【正文】 e rI N 1RD+5圖 DAC0832 的硬件電路 DAC0832 主要由兩個 8 位寄存器和一個 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器組成。 D/A 轉(zhuǎn)換器是一種能把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電子器件。只要 DS18B20 不掉電，報警狀態(tài)將一直保持， 直到再一次測得的溫度值達(dá)不到報警條件。該命令僅在最近一次溫度測量出現(xiàn)報警的情況下， DS18B20才對該命令做出響應(yīng)。在單線總線的情況下可以節(jié)省時間。 (4)跳過 ROM 命令。 (3)搜索 ROM 命令。 (2)符合 ROM 命令。該命令允許 CPU 讀取 DS18B20 中的 8 位產(chǎn)品系列編碼、 48位序列號以及 8 位的 CRC。所有 ROM 操作命令均為8 位字長。當(dāng)符號位 S=0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號位 S=1 時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2 字節(jié)。 CPU對 ROM操作完畢即發(fā)出控制操作命令，使 DS18B20 完成溫度測量并將測量結(jié)果存入高速暫 存器中，然后讀出結(jié)果。在對一位的 ―0‖和 ―1‖規(guī)定好時序后，命令字節(jié)和數(shù)據(jù)字 節(jié)的發(fā)送就表現(xiàn)為多個 ―0‖、 ―1‖在時間上的排列。 每次的命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)啟動寫時序開始的，如果要求單線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行完寫命令后，主機(jī)需要啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。從機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)在起始時序之后 15μs 內(nèi)保證可靠有效。若其發(fā)送 1，則保持總線為高電平。每個讀時序都由主機(jī)發(fā)起，拉低總線至少 1μs，然后釋放單線。所以一般在主機(jī)給單線器件發(fā)送了讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便器件能傳輸數(shù)據(jù)。如果在此期間采樣為高電平，則對該器件寫入邏輯 1，低電平則寫入邏輯 0。對于寫 ―1‖時序，主機(jī)在拉低總線后，接著必須在 15μs內(nèi)釋放總線，由上拉電阻將總 線拉至高電平；而對于寫 ―0‖時序，在主機(jī)拉低總線后，只需要在整個時序內(nèi)保持低電平即可（至少 60μs）。所有寫時序都至少需要 60μs，且在兩次獨(dú)立的寫時序之間至少需要 1μs的恢復(fù)時間。除了應(yīng)答脈沖，其余信號均由 CPU控制。單線總線加低電平的時間超過 480μs時，總線上所有的器件都被復(fù)位。單線總線在空閑狀態(tài)下呈高電平。接收方根據(jù)這些同步脈沖來完成接收過程。發(fā)送方對接收方的同步通過外同步來實(shí)現(xiàn)。同步通信時要建立發(fā)送方時鐘對接收方時鐘的直接控 制，使雙方達(dá)到完全同步。二者之間的數(shù)據(jù)傳輸完全是串行的。 V c c40P 0 .0/ A D 039P 0 .1/ A D 138P 0 .2/ A D 237P 0 .3/ A D 336P 0 .4/ A D 435P 0 .5/ A D 534P 0 .6/ A D 633P 0 .7/ A D 732E A / V pp31A L E / P R O G30P S E N29P 2 .7/ A 1 528P 2 .6/ A 1 427P 2 .5/ A 1 326P 2 .4/ A 1 225P 2 .3/ A 1 124P 2 .2/ A 1 023P 2 .1/ A 922P 2 .0/ A 821T 2 / P 1 .01T 2 E X / P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78R S T9R X D / P 3 .010T X D / P 3 .111I N T 0 / P 3 .212I N T 1 / P 3 .313T 0 / P 3 .414T 1 / P 3 .515W R / P 3. 616R D / P 17X T A L 218X T A L 119G N D20U289 C 5 2G N D12 M H zC2C1G N DRDWR+5G N DP 1 .0V c cU1D S 18 B 2 0 G N D+5R54. 7K+5R710 KV C CX f e rCSP 2 .4R610 KG N D圖 主控器與 傳感器的連接電路 由 AT89C52 根據(jù)總線的接口規(guī)范向智能溫度傳感器發(fā)送諸如啟動轉(zhuǎn)換、設(shè)置配置寄存器、讀取溫度等命令。本系統(tǒng)中時鐘頻率為 12MHz，復(fù)位脈沖寬度至少應(yīng)為 2μs。 AT89C52 的 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端。所以， AT89C52 單片機(jī)應(yīng)用極為廣泛。 主控制器與采集電路通訊 AT89C52 是低功耗、高性能的 CMOS8 位單片機(jī)，片上帶有 8KFlash存儲器，且允許在系統(tǒng)改寫或用編程器編程。 CPU經(jīng)過單線接口訪問 DS18B20，CPU 對 ROM 操作完畢，即發(fā)出控制操作命令，使 DS18B20 完成溫度測量并將結(jié)果存入高速暫存器中，然后讀出該結(jié)果。同步通信時要建立發(fā)送方時鐘對接收方時鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。通過鍵盤向CPU 輸入用戶設(shè)定的報警溫度上限值和下限值，完成溫度轉(zhuǎn)換之后， DS18B20 就把測得的溫度值同上下限值比較，如果超出所設(shè)定的范圍，將該器件的報警標(biāo)志位置位，并對 CPU 發(fā)出的報警搜索命令做出響應(yīng)。 溫度采集部分采用 DS18B20 測溫，它是單線智能溫度傳感器，不需要 A/D 轉(zhuǎn)換，可以直接測量出數(shù)字式的溫度值送入主控制器。CPU把測量的結(jié)果與給定值比較，進(jìn)行 PID 計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出 DAC 信號，并加上反相器使輸出電壓范圍為 0～ 5V，通過在固態(tài)繼電器前端連入電阻使電壓變?yōu)?～ ，固態(tài)繼電器在該電壓范圍內(nèi)線性工作，輸出的電壓控制繼電器的通導(dǎo)，對爐溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。首先由定時器或軟件定時，定時時間到后啟動智能溫度傳感器對溫度進(jìn)行檢測，測量結(jié)果送 CPU，并在 CPU 的控制下顯示結(jié)果 。 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 總體方 案 該系統(tǒng)是以 AT89C52 單片機(jī)為主控制器的智能化溫度控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。三種方法各有其特點(diǎn) ,其共 同點(diǎn)都是通過試驗(yàn) ,然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。二是工程整定方法 ,它主要依賴工程 實(shí) 驗(yàn) ,直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行 ,且方法簡單、易于掌握 ,在工程實(shí)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(jì)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。