【正文】 3U474LS164圖 315 74LS164 管腳圖湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)23A 和 B 為 74LS64 的串行輸入端； QAQH 為 74LS64 的串行輸出端；CLK 是串行時(shí)鐘輸入端；CLR 是串行輸出清零端；VCC：+5V； GND：接地端。74LS164 功能如表 所示。表 74LS164 功能表輸 入 輸 出清除 時(shí)鐘 A B QA QB QHL L L LH L QA0 QB0 QH0H ↑ H H H QAn QGnH ↑ L L QAn QGnH ↑ L L QAn QGnLED164 的管腳如圖 316 所示，其中 ag 段用來顯示數(shù)字或字符的筆畫， dp 顯示小數(shù)點(diǎn)，9 和 10 引腳作為公共地。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(dǎo)通壓降為 ；一英寸及以上的 LED 數(shù)碼管的每一筆段由多只 LED 發(fā)光二極管以串、并聯(lián)方式連接而成，筆段導(dǎo)通電壓與筆段內(nèi)包含的 LED 發(fā)光二極管的數(shù)目、連接方式有關(guān)。在串聯(lián)方式中，確定電源電壓 VCC 時(shí)，每只 LED 工作電壓通常以 計(jì)算，例如 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(dǎo)通電壓應(yīng)在 78V 之間，電源電壓 VCC 必須取 9V 以上。數(shù)碼管結(jié)構(gòu)有共陰極和共陽(yáng)極之分。本設(shè)計(jì)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(fù)極)都聯(lián)在一起，此數(shù)碼管陰極( 負(fù)極 )在外部只有一個(gè)引腳。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)241 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 16Jun2022 Sheet of File: F:\三三\三三三三\三三\99三三三\ Drawn By:abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpGND9WE10LED4圖 316 數(shù)碼管管腳圖 串口通信串口通信的主要功能是完成單片機(jī)與上位機(jī)的通信，便于進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，為將來系統(tǒng)功能的擴(kuò)展做好基礎(chǔ)工作。串行通信的主要功能是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)交換，當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析的時(shí)候，可以把數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，使用上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并且將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果又發(fā)送給單片機(jī)。這樣可以大大提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理速度，還可以方便的對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大部分都是串行的，其傳送距離可以從幾米到幾千米。串行口通信原理圖如圖317所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 14Jun2022 Sheet of File: F:\三三 \三三三三\三三 \99三三三\ Drawn By:C1+1V+2C13C2+4C25V6T2OUT7R2IN8 R2OUT 9T2IN 10T1IN 11R1OUT 12R1IN 13T1OUT 14GND 15VCC 16U3RS232162738495J6DB9C3 C4C5C2VCCGNDC1GND圖317 串行口通信湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)25 輸出電路設(shè)計(jì) 報(bào) 警 單 元報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)的是當(dāng)環(huán)境溫度值超過系統(tǒng)設(shè)置的上限值或者小于系統(tǒng)設(shè)置的下限值時(shí)，都將通過I/O 口驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警 [2]。而單片機(jī) I/O 口輸出的電流無法直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，所以設(shè)計(jì)了蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，具體電路連接如圖318所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 1Jun2022 Sheet of File: H:\201。232。188。198。\99212。192。237。205。188。\ Drawn By:U3BELLQ18550R3100KVCC圖318 報(bào)警電路圖 輸 出 控 制 單 元電阻爐溫度控制是通過控制電阻爐輸入功率的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，其控制方法有兩種：一種是可控硅移相觸發(fā)調(diào)節(jié)方式，實(shí)質(zhì)就是通過改變交流電壓每周期內(nèi)電壓波形的導(dǎo)通角從而控制輸出功率；另一種是通斷控制調(diào)節(jié)方式，其觸發(fā)方式是過零觸發(fā)，實(shí)質(zhì)是通過改變交流電壓每周期內(nèi)電壓波頭出現(xiàn)的次數(shù)從而控制輸出功率。通斷控制調(diào)節(jié)方式會(huì)防止高次諧波的干擾和污染電網(wǎng)，硬件電路和軟件程序都比較簡(jiǎn)單，因而本設(shè)計(jì)中采用的是通斷控制調(diào)節(jié)方式。固態(tài)繼電器的簡(jiǎn)介：固態(tài)繼電器（SOLID STATE RELAYS ），簡(jiǎn)寫成”SSR”，是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無觸點(diǎn)開關(guān)元件，它利用電子元件（如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件）的開關(guān)特性，可達(dá)到無觸點(diǎn)無火花地接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無觸點(diǎn)開關(guān) ”。