【正文】 OS 管狀態(tài)的過程叫做 ROM 編程。只讀存儲器的特點是信息一旦寫入之后就不能隨意跟更改，特別是不能在程序運(yùn)行過程中寫入新的內(nèi)容，而只能讀出 其中的內(nèi)容，故稱之為只讀存儲器；只讀存儲器的另一個特點是斷電以后信息不會消失，能夠長久保存。輸出允許端 OE 接地表示輸出三態(tài)門一直打開。東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件 13 在 MCS－ 51單片機(jī)系統(tǒng)中 ,經(jīng)常采用 74LS373作為地址鎖存器使用 ,其連接方法如圖311 所示。當(dāng) OE＝ 0 時 ,三態(tài)門打開 。 G為數(shù)據(jù)打入端 :當(dāng) G為 1時 ,鎖存器輸出端狀態(tài) (1Q～ 8Q)同輸入狀態(tài) (1D～ 8D)；當(dāng) G 由 1變 0時 ,數(shù)據(jù)打入鎖存器中。 圖 310 74LS373 的結(jié)構(gòu)圖 其中： 1D～ 8D為 8 個輸入端。 74LS244 的引腳如圖 39所示。單向的內(nèi)部有 8個三態(tài)驅(qū)動器，分成兩組，分別由控制端 1G和 2G 控制；雙向的有 16 個三態(tài)驅(qū)動器，每個方向 8個。 系統(tǒng)的擴(kuò)展一般有以下幾方面的內(nèi)容： ①外部程序存儲器的擴(kuò)展； ②外部數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展； ③輸入 /輸出接口的擴(kuò)展； ④管理功能器件的擴(kuò)展（如定時 /計數(shù)器、鍵盤 /顯示器、中斷優(yōu)先編碼等）。但對于一些較大的應(yīng)用系統(tǒng)來說，單片機(jī)片內(nèi)所具有的功能將顯得不足，這時就必須在片外連接一些外圍芯片。 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展 MCS— 51 系列單片機(jī)的功能較強(qiáng)，從一定意義上說，一塊單片機(jī)就相當(dāng)于一臺單片機(jī)的功能。當(dāng) Rc=200KΩ時， fLCK=140KHz。外接失調(diào)補(bǔ)償電容固定為 。圖中 DU端和 EOC 端短接，以選擇連續(xù)轉(zhuǎn)換方式，使每一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果都輸出。 5G14433 的外部連接電路，盡管 5G14433 外部連接元件很少，但為使其工作于最佳狀態(tài)，也必須注意外部電路的連接和外接元件的選擇，其實際連接電路如圖 38所示。因此廣泛應(yīng)用在低速微控制器應(yīng)用系統(tǒng)，智能儀表和數(shù)字三用表等領(lǐng)域。 圖 37 CC4067 功能框圖 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件 11 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇及連接 5G14433 是我國制造的 31/2 位模 /數(shù)變換器，是目前市場上廣泛流行的最典型的雙積分模 /數(shù)變換器。開關(guān)斷開時間： 1us(max). CC4067 引腳圖示與圖 36。 主要性能 CMOS 工藝制造；直接驅(qū)動 DTL/TTL/CMOS 電平；單路、 16 選 1 模擬多路轉(zhuǎn)換器；具有雙向轉(zhuǎn)換功 能；單電源供電；標(biāo)準(zhǔn) 24 引腳 DIP 封裝；功耗： ；開關(guān)接通電阻：180 歐（ typ） 。 CC4067 可用模擬信號或數(shù)字信號去控制模擬開關(guān)的接通或斷開，具有低的導(dǎo)通電阻和高的斷開電阻，所控制的模擬信號最大峰值為 15V，而數(shù)字信號的幅度 3V5V . CC4067 芯片具有禁止端 inh。東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件 10 CC4067 是單片 . 通道 .模擬多路轉(zhuǎn)換器。當(dāng)冷端溫度升高時， RCu補(bǔ)償電阻將隨之增大，則電橋 a、 b兩點間的電壓 Vab也增大，此時熱電偶溫差電勢卻隨冷端溫度升高而降如果 Vab 的增加量等于熱電偶溫差電勢的減小量，則熱電偶輸出電勢 VAB 的大小將保持不變，從而達(dá)到冷端補(bǔ)償?shù)哪康摹?RS是供橋電源 E的限流電 阻， RS由熱電偶的類型決定。 圖 35 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償電橋 圖中所示的補(bǔ)償電橋橋臂電阻 R R R3和 RCu通常與熱電偶的冷端置于相同的環(huán)境中。冷端補(bǔ)償方法較多，在本次的設(shè)計中我們采用的冷端溫度補(bǔ)償為電橋式冷端補(bǔ)償。 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償方法 用熱電偶測量溫度時，熱電偶的工作端（熱端）被 放置在待測溫場中，而自由端（冷端）通常被放在 0℃的環(huán)境中。 測量放大器的放大倍數(shù)用下面 公式計算 ?????? ????GGI RRRRRRUUG 39。 圖 34 測量放大器的原理圖 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件 9 測量放大器由三個運(yùn)算放大器組成，其中 A A2 兩個同相放大器組成前級，為對稱結(jié)構(gòu)，輸入信號加在 A A2的同相輸入端從而具有高抑止共模干擾的能力和高輸入阻抗。熱電偶就是利用這個原理測量 溫度的。熱電偶是由兩種不同材料得導(dǎo)體 A和 B連接在一起構(gòu)成得感溫元件，如圖 33 所示。