【正文】 （快速是由寶潔微機(jī)系統(tǒng)，有限公司。摩托羅拉半導(dǎo)體應(yīng)用筆記an1239。摩托羅拉半導(dǎo)體應(yīng)用筆記an1238。摩托羅拉semiconductorapplicationnote an431。海報(bào)介紹。這個(gè)工程和工程成功全賴他們。鳴謝作者要感謝參與這個(gè)項(xiàng)目的學(xué)生，馬克朗并需要相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)和模擬（詳細(xì)的性能預(yù)測(cè)）。這些問(wèn)題的解決通常需要入門課程要求的知識(shí)，尤其是在老師的建議和監(jiān)督下，實(shí)際上可以促進(jìn)大學(xué)生發(fā)展。圖44 單片機(jī)印刷版布局5 結(jié)論本文的目的是描述一個(gè)跨學(xué)科的本科工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目：一個(gè)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，包括設(shè)定點(diǎn)輸入數(shù)字與設(shè)定值/實(shí)際溫度顯示。學(xué)生因此接觸到基本印刷電路布局問(wèn)題和基本的設(shè)計(jì)規(guī)則。圖8顯示最后的板布局與包輪廓（50%實(shí)際大?。?。但他們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界的微控制器應(yīng)用獲得的經(jīng)驗(yàn)大大超過(guò)了第一使用典型的簡(jiǎn)單評(píng)估板的經(jīng)驗(yàn)。它還配備了簡(jiǎn)單但足夠的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境RAPID[5]。 電纜頭和目標(biāo)適配器（簡(jiǎn)明包裝）。平臺(tái)板（支持所有6805family部分），摩托羅拉三級(jí)發(fā)展環(huán)境，包括從簡(jiǎn)單的評(píng)估板（在約100美元）到全面的實(shí)時(shí)在線仿真器（在大約7500元）。單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)外圍設(shè)備的電路硬件、軟件的開(kāi)發(fā)、最終調(diào)試、單片機(jī)的自定的印刷電路板和外設(shè)都需要某種形式的發(fā)展環(huán)境。這樣選擇是有必要的，因?yàn)榇隧?xiàng)目需要一個(gè)A/D通道、一個(gè)PWM通道和11個(gè)I/O引腳（見(jiàn)圖3）。摩托羅拉的相關(guān)應(yīng)用研究[2,3,4]中的證明是非常有用的，基本闡述了可實(shí)用性的連接方法以及單片機(jī)和外圍連接的組合方式。這對(duì)學(xué)生很困難，因?yàn)樗麄內(nèi)狈α己玫慕?jīng)驗(yàn)與判斷能力，只能通過(guò)制造商的產(chǎn)品選擇指南決定單片機(jī)的選擇。不過(guò)，芯片的選擇不應(yīng)該局限于此。最后，必須設(shè)計(jì)和選取印刷電路板和單片機(jī)，以及外接元件。相反，這個(gè)項(xiàng)目需要制定一個(gè)完整的嵌入式應(yīng)用。因此這是一個(gè)優(yōu)秀的全面的單片機(jī)應(yīng)用練習(xí)。）PWM調(diào)制方法往往很難讓學(xué)生掌握，并且仿真模型允許研究測(cè)試運(yùn)行和明顯的影響。（即時(shí)間越長(zhǎng)，PWM調(diào)制會(huì)產(chǎn)生更多溫度誤差。建立PWM調(diào)制模型比較復(fù)雜，需要一個(gè)自定義的S函數(shù)來(lái)表示。所以唯一切實(shí)可行的方法就是通過(guò)仿真（或?qū)嶒?yàn)）加以研究。測(cè)量溫度和使用PWM控制加熱器。其中最主要的是： 模型仿真該設(shè)計(jì)的大部分性能和限制功能，應(yīng)該可以使用圖6簡(jiǎn)化模型來(lái)完成。這是本系統(tǒng)的實(shí)際問(wèn)題，將會(huì)致使上升時(shí)間不符合要求。超調(diào)量改變是不可能既增加增益又減少穩(wěn)態(tài)誤差和上升時(shí)間的。圖6簡(jiǎn)化的閉環(huán)系統(tǒng)框圖鑒于這種簡(jiǎn)單情況，前面所指的線性控制設(shè)置，例如，根軌跡法設(shè)計(jì)法可以使C(s)中符合要求的階躍響應(yīng)對(duì)應(yīng)的上升時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差和超調(diào)量符合表格1所示。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用(4)式的一階開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)Gaq(s)，并且假定加熱器的輸出函數(shù)q(t)為線性，圖6是系統(tǒng)框圖代表閉環(huán)系統(tǒng)。四個(gè)未知參數(shù)并不少，但由簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)表明，1/tp11/tz，1/tp2統(tǒng)基本上是一階函數(shù)，且tz,tp2近似為0。開(kāi)環(huán)零極點(diǎn)如圖5所示。當(dāng)然，在(1)和(2)等式中各種參數(shù)在未知的情況下，不難證明D(s)與其他參數(shù)的值無(wú)關(guān)，具有兩個(gè)零點(diǎn)。其中K是一個(gè)常數(shù)，D(s)是一個(gè)二階的多項(xiàng)式。圖41 集總元件熱模型由圖4可以推出（線性）狀態(tài)方程拉普拉斯變換(1)和(2)等式，并整理Ta(s)。Ca和Cb則分別是其對(duì)應(yīng)熱量。該系統(tǒng)輸入功率等于q(t)的熱量和環(huán)境溫度T的和。圖4顯示了二階集總元件熱量模型的載玻片干燥機(jī)。以及出現(xiàn)問(wèn)題和值得借鑒之處。本節(jié)的其余部分著眼于其他的幾個(gè)方面：，簡(jiǎn)化系統(tǒng)熱性能的數(shù)學(xué)模型，以及一些簡(jiǎn)單理論的證明。然而，很多情況下，實(shí)際情況卻和理論有些不同。4 設(shè)計(jì)過(guò)程雖然該項(xiàng)目的本質(zhì)是建立一個(gè)恒溫器，但它有許多很好的契機(jī)可以供教學(xué)借鑒。軟件部分還沒(méi)有確定控制算法，但很可能是一個(gè)簡(jiǎn)單的比例控制，比PID算法簡(jiǎn)單。最后，PLMA針腳（兩個(gè)PWM輸出端口中的一個(gè)）驅(qū)動(dòng)加熱繼電器。LED顯示屏由哈里斯半導(dǎo)體ICM7212進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)PB0PB6端口與芯片相連，作為輸出。兩種模式：固定模式和運(yùn)行模式。使用暴風(fēng)3K041103型號(hào)四鍵鍵盤，通過(guò)PA0PA3端口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入。最后，6085的脈沖寬度調(diào)制（PWM）輸出用來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)繼電器，以控制線性電阻加熱器的閉合和斷開(kāi)。