【導(dǎo)讀】現(xiàn)今，自動(dòng)控制技術(shù)尤其是溫度控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。采集控制系統(tǒng)，同時(shí)還闡述了直接數(shù)字控制中的最少拍控制算法。本設(shè)計(jì)采用以8位8051單片機(jī)作為系統(tǒng)的CPU。使用電加熱器升溫，直流電機(jī)風(fēng)扇。降溫，配合鍵盤(pán)輸入，液晶顯示器顯示。具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、人機(jī)界面友善、管理功能。健全、系統(tǒng)可靠性高、記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。模塊的設(shè)計(jì)思想和流程圖。溫度采集控制控制系統(tǒng)不但能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采樣。以現(xiàn)今廣泛使用的液晶顯示器作為輸出設(shè)備，使數(shù)據(jù)讀取更加直觀?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，該。系統(tǒng)在測(cè)試過(guò)程中工作穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)要求。統(tǒng)，完成了本系統(tǒng)軟硬件的開(kāi)發(fā)調(diào)試。

　　

【正文】 2PROM；可編程的看門(mén)狗定時(shí)器；低電壓 Vcc 檢測(cè)；直至Vcc＝ 1V 復(fù)位輸出有效； SPI 接口方式；低功耗，待機(jī)電流為 10μ A，工作電流為 3mA，工作電壓為 2． 7V 至 5V；具有塊鎖定保護(hù)功能，可以保護(hù) 1／ 4， 1／ 2，或所有 E2PROM陣列；片內(nèi)異常事件寫(xiě)保護(hù)：上電、掉電保護(hù)電路，寫(xiě)鎖存，寫(xiě)保護(hù)引腳； 1MHz 時(shí)鐘頻率；可擦寫(xiě)次數(shù)為 100000 次，數(shù)據(jù)保存期為 100 年； ESD靜電放電保護(hù)；有 8 引腳 DIP和 SOIC 或 14 引腳 TSSOP 封裝三種形式；高電平復(fù)位信號(hào) 輸出。 X25045 共有 6條 指令，如表 2— 7— 4所示。所有指令都以 MSB（最高有效位） 2在前方式傳送。讀寫(xiě)指令中 3 位的 A8 是高位地址，此位用于選擇器件的上半部或下半部。 表 2— 7— 4 X25045 指令表 X25045 內(nèi)部的狀態(tài)寄存器格式如表 2— 7— 5所示： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WLE WIP 表 2— 7— 5 X25045 內(nèi)部狀態(tài)寄存器格式表 WIP 位表示 X25045 是否忙于向 E2PROM 寫(xiě)數(shù)據(jù)。該位是只讀位， WIP 為 0 表示沒(méi)有寫(xiě)操作在進(jìn)行，可向 E2PROM寫(xiě)數(shù) 據(jù)； WIP為 1時(shí)表示正在進(jìn)行寫(xiě)操作，此時(shí)不能向 E2PROM寫(xiě)數(shù)據(jù)。 WEL 位表示寫(xiě)使能鎖存器的狀態(tài)。該位是只讀位，由 WRDI 指令復(fù)位，寫(xiě)使能鎖存器被復(fù)位時(shí)向 E2PROM 寫(xiě)操作被禁止。 WRSR 指令可以對(duì)狀態(tài)寄存器中非易失性位 BL BL0、 WD WD0 進(jìn)行設(shè)置。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 25 頁(yè) 共 57 頁(yè) BL1 和 BL0 位確定 E2PROM 的塊保護(hù)地址范圍，被保護(hù)地址范圍與這兩位的關(guān)系如表2— 7— 6 所示。 表 2— 7— 6 BL1 和 BL0 位與被保護(hù)地址范圍關(guān)系表 WD1 和 WD0 位是看門(mén)狗定時(shí)器超時(shí)選擇的設(shè)定位，超時(shí)選擇如表 2— 7— 7 所示 。 表 2— 7— 7 WD1 和 WD0 位與看門(mén)狗定時(shí)值關(guān)系表 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 26 頁(yè) 共 57 頁(yè) 3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 軟件總體設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是為了滿足系統(tǒng)功能的需要。