【正文】 入的電壓信號(hào)較低時(shí)，IC1 中的反相端電壓較同相端(A)低得多（同相端的電壓大小是根據(jù)線性化要求設(shè)定的，B 點(diǎn)同樣），IC1 的輸出端電壓較高，D1 截止。這就有效地限制了熱電偶信號(hào)迅速增加，降低了非線性。當(dāng)輸入電壓在 A 點(diǎn)電壓以下時(shí)，D2 截止，IC2 不工作；只有當(dāng)輸入電壓高于 A 點(diǎn)電壓或接近 B 點(diǎn)電壓時(shí) IC2 才工作。所用折線的段數(shù)是根據(jù)精度要求決定的。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 本設(shè)計(jì)中溫度檢測電路輸出信號(hào)為模擬量，要想將檢測數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，必須將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這里選用集成 A/D 轉(zhuǎn)換器——ADC0832。實(shí)際的轉(zhuǎn)換過程包括在特定時(shí)刻的信號(hào)采樣并保持其值直到一個(gè)穩(wěn)定信號(hào)被輸入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器即止。復(fù)雜的硬件或具有合適的軟件指令的簡單硬件都可能實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。高速模數(shù)轉(zhuǎn)換的整個(gè)過程均需要使用硬件。出于各種實(shí)用的目的，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器可視為一個(gè)黑盒子，它能把在一定范圍取任意連續(xù)值的模擬電壓轉(zhuǎn)換成離散的二進(jìn)制代碼。一個(gè) N 位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將提供 2N 個(gè)離散代碼來代表輸入的模擬電壓。 N 位的逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器涉及 N 次比較操作。最先產(chǎn)生的為最高位，最后產(chǎn)生的則是最低位。如果輸入電壓大于參考信號(hào)的一半，那么最高位置為 1，否則置為 0。下一步是把參考電壓的四分之一(1/2 2)迭加到由上面代碼產(chǎn)生的電壓上，并再次用它與輸入電壓比較。接著把參考電壓的八分之一(1/2 3)迭加到第二位轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制代碼所產(chǎn)生的電壓上，把迭加后 的電壓與輸入模擬電壓比較以確湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)16定第三位的二進(jìn)制值。因此對(duì)于第 N 位，由第 N1 位產(chǎn)生的代碼得到的電壓被迭加到 1/2N 倍的參考電壓后，并且讓它與輸入電壓比較以決定第 N 位的二進(jìn)制值。由于它體積小，容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。C~+70176。C~+85176。CS 片選使能，低電平芯片使能。CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/使用。DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)17CLK 時(shí)鐘信號(hào)。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào) 。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 2Jun2022 Sheet of File: H:\三三\99三三三\ Drawn By:CH02CH13CS1CLK7DI5VREF8DO 6U2ADC0832VCCP20P31P20CH0圖312 ADC0832與單片機(jī)的連接正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。ADC0832與單片機(jī)的連接如上圖312所示。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。在第 1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI 端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的 60%~70%，由 0 逐漸加大比例增益 P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時(shí)的比例增益 P 逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時(shí)的比例增益 P，設(shè)定 PID 的比例增益 P 為當(dāng)前值的 60%~70%。 Ti比例增益 P 確定后，設(shè)定一個(gè)較大的積分時(shí)間常數(shù) Ti 的初值，然后逐漸減小 Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大 Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。積分時(shí)間常數(shù) Ti 調(diào)試完成。若要設(shè)定，與確定 P 和 Ti 的方法相同，取不振蕩時(shí)的 30%。溫控系統(tǒng)采用數(shù)字PID算法，并由軟件實(shí)現(xiàn)，所謂PID控制就是按設(shè)定值與測量值之間偏差的比例、偏差的積累和偏差變化的趨勢進(jìn)行控制。因此PID控制律的實(shí)現(xiàn)，必須用數(shù)值逼近法。顯然，上述離散化過程中，采樣時(shí)間 T 必須足夠短，才能保證有足夠的精度。可以得到離散的 PID 表達(dá)式為： （32）0()()()[()1)]kpIDjukKeeKke?????湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)19式中，k 為采樣序號(hào)，k=1，2，3，……；u(k) 為第 k 次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值；e(k)為第 k 次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；e(k1)為第(k1)次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；K I 為積分系數(shù)；KD 為積分系數(shù)。根據(jù)遞推原理可得： （33）0(1)()()[(1)(2)]kpIDjukeeKke??????用式（32 ）減去式（33 ），可得增量式 PID 控制算法如下： （34）()[()1)]()[())()]pIDkKekekek????? 人機(jī)交互電路人機(jī)交互的主要功能是輔助控制、方便調(diào)試，提高系統(tǒng)的可用性和實(shí)用性。