計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)--電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　計(jì)算機(jī)控制設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報告</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目：電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)以電阻爐為被控對象，由鎳鉻/鎳硅熱電耦測量被控對象的溫度，通過濾波、放大，送至A/D轉(zhuǎn)換器。這樣通過采樣和A/D轉(zhuǎn)換，就將

2、所檢測的爐溫對應(yīng)的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)模糊控制器，計(jì)算出該電壓信號對應(yīng)的溫度值與給定溫度進(jìn)行比較，得到偏差，計(jì)算機(jī)由偏差信號計(jì)算出相應(yīng)的控制量控制可控硅的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)電阻絲兩端的電壓，進(jìn)而控制對象的溫度，使得對象的實(shí)際溫度最終達(dá)到給定的溫度。</p><p>　　技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)任務(wù)：</p><p>　　1、要求電阻爐溫度保持在95-100℃，最高溫度不得超過100℃，最低溫

3、度不能低于95℃；</p><p>　　2、溫度控制采用數(shù)字控制算法，參數(shù)檢測值不能保證在所要求溫度范圍時，進(jìn)行報警；</p><p>　　3、由加熱元件實(shí)現(xiàn)加溫；</p><p>　　4、對電阻爐的溫度參數(shù)進(jìn)行檢測并要求實(shí)時顯示鍋爐溫度，顯示位數(shù)4位；</p><p>　　5、溫度參數(shù)由傳感器進(jìn)行檢測，經(jīng)變送器處理后，轉(zhuǎn)換成0～5V標(biāo)準(zhǔn)信號

4、，送A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，計(jì)算機(jī)每隔一定時間采樣一次，采滿5次后進(jìn)行中值濾波，經(jīng)數(shù)據(jù)變換后，顯示參數(shù)的實(shí)際值；</p><p>　　6、以LCD實(shí)現(xiàn)顯示；</p><p>　　7、將溫度檢測值與給定值進(jìn)行比較，得到偏差，將偏差經(jīng)數(shù)字PID運(yùn)算得到輸出控制值，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出控制電壓或電流，以控制電阻爐溫度；</p><p>　　8、從P1口各引腳輸出報警信號，點(diǎn)亮

5、發(fā)光二極管，實(shí)現(xiàn)報警。</p><p>　　一、本課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)概述</p><p><b>　　1、系統(tǒng)原理</b></p><p>　　在系統(tǒng)中，利用傳感器測得電阻爐實(shí)際溫度并轉(zhuǎn)換成毫伏級電壓信號，該電壓信號經(jīng)過溫度檢測電路轉(zhuǎn)換成與爐溫相對應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過液晶顯示器顯示溫度，同時將溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比較并判斷

6、是否報警，然后由設(shè)定的控制算法計(jì)算出控制量，根據(jù)控制量，通過控制雙向晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷從而控制電阻絲的導(dǎo)通時間，以實(shí)現(xiàn)對爐溫的控制。</p><p><b>　　2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　圖1-1 電阻爐溫度控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3、文字說明控制方案</p><p>　　本課題方案

7、采用STC89C51單片機(jī)為主控芯片，電阻爐溫度控制系統(tǒng)由單片機(jī)、溫度檢測電路、鍵盤、顯示、保護(hù)及報警電路和溫度控制電路等部分組成，利用單片機(jī)可以方便地實(shí)現(xiàn)對PID參數(shù)的選擇與設(shè)定，實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程中PID控制。它采用溫度傳感器熱電偶將檢測到的實(shí)際爐溫進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再送入計(jì)算機(jī)中，與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差。對此偏差按PID規(guī)律進(jìn)行調(diào)整，得出對應(yīng)的控制量來控制驅(qū)動電路，調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對爐溫的控制。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度智能控制

8、，能自動完成數(shù)據(jù)采集、處理、轉(zhuǎn)換、并進(jìn)行PID控制和鍵盤終端處理（各參數(shù)數(shù)值的修正）及顯示。</p><p><b>　　二、硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1、單片機(jī)的選型</b></p><p>　　由于單片機(jī)技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越多的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)。198

9、0年，Inter公司推出MCS-51型系列單片機(jī)。這種高檔8位單片機(jī)的芯片功能強(qiáng)、適用范圍寬，迅速成為單片機(jī)的主流產(chǎn)品。本系統(tǒng)選用以Atemel公司的89C51單片機(jī)為核心，特點(diǎn)如下：</p><p>　　1、低功率基本型CMOS工藝</p><p><b>　　2、8位CPU</b></p><p><b>　　3、32根I/O線&