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)26固態(tài)繼電器SSR40DA是由固態(tài)元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)，具有工作安全可靠、壽命長(zhǎng)、無觸點(diǎn)、無火花、無污染、高絕緣、高耐壓（）、低觸發(fā)電流、開關(guān)速度快、可與數(shù)字電路巨配，以阻燃型環(huán)氧樹脂為原料，采用灌封技術(shù)，使與外界隔離，具有良好的耐壓、防潮、防腐、抗震動(dòng)等性能。固態(tài)繼電器內(nèi)部采用電壓過零時(shí)開啟，負(fù)載過零時(shí)關(guān)斷的特性，在負(fù)載上可以得到一個(gè)完整的正弦波形。因此電路的射頻干擾很小，可降低感性負(fù)載（如風(fēng)扇、三相電動(dòng)機(jī)等）的反電動(dòng)勢(shì)以及驅(qū)動(dòng)阻性負(fù)載（如白熾燈、發(fā)熱絲等）時(shí)可顯著降低浪涌電流等優(yōu)點(diǎn),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖319所示：圖 319 SSR40DA 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖固態(tài)繼電器控制電阻爐溫度電路圖如圖 320 所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 19Jun2022 Sheet of File: F:\三三\三三三\0705112306 xdd 三三三\XDD三三三\ By:RVCC三三三~+SSR~~ 220v三三三圖320 固態(tài)繼電器控制電阻爐溫度電路圖湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)27第四章 軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路本部分詳細(xì)介紹了基于AT89C52單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)功能，可以將系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為若干個(gè)子程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，如溫度采集子程序，數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序、PID控制子程序。采用Keil uVision3集成編譯環(huán)境和C語言來進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。本章從設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)，最終編寫出滿足任務(wù)需求的程序。本系統(tǒng)要完成溫度信號(hào)的采集與控制，需要實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)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?hào)采集及A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)交互、執(zhí)行四大部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。溫度信號(hào)采集子程序，主要完成溫度信號(hào)采集與A/D 功能。溫度信號(hào)采集子程序主要包括傳感器初始化、單片機(jī)給傳感器寫命令、單片機(jī)給傳感器寫數(shù)據(jù)、單片機(jī)從傳感器讀數(shù)據(jù)等部分。數(shù)據(jù)處理子程序，當(dāng)單片機(jī)收到溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)處理子程序?qū)υ摂?shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要是把采集到的二進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)軟件中，主程序完成系統(tǒng)初始化和電爐絲的導(dǎo)通和關(guān)斷；爐溫測(cè)定、鍵盤輸入、時(shí)間確定和顯示、控制算法等都由子程序來完成；中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)測(cè)溫。流程圖如圖41所示。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)28系統(tǒng)各模塊初始化調(diào)測(cè)量溫度子程序顯示當(dāng)前溫度開始調(diào)鍵盤處理子程序輸入設(shè)定值計(jì)算溫度的偏差值測(cè)量值超過設(shè)定值調(diào)用執(zhí)行 P I D 子程序報(bào)警子程序進(jìn)行加熱停止加熱測(cè)量值低于設(shè)定值YYNN報(bào)警子程序圖41 控制系統(tǒng)程序流程圖 程序設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖 42 所示：湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)29請(qǐng)標(biāo)志和暫存單元清顯示緩沖區(qū)T 0 初始化溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換開始鍵盤高優(yōu)先級(jí)開 C P U 中斷溫度顯示圖 42 主程序流程圖 采 樣 程 序系統(tǒng)控制程序采用兩重中斷嵌套方式設(shè)計(jì)。首先使 T0 計(jì)數(shù)器產(chǎn)生定時(shí)中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周期。在中斷服務(wù)程序中啟動(dòng) A/D，讀入采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字濾波、上下限報(bào)警處理，PID 計(jì)算，然后輸出控制脈沖信號(hào)。脈沖寬度由 T1 計(jì)數(shù)器溢出中斷決定。在等待 T1 中斷時(shí)，將本次采樣值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度值放入顯示緩沖區(qū)，然后調(diào)用顯示子程序。從 T1 中斷返回后，再?gòu)?T0 中斷返回主程序并且、繼續(xù)顯示本次采樣溫度，等待下次 T0中斷。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)30采樣初始值送 R 0啟動(dòng) A / D延時(shí)A / D 完成 ？