【正文】 所限，暫時(shí)只做兩點(diǎn)的溫度測(cè)量 ,并且控制端暫時(shí)只對(duì)一個(gè) DS18B20傳感器周?chē)h(huán)境進(jìn)行控制，與另一個(gè)傳感器作參考比較。為了實(shí)際應(yīng)用的方便我們還加做了鍵盤(pán)輸入功能，及可以改變?cè)O(shè)定溫度的上下限，以達(dá)到實(shí)際使用的要求。如果次溫度值低于設(shè)定的下限值，則低溫報(bào)警指示燈亮，同時(shí)單片機(jī)經(jīng) P0 口輸出下限值給 DAC0832， DAC0832經(jīng)過(guò)數(shù)摸轉(zhuǎn)換在通過(guò) 運(yùn)算放大器 LM741輸出一個(gè)電平信號(hào)來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通角，使溫度逐步升高。 如以 25℃為參考值，則應(yīng)使其電壓輸出為 信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 44 頁(yè) ■ 第二步設(shè) VR2使 0℃ 時(shí)， OPA2的輸出為 =0V,而 25℃ 時(shí)， OPA2的輸出電壓為 =(零位調(diào)整 ) ■ 第三步：調(diào) VR3使 OPA3放大 5倍，如 OPA2的輸出為 ，則 OPA3的輸出為 ■ 各 OPA 的功能： OPA1：阻抗匹配； OPA2；減 ，并反相； OPA3：放大 5 倍 并反相。 三．功能說(shuō)明 （一）、采集部分 ■ 利用 AD590以及接口電路把溫度轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)由 ADC0804 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 ■ 再次，對(duì) A/D、 D/A部分調(diào)試輸入一定的變化數(shù)值看其輸出的情況 如果偏差 較大則從新調(diào)整參數(shù)，直到符合要求則完畢。 B 調(diào)節(jié) LM741 的增益。 ■ 首先， 對(duì)溫度傳感器及其信號(hào) 放大電路進(jìn)行調(diào)試： A 對(duì)運(yùn)算放大器 LM741 進(jìn)行調(diào)零。 （二）、電路的調(diào)試 根據(jù)原理圖，可將整個(gè)電路分成溫度傳感器及其信號(hào)放大電路和 A/D、 D/A變換電路兩大模塊。元件的固定要按原理圖呈模塊化固定，盡量避免線(xiàn)路的交叉。 2 元件的固定及焊接。溫度傳感器的信號(hào)放大 線(xiàn)路中所使用的運(yùn)算放大器其型號(hào)也有很多，但由于 741 型的運(yùn)算放大器可以通過(guò)調(diào)節(jié)其 5 號(hào)管腳和 4 號(hào)管腳間的電位器，使得輸入端為零時(shí)，輸出也為零，從而提高了精度，而常用的 LM324 型運(yùn)算放大器雖然其價(jià)格較低，但其“零漂”現(xiàn)象較嚴(yán)重，不穩(wěn)定，所以選用 741 型的運(yùn) 算放大器。 選擇元件時(shí)應(yīng)從其性能價(jià)格比考慮，在保證性能要求的前提下，盡量減少成本。在電路原理圖設(shè)計(jì)好之后，就可以開(kāi)始制作實(shí)物了。所謂積分分離法就是在系統(tǒng)偏差較大時(shí)，取消積分作用；當(dāng)系統(tǒng)的偏差較小時(shí)，投入積分作用；為此，設(shè)置一個(gè)誤差積 分限 A，以判別誤差的大小。一般認(rèn)為當(dāng)擾動(dòng)響應(yīng)曲線(xiàn)的兩個(gè)峰值之比為 4時(shí)，參數(shù)最佳，即 這個(gè)比例確定的參數(shù)是一個(gè)綜合值，如果系統(tǒng)有特殊要求，可在此基礎(chǔ)上再作修正或采取其他措施，如消除設(shè)定值變化沖擊的 PID 控制、帶死區(qū)的 PID 控制以及具有積分分離的PID算法等。 用擾動(dòng)曲線(xiàn)法精整參數(shù)就是當(dāng)系統(tǒng)按參考參數(shù)閉環(huán)運(yùn)行時(shí)，給系統(tǒng)施加一定的擾動(dòng)，記錄被控制量的擾動(dòng)響應(yīng)曲線(xiàn)，根據(jù)曲線(xiàn)的狀態(tài)來(lái)判斷和修正相應(yīng)的參數(shù)；再加擾動(dòng)，記錄響應(yīng)曲線(xiàn)，修正相應(yīng)參數(shù)，直至最佳。所謂最佳控制狀況即是最佳響應(yīng)特性和最小誤差。 3。