【正文】 之上減 1，這個(gè)值在 09 之間變化。當(dāng)用于 PID 參數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)，設(shè)定 1 鍵為確認(rèn)鍵，按下第五次后，顯示設(shè)置 PID 系數(shù)狀態(tài)。選擇 2 鍵進(jìn)行移位調(diào)整，第一次顯示 KP ，第二次顯示 KI，第三次顯示 KD 。3 鍵增加鍵，按下一次在原基礎(chǔ)之上加 1，這個(gè)值在 09 之間變化。4 鍵用于減少一個(gè)數(shù)，按下一次在原基礎(chǔ)之上減 1，這個(gè)值在 09 之間變化。 顯示電路電子設(shè)計(jì)中常用的輸出顯示設(shè)備有兩種：數(shù)碼管和LCD。數(shù)碼管是現(xiàn)在電子設(shè)計(jì)中普遍使用的一種顯示設(shè)備，每個(gè)數(shù)碼管由七個(gè)發(fā)光二極管按照一定的排列結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)七個(gè)發(fā)光二極管的正負(fù)極連接不同，又分為共陰極數(shù)碼管和共陽(yáng)極數(shù)碼管兩種，選擇的數(shù)碼管不同，程序設(shè)計(jì)上也有一定的差別。數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容比較直觀，通常顯示從0到9中的任意一個(gè)數(shù)字，一個(gè)數(shù)碼管可以顯示一位，多個(gè)數(shù)碼管就可以顯示多位，在顯示位數(shù)比較少的電路中，程序編寫，外圍電路設(shè)計(jì)都十分簡(jiǎn)單，但是當(dāng)要顯示的位數(shù)相對(duì)多的時(shí)候，數(shù)碼管操作起來(lái)十分煩瑣，顯示的速度受到限制。液晶顯示屏具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，用戶可以根據(jù)自己的需求，顯示自己所需要的、甚至是自己動(dòng)手設(shè)計(jì)的圖案 [8]。當(dāng)需要顯示的數(shù)據(jù)比較復(fù)雜的時(shí)候，它的優(yōu)點(diǎn)就突現(xiàn)出來(lái)了，并且當(dāng)硬件設(shè)計(jì)完成時(shí)，可以通過(guò)軟件的修改來(lái)不斷擴(kuò)展系統(tǒng)顯示能力。外圍驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，顯示能力的擴(kuò)展將不會(huì)涉及到硬件電路的修改，可擴(kuò)展性很強(qiáng)。字符型液晶顯示屏已經(jīng)成為了單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件之一。不足之處在于其價(jià)格比較昂貴，驅(qū)動(dòng)程序編寫比較復(fù)雜。由于本設(shè)計(jì)所需要顯示的內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，只包括現(xiàn)場(chǎng)溫度值、溫度限定值以及 PID系數(shù)的顯示，所以本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示設(shè)備采用 LED 數(shù)碼管。設(shè)計(jì)中采用 4 位共陰極LED 靜態(tài)顯示方式，選用 7 段顯示數(shù)碼管。顯示內(nèi)容有溫度值的千位、百位、十位、個(gè)位。LED 顯示電路如下圖 215 所示。圖中的 和 分別連接到單片機(jī)的 和 引腳，作為時(shí)鐘輸入端和數(shù)據(jù)端口。圖215 LED顯示電路由于單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，所以必須在單片機(jī)與 LED164 之間加上74LS164，它的管腳圖如圖 216 所示。1 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:A1B2QA 3QB 4QC 5QD 6CLK8CLR9QE 10QF 11QG 12QH 13U474LS164圖 216 74LS164 管腳圖A 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 217 所示，其中 ag 段用來(lái)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。1 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 217 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(lái)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) [5]。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218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218 串行口通信 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(guò)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(guò)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(wú)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219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219 報(bào)警電路圖 輸 出 控 制 單 元電阻爐溫度控制是通過(guò)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 [18]：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(guò)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(guò)零觸發(fā)，實(shí)質(zhì)是通過(guò)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(wú)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(wú)觸點(diǎn)無(wú)火花地接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無(wú)觸點(diǎn)開關(guān) ”[18]。固態(tài)繼電器SSR40DA是由固態(tài)元件組成的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，具有工作安全可靠、壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、無(wú)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(guò)零時(shí)開啟，負(fù)載過(guò)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220所示：圖 220 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 221 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221 固態(tài)繼電器控制電阻爐溫度電路圖第三章 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(yǔ)言來(lái)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?。從功能上可將其分為溫度信?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(lái)完成；中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)測(cè)溫。流程圖如圖31所示。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(guò)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31 控制系統(tǒng)程序流程圖 程序設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖 32 所示：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 32 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。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 33 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。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 34 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(guò)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(guò)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(wú)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(shuō)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35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