【正文】 感謝我教書育人的老師，我不是你們最出色的學(xué)生，而你們卻是我最尊敬的老師。 致謝 37 致 謝 在 四年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開始。 參考文獻(xiàn) 36 參考文獻(xiàn) [1] 張毅剛 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M].高等教育出版社 .2020年 1月，第 1版： 137156 [2] 曹巧媛主編 . 單片機(jī)原理及應(yīng)用 (第二版 ). 北京 :電子工業(yè)出版社 ,2020 [3] 何力民編 . 單片機(jī)高級(jí)教程 . 北京 :北京航空大學(xué)出版社 ,2020 [4] 金發(fā)慶等編 . 傳感器技術(shù)與應(yīng)用 .北京機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020 [5] 王錦標(biāo)，方崇智．過程計(jì)算機(jī)控制．北京：清華大學(xué)出版社， 1997； 36～ 40 [6] 邵惠鶴．工業(yè)過程高級(jí)控制．上海：上海交通大學(xué)出版社， 1997； 58— 62， 78— 101 [7] 胡壽松．自動(dòng)控制原理．北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2020； 103— 124 [8] 劉伯春．智能 PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用．電子自動(dòng)化， 1995； (3)： 20～ 25 [9] Katsuhiko Ogata． Moden Control Engineering． Publishing house of electronics industry， 2020： 1 96— 202 [10] 周潤(rùn)景，張麗娜．基于 PROTEUS 的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 [M]．北京 :航空航天大學(xué)出版社 ,～ P326 [11] 王忠飛，胥芳． MCS51 單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 [M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2020． P268273 [12] 劉國(guó)鈞，陳紹業(yè)，王鳳翥 .圖書館目錄 .第 1版 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卡、電子寵物等，這些都離不開單片機(jī)。當(dāng)然，這與老師和同學(xué)的熱心幫助也是分不開的。通過這些都使我對(duì)采用單片機(jī)設(shè)計(jì)方法有了更深的理解和掌握，同時(shí)也讓我把所學(xué)的知識(shí)廣泛的應(yīng)用到了實(shí)踐中，充分的做到了理論與實(shí)踐相結(jié)合。軟件設(shè)計(jì)包括用單片機(jī)設(shè)計(jì)語言設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)并仿真、實(shí)現(xiàn)。 通過三個(gè)月的設(shè)計(jì)，我也有很深的感觸：當(dāng)今社會(huì)在飛速發(fā)展 ，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的速度更是迅猛無比，尤其是單片機(jī)技術(shù)在未來社會(huì)發(fā)展中一定會(huì)起著十分重要的作用，而通過本次設(shè)計(jì)無論是 從硬件實(shí)現(xiàn)還是到整個(gè)程序的完成，無不是對(duì)我個(gè)人專業(yè)能力的一次提高和體現(xiàn)。在單片機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了一種用帶有E178。本文以 AT89C51 系列單片機(jī)為核心，用 AT89C51 單片機(jī)作為控制器件，溫度信號(hào)通過熱敏電阻和放大器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由ADC0809 轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，測(cè)溫電路采用橋式電路，溫度設(shè)定采用按鍵移位式設(shè)定方法，溫度控制采用光耦和可控硅控制加熱器。其中光電耦合器 MOC3041 的作用是將單片機(jī)系統(tǒng)與可控硅 SCR 電路隔開，避免在高壓過程中的干擾信號(hào)影響單片機(jī)的運(yùn)行；可控硅 SCR 的作用是相當(dāng)于一個(gè)固態(tài)的觸點(diǎn)，使之有能力開啟或關(guān)斷電爐，從而控制電爐通斷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的實(shí)時(shí)控制。一般情況下，這樣一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)就算研制成功了。綜合調(diào)試一般采用全速斷點(diǎn)運(yùn)行方式，這個(gè)階段的主要工作社排除系統(tǒng)中遺留的錯(cuò)誤以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和精度。 2． I/O 處理程序的調(diào)試 對(duì)于 A/D 轉(zhuǎn)換一類的 I/O 處理程序是實(shí)時(shí)處理程序，因此一般用全速斷點(diǎn)運(yùn)行方式或連續(xù)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)試。若是算法錯(cuò)誤，那是根本性錯(cuò)誤，應(yīng)重新設(shè)計(jì)該程序；若是局部的指令有錯(cuò)，修改即可。調(diào)試時(shí)，用 第 5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 33 防真器的寫命令，將數(shù)據(jù)寫入計(jì)算程序的參數(shù)緩沖單元，然后從計(jì)算程序開始運(yùn)行到結(jié)束，運(yùn)行的結(jié)果和正確數(shù)據(jù)比較，如果對(duì) 有的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，都沒有發(fā)生錯(cuò)誤，則該計(jì)算程序調(diào)試成功；如果發(fā)現(xiàn)結(jié)果不正確，改用單步運(yùn)行方式，即可檢查出錯(cuò)誤所在。 