10、lt;/b></p><p>　　4、4K的片內(nèi)ROM</p><p>　　5、128字節(jié)的片內(nèi)RAM</p><p>　　6、2個定時/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　7、6個中斷源</b></p><p><b>　　8、全雙工串行口</b></p>

11、<p>　　89C51單片機(jī)又如此豐富的硬件資源，這可使單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)大為簡化，從而大大提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　2、單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　最小系統(tǒng)板是本裝置的核心模塊，它提供了51單片機(jī)的一個最小工作系統(tǒng)，并充分地?cái)U(kuò)展了單片機(jī)總線和I/O口以便于與其他模塊的電路連接。最小系統(tǒng)板包括的外圍電路有：時鐘電路、復(fù)位電路、P0口鎖存電路

12、、撥碼開關(guān)電路。最小系統(tǒng)板上擴(kuò)展的I/O口，包括P0、P1、P2、P3口的每個管腳都獨(dú)立引出，作為數(shù)據(jù)總線（P0口），地址總線低8位（P0口經(jīng)鎖存后的輸出），地址總線高8位用8針的雙排插針座引出；控制總線（WR, RD, ALE等）獨(dú)立引出。</p><p>　　如下圖3-1為MCS-51系列單片機(jī)芯片引腳圖：</p><p>　　圖2-1 51單片機(jī)引腳圖</p><

13、;p><b>　　(1)主電源引腳</b></p><p>　　VCC（40腳）：接+5 V電源正端； </p><p>　　VSS（20腳）：接+5 V電源地端。 </p><p>　　(2)外接晶體引腳XTAL1和XTAL2</p><p>　　XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。 在單片機(jī)內(nèi)部，它是一

14、個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。</p><p>　　XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。 在單片機(jī)內(nèi)部， 接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。 XTAL1與XTAL2借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。</p><p>　　(3) 輸入/輸出（I/O）引腳：P0口、 P1口、 P2口及P3口</p><p>　　P0口（39腳～32腳）：

15、P0.0～P0.7統(tǒng)稱為P0口。①雙向輸入／輸出接口，②在接有片外存儲器或擴(kuò)展I／O接口時，P0口分時復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。 </p><p>　　P1口（1腳～8腳）：P1.0～P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。 </p><p>　　P2口（21腳～28腳）：P2.0～P2.7統(tǒng)稱為P2口。 ①準(zhǔn)雙向輸入／輸出接口，②在接有片外存儲器或擴(kuò)展I／O接口時，

16、P2口用為高8位地址總線。 </p><p>　　P3口（10腳～17腳）：P3.0～P3.7統(tǒng)稱為P3口。 ①準(zhǔn)雙向輸入／輸出接口，② P3口的每一個引腳都有第二功能。</p><p>　　四個I/O端口P0、P1、P2、P3的作用：</p><p>　　P2口負(fù)責(zé)輸出高8位地址，</p><p>　　P0口以分時方式承擔(dān)輸出低8位地址信息

17、和數(shù)據(jù)輸入/輸出的雙重任務(wù) </p><p>　　P3口則作為和外設(shè)溝通的控制線，</p><p>　　P1口可隨意用作I/O口。</p><p>　　表2-1 P3口第二功能</p><p><b>　　(4) 控制引腳</b></p><p>　　RST/VPD（9腳）：RST即為R

18、ESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。 </p><p>　　(30腳)：(Address Latch Enable/PROGramming) 當(dāng)訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機(jī)器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低8位地址。</p><p>　?。?9腳）：(Program Strobe ENable)片外程序存儲器讀選通信號輸出

19、端， 低電平有效。</p><p>　　(31腳)：(Enable Address/Voltage Pulse of Programing)為訪問外部程序存儲器控制信號。</p><p><b>　　3、振蕩時鐘電路</b></p><p>　　圖2-2 時鐘電路</p><p>　　如圖 2-2所示，外部時鐘振蕩電路

