【正文】 0 . 3 3 u FC60 . 1 μ F+C 1 04 7 0 μ F+C72 2 0 μ F+ 1 2 圖 系統(tǒng)供電電源電路圖 溫度顯示 數(shù)碼管顯示電路中主要是從溫度傳感 器 DS18B20 所測得的溫度 ， 通過數(shù)碼管來顯示的電路。此電路中用到的器件有八位鎖存器 74HC573 和兩個數(shù)碼管 ， 單片機(jī)用到的接口有 到 和 和 口。如圖 所示為數(shù)碼管顯示電路圖。 LED 顯示器工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是每個數(shù)碼管的段選必須接一個 8位數(shù)據(jù)線來保持顯示的字形碼。當(dāng)送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是占用 CPU時間少，顯示便于監(jiān)測和控制。缺點(diǎn)是硬件電路比較復(fù)雜，成本較高。 數(shù)碼管動態(tài)顯示的特點(diǎn)是將 所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個鎖存器，從而大大地簡化了硬件電路。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使 16 人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。 圖 數(shù)碼管與單片機(jī)接口圖 復(fù)位電路 復(fù)位使單片機(jī)處于起始狀態(tài)，并從該 起始狀態(tài)開始運(yùn)行。 STC12C5A08S2 的P1.0/ADC01P1.1/ADC12P1.2/ADC23P1.3/ADC34P1.4/ADC45P1.5/ADC56P1.6/ADC67P1.7/ADC78P4.7/RST9INT/RxD/P3.010TxD/P3.111INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515WR/P3.616RD/P3.717XTAL218XTAL119Gnd20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528P4.429ALE/P30P4.6/RST231P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039Vcc40U4STC12C5A08S2+5VOE1LE111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12VCC20GND10U274HC573OE1LE111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12VCC20GND10U374HC573abfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpCOM9DS1DPY_7SEG_DPabfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpCOM9DS2DPY_7SEG_DP+5V+5VDULAWELAD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7abcdefg dpabcdefgdpWELA1WELA2D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D71 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9RP1200Ω1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9RP2200ΩS1C60.1μFC60.1μFP1.0 RST 17 ，該引腳連續(xù)保持 2 個機(jī)器周期（ 24 個時鐘振動周期）以上高電平，則可使單片機(jī)復(fù)位。內(nèi)部復(fù)位電路在每一個機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣斯密特觸發(fā)器的輸出端，該觸發(fā)器可抑制 RST 引腳的噪聲干擾，并在復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE 信號，內(nèi)部 RAM 處于 運(yùn)行 狀態(tài)。其中的數(shù)據(jù)信息不會丟失，也即復(fù)位后 ， 只影響 SFR 中的內(nèi)容，內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)不受影響。外部復(fù)位有上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位。由于單片機(jī)運(yùn)行過程中，其本身的干擾或外界干擾會導(dǎo)致出錯，此時我們可按復(fù)位鍵重新開始 運(yùn)行。為了便于本設(shè)計(jì)運(yùn)行調(diào)試，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式。按鍵復(fù)位電路如圖 所示。 R110KR S T+ 5V+C922μ FR S T 圖 按鍵復(fù)位電路 18 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 溫度控制 PID 算法 系統(tǒng)中采用溫度傳感器 DS18B20 來檢測環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度超過設(shè)定值時 ，單片機(jī)經(jīng)比較后， 采用 PID 算法進(jìn)行溫度控制。 PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。 