【正文】 件所限，暫時只做兩點的溫度測量 ,并且控制端暫時只對一個 DS18B20傳感器周圍環(huán)境進行控制，與另一個傳感器作參考比較。為了實際應用的方便我們還加做了鍵盤輸入功能，及可以改變設定溫度的上下限，以達到實際使用的要求。如果次溫度值低于設定的下限值，則低溫報警指示燈亮，同時單片機經(jīng) P0口輸出下限值給 DAC0832， DAC0832經(jīng)過數(shù)摸轉換在通過運算放大器 LM741輸出一個電平信號來控制晶閘管的導通角，使溫度逐步升高。 如以 25℃為參考值，則應使其電壓輸出為 信息工程學院 基于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設計 第 18 頁 共 44 頁 ■ 第二步設 VR2使 0℃ 時， OPA2的輸出為 =0V,而 25℃ 時， 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．功能說明 （一）、采集部分 ■ 利用 AD590以及接口電路把溫度轉換成模擬電壓，經(jīng)由 ADC0804 轉換成數(shù)字信號。 ■ 再次，對 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， 對溫度傳感器及其信號放大電路進行調(diào)試： A 對運算放大器 LM741 進行調(diào)零。 （二）、電路的調(diào)試 根據(jù)原理圖，可將整個電路分成溫度傳感器及其信號放大電路和 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，盡量避免線路的交叉。 2 元件的固定及焊接。溫度傳感器的信號放大 線路中所使用的運算放大器其型號也有很多，但由于 741 型的運算放大器可以通過調(diào)節(jié)其 5 號管腳和 4 號管腳間的電位器，使得輸入端為零時，輸出也為零，從而提高了精度，而常用的 LM324 型運算放大器雖然其價格較低，但其“零漂 ”現(xiàn)象較嚴重，不穩(wěn)定，所以選用 741 型的運算放大器。 選擇元件時應從其性能價格比考慮，在保證性能要求的前提下，盡量減少成本。在電 路原理圖設計好之后，就可以開始制作實物了。所謂積分分離法就是在系統(tǒng)偏差較大時，取消積分作用；當系統(tǒng)的偏差 較小時，投入積分作用；為此，設置一個誤差積分限 A，以判別誤差的大小。一般認為當擾動響應曲線的兩個峰值之比為 4時，參數(shù)最佳，即 這個比例確定的參數(shù)是一個綜合值，如果系統(tǒng)有特殊要求，可在此基礎上再作修正或采取其他措施，如消除設定值變化沖擊的 PID 控制、帶死區(qū)的 PID 控制以及具有積分分離的PID算法等。 用擾動曲線法精整參數(shù)就是當系統(tǒng)按參考參數(shù)閉環(huán)運行時，給系統(tǒng)施加一定的擾動，記錄被控制量的擾動響應曲線，根據(jù)曲線的狀態(tài)來判斷和修正相應的參數(shù)；再加擾動，記錄響應曲線，修正相應參數(shù)，直至最佳。所謂最佳控制狀況即是最佳響應特性和最小誤差。 3?，F(xiàn)我采用簡便且行之有效的測算 Kp、 Ki、和 Kd的工程方法，其要點是： 1 由系統(tǒng)的開環(huán)單位階躍響應曲線確定系統(tǒng)的增益（比例系數(shù)） K,系統(tǒng)時間常數(shù)T和死區(qū)時間τ，并計算出系統(tǒng)的響應率： 2如果控制系統(tǒng)只采用比例環(huán)節(jié)，則應?。? 3如果控制系統(tǒng)只采用比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)，則應取： R= K T— τ (4— 6) Kp=1 R*τ （ 4— 7） Kp = R*τ ， Ki = R*τ 2 （ 4— 8） 信息工程學院 基于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設計 第 16 頁 共 44 頁 4如果控制系統(tǒng)中比例、積分和微分三個環(huán)節(jié)都采用時，則應取： 控制系統(tǒng) PID 參數(shù)的確定也可以采用其他工程方法，如擴充臨界比例度法和擴充響應曲線法等，在實際應用中也很有效。 