畢業(yè)論文---電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，各種電子產(chǎn)品開始進入人們的生活并成為人們生活不可或缺的一部分，因此對電子產(chǎn)品的自動化控制的要求也越來越高，本設(shè)計正是選用了其中具有代表性的電加熱爐作為研究對象。</p><p>　　本設(shè)計以單片機為核心對電加熱爐的溫度進行監(jiān)測和控制，采用單片機來對

2、他們控制不僅具有控制方便，簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。</p><p>　　為了實現(xiàn)高精度的溫度控制，本單片機系統(tǒng)采用PID算法控制，通過控制雙向可控硅改變電爐和電源的接通、斷開，從而用改變加熱時間的方法來實現(xiàn)對溫度的控制。本系統(tǒng)由按鍵顯示和溫度采樣控制以及上下限報警幾個模塊組成，通過模塊間的通信完成溫度設(shè)定、實際溫度和測量溫度的顯示等功能。&l

3、t;/p><p>　　本文對系統(tǒng)的硬件、選型、軟件中流程控制的實現(xiàn)均有較為詳細的闡述，對使用的編程軟件也有描述，對于本系統(tǒng)的控制特點也進行總結(jié)說明，比較詳盡地敘述了整個系統(tǒng)的相關(guān)事宜。</p><p>　　關(guān)鍵詞 單片機 PID算法 溫度控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　A

4、long with the development of national economy, the people to the requirements of the quality of the life more and more high, all kinds of electronic products began to enter into the people's life and become an integr

5、al part of life, so the requirements of electronic products of automation control also become more and more high, this design is just choose the electric heating which one is representative as the research object.</p&

6、gt;<p>　　This design with the single chip processor as the core to monitoring and control electric heating temperature, Using the monolithic control has not only to control convenient, simple and flexible and othe

7、r advantages, and can greatly increase the specifications of temperature, which can greatly improve the quality and quantity of products.</p><p>　　In order to realize high precision temperature control, the

8、SCM system adopts PID control algorithm, through controlling the on and off of the Bidirectional controllable silicon and the method of changing the heating time to achieve the control of the temperature. The system is c

9、omposed of button display and temperature sampling control and upper alarm several modules, through the communications of the module to realize temperature set, and the display function of the actual temperature and meas

10、</p><p>　　This article is detailed in hardware, selection, software process control realization of the system, and also describes the programming software , control characteristic and also summarizes that mo

11、re exhaustive account of the system related issues.</p><p>　　Key words Microcontroller Temperature control PID algorithm</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章

12、 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景及國內(nèi)外研究概況1</p><p>　　1.2 自動控制理論及其發(fā)展1</p><p>　　1.3 課題的建立以及本文完成的主要工作3</p><p>　　第2章 總體方案設(shè)計4</p><p>　　2.1 總體方案的確定4</p&g

13、t;<p>　　2.2 系統(tǒng)組成5</p><p>　　第3章 單片機技術(shù)和PID算法6</p><p>　　3.1 AT89C51簡介6</p><p>　　3.1.1 單片機的引腳介紹6</p><p>　　3.1.2 單片機的存儲結(jié)構(gòu)8</p><p>　　3.2 PID算法介紹9&l

14、t;/p><p>　　3.2.1 PID算法的數(shù)字化9</p><p>　　3.2.2 PID算法的運用10</p><p><b>　　3.3 小結(jié)11</b></p><p>　　第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計12</p><p>　　4.1 系統(tǒng)概況12</p><p>

15、;　　4.2 功能模塊12</p><p>　　4.2.1 單片機控制模塊12</p><p>　　4.2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與采集模塊A/D080813</p><p>　　4.2.3 按鍵選擇模塊14</p><p>　　4.2.4 顯示模塊14</p><p>　　4.2.5 報警模塊14</p>

16、;<p>　　4.2.6 輸出模塊15</p><p>　　4.3 總體方案的實現(xiàn)和元器件清單15</p><p>　　4.3.1系統(tǒng)的整體設(shè)計15</p><p>　　4.3.2元器件清單16</p><p><b>　　4.4 小結(jié)16</b></p><p>　　第5

17、章 系統(tǒng)軟件設(shè)計18</p><p>　　5.1 Protues7軟件概況18</p><p>　　5.2 WAVE6000軟件簡介19</p><p>　　5.2.1 軟件概況19</p><p>　　5.2.2 程序界面20</p><p>　　5.3 子程序設(shè)定20</p><p

