【正文】 將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)去控制。所以當(dāng)V，則mA。本設(shè)計(jì)采用的是七段LED顯示器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功率低、響應(yīng)速度快、易于匹配、壽命長、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。所謂共陽方式是指筆畫顯示器各段發(fā)光管的陽極（即P區(qū)）是公共的，而陰極是互相隔離的。所謂共陰方式是筆畫顯示器各段發(fā)光管的陰極（即N區(qū)）是公共的，而陽極是互相隔離的。 數(shù)碼管引腳圖以及共陰共陽接法 LED顯示器分類及特點(diǎn) LED顯示器分類如下：（1）按字高分：筆畫顯示器件字高最小有1mm（單片集成式多位數(shù)碼管字高一般在2～3mm）。 （2）按顏色分：有紅、橙、黃、綠等數(shù)種。 （4）從各發(fā)光段電極連接方式分有共陽極和共陰極兩種。 （2） 效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80% 。 （4） 穩(wěn)定性：10萬小時(shí)，光衰為初始的50%。（6） 對(duì)環(huán)境污染：無有害金屬汞。如小電流時(shí)為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色。 LED顯示方式LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式：(1)靜態(tài)顯示器共陰極或共陽極連接在一起接地或+5V，每位的段選線(adp)與一個(gè)8位并行口相連。(2)動(dòng)態(tài)顯示將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽極點(diǎn)分別由相應(yīng)的I/O口線控制。 LED顯示器要顯示字母數(shù)字，必須最終轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段選碼。硬件譯碼軟件簡單，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所能顯示的字母數(shù)字要受到譯碼器譯碼邏輯的限制；而由于單片機(jī)本身有較強(qiáng)的邏輯控制能力，采用軟件譯碼并不復(fù)雜，且譯碼邏輯可隨意編程設(shè)定，硬件電路結(jié)構(gòu)簡單。段選碼轉(zhuǎn)換由軟件完成，由ATmega8的PD7口輸出后經(jīng)小功率驅(qū)動(dòng)器件74HC164驅(qū)動(dòng)送至顯示器的發(fā)光二極管引腳(從上到下依次為a, b, c, d, e，f，g, dp)，時(shí)鐘脈沖由ATmega8的PD6口輸出。AORV為電流/電壓切換鍵，STEP為全步/細(xì)步切換鍵，兩者均為“兵乓”鍵。 通信接口電路設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，串行通信是指計(jì)算機(jī)主機(jī)與外設(shè)之間以及主機(jī)系統(tǒng)與主機(jī)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的串行傳送。而且，一般八位單片機(jī)只有一個(gè)SCI，但在很多實(shí)際應(yīng)用，需要更多的串行通信接口。所以利用單片機(jī)自身的資源進(jìn)行串行通信接口的擴(kuò)展很有意義。MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的、包含兩個(gè)接收器和兩個(gè)線路驅(qū)動(dòng)器的IC芯片。，MAX232系列芯片由4部分組成：電壓倍增器、電壓反向器、RS232發(fā)送器和RS232接收器。第二個(gè)電容充電泵用C2將+10V轉(zhuǎn)換成10V，儲(chǔ)存在濾波電容C4上。多收發(fā)器RS232集成電路，主要用于使用MODEM的串行通信接口或多個(gè)聯(lián)絡(luò)信號(hào)的系統(tǒng)中。 通訊接口芯片MAX232接口電路、CCC11，及V+、V是電源變換電路部分。因此，VCC必須要對(duì)地加去耦電容C4。下半部分為發(fā)送和接收部分。即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要的波形（含形狀和波形）。脈沖寬度調(diào)制波通常由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成，其占空比與信號(hào)的瞬時(shí)采樣值成比例。在調(diào)整輸出信號(hào)前，單片機(jī)先快速讀取輸入信號(hào)的大小，然后把設(shè)定值與實(shí)際讀取到的測量值進(jìn)行比較，若實(shí)際測量值偏小則向增加測量值的方向調(diào)整PWM的占空比；若實(shí)際測量值偏大則向減小測量值的方向調(diào)整PWM的占空比。