PID 控制器參數(shù)整定的方法概括起來有兩大類 ： 一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 模型 ， 經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用 ， 還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法 ， 它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn) ， 直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行 ， 且方法簡單、易于掌握 ， 在工程實(shí)際中被廣泛采用。 當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時 ， 可以用求和代替積分 ， 用差商代替微分 ， 即做如下近似變換 ： () () () 式中 ， k 為采樣序 號 ， k=1， 2， … ； T 為采樣周期 。 顯然 ， 上述離散化過程中 ， 采樣時間 T 必須足夠短 ， 才能保證有足夠的精度 。為了書寫方便 ， 將 e（ k T） 簡化表示成 e（ k） 等 ， 即省去 T。 可以得到離散的 PID 表達(dá)式為 ： () 式中 ； k －采樣序號 ， k=1， 2， … ，； u（ k） －第 k 次采樣時刻的計(jì)算機(jī)輸出值 ； e （ k） － 第 k 次采樣時刻輸入的偏差值 ； e（ k1） －第 （ k1） 次采樣時刻輸入的偏差值 ； IK－積分系數(shù) ， ； 0 00( ) ( ) ( )kktjje t d t T e jT T e j???????IpiTKKT?t kT?( ) ( ) [ ( 1 ) ] ( ) ( 1 )d e t e k T e k T e k e kd t T T? ? ? ???0( ) ( ) ( ) [ ( ) ( 1 ) ]kp I Dju k K e k K e j K e k e k?? ? ? ? ?? 19 DK－微分系數(shù) ， 。 該系統(tǒng)采用增量式 PID 控制算法 ， 是指數(shù)字控制器輸出只是控制量的增量 ，該算法編程簡單 ， 數(shù)據(jù)可以遞推使用 ， 占用存儲空間少 ， 運(yùn)算快 。 根據(jù)遞推原理可得 ： () 聯(lián)立上兩式可得控制算法 : () 一個應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟 件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與 STC51 系列單片機(jī)相對應(yīng)的 51 匯編語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件編程。 溫度子程序是針對檢測來的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，送入到單片機(jī)進(jìn)行控制的。程序中應(yīng)有延時程序來保證信號的穩(wěn)定性，鎖存一定時間的溫度進(jìn)行顯示。 單片機(jī)需對 IR2103 進(jìn)行驅(qū)動 ， 由電子開關(guān)控制制冷片的通斷 ， 如圖 單片機(jī)經(jīng)過驅(qū)動對制冷片進(jìn)行控制的程序流程圖。 當(dāng)中央處理器正在處理內(nèi)部數(shù)據(jù)時，外界發(fā)生了緊急情況，要求 CPU 暫停當(dāng)前的工作轉(zhuǎn) 去處理這個緊急事件。處理完畢后，再回到原來被中斷的地址，繼續(xù)原來的工作，這樣的過程稱為中斷。實(shí)現(xiàn)這一功能的部件稱為 中斷系統(tǒng) ，申請 CPU 中斷的請求源稱為中斷源，單片機(jī)的中斷系統(tǒng)一般允許多個中斷源，當(dāng)多個中斷源同時向 CPU請求中斷時，就存在一個中斷優(yōu)先權(quán)的問題。通常根據(jù)中斷源的優(yōu)先級別，優(yōu)先處理最緊急事件的中斷請求源，即最先響應(yīng)級別最高的中斷請求。 dDpTKKT?0( 1 ) ( 1 ) ( ) [ ( 1 ) ( 2 ) ]kp I Dju k K e k K e j K e k e k?? ? ? ? ? ? ? ??( ) [ ( ) ( 1 ) ] ( ) [ ( ) 2 ( 1 ) ( 2 ) ]p I Du k K e k e k e k K e k e k e k? ? ? ? ? ? ? ? ? 20 圖 溫度控制流程 圖 溫度采集顯示程序 數(shù)碼管動態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個鎖存器，從而大大地簡化了硬件電路。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。 如圖 所示為溫度顯示子程序流程圖。 超限處理大于上限溫度啟動冷卻設(shè)備已低于設(shè)定溫度的上限制冷片的通斷冷卻Y 21 溫 度 采 樣 鎖 存讀 取 顯 示 入 口 數(shù) 據(jù)調(diào) 用 顯 示 程 序返 回 圖 溫度顯示程序流程圖 系統(tǒng)主程序 單片機(jī)在編程時，需要先確定完成的具體內(nèi)容，再根據(jù)內(nèi)容寫出程序流程圖 ，最后依據(jù)所寫流程圖進(jìn)行編程。 此節(jié)中要根據(jù)各個電路模塊完成的功能，寫出總體流程圖。基于太陽能微型制冷控制系統(tǒng)，主要模塊有單片機(jī)控制模塊，電源供給模塊，驅(qū)動模塊，采樣模塊和顯示模塊。 根據(jù)本文，主程序開始到調(diào)用溫度子程序，還有初始化及中斷程序，到各個具體的子程序。 如圖 所示為主程序流程圖。 22 開 始初 始 化 程 序5 秒 到 否進(jìn) 入 主 程 序確 認(rèn) 鍵 是 否 按下啟 動 P I D