18、>　　5.4 程序流程20</p><p>　　5.5 程序仿真調(diào)試27</p><p>　　5.5.1 WAVE6000仿真調(diào)試27</p><p>　　5.5.2 軟硬連調(diào)27</p><p><b>　　5.6 小結(jié)28</b></p><p>　　第6章 課題特點29&

19、lt;/p><p>　　6.1 單片機技術(shù)應(yīng)用29</p><p>　　6.2 PID算法的運用29</p><p>　　6.3 軟件的調(diào)試仿真29</p><p>　　第7章 結(jié)論30</p><p><b>　　致 謝31</b></p><p><

20、b>　　參考文獻32</b></p><p><b>　　附 錄33</b></p><p>　　電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題背景及國內(nèi)外研究概況</p><p>

21、　　溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展及加入WTO，我國政府及企業(yè)對此都非常重視，對相關(guān)企業(yè)資源進行了重組，相

22、繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。</p><p>　　隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，近年來單片機發(fā)展十分迅速，一個以微機應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機械、食品、石油等各個行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費時費力，而且精度差，單片機的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對象中的一個重要的被控

23、參數(shù)。然而所采用的測溫元件和測量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。因此對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。傳統(tǒng)的控制方式已不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點是溫度波動范圍大，由于它主要通過控制接觸器的通斷時間比例來達到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。近幾年來快速發(fā)展了多種先進的溫度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制

24、等。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。本系統(tǒng)要求有數(shù)據(jù)處理，顯示功能等,被控對象為一階慣性環(huán)節(jié)和一階積分環(huán)節(jié)的組合，慣性時間常數(shù)為2s，開環(huán)增益k=10，溫度控制范圍為50</p><p>　　本設(shè)計使用單片機作為核心進行控制。單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點，

25、在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。本系統(tǒng)使用AT89C51單片機，使溫度控制大為簡便。</p><p>　　1.2 自動控制理論及其發(fā)展</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的進步，自動控制技術(shù)在各個應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用已日漸廣泛，不但使得生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化，大大提高了勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善了勞動條件，還在人類征服大自然，改善居住條件等方面發(fā)揮了非常重要的作用。</p>

26、<p>　　自動控制（automatic control）是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置，使機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個工作狀態(tài)或參數(shù)自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。自動控制是相對人工控制概念而言的。指的是在沒人參與的情況下，利用控制裝置使被控對象或過程自動地按預(yù)定規(guī)律運行。</p><p>　　自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)，是分析和設(shè)計自動控制系統(tǒng)的理論的基礎(chǔ)。它的發(fā)展初期

27、，是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制，二戰(zhàn)期間為了設(shè)計和制造飛機及船用自動駕駛儀，火炮定位系統(tǒng)，雷達跟蹤系統(tǒng)以及其他基于反饋原理的軍用設(shè)備，進一步促進并完善了自動控制理論的發(fā)展。到戰(zhàn)后，已形成完整的自動控制理論體系，這就是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論，它主要研究單輸入-單輸出，線形定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題。</p><p>　　自動控制理論的發(fā)展歷程如下：</p><p>

28、;　　1．40年代--60年代初</p><p>　　需求動力：市場競爭,資源利用，減輕勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，適應(yīng)批量生產(chǎn)需要。主要特點：此階段主要為單機自動化階段，主要特點是:各種單機自動化加工設(shè)備出現(xiàn)，并不斷擴大應(yīng)用和向縱深方向發(fā)展。典型成果和產(chǎn)品：硬件數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床。 </p><p>　　2．60年代中--70年代初期</p><p>　　需求動力：市

29、場競爭加劇，要求產(chǎn)品更新快，產(chǎn)品質(zhì)量高，并適應(yīng)大中批量生產(chǎn)需要和減輕勞動強度。主要特點：此階段主要以自動生產(chǎn)線為標(biāo)志，其主要特點是：在單機自動化的基礎(chǔ)上，各種組合機床、組合生產(chǎn)線出現(xiàn)，同時軟件數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)并用于機床，CAD、CAM等軟件開始用于實際工程的設(shè)計和制造中，此階段硬件加工設(shè)備適合于大中批量的生產(chǎn)和加工。典型成果和產(chǎn)品：用于鉆、鏜、銑等加工的自動生產(chǎn)線。 </p><p>　　3．70年代中期--至今&l

