【正文】 //掃描第 2 列鍵 switch(KEY) { case 0xde:t。 default:break。check()。break。break。break。 KEY=0xef。 P3=SavedDat[Channel]。 } ReadDat()。break。 ChannelSelB=0。break。 ChannelSelB=1。break。 ChannelSelB=1。break。 ChannelSelB=0。break。 ChannelSelB=0。 // channel=ChannelSel。 _nop_()。 ST=0。 _nop_()。 _nop_()。 OE=0。 _nop_()。 if(EOC==1) { OE=1。//啟動轉(zhuǎn)換 _nop_()。 _nop_()。 第 45 頁 共 52 頁 } void ReadDat(void) { ST=1。 TL0=226。 TMOD=0x02。 ET0=1。//默認選擇第 0 通道 */ ST=0。 ChannelSelB=0。 unsigned char SavedDat[6]。 //列掃描控制字 uchar data temp_data[2]={0x00,0x00}。 //共陽 LED段碼表 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮 S E q C 176。 sbit EOC=P2^2。 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 44 頁 共 52 頁 7 附錄 本設(shè)計使用的單片機程序 include include sbit ST=P2^0。同時，他還提供給我們專門的各種設(shè)備及場所，在調(diào)試過程中能夠有充足的時間。幫助解決畢業(yè)設(shè)計中遇到的許多問題。 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 42 頁 共 52 頁 5 參考文獻 【 1】 于海生 計算機控制技術(shù)，機械工業(yè)出版社， 2021年 5月 【 2】陳立周 陳宇編著．單片機原理術(shù)及應(yīng)用，機械工業(yè)出版社， 2021． 1 【 3】王成等．通用微機接口實驗系統(tǒng)教師用實驗指導(dǎo)書 ,北京清華大學(xué)出版社， 2021． 1～4 【 4】林立 張俊亮編著．單片機原理及應(yīng)用 ,電子工業(yè)出版社， 2021． 7 【 5】劉紅麗 傳感與檢測技術(shù)，國防工業(yè)大學(xué)出版社， 2021年 3月 【 6】 何立民 .單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù) [M].北京：北京航空航天大學(xué)，1990. 【 7】 李曉荃 .單片機原理與 應(yīng)用 [M]. 北京 :電子工業(yè)出版社， 2021. 【 8】 劉和平 .單片機原理及應(yīng)用 [M].重慶：重慶大學(xué)出版社， 2021 . 【 9】 徐愛鈞 .單片機高級語言 C51 應(yīng)用程序設(shè)計 [M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2021. 【 10】 謝自美 .電子線路設(shè)計 .實驗 .測試 (第二版 ) [M].武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2021. 【 11】 江國強 .現(xiàn)代數(shù)字邏輯電路 .北京：電子工業(yè)出版社， 2021 . 【 12】 張勇 .PROTEL 99SE 電路設(shè)計技術(shù)入門與應(yīng)用 (第一版 ).北京：電子工業(yè)出版社，2021 . 【 13】 樊昌信 .通信原理 (第五版 )[M].北京：國防工業(yè)出版社 ,2021 . 【 14】 Richard conctrol systerm[M].BEIJING:Science Publishing House， 2021. 【 15】 Donald A. Neamen. Electronic circuit analysis and design[M].Tsinghua University Press and Springer . 第 43 頁 共 52 頁 6 致謝 在 本次畢業(yè)設(shè)計中，我得到了指導(dǎo)老師隋曉梅的熱心指導(dǎo)。還有，這次設(shè)計深化了我對 PID 控制技術(shù)的理解，特別是改進算法，同時提高了我獨立思考問題，解決問題的習(xí)慣與能力。