【正文】 PWM的控制方法我采用的是控制時(shí)間比例的方法。由于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程一般都有較大的時(shí)間常數(shù)，而微機(jī)控制系統(tǒng)的采樣周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于過(guò)程對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，因此數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，完全可以參照模擬調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法進(jìn)行，最后在實(shí)踐中加以調(diào)整，以得到比較理想的參數(shù)。在工業(yè)過(guò)程控制中，模擬 PID 調(diào)節(jié)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)等類(lèi)型，PID 調(diào)節(jié)規(guī)律用硬件。在 PID 三種調(diào)節(jié)器中，微分調(diào)節(jié)主要用來(lái)加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小超調(diào)，克長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)35服振蕩。因此在實(shí)際生產(chǎn)中往往在積分調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入比例調(diào)節(jié)，把比例作用的及時(shí)性與積分作用消除靜態(tài)誤差的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器。在被調(diào)量的偏差消除后，由于積分規(guī)律的特點(diǎn)，輸出將停留在新的位置而不回復(fù)原位，因而能保持靜態(tài)誤差為零。 比例積分調(diào)節(jié)器（PI）采用比例調(diào)節(jié)的系統(tǒng)存在靜差，為了消除靜差，在比例調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)器，組成比例積分調(diào)節(jié)器。只有在控制作用為 U0 時(shí)才會(huì)出現(xiàn)零靜差（此時(shí)偏差 ） 。下面分別討論比例調(diào)節(jié)器 P、積分調(diào)節(jié)器 I、微分調(diào)節(jié)器 D 的作用。它具有許多特點(diǎn)，如不需要求出數(shù)學(xué)模型、控制效果好等，特別是在微機(jī)控制系統(tǒng)中，對(duì)于時(shí)間常數(shù)比較大的被控對(duì)象來(lái)說(shuō)，數(shù)字 PID 完全可以代替模擬 PID 調(diào)節(jié)器，應(yīng)用更加靈活，適用性更強(qiáng)。 PID控制算法按偏差的比例（Proportional） 、積分（Integral） 、微分（Differential）進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器，簡(jiǎn)稱為 PID 調(diào)節(jié)器。 。一般來(lái)說(shuō)，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下因素：。實(shí)際情況是，為了設(shè)計(jì)出性能價(jià)格比最高的 AVR 系統(tǒng)，需要盡可能充分的 AVR 控制器的資源，這意味著代碼必須非常緊湊，效率很高，因而采用 C 語(yǔ)言編程一般能滿足實(shí)時(shí)性和性價(jià)比的要求。采用高級(jí)語(yǔ)言編程具有開(kāi)發(fā)周期短、代碼可讀性強(qiáng)、代碼可移植性好、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)采用高級(jí)語(yǔ)言或 MATLAB 等工具對(duì)算法進(jìn)行模擬，并確定最終要實(shí)現(xiàn)的算法以后，軟件的設(shè)計(jì)工作就是采用合適的編程語(yǔ)言進(jìn)行算法實(shí)現(xiàn)，并使程序的效率滿足實(shí)時(shí)性要求。就 AVR 系列ATmega16 控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)而言，以 AVR 系列 ATmega16 控制器為硬件核心的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)一般都是一些實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng)，同時(shí)，由于 ATmega16 控制器本身的特點(diǎn)，這類(lèi)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)工作的難度要高于相應(yīng)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。如何利用這些片上硬件資源，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的性能，則在很大程度上依賴于用戶軟件的設(shè)計(jì)。