20、由晶體振蕩器和電容C1、C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，連接在XTAL1、XTAL2腳兩端。對外部C1、C2的取值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性。C1、C2通常取值C1=C2=30PF左右；8051的晶振最高振蕩頻率為12M，AT89C51的外部晶振最高頻率可到24M。在單片機(jī)最小系統(tǒng)板上已經(jīng)提供了晶振電路，在使用該電路時，應(yīng)加上跳線帽，并插入合適的晶振。</p><p&

21、gt;　　AT89C51也可以采用外部時鐘方式，外部時鐘從XTAL1腳輸入，XTAL2腳浮空?？梢圆捎梦覀儼遄由咸峁┑耐獠繒r鐘源作為單片機(jī)外部時鐘輸入。</p><p>　　晶振（或外部時鐘）的振蕩頻率的確定，就確定了CPU的工作時序。這里介紹幾個重要的時序概念，我們在以后的實(shí)驗(yàn)中還會經(jīng)常涉及到：</p><p>　　振蕩周期：是指為單片機(jī)提供定時信號的振蕩器的周期。</p>

22、<p>　　時鐘周期：振蕩周期的兩倍，前部分通常用來完成算術(shù)邏輯操作；后部分完成內(nèi)部寄存器和寄存器間的傳輸。</p><p>　　機(jī)器周期：在8051單片機(jī)中，一個機(jī)器周期由12個振蕩周期組成。</p><p>　　指令周期：是指執(zhí)行一條指令所占用的全部時間。一個指令周期通常含有1~4個機(jī)器周期。機(jī)器周期和指令周期是兩個很重要的衡量單片機(jī)工作速度的值。</p>&

23、lt;p>　　若外接12MHz晶振時，8051的四個周期的值為：</p><p>　　振蕩周期=1/12us；</p><p>　　時鐘周期=1/6us；</p><p><b>　　機(jī)器周期=1us；</b></p><p>　　指令周期=1~4us。</p><p>　　在一些應(yīng)用中，傳

24、統(tǒng)的8051的速度顯得有些慢，因此，當(dāng)前很多采用8051內(nèi)核的新型單片機(jī)采用了加速處理器結(jié)構(gòu)，使機(jī)器周期提高到振蕩周期的6倍、4倍等等，RISC（精簡指令集）的采用，更讓單片機(jī)在單個時鐘周期完成一條指令，使得單片機(jī)在處理速度上得到大大提高。</p><p>　　4、溫度檢測電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　溫度檢測電路是溫度控制系統(tǒng)的重要部分，它承擔(dān)著檢測電阻爐溫度并將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的

25、任務(wù)。</p><p>　　(1) 溫度傳感器的選擇</p><p>　　熱電偶是工程上應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器，它具有構(gòu)造簡單、使用方便、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、溫度測量范圍寬等特點(diǎn)，在溫度測量中占有很重要的地位。熱電偶的類型有多種，在測量高溫時通常使用的有鎳鉻-鎳硅(K型)、鉑銠-鉑(S型)、鎳鉻-鎳(E型)三種熱電偶，在本設(shè)計(jì)中選用的是鎳鉻-硅K型熱電偶。</p><p

26、>　　本系統(tǒng)中采用的為 K 型鎳鉻-鎳硅熱電偶。采集溫度信號只需要一路采集爐溫，由于熱電偶測溫范圍廣（-100攝氏度～1300攝氏度），而且測量精度高，結(jié)構(gòu)簡單，熱惰性小，輸出為電信號便于事先遠(yuǎn)距離傳送和集T0中檢測、自動控制，因此在測量溫度信號時選擇它。</p><p>　　1)、熱電偶的測溫原理</p><p>　　圖2-3 熱電偶回路</p><p>

27、　　兩種不同材料的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)組成一個閉和回路(如圖2-3所示)，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度T和 不同時，則在該回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。這兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶，導(dǎo)體A、B稱為熱電極。熱電效應(yīng)中的電動勢由溫差電勢和接觸電勢組成，接觸電勢是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。</p><p>　　熱電偶是一種應(yīng)用廣泛，發(fā)展比較完善的熱點(diǎn)傳感器。熱電偶測溫的基本工作

