【正文】 命令字每位的定義如下所示： AINTR： A 口中斷請求信號 ABF： B 口緩沖器信號 ASTB： A 口選通信號 BINTR： B 口中斷請求信號 BBF： B 口緩沖滿信號 BSTB： B 口選通信號 8155 的狀態(tài)寄存器口地址和命令寄存器相同。 Intel 8155 是一種多功能的可編程的可編程接口芯片，它具有 3 個可編程 I/O（ A 口和 B 口是 8 位， C 口是 6位）、 1 個可編程定時器 /計數(shù)器和 256B 的 RAM，能方便地進行 I/O 擴展和 RAM 擴展 。其中顯示器 由 5 個 LED 數(shù)碼管組成，顯示當(dāng)前溫度的前 5位， 8155 接口芯片構(gòu)成 2*2 鍵盤的接口電路，其中 B 口為輸入，作為行線； C 口為輸出，作為列線。如果單片機本身的口線已被占用的話，則可以通過外擴 I/O 接口芯片來構(gòu)成鍵盤借口電路，較常用的是 815 8255A 等接口芯片 。 模糊變量 E 、 EC 的賦值表如下表所示。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件電 路的模塊設(shè)計 22 圖 411 基本模糊控制器結(jié)構(gòu)原理圖 圖中： EK、 CEK、 UK 是量因子； ?E 、 ?EC 、 ?U 差 e、誤差變化率 ec 及控制量 u的模糊語言變量； E、 EC、 U 分別是與 e、 ec 及 u 成比例的變量，其中 E = EK e， EC= CEK ec ， U =u/ UK 。 模糊推理機的結(jié)構(gòu) 在一般的模糊控制系統(tǒng)中，考慮到模糊控制器實現(xiàn)的簡易性和快速性，通常采用二維模糊控制器結(jié)構(gòu)形式。它不僅能發(fā)揮模糊控制的魯棒性好、動態(tài)響應(yīng)好、上升時間快和超調(diào)小的特點，又具有 PID 控制器的動態(tài)跟蹤品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度。 從以上的分析可知模糊自整定 PID 控制應(yīng)用在具有明顯的純滯后、非線性、參數(shù)時變類似于電爐這樣特點的控制對象可以獲得很好的控制性能。但由于操作者經(jīng)驗不易精確描述，控制過程中各種信號量以及評價指標(biāo)不易定量表示，而模糊理論正是解決這一問題的有效途徑。另外對于 PID 控制，若條件稍有變化，則控制參數(shù)也需調(diào)整。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件電 路的模塊設(shè)計 21 圖 410 模糊自整定 PID 控制 電爐采用模糊自整定 PID 控制的可行性 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，電爐隨著負(fù)荷變化或干擾因素的影響，其對象特性或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。而 PID 控制正好可以彌補其不足，近年來已有不少將模糊技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)結(jié)合起 來設(shè)計模糊邏輯控制的先例。模糊控制適用于非線性、數(shù)學(xué)模型不確定的控制對象，對被控對象的時滯非線性和時變性具有一定的適應(yīng)能力，同時對噪聲也有較強的抑制作用，即魯棒性較好。(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨 界振蕩周期 ?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。三種 方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系 統(tǒng)的試驗中進行，并且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。它是根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。 控制器的參數(shù)整定。實際運行的經(jīng)驗和理論分析都表明，運用這種控制規(guī)律對許多工業(yè)過程進行控制時，都能得到滿意的效果。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件電 路的模塊設(shè)計 20 PID 控制屬于常規(guī)的控制技術(shù)，在當(dāng)今社會，隨著計算機技術(shù)的廣泛發(fā)展，許多復(fù)雜的控制技術(shù)正在研究當(dāng)中。積分控制（ I） 的作用是，要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷的累積，輸出控制量以消除誤差，因而，只要足夠的時間，積分控制將能完全消除誤差，積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)過大，甚至使統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前方，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。 ③微分 (D)控制。這樣，東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件電 路的模塊設(shè)計 19 即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。 在積分控 制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。 當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差 (setdayastteemrr)。 比例控制是一種最簡單的控制方式。 PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用 PID 控制技術(shù)。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。在現(xiàn)有的電加熱爐溫度控制方案中， PID 控制和模糊控制應(yīng)用最多，也最具代表性。 80 年代由于適用的控制理論的完善以及高性能微機的使用，才使得自整定控制器得以開發(fā)， PID 控制器參數(shù)的自動整定技術(shù)設(shè)想已慢慢 實現(xiàn)。這樣能實現(xiàn)自動調(diào)整、短的整定時間、簡便的操作，改善響應(yīng)特性而推動了自整定 PID 控制技術(shù)的發(fā)展。然而這些調(diào)節(jié)方法只識別了系統(tǒng)動態(tài)信息的一小部分，不能理想的調(diào)節(jié)參 數(shù)。 PID 控制器的發(fā)展現(xiàn)狀 在過去的 50 年，調(diào)節(jié) PID 控制器參數(shù)的方法獲得了極大的發(fā)展。它以誤差 e 和誤差變化 ec 作為輸入，可以滿足不同時刻的 e 和 ec 對參數(shù)自整定的要求。 圖 49外部連接電路 溫度控制模塊設(shè)計 溫度控制系統(tǒng)我們采用模糊自整定 PID 控制系統(tǒng)。當(dāng) Rc=200KΩ時， fLCK=140KHz。外接失調(diào)補償電容固定為 。 為了 5G14433 的運行穩(wěn)定，外接元件的參數(shù)必須嚴(yán)格設(shè)定。為了提高電源抗干擾的能力，正，負(fù)電源分別通過去耦電容 、 與 Vss（ VAG）相連。因此廣泛應(yīng)用在低速微控制器應(yīng)用系統(tǒng)，智能儀表和數(shù)字三用表等領(lǐng)域。