【正文】 字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時(shí)積分項(xiàng)和微分項(xiàng)可用求和及增量式表示： 式中：u(t)為控制器的輸出；e(t)為偏差，即設(shè)定值與反饋值之差；KC為控制器的放大系數(shù)，即比例增益；TI為控制器的積分常數(shù)；TD為控制器的微分時(shí)間常數(shù)。 PID一般算式及模擬控制規(guī)律如式(1)所示：二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)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(shí)問和微分時(shí)間的大小。PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。 PID控制的原理和特點(diǎn) 單片機(jī)作為控制系統(tǒng)中必不可少的部分，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，用單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和控制，保證系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的控制精度，有利于提高系統(tǒng)的工作效率。 而采用PID算法進(jìn)行溫度控制，它具有控制精度高，能夠克服容量滯后的特點(diǎn)，特別適用于負(fù)荷變化大、容量滯后較大、控制品質(zhì)要求又很高的控制系統(tǒng)。這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低，但控制效果不理想，控制溫度精度不高、容易引起震蕩，達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)的時(shí)間也長，因此，只能用在精度要求不高的場(chǎng)合。在冶金、石油、化工、電力和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等行業(yè)，溫度是極為重要而又普遍的熱工參數(shù)之一，在普通家庭里熱水器、電飯煲、電烤箱等依賴于溫控技術(shù)的家電設(shè)備也是必不可少。 查字模塊:當(dāng)需要由單片機(jī)來控制調(diào)用字模時(shí)，需要增設(shè)漢字模模塊保存模塊。 驅(qū)動(dòng)電路:用來驅(qū)動(dòng)LED 顯示點(diǎn)陣的電路。 單片機(jī)功能:控制電路采用單片機(jī)，主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)的通訊、控制存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)模塊、安排控制信號(hào)的定時(shí)與順序、控制驅(qū)動(dòng)LED 顯示點(diǎn)陣的電路等。這一行上的 LED發(fā)光器件就可以根據(jù)列數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。 控制器結(jié)構(gòu)與功能:由M行N 列組成的M*N 圖文顯示屏其LED 發(fā)光器件數(shù)量相當(dāng)大，不宜使用靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路，而采用多行的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器。每一種顏色的控制方法和單色的完全相同。顯示的時(shí)候，各個(gè)顏色的顯示點(diǎn)陣是分開控制的。本系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境采用的是單色圖文屏，采用紅色的LED 點(diǎn)陣單元。 由于文字的顯示點(diǎn)陣格式比較規(guī)范，可以采用現(xiàn)行計(jì)算機(jī)通用的字庫字模，如漢字的宋體、楷體和黑體等多種可供選擇的方案；其大小也可以有 16*124*232*348*48 等不同規(guī)格。由于段數(shù)不多，組合形成的字符也不多。像數(shù)碼管一類的LED 顯示器件只在需要發(fā)光的七段位置上布置LED 器件，其它位置都是空白的，因此相對(duì)價(jià)格比較便宜。不論是圖形還是文字，都是控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在的位置相對(duì)應(yīng)的LED 器件發(fā)光。 圖文顯示屏的硬件硬件模塊基本結(jié)構(gòu)可以分為屏體和控制器兩大部分。 主控制界面的工作原理 :系統(tǒng)采用 Windows 標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)格的下拉菜單主界面，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)如下功能：在窗體菜單欄選擇在更新顯示內(nèi)容時(shí)的圖形、文字的編輯，顏色的選取控制，對(duì)于字模的提取與保存的控制以及對(duì)于存儲(chǔ)的待顯示信息的優(yōu)化處理，動(dòng)態(tài)效果的添加，文件傳輸前的調(diào)整和設(shè)備通訊前的設(shè)置功能。 因此，相應(yīng)的應(yīng)用軟件主要由主界面、動(dòng)態(tài)顯示界面、圖象預(yù)覽界面、串口校驗(yàn)等界面組成。在應(yīng)用軟件的支持下，錄入的文字實(shí)時(shí)的由計(jì)算機(jī)下載給主控制器，并實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示；更新顯示內(nèi)容時(shí)，計(jì)算機(jī)將錄入的文字或圖形數(shù)據(jù)下載給主控器，并存入存儲(chǔ)器中。 LED圖文顯示屏屏軟件系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)需第16頁（共33頁）智能溫度控制系統(tǒng)的概述要聯(lián)機(jī)動(dòng)態(tài)顯示和更新部分或全部LED圖文顯示屏系統(tǒng)顯示內(nèi)容。 LED顯示屏的介紹和工作原理 LED顯示屏的工作原理 現(xiàn)在一般把顯示圖形或文字的LED 顯示屏稱為圖文屏，其實(shí)LED 圖文顯示屏并沒有一個(gè)公認(rèn)的嚴(yán)格的定義，這里所謂的圖形，是指由單色固定亮度的點(diǎn)陣線條組成的任意圖形，其中LED 點(diǎn)陣發(fā)光器件或發(fā)光或熄滅，即只有兩種狀態(tài)。 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此，當(dāng)單總線上所掛DS18B20 超過8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 ，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。 