微機(jī)通過控制把電路電壓送 到模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，得到表示溫度的電壓數(shù)字量，再用軟件進(jìn)行標(biāo)度變換與誤差補(bǔ)償，得到測溫點的實際溫度值。其一般結(jié)構(gòu)如圖 32 所示?？刂屏坑?D/A 轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)功率放大后驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制火爐的進(jìn)氣量，使?fàn)t子的溫度按規(guī)定的工藝曲線變化東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件 8 溫度檢測電路 溫度檢測是溫度控制系統(tǒng)的一個重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到系統(tǒng)性能。單片機(jī)首先對它進(jìn)行標(biāo)度變換，得支它所示、表示的溫度值。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 控制系統(tǒng)組成框圖如圖 31 所示。從而控制電爐的溫度，實現(xiàn)溫度的自動調(diào)節(jié)，使得溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近。 系統(tǒng)設(shè)計總體方案： 本設(shè)計的主要解決的問題是通過單片機(jī)控制系統(tǒng) ,實現(xiàn)對溫度的智能控制。 基于此，系統(tǒng)的大致要求有以下兩點： 1) 要有一定的控制精度和轉(zhuǎn)換精度（一般采用數(shù)字式 PID 控制）。按照系統(tǒng)的設(shè)計功能要求，本 溫度控制系統(tǒng)采用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，利用自行編寫的軟件系統(tǒng)來完成被測溫度的采集、計算，以及顯示等等功能。 圖 11 控制電路的設(shè)計 給定值 8031 控制電路 驅(qū)動 電路 晶閘管 主電路 被控 對象 輸出 溫度 采樣電路 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 方案簡介 6 系統(tǒng)設(shè)計方案 系統(tǒng)設(shè)計要求： 該系統(tǒng)為溫度控制系統(tǒng)，在整個工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵性的作用，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是一個最重要的物理量。 本系統(tǒng)所使用的加熱爐為電加熱爐，爐絲功率為 2kw，系統(tǒng)要求爐膛恒溫，誤差為士 VC,超調(diào)量可能小，溫度上升較快且有良好的穩(wěn)定性 . 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是以 MS5l單片機(jī)為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅(qū)動電路，晶閘管主電路對電爐爐溫進(jìn)行控制的微機(jī)控制系統(tǒng)。產(chǎn)品工藝不同，控制溫度的精度也不同，因而對數(shù)據(jù)采集的精度和所采用的控制算法也不同。由于爐子的種類不同，因而所使用的燃料和加熱方法也不同，例如煤氣、天然氣、油、 電等 。因此，它實質(zhì)上是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 方案簡介 5 系統(tǒng)方案概述 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的一個簡單應(yīng)用。 （ 5） 自我診斷功能采用計算機(jī)技術(shù)后，可對控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)故 障則立即進(jìn)行報警，并可顯示故障部位或可能的故障原因，對排除故障的方法進(jìn)行提示。 （ 3） 數(shù)據(jù)處理功能利用計算機(jī)技術(shù)可以實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器無法實現(xiàn)的各種復(fù)雜的處理和運(yùn)算功能。 （ 1） 自動調(diào)零功能在每次采樣前對傳感器的輸出值自動清零，從而大大降低因控制系 統(tǒng)漂移變化造成的誤差。因此，現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計，特別是高精度、高性能的控制系統(tǒng)，目前已 大多數(shù) 采用計算機(jī)技術(shù)了。計算機(jī)技術(shù)的迅 速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)發(fā)生了根本性的變革，即采用微機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)的電子線路，從而成為新一代的微機(jī)化控制系統(tǒng)。由于工廠原有的溫度控制系統(tǒng)是一個完全依靠值班人員手動控制的系統(tǒng)，所以對該系統(tǒng)技術(shù)改造的要求是在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，設(shè)計一套溫度自動控制系統(tǒng)，克服由于采用單純手動控制系統(tǒng)進(jìn)行控制帶來的控制不方便，從而降低了能源消耗和資源浪費(fèi)，提高設(shè)備的可維護(hù)性和運(yùn)行的可靠性，以達(dá)到降低溫控的人力、財力成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。 