所以對有較大慣性或滯后的被控對象 ,比例 +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 ‖,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)。因 此 ,比例 +積分 (PI)控制器 ,可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分項(xiàng)對誤差取決于時間的積分 ,隨著時間的增加 ,積分項(xiàng)會增大。對一個自動控制系統(tǒng) ,如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差 ,則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤 差（ Steadystate error）。 (1)比例（ P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。 PID 控制 ,實(shí)際中也有 PI 和 PD 控制。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完 全掌握 ,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時 ,控制理論的其它技術(shù)難以采用時 ,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定 ,這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 PID 控制的原理和特點(diǎn) 在工程實(shí)際中 ,應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制 ,簡稱 PID控制 ,又稱 PID 調(diào)節(jié)。控制系統(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個字來描述。 階躍響應(yīng) 階躍響應(yīng)是指將一個階躍輸入（ step function）加到系統(tǒng)上時 ,系統(tǒng)的輸出。如果沒有眼睛 ,就沒有了反饋回路 ,也就成了一個開環(huán)控 制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。 閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng) (closedloop control system)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對象輸出 (被控制量 )會反送回來影響控制器的輸出 ,形成一個或多個閉環(huán)。 PID 的控制 開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng) (openloop control system)是指被控對象的輸出 (被控制量 )對控制器(controller)的輸出沒有影響。 微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。 積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。 比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。 累計(jì)偏差： ∑e(t)= e(t) + e(t1) + e(t2)+…….+e(1), 這是我們每一次測量到的偏差值的總和，這是代數(shù)和，考慮到正負(fù)符號的運(yùn)算，這是面向積分項(xiàng)用的變動數(shù)據(jù)。 正數(shù)表示還沒有達(dá)到，負(fù)數(shù)表示已經(jīng)超過了設(shè)定值。所以， AT89C52 單片機(jī)應(yīng)用極為廣泛。 方案二：此方案采用 89C52 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)， AT89C52 是低功耗、高性能的 CMOS8位單片機(jī)，片上帶有 8KFlash 存儲器，且允許在系統(tǒng)改寫或用編程器編程。另外，比較方便的是該芯片內(nèi)置在線仿真、編程接口，可以方便實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，這大大加快了系統(tǒng)的開發(fā) 與調(diào)試。 (7) 報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度的器件。 (5) 溫度以 9 或 12 位數(shù)字量讀出。 (3) 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ～ 。在此基礎(chǔ)上，它有獨(dú)特的性能特點(diǎn)： (1) 獨(dú)特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信。本文所選用的是美國 DSLLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 DS18B20，它是該公司在研制出 DS1820 后最新推出的一種改進(jìn)型產(chǎn)品。并且抗干擾能力強(qiáng)，能 夠遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，用戶可設(shè)定溫度上、下限，有越限自動報警的功能，自帶串行總線接口等優(yōu)點(diǎn)，適配各種微控制器，含微處理器和單片機(jī)，是研制和開發(fā)具有高性價比的新一代溫度控制系統(tǒng)所必不可少的核心器件。這樣整個測量電路不會引入附加誤差，測溫系統(tǒng)的精度與分辨力完全由數(shù)字化的傳感器所決定。 有些集成溫度傳感器可以配微處理器和單片機(jī)，構(gòu)成智能化的溫度檢測系統(tǒng)。除此之外還有模擬集 成溫度傳感器，其特點(diǎn)是測溫誤差小、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小。熱電偶和熱電阻測量的是電壓值，需要轉(zhuǎn)換成溫度，外部硬件電路很復(fù)雜，也不便于調(diào)試。在溫度檢測系統(tǒng)中就需要用到溫度傳感器。 各章節(jié)主要內(nèi)容 本論文共分成四章： 第 1 章主要是選題背景和發(fā)展?fàn)顩r；第 2 章提出了系統(tǒng)的方案與論證，形成一個大體輪廓；第 3 章對系統(tǒng)硬件電路部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要是接口連接和硬件傳 感器的設(shè)計(jì)；第 4 章系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)，包括各個子程序和對應(yīng)的流程圖。在工業(yè)生產(chǎn)如：用于熱處理的加熱爐、用于融化金屬的坩鍋電阻爐等，在日常生活中如：熱水器、電熱毯等等，都用到了電阻加熱的原理。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、重量輕、可靠性高、造價低、通用靈活和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動化和各個測控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件， 也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定向、汽車火花控制、交通管理和微波爐等專用控制上 在工業(yè)生產(chǎn)中成為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。目前可用于 MCS51 系列單片機(jī)開發(fā)的硬件越來越多，與其配套的各類開發(fā)系統(tǒng)、各種