30、t;/p><p>　　需求動力：市場環(huán)境的變化，使多品種、中小批量生產(chǎn)中普遍性問題愈發(fā)嚴(yán)重，要求自動化技術(shù)向其廣度和深度發(fā)展，使其各相關(guān)技術(shù)高度綜合，發(fā)揮整體最佳效能。主要特點：自70年代初期美國學(xué)者首次提出CIM概念至今，自動化領(lǐng)域已發(fā)生了巨大變化，其主要特點是：CIM已作為一種哲理、一種方法逐步為人們所接受；CIM也是一種實現(xiàn)集成的相應(yīng)技術(shù)，把分散獨立的單元自動化技術(shù)集成為一個優(yōu)化的整體。所謂哲理，就是企業(yè)應(yīng)根據(jù)

31、需求來分析并克服現(xiàn)存的“瓶頸”，從而實現(xiàn)不斷提高實力、競爭力的思想策略；而作為實現(xiàn)集成的相應(yīng)技術(shù)，一般認為是:數(shù)據(jù)獲取、分配、共享；網(wǎng)絡(luò)和通信；車間層設(shè)備控制器；計算機硬、軟件的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等。同時，并行工程作為一種經(jīng)營哲理和工作模式自80年代末期開始應(yīng)用和活躍于自動化技術(shù)領(lǐng)域，并將進一步促進單元自動化技術(shù)的集成。典型成果和產(chǎn)品：CIMS工廠，柔性制造系統(tǒng)(FMS)。 </p><p>　　隨著現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)新成果的

32、推出和電子計算機的應(yīng)用，為適應(yīng)自動控制、宇航技術(shù)的發(fā)展，自動控制理論跨入了一個新階段——現(xiàn)代控制理論。主要研究具有高性能，高精度的多變量多參數(shù)的最優(yōu)控制問題，主要采用的方法是以狀態(tài)為基礎(chǔ)的狀態(tài)空間法。目前，自動控制理論還在繼續(xù)發(fā)展，正向以控制論，信息論，仿生學(xué)為基礎(chǔ)的智能控制理論深入。 </p><p>　　為了實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，首先要將被控制對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個有機的總體，這就是

33、自動控制系統(tǒng)。在自動控制系統(tǒng)中，被控對象的輸出量即被控量是要求嚴(yán)格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，例如溫度，壓力或飛行航跡等；而控制裝置則是對被控對象施加控制作用的機構(gòu)的總體，它可以采用不同的原理和方式對被控對象進行控制，但最基本的一種是基于反饋控制原理的反饋控制系統(tǒng)。 </p><p>　　在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對被控裝置施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量和控制量之間的

34、偏差從而實現(xiàn)對被控量進行控制的任務(wù)，這就是反饋控制的原理。</p><p>　　1.3 課題的建立以及本文完成的主要工作</p><p>　　本文主要包括以下內(nèi)容：</p><p>　　1．以單片機為核心，建立自動控制系統(tǒng)，構(gòu)建按鍵、采樣、顯示以及輸出等外圍電路，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的搭建，建立電加熱爐系統(tǒng)的仿真圖；</p><p>　　2．畫出軟件

35、流程圖，根據(jù)流程圖編寫程序，并對其進行調(diào)試，使其符合系統(tǒng)的具體要求；</p><p>　　3．將所編寫的程序下載到單片機中去，對系統(tǒng)進行整體調(diào)試，進而實現(xiàn)系統(tǒng)的整個功能，設(shè)計出符合實際要求的系統(tǒng)。</p><p>　　第2章 總體方案設(shè)計</p><p>　　2.1 總體方案的確定</p><p>　　由于溫度控制系統(tǒng)的控制對象具有慣性大，

36、連續(xù)性的特點。因而可以歸于具有純滯后的一階大慣性環(huán)節(jié)。一般來說，熱過程大多具有較大的滯后，它對任何信號的響應(yīng)都會推遲一段時間，使輸出與輸入之間產(chǎn)生相移。對于這樣一些存在大的滯后特性的過渡過程控制，一般來說可以采用以下幾種控制方案：</p><p><b>　　1．輸出開關(guān)量控制</b></p><p>　　對于慣性較大的過程可以簡單地采用輸出開關(guān)量控制的方法。這種方法

