【正文】 此外，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和忘我的工作精神值得我去學(xué)習(xí)。這里有治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而不失親切的老師，有互相幫助的同學(xué)，更有向上、融洽的學(xué)習(xí)生活氛圍。 本設(shè)計(jì)的所用到的 PID 控制算法有待優(yōu)化。通過設(shè)計(jì)使我掌握了微型機(jī)控制系統(tǒng) I/O 接口的擴(kuò)展方法，模擬量輸入 /輸出通道的設(shè)計(jì)，常用控制程序的設(shè)計(jì)方法，數(shù)據(jù)處理及線性標(biāo)度技術(shù)， PID 算 法的設(shè)計(jì)思想。本設(shè)計(jì)溫度控制電路具有較高的抗干擾性，實(shí)時性； 在使用鍵盤與顯 示器接口時，為了節(jié)省 I/O 口線常常把鍵盤和顯示電路接在一起，構(gòu)成實(shí)用鍵盤和顯示電路；控制算法采用傳統(tǒng)的PID 控制算法。 雙字節(jié)求補(bǔ)程序 CPL1 對 R3R2 求補(bǔ)，雙字節(jié)帶符號乘法子程序 MULT1，因加法和求補(bǔ)算法比較簡單，僅對雙字節(jié)帶符號乘法作詳細(xì)介紹。這是工業(yè)控制過程中應(yīng)用廣泛的一種控制形式，一般都能收到令人滿意的效果。 例如：若某熱處理儀表量程為 200—800℃ ，在某一時刻計(jì)算機(jī)采樣得到的二進(jìn)制值 U(K)=CDH 則相應(yīng)的溫度值為： AX = 0A +? )AA 0m? NN NN0m0X?? =200+（ 800200） 255205 =682℃ 根據(jù)上述算法，只要設(shè)定熱電偶 的量程，則相應(yīng)的溫度轉(zhuǎn)換子程序 TARST很容易編寫，只要把這一算式變成程序，將 A/D 轉(zhuǎn)換后經(jīng)數(shù)字濾波處理后的值代入，即可計(jì)算出真實(shí)的溫度值。圖 為數(shù)字濾波程序流程圖。經(jīng)常采用的是中值濾波、去極值法可對采樣的信號進(jìn)行數(shù)字濾波，以消除常態(tài)干擾。前者的典型代表為 50HZ 的工作干擾。 （ 3）判別閉合鍵的鍵號：對鍵盤的列線進(jìn)行掃描，掃描口為 PA0—PA7，依次輸出掃描字為 FEH， FDH， FBH， F8H， EFH， DFH， BFH， 7FH，讀出 PC口的狀態(tài)，若全為 1 則列線輸出為 0 的 這一列上沒有鍵閉合；否則，這一列有鍵閉合。 T1 中斷服務(wù)程序流程圖如圖 ， T2 中斷程序流程圖如圖 . 圖 T1 中斷程序流程圖 T1 中斷程序 清標(biāo)志位 D5H 停止輸出 返回 濟(jì)南職業(yè)學(xué)院、畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 16 圖 T0 中斷服務(wù)程序流程圖 保護(hù)現(xiàn)場 采樣爐溫 數(shù)字濾波 ＝上限？ 上限處理 清本次越限標(biāo)志 恢復(fù)現(xiàn)場返回 ＞上限？ 清上次越限標(biāo)志 ＝下限？ ＜下限？ 上次越限？ T1 中斷完？ Y N Y 置本次越限標(biāo)志 計(jì)算 PID Y Y 取最大 PID 值輸出 下限報(bào)警 求 補(bǔ) 求 補(bǔ) 從 輸出 T1 初始化 溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換 越限計(jì)數(shù)器 +1 越限 N 次？ 溫度顯示 上限報(bào)警 清越限標(biāo)志 恢復(fù)現(xiàn)場 返回 濟(jì)南職業(yè)學(xué)院、畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 17 溫度控制程序子程序 鍵盤掃描和溫度顯示程序設(shè)計(jì) 1 為了簡化電路，降低成本，將所有的段選線并聯(lián)在一起，由一個 8 位 I/O口控制，而選通斷采用分時選通， LED 顯示器工作于共陰極動態(tài)顯示，逐位輪流點(diǎn)亮各個 LED，每一位保持 1ms，在 10ms—20ms 內(nèi)再一次點(diǎn)亮重復(fù)不止，這樣利用人的視覺暫留，好像 6 位 LED 同時點(diǎn)亮了，顯示子程序流程圖如圖 。 引腳上輸出的該同步觸發(fā)脈沖寬度由 T1 計(jì)數(shù)器的溢出中斷控制， 8031 利用等待 T1 溢出中斷的時間完成把本次采樣值轉(zhuǎn)換成顯示值放入顯示緩沖區(qū)和調(diào)用溫度顯示程序。 具體接法如圖 圖 溫度控制電路 濟(jì)南職業(yè)學(xué)院、畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 14 4 溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì)及中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) 溫度控制主程序流程簡圖 溫度控制程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下問題： 1 爐溫采樣，數(shù)字濾波程序 2 鍵盤掃描，鍵碼識別和溫度顯示程序 3 溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換程序 4 PID 計(jì)算程序（雙字節(jié)加法程序 DSUM，雙字求補(bǔ) 程序 CPL1，雙字節(jié)帶符號乘法程序 MULT1） 為簡化起見，本設(shè)計(jì)思想只給出有關(guān) 8031 本身的初始化， 8155 初始化，標(biāo)志、暫存單元和顯示緩沖單元區(qū)清零、 T0 初始化，斷開 CPU 中斷、溫度顯示和鍵盤掃描等程序，詳細(xì)見附錄源程序清單，程序框圖如圖 所示。