VCPD012RXTGNrintABY3456789cH長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)32第 4章 軟件設(shè)計(jì)本章介紹在 AVR 水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)部分，其中包括控制算法及程序。波特率設(shè)置為9600bps?？梢愿鶕?jù)客戶的不同需要，可以選擇不同的打印速度，不同的打印行寬，不同的文字和字體，以及并口、串口兩種不同接口，有廣泛的選擇余地，適用于各種不同的應(yīng)用場(chǎng)合。 ISP 端口一般為 SCK，MOSI，MISO，RESET。 所 以 即 使 我 們 將 芯 片 焊 接 在 電 路 板上 ， 只 要 留 出 和 上 位 機(jī) 接 口 的 這 個(gè) 串 口 ， 就 可 以 實(shí) 現(xiàn) 芯 片 內(nèi) 部 存 儲(chǔ) 器 的 改 寫(xiě) ，而 無(wú) 須 再 取 下 芯 片 。 ISP 的工作原理ISP 的 實(shí) 現(xiàn) 相 對(duì) 要 簡(jiǎn) 單 一 些 ， 一 般 通 用 做 法 是 內(nèi) 部 的 存 儲(chǔ) 器 可 以 由 上 位 機(jī)的 軟 件 通 過(guò) 串 口 來(lái) 進(jìn) 行 改 寫(xiě) 。在這里我介紹一塊大家常用的芯片：MAX232 是 TTLRS232 電平轉(zhuǎn)換的典型芯片，按照芯片的推薦電路，取振蕩電容為 的時(shí)候，若輸入為 5V,輸出可以達(dá)uF長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)30到14V 左右，輸入為 0V，輸出可以達(dá)到 14V，在扇出電流為 20mA 的時(shí)候，處處 電壓可以穩(wěn)定在 12V 和12V。這些電源僅僅作為數(shù)字和模擬控制轉(zhuǎn)換接口部件的小功率電源。 T2OU7RIN8V6C1+34590GDXpF絲MAP圖 319 通信單元電路圖MAX232 它是 RS232C 雙工發(fā)送器/接收器接口電路芯片，可以完成 TTL/RS232 電平的轉(zhuǎn)換，它的 112 引腳是 TTL 電平端，用來(lái)連接單片機(jī)的?！馝SD 保護(hù)大于 MILSTD883（方法 3015）標(biāo)準(zhǔn)的 2022V?！竦碗娫措娏鳎旱湫椭凳?8mA?！?77?！馤inBiCMOSTM 工藝技術(shù)。每一個(gè)發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F 電平。由于電腦串口 rs232 電平是10v +10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是 TTL 電平，MAX232 就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含 2 驅(qū)動(dòng)器、2 接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F 電平。鍵盤(pán)顯示電路如圖 318。通常掃描方式有兩種，既掃描法和反轉(zhuǎn)法。因此，在應(yīng)用系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮這種鍵盤(pán)掃描子程序的編程調(diào)用應(yīng)能滿足鍵盤(pán)響應(yīng)要求。因此，這些開(kāi)關(guān)不只是簡(jiǎn)單的電平輸入。例如復(fù)位用復(fù)位鍵，功能轉(zhuǎn)換用的功能鍵以及數(shù)據(jù)輸入用的數(shù)字鍵盤(pán)等。功能鍵：復(fù)位鍵﹑設(shè)定值鍵﹑加熱鍵。除非不接數(shù)碼管，否則連接至 DP 及 SA～SG 的 8只 200Ω 電阻也不能省去。如果不用鍵盤(pán)，則電路圖中連接到鍵盤(pán)的 8 只 10ｋΩ 電阻和 8 只 100ｋΩ 下拉電阻均可以省去。在最后 1 個(gè) CLK 脈沖的下降沿 DATA 引腳恢復(fù)高阻狀態(tài)，如圖 317 所示。DATA 引腳為高阻狀態(tài)，如圖 316所示。DATA 引腳為高阻狀態(tài)，如圖 315 所示。指令代碼為 A2H，其功能與循環(huán)左移指令相似，只是方向相反。移位后，最左位內(nèi)容移至最右位，不改變消隱和閃爍屬性。(5)循環(huán)左移指令。(4)右移指令。(3)左移指令。(2)測(cè)試指令。6 條純指令為：(1)復(fù)位指令。KEY 為按鍵信號(hào)輸出端，在無(wú)鍵按下時(shí)為高電平；而有鍵按下時(shí)此引腳變?yōu)榈碗娖讲⑶乙恢北３值芥I釋放為止。DATA 為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向 HD7279A 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，DATA 為輸入端；當(dāng) HD7279A 輸出鍵盤(pán)代碼時(shí)，DATA 為輸出端。HD7279 的與微處理器僅需 4 條接口線，其中 CS 為片選信號(hào)（低電平有效） 。DIG0～DIG7 和 SA～SG 同時(shí)還分別是 64 個(gè)鍵盤(pán)列線和行線端口，完成對(duì)鍵盤(pán)的監(jiān)視、譯碼和鍵碼的識(shí)別。