37、通過比較給定值與被控參數(shù)的偏差來控制輸出的狀態(tài)：開關(guān)或者通斷，因此控制過程十分簡單，也容易實現(xiàn)。但由于輸出控制量只有兩種狀態(tài)，使被控參數(shù)在兩個方向上變化的速率均為最大，因此容易引起反饋回路產(chǎn)生振蕩，對自動控制系統(tǒng)會產(chǎn)生十分不利的影響，甚至?xí)驗檩敵鲩_關(guān)的頻繁動作而不能滿足系統(tǒng)對控制精度的要求。因此，這種控制方案一般在大慣性系統(tǒng)對控制精度和動態(tài)特性要求不高的情況下采用。</p><p>　　2．比例控制（P控制）&

38、lt;/p><p>　　比例控制的特點是控制器的輸出與偏差成比例，輸出量的大小與偏差之間有對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)負荷變化時，抗干擾能力強，過渡時間短，但過程始終存在余差。因此它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。使用時還應(yīng)注意經(jīng)過一段時間后需將累積誤差消除。</p><p>　　3．比例積分控制（PI控制）</p><p>　　由于比例積分控制

39、的特點是控制器的輸出與偏差的積分成比例，積分的作用使得過渡過程結(jié)束時無余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。雖然加大比例度可以使穩(wěn)定性提高，但又使過渡時間加長。因此，PI控制適用于滯后較小、負荷變化不大、被控量不允許有余差的控制系統(tǒng)，它是工程上使用最多、應(yīng)用最廣的一種控制方法。</p><p>　　4．比例積分加微分控制（PID控制）</p><p>　　比例積分加微分控制的特點是微分的作用使控制器的

40、輸出與偏差變化的速度成正比例,它對克服對象的容量滯后有顯著的效果。在比例基礎(chǔ)上加上微分作用，使穩(wěn)定性提高，再加上積分作用，可以消除余差。因此，PID控制適用于負荷變化大、容量滯后較大、控制品質(zhì)要求又很高的控制系統(tǒng)。</p><p>　　結(jié)合本例題設(shè)計任務(wù)與要求，由于溫度系統(tǒng)的傳遞函數(shù)事先難以精確獲得，因而很難判斷哪一種控制方法能夠滿足系統(tǒng)對控制品質(zhì)的要求。但從以上對控制方法的分析來看，PID控制方法最適合本例采用

41、。另一方面，由于可以采用單片機實現(xiàn)控制過程，無論采用上述哪一種控制方法都不會增加系統(tǒng)硬件成本，而只需對軟件作相應(yīng)改變即可實現(xiàn)不同的控制方案。因此本系統(tǒng)可以采用PID的控制方式，以最大限度地滿足系統(tǒng)對諸如控制精度、調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量等控制品質(zhì)的要求。</p><p><b>　　2.2 系統(tǒng)組成</b></p><p>　　就控制器本身而言，控制電路可以采用經(jīng)典控制理論和

42、常規(guī)模擬控制系統(tǒng)實現(xiàn)溫度的自動調(diào)節(jié)。但隨著計算機與超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，以現(xiàn)代控制理論和計算機為基礎(chǔ)，采用數(shù)字控制、顯示、A/D與D/A轉(zhuǎn)換，配合執(zhí)行器與控制閥構(gòu)成的計算機控制系統(tǒng)，在過程控制過程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　由于本例是一個典型的檢測、控制型應(yīng)用系統(tǒng)，它要求系統(tǒng)完成從溫度檢測、信號處理、輸入、運算到輸出控制電爐加熱功率以實現(xiàn)溫度控制的全過程。因此，應(yīng)以單片微型計算機為核心組成

43、一個專用計算機應(yīng)用系統(tǒng)，以滿足檢測、控制應(yīng)用類型的功能要求。另外，單片機的使用也為實現(xiàn)溫度的智能化控制以及提供完善的人機交互界面及多機通訊接口提供了可能，而這些功能在常規(guī)數(shù)字邏輯電路中往往是難以實現(xiàn)或無法實現(xiàn)的。所以，本例采用以單片機為核心的直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）。</p><p>　　第3章 單片機技術(shù)和PID算法</p><p>　　3.1 AT89C51簡介</p>

44、<p>　　微型計算機是指由微處理器加上采用大規(guī)模集成電路制成的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，以及輸入輸出設(shè)備相連接的I/O接口電路，微型計算機簡稱MC。如果將微處理器、存儲器和輸入/輸出接口電路集成在一塊集成電路芯版上，稱為單片微型計算機，簡稱單片機。</p><p>　　本次設(shè)計選用的是AT89C51，是MCS-51單片機系列的一種。其結(jié)構(gòu)體系完整、指令系統(tǒng)功能完善、內(nèi)部寄存器規(guī)范、性能優(yōu)越、技術(shù)成熟

