06) . P22—24 [3] 張開生,郭國法. MCS51單片機溫度控制系統(tǒng)的設計[J]. 微計算機信息 , 2005,(07) . P68—69 [4] 李曉妮. 單片機溫度控制系統(tǒng)的設計[J]. 九江學院學報(自然科學版) , 2005,(02) . P20—23 [5] 龔紅軍. 單片機溫度控制系統(tǒng)[J]. 電氣時代 , 2002,(10) . P17—18 [6] 李新國. 單片機溫度控制系統(tǒng)[J]. 機電工程 , 2001,(02) . P46—47 [7] 李萍. 單片機溫度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 固原師專學報 , 1999,(06) . P22—25 [8] 馮越,楊繼華,俞曙濱. 單片機溫度控制系統(tǒng)[J]. 自動化技術與應用 , 1998,(02) . P36—38 [9] 徐鳳霞,趙成安. AT89C51單片機溫度控制系統(tǒng)[J]. 齊齊哈爾大學學報 , 2004,(01)．P64—65[10] 姜波. 單片機溫度自動控制系統(tǒng)[J]. 自動化與儀器儀表 , 1996,(05) ．P51—59AT89C51AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能COMS8位單片機，片內含4Kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。主要性能參數：與MCS51產品指令系統(tǒng)完全兼容4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz—24MHz三級加密程序存儲器1288字節(jié)內部RAM32個可編程I/O口線2個16位定時/計數器6個中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模式功能特性概述： AT89C51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器。串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。引腳功能說明：VCC：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間即或內部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。P2口：P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口線上的內容在整個訪問期間不改變。Flash編程或檢驗時，P2亦接收高位地址和其它控制信號。P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RET：復位輸入。當振蕩器工作時，RET引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。183