方波的正邊沿和負(fù)邊沿分別作為兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)信號，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的兩個窄脈沖經(jīng)二極管或門混合后就可得到對應(yīng)于交流 200V 市電的過零同步脈沖。 可控硅接通時間可以通過可控硅控制極上的觸發(fā)脈沖控制。 該控制部分的原理框圖如圖 ： 圖 溫度控制原理框圖 8031 對溫度的控制是通過可控硅調(diào)功電路實(shí)現(xiàn)的，雙向可控硅觀和加熱絲串接在交流 220V、 50HZ 交流市電回路中。但是，如果陽極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導(dǎo)通。以上電路的具體連接如圖 濟(jì)南職業(yè)學(xué)院、畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 11 圖 程序存儲器和并行接口的擴(kuò)展及報(bào)警電路 溫度控制電路 晶閘管又叫可控硅。也就是說 AD574 可以視為 8031 的一個外部 RAM 單元，地址為03F8H（地址重復(fù)范圍很大），因此， 8031 執(zhí)行如下程序可以啟動 AD574 工作。 擴(kuò)展的 并行接口 8155 用于鍵盤和 LED 顯示接口由圖 可見，在 =0和 =0 時， 8155 選中它內(nèi)部的 RAM 工作；在 =1 和 =0 時， 8155 選中它內(nèi)部的三個 I/O 端口工作。外接 6MHZ的晶振體，即每個周期為 2 微妙，復(fù)位信號采用上電復(fù)位，通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。 圖 鍵盤接口 /LED 顯示 程序存儲器和并行接口的擴(kuò)展及報(bào)警電路 MC551 系列單片機(jī)有三種基本型號： 8031， 8051 及 87510 它們的管腳及指令系統(tǒng)完全兼容，只是在結(jié)構(gòu)及特性方面有一些差異。 6 個 LED 顯示器采用共陰極方式，段選碼由 8155PB 口提供，位信號有 PA 口提供。本設(shè)計(jì)時按查詢法輸入 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。10V 正電源供電： +12V—+15V 負(fù)電源供電： 12V—5V 內(nèi)部集成有轉(zhuǎn)換時鐘，參考電壓源和三態(tài)輸出鎖存器，可直接與 16 位或 8 位機(jī)直接相連，而且無需外接時鐘。 AD574 的主要特性如下： A/D 分辨率 :12 或 8 位。 741 的輸出送給后面的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。 放大電路的設(shè)計(jì) 0℃ 1000℃ 的溫度對應(yīng) 0mV— ,熱電偶出來的 mV 電壓，大概熱端變化一度 ,熱電 耦有 40 微伏的電位差輸出，無法直接進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，必須進(jìn)行放大處理。致使在 盤 J、 B 接觸處產(chǎn)生電場，以阻礙電子的進(jìn)一步積累，最后達(dá)到平衡。 當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路時，若兩個接點(diǎn)溫度不同，回路間就會出現(xiàn)熱電動勢，并產(chǎn)生電流。 系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo) 測溫范圍 ： 0℃ 1000℃ 溫度分辨率： 177。溫度慢慢升高。 這個時候，顯示設(shè)置溫度的數(shù)碼管閃爍。 熱電偶把測量的爐溫溫度信號轉(zhuǎn)換成弱電壓信號 ，經(jīng)過信號放大電路，放大后的信號輸人到 A/D 轉(zhuǎn)換器 (AD574 )轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸人主機(jī) (單片機(jī) 8031)，并送往外接顯示電路，主機(jī)對電爐溫度和設(shè)定溫度進(jìn)行比較后如果越限，則軟件觸發(fā)用 8031 的 P1 口控制報(bào)警系統(tǒng)輸出控制脈沖，該控制脈沖與單穩(wěn)態(tài)同步觸發(fā)器輸出的同步脈沖送人控制門 (與非門 )，門電路信號輸人光偶管轉(zhuǎn)換成電流信號，經(jīng)過三級放大電路輸人可控硅的門極，可控硅導(dǎo)通由程序控制同步觸發(fā)脈沖的來臨時間，從而控制可控硅的通斷時間，以達(dá)到對電爐加熱絲溫度的調(diào)節(jié)和功率的改變，實(shí)現(xiàn)對電爐的恒溫和升溫控制。 （ 2）顯示檢測溫度值。選定 8031 單片機(jī)作為系統(tǒng)的主要控制芯片，外圍擴(kuò)展并行接口 8155，程序存儲器 EPROM2732， 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574，采用鎳鉻 /鎳硅熱電偶進(jìn)行溫度檢測其測溫范圍為 01000℃ ，外接指示燈作為報(bào)警電路， 8031 對溫度的控制是通過雙向可控硅實(shí)現(xiàn)的。因此，單片機(jī)對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題。 