通過按鍵輸入完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，而輸出顯示則完成數(shù)據(jù)的顯示和系統(tǒng)提示信息的輸出，在當(dāng)今的各種實(shí)時(shí)自動(dòng)控制和智能化儀器儀表中，人機(jī)交互是不可缺少的一部分。另一種就是MCU本身具有驅(qū)動(dòng)功能，它通過數(shù)據(jù)總線與控制信號(hào)直接采用存儲(chǔ)器訪問形式或I/O設(shè)備的訪問形式來控制鍵盤和LED實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。按鍵能夠成為最普遍的輸入設(shè)備，主要是其具備了以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：工作原理、硬件電路連接簡單、操作實(shí)用性強(qiáng)、價(jià)格便宜，程序編寫簡單。按鍵部分實(shí)現(xiàn)的主要原理是單片機(jī)讀取與按鍵相連接的I/O口狀態(tài)，來判定按鍵是否按下，達(dá)到系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的目的。獨(dú)立式按鍵就是按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每根 I/O口線的按鍵的工作狀態(tài)，不會(huì)影響其他I/O口線上的工作狀態(tài)。當(dāng)輸入口湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)20線內(nèi)部已有上拉電阻，外電路的上拉電阻可省去。優(yōu)點(diǎn)：電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。因此，此鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。這就是抖動(dòng)。很容易想到，抖動(dòng)問題不解決就會(huì)引起對(duì)閉合鍵的識(shí)別。按鍵控制電路分別接在單片機(jī) — 口。當(dāng)用于溫度調(diào)節(jié)時(shí)，開關(guān)分別用于調(diào)整溫度的上下限值，以及控制溫度的輸出。選擇 2 鍵進(jìn)行移位調(diào)整，第一次顯示個(gè)位，第二次顯示十位，第三次顯示百位，第四次顯示千位。4 鍵用于減少一個(gè)數(shù)，按下一次在原基礎(chǔ)之上減 1，這個(gè)值在 09 之間變化。選擇 2 鍵進(jìn)行移位調(diào)整，第一次顯示 KP ，第二次顯示 KI，第三次顯示 KD 。4 鍵用于減少一個(gè)數(shù)，按下一次在原基礎(chǔ)之上減 1，這個(gè)值在 09 之間變化。數(shù)碼管是現(xiàn)在電子設(shè)計(jì)中普遍使用的一種顯示設(shè)備，每個(gè)數(shù)碼管由七個(gè)發(fā)光二極管按照一定的排列結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)七個(gè)發(fā)光二極管的正負(fù)極連接不同，又分為共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管兩種，選擇的數(shù)碼管不同，程序設(shè)計(jì)上也有一定的差別。液晶顯示屏具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，用戶可以根據(jù)自己的需求，顯示自己所需要的、甚至是自己動(dòng)手設(shè)計(jì)的圖案。外圍驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)比較簡單，顯示能力的擴(kuò)展將不會(huì)涉及到硬件電路的修改，可擴(kuò)展性很強(qiáng)。不足之處在于其價(jià)格比較昂貴，驅(qū)動(dòng)程序編寫比較復(fù)雜。設(shè)計(jì)中采用 4 位共陰極LED 靜態(tài)顯示方式，選用 7 段顯示數(shù)碼管。LED 顯示電路如下圖 314 所示。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)22圖314 LED顯示電路由于單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，所以必須在單片機(jī)與 LED164 之間加上74LS164，它的管腳圖如圖 315 所示。74LS164 功能如表 所示。一英寸以下的的 LED 數(shù)碼管內(nèi)，每一筆段含有一只 LED 發(fā)光二極管，導(dǎo)通壓降為 ；一英寸及以上的 LED 數(shù)碼管的每一筆段由多只 LED 發(fā)光二極管以串、并聯(lián)方式連接而成，筆段導(dǎo)通電壓與筆段內(nèi)包含的 LED 發(fā)光二極管的數(shù)目、連接方式有關(guān)。數(shù)碼管結(jié)構(gòu)有共陰極和共陽極之分。共陰極公共端接地，高電平有效（燈亮），共陰極數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極(負(fù)極)都聯(lián)在一起，此數(shù)碼管陰極( 負(fù)極 )在外部只有一個(gè)引腳。串行通信的主要功能是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)交換，當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析的時(shí)候，可以把數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，使用上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并且將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果又發(fā)送給單片機(jī)。計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大部分都是串行的，其傳送距離可以從幾米到幾千米。而單片機(jī) I/O 口輸出的電流無法直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，所以設(shè)計(jì)了蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，具體電路連接如圖318所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 1Jun2022 Sheet of File: H:\201。188。\99212。237。188。通斷控制調(diào)節(jié)方式會(huì)防止高次諧波的干擾和污染電網(wǎng)，硬件電路和軟件程序都比較簡單，因而本設(shè)計(jì)中采用的是通斷控制調(diào)節(jié)方式。