由于ATmega8單片機(jī)中的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2都有周期可變的PWM模式，所以不需要再專門地設(shè)計(jì)PWM電路圖，只需從定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1或定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2相關(guān)引腳上引出PWM信號(hào)，并且通過軟件編程的方法即可實(shí)現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制。16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1可實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)、波形發(fā)生器和信號(hào)定時(shí)測量等功能。本設(shè)計(jì)中選擇的是快速PWM模式。 T/C1快速PWM工作時(shí)序在快速PWM模式中，比較寄存器OCR1A（OCR1B）允許在OC1A（OC1B）引腳上輸出PWM波形 COM1X(1,0)=2，產(chǎn)生正向PWM波形；COM1X(1,0)=3，產(chǎn)生反向的PWM波形。 式（）在快速PWM模式下，通過設(shè)定寄存器OCR1A（OCR1B）的值，可以獲得不同占空比的PWM脈沖波形。當(dāng)OCR1A的值為0X0000，且OC1A的輸出為觸發(fā)方式，OC1A產(chǎn)生的占空比為50%的最高頻率的PWM波形。智能調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)軟件按照功能可劃分為：A/D轉(zhuǎn)換及其處理模塊；PID控制算法模塊；通信模塊；按鍵處理模塊；D/A轉(zhuǎn)換輸出模塊；LED顯示模塊；主模塊等。 增量式PID控制算法程序設(shè)計(jì)由于單片機(jī)系統(tǒng)是數(shù)字系統(tǒng)而非連續(xù)系統(tǒng)，所以采用數(shù)字PID運(yùn)算。這里采用增量式PID算法，其表達(dá)式為： 式（）數(shù)字PID調(diào)節(jié)器在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)被控參數(shù)的要求，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出位數(shù)，以及對(duì)干擾的抑制能力的要求等，還有許多具體問題需要解決。如正、反作用問題，積分飽和問題、限位問題、字節(jié)變換問題、電流/電壓輸出問題、干擾抑制問題以及手動(dòng)/自動(dòng)的無擾動(dòng)切換問題等。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，則可通過改變軟件的方法，很容易地實(shí)現(xiàn)。而在由計(jì)算機(jī)所組成的數(shù)字PID調(diào)節(jié)器中，可用兩種方法來實(shí)現(xiàn)。其做法是，正作用時(shí)，；反作用時(shí)，則，程序的其他部分不變。 飽和作用的抑制在模擬系統(tǒng)中，由于積分作用，將使調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)到飽和，這種現(xiàn)象引起大幅度的超調(diào)，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。同樣在數(shù)字PID調(diào)節(jié)器中也存在著同樣的問題。對(duì)于增量型PID算法，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身是存儲(chǔ)元件，在算法中沒有積分累積，所以不容易產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，但可能出現(xiàn)比例和微分飽和現(xiàn)象，其表現(xiàn)形式不是超調(diào)，而是減慢動(dòng)態(tài)過程。本設(shè)計(jì)中所采用的是積分分離的方法抑制積分飽和，即在控制量開始跟蹤時(shí)，取消積分作用，直至被調(diào)量接近給定值時(shí)，才產(chǎn)生積分作用。 限位問題在某些自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，往往不希望調(diào)節(jié)閥“全開”或“全關(guān)”，而是有一個(gè)上限限位和一個(gè)下限限位，也就是說，要求調(diào)節(jié)器輸出限制在一定的幅度范圍內(nèi)，即。 帶死區(qū)的PID算式在微型機(jī)控制系統(tǒng)中，某些系統(tǒng)為了避免控制動(dòng)作過于頻繁，以消除由于頻繁動(dòng)作所引起的振蕩，有時(shí)也采用帶死區(qū)的PID控制算式。死區(qū)B是一個(gè)可調(diào)的參數(shù)。