在接收 端， 分 幀 的數(shù)據(jù) 去掉幀頭重新組合 到接收 緩沖區(qū) 中，交給應(yīng)用程序處 理 。 01H AT89C51單片機 方寫 入芯 片發(fā) 生錯誤主動 通 知 PC退 出通 訊。 ⑤ 重 發(fā) 幀 幀頭 標 志 幀 類 型 空 校驗字 幀尾 標 志 其它分 析 同上。 ④ 正 響 應(yīng) 幀 幀頭 標 志 幀 類 型 空 校驗字 幀尾 標 志 空無 意 義 :為了 PIC16F877A編 程的方 便 而 加入。 數(shù)據(jù) 區(qū) :所轉(zhuǎn)輸?shù)臄?shù)據(jù)信 息。 其它分 析 同上。 幀尾 標 志 (1Byte): 此 幀 信號的 結(jié)束 標 志。 長度 (1Byte): 一 次命令 所轉(zhuǎn)輸?shù)?數(shù)據(jù) 長度。 器件地 址 (1Byte): PC所 要訪 問的 外部 器件的地 址 即是 哪 一 個外部 器件。 (2)信號 幀格 式 ① 讀 命令幀格 式 幀頭 標 志 幀 類 型 器件地 址 起 始 地 址 長度 校驗 和 幀尾 標 志 幀頭 標 志 (1 Bit): 表 示 此數(shù)據(jù) 包屬 于本串 口 通信協(xié)議 ,并 為是 否 接收此 包 數(shù)據(jù)的標 志。 ⑤ 重 發(fā) 命令幀：當 PC讀 /寫數(shù)據(jù)時， AT89C51所接收的信號 幀 (讀 /寫 命令幀 )有 誤 時 向 PC發(fā)出的請 求重 發(fā)信號。 ③ 數(shù)據(jù) 幀：當 PC讀數(shù)據(jù)時， AT89C51向 PC發(fā)送的 內(nèi)含 數(shù)據(jù)信 息 的信號。 通信協(xié)議說明 (1)信號 幀 分類 ① 讀 命令幀：當 PC讀數(shù)據(jù)時， PC向 AT89C51發(fā)送的 命令 信號。 ③ 如 果 在轉(zhuǎn)輸過程中，其間 PC或 MCU所接收任 何 一 幀 信號出現(xiàn) 錯誤 時，均會 向 對方發(fā)送 重 發(fā)此 幀 信號的請 求。 此時傳輸數(shù)據(jù) 即 執(zhí) 行 命令 具 體 如下： ① 在 PC讀數(shù)據(jù)時， 遵循“ 讀 命令 等 數(shù)據(jù) 報告”， 即 PC下達一 命令，等待 接收數(shù)據(jù)，根據(jù) 所接收數(shù)據(jù)的正 誤向 應(yīng)用程 序報告 此 命令 的 執(zhí) 行 情況。即在 向 RS232串 口 發(fā)送 命令 信號，應(yīng) 答 信號及數(shù)據(jù)信號時，是一 幀 一 幀 地發(fā)送的。采用這種通信協(xié)議較 雙 方 互 為 主 控者時簡單。 可 靠快速 轉(zhuǎn)輸?shù)膶崿F(xiàn)， 需要 PC單片機 軟 件以及通信協(xié)議 等 各 個 環(huán)節(jié)的可 靠 和其間的相 互配合。 通信設(shè)計 在進行數(shù)據(jù)通信的軟件設(shè)計時， 必須 解決好兩 個 方面的問題：一是可 靠性， 二 是 速度。 邏輯 0 電平 規(guī)定 為 +5~+15V之間 ，邏輯 1是電平為 5 ~15V 之間。這樣即可以實現(xiàn)預(yù)定的任務(wù)，又可以簡化電路設(shè)計節(jié)約了成本。 針對近程小批量的數(shù)據(jù)通信，設(shè)計時采用 3 線制（ RXD ， TXD ， GND） 軟握手的零 MODEM方式。 通信協(xié)議的設(shè)計 由于溫度采集和實施控制是通過單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)，而微機完成溫度監(jiān)控，所以需要采用單片機和微機之間的通信協(xié)議。采用軟件延時的方法來避開抖動階段，這一延時過程一般大于 5ms。鍵盤接口與鍵盤程序的根本任務(wù)是要檢測有沒有鍵按下，按下的是哪個鍵，鍵值多少？在本次設(shè)計中采用了軟件掃描的方法。當前溫度降低到比預(yù)置溫度低 ℃時，或升至到比預(yù)期溫度搞 ℃時，再重新啟動加熱或降溫系統(tǒng)；當 前溫度超出報警上下限時將啟動報警，并系主動啟動相應(yīng)電路。START A/D JNB ,$ MOVX A,DPTR 。 A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖 18 所示。 