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇及連接 5G14433 是我國制造的 31/2 位模 /數(shù)變換器，是目前市場上廣泛流行的最典型的東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件電 路的模塊設(shè)計 17 雙積分模 /數(shù)變換器。若電橋在 20℃時處于平衡狀態(tài)。取 ???? 1321 RRR ，用錳銅線繞成； RCu 是用銅導(dǎo)線繞制成的補償電阻。 對與冷端溫度補償器，在工業(yè)上采用如圖 48 所示補償電橋的冷端補償電路。若冷端溫度不是 0℃，則會產(chǎn)生測量誤差 ，此時要進行冷端補償。11230 1 （ 424） 式中， GR 為用于調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的外接電阻，通常 GR 采用多圈電位器，并靠近組件，若距離較遠(yuǎn)，應(yīng)將聯(lián)線膠合在一起，改變 GR 可使放大倍數(shù)在 1～ 1000 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。差動放大器 A3 為后級 ,它不僅切斷共模干擾的傳輸 ,還將雙端輸入方式變換成單端輸出方式 ,適應(yīng)對地負(fù)載的需要。 圖 46熱電偶測溫原理圖 測量放大器的組成 測量放大器的基本電路如圖 47 所示。 熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測元件。 A 和 B 得兩個接點 1 和 2 之間穿在溫度差時，回路中便產(chǎn)生電動勢，形成一定大小得電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，也叫溫差效應(yīng)。 溫度傳感器種類繁多，但在微機溫度控制系統(tǒng)中使用 的 傳感器，必須是能夠?qū)⒎请娏孔儞Q成電量得傳 感器，此次設(shè)計中選用的是熱電偶傳感器，熱電偶傳感器是工業(yè)溫度測量中應(yīng)用最廣泛得一種傳感器，具有精確度高、測量范圍廣、構(gòu)造簡單、使用方便等優(yōu)點。 圖 45 溫度數(shù)字檢測的一般結(jié)構(gòu) 溫度傳感器 溫度傳感器將測溫點的溫度變換為模擬電壓，其值一般為 mV 級，需要放大為滿足模 /數(shù)轉(zhuǎn)換要求的電壓值。在微機溫度控制系統(tǒng)中，溫度的檢測不僅要完成溫度到模擬電壓量的轉(zhuǎn)換，還要將電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)值量送計算機。 如圖 44 所示。復(fù)位電路由 22UF 的電容和 1K 的電阻及 IN4148 二極管組成，以前教科書上常推薦用 10UF 電容和 10K 電阻組成復(fù)位電路，這里我們根據(jù)實際經(jīng)驗選用 22UF 的電容和 1K 的電阻，其好處是在滿足單片機可靠復(fù)位的前提下降低了復(fù)位引腳的對地阻抗，可以顯著增強單片機復(fù)位電路的抗干擾能力。 圖 43復(fù)位電路 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件電 路的模塊設(shè)計 14 AT89C51 單片機最小系統(tǒng) 單片機的最小化系統(tǒng)是指單片機能正常工作所必須的外圍元件，主要可以分成時鐘電路和復(fù)位電路，我們采用的是 AT89C51 芯片，它內(nèi)部自帶 4K 的 FLASH 程序存儲器，一般情況下，這 4K 的存儲空間足夠我們使用，所以我們將 AT89C51 芯片的第 31腳固定接高電平（ PCB 畫板時已經(jīng)接死），所以我們只用芯片內(nèi)部的 4K 程序存儲器。 表 42 單片機的復(fù)位狀態(tài) 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 000H0 TH1 00H P0～ P3 FFH SCON 00H IP 000000B SBUF 不定 IE 0 000000B PCON 0 0000B 二、復(fù)位電路 從以上的敘述中，我們已經(jīng)清楚復(fù)位電路的設(shè)計原理：在單片機的 RST 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘振蕩脈沖（ 2 個機器周期）以上的高電平（為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，通常使 RST 引腳保持 10ms 以上的高電平）。 復(fù)位操作還對單片機的個別引腳信號有影響，例如把 ALE 和 PSEN 信號變?yōu)闊o效狀態(tài)，即 ALE=0,PSEN=1。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機從0000H 單元開始執(zhí)行。只要 RST 保持高電平，則 MCS51 單片機就循環(huán)復(fù)位。 一、復(fù)位 單片機的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的 RST引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘振蕩脈沖（ 2 個機器周期）以上的高電平，單片機便實現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。所以，系統(tǒng)的復(fù)位電路必須準(zhǔn)確 、可靠地工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。在閑置模式下， CPU 停止工作。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲字節(jié) 被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 ： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 （ 5） XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1 時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 （ 3） PSEN：外部程序存儲 器的選通信號。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口， P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收 。 （ 2） P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件電 路的模塊設(shè)計 11 它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 2．輸入 /輸出引腳： （ 1） P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 AT89C51 單片機外部引腳如圖 412 所示。 AT89C51 單片機的結(jié)構(gòu) AT89C51 有 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口線， AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式 控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。