【正文】 常所接觸的控制器而言，一般都是利用電網提供的交流電源，經過整流、濾波、穩(wěn)壓后，濾去其不穩(wěn)定的脈動、干擾成分，提供一個穩(wěn)定的直流電壓，來使電子電路與電子設備保持正常的工作。固定式三端穩(wěn)壓電源(7805)是由輸出腳Vo,輸入腳Vi和接地腳GND組成,它的穩(wěn)壓值為+5V,它屬于CW78xx系列的穩(wěn)壓器,輸入端接電容可以進一步的濾波,輸出端也要接電容可以改善負載的瞬間影響,此電路的穩(wěn)定性也比較好。故本次設計電源電路需要采用擴流電路，如圖39。則穩(wěn)壓器的擴展后的輸出電流為3A，加一只二極管VD與R1并聯(lián)，當輸出電流超過額定植時，保護電阻R2上的壓降增大，必然會使VT1的Vbe減小，從而使VT1的輸出電流減小，以至不導通，這樣便達到了保護外接管的目的。 特殊器件的介紹本系統(tǒng)中主要使用了如下一些功能器件：DAC0832,ADC0809, 變頻器。 變頻器介紹通用變頻器的選擇包括變頻器的型式選擇和容量選擇兩個方面。表31 三菱FR500系列標準規(guī)格型號FRA540 KCH適用電機容量（KW）（注1）輸出額定容量（KVA）（注2）3額定電流（A）46912過載能力（注2）150% 60s 200% （反時限特性）電壓（注4）三相 380V至480V 50Hz/60Hz再生制動轉矩最大值2%ED電源額定輸入交流電壓、頻率三相 380V至480V 50Hz/60Hz交流電壓允許波動范圍323至528V 50Hz/60Hz允許頻率波動范圍177。變頻器類型的選擇要根據(jù)負載的要求進行。對于恒轉矩類負載或有較高靜態(tài)轉速精度要求的機械采用具有轉矩控制功能的高功能型變頻器則是比較理想的。為了實現(xiàn)大調速比的恒轉矩調速，常采用加大變頻器容量的辦法。大多數(shù)變頻器容量可從三個角度表述：額定電流、可用電動機功率和額定容量。選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是一個反映半導體變頻裝置負載能力的關鍵量。當調速范圍很大時，應考慮采用有反饋的矢量控制方式。當轉矩變動范圍不大時，可選擇較為簡易的V/F控制方式的變頻器，但對于轉矩變動范圍較大的負載，應考慮采用無反饋的矢量控制方式。在眾多變頻器中基于運行可靠性、價格適中我們選定三菱公司出品的FR500系列。CS：片選信號。WR1：寫信號1。WR2：寫信號2。XFER：傳送控制信號，用它來控制了WR2是否起作用。D0～D7：8位數(shù)字輸入，D0為最低位。它是邏輯電平為1的各位輸出電流之和。它是邏輯電平為0的各位輸出電流之和。VREf：基準電壓輸入，可以超出177。Vcc：邏輯電源。圖39 DAC0832引腳圖AGND：模擬地。 DGND：數(shù)字地，芯片數(shù)字信號接地點。若ILE=“1”、CS=“0”與WR1=“0”時，使輸入寄存器的LE=“1”，當WR1變?yōu)椤?”時，輸入寄存器便將數(shù)據(jù)鎖存。若XFER=“0”且WR2=“0”時，使得DAC寄存器的LE=“1”，DAC寄存器的輸出隨輸入變化，當WR2上升沿時，將輸入寄存器中的信息鎖存在DAC寄存器中。VREF端是外電路提供的+10V至10V的參考電源，Iout1與 Iout2是兩個電流輸出端?；蛘呤筗R1=“0”，CS=“0”，ILE=“l(fā)”，即輸入寄存器為不鎖存狀態(tài)，當WR2和XFER端接負脈沖信號，也可達到同樣目的。 　　2）具有轉換起停控制端。 　　6）工作溫度范圍為40～＋85攝氏度 　　7）低功耗，約15mW。下面說明各引腳功能?！　?1～28：8位數(shù)字量輸出端。 　　START： A／D轉換啟動信號，輸入，高電平有效。 　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。　　CLK：時鐘脈沖輸入端。 　　REF（+）、REF（）：基準電壓。 　　GND：地。此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。下降沿啟動 A／D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入,共用A/D轉換器進行轉換。A／D 轉換器的主要技術指標是轉換誤差、分辨率、轉換速度。當ST上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉換；在轉換期間，ST應保持低電平。當EOC為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行A/D轉換。OE＝1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 CLK為時鐘輸入信號線。