【正文】 友、還有老師，他們?cè)谖規(guī)椭医鉀Q了很多問(wèn)題，他們幫助讓我學(xué)到了許多知識(shí)，少走了很多彎路。輸出采用的是PWM波，加在電爐上的平均電壓與脈寬成正比。設(shè)定溫度通過(guò)三個(gè)按鍵送到P2 口，采用動(dòng)態(tài)顯示三個(gè)數(shù)（十位、個(gè)位和小數(shù)位），設(shè)定溫度可以在40～90℃之間調(diào)整，小數(shù)位可以顯示0和5，設(shè)定值非法報(bào)警。結(jié) 論通過(guò)兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我已經(jīng)完成了自己的設(shè)計(jì)。更重要的是該電路不能很可靠地解決程序二次“跑飛”的問(wèn)題，即偶爾還出現(xiàn)“看門(mén)狗”電路非正常失效的情況，并考慮到性?xún)r(jià)比、電路的簡(jiǎn)化及Vcc的檢測(cè)問(wèn)題，我們可以采用集成可編程看門(mén)狗監(jiān)控。表51 74123的真值表輸入輸出CLEARABLXXLHXHXLHXXLLHHL↑H↓H↑LH上述檢測(cè)程序跑飛的實(shí)用硬件電路，配以相應(yīng)的軟件程序，可廣泛適用于工作環(huán)境較為惡劣的智能儀器和采用微處理器的其它自動(dòng)檢測(cè)、控制系統(tǒng)。從而使UA被處罰，QA輸出一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)負(fù)脈沖（合理選擇R0B和C0B的值，是脈沖寬度為超過(guò)CPU兩個(gè)及其周期）。UA的反相輸出端QA保持為高電平。以后在干擾沒(méi)有破壞智能儀器程序正常運(yùn)行時(shí)。我們?cè)诔跏蓟绦虻拈_(kāi)始就讓AT89C51單片機(jī)的T1為允許中斷定時(shí)方式。復(fù)位時(shí)程序計(jì)數(shù)器置0000H。通過(guò)或門(mén)后使得CPU復(fù)位。在CPU上電復(fù)位器件P1口所有輸出腳都被上拉電阻成高電平。74123的真值表如表51所示。根據(jù)上面的思路，我們采用一片雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多謝震蕩器74LS12一片四2輸入或門(mén)743一片四2輸入或非門(mén)7402及機(jī)制電阻電容來(lái)組成這個(gè)電路。其原理是，若程序一直正常運(yùn)行，RAM單元未遭破壞，即使儀器受到很大的干擾，也照樣不聞不問(wèn)；但當(dāng)干擾一旦破壞了程序的正常運(yùn)行，通過(guò)軟硬件相結(jié)合的辦法就能立即發(fā)現(xiàn)程序已經(jīng)跑飛。二．看門(mén)狗電路的具體設(shè)計(jì)由于以主動(dòng)方式從電源、信號(hào)傳輸通道、I/O口能產(chǎn)生電磁耦合的任何空間方向檢測(cè)各種干擾將是極端復(fù)雜和困難的；即使能測(cè)出來(lái)也難以計(jì)算它們對(duì)智能一般與系統(tǒng)的實(shí)際影響。另外，象鍵盤(pán)無(wú)法輸入，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是偶那個(gè)等一般也是儀器干擾后PC值出錯(cuò)、程序跑飛所造成的。3. 全部或某些中斷不響應(yīng)。而一旦出現(xiàn)直接破壞RAM數(shù)據(jù)的強(qiáng)干擾。2. RAM區(qū)和寄存器某些參數(shù)和標(biāo)志全部或局部被破壞。這種情況是因干擾使CPU執(zhí)行程序的指揮棒——程序計(jì)數(shù)器（PC）值突然出錯(cuò)所至。一．程序跑飛的表現(xiàn)當(dāng)儀器遇到某種強(qiáng)的干擾時(shí)，可能會(huì)影響和破壞程序的正常運(yùn)行。為及時(shí)監(jiān)視某些外設(shè)的變化和定時(shí)地做一些諸如掃描鍵盤(pán)顯示器，有規(guī)律地控制執(zhí)行器等，往往需要設(shè)立一些中斷。主程序結(jié)構(gòu)是儀器而定。復(fù)位結(jié)束后，儀器的CPU便從程序計(jì)數(shù)器的復(fù)位值開(kāi)始執(zhí)行初始化程序。所以需要提出一個(gè)充分利用CPU的智能，采用以軟件為主、軟硬件結(jié)合檢測(cè)程序跑飛的方法，使智能儀器在受?chē)?yán)重干擾、發(fā)生程序跑飛時(shí)能實(shí)現(xiàn)自診斷和自恢復(fù)運(yùn)行。