45、、具有高可靠性和高性價比。</p><p>　　它提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存

46、RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 </p><p>　　3.1.1 單片機的引腳介紹</p><p>　　其引腳圖如圖3-1所示</p><p>　　圖3-1 單片機引腳圖</p><p><b>　　其各引腳的功能如下</b></p><p>　　VCC

47、：供電電壓。 </p><p><b>　　GND：接地。 </b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必

48、須接上拉電阻。 </p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，

49、輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 </p>

50、;<p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 </p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： </p><p><b>　　各管腳備選功能 <

51、;/b></p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入）</p><p

52、>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 &

53、lt;/p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，

54、MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 </p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 </p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFF

55、FH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 </p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 </p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　3.1.2 單片

56、機的存儲結(jié)構(gòu)</p><p>　　存儲器是組成計算機的三大部件之一，其功能是存儲信息（數(shù)據(jù)和程序）。存儲器按其存儲方式可分為兩大類：一類為隨機存儲器（RAM）；另一類為數(shù)據(jù)存儲器（ROM）。</p><p>　　CPU在運行時可對RAM隨時進行數(shù)據(jù)的的寫入和讀出，但在關(guān)閉電源時，RAM中所存的信息也會丟失，所以RAM只能用來存放暫時性的輸入/輸出數(shù)據(jù)、運算中的結(jié)果等。RAM也因此常被稱為數(shù)

57、據(jù)存儲器。</p><p>　　而ROM是一種寫入數(shù)據(jù)后不能改寫只能讀出的存儲器。在斷電后，ROM中的信息保留不變，所以ROM用來存放固定的程序或數(shù)據(jù)。ROM因此也常被稱為程序存儲器。</p><p>　　MCS-51單片機的存儲器配置比一般的微機配置復(fù)雜，其具體配置是多種存儲器的交疊。這種交疊不僅反映在存儲器的種類上，而且還體現(xiàn)在存儲器的地址空間上。</p><p&g

58、t;　　MCS-51單片機存儲器可分為5類：</p><p>　　1．片內(nèi)程序存儲器；</p><p>　　2．片外程序存儲器；</p><p>　　3．片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器；</p><p>　　4．特殊功能存儲器；</p><p>　　5．片外數(shù)據(jù)存儲器。</p><p>　　MCS-51單片機存

59、儲器的地址空間可分為3個，在訪問3個不同的地址空間時采用不同形式的指令： </p><p>　　1．片內(nèi)片外統(tǒng)一編址的64K的程序存儲器地址空間（16位地址0000H-FFFFH）；</p><p>　　2．片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器與特殊功能存儲器統(tǒng)一編址的256B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器地址空間</p><p>　?。?位地址00H-7FH，80H-FFH）；</p>

60、<p>　　3．64KB片外數(shù)據(jù)存儲器地址空間（16位地址0000H-FFFFH）。</p><p>　　89C51內(nèi)部RAM共有256個單元，這256個單元共分為兩部分。其一是地址從00H—7FH單元（共128個字節(jié)）為用戶數(shù)據(jù)RAM。從80H—FFH地址單元（也是128個字節(jié)）為特殊寄存器（SFR）單元。從圖3-2中可清楚地看出它們的結(jié)構(gòu)分布。</p><p>　　圖3-2

61、存儲器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　單片機的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器共有128個字節(jié)，地址范圍是00H-7FH，分成工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、通用RAM區(qū)三部分。</p><p>　　3.2 PID算法介紹</p><p>　　PID調(diào)節(jié)是Proportional（比例）、Integral（積分）、Differential（微分）三者的縮寫，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、行之有效、應(yīng)用

62、最廣泛的一種調(diào)節(jié)方式。PID調(diào)節(jié)的實質(zhì)就是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進行運算，其運算結(jié)果用以輸出控制。在實際應(yīng)用中，根據(jù)被控對象的特性和控制要求，可靈活地改變PID的結(jié)構(gòu)，取其中的一部分環(huán)節(jié)構(gòu)成控制規(guī)律，如比例（P）調(diào)節(jié)、比例積分（PI）調(diào)節(jié)、比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)等。盡管憑著單片微機的優(yōu)勢，計算機數(shù)字控制系統(tǒng)取代了模擬控制系統(tǒng)，但是，在長期生產(chǎn)實踐中，模擬PID控制算法所積累的經(jīng)驗并未被人們遺忘，而是被廣泛地應(yīng)