DS18B20使用中的注意事項(xiàng)DS18B20 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 從測(cè)溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，這是必須保證的，不然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示85。 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 第22頁（共31頁）智能溫度控制系統(tǒng)的概述TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。 DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： ，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。 8. DS18B20的分辯率由用戶通過EEPROM設(shè)置為9~12位。 6. 用戶可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度?！妗?3. 低壓供電，電源范圍從3~5V，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線上竊取電源（寄生電源方式）。DS18B20功能特點(diǎn)： 1. 采用單總線技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一根I/O線，在一根線上可以掛接多個(gè)DS18B20。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。DS18B20測(cè)溫原理：低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。緊接著執(zhí)行第二個(gè)周期為復(fù)位、跳過ROM指令、執(zhí)行讀RAM的存儲(chǔ)器操作指令、讀數(shù)據(jù)（最多為9第14頁（共33頁）基于AT89c51家庭溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真?zhèn)€字節(jié)，中途可停止，只讀簡(jiǎn)單溫度值則讀前2個(gè)字節(jié)即可）。數(shù)據(jù)的讀寫方法將有下文有詳細(xì)介紹。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機(jī)）必須等待18B20執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間為500uS。存儲(chǔ)器操作指令的功能是命令18B20作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。4， 控制器發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令：在ROM指令發(fā)送給18B20之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了。誠然，單總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)器件，并通過每個(gè)器件上所獨(dú)有的ID號(hào)來區(qū)別，一般只掛接單個(gè)18B20芯片時(shí)可以跳過ROM指令（注意：此處指的跳過ROM指令并非不發(fā)送ROM指令，而是用特有的一條“跳過指令”）。ROM指令為8位長度，功能是對(duì)片內(nèi)的64位光刻ROM進(jìn)行操作。如果復(fù)位低電平的時(shí)間不足或是單總線的電路斷路都不會(huì)接到存在脈沖，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意意外情況的處理。2， 存在脈沖：在復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在15~60uS后接收存在脈沖，存在脈沖為一個(gè)60~240uS的低電平信號(hào)?？刂破鲗?duì)18B20操作流程：1， 復(fù)位：首先我們必須對(duì)DS18B20芯片進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（單片機(jī)）給DS18B20單總線至少480uS的低電平信號(hào)。第9個(gè)字節(jié)為前8個(gè)字節(jié)的CRC碼。第5個(gè)字節(jié)則是用戶第3個(gè)EEPROM的鏡像。第2個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第4個(gè)字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。DS18B20共64位ROM。18B20共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是：ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號(hào)，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗(yàn)）。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。 DS18B20 引腳定義： (1) GND為電源地； (2) DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端； (3)VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）?！?； （6）可編程的分辨率為9～12 位，℃、℃、℃℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫； （7）在9 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12 位分辨率時(shí)最多在750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快； （8）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一線總線串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力； （9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。目前DS18B20 批量采購價(jià)格僅10 元左右?，F(xiàn)在，新一代的DS18B20 體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12 V 編程電源（ VPP）。/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管 是否有 內(nèi)部程 序存儲(chǔ) 器。在由外 部程 序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期 兩次/PSEN 有效。