28、原理是“熱電動勢效應(yīng)”。熱電效應(yīng)的本質(zhì)是熱電偶本身吸收了外部的熱能，在內(nèi)部轉(zhuǎn)換為電能的一種物理現(xiàn)象。熱電偶是將不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A 和 B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路。因?yàn)閮煞N不同金屬的自由電子密度不同，當(dāng)兩種金屬接觸時在兩種金屬的交界處，就會因電子密度不同而產(chǎn)生電子擴(kuò)散，擴(kuò)散結(jié)果在兩金屬接觸面兩側(cè)形成靜電場即接觸電勢差。這種接觸電勢差僅與兩金屬的材料和接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，溫度愈高，金屬中自由電子就越活躍，致使接觸處所產(chǎn)生的電場強(qiáng)度增

29、加，接觸面電動勢也相應(yīng)增高。這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。</p><p>　　熱電偶產(chǎn)生的電動勢不僅與工作端的溫度有關(guān)，而且也與自由端的溫度有關(guān)。平常使用時，熱電偶兩端輸出的熱電勢對應(yīng)的溫度值只是相對于自由端溫度。為了直接得到一個與被測對象溫度（工作端溫度）對應(yīng)的熱電勢，熱電偶使用時時常采取冷端補(bǔ)償?shù)霓k法，熱電偶的冷端處理有兩類方法：將冷端延伸；使冷端溫度為 0攝氏度。具體方法如下：&l

30、t;/p><p>　　1)、延伸導(dǎo)線法：延伸導(dǎo)線使冷端遠(yuǎn)離熱端并與測量電路相接。</p><p>　　2)、0度恒溫法：將熱電偶冷端置于 0度的恒溫器內(nèi)，使工作和分度狀態(tài)達(dá)到一致。</p><p>　　3)、冷端恒溫加計(jì)算修正法。</p><p><b>　　4)、電橋補(bǔ)償法。</b></p><p>

31、;　　(2) A/D轉(zhuǎn)換單元的設(shè)計(jì)</p><p>　　因?yàn)閱纹瑱C(jī)不能直接處理模擬信號，所以必須將熱電偶檢測到的溫度模擬信號變化成數(shù)字信號,單片機(jī)才能做出相應(yīng)的處理。采用8位A/D轉(zhuǎn)換器，如果設(shè)定其成比例關(guān)系，即數(shù)字量0~255對應(yīng)0℃~100℃。由于其精確度為0.39℃，可以滿足要求。如圖2-4 溫度信號AD轉(zhuǎn)換電路所示，溫度信號測量處理電路后所得到的0—5V電壓模擬信號輸入給IN-0通道，轉(zhuǎn)換完成后，輸送給單

32、片機(jī)的P0口。其中ADC0809的A、B、C三個端口作為它IN0-IN8八個輸入通道的選擇信號，由于此處只用到了IN0通道，所以將此A、B、C三個端口全部接地，電路中ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號引腳EOC接在單片機(jī)P1.0上，單片機(jī)啟動ADC0809的轉(zhuǎn)換后，延時一段時間，然后程序采取掃描方式檢測ADC0809是否轉(zhuǎn)換結(jié)束，單片機(jī)然后去檢測P1.0電平，當(dāng)接收到一個高電平時，發(fā)出一個READ信號，使得ADC0809輸出鎖存緩沖器開放，將

33、數(shù)據(jù)輸送到數(shù)據(jù)線上，從而完成溫度數(shù)字信號的采集過程。</p><p>　　1)、ADC0809的介紹</p><p>　　ADC0809是M美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。 </p>&l

34、t;p>　　A、ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　由下圖可知，ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)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(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖2-4

35、 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　5、溫度控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　此模塊是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將單片機(jī)端口輸出的PWM方波通過光電耦合器精確轉(zhuǎn)化成可控硅的開斷，從而控制電熱絲功率的變化。</p><p>　　(1) 可控硅BTA16</p><p>　　一種以硅單晶為基本材料的P1、N1、P2、N2四層三端器件，創(chuàng)制

36、于1957年，由于它特性類似于真空閘流管，所以國際上通稱為硅晶體閘流管，簡稱可控硅T。又由于可控硅最初應(yīng)用于可控整流方面所以又稱為硅可控整流元件，簡稱為可控硅SCR。在性能上，可控硅不僅具有單向?qū)щ娦?，而且還具有比硅整流元件（俗稱“死硅”）更為可貴的可控性。它只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)?？煽毓枘芤院涟布夒娏骺刂拼蠊β实臋C(jī)電設(shè)備，如果超過此頻率，因元件開關(guān)損耗顯著增加，允許通過的平均電流相降低，此時，標(biāo)稱電流應(yīng)降級使用。</p>