63、用到計算機控制系統(tǒng)中來，形成一種新型PID控制方式，稱之為數(shù)字PID控制。</p><p>　　3.2.1 PID算法的數(shù)字化</p><p>　　PID算法的數(shù)字化，其實質(zhì)就是將連續(xù)形式的PID微分方程式轉(zhuǎn)化為離散形式的PID差分方程。在模擬系統(tǒng)中，PID算法的表達式為：</p><p><b>　　(3-1)</b></p>

64、<p>　　式中，u(t)-調(diào)節(jié)器的輸出信號；</p><p>　　e(t)-調(diào)節(jié)器的偏差信號，等于給定值與測量值之差；</p><p>　　Kp-調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>　　Ti-調(diào)節(jié)器的積分時間；</p><p>　　Td-調(diào)節(jié)器的微分時間。</p><p>　　控制點目前包含三種比較簡單的P

65、ID控制算法，分別是：增量式算法，位置式算法，微分先行。這三種PID算法雖然簡單，但各有特點，基本上能滿足一般控制的大多數(shù)要求。 </p><p>　　實際上，位置式與增量式控制對整個閉環(huán)系統(tǒng)并無本質(zhì)區(qū)別。增量型算法僅僅是就是方法的改進，而沒有改變位置型算法的本質(zhì)。</p><p>　　3.2.2 PID算法的運用</p><p>　　由于計算機控制是一種采樣控制，

66、它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值來計算控制量。因此，在計算機控制系統(tǒng)中，必須首先對式（3-1）進行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時積分項和微分項可用求和及增量式表達。</p><p>　　對溫度的控制算法，采用技術(shù)成熟的PID算法，對于時間常數(shù)比較大的系統(tǒng)來說，其近似于連續(xù)變化，因此用數(shù)字PID完全可以得到比較好的控制效果。</p><p>　　簡單的比例調(diào)節(jié)器能夠反

67、應(yīng)很快，但不能完全消除靜差，控制不精確，為了消除比例調(diào)節(jié)器中殘存的靜差，在比例調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)器，積分器的輸出值大小取決于對誤差的累積結(jié)果，在誤差不變的情況下，積分器還在輸出直到誤差為零，因此加入積分調(diào)節(jié)器相當(dāng)于能自動調(diào)節(jié)控制常量，消除靜差，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。積分器雖然能消除靜差，但使系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢。進一步改進調(diào)節(jié)器的方法是通過檢測信號的變化率來預(yù)報誤差，并對誤差的變化作出響應(yīng)，于是在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再加上微分調(diào)節(jié)器，組成比

68、例、積分、微分(PID)調(diào)節(jié)器，微分調(diào)節(jié)器的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，同時加快了系統(tǒng)的穩(wěn)定速度，縮短調(diào)整時間，從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能，其控制規(guī)律為：</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　單片機是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的誤差值計算控制變量，不能直接計算公式中的積分項和微分項，采用數(shù)值計算法逼近后，PID

69、的調(diào)節(jié)規(guī)律可以通過數(shù)值公式</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　計算，如果采樣取得足夠小，這種逼近可相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過程與連續(xù)過程十分接近。我們變換上式(3-3)得：</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　把△ei = ei - ei-1,

70、△2 ei=△ei -△ei-1帶人上式（3-4）得：</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　式中ei=W—Yi，W為設(shè)定值，Yi為第i次實際輸出值，Kp為比例系數(shù)，積分系數(shù)I=T/Ti，微分系數(shù)D=Td/T，T為采樣周期，以(3-5)式來編程比較方便。</p><p>　　用PID控制算法實現(xiàn)溫度控制是這樣一個反

71、饋過程：比較實際溫度和設(shè)定爐溫得到偏差，通過對偏差的處理獲得控制信號，再去調(diào)節(jié)電加熱爐的加熱功率，從而實現(xiàn)對爐溫的控制，由于電阻爐一般都是下一階段對象和帶純滯后的一階對象，所以式中Kp、Kd和Ki的選擇取決于電阻爐的響應(yīng)特性和實際經(jīng)驗。</p><p>　　本程序先將用戶設(shè)定溫度和鍋爐實際溫度T比較，計算出偏差ei，然后分兩種情況進行計算控制變量：</p><p>　　1．ei大于等于設(shè)定