其總體流程圖如 圖 3— 1— 1所示： 圖 3— 1— 1軟件總體流程圖 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)方法，對(duì)每一個(gè)功能編寫(xiě)了一個(gè)或幾個(gè)功能函數(shù)，下表 3— 1— 1說(shuō)明了功能所對(duì)應(yīng)的函數(shù)。 功能 函數(shù) 主函數(shù) void main(void) 聲音警報(bào)、提示音 void sound(short) LED 燈報(bào)警 void led(void) 用戶數(shù) 據(jù)輸入 void in8051(short *p) 延時(shí) void delay(int) DDC降溫 void cool(short) 液晶 顯示 void display(short,short) 采樣轉(zhuǎn)換溫度 Short ds18b20(void) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 27 頁(yè) 共 57 頁(yè) 設(shè)定系統(tǒng)工作模式，系統(tǒng)初始化 short getmode(void) A 模式下的溫度控制 void control(short,short) 表 3— 1— 1 本設(shè)計(jì)各項(xiàng)功能所對(duì)應(yīng)的功能函數(shù) 系統(tǒng)初始化函數(shù) 系統(tǒng)初始化函數(shù)主要完成系統(tǒng)的初始化和設(shè) 定系統(tǒng)的工作狀態(tài)。它的工作步驟是： （ 1）系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，液晶顯示器的時(shí)間顯示為 “00— 00— 00”，當(dāng)前溫度顯示為當(dāng)前的環(huán)境溫度值，用戶設(shè)定的上、下限溫度默認(rèn)為 30℃和 10℃。表示系統(tǒng)已經(jīng)正常啟動(dòng)，可以工作。 （ 2）等待用戶設(shè)定工作模式。用戶可通過(guò)第一個(gè)鍵選擇設(shè)定時(shí)間，然后配合使用第三個(gè)鍵（加 1）和第四個(gè)鍵（減 1）對(duì)進(jìn)行時(shí)間設(shè)定；也可通過(guò)第二個(gè)鍵選擇設(shè)定上、下限溫度，然后配合第三個(gè)鍵（加 1）和第四個(gè)鍵（減 1）對(duì)上、下限溫度進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)設(shè)定的上、下限溫度為同一值時(shí)進(jìn)入第一種工作模式，當(dāng)設(shè)定的上、下限溫度為不同值 時(shí)進(jìn)入第二種工作模式。 程序的流程圖如下圖 3— 2— 1所示： 圖 3— 2— 1系統(tǒng)初始化程序流程圖 控制函數(shù) 控制函數(shù)是決定系統(tǒng)將要進(jìn)行什么工作的。如溫度高于上限時(shí)需要降溫，低于下限時(shí)需要升溫，溫度過(guò)高時(shí)啟動(dòng)報(bào)警等等。在系統(tǒng)的 1 模式下專(zhuān)有一個(gè)控制函數(shù)，名為 void control(short i,short j)。實(shí)際上主函數(shù)也算的上一個(gè)控制函數(shù)，其 C 模式的控制方式和 control()函數(shù)類(lèi)似，只不過(guò)比 control()函數(shù)更加完善些。控制函數(shù)的流程采用分支結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，程序流程如圖 3— 3— 1所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 28 頁(yè) 共 57 頁(yè) 調(diào)用降溫T 上限T 下限升溫停止升降溫調(diào)用 圖 3— 3— 1 控制程序流程圖 鍵盤(pán)顯示函數(shù) 第一個(gè)鍵的作用是選擇設(shè)定時(shí)間，可配合使用第三個(gè)鍵（加 1）和第四個(gè)鍵（減 1）對(duì)進(jìn)行時(shí)間設(shè)定；第二個(gè)鍵的作用是選擇設(shè)定上、下限溫度，可配合第三個(gè)鍵（加 1）和第四個(gè)鍵（減 1）對(duì)上、下限溫度進(jìn)行設(shè)定。 程序的流程圖如下圖 3— 4— 1所示： 圖 3— 4— 1 按鍵處理子程序流程圖 降溫函數(shù) 降溫函數(shù)是實(shí)現(xiàn)溫度控制比例控制方式的重要環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的先進(jìn)性。函數(shù)名為 void cool(short i)，其 中 i 為主函數(shù)中給定的參數(shù)，參數(shù)值等于實(shí)際溫度與上限溫度的差。