工業(yè)控制中希望對原有系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行改造，從而提高生產(chǎn)過程的自動化水平。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 方案簡介 4 第 2章 方案簡介 課題背景與意義 在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。它不僅能發(fā)揮模糊控制的魯棒性好、動態(tài)響應(yīng)好、上升時間快和超調(diào)小的特點，又具有 PID 控制器的動態(tài)跟蹤品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度。 從以上的分析可知模糊自整定 PID 控制應(yīng)用在具有明顯的純滯后、非線性、參數(shù)時變類似于電爐這樣特點的控制對象可以獲得很好的控制性能。但由于操作者經(jīng)驗不易精確描述，控制過程中各種信號量以及評價指標(biāo)不易定量表示，而模糊理論正是解決這一問題的有效途徑。另外對于 PID 控制，若條件稍有變化，則控制參數(shù)也需調(diào)整。 圖 11 模糊自整定 PID 控制 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 3 電爐采用模糊自整定 PID 控制的可行性 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，電爐隨著負(fù)荷變化或干擾因素的影響，其對象特性或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。它以誤差 e和誤差變化 ec作為輸入，可以滿足不同時刻的 e和 ec 對參數(shù)自整定的要求。在文獻(xiàn)中介紹了多種能提高 PID控制精度的模糊 PID 混合控制方案，例如：引入積分因子的模糊 PID 控制器；混合型模糊 PID 控制器；另外將其與其它先進(jìn)控制技術(shù)結(jié)合又有模糊自適應(yīng) PID 控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊 PID 控制等。但模糊控制器本身消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的性能比較差，難以達(dá)到較高的控制精度。 模糊 PID 控制 模糊控制的概念是由美國加利福尼亞大學(xué)著名教授 首先提出的，經(jīng)過20多年的發(fā)展，模糊控制取得了矚目的成就。 電爐溫度控制技術(shù)發(fā)展日新月異，從模擬 PID、數(shù)字 PID 到最優(yōu)控制、自適 應(yīng)控制，再發(fā)展到智能控制，每一步都使控制的性能得到了改善。 自整定技術(shù)可追溯到 50 年代自適應(yīng)控制處于萌芽時期， 60 年代國外有人設(shè)計了東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 2 一種自動調(diào)節(jié)式的過程控制器，因其價格高、體積大、可靠性差而未能商品化。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們利用人工智能的方法將操作人員的調(diào)整經(jīng)驗作為知識存入計算 機(jī)中，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，計算機(jī)能自動調(diào)整 PID 參數(shù)。其中有利用開環(huán)階躍響應(yīng)信息，如 CoonCohen 響應(yīng)曲線法；還有使用 Nyquist 曲線法的，如ZieglerNichols 連續(xù)響應(yīng)法。 根據(jù)不同的目的，將材料及其制件加熱到適宜的溫度。 溫度控制在熱處理工藝過程中 ,是一個非常重要的環(huán) 節(jié)。 電爐是熱處理生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的加熱設(shè)備，通過布置在爐內(nèi)的電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能 ,借助輻射與對流的傳 熱方式加熱工件。燃料量的調(diào)節(jié)通常利用閥門、翻板等實現(xiàn)。如鍋爐、焦?fàn)t等。這一類設(shè)備在工廠占有相當(dāng)大的比例。如果按加溫方法分類，可將熱處理設(shè)備分為兩大類 1． 電熱爐 這類設(shè)備通過電熱元件通電發(fā)熱而升溫，調(diào)節(jié)加入 爐子的電功率則改變爐內(nèi)的溫度。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī)； 熱處理溫度控制； 模糊 PID。本文研究的 電爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，傳統(tǒng)的加熱爐控制系統(tǒng)大多建立在一定的模型基礎(chǔ)上，難以保證加熱工藝要求。 溫度控制在熱處理工藝過程中 ,是一個非常重要的環(huán)節(jié)。本文主要介紹單片機(jī)在熱處理爐溫度控制中的應(yīng)用，對溫度控制模塊的組成及主要所選器件進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 東華理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 題 目： 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究 英文題目： Design of Temperature Control System Based on SCM 作 者：