1．計(jì)算程序的調(diào)試方法 計(jì)算程序的錯(cuò)誤是一種靜態(tài)的固定的錯(cuò)誤，因此主要用單拍或斷點(diǎn)運(yùn)行方式來調(diào)試。錯(cuò)誤原因沒有查明，沒有解決。 3．結(jié)果不正 確 目標(biāo)系統(tǒng)基本上已能正常操作，但控制有誤動(dòng)作或者輸出的結(jié)果不正確。 錯(cuò)誤的原因有：中斷控制寄存器（ IE， IP）的初值設(shè)置不正確，使 CPU沒有開放中斷或不許某個(gè)中斷源請(qǐng)求；或者對(duì)片內(nèi)的定時(shí)器、串行口等特殊功能寄存器和擴(kuò)展的 I/O 口編程有錯(cuò)誤，造成中斷沒有被激活；或者某一中斷服務(wù)程序不是以 RETI 指令作為返回主程序的指令， CPU 雖已返回到主程序但內(nèi)部中斷狀態(tài)寄存器沒有被清除，從而不響應(yīng)中斷；或由于外部中斷源的硬件故障使外部中斷請(qǐng)求無效。通過對(duì)錯(cuò)誤程序的修改使其實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。 解決方法：這類錯(cuò)誤的原因是程序中轉(zhuǎn)移地址計(jì)算錯(cuò)誤、堆棧溢出、工作寄存器沖突等。若讀出寫入內(nèi)存不一致，則可能是地址數(shù)據(jù)線短路，試寫入不同的數(shù)據(jù)觀察讀出結(jié)果，或縮小對(duì) RAM 的讀寫范圍，檢查對(duì) RAM 中其它區(qū)域的影響，這樣可初步對(duì)地址數(shù)據(jù)線短路錯(cuò)誤定位，再用萬用表、示波器等進(jìn)一步確診。第三步是在不加電情況下，除單片機(jī)以外，插上所有的元器件，最后用仿真適配器將樣機(jī)的 單片機(jī)插座和仿真器的仿真接口相連，為聯(lián)機(jī)調(diào)試做準(zhǔn)備。應(yīng)特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查擴(kuò)展系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互間的短路或與其它信號(hào)線的短路。 硬件調(diào)試方法 本設(shè)計(jì)調(diào)試過程中所用的調(diào)試方法有：靜態(tài)測(cè)試、聯(lián)仿真器在線調(diào)試 等。 解決方法：電源必須單獨(dú)調(diào)試好以后才能加到系統(tǒng)的各個(gè)部件中。 3．電源故障：設(shè)計(jì)中存在電源故障，即上電后將造成元器件損壞、無法正常供電，電路不能正常工作。 2．元器件損壞：由于對(duì)元器件使用要求的不熟悉及制作調(diào)試過程中操作不當(dāng)致使器件損壞。 硬件電路故障及解決方法 1．錯(cuò)線、開路、短路：由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和加工過程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的錯(cuò)線、開路、短路等故障。開 始 結(jié) 束 串行口初始化 往緩沖區(qū)送數(shù) 查段碼 送顯示 第 5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 30 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)樣機(jī)組裝好以后，便可進(jìn)入系統(tǒng)的在線（聯(lián)仿真器）調(diào)試，其主要任務(wù)是排除樣機(jī)硬件故障，并完善其硬件結(jié)構(gòu)，試運(yùn)行所設(shè)計(jì)的程序，排除程序錯(cuò)誤， 優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)達(dá)到期望的功能，進(jìn)而固化軟件，使其產(chǎn)品化。已達(dá)到為本系統(tǒng)提供對(duì)溫度的顯示和監(jiān)控的目的。 圖 43 按鍵流程圖 N Y N 中 斷 =0? =0? =0? =0? 轉(zhuǎn) IR1 轉(zhuǎn) IR4 轉(zhuǎn) IR2 轉(zhuǎn) IR3 返 回 N Y N Y Y 第 4章 軟件設(shè)計(jì) 29 顯示流程圖 圖 44 為系統(tǒng)的顯示流程圖。 圖 42 中斷子程序 關(guān)中斷 保護(hù)現(xiàn)象 A右移一位 讀 P1口送至 A C=1? C=1? C=1? C=1? 右移一位 右移一位 右移一位 中 斷返回 開中斷 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) MOV 35H,1 MOV 35H,2 MOV 35H,3 MOV 35H,4 開始 NN N N Y Y Y Y 第 4章 軟件設(shè)計(jì) 28 按鍵流程圖 圖 43 為系統(tǒng)的按鍵流程圖。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖 41，當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，主程序啟動(dòng)，根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的條件逐步運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。其中光電耦合器 MOC3041 的作用是將單片機(jī)系統(tǒng)與可控硅SCR 電 路隔開，避免在高壓過程中的干擾信號(hào)影響單片機(jī)的運(yùn)行；可控硅 SCR的作用是相當(dāng)于一個(gè)固態(tài)的觸點(diǎn)，使之有能力開啟或關(guān)斷電爐，從而控制電爐通斷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的實(shí)時(shí)控制。而顯示部分在整個(gè)的設(shè)計(jì)過程中的作用也是很大的。 