37、<p>　　可控硅的優(yōu)點(diǎn)很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬倍；反應(yīng)極快，在微秒級內(nèi)開通、關(guān)斷；無觸點(diǎn)運(yùn)行，無火花、無噪音；效率高，成本低等等?？煽毓璧娜觞c(diǎn)：靜態(tài)及動態(tài)的過載能力較差；容易受干擾而誤導(dǎo)通?？煽毓鑿耐庑紊戏诸愔饕校郝菟ㄐ巍⑵桨逍魏推降仔?。</p><p>　　不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層結(jié)構(gòu)。它有三個PN結(jié)（J1、J2、J3），從J1

38、結(jié)構(gòu)的P1層引出陽極A，從N2層引出陰級K，從P2層引出控制極G，所以它是一種四層三端的半導(dǎo)體器件。可控硅結(jié)構(gòu)示意圖和符號圖如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-6 可控硅結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　可控硅是P1、N1、P2、N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個PN結(jié)，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成，其等效圖解如圖2-5所示。</p><

39、;p>　　圖2-7 可控硅內(nèi)部等效圖</p><p>　　當(dāng)陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發(fā)信號，BG2便有基流ib2流過，經(jīng)BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。因?yàn)锽G2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到BG2的基極

40、，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。</p><p>　　由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件如表2-2所示：</p><p>　　表2-2 可控硅開

41、關(guān)特性表</p><p><b>　　A、反向特性</b></p><p>　　當(dāng)控制極開路，陽極加上反向電壓時，J2結(jié)正偏，但J1、J2結(jié)反偏。此時只能流過很小的反向飽和電流，當(dāng)電壓進(jìn)一步提高到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓后，接差J3結(jié)也擊穿，電流迅速增加，特性開始彎曲，彎曲處的電壓URO叫“反向轉(zhuǎn)折電壓”。此時，可控硅會發(fā)生永久性反向。</p><p&

42、gt;<b>　　B、正向特性</b></p><p>　　當(dāng)控制極開路，陽極上加上正向電壓時，J1、J3結(jié)正偏，但J2結(jié)反偏，這與普通PN結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)，當(dāng)電壓增加，特性發(fā)生了彎曲，彎曲處的是UBO叫“正向轉(zhuǎn)折電壓”。</p><p>　　由于電壓升高到J2結(jié)的雪崩擊穿電壓后，J2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴

43、，電子時入N1區(qū)，空穴時入P2區(qū)。進(jìn)入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴復(fù)合，同樣，進(jìn)入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過J3結(jié)注入P2區(qū)的電子復(fù)合，雪崩擊穿，進(jìn)入N1區(qū)的電子與進(jìn)入P2區(qū)的空穴各自不能全部復(fù)合掉。這樣，在N1區(qū)就有電子積累，在P2區(qū)就有空穴積累，結(jié)果使P2區(qū)的電位升高，N1區(qū)的電位下降，J2結(jié)變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂負(fù)阻特性。</p><p>　　這時J1、J2、

44、J3三個結(jié)均處于正偏，可控硅便進(jìn)入正向?qū)щ姞顟B(tài)—通態(tài)，此時，它的特性與普通的PN結(jié)正向特性相似。</p><p>　　(2)溫度控制模塊電路圖</p><p>　　此部分電路主要由光電耦合器和可控硅組成，光電耦合器與單片機(jī)端口相連，可以根據(jù)端口信號的變化迅速做出反應(yīng)，延時時間短。由于單片機(jī)的端口電壓不足以驅(qū)動光電耦合器，故令其低電平觸發(fā)，外加上拉電阻。</p><p&g

45、t;　　與外部電阻爐相連的部分是可控硅，與光電耦合器配合輸出，以弱點(diǎn)控制強(qiáng)電，控制電阻爐的開斷頻率，以達(dá)到加熱目的。</p><p>　　由主控單片機(jī)運(yùn)算輸出脈沖寬度可調(diào)的PWM波用于雙向可控硅在1s內(nèi)的導(dǎo)通和關(guān)斷數(shù)從而調(diào)節(jié)輸出給電爐的功率，這樣使得水溫穩(wěn)定在設(shè)定值上。</p><p>　　接線圖如圖2-8所示：</p><p>　　圖2-8 溫度控制模塊電路圖&