ADC0809通道選擇表如表32所示。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 單片機AT89C51AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4Kbytes的可反復察寫的只讀程序存儲器和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲器技術生產，兼容MCS51的指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大。引腳功能：Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口，作為輸出口用時，每位能吸收8個TTL邏輯門電路，對端口寫1可作為高阻抗輸入端用。在Flash編程是P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。對端口寫1，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。Flsah編程和程序校驗期間，P1就收低8位地址。對端口寫1，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口線上的內容，在整個訪問期間不改變。P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。對P3口寫入1是，它們被內部上拉電阻拉高并作為輸入口。表33 P3口第二功能端口引腳第二功能串行輸入口串行輸出口外中斷0外中斷1定時/計數(shù)器0定時/計數(shù)器1外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：P3口還接受一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器，EA端必須保持低電平。如EA端為高電平，CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。各模塊的具體聯(lián)接圖見附錄一。系統(tǒng)能否完全正常工作，最主要的也是最關鍵的是看軟件程序是否正確，它關系到系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，可以說，軟件是一個系統(tǒng)的靈魂。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，是目前最流行開發(fā)80C51系列單片機的軟件，提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（micro。與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。也就是說，基于 C語言環(huán)境下的嵌入式系統(tǒng)能基本達到平臺的無關性。從而保證整個系統(tǒng)的品質，可靠性以及可升級性。本設計的軟件主程序用來動態(tài)顯示系統(tǒng)的壓力，壓力的采樣和系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)都在中斷處理程序中, 主流程圖如圖41：主程序初始化,開T0中斷,設置T0為10ms的中斷壓力的動態(tài)顯示按鍵處理子程序YN是否鍵按下開始圖41 主程序流程圖 T0中斷服務程序主要包括：A/D轉換程序；D/A轉換程序；控制程序。1．A/D轉換子程序其主要任務是把壓力傳感器檢測的壓力轉換成數(shù)字量，并送入單片機處理，程序見附錄。讀A/D轉換器返回Y進入T0中斷PID調節(jié)是否為最大值標志位M2是否為1是否為最小值標志位M2是否為1NYY置標志位M2為1，(開M2電機)。在工業(yè)控制過程中，目前采用最多的控制方式仍然是PID方式。由于PID控制器具有簡單而固定的形式，在很寬的操作條件范圍內，另一方面是因為PID控制器允許工程技術人員以一種簡單而直接的方式來調節(jié)系統(tǒng)性能，其程序見附錄。隨著計算機技術的發(fā)展，在控制工程中，用計算機PID控制算法來實現(xiàn)數(shù)字PID控制器，組成計算機控制系統(tǒng)。這是模擬PID控制器中所無法實現(xiàn)的。在各個控制階段采取各種控制方法，以此來獲得控制目標。離散的PID表達式為： （41）當執(zhí)行機構需要的是控制量的增量(如驅動步進電機)時，可由式(41)導出提供增量的PID控制算法。