B值太小，使調(diào)節(jié)動(dòng)作過于頻繁，不能達(dá)到穩(wěn)定被調(diào)對(duì)象的目的。當(dāng)B=0（或K=1）時(shí)，則為PID控制。為達(dá)此目的，必須使系統(tǒng)能采樣兩種信號(hào)：自動(dòng)/手動(dòng)狀態(tài)和手動(dòng)時(shí)的閥位值。 按鍵處理子程序設(shè)計(jì)智能調(diào)節(jié)器的按鍵共有4個(gè)，分為兩類：第一類，狀態(tài)設(shè)置按鍵，即S1：AORV，S4：STEP；第二類，增加、減少等數(shù)字設(shè)定鍵，即S2：+，S3：。STEP鍵就是步態(tài)轉(zhuǎn)換鍵。如果按“+”鍵超過一定的時(shí)間，則顯示值就很快地增加，例如一秒加10個(gè)數(shù)字，“”鍵亦如此。也可以將長按的鍵作為進(jìn)入菜單的鍵。 LED顯示程序設(shè)計(jì)顯示子程序由單片機(jī)輸出送給74HC164通過LED顯示。PD7接所有74HC164的CLK，74HC164的清零端口接地。由PD7向74HC164寫時(shí)鐘，8個(gè)時(shí)鐘后就把個(gè)位寫入U(xiǎn)1中，再寫AB，則原先個(gè)位最先寫入的數(shù)就由U1的Q7寫入U(xiǎn)2的Q0中，這樣，32個(gè)時(shí)鐘后，4位數(shù)就顯示在LED上（LED為共陰）。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除故障。當(dāng)硬件設(shè)計(jì)從布線到焊接安裝完成之后,就開始進(jìn)入硬件調(diào)試階段，調(diào)試大體分為以下幾步。由于顯示的硬件部分電路較為復(fù)雜，可以編寫一個(gè)小程序，在保證程序完全正確的前提下燒入單片機(jī)，如果可以正常運(yùn)行，則表明顯示部分電路的連接完全正確，同時(shí)也表明單片機(jī)的外圍電路也是正確的，若顯示不正常，則需要檢查硬件的連接。任何一個(gè)軟件主程序是由各個(gè)不同功能的子程序組成，在最后主程序測試前，應(yīng)先對(duì)各子程序進(jìn)行調(diào)試。而A/D采樣部分，則直接把A/D采樣子程序后的值不經(jīng)處理，直接調(diào)用顯示子程序（已調(diào)試過）顯示，A/D的輸入是0V時(shí)看顯示是否為0；5V時(shí)看是否顯示為255。結(jié)束語本設(shè)計(jì)用一臺(tái)單片機(jī)及外部擴(kuò)展設(shè)備代替原模擬系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器等，從而使溫度、壓力各參數(shù)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。本設(shè)計(jì)采用了AVR系列單片機(jī)，設(shè)計(jì)了這款應(yīng)用8位AVR芯片作為中央處理器；采用穩(wěn)定可靠的總線系統(tǒng)保證調(diào)節(jié)器通信的可靠性和高速實(shí)時(shí)性；利用源代碼開放，具有豐富的軟件資源，驅(qū)動(dòng)豐富的C51作為軟件開發(fā)平臺(tái)；同時(shí)為提高數(shù)字控制器對(duì)各種大慣性、純滯后等對(duì)象的控制效果，采用了數(shù)字式PID增量控制算法的智能調(diào)節(jié)器。本設(shè)計(jì)最后通過調(diào)試與試驗(yàn)取得了良好的結(jié)果，各項(xiàng)性能指標(biāo)都能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。通過學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)工作原理以及如何利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)各種功能，我查閱了大量相關(guān)資料，學(xué)會(huì)了許多知識(shí)，培養(yǎng)了我獨(dú)立解決問題的能力。當(dāng)然在本次設(shè)計(jì)中還有需要改進(jìn)和完善的地方，比如可以進(jìn)一步完善系統(tǒng)的故障檢測和保護(hù)，使故障檢測更加全面和高效，還可以設(shè)計(jì)一個(gè)UPS電源，防止在斷電的情況下造成系統(tǒng)損害，保證生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行。參考文獻(xiàn)1．[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20072．[M]，北京：清華大學(xué)出版社，3．曹國華，[M]，北京：國防工業(yè)出版社，20044．[M]，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，5．馬潮，詹衛(wèi)前，耿德根. 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