所有采樣結(jié)果 ？YYNN開始返回圖 43 采樣程序流程圖 顯 示 子 程 序共陰極數(shù)碼管是用高電平（“1” ）點(diǎn)亮的，要求驅(qū)動(dòng)功率較大。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)31初始化程序定義 L E D 顯示段碼調(diào)用顯示子程序指針顯示緩沖區(qū)首地址取顯示數(shù)據(jù)返回開始查表得段碼送出段碼延時(shí)指針加 1掃描完畢 ？YN圖 44 顯示流程圖 按鍵子程序在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，I/O口電平為低；松開時(shí)，I/O口電平為高。按鍵掃描程序通過讀取I/O口的電平即可知道對(duì)應(yīng)按鍵的狀態(tài)。按鍵的抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5~10ms，這是一個(gè)很重要的參數(shù)。抖動(dòng)過程引起電平信號(hào)的波動(dòng)，有可能令CPU 誤解為多次按鍵操作，從而引起誤處理。為了確保CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，提高按鍵處理的可靠性，應(yīng)在程序中做按鍵消抖處理。按鍵的消抖，通常有軟件，硬件兩種消除方法。硬件消抖主要是采用濾波電路消除干擾，需要消耗大量硬件，成本比較高，只適用于按鍵數(shù)目較少的情況。如果按鍵較多，硬件消抖無法達(dá)到預(yù)期效果。所以通常采用軟件消抖。軟件消抖的常用方法是軟件延時(shí)。本系統(tǒng)采用軟件消抖，當(dāng)單片機(jī)第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，即檢測(cè)到與按鍵連接的I/O 口為低電平是，等待10ms，再去確認(rèn)該I/O 口是否仍舊為低電平，如果還是低電平，就一般的機(jī)械按鍵而言，已經(jīng)是出于湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)32穩(wěn)定期了，按鍵的抖動(dòng)被消除了。如果10ms 之后I/O口不為低電平，則說明是干擾信號(hào)，而不是按鍵被按下。在軟件編寫上，可采用查詢方式，也可采用中斷方式。本系統(tǒng)采用查詢方式。使用按鍵輸入流程圖如圖45所示：返回 0 值延遲 1 0 m s取鍵值按鍵釋放 ？YN開始是否有鍵按下N返回 0 值是否有鍵按下N返回Y鍵處理Y圖 45 按盤輸入流程圖 PID 控 制 子 程 序根據(jù)爐溫對(duì)給定溫度的偏差，自動(dòng)接通或斷開供給爐子的熱源能量，或連續(xù)改變熱源能量的大小，使?fàn)t溫穩(wěn)定在給定溫度范圍內(nèi)，以滿足熱處理工藝的需要。溫度自動(dòng)控制常用調(diào)節(jié)規(guī)律有二位式、三位式、比例、比例積分和比例積分微分等幾種。電阻爐爐溫控制是這樣一個(gè)反饋調(diào)節(jié)過程，比較實(shí)際爐溫和需要爐溫得到偏差，通過對(duì)偏差的處理獲得控制信號(hào)，去調(diào)節(jié)電阻爐的熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(yīng)用最廣泛的一種控制形式。二位式調(diào)節(jié)——它只有開、關(guān)兩種狀態(tài)，當(dāng)爐溫低于限給定值時(shí)執(zhí)行器全開；當(dāng)爐溫高于給定值時(shí)執(zhí)行器全閉。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)33三位式調(diào)節(jié)——它有上下限兩個(gè)給定值，當(dāng)爐溫低于下限給定值時(shí)招待器全開；當(dāng)爐溫在上、下限給定值之間時(shí)執(zhí)行器部分開啟；當(dāng)爐溫超過上限給定值時(shí)執(zhí)行器全閉。如管狀加熱器為加熱元件時(shí)，可采用三位式調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)加熱與保溫功率的不同。比例調(diào)節(jié)（P 調(diào)節(jié)）—— 調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)（M）和偏差輸入（ e）成比例。即：M=k式中：K ——比例系數(shù)。比例調(diào)節(jié)器的輸入、輸出量之間任何時(shí)刻都存在一一對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系，因此爐溫變化經(jīng)比例調(diào)節(jié)達(dá)到平衡時(shí)，爐溫不能復(fù)加到給定值時(shí)的偏差稱“靜差”。比例積分（PI）調(diào)節(jié)，為了“靜差”，在比例調(diào)節(jié)中添加積分（ I）調(diào)節(jié)積分，調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與偏差存在隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增強(qiáng)，直到偏差消除才無輸出信號(hào)，故能消除“靜差”比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分調(diào)節(jié)。比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)——比例積分調(diào)節(jié)會(huì)使調(diào)節(jié)過程增長(zhǎng)，溫度的波動(dòng)幅值增大，為此再引入微分（D）調(diào)節(jié)。微分調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出與偏差對(duì)時(shí)間的微分成比例，微分調(diào)節(jié)器在溫度有變化“苗頭”時(shí)就有調(diào)節(jié)信號(hào)輸出，變化速度越快、輸出信號(hào)越強(qiáng)，故能加快調(diào)節(jié)速度，降低溫度波動(dòng)幅度，比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分微分調(diào)節(jié)。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況，這種控溫方法，精度比較高，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要。主要設(shè)備：熱電偶或熱電阻，智能 PID 溫控儀，可控硅觸發(fā)調(diào)功器等。PID 控制是在連續(xù)的生產(chǎn)過程中，將偏差的比例（Proportional）、積分（Integral）、微分（Derivative ）通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。在常