顯示部分 通過 74LS164 芯片將主機(jī)處理的溫度信息顯示在 LED 數(shù)碼管上。在這個(gè)反極性信號(hào)作用下，積分器被 “反向積分 ”直到輸出回到零，并使計(jì)數(shù)器終止，積分器復(fù)位。積分器對(duì)輸入電壓在固定的時(shí)間間隔內(nèi)積分，該時(shí)間間隔通常對(duì)應(yīng)于內(nèi)部計(jì)數(shù)單元的最大計(jì)數(shù)。雙斜率轉(zhuǎn)換器包括兩個(gè)主要部分：一部分電路采樣并量化輸人電壓，產(chǎn)生一個(gè)時(shí) 域間隔或脈沖序列，再由一個(gè)計(jì)數(shù)器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出。這些過程有些是合并進(jìn)行的，例如，采樣和保持就利用一個(gè)電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的，且所用時(shí)間又是保持時(shí)間的一部分。假設(shè)噪聲信號(hào)在量化電平中是均勻分布的，則量化噪聲均方值與量化間隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗值有關(guān)。 2．要把一個(gè)采樣輸出信號(hào)數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時(shí)模擬信號(hào)保持一段時(shí)間，這就是保持過程。實(shí)際上，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器器件的非線性失真、量化噪聲及接收機(jī)噪聲等因素的影響采樣速率一般取 fs=。 1．采樣就是將一個(gè)連 續(xù)變化的模擬信號(hào) x(t)轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散的采樣信號(hào)x(n)。為了滿足市場(chǎng)的需求，各芯片制造公司不斷推出性能更加先進(jìn)的新產(chǎn)品、新技術(shù)，令人目不暇接。采用數(shù)字信號(hào)處理能夠方便地實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)的自適應(yīng)算法，完成模擬電路無法實(shí)現(xiàn)的功能，因此，越來越多的模擬信號(hào)處理正在被數(shù)字技術(shù)所取代。 符合上述條件的常用溫度傳感器有熱電偶、熱電阻、光輻射溫度計(jì)、玻璃溫度計(jì)、半導(dǎo)體集 成溫度傳感器等。 5．與被檢測(cè)的溫度范圍和精度相適應(yīng)。 3．性能誤差及老化小、重復(fù)性好，尺寸小。但是，一般真正能作為實(shí)際中可使用的溫度傳感器的物體一般需要具備下述條件： 1．物體的特性隨溫度的變化有較大的變化，且該變化量易于測(cè)量。 圖 32 溫度采樣單元 溫度傳感器： 廣義來講，一切隨溫度變化而物體性質(zhì)亦發(fā)生變化的物質(zhì)均可作為溫度傳感器。 圖 31 按 鍵控制電路 溫度采樣部分 溫度采樣單元，如 32 所示，用于采集被控對(duì)象的溫度參數(shù)，它由溫度電壓轉(zhuǎn)換、小信號(hào)放大及 A/D 轉(zhuǎn)換三部分組成。 單片機(jī)控制單元 單片機(jī)控制單元，如圖 31 所示，包括按鍵控制電路，其中按鍵控制電路這一模塊設(shè)置了： “設(shè)置 ”、 “加 1”、 “右移 ”、 “確定 ”四個(gè)按鍵，來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。 根據(jù)以上這些特性而從中受益的應(yīng)用包括： HVAC 環(huán)境控制、室內(nèi)，設(shè)備或者機(jī)器內(nèi)部的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、過程監(jiān) 控和控制系統(tǒng)。 6． DS18S20 的測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 “一線總線 ”串行傳送給CPU，同時(shí)還可以傳送給 CRC 校驗(yàn)碼，它具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)的能力。C。C 溫度范圍內(nèi)精度為 177。C 的工作溫度范圍，在 10176。 4． DS18S20 具有 55176?？偩€與中央微處理器通信，僅需要單根數(shù)據(jù)線 (或地線 )。 2． DS18S20 提供了 9 位攝氏溫度測(cè)量，具有非易失性、上下觸發(fā)門限用戶可編程的報(bào)警功能。在實(shí)際的溫度測(cè)量過程中被廣泛應(yīng)用，同時(shí)也取得了良好的測(cè)量效果。另外考慮到一般的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境非常的惡劣，各種干擾信號(hào)較強(qiáng)，模擬信號(hào)很容易受到干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。靜態(tài)顯示時(shí)取 10MA 為宜，動(dòng)態(tài)掃描顯示可加大脈沖電流，但一般不 超過 40MA。本次設(shè)計(jì)所用的 LED 數(shù)碼管顯示器為共陽(yáng)極。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。這種顯示器有共 陽(yáng)極和共陰極兩種。 LED 數(shù)碼管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件，它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的。如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 LED 數(shù)碼管是一種較好的選擇。 MR 接 +5V，不清除。 多片 74LS164 串聯(lián)，能實(shí)現(xiàn)多位 LED 靜態(tài)顯示。由于 iU U U????，集成運(yùn)放的共模抑制比要求較 高，這是缺點(diǎn)。 2．同相比例放大器 如圖 25 所示，為同相比例電路，為保證電路輸入對(duì)稱仍要求： RRR