關(guān)鍵詞 ：單片機(jī)， PID 算法 ，溫度采樣，溫度控制 濟(jì)南職業(yè)學(xué)院、畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 2 1 前言 課題研究的目 的 和意義 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求體現(xiàn)于整個工作的各個階段中，可根 據(jù)課題的 特點(diǎn)有所側(cè)重，應(yīng)該注意一下幾點(diǎn)： (1)根據(jù)課題任務(wù)制定合理、可行的工作計(jì)劃； (2)進(jìn)行必要的調(diào)研和資料搜集、文獻(xiàn)閱讀； (3)制定適當(dāng)?shù)募夹g(shù)方案，并通過與其它方案的比較加以論證； (4)獨(dú)立完成系統(tǒng)或模塊的設(shè)計(jì) ， 軟件硬件設(shè)計(jì)符合規(guī)范 ； (5)制定系統(tǒng)（模塊）的測試方法，并根據(jù)完整的測試數(shù)據(jù)對系統(tǒng)（模塊）的性能指標(biāo)做出分析和評價； (6)根據(jù)擬定的計(jì)劃來設(shè)計(jì)畢業(yè)論文，并焊接出成品； 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括的內(nèi)容： 謝 濟(jì)南職業(yè)學(xué)院、畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 4 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的圖紙： 圖 系統(tǒng)框圖 圖 放大電路 圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 圖 鍵盤接口 /LED 顯示 圖 程序存儲器和并行接口的擴(kuò)展及報(bào)警電路 圖 溫度控制原理框圖 圖 溫度控制電路 圖 主程序流程簡圖 圖 T1 中斷程序流程圖 圖 T0 中斷服務(wù)程序流程圖 圖 顯示程序流程 圖 鍵盤掃描子程序流程圖 圖 采樣子程序流程圖 圖 數(shù)字濾波程序流程 圖 標(biāo)度轉(zhuǎn)換程序 圖 PID 算法流程圖 圖 帶 符號雙字節(jié)乘法程序流程圖 附錄 A：系統(tǒng)總電路圖 附錄 B：鍵盤 /LED 接口圖 附錄 C：系統(tǒng)源程序 四、其他要求： 五、畢業(yè)設(shè)計(jì)的期限： 自 2021 年 3 月 1 日至 2021 年 4 月 10 日 六、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃： 起 至 日 期 工 作 內(nèi) 容 備 注 2021/03/01— 2021/03/03 2021/03/04— 2021/03/10 2021/03/11— 2021/03/17 2021/03/18— 2021/03/25 2021/03/26— 2021/03/31 2021/04/01— 2021/04/15 一、設(shè)計(jì)的可行，學(xué)習(xí) proteus 軟件 畫仿真圖的步驟； 仿真的目的 二、搜集資料、熟悉設(shè)計(jì)所用器材 三、電路設(shè)計(jì) 四、用仿真軟件實(shí)現(xiàn)其功能 用仿真軟件來檢測寫出的程序及實(shí)現(xiàn)的功能； 學(xué)會軟件的調(diào)試； 五、硬件的調(diào)試 檢測能否下載程序； 看看能否實(shí)現(xiàn)其預(yù)測的功能； 六、寫畢業(yè)論文 認(rèn)真總結(jié) 注意書寫格式及內(nèi)容； 濟(jì)南職業(yè)學(xué)院、畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 5 參考文獻(xiàn)、資料索引 文獻(xiàn)、資料名稱 編 著 者 出 版 單 位 《單片機(jī)應(yīng)用文集》 何 立民 北京航空航天大學(xué)出版社 《單片微機(jī)控制技術(shù)》 涂時亮 , 張友德 復(fù)旦大學(xué)出版社 《自動控制原理》 翁思義，楊平 中國電力出版社 《控制儀表與裝置》 向婉成 機(jī)械工業(yè)出版社 《 MCS51 單片機(jī)原理及應(yīng)用》 趙曉安 天津大學(xué)出版社 《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析》 沈紅衛(wèi) 北京航空航天大學(xué)出版社 《 單片機(jī)原理及其接口技術(shù) 》 漢才 北京 :清華大學(xué)出版社 《 單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用 》 徐淑華 , 程退安 , 姚萬生 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版 《 IBMPC 匯編語言程序設(shè)計(jì) 》 沈美明，溫冬嬋 清華大學(xué)出版社 《 智能 PID 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用 》 劉伯春 電子自動化 《 單片微機(jī)軟件設(shè)計(jì)技術(shù) 》 涂時亮等 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社重慶分社 此表由學(xué)生填寫所參考的文獻(xiàn) 濟(jì)南職業(yè)學(xué)院、畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 目 錄 1 前言 ..................................................................................................................... 2 課題研究的目的和意義 .................................................................................... 2 溫度控制系統(tǒng)方案 .......................................................................