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)26固態(tài)繼電器SSR40DA是由固態(tài)元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)，具有工作安全可靠、壽命長、無觸點(diǎn)、無火花、無污染、高絕緣、高耐壓（）、低觸發(fā)電流、開關(guān)速度快、可與數(shù)字電路巨配，以阻燃型環(huán)氧樹脂為原料，采用灌封技術(shù)，使與外界隔離，具有良好的耐壓、防潮、防腐、抗震動(dòng)等性能。因此電路的射頻干擾很小，可降低感性負(fù)載（如風(fēng)扇、三相電動(dòng)機(jī)等）的反電動(dòng)勢以及驅(qū)動(dòng)阻性負(fù)載（如白熾燈、發(fā)熱絲等）時(shí)可顯著降低浪涌電流等優(yōu)點(diǎn),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖319所示：圖 319 SSR40DA 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖固態(tài)繼電器控制電阻爐溫度電路圖如圖 320 所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 19Jun2022 Sheet of File: F:\三三\三三三\0705112306 xdd 三三三\XDD三三三\ By:RVCC三三三~+SSR~~ 220v三三三圖320 固態(tài)繼電器控制電阻爐溫度電路圖湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)27第四章 軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路本部分詳細(xì)介紹了基于AT89C52單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。采用Keil uVision3集成編譯環(huán)境和C語言來進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)要完成溫度信號(hào)的采集與控制，需要實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集與A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然竟δ?。溫度信?hào)采集子程序，主要完成溫度信號(hào)采集與A/D 功能。數(shù)據(jù)處理子程序，當(dāng)單片機(jī)收到溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)處理子程序?qū)υ摂?shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要是把采集到的二進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。流程圖如圖41所示。首先使 T0 計(jì)數(shù)器產(chǎn)生定時(shí)中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周期。脈沖寬度由 T1 計(jì)數(shù)器溢出中斷決定。從 T1 中斷返回后，再從 T0 中斷返回主程序并且、繼續(xù)顯示本次采樣溫度，等待下次 T0中斷。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)31初始化程序定義 L E D 顯示段碼調(diào)用顯示子程序指針顯示緩沖區(qū)首地址取顯示數(shù)據(jù)返回開始查表得段碼送出段碼延時(shí)指針加 1掃描完畢 ？YN圖 44 顯示流程圖 按鍵子程序在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，I/O口電平為低；松開時(shí)，I/O口電平為高。按鍵的抖動(dòng)時(shí)間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5~10ms，這是一個(gè)很重要的參數(shù)。為了確保CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，提高按鍵處理的可靠性，應(yīng)在程序中做按鍵消抖處理。硬件消抖主要是采用濾波電路消除干擾，需要消耗大量硬件，成本比較高，只適用于按鍵數(shù)目較少的情況。所以通常采用軟件消抖。本系統(tǒng)采用軟件消抖，當(dāng)單片機(jī)第一次檢測到有鍵按下時(shí)，即檢測到與按鍵連接的I/O 口為低電平是，等待10ms，再去確認(rèn)該I/O 口是否仍舊為低電平，如果還是低電平，就一般的機(jī)械按鍵而言，已經(jīng)是出于湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)32穩(wěn)定期了，按鍵的抖動(dòng)被消除了。在軟件編寫上，可采用查詢方式，也可采用中斷方式。使用按鍵輸入流程圖如圖45所示：返回 0 值延遲 1 0 m s取鍵值按鍵釋放 ？YN開始是否有鍵按下N返回 0 值是否有鍵按下N返回Y鍵處理Y圖 45 按盤輸入流程圖 PID 控 制 子 程 序根據(jù)爐溫對(duì)給定溫度的偏差，自動(dòng)接通或斷開供給爐子的熱源能量，或連續(xù)改變熱源能量的大小，使?fàn)t溫穩(wěn)定在給定溫度范圍內(nèi)，以滿足熱處理工藝的需要。電阻爐爐溫控制是這樣一個(gè)反饋調(diào)節(jié)過程，比較實(shí)際爐溫和需要爐溫得到偏差，通過對(duì)偏差的處理獲得控制信號(hào)，去調(diào)節(jié)電阻爐的熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐溫度的控制。二位式調(diào)節(jié)——它只有開、關(guān)兩種狀態(tài)，當(dāng)爐溫低于限給定值時(shí)執(zhí)行器全開；當(dāng)爐溫高于給定值時(shí)執(zhí)行器全閉。如管狀加熱器為加熱元件時(shí)，可采用三位式調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)加熱與保溫功率的不同。即：M=k式中：K ——比例系數(shù)。比例積分（PI）調(diào)節(jié)，為了“靜差”，在比例調(diào)節(jié)中添加積分（ I）調(diào)節(jié)積分，調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與偏差存在隨時(shí)間的增長而增強(qiáng)，直到偏差消除才無輸出信號(hào)，故能消除“靜差”比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分調(diào)節(jié)。微分調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出與偏差對(duì)時(shí)間的微分成比例，微分調(diào)節(jié)器在溫度有變化“苗頭”時(shí)就有調(diào)節(jié)信號(hào)輸出，變化速度越快、輸出信號(hào)越強(qiáng)，故能加快調(diào)節(jié)速度，降低溫度波動(dòng)幅度，比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分微分調(diào)節(jié)。主要設(shè)備：熱電偶或熱電阻，智能 PID 溫控儀，可控硅觸發(fā)調(diào)功器等