當(dāng) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 29 頁(yè) 共 57 頁(yè) （實(shí)際溫度－上限溫度） 0 時(shí)， cool()函數(shù)將啟用控制直流電機(jī)風(fēng)扇，根據(jù)差值的大小決定風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。根據(jù) 小節(jié)中說(shuō)明的那樣，驅(qū)動(dòng)電路的輸出電壓和輸入脈沖的占空比有關(guān)，可根據(jù)參數(shù) i 的值來(lái)決定占空比。 cool()函數(shù)使用脈沖信號(hào)在正方向的延時(shí)時(shí)間和在負(fù)方向的延時(shí)時(shí)間的比值來(lái)決定占空比。另外說(shuō)明以下本系統(tǒng)使用的風(fēng)扇占空比越小轉(zhuǎn)速越快，也就是反轉(zhuǎn)。 如下程序： j=10000。//保持一個(gè)加到勻速的時(shí)間 while(j0) {//比值大 ,轉(zhuǎn)速小 P1_1=1。 delay(213*i)。//電壓關(guān)系 P1_1=0。 delay(1)。 j。} 占空比＝ delay(213*i)： delay(1) 213 i 這個(gè)公式是經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出的。首先這個(gè)公式滿足參數(shù) i 越大占空比越小，并且實(shí)際測(cè)量的電壓區(qū)間也滿足風(fēng)扇電壓的需要。表 3— 4— 1給出了參數(shù) i由 1到 7的占空比和電壓的關(guān)系。 參數(shù) i 電壓（伏特） 占空比 1 26 2 22 3 18 4 14 5 10 6 6 7 2 表 3— 5— 1占空比和電壓關(guān)系表 實(shí)際上在參數(shù) i 為 2 時(shí)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速不理想，所以使用了 3 及其之后的參數(shù)值，當(dāng) 0i3 時(shí)都使用 3作為參數(shù)。變量 j的作用是使風(fēng)扇保持一個(gè)從靜止加速到勻速的時(shí)間。因?yàn)闆Q定占空比的延時(shí)時(shí)間微乎其微，運(yùn)行一次不能使風(fēng)扇啟動(dòng)，只能反映驅(qū)動(dòng)電路的電壓輸出關(guān)系。 曲線算法 此部分功能是為了滿足圖 3— 6— 1 中的曲線要求。從圖中可以看出曲線共有“升溫－恒溫－升溫－恒溫－降溫－恒溫－降溫” 7 個(gè)過(guò)程，如采用順序結(jié)構(gòu)代碼的重復(fù)率將 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 30 頁(yè) 共 57 頁(yè) 會(huì)很高，可 以設(shè)計(jì)使用循環(huán)完成。 時(shí)間 秒溫度℃ 1 2 3 4 圖 3— 6— 1 溫度控制曲線圖 可將 7 個(gè)過(guò)程分成圖中的 4 段，每段都包括一個(gè)升溫或降溫過(guò)程和一個(gè)恒溫過(guò)程。恒溫過(guò)程使溫度保持恒定，高于恒定溫度啟動(dòng)降溫設(shè)備，低于恒定溫度啟動(dòng)升溫設(shè)備，同時(shí)使用計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，本系統(tǒng)恒溫時(shí)間為 60 秒。 編寫(xiě)一段 4 次的循環(huán)完成該功能，代碼如下： for (i=0。i4。i++)//4 個(gè)過(guò)程 :溫度變化 +恒溫 .i case 0,1 升 .2,3 降 {numstart。 //開(kāi)始計(jì)時(shí) if (i2) {do 升溫 while(溫度 界限 [i])。} else {do 降溫 while(溫度 界限 [i])。} if (i3) do 恒溫 while(60 秒以內(nèi) )； numend。 //結(jié)束計(jì)時(shí) } 采樣 為了滿足曲線的技術(shù)指標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)的采樣方式進(jìn)行了改進(jìn)。一般的溫度控制程序采樣是根據(jù)系統(tǒng)的速度采樣或是延時(shí)采樣，前者會(huì)使系統(tǒng)反復(fù)振蕩。例如溫度升高時(shí)由 27度到 28 度，系統(tǒng)會(huì)由 27 度到 28 度來(lái)回振蕩，從液晶顯示器上根本看清顯示的是什么。如果使用打印機(jī)將十分可怕，系統(tǒng)將始終打印 而不做其它工作。