所有這些，輸入和輸出信號(hào)與6805的并行口相連。圖22 溫度控制器硬件結(jié)構(gòu)圖摩托羅拉MC68HC705B16（簡(jiǎn)稱6805），是系統(tǒng)的核心。根據(jù)微控設(shè)計(jì)，數(shù)字溫度顯示和單點(diǎn)輸入的要求可能是最合適的。C 1176。）6099177。C室內(nèi)溫度階梯響應(yīng)范圍（穩(wěn)定狀態(tài)）精度（穩(wěn)定狀態(tài)）最大超調(diào)設(shè)定時(shí)間（到177。C177。以及在設(shè)定溫度值情況下，可接受范圍內(nèi)的跟蹤階躍變化，穩(wěn)態(tài)誤差，超調(diào)量?？梢詫?duì)空氣室的溫度進(jìn)行設(shè)定，溫度時(shí)通常保持在一個(gè)穩(wěn)定的常數(shù)，但重要的是階躍變化可以被“合理”的跟蹤。最后，第5節(jié)全文總結(jié)。第3節(jié)具體 學(xué)生的設(shè)計(jì)。這份學(xué)生報(bào)告曾經(jīng)在1997年全國(guó)本科畢業(yè)生研討會(huì)上提出過(guò)并討論過(guò)。圖11 載玻片干燥機(jī)的機(jī)械布局 自199697學(xué)年來(lái)，本文作者帶領(lǐng)四位三一大學(xué)工程科學(xué)系的高年級(jí)學(xué)生開(kāi)展此項(xiàng)目的研究。為了使石蠟保持適當(dāng)穩(wěn)定性，載玻片氣室的溫度必須維持穩(wěn)定。該載玻片干燥機(jī)的機(jī)械布局如圖1所示。研究結(jié)果表明，解決該方案需要具有廣泛的工程學(xué)科知識(shí)，包括相關(guān)電子、機(jī)械和控制系統(tǒng)工程的知識(shí)。本組學(xué)生開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)是基于摩托羅拉MC68HC05系列單片機(jī)。該項(xiàng)目的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)氣室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)。 the use of PWM to control the heater.Both of these are nonlinear and timevarying effects, and the only practical way to study them is through simulation (or experiment, of course).Figure 7 shows a SimulinkTM block diagram of the closedloop system which incorporates these effects. A/D converter quantization and saturation are modeled using standard Simulink quantizer and saturation blocks. Modeling PWM is more plicated and requires a custom Sfunction to represent it.This simulation model has proven particularly useful in gauging the effects of varying the basic PWM parameters and hence selecting them appropriately. (., the longer the period, the larger the temperature error PWM introduces. On the other hand, a long period is desirable to avoid excessive relay “chatter,” among other things.) PWM is often difficult for students to grasp, and the simulation model allows an exploration of its operation and effects which is quite revealing. The MicrocontrollerSimple closedloop control, keypad reading, and display control are some of the classic applications of microcontrollers, and this project incorporates all three. It is therefore an excellent allaround exercise in microcontroller applications. In addition, because the project is to produce an actual packaged prototype, it won’t do to use a simple evaluation board with the I/O pins jumpered to the target system. Instead, it’s necessary to develop a plete embedded application. This entails the choice of an appropriate part from the broad range offered in a typical microcontroller family and learning to use a fairly sophisticated development environment. Finally, a custom printedcircuit board for the microcontroller and peripherals must be designed and fabricated.Microcontroller Selection. In view of existing local expertise, the Motorola line of microcontrollers was chosen for this project. Still, this does not narrow the choice down much. A fairly disciplined study of system requirements is necessary to specify which microcontroller, out of scores of variants, is required for the job. This is difficult for students, as they generally lack the experience and intuition needed as well as the perseverance to wade through manufacturers’ selection guides.Part of the problem is in choosing methods for interfacing the various peripherals (., what kind of display driver should be used?). A study of relevant Motorola application notes