【正文】 最后感謝各位指導(dǎo)老師的指導(dǎo)。通過這次課程設(shè)計(jì)，不僅學(xué)會(huì)如何將所學(xué)專業(yè)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中，還學(xué)會(huì)如何克服未知的困難，解決難題的方法，為將來畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行打下了基礎(chǔ)。在 這次的 設(shè)計(jì)中，我熟練掌握了單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)和接口技術(shù)，同時(shí)對(duì)溫度傳感器的原理及應(yīng)用有了一定的了解，掌握了各種控制電路及其相關(guān)元器件的使用。 致謝 在做課程設(shè)計(jì)的過程中，通過理論聯(lián)系實(shí)際，不斷的學(xué)習(xí)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，鞏固了所學(xué)的知識(shí)，提高了處理實(shí)際問題的能力。系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： 采用溫度傳感器 DS18B20 采集溫度數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了硬件電路設(shè)計(jì)，溫度采集數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)； STC89C52 單片機(jī)的采用，有利于功能擴(kuò)展； 電路設(shè)計(jì)充分考慮了系統(tǒng)可靠性和安全性。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過程作了詳細(xì)介紹。 具體可以實(shí)現(xiàn)的功能如下 : 溫度設(shè)定范圍為 0～ 99℃（ 在這次的 設(shè)計(jì)中為了使效果更加明顯，設(shè)置的低溫線為 30 度，高溫限為 70 度） ，最小區(qū)分度為 1℃ ，溫度控制的誤差 ≤1℃ ； 能夠用數(shù)碼管顯示當(dāng)前實(shí)際溫度值； 按鍵控制：設(shè)置復(fù)位鍵、溫度設(shè)置鍵； 超溫報(bào)警。 6 結(jié)論 這個(gè) 設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了基于單片機(jī) STC89C52 的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與軟硬件實(shí)現(xiàn)。 13 5 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)可以自由設(shè)定不同的加熱溫度，溫度設(shè)定當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)加熱，當(dāng)環(huán)境溫度高于或等于設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)停止加熱。 設(shè)連續(xù)系統(tǒng)的控制器為 GC(s)，輸入信號(hào)為單位階躍函數(shù)。 12 圖 13 遞推型 PID 控制器程序框圖 數(shù)字控制器的確定 為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少頻譜混疊現(xiàn)象，保持穩(wěn)態(tài)增益不變， 在這次的 設(shè)計(jì)中采用階躍響應(yīng)不變法對(duì)數(shù)字控制器 D(z)進(jìn)行確定。 可以離線算出，即可加快算法程序的運(yùn)算速度。 增量型 PID 算式經(jīng)過移項(xiàng)可以寫成如下式所示： ………..(3) 按照上式表示的遞推 PID 算式，計(jì)算出每輸出一次 ui ，要做四次加法、兩次減法、四次乘法和兩次除法。增量型控制算式具有如下優(yōu)點(diǎn)： 計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化部分，因而誤動(dòng)作影響較小 在 i 時(shí)刻的輸出 ui ，只需要用到此刻的偏差以及前一時(shí)刻、前兩時(shí)刻的偏差 ei ei1? 和前一次的輸出值，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間。但周期小對(duì)于硬件的要求也將提高很多，故需要對(duì)以上算式進(jìn)行改進(jìn)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一種采樣控制系統(tǒng)，其只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。其閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如 圖12 所示： 圖 12 閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 被控對(duì)象的傳遞函數(shù)測(cè)定 采用階躍響應(yīng)曲線法對(duì)其進(jìn)行傳遞函數(shù) GP(s)的測(cè)定。 實(shí)驗(yàn)中 溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)定四個(gè)溫度值，分別為 50、 60、 70、 80。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)易于調(diào)整，而且人們?cè)陂L(zhǎng)期的應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，再加上計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的結(jié)合，使得 PID 具有很大的靈活性和適用性。按鍵電路如圖 11 所示。 10 圖 10 報(bào)警電路圖 11 按鍵電路 按鍵電路模塊 利用單片機(jī)的 IO 口實(shí)現(xiàn)按鍵的中斷輸入。并且通過發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的顯示。 圖 9 74HC164 引腳圖 顯示部分采用 LED 靜態(tài)顯示方式，共陽(yáng)極的數(shù)碼管的公共端 COM 連接在一起接地，每位的段選線與 74HC164 的 8 位并口相連，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符，考慮到節(jié)約單片機(jī)的 I/O 資源，因而采用串行接口方式，外接 8 位移位寄存器 74HC164 構(gòu)成顯示電路，顯示電路如圖 10 所示。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 74HC16 74HCT164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。從人類視覺的角度上看，就仿佛是全部數(shù)碼管同 時(shí)顯示的一樣。單片機(jī)通過數(shù)據(jù)總線將要顯示的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到移位寄存器芯片 74HC164，再由移位寄存器控制數(shù)碼管的顯示，從而實(shí)現(xiàn)移位寄存點(diǎn)亮數(shù)碼管顯示。 這個(gè) 系統(tǒng)的復(fù)位電路采用上電復(fù)位方式。 按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。 復(fù)位電路模塊 復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。 DS18B20 每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。主機(jī)根據(jù) ROM 的前 56 位來計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。因此，可以用多只DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。 表 2 部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù) 溫度 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550H +℃ 0000 0001 1001 0001 0191H +℃ 0000 0000 1010 0010 00A2H +℃ 0000 0000 0000 1000 0008H 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000H ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8H ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5EH ℃ 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55℃ 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)內(nèi)容作比較。 圖 7 溫度值格式 當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S=1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃ 形式表示。 DS18B20 測(cè)溫原理 是 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O 口線要接 5KΩ 左右的上拉電阻?！娴臏囟扔?jì)幾乎同步，且回復(fù)性很好； k、每個(gè)芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，零功耗等待 [7]。 ℃ ；可編程的分辨率為 9～ 12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和 ℃ ； f、 12 位分辨率時(shí)最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字； g、用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置； h、報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； i、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。其封裝圖如圖 4 所示。 表 1 單片機(jī) P3 口管腳第 2 功能 引腳 第 2 功能 RXD（串行口輸入端） TXD（串行口輸出端） INT0（外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端，低電平有效） INT1（外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端，低電平有效） T0（時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)脈沖端） T1（時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)脈沖端） WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端，低電平有效） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效）