72、的偏差e時，由于積分控制器使系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，不采用積分控制器調(diào)節(jié)，直接使用PD調(diào)節(jié)，獲得比較快的動態(tài)響應(yīng)，計算Pd和Pp，最終得到控制量獲得比較快的動態(tài)響應(yīng)。</p><p>　　2．ei小于設(shè)定的設(shè)定的偏差e時，正常的分別計算Pi、Pd和Pp，然后根據(jù)算法公式計算出控制變量。</p><p><b>　　3.3 小結(jié)</b></p><p>

73、;　　本章對單片機控制技術(shù)，以及PID控制算法進行了深入分析，著重闡述了單片機結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，以及PID算法的使用，為設(shè)計提供了硬件基礎(chǔ)與軟件資源，為下一步的設(shè)計做好準(zhǔn)備。</p><p>　　第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p><b>　　4.1 系統(tǒng)概況</b></p><p>　　本系統(tǒng)是采用以AT89C51單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)

74、，通過溫度傳感器采樣實時溫度，并通過變送器將溫度最終轉(zhuǎn)換為電壓信號通過A/D轉(zhuǎn)換器0808將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入單片機與給定值進行比較，通過運用PID算法得出控制結(jié)果，送顯示并進行控制。</p><p>　　總體設(shè)計方案見如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)設(shè)計方案圖</p><p><b>　　4.2 功能模塊</b><

75、;/p><p>　　4.2.1 單片機控制模塊</p><p>　　A/T89C51是整個系統(tǒng)的控制核心，將采集來的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進行比較，利用PID算法得出結(jié)果并送輸出。整個控制系統(tǒng)的程序就下載到單片機中去。</p><p>　　A/T89C51仿真圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 單片機仿真</p><p&g

76、t;　　4.2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與采集模塊A/D0808</p><p>　　AD0808是CMOS的8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用逐次逼近原理進行A/D轉(zhuǎn)換，芯片內(nèi)有模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換兩大部分，可對8路0～5V的輸入模擬電壓信號分時進行轉(zhuǎn)換。模擬多路開關(guān)由8路模擬開關(guān)和3位地址鎖存譯碼器組成，可選通8路模擬輸入中的任何一路，地址鎖存信號ALE將3位地址信號ADDA、ADDB、ADDC進行鎖存，然后由譯碼電路選通其

77、中的一路，被選中的通道進行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換部分包括比較器、逐次逼近寄存器（SAR）、256R電阻網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、控制與時序電路等。另外ADC0809輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到CPU數(shù)據(jù)總線上。</p><p>　　實時溫度經(jīng)過傳感器的檢測并通過變送器將其轉(zhuǎn)換成模擬的電壓信號，而A/D0808則用來采集電壓信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲在單片機中，以便后續(xù)對數(shù)據(jù)的處理。</p>

78、<p>　　其硬件仿真圖如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 A/D0808仿真圖</p><p>　　4.2.3 按鍵選擇模塊</p><p>　　系統(tǒng)采用了兩個按鍵用來進行溫度的設(shè)定，一個進行溫度加，一個進行溫度減。每按下一次，溫度就相應(yīng)的加一或減一。按照設(shè)計要求，溫度的設(shè)定范圍為50-150度，其仿真如圖4-4所示。</p>

79、<p>　　圖4-4 按鍵示意圖</p><p>　　4.2.4 顯示模塊</p><p>　　顯示模塊采用兩個7段共陰極數(shù)碼管，一個用來顯示實時溫度，一個用來顯示設(shè)定溫度。并用74LS04來驅(qū)動數(shù)碼管。</p><p>　　其仿真圖如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 顯示示意圖</p><p>

80、　　4.2.5 報警模塊</p><p>　　當(dāng)實時溫度高于或低于設(shè)定溫度5度以上時，系統(tǒng)就會報警，報警指示燈紅燈亮。</p><p><b>　　如圖4-6所示。</b></p><p>　　圖4-6 報警示意圖</p><p>　　4.2.6 輸出模塊</p><p>　　經(jīng)過數(shù)據(jù)的運算，單片