雖然使用采樣延時(shí)可以緩解這種情況，但延時(shí)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響控制，因?yàn)檠訒r(shí)時(shí)間是占用 CPU 的，延時(shí)時(shí)間內(nèi)什么工作也做不了。通常看到的現(xiàn)象是系統(tǒng)不連續(xù)工作，例如系統(tǒng)處于降溫過(guò)程，但風(fēng)扇不連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而是一會(huì)停一會(huì)轉(zhuǎn)。并且采樣的時(shí)間沒(méi)有單位，滿足不了溫度曲線的要求。 解決這個(gè)問(wèn)題的根本方法是采用定時(shí)采樣的方法。具體方法是使用計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，每到特定的時(shí)間采樣一次，例如本系統(tǒng)是每隔 2 秒采樣一次。采樣后根據(jù)采樣結(jié)果再采取 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 31 頁(yè) 共 57 頁(yè) 方案，采樣以外的時(shí)間來(lái)實(shí)施方案。由于采樣的時(shí)間非常短，用戶是感覺(jué)不到系統(tǒng)停頓的。更為重要的 是采樣時(shí)間有了單位，這樣曲線的縱軸（溫度）、橫軸（時(shí)間）都有了單位，滿足了曲線的技術(shù)指標(biāo)。 采樣的代碼如下： if (sec%2==0amp。amp。k==0) { t_last=t。 t=adc0809()。 control(tt[i],t)。 print(t_last,t)。 k=1。 } 變量 k的作用是每到 2 的倍數(shù)秒時(shí)保證只取樣一次，否則在這一秒之內(nèi)將連續(xù)采樣。 時(shí)間函數(shù) 時(shí)鐘的基本顯示原理：時(shí)鐘開(kāi)始顯示為 0 時(shí) 0 分 0 秒，也就是液晶顯示器顯示000000，然后每秒秒位加 1，到 9 后， 10 秒位加 1，秒位回 0。 10 秒位到 5 后，即 59秒 ，分鐘加 1， 10秒位回 0。依次類(lèi)推，時(shí)鐘最大的顯示值為 23小時(shí) 59 分 59秒。這里只要確定了 1秒的定時(shí)時(shí)間， 其他位均以此為基準(zhǔn)往上累加。開(kāi)始程序定義了秒， 十秒， 分， 十分，小時(shí)， 十小時(shí)，共 6 位的寄存器， 分別存在 30h， 31h， 32h， 33h，34h， 35h 單元，便于程序以后調(diào)用和理解。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 32 頁(yè) 共 57 頁(yè) 4 仿真機(jī)的調(diào)試與運(yùn)行 WAVE 系列仿真機(jī)及其調(diào)試軟件 WAVE 仿真軟件是集編輯、編譯 /連接、加載、調(diào)試等為一體的集成開(kāi)發(fā)環(huán) 境（ IDE）。用戶可以在同一界面環(huán)境中完成所有任務(wù)。主界面大致如下圖 4— 1— 1 所示。 圖 4— 1— 1 WAVE 仿真軟件主界面 調(diào)試主要方法和技巧有： 通常一個(gè)調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能： ?跟蹤調(diào)試 調(diào)試應(yīng)用程序所提供的重要性能也許就是跟蹤應(yīng)用程序。跟蹤應(yīng)用程序使用戶能夠在運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)，看到 PC指針在應(yīng)用源代碼程序中的確切位置， WAVE 提供以下方法對(duì)程序的執(zhí)行進(jìn)行跟蹤。 ?跟蹤型單步 ?通過(guò)型單步 跟蹤型單步僅執(zhí)行一條源語(yǔ)句程序。但是，如果調(diào)用一函數(shù)， 則進(jìn)入函數(shù)中，在執(zhí)行函數(shù)的第一條源語(yǔ)句行前停止。通過(guò)型單步僅執(zhí)行下一條源語(yǔ)句程序，然后又停止。如果是調(diào)用一函數(shù)，運(yùn)行完整個(gè)函數(shù)并停止在函數(shù)返回處。 ?斷點(diǎn)調(diào)試 如果已知程序中某塊代碼實(shí)際運(yùn)行正常的情況下，仍用跟蹤調(diào)試方法，將大大浪費(fèi)時(shí)間，而且很枯燥，因此調(diào)試中第二個(gè)重要工具是在源代碼中預(yù)定處設(shè)置斷點(diǎn)，大多數(shù)調(diào)試程序通過(guò)使用斷點(diǎn)中止程序執(zhí)行。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 33 頁(yè) 共 57 頁(yè) WAVE 軟件提供以下方法來(lái)設(shè)置斷點(diǎn)達(dá)到中止程序執(zhí)行目的： ?