啟動 ADC0809 的工作過程是：先送通道號地址到 ADDA， ADDB， ADDC，由 ALE 信號鎖存通 道號地址，后讓 ATART 有效，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，即執(zhí)行一道“ MOVX DPTR,A”指令產(chǎn)生 WR信號，使 ALE， ATART 有效，鎖存通道號并啟動 A/D 轉(zhuǎn)換， A/D轉(zhuǎn)換完畢后， EOC 端發(fā)出一正脈沖，申請中斷。 ORG 0000H LJMP START A/D 轉(zhuǎn)換子程序 根據(jù)系統(tǒng)硬件連接圖可知，在系統(tǒng)中將 ADC0809 作為一個外部擴展并行 I/O 口，采用線選尋址。測量溫值存儲地址 DIN BIT 0B0H 。A/D 255 SETTEMP EQU 50H 。溫度設(shè)定上限 第 35 頁 共 52 頁 LOWTEMP EQU 21 。減溫 LOWLIMIT EQU 15 。段碼存儲起始地址 UP EQU 1 。A/D 端口地址 LEDBUF EQU 30H 。 程序初始化 程序初始化部分根據(jù)系統(tǒng)硬件原理圖及設(shè)計要求 對單片機系統(tǒng)進行系統(tǒng)資源分配、參數(shù)的設(shè)置以及定義。 （ 6） RS232C 接口 。 (5)報警。 (4)溫度控制。 (3)溫度檢測及溫度值變換。 (2)顯示。 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 34 頁 共 52 頁 功能模塊 根據(jù)上面對工作流程的分析，系統(tǒng)軟件可以分為以下幾個功能模塊： (1)鍵盤管理。則增量式 PID 控制算法為：)]2()1(2)([ )()1()([)(u ????? ????? kekekekd kki ekekekpk (2)當 | e(k)|≥ M 時，用 PD 控制。偏差小，說明系統(tǒng)溫度已經(jīng)接近設(shè)定值，此時加入了積分作用，可以消除系統(tǒng)靜差，保證系 統(tǒng)的控制精度。當偏差 e(k)絕對值較大時，暫時取消積分作用；當偏差 e(k)絕對值小于某一設(shè)定值 M時，才將積分作用投入。當擾動較大或者給定的溫度值大幅度變化時，由于產(chǎn)生較大的偏差，加上溫控本身的慣性及滯后，在積分作用下，系統(tǒng)往往產(chǎn)生較大的超調(diào)和長時間的振蕩。 A/D 轉(zhuǎn)換器可劃歸為零階保持器內(nèi)，所以廣義對象的傳遞函數(shù)為 ]/)1[()1/([)( 11 e seKsG Tsss ?? ???? ?? （ 41） 廣義對象的 Z傳遞函數(shù)為 )/1/)11(]}/)1[()]11/{[)( 1111 ?????? ??????? zeTeKzsesKZzG TLTsse ?? ??（ 42） 所以系統(tǒng)的閉環(huán) Z傳遞函數(shù)為： )1/()1()1/(/)1[()( //1 ??? ? TTLsTs eezseseZz ?????? ???????? (43) 系統(tǒng)的數(shù)字控制器為： )(G/)()(D)(E/)(U 1 zzzzz ??? = LTTeTTT zezeeKeze ????????? ?????? 1/1/1//11/ )1(]1)[1(/)1)(1( ???? （ 44） 寫成差分方程即為 ： )1()1()1()( // Lkuekueku TT ?????? ?? ??)1(/)1()1()1(/)()1( 1/1//1// ????? TTTTT eKkeeeeKkee ????? ??????? （ 45） 令 )1(/)1( 1//0 ?? TT eKea ?? ??? 第 33 頁 共 52 頁 )1(/)1( 1/1//1 ??? TTT eKeea ??? ??? ?/1 Teb ?? , ?/2 1 Teb ??? , 則有 )1()1()1()()( 2110 Lkubkubkeakeaku ???????? （ 46） 式中 )(ke —— 第 k 次采樣時的偏差； )1( ?ke —— 第 1?k 次采樣時的偏差； )1( ?ku —— 第 1?k 次采樣時的偏差； 本生物培養(yǎng)液溫控系統(tǒng)采用的數(shù)字 PID 算法由軟件實現(xiàn)，增量 PID 控制算法的優(yōu)點是編程簡單，數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲空間少，運算快。其中數(shù)字控制器的功能由單片機實現(xiàn)。 圖 15 Max232 結(jié)構(gòu)圖 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 28 頁 共 52 頁 圖 1