這是智能儀器便失去控制，需迅速采取有效措施恢復(fù)程序的正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)仔細(xì)的分析發(fā)現(xiàn)這與測(cè)溫子程序有關(guān)，檢測(cè)溫度的頻率和延時(shí)會(huì)影響整個(gè)電路的穩(wěn)定性，這與機(jī)器周期有關(guān)系，一開(kāi)始我用的是6MHZ的晶振（機(jī)器周期為2um），后來(lái)?yè)Q了一個(gè)12MHZ的晶振（機(jī)器周期為1um），顯示穩(wěn)定了許多，然后修改了一下顯示延時(shí)程序，顯示穩(wěn)定。由于I/O口資源較少所以后來(lái)改用獨(dú)立式鍵盤(pán)電路，、。否是P1=0？100？P←初值UK（上升沿）T送初值100返回（下降沿）P←初值UK圖330 PWM流程圖[115]溫度控制系統(tǒng)可采用比例積分調(diào)節(jié)器來(lái)校正，按一定采樣周期采集r(k)和F(k),其偏差值為 e（k）= r（k）F（k） （）根據(jù)偏差值來(lái)計(jì)算輸出u(k)，其對(duì)應(yīng)差分方程為：u(k)= u(k1)+ a0e(k) a1e(k1) （）其中： a0=Kp(1+T/T1) （） a1= Kp （）e（k）= r（k）F（k） （）u(k)為輸出 比例積分調(diào)節(jié)流程圖如圖331所示取溫度F（k）取給定溫度r（k）e（k）= r（k）－F（k），存放在EK單元計(jì)算a0e(k)結(jié)果存在A0Ek單元Ek1←Ek返回Uk1←Uk從EK1取出e(k1)計(jì)算a1e(k1)結(jié)果存在A1Ek單元計(jì)算uk1+ a0e(k) a1e(k1)結(jié)果存在Uk將Uk送入PWM單元圖331 比例積分調(diào)節(jié)流程圖第四章 電路安裝和調(diào)試 安裝和調(diào)試工具 設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題 在設(shè)計(jì)按鍵電路的時(shí)候我最初的想法是用矩陣鍵盤(pán)，、。 軟件的設(shè)計(jì)[12]如圖327所示圖327 水溫控制電路的主流程圖[2]如圖328所示圖328 按鍵處理子程序[2]如圖329顯示40℃Y調(diào)顯示子程序顯示90℃報(bào)警Y按鍵預(yù)置溫度〉40℃？N按鍵預(yù)置溫度〈90℃？N報(bào)警圖329 預(yù)置溫度非法報(bào)警程序流程圖，加在電爐上的平均電壓與脈寬成正比[13]。 硬件的整合[11]水溫控制電路的原理圖見(jiàn)附錄二 根據(jù)原理圖，實(shí)際水溫顯示的字型碼是由P0口送出，十位；設(shè)定溫度顯示的字型碼是由P2口送出，十位、。 綜合本設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，我選用最常用的比例積分控制（PI控制），由于是集于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程，采用這種方法不會(huì)增加系統(tǒng)硬件成本。在比例基礎(chǔ)上加入微分作用，使穩(wěn)定性提高，再加上積分作用，可以消除余差。因此，適用于之后較小，負(fù)荷變化不大，被控量不允許有余差的控制系統(tǒng)，它是工程上使用最多、應(yīng)用最廣泛的一種控制方法。c) 比例積分控制（PI控制） 由于比例積分控制的特點(diǎn)是控制器的輸出與偏差的積分比例，積分的作用使過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)無(wú)余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。因此它適應(yīng)于控制通道滯后較小，負(fù)荷變化不大、允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。b) 比例控制(P控制) 比例控制的特點(diǎn)是控制器的輸出與偏差成比例，輸出量的大小與偏差之間有對(duì)應(yīng)關(guān)系。但由于輸出控制量只有兩種狀態(tài)，使被控參數(shù)在兩個(gè)方向上變化的速率均為最大，因此容易引起反饋回路產(chǎn)生振蕩，對(duì)自動(dòng)控制會(huì)產(chǎn)生十分不利的影響，甚至?xí)驗(yàn)檩敵鲩_(kāi)關(guān)的頻繁動(dòng)作而不能滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)控制精度的要求。一般來(lái)說(shuō)，熱過(guò)程大多具有較大的滯后，他對(duì)熱核信號(hào)的響應(yīng)都回推遲一些時(shí)間使輸出與輸入之間產(chǎn)生相移。本設(shè)計(jì)選用的是5V供電，2A 250VAC的固態(tài)繼電器。