DP 為小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)輸出端。DIG0～DIG7 分別為 8 個(gè) LED 管的位驅(qū)動(dòng)輸出端。該端由低電平變成高電平并保持 25ms 即復(fù)位結(jié)束。RC 引腳用于連接HD7279A 的外接振蕩元件，其典型值為 R=,C=15pF。KEY 為按鍵信號(hào)輸出端，該端在無(wú)鍵按下時(shí)為高電平；而在有鍵按下時(shí)變?yōu)榈碗娖剑⒁恢北３值桨存I釋放為止。DATA 為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向 HD7279A 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，DATA 為輸入端；當(dāng) HD7279A 輸出鍵盤(pán)代碼時(shí)，DATA 為輸出端。通常，該端接＋5V 電源；●DIG0～DIG7：8 個(gè) LED 管的位驅(qū)動(dòng)輸出端；●SA～SG：LED 數(shù)碼管的 A 段～G 段的輸出端；●DP：小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)輸出端；●RC：外接振蕩元件連接端，其中電阻的典型值為  電容的典型值為15PF。 引腳說(shuō)明HD7279A 一共有 28 個(gè)引腳，各引腳的主要功能如下：●RESET：復(fù)位端。（4）具有段尋址指令，可方便地用來(lái)控制獨(dú)立的ＬＥＤ顯示管。消隱和閃爍等屬性。 HD7279A 的主要特點(diǎn)如下：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)24（1）帶有串行接口，無(wú)需外圍元件便可直接驅(qū)動(dòng) LED。智能儀表。可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 8 位共陰極式數(shù)碼管(或 64 只獨(dú)立 LED)的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)可連接多達(dá) 64 鍵的鍵盤(pán)矩陣，一片即可完成 LED 顯示及鍵盤(pán)接口的全部功能。工作時(shí)序及控制指令，給出了 HD7279A 與 CPU 的實(shí)際接口電路及設(shè)計(jì)程序，同時(shí)指出了實(shí)際應(yīng)用中的一些注意事項(xiàng)。 3456SR*GTJ10AK+絲PB2V圖 314 固態(tài)繼電器的電路圖 鍵盤(pán)與顯示單元HA7279A 是一種智能鍵盤(pán)和 LED 專用控制芯片，它帶有串行接口，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)８位共陰極式數(shù)碼管或 64 只獨(dú)立 LED。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)23光電耦合器引腳如上圖所示。 若 I/O 口 給高 電 平 ， 固 態(tài) 繼 電 器 不 工 作 ， 不 能 構(gòu) 成 通 路 ， 這 時(shí) ， 在 加 熱 爐 的 回 路 中 ， 出 現(xiàn) 斷點(diǎn) ， 加 熱 爐 沒(méi) 有 通 上 電 源 ， 所 以 不 用 加 溫 。 若 I/O 口 給 低 電平 ， 則 固 態(tài) 繼 電 器 工 作 。利 用 固 態(tài) 繼 電 器 器 來(lái) 控 制 加 熱 爐 加 溫 。其典型應(yīng)用狀態(tài)如下：如果采用集成電路門(mén)輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于目前國(guó)產(chǎn)的 SSR 要求有 至 20mA的驅(qū)動(dòng)電流，最小工作電壓可達(dá) 3V。部分 SSR 產(chǎn)品內(nèi)部已含有瞬態(tài)抑制網(wǎng)路。（3）負(fù)載短路易造成 SSR 的損壞，應(yīng)特別注意避免。對(duì)交流負(fù)載的控制有過(guò)零和非過(guò)零控制功能。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它比電磁繼電器電器工作可靠，壽命長(zhǎng)，對(duì)外干擾小，能與邏輯電路兼容，抗干擾能力強(qiáng)，開(kāi)關(guān)速度快，使用方便。圖 311 固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖固態(tài)繼電器有許多類(lèi)型可供用戶選擇：按品種分有軍用、民用、I/O 模塊；按輸出功能分有直流型、過(guò)零型、非過(guò)零型；按隔離方式有光隔離和變壓器隔離；按封裝結(jié)構(gòu)形式分有塑封型和金屬殼全密封型故態(tài)繼電器，以及各種特殊用途的故態(tài)繼電器。 固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理123*DS8K+5PC6長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)21固態(tài)繼電器通常是一個(gè)四端組件，兩個(gè)為輸入端，兩個(gè)為輸出端。固態(tài)繼電器按其工作性質(zhì)分直流輸入交流輸出型、直流輸入支流輸出型、交流輸入交流輸出型、交流輸入直流輸出型。