46、lt;/p><p>　　6、溫度顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　此模塊由顯示部分和設(shè)定部分組成，顯示部分采用LCD1602液晶顯示器，顯示2行，每行個16個字符，可顯示字符和數(shù)字，顯示內(nèi)容豐富，此部分作用是實(shí)時顯示電阻爐當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度。</p><p>　　設(shè)定部分主要是鍵盤輸入，此部分主要由兩個按鍵組成，PLAS為加，SUBS為減，當(dāng)系統(tǒng)啟動時，默認(rèn)設(shè)定溫度為

47、30℃，當(dāng)按下PLAS時設(shè)置水溫增加，按下SUBS時設(shè)置水溫減小。</p><p>　　(1)LCD1602的簡介</p><p>　　液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，因此，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。本系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示模塊，它可以顯示兩行，每行16個字符

48、，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。</p><p>　　(2)LCD1602接口引腳及功能介紹</p><p>　　表2-3 接口引腳及其功能</p><p><b>　　(3)主要管腳介紹</b></p><p>　　V0：液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對

49、比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。</p><p>　　RS：寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器；低電平時選擇指令寄存器。</p><p>　　R/W：讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>

50、　　E：使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　(4)溫度顯示模塊電路圖</p><p>　　圖2-9 溫度顯示模塊電路圖</p><p><b>　　三、軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1、主程序流程圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)的主要任務(wù)是接

51、受來自主機(jī)的命令并執(zhí)行命令，同時返回系統(tǒng)的狀態(tài)和當(dāng)前的壓力值。在主機(jī)工作之前，片機(jī)已啟動。在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)定時器T1工作于方式2，波特率9600，串行口工作方式1，允許接受，或允許發(fā)送，晶振11.0592，根據(jù)此設(shè)置，（TMOD）=20H，(TH1)=FD，(TL1)=FD，(SCON)=50H。</p><p>　　圖3-1 主程序流程圖</p><p>　　2、子程序流程圖的設(shè)計(jì)&l

52、t;/p><p>　　本系統(tǒng)子程序主要有：LCD顯示程序、AD轉(zhuǎn)換程序、PID控制算法子程序等等。</p><p>　　圖3-2 顯示流程圖</p><p>　　圖3-3 A/D轉(zhuǎn)換流程圖</p><p>　　圖3-4 PID控制算法程序流程圖</p><p><b>　　3、部分程序清單</b>

53、;</p><p><b>　　(1)主程序：</b></p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p><b>　　AJMP MAIN</b></p><p><b>　　ORG 0003H</b></p><p

54、><b>　　AJMP KEYS</b></p><p><b>　　ORG 000BH</b></p><p><b>　　AJMP PIT0</b></p><p><b>　　ORG 001BH</b></p><p>　　AJMP PIT1

55、 ；中斷入口及優(yōu)先級</p><p>　　MAIN：MOV SP，#00H</p><p>　　CLR 5FH ；清上下限越限標(biāo)志 </p><p>　　MOV A，#00H</p><p>　　MOV R7，#09H</p><p>　　MOV

56、R0，#28H</p><p>　　LP1：MOV @R0，A</p><p>　　INC R0 </p><p>　　DJNZ R7，LP1</p><p>　　MOV R7，#06H</p><p>　　MOV R0，#39H</p><p>　　LP2：MOV

57、@R0，A</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　DJNZ R7，LP2</p><p>　　MOV R7，#06H</p><p>　　MOV RO，#50H</p><p>　　LP3：MOV @R0，A</p><p&

58、gt;<b>　　INC R0</b></p><p>　　DINZ R7，LP3 ；清顯示緩沖區(qū)</p><p>　　MOV 33H，#00H</p><p>　　MOV 34H，#00H ；賦KP高低字節(jié)</p><p>　　MOV 35H，#00H&l

59、t;/p><p>　　MOV 36H，#00H ；賦KI高低字節(jié)</p><p>　　MOV 37H，#00H </p><p>　　MOV 38H，#00H ；賦KD高低字節(jié)</p><p>　　MOV 42H，#00H</p><p>　　MOV 4

60、3H，#00H ；賦K高低字節(jié)</p><p>　　MOV TMOD，#56H ；T0方式2，T1方式1計(jì)數(shù)</p><p>　　MOV TLO，#06H</p><p>　　MOV THO，#06H </p><p>　　MOV 25H，#163H ；設(shè)定值默認(rèn)