設(shè)置或取消斷點(diǎn) ?執(zhí)行到光標(biāo)所在行 在代碼中放置斷點(diǎn)方法是事先將光標(biāo)移動(dòng)到用戶希望放置斷點(diǎn)的 文本行位置時(shí)，按CTRL+F8 熱鍵或者點(diǎn)擊相應(yīng)的工具欄圖標(biāo)就可設(shè)置斷點(diǎn)，最大斷點(diǎn)個(gè)數(shù)由仿真機(jī)型號(hào)所決定。 注意：如果用戶調(diào)試高級(jí)語(yǔ)言，因?yàn)橄到y(tǒng)要占用 2 個(gè)斷點(diǎn)，所以可設(shè)置的斷點(diǎn)數(shù)為最大斷點(diǎn)個(gè)數(shù) 2。 WAVE 調(diào)試軟件還提供一次性斷點(diǎn)：執(zhí)行到光標(biāo)所在行。如果用戶按熱鍵 F4，調(diào)試程序繼續(xù)執(zhí)行程序代碼，直到它到達(dá)光標(biāo)行處或調(diào)試程序遇到另一個(gè)斷點(diǎn)。 ?查看變量 顯然，通過(guò)一系列指令查看應(yīng)用程序，了解導(dǎo)致某一錯(cuò)誤的執(zhí)行也是一種非常有效的方法。 WAVE 軟件提供了以下幾種方法對(duì)變量進(jìn)行查看。 ?觀察窗口 ?數(shù)據(jù)窗口 程序空間窗口 內(nèi)部數(shù)據(jù)窗口 外部數(shù)據(jù)窗口 通過(guò)添加觀察項(xiàng)菜單可以將用戶希望觀察的變量添加到觀察窗口中，長(zhǎng)期進(jìn)行觀察。用戶程序在單步或斷點(diǎn)停下時(shí)，將更新變量的取值。 用戶可以直接移動(dòng)鼠標(biāo)到相應(yīng)的變量名上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，將出現(xiàn)一個(gè)提示窗口，顯示這個(gè)變量的當(dāng)前值。用戶還可以打開(kāi)程序空間窗口、內(nèi)部數(shù)據(jù)窗口、外部數(shù)據(jù)窗口進(jìn)行數(shù)據(jù)塊觀察。 ?更改數(shù)值 如果用戶在調(diào)試過(guò)程中了解到變量的內(nèi)容（超值、未定義等）會(huì)對(duì)程序性能產(chǎn)生影響或引起異常時(shí)，立即更改變量的內(nèi)容是很有效的 方法，以確保該值在正確范圍內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。 WAVE 軟件提供一系列更改變量數(shù)值的方法，以便用戶能檢查程序?qū)φ麄€(gè)變量值范圍的反應(yīng)，而無(wú)需為設(shè)置每個(gè)值而重新加載調(diào)試。在更改對(duì)話框中用戶輸入要更改的取值，點(diǎn)擊確定按鈕。用戶可以在輸入框中輸入十六進(jìn)制或十進(jìn)制數(shù)據(jù)。 功能模塊的調(diào)試 此部分的任務(wù)是將系統(tǒng)連接好后，調(diào)試各個(gè)組件能夠正常工作，能夠?qū)崿F(xiàn)軟件設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。其步驟如下： （ 1）按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)的需要的各個(gè)組件連接好，并分配地址。 （ 2）根據(jù) WAVE 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明書(shū)，了解實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)及各個(gè)組件的工作原理 。 （ 3）調(diào)試 8051 芯片。按照說(shuō)明書(shū)調(diào)用 匯編程序，運(yùn)行，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象正確，說(shuō)明 8051 芯片正常，可以使用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 34 頁(yè) 共 57 頁(yè) （ 4）調(diào)試 DS18B20 芯片。按照說(shuō)明書(shū)調(diào)用 CONT 匯編程序，運(yùn)行，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象正確，說(shuō)明 DS18B20 芯片正常，可以使用。 （ 5）調(diào)試 1602 液晶模塊。按照說(shuō)明書(shū)調(diào)用 匯編程序，運(yùn)行，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象正確，說(shuō)明 1602 液晶模塊正常，可以使