PID控制參數(shù)的確定 （ 1）采樣周期 Ts 的確定 根據(jù)采樣定理亦稱香農(nóng)（ Shanon）定理可知，采樣頻率應大于或等于被采樣信號所含最高頻率的兩倍，才能還原出原信號，即： ω s≥ 2ω max 其中：ω s— — 采樣頻率； ω max—— 被采樣信號中最高頻率。考慮到采樣時間 Ts 對輸出控制量的影響，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)器的設計是以連續(xù)系統(tǒng)的 PID 控制 規(guī)律為基礎，然后將其數(shù)字化，寫成離散形式的控制方程，根據(jù)離散方程進行控制程序設計。 （ 2）參數(shù)調(diào)整方便，易于達到滿意的控制效果。比例、積分、微分三者結合起來可以滿足不同的控制要求。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)的動態(tài)響應速度。其工作原理：首先寫 CPU個指令（例mov、 inc、 dptr、 rrc、等）是否正常，如正常跳過檢查，否則繼續(xù)檢查 CPU直到正常；在檢查鍵盤的方法是寫一段鍵盤掃描 程序，掃描一次如果沒有鍵按下正常跳過到顯示檢測，否則繼續(xù)檢查鍵盤直到正常；在檢查顯示的方法是分別點亮 2個數(shù)碼管以 0、 9如正常則自檢完畢。 （ 2） 自檢子程序設計 自檢就是系統(tǒng)開始工作前，對系統(tǒng)所有的硬件進行檢測，只有當所有硬件準備就緒才能進行系統(tǒng)工作。這樣 制作簡單實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，按下第一個鍵。 我在實際制作電路時考慮到實用性和可行性決定用獨立式鍵盤，用來改變單片機設定溫度值的上下限，在我的電路中有三個按鍵，第一個按鍵用來控制溫度的增減，第二個按鍵用來控制上限的溫度。這樣就必須進行數(shù)字和模擬量之間的轉換，從而引入了 ADC0804 模數(shù)轉換器，在比較完成后單片機要發(fā)出控制指令通過一電壓量來控制荊閘管的導通角，從而控制溫 度的升降。 我們用單片機芯片 80C51 作接口電路，本次設計我們用四位 LED 顯示器數(shù)碼管采用的共陽極數(shù)碼管驅動，動態(tài)掃描輸出顯示。使用這種接口方法，雖然軟件簡單 ，僅需使用一條輸出指令就可以進行 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 顯示器接口比較簡單，使用如圖 316 譯碼驅動器就可以實現(xiàn) BCD 碼到七位段碼的轉換，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字節(jié)。為了顯示數(shù)字或符號，要為 LED顯示器提供代碼，因為這些代碼是為顯示字形的，因此稱之字形代碼。使用時公共陰極接地，這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就尋通點亮，而輸入低電平的則不點亮。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平的則不點亮。 LED 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法： A．共陽極接法 信息工程學院 基于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設計 第 11 頁 共 44 頁 把發(fā)光二信用證管的陽極連在一起構成公共陽極。此外，顯示器中還有一個圓點型 發(fā)光二極管（在圖中以 dp 表示），用于顯示小數(shù)點。 LED 顯示器在單片機中的應用非常普遍。這樣就可以實現(xiàn)該鍵所設定的功能了。 ，每隔一定時間執(zhí)行一次鍵盤掃描程序，定時可由單片 機的定時器完成。 ■ 鍵盤接口的控制方式： ，每當 CPU空閑時執(zhí)行鍵盤掃描程序。這些操作內(nèi)容通常都是由軟硬件結合的方法實現(xiàn)的。第一項工作是使用接口電路實現(xiàn)的，而第二項工作是通過執(zhí)行中斷服務程序來完成的。矩陣式鍵盤也稱為行列式鍵盤，因為鍵的數(shù)目較多，所以鍵按行列組成矩陣。 （六）、 單片機鍵盤和鍵盤接口 ■ 我們可以把單片機使用的鍵盤分為獨立式和矩陣式兩種。 VCC：電源供應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， VIN（ ）接地 ；而差動輸入時，直接加 VIN（ +） VIN（ ）。 /INTR：中斷請求信號輸出，低電平動作。 