可以看出，由于一般計算機控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定了KP，KI，KD，只要使用前后三次測量值的偏差，即可有(43)求出控制增量。對應閥門實際位置的控制量，目前采用較多的是利用如上算式并通過執(zhí)行軟件來完成。根據(jù)按鍵電路的設計可知，當【SET】鍵按下時可以產生中斷請求，CPU響應中斷請求時，則進入該中斷服務程序。開 始置無鍵按下（P0口FFH）標志進入鍵盤處理程是否有鍵按下？（讀P0口值）調延時子程序是否有鍵按下？（再次讀P0口值）確認有鍵按下保存鍵值YYNN圖43 鍵盤掃描程序流程圖2） 按鍵去抖動的處理開始為F7H否？為EFH否為FBH否？為DFH否？讀鍵值（P0口）置標志位執(zhí)行RUN置標志位執(zhí)行SET執(zhí)行+1執(zhí)行－1返回YNYYYN而按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒。本次設計中采用軟件方法來消除按鍵抖動，具體的鍵盤掃描程序框圖如圖43所示。讀取P0口的值于（11000011）二進制數(shù)或運算再到鍵盤處理程序中處理，以屏蔽高兩位和低兩位對程序的影響。當掃描頻率在70Hz左右時，能夠產生足夠的圖形和較好的顯示效果。在單片機中，定時器功能既可以由硬件（定時/記數(shù)器）實現(xiàn)，也可以通過軟件定時程序實現(xiàn)。本設計采用硬件定時和軟件定時并用的方式，即用定時器1溢出中斷功能實現(xiàn)10ms定時，通過軟件延時程序實現(xiàn)1ms的定時。在設定時間時候，對當前需要調整的設定值應具有閃爍功能，用來提醒當前處于設置狀態(tài)。 Proteus仿真軟件介紹Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設計與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機實驗室。本文中由于我們主要使用Proteus軟件在單片機方面的仿真功能，所以我們重點研究ISIS模塊的用法，在下面的內容中，如不特別說明，我們所說的Proteus軟件特指其ISIS模塊。Proteus是一個標準的Windows窗口程序，和大多數(shù)程序一樣，沒有太大區(qū)別，其啟動界面如圖51所示： 圖51 Proteus啟動界面如圖中所示，區(qū)域①為菜單及工具欄，區(qū)域②為預覽區(qū)，區(qū)域③為元器件瀏覽區(qū)，區(qū)域④為編輯窗口，區(qū)域⑤為對象拾取區(qū)，區(qū)域⑥為元器件調整工具欄，區(qū)域⑦為運行工具條。在對話框中的“Keywords”里面輸入我們要檢索的元器件的關鍵詞，比如我們要選擇項目中使用的AT89C51，就可以直接輸入。在對話框的右側，我們還能夠看到我們選擇的元器件的仿真模型、引腳以及PCB參數(shù)。那么我們就不能夠用該元器件進行仿真了，或者我們只能做它的PCB板，或者我們選擇其他的與其功能類似而且具有仿真模型的元器件。當我們已經將所需的元器件全部加入到文檔中時，我們可以點擊“OK”按鈕來完成元器件的添加。首先在元器件瀏覽區(qū)中點擊我們需要添加到文檔中的元器件，這時我們就可以在瀏覽區(qū)看到我們所選擇的元器件的形狀與方向，如果其方向不符合你的要求，你可以通過點擊元器件調整工具欄中的工具來任意進行調整，調整完成之后在文檔中單擊并選定好需要放置的位置即可。事實上Proteus的自動布線功能是如此的完美以至于我們在做布線時從來都不會覺得這是一項任務，而通常像是在享受布線的樂趣。 Component Mode：組件模式，點擊該按鈕，能夠顯示出區(qū)域③中的元器件，以便我們選擇。Wire Label Mode：線路標簽模式，選中它并單擊文檔區(qū)電路連線能夠為連線添加標簽。 Text Script Mode：文本模式，選中它能夠為文檔添加文本。關于總線畫法的詳細步驟與注意事項我們在下面會進行專門講解。 Virtual Instruments Mode：虛擬儀器模式，選中它我們能夠在區(qū)域③中看到很多虛擬儀器，比如示波器、電壓表、電流表等等。首先點擊，選擇終端模式，然后在元器件瀏覽區(qū)中點擊POWER（電源）來選中電源，通過區(qū)域⑥中的元器件調整工具進行適當?shù)恼{整，然后就可以在文檔區(qū)中單擊放置電源了。 圖52 演示電路圖連接好電路圖以后我們還需要做一些修改。所以我們要進行修改。填寫時需注意其格式，如果直接填寫數(shù)字，則單位默認為Ω；如果在數(shù)字后面加上K或者k，則表示kΩ之意。 修改好各組件屬性以后就要將程序（HEX文件）載入單片機了。在這個對話框中我們點擊“Program files”框，來打開選擇程序代碼窗口，選中相應的HEX文件后返回，這時，按鈕左側的框中就填入了相應的HEX文件，我們點擊對話框的“OK”