如果微處理器在 外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無 效。此時(shí) ， ALE 只有在 執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令 是ALE 才起作用。然而要注意的是：每當(dāng) 用作外 部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸 出正脈沖信號(hào)，此頻 率為振蕩器頻率的 1/6。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。RST：復(fù) 位輸入 。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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信 號(hào)。P2 口當(dāng)用于外 部程 序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取 時(shí)， P2 口輸 出地址的高八位。并因此作為 輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部 拉低，將輸出電流 。 在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址 接收。P1 口：P1 口是一個(gè)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(chǔ)器 ，它可以被定義為數(shù) 據(jù)/地址的第八位。P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏 級(jí)開 路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 外部 引腳VCC：供電電壓。可編 程串行 通道兩個(gè) 1 6 位定時(shí) 器/計(jì)數(shù)器1 288 位內(nèi)部 RAM全靜 態(tài)工作 ：0 Hz24MHz壽命 ：1 000 寫/擦循 環(huán)與 MCS51 兼容AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技 術(shù)制造 ，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令 集和輸 出管腳 相兼容。AT89C20 51 是一種帶 2 K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。3247。Rf Q247。它有4個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)存儲(chǔ)器、片外存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及片外存儲(chǔ)器。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，外接石英晶體和微調(diào)電容。XTAL1——片內(nèi)振蕩器反向放大器和時(shí)鐘發(fā)生線路的輸入端。此外，ALE端連續(xù)輸出正脈沖，頻率為晶振頻率的1/6，可做外部定時(shí)脈沖使用。PSEN——片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)PSEN，低電平有效。在編程校驗(yàn)時(shí)，該引腳可接VCC。當(dāng)EA接VCC時(shí)，對(duì)ROM的讀操作從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器。 RST——復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。它可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。用作輸入時(shí)，應(yīng)先將輸出鎖存器置1。P3——8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。在編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口接收高字節(jié)地址和某些控制信號(hào)。P2——8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P1口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。在編程和校驗(yàn)時(shí)，可用作輸入低8位地址。P1口——8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉電阻。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器及外擴(kuò)I/O口時(shí)，P0口作為低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線。 （1）I/O口線（4）外圍接口電路 AT89C51單片機(jī)的外圍接口電路主要包括：4個(gè)可編程并行I/O口,1個(gè)可編程串行口，2個(gè)16位的可編程定時(shí)器以及中斷系統(tǒng)等。復(fù)位時(shí)PC的內(nèi)容是0000H.(3)存儲(chǔ)器單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。（2）控制器控制器是識(shí)別指令并根據(jù)指令性質(zhì)協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)內(nèi)各組成單元進(jìn)行工作的部件，主要包括程序計(jì)數(shù)器PC、PC增量器、指令寄存器、指令譯碼器、定時(shí)及控制邏輯電路等，其功能是控制指令的讀入、譯碼和執(zhí)行，并對(duì)指令執(zhí)行過程進(jìn)行定時(shí)和邏輯控制。B寄存器在乘法和除法指令中作為ALU的輸入之一，另一個(gè)輸入來自ACC。ACC既是ALU處理數(shù)據(jù)的來源，又是ALU運(yùn)算結(jié)果的存放單元。ALU的輸出也是兩個(gè)：一個(gè)是累加器，數(shù)據(jù)經(jīng)運(yùn)算后，其結(jié)果又通過內(nèi)部總線返回到累加器；另一個(gè)是程序狀態(tài)字PSW，用于存儲(chǔ)運(yùn)算和操作結(jié)果的狀態(tài)。算術(shù)運(yùn)算包括加、減、乘、除、增量、減量、BCD碼運(yùn)算；邏輯運(yùn)算包括“與”、“或”、“異或”、左移位、右移位和半字節(jié)交換，以及位操作中的位置位、位復(fù)位等。其中包括算術(shù)和邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序狀態(tài)字PSW和兩個(gè)暫存器等。）V且典型值為5V,最高工作頻率為24MHz.