繼電器所帶的負(fù)載為一個(gè)額定功率300W，接220V交流電的電爐。具體連接如圖326所示。圖325 DC—SSR驅(qū)動(dòng)大功率高壓負(fù)載圖324 DC—SSR驅(qū)動(dòng)大功率負(fù)載 本設(shè)計(jì)固態(tài)繼電器的選擇與應(yīng)用[10]圖326 固態(tài)繼電器控制電路由于固態(tài)繼電器的輸出采用的光電耦合器對(duì)信號(hào)進(jìn)行了隔離，本設(shè)計(jì)無(wú)需再接光電耦合器了。圖323 CMOS驅(qū)動(dòng)SSR圖322 TTL驅(qū)動(dòng)SSR（1）DC—SSR驅(qū)動(dòng)大功率負(fù)載，見(jiàn)圖324。 （2）TTL驅(qū)動(dòng)SSR，見(jiàn)圖322。其關(guān)斷向晶閘管的負(fù)載電流為零時(shí)，SSR關(guān)斷。非過(guò)零型在輸入信號(hào)時(shí)，不管負(fù)載電源電壓相位如何，負(fù)載端立即導(dǎo)通。圖321 觸點(diǎn)控制（3） 以控制觸發(fā)信號(hào)的形式分類(lèi)：可分為過(guò)零型。（2） 以開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)形式分類(lèi)：可分為長(zhǎng)開(kāi)式和常閉式。（1） 以負(fù)載電源類(lèi)型分類(lèi)：可分為直流型（DCSSR）和交流型（ACSSR）兩種。 固態(tài)繼電器是一種四端器件，兩端輸入，兩端輸出。（6） 抗干擾能力強(qiáng)：由于輸入與輸出之間采用了光電隔離，割斷了兩者的電氣聯(lián)系，避免了輸出功率負(fù)載電路對(duì)輸入電路的影響。（4） 能承受的浪涌電流大：其數(shù)值可為SSR額定值的6～10倍。（2） 高可靠性：由于其結(jié)構(gòu)上無(wú)可動(dòng)接觸不見(jiàn)，且采用全塑密閉式封裝，所以SSR開(kāi)關(guān)時(shí)無(wú)抖動(dòng)和回跳現(xiàn)象，無(wú)機(jī)械噪聲，同時(shí)能耐潮、耐振、耐腐蝕；由于無(wú)觸點(diǎn)火花，可用在有依然易爆介質(zhì)的場(chǎng)合。與普通的電磁式繼電器和磁力開(kāi)關(guān)相比，具有無(wú)機(jī)械噪聲、無(wú)抖動(dòng)和回跳、開(kāi)關(guān)速度快、體積小質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)、工作可靠等特點(diǎn)，并且耐沖擊、抗潮濕、抗腐蝕，因此在單片機(jī)測(cè)控等領(lǐng)域中，已逐漸取代傳統(tǒng)的電磁式繼電器和磁力開(kāi)關(guān)作為開(kāi)關(guān)量輸出控制元件。下面我就重點(diǎn)介紹一下固態(tài)繼電器。我們可以采用光耦對(duì)電路進(jìn)行隔離。這種干擾信號(hào)往往會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性降低，具體表現(xiàn)有系統(tǒng)死機(jī)、CPU反復(fù)復(fù)位、控制失靈等，也就是常說(shuō)的“程序的跑飛”。一些常用的小型電磁繼電器，由于受電流大小的限制，只能控制功率較小的負(fù)載。在后向通道的控制中，一般采用繼電器、可控硅等開(kāi)關(guān)器件。本設(shè)計(jì)采用的脈寬調(diào)制輸出控制電爐與電源的接通和斷開(kāi)的比例，以通斷控制調(diào)壓法控制電爐的輸入功率。DS18B20溫度檢測(cè)子程序:見(jiàn)附錄六 后向通道的設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)水溫的PID控制，電路的輸出不能是一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量，輸入電爐的功率必須連續(xù)可調(diào)。測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。2) 在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻摹．?dāng)采用普通型號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓VCC降到3V時(shí)，依然能夠保證溫度量精度。圖320：外部供電方式的多點(diǎn)測(cè)溫電路圖 外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單，可以開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。