現(xiàn)我采用簡(jiǎn)便且行之有效的測(cè)算 Kp、 Ki、和 Kd的工程方法，其要點(diǎn)是： 1 由系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)確定系統(tǒng)的增益（比例系數(shù)） K,系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)T和死區(qū)時(shí)間τ，并計(jì)算出系統(tǒng)的響應(yīng)率： 2如果控制系統(tǒng)只采用比例環(huán)節(jié)，則應(yīng)取： 3如果控制系統(tǒng)只采用比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)，則應(yīng)?。? R= K T— τ (4— 6) Kp=1 R*τ （ 4— 7） Kp = R*τ ， Ki = R*τ 2 （ 4— 8） 信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 44 頁(yè) 4如果控制系統(tǒng)中比例、積分和微分三個(gè)環(huán)節(jié)都采用時(shí)，則應(yīng)?。? 控制系統(tǒng) PID參數(shù)的確定也可以采用其他工程方法，如擴(kuò)充臨界比例度法和擴(kuò)充響應(yīng)曲線(xiàn)法等，在實(shí)際應(yīng)用中也很有效。 PID 控制參數(shù)的確定 （ 1）采樣周期 Ts 的確定 根據(jù)采樣定理亦稱(chēng)香農(nóng)（ Shanon）定理可知，采樣頻率應(yīng)大于或等于被采樣信號(hào)所含最高頻率的兩倍，才能還原出原信號(hào)，即： ω s≥ 2ω max 其中：ω s— — 采樣頻率； ω max—— 被采樣信號(hào)中最高頻率?？紤]到采樣時(shí)間 Ts 對(duì) 輸出控制量的影響，故將式 4— 2 的控制算法改為： SdnjiP BneKjeKneKnu ????? ?? )()()()( 0 （ 4— 3） 其中， Bs 為系統(tǒng)偏移量。 PID 調(diào)節(jié)器的方框圖如圖 4— 1 所示。 可編程控制器 PID 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)的 PID 控制規(guī)律為基礎(chǔ)，然后將其數(shù)字化，寫(xiě)成離散形式的控制方程 ，根據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)。 （ 2）參數(shù)調(diào)整方便，易于達(dá)到滿(mǎn)意的控制效果。比例、積分、微分三者結(jié)合起來(lái)可以滿(mǎn)足不同的控制要求。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差，微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。其工作原理：首先寫(xiě) CPU個(gè)指令（例mov、 inc、 dptr、 rrc、等）是否正常，如正常跳過(guò)檢查，否則繼續(xù)檢查 CPU直到正常；在檢查鍵盤(pán)的方法是寫(xiě)一段鍵盤(pán)掃描程序，掃描一次如果沒(méi)有鍵按下正常跳過(guò)到顯示檢測(cè)，否 則繼續(xù)檢查鍵盤(pán)直到正常；在檢查顯示的方法是分別點(diǎn)亮 2個(gè)數(shù)碼管以 0、 9如正常則自檢完畢。 （ 2） 自檢子程序設(shè)計(jì) 自檢就是系統(tǒng)開(kāi)始工作前，對(duì)系統(tǒng)所有的硬件進(jìn)行檢測(cè)，只有當(dāng)所有硬件準(zhǔn)備就緒才能進(jìn)行系統(tǒng)工作。這樣制作簡(jiǎn)單實(shí)用溫度增減的單位是 10℃，及首先確定是要 增加溫度還是降低溫度，按下第一個(gè)鍵。 我在實(shí)際制作電路時(shí)考慮到實(shí)用性和可行性決定用獨(dú)立式鍵盤(pán)，用來(lái)改變單片機(jī)設(shè)定溫度值的上下限，在我的電路中有三個(gè)按鍵，第一個(gè)按鍵用來(lái)控制溫度的增減，第二個(gè)按鍵用來(lái)控制上限的溫度。這樣就必須進(jìn)行數(shù)字和模擬量之間的轉(zhuǎn)換，從而引入了 ADC0804 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在比較完成后單片機(jī)要發(fā)出控制指令通過(guò)一電壓量來(lái)控制荊閘管的導(dǎo)通角，從而控制溫度的升降。 