61、值350</p><p>　　SETB TR0 ；鍵盤高優(yōu)先級</p><p><b>　　SETB ET0</b></p><p><b>　　SETBEX0</b></p><p>　　SETB EA

62、；開鍵盤T0。T1中斷</p><p>　　LOOP：MOV R0，#56H</p><p>　　MOV R1，#55H</p><p>　　LCALL SCACOV ；標(biāo)度轉(zhuǎn)化</p><p>　　MOV R0，#53H</p><p>　　LCALL DIR</p&g

63、t;<p><b>　　NOP</b></p><p>　　LCALL DLY10MS</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　LCALL DLY10MS</p><p>　　AJMP LOOP ；等中斷</p>

64、;<p><b>　　(2)鍵盤子程序</b></p><p>　　KEYS：CLR EX0</p><p><b>　　CLR EA</b></p><p>　　PUSH PSW</p><p>　　PUSH ACC ；關(guān)中斷</p

65、><p>　　LCALLDLY10MS ；消抖</p><p>　　CC： JB P3.2 AA</p><p>　　SETB 5DH ；置“顯示設(shè)定值溫度值標(biāo)志”</p><p>　　MOV A，25H ；取運(yùn)算位的值</p><

66、;p>　　MOV B，#10H ；BCD碼轉(zhuǎn)化</p><p><b>　　DIV A B</b></p><p>　　MOV 52H，A</p><p><b>　　MOV A，B</b></p><p>　　MOV 51H，A</p>

67、<p>　　MOV R0，#50H</p><p>　　LCALL DIR ；顯示設(shè)定溫度</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　LCALL DLY10MS</p><p><b>　　NOP</b></p>

68、<p>　　LCALL DLY10MS</p><p>　　JB P1.7 ，BB</p><p>　　MOV R1，#25H</p><p>　　LCALL DAAD1</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　LCALL DLY10MS</p

69、><p><b>　　AJMP CC</b></p><p>　　BB： JB P1.6 CC</p><p>　　MOV R1，#25H</p><p>　　LCALL DEEC1</p><p><b>　　NOP</b></p><p>

70、;　　LCALL DLY10MS</p><p><b>　　AJMP CC</b></p><p>　　AA： POP ACC</p><p><b>　　POP PSW</b></p><p><b>　　SETB EX0</b></p>&

71、lt;p>　　SETB EA ；出棧</p><p><b>　　RETI</b></p><p><b>　　(3)顯示子程序</b></p><p>　　DIR： MOV SCON，#00H ；置串行口移位寄存器狀態(tài)</p><

72、p>　　SETB P1.4 ；開顯示</p><p>　　JB 5DH，DL1 ；顯示設(shè)定溫度</p><p>　　DL2： MOV DPTR，#SEGT</p><p>　　DL0： MOV A，@R0</p><p>　　MOVC A，@A+DP

73、TR</p><p>　　MOV SBUF ，A</p><p>　　LOOP1：JNB TI，LOOP1</p><p><b>　　CLR TI</b></p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV A，@R0</p>

74、;<p>　　MOVC A，@A+DPTR</p><p>　　ANL A，#7FH ；使數(shù)帶小數(shù)點(diǎn)</p><p>　　MOV SBUF ，A</p><p>　　LOOP2：JNB TI,LOOP2</p><p><b>　　CLR TI</b></p&

75、gt;<p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV A，@R0</p><p>　　MOVC A，@A+DPTR</p><p>　　MOV SBUF,A</p><p>　　LOOP3：JNB TI，LOOP3</p><p><b&

76、gt;　　CLR TI</b></p><p><b>　　CLR P1.4</b></p><p><b>　　CLR 5DH</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DL1：MOV 50H,#0AH

77、 ；小數(shù)位黑屏</p><p><b>　　AJMP DL2</b></p><p>　　SEGT:：DB 0C0H ，0F9H，0A4H，0B0H，99H，92H，82H，0F8H，80H，90H，0FFH</p><p><b>　　四、小結(jié)</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是對