[3].DS18B20的外部電源供電方式外部電源供電方式如下圖319所示，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問(wèn)題，也是本設(shè)計(jì)選用的一種DS18B20工作方式，此方式可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器如下圖320所示，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。圖318 DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式電路圖 注意：在圖317和圖318寄生電源供電方式中，DS18B20的VDD引腳必須接地。 改進(jìn)的寄生電源供電方式如下面圖318所示，為了使DS18B20在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到E2存儲(chǔ)器操作時(shí)，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲(chǔ)器或啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最多10μS內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉狀態(tài)。圖317 DS18B20寄生電源供電方式電路圖 [2].DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式電路圖 注：，測(cè)出的溫度值比實(shí)際的溫度高，誤差較大。因此，圖34電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測(cè)溫情況下使用，不是一待用電池供電系統(tǒng)中。 獨(dú)特的寄生電源方式有三個(gè)好處：1) 進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無(wú)須本地電源；2) 可以在沒(méi)有常規(guī)電源的條件下讀取ROM；3) 電路更加簡(jiǎn)潔，僅適用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。 DS18B20測(cè)溫系統(tǒng)具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、廉潔方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)。讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式。復(fù)制暫存器0CCH將RAM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第4字節(jié)。 讀暫存器55H讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容。表38：(b) RAM指令表指令約定代碼功能溫度變換33H啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位抓換時(shí)間最長(zhǎng)為750ms（ ms）。適用于單片機(jī)工作。為操作個(gè)器件做好準(zhǔn)備。符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問(wèn)但總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的DS18B20使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該DS18B20的讀寫(xiě)作準(zhǔn)備。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號(hào)后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶(hù)不要去改動(dòng)。如實(shí)際溫度值十進(jìn)制與傳感器輸出二進(jìn)制、十六進(jìn)制對(duì)應(yīng)表34所示表34 實(shí)際溫度值十進(jìn)制與傳感器輸出二進(jìn)制、十六進(jìn)制對(duì)應(yīng)表TemperatureDigital Output（Binary）Digital Output (Hex)＋125℃0000 0111 1101 000007D0H＋85℃0000 0101 0101 00000550H＋℃0000 0001 1001 00010191H＋℃0000 0000 1010 00100