WR DI0 Rfb DI7 CS Iout1 Xfer Iout2 WR1 Vref WR2 LM327 +5V =+ +5V 信息工程學院 基于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設計 第 9 頁 共 44 頁 /WR：用來啟動轉換的控制輸入，相當于 ADC 的轉換開始，當 /WR 由 HI 變?yōu)?LO 時轉換器被清除；當 /WR 回到 HI 時，轉換正式開始。 /RD：外部 讀取轉換結果的控制腳輸出信號。 ■ 分辨率： 8 位； ■ 轉換時間： 100us； ■ 總誤差：177。信號輸入 端的信號可以是傳感器（ Sensor）或轉換器（ Transducer）的輸出，而 ADC 輸出的數(shù)字信號可以提供給微處理器，以便更廣泛的應用。 （ 4）、單緩沖方式連接：所謂單緩沖方式就是使 DAC0832的兩個輸入寄存器中有一個（多為 DAC寄存器）處于直通方式，而另一個處于受控的鎖存方式。此外，在使用多個 D/A轉換器分時輸入數(shù)據(jù)的情況下，兩級緩沖可以保證同時輸出模擬電壓。 信息工程學院 基于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設計 第 7 頁 共 44 頁 （ 3）、 DAC0832的原理框圖如下所示：由圖可知數(shù)字量是通過兩級寄存器送至 D/A轉換器的輸入端。 AGND:模擬信號地。電流 IOUT1與 IOUT2的和為常數(shù)， IOUT IOUT2隨 DAC寄存器的內(nèi)容線性變化。 Rfb:反饋信號輸入引腳，反饋電阻在芯片內(nèi)部。當 XFER 為低電平， WR2輸入負脈沖，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負跳變，輸入寄存器的內(nèi)容打入 DAC寄存器。 DAC寄存器的寫選通信號。 XFER：數(shù)據(jù)傳送信號，低電平有效。輸入寄存器鎖存信號 LE1有 ILE、 CS 、 WR1的邏輯組合產(chǎn)生。 D0~D7:數(shù)據(jù)輸入線； ILE:數(shù)據(jù)允許鎖存信號，高電平有效； CS:輸入寄存器選擇信號，低電平有效。 DAC0832的應用特性 ? DAC0832是微處理器兼容型 D/A轉換器，可以充分利用微處理器的控制力 實現(xiàn)對 D/A轉換的控制； ? 有兩級鎖存控制功能，能夠實現(xiàn)多通道 D/A的同步轉換輸出； ? DAC0832內(nèi)部無參考電壓源；須外接參考電壓源； ? DAC0832為電流輸出型 D/A轉換器，要獲得模擬電壓輸出是，需要外加轉 換電路 。 XTAL2 18 O 晶體 2 晶振輸出 信息工程學院 基于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設計 第 5 頁 共 44 頁 （二）、功能圖 （三）、 DAC0832 （ 1） DAC0832芯片是一種具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的 8位 DAC，它能直接與 MCS51單片機 接口，其具有以下特性參數(shù)： ? 分辨率為 8位； ? 電流穩(wěn)定時間 1us。該引腳在對 FLASH 編程時接 12V 編程電壓 (Vpp)。如果 EA為高時，將執(zhí)行內(nèi)部程序除非程序，計數(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：在訪問外部存儲器時，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下， ALE 輸出信號恒定為1/6 振蕩頻率。當作為輸入腳時，被外部拉低的 P2口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流 (見 DC 電氣特性 ) 。當作為輸入腳時被外部拉低的 P1口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流 (見DC 電氣特性 )。 P0也可以在訪問外部程序存儲器時作地址的低字節(jié)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作數(shù)據(jù)總線此時通過內(nèi)部強上拉傳送 1。要實現(xiàn)對器件串行在系統(tǒng)編程 (ISP)和