圖 310 DS18B20 的電路圖 功率輸出單元固態(tài)繼電器（SSR）是一種全電子電路組合的元件，它依靠半導(dǎo)體器件和電子元件的電、磁和光特性來(lái)完成其隔離和切換功能。這是通過(guò)改變計(jì)數(shù)器對(duì)溫度每增加一度所需計(jì)數(shù)的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后計(jì)數(shù)器又開(kāi)始計(jì)數(shù)直到 0，如果門(mén)周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過(guò)程。如果計(jì)數(shù)器在門(mén)周期結(jié)束前到達(dá) 0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到55℃）的值增加，表明所測(cè)溫度大于55℃。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)20圖 39 溫度傳感器測(cè)量電路圖DS18B20 是這樣測(cè)溫的：用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門(mén)周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門(mén)周期內(nèi)對(duì)一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)得到溫度值。 測(cè)溫操作DS18B20 通過(guò)一種片上溫度測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)量溫度。高速暫存器溫度傳感器高溫觸發(fā)器 T H低溫觸發(fā)器 T L配置寄存器8 位 C R C 生成器存儲(chǔ)和控制邏輯6 4 位 R O M a和一線端口 供電方式選擇圖 37 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)19圖 38 DS18B20 的管腳排列 引腳說(shuō)明表 31 DS18B20 的引腳說(shuō)明表16 腳SSOPPR35 符號(hào) 說(shuō)明9 1 GND 接地8 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。64 位 ROM 的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。DS18B20 的管腳排列如圖38 所示，DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND 為電源地；VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。以上特點(diǎn)使 DS18B20 非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。電源如圖 36。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)17圖 35 JTAG 方針接口設(shè)計(jì)圖(5)電源設(shè)計(jì)AVR 單片機(jī)最常用的是 5V 與 兩種電壓。重要說(shuō)明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果你想簡(jiǎn)化零件，可以不焊接 2＊5 座。由于沒(méi)有外圍零件，故（MOSI）、（MISO）、（SCK）、復(fù)位腳仍可以正常使用，不受 ISP 的干擾。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)16圖 34 JTAG 方針接口(4)ISP 下載接口設(shè)計(jì)ISP 下載接口，不需要任何的外圍零件。需要一只 10K 的上拉電阻。即這部分不需要任何的外圍零件。不過(guò)為了線路的規(guī)范化，我們?nèi)越ㄗh接上。早期的 90S 系列，晶振兩端均需要接 22pF 左右的電容。圖 32 復(fù)位電路設(shè)計(jì)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)15（2）晶振電路的設(shè)計(jì)Mega16 已經(jīng)內(nèi)置 RC 振蕩線路，可以產(chǎn)生 1M、2M、4M、8M 的振蕩頻率。重要說(shuō)明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果你不需要復(fù)位按鈕，復(fù)位腳可以不接任何的零件，AVR 芯片也能穩(wěn)定工作。D3(1N4148)的作用有兩個(gè)：作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在 Vcc+ 左右，另一作用是系統(tǒng)斷電時(shí)，將 R1(10K)電阻短路，讓 C0 快速放電，讓下一次來(lái)電時(shí)，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。并且在熔絲位里，可以控制復(fù)位時(shí)的額外時(shí)間，故 AVR 外部的復(fù)位線路在上電時(shí)，可以設(shè)計(jì)得很簡(jiǎn)單：直接拉一只 10K 的電阻到 VCC 即可(R6