我們用單片機(jī)芯片 80C51 作接口電路，本次設(shè)計(jì)我們用四位 LED顯示器數(shù)碼管采用的共陽(yáng)極數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)，動(dòng)態(tài)掃描輸出顯示。使用這種接口方法，雖然軟件簡(jiǎn)單，僅需使用一條輸出指令就可以進(jìn)行 LED顯示，但使 用硬件卻比較多，而硬件譯碼又缺乏靈活性，所以較少使用。 表 3 代碼式 Ｄ ７ Ｄ ６ Ｄ ５ Ｄ ４ Ｄ ３ Ｄ ２ Ｄ １ Ｄ ０ 顯示段 dp G f e d c b a LED 顯示器接口比較簡(jiǎn)單，使用如圖 316 譯碼驅(qū)動(dòng)器就可以實(shí)現(xiàn) BCD 碼到七位段碼的轉(zhuǎn)換，完成一位 LED顯示器的接口。因此提供給 LED 顯示器的字形代碼正好一個(gè)字節(jié)。為了顯示數(shù)字或符號(hào)，要為 LED顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼是為顯示字形的，因此稱(chēng)之字形代碼。使用時(shí)公共陰極接地，這樣陽(yáng)極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就尋通點(diǎn)亮，而輸入低電平的則不點(diǎn)亮。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平的則不點(diǎn)亮。 LED 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法： A．共陽(yáng)極接法 信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 44 頁(yè) 把發(fā)光二信用證管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極。此外，顯示器中還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（在圖中以 dp 表示），用于顯示小數(shù)點(diǎn) 。 LED顯示器在單片機(jī)中的應(yīng)用非常普遍。這樣就可以實(shí)現(xiàn)該鍵所設(shè)定的功能了。 ，每隔一定時(shí)間執(zhí)行一次鍵盤(pán)掃描程序，定時(shí)可由單片 機(jī)的定時(shí)器完成。 ■ 鍵盤(pán)接口的控制方式： ，每當(dāng) CPU空閑時(shí)執(zhí)行鍵盤(pán)掃描程序。這些操作內(nèi)容通常都是由軟硬件結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)的。第一項(xiàng)工作是使用接口電路實(shí)現(xiàn)的，而第二項(xiàng)工作是通過(guò)執(zhí)行中斷服務(wù)程序來(lái)完成的。矩陣式鍵盤(pán)也稱(chēng)為行列式鍵盤(pán)，因?yàn)殒I的數(shù)目較多，所以鍵按行列組成矩陣。 （六）、 單片機(jī)鍵盤(pán)和鍵盤(pán)接口 ■ 我們可以把單片機(jī)使用的鍵盤(pán)分為獨(dú)立式和矩陣式兩種。 VCC：電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓。 VREF：輔助參考電壓。輸入單端正電壓時(shí)， VIN（ ）接地；而差動(dòng)輸入時(shí)，直接加 VIN（ +） VIN（ ） 。 /INTR：中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出，低電平動(dòng)作。 WR DI0 Rfb DI7 CS Iout1 Xfer Iout2 WR1 Vref WR2 LM327 +5V =+ +5V 信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 44 頁(yè) /WR：用來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于 ADC 的轉(zhuǎn)換開(kāi)始，當(dāng) /WR 由 HI 變?yōu)?LO 時(shí)轉(zhuǎn)換器被清除；當(dāng) /WR 回到 HI 時(shí)，轉(zhuǎn)換正式開(kāi)始。 /RD：外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制腳輸出信號(hào)。 ■ 分辨率： 8 位； ■ 轉(zhuǎn)換時(shí)間： 100us； ■ 總誤差：177。信號(hào)輸入端的信號(hào)可以是傳感器（ Sensor）或轉(zhuǎn)換器（ Transducer）的輸出，而 ADC 輸出的數(shù)字信號(hào)可以提供給微處理器，以便更廣泛的應(yīng)用。 （ 4）、單緩沖方式連接：所謂單緩沖方式就是使 DAC0832 的兩個(gè)輸入寄存器中有一個(gè)（多為 DAC寄存器）處于直通方式，而另一個(gè)處于受控的鎖存方式。此外，在使用多個(gè) D/A 轉(zhuǎn)換器分時(shí)輸入數(shù)據(jù)的情況下，兩級(jí)緩沖可以保證同時(shí)輸出模擬電壓。 信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 44 頁(yè) （ 3）、 DAC0832 的原理框圖如下所示：由圖可知數(shù)字量是通過(guò)兩級(jí)寄存器送至 D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端。 AGND:模擬信號(hào)地。電流 IOUT1與 IOUT2的和為常數(shù)， IOUT IOUT2隨 DAC 寄存器的內(nèi)容線(xiàn)性變化。 Rfb:反饋信號(hào)輸入引腳，反饋電阻在芯片內(nèi)部。當(dāng) XFER 為低電平， WR2輸入負(fù)脈沖，則在 LE2產(chǎn)生正脈沖； LE2為高電平， DAC寄存器的輸出和輸入寄存器的狀態(tài)一致， LE2負(fù)跳變，輸入寄存器的內(nèi)容 打入 DAC寄存器。 DAC寄存器的寫(xiě)選通信號(hào)。 XFER：數(shù)據(jù)傳送信號(hào)，低電平有效。輸入寄存器鎖存信號(hào) LE1有 ILE、 CS 、 WR1的邏 輯組合產(chǎn)生。 D0~D7:數(shù)據(jù)輸入線(xiàn)； ILE:數(shù)據(jù)允許鎖存信號(hào)，高電平有效； CS:輸入寄存器選擇信號(hào)，低電平有效。 DAC0832的應(yīng)用特性 ? DAC0832是微處理器兼容型 D/A轉(zhuǎn)換器，可以充分利用微處理器的控制力 實(shí)現(xiàn)對(duì) D/A轉(zhuǎn)換的控制； ? 有兩級(jí)鎖存控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道 D/A 的同步轉(zhuǎn)換輸出； ? DAC0832內(nèi)部無(wú)參考電壓源；須外接參考電壓源； ? DAC0832為電流輸出型 D/A轉(zhuǎn)換器，要獲得模擬電壓輸出是，需要外加轉(zhuǎn) 換電路。 XTAL2 18 O 晶體 2 晶振輸出 信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 44 頁(yè) （二）、功能圖 （三）、 DAC0832 （ 1） DAC0832芯片是一種具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的 8位 DAC，它能直接與 MCS51單片機(jī)接口，其具有以下特性參數(shù)： ? 分辨率為 8位； ? 電流穩(wěn)定時(shí)間 1us。該引腳在對(duì) FLASH 編程時(shí)接 12V 編程電壓 (Vpp)。如果 EA為高時(shí)，將執(zhí)行內(nèi)部程序除非程序，計(jì)數(shù)器可以大于 0FFFH(4k 器件 ) ，1FFFH(8k 器件 )， 3FFFH(16k 器件 )， 7FFFH(32k 器件 )。 ALE 30 O 地址鎖存使能：在訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下， ALE 輸出信號(hào)恒定為1/6 振蕩頻率。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的 P2口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流 (見(jiàn) DC 電氣特性 ) 。當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部拉低的 P1口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流 (見(jiàn)DC 電氣特性 )。 P0也可以在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)作地址的低字節(jié)，在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作數(shù)據(jù)總線(xiàn)此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送 1。要實(shí)現(xiàn)對(duì)器件串行在系統(tǒng)編程 (ISP)和在應(yīng)用中編