78、我們在這學(xué)期學(xué)到的微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門課的理論知識的一個綜合測評，是對我們將理論結(jié)合時間的綜合能力的考查，是培養(yǎng)我們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，是激發(fā)我們內(nèi)在創(chuàng)新意識的途徑。在此次課程設(shè)計(jì)中，我們學(xué)到了許多平時課堂上學(xué)不到的東西，比如：單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)與可行性分析、電阻爐的設(shè)計(jì)與制作、器件的選型、程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試、系統(tǒng)的調(diào)試以及平時沒有接觸到的在線編程與相關(guān)軟件等等。在設(shè)計(jì)過程中我遇到了許多難以解決的問題，通過去圖書館看書、上網(wǎng)查資料以

79、及請教同學(xué)，努力最終一步一步得以解決。通過這次課程設(shè)計(jì)，不僅鍛煉了我的動手能力，更培養(yǎng)了我發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，鞏固了我以前學(xué)過的專業(yè)知識，促進(jìn)了我的自學(xué)能力。</p><p>　　通過本次設(shè)計(jì)，我還了解了微機(jī)控制中PID算法的基本概念及其對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)應(yīng)用。什么樣的課程設(shè)計(jì)都離不開理論與實(shí)際相結(jié)合的真理，設(shè)計(jì)過程中的方案選擇和參數(shù)設(shè)定使我進(jìn)一步深刻認(rèn)識到算法的控制對整個系統(tǒng)的重要作用。一個細(xì)小的參數(shù)設(shè)定出

80、現(xiàn)偏差，可能導(dǎo)致最后的性能指標(biāo)不和標(biāo)準(zhǔn)。所以選擇一個優(yōu)良的方案對于實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要。</p><p>　　溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù)之一，準(zhǔn)確地測量和有效地控制溫度是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和安全生產(chǎn)的重要條件。目前我國的溫度控制主要以傳統(tǒng)控制方式為主，精度不高，容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，易產(chǎn)生振蕩。本設(shè)計(jì)以溫度控制系統(tǒng)為背景，以具有大慣性、純滯后、非線性特點(diǎn)的電阻爐為控制對象，以單片機(jī)AT89C51為核心控

81、制器，采用智能控制方法——PID控制設(shè)計(jì)了一種新型的溫度測控系統(tǒng)，使其具有硬件電路簡單、控制算法先進(jìn)、系統(tǒng)性能優(yōu)良等特點(diǎn)，具體結(jié)論如下：</p><p>　　(1)對控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，并對其合理性進(jìn)行研究，在硬件設(shè)計(jì)中采用抗干擾設(shè)計(jì)，在輸入輸出通道設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)時都采用了抗干擾技術(shù)。</p><p>　　(2)在人機(jī)界面設(shè)計(jì)中沒有采用傳統(tǒng)的LED顯示，而是采用更加人性化的LED顯

82、示設(shè)計(jì)，具有界面豐富、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　(3)輸出控制主要采用硬件電路實(shí)現(xiàn)，具有原理簡單，可靠性強(qiáng)，降低了程序復(fù)雜性等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　(4)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用了模塊化結(jié)構(gòu)，具有可移植性強(qiáng)和通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。</p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束之際，我要向在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中幫助我的老師、同學(xué)致以誠摯的感謝：首先是我的老師—xx老師。

83、在我的學(xué)習(xí)、思想上都給予了極大的關(guān)心、幫助和引導(dǎo)，我的每一步成長，老師是功不可沒的。老師淵博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的科研精神以及孜孜不倦的言傳身教使我終身受益，并將激勵我在今后的學(xué)習(xí)和工作中努力進(jìn)取。論文的字里行間都凝聚著老師的心血和汗水，在這個專業(yè)領(lǐng)域還有很多的新方法、手段、理論等待我去學(xué)習(xí)掌握開拓和創(chuàng)新。</p><p>　　最后，感謝幫助過我的同學(xué)和老師，他們的思路給了我很大的啟示和觸動，這對我的

84、設(shè)計(jì)提供了很大的幫助， 使我受益匪淺。 </p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張學(xué)峰.基于單片機(jī)控制的太陽能熱水器全自動電路[J].現(xiàn)代電子技術(shù)2005,28(4):24-26.</p><p>　　[2] 蔡可健,蔣樂書.太陽能熱水器智能控制方案設(shè)計(jì)的探討[J].太陽能,2004,(1):46-48.

85、</p><p>　　[3] 蔡可健.節(jié)能熱水器智能電路設(shè)計(jì)方案[J].電工技術(shù),2004,(9):49-51.</p><p>　　[4] 丁元杰.單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.</p><p>　　[5] 何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990.</p>