81、機通過P3.4口的高低電平來控制加熱系統(tǒng)的通斷，通過導(dǎo)通時間的長短來控制加熱的強度，以達到精確控制的效果。當(dāng)溫度在設(shè)定溫度的正負5度之內(nèi)時，系統(tǒng)進行PID運算控制；當(dāng)高于設(shè)定溫度5度時，停止加熱；當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定溫度5度時，全功率加熱。由于仿真軟件自身條件的原因，使用綠色的LED燈代替，當(dāng)綠燈亮?xí)r，表示正在加熱，不亮?xí)r，停止加熱。仿真圖如4-7所示。</p><p>　　圖4-7 加熱示意圖</p>&l

82、t;p>　　4.3 總體方案的實現(xiàn)和元器件清單</p><p>　　4.3.1系統(tǒng)的整體設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)的整體設(shè)計圖如圖4-8所示。</p><p>　　圖4-8 系統(tǒng)設(shè)計方案圖</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　1．單片機采用的是MCS-51系列

83、的89C51，其集成了中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、程序存儲器ROM或EPROM、定時器/計數(shù)器、中斷控制器及串型和并行I/O接口等部件。</p><p>　　單片機主要應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，用來實現(xiàn)對信號的檢測、數(shù)據(jù)的采集以及對應(yīng)用對象的控制。它具有體積小、重量輕、價格低、可靠性高、耗電少和靈活機動等許多優(yōu)點。單片機是微型計算機的一個重要分支，特別適合用于智能控制系統(tǒng)。</p><p&g

84、t;　　2．實時的溫度測量由于條件的限制直接用模擬電壓來代替?zhèn)鞲衅骷白兯推鳎?808來采樣和轉(zhuǎn)換溫度。</p><p>　　4.3.2元器件清單</p><p>　　系統(tǒng)所需的元器件清單如表4-1所示。</p><p>　　表4-1 系統(tǒng)配置清單表</p><p><b>　　4.4 小結(jié)</b></p>

85、<p>　　系統(tǒng)硬件是設(shè)計的基礎(chǔ)，在設(shè)計軟件程序之前，要對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有個深入的了解，本章詳細介紹了整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和各模塊的選型，介紹了系統(tǒng)的概況，使讀者對總體的設(shè)計有個大致了解。</p><p>　　第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　5.1 Protues7軟件概況</p><p>　　PROTUES是一種基于標(biāo)準(zhǔn)仿真殷勤SOICE3F5的

86、混合電路仿真工具，既可以仿真模擬電路，又可以仿真數(shù)字電路以及數(shù)字、模擬混合電路，其最大特色在于能夠仿真基于控制器的系統(tǒng)。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上

87、唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯。其程序界面如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 Protue

88、s7工作界面</p><p>　　PROTUES軟件的功能特點介紹如下：</p><p><b>　　1．原理布圖 </b></p><p>　　2．PCB自動或人工布線 </p><p>　　3．SPICE電路仿真　 </p><p><b>　　革命性的特點： </b>&

89、lt;/p><p>　　1．互動的電路仿真。用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 </p><p>　　2．仿真處理器及其外圍電路。可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，P

90、rotues建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　同時它還具有4大功能模塊：智能原理圖設(shè)計（ISIS），完善的電路仿真功能（Prospice），獨特的單片機協(xié)同仿真功能（VSM），實用的PCB設(shè)計平臺。</p><p>　　Protues提供了豐富的資源：</p><p>　　1．Protues可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種

91、元器件，有30多個元件庫。 </p><p>　　2．Protues可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調(diào)用。</p><p>　　3．除了現(xiàn)實存在的儀器外，Protues還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用

92、與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響。 </p><p>　　4．Protues可提供的調(diào)試手段 Protues提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。</p><p>　　5.2 WAVE6000軟件簡介</p><p>　　5.

93、2.1 軟件概況</p><p>　　WAVE6000是南京偉福公司的單片機開發(fā)編譯軟件，采用中文界面。用戶源程序大小不受限制，有豐富的窗口顯示方式，能夠多方位、動態(tài)地展示程序的執(zhí)行過程。其項目管理功能強大，可使單片機程序化大為小，化繁為簡，便于管理。另外，其書簽、斷點管理功能以及外設(shè)管理功能等為51單片機的仿真帶來極大的便利。</p><p>　　5.2.2 程序界面</p>

94、<p>　　WAVE6000界面如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 WAVE6000界面</p><p><b>　　5.3 子程序設(shè)定</b></p><p>　　本設(shè)計使用了較多的子程序，命名皆以其功能作用為名，目的是增加程序的可讀性。總程序見附錄。</p><p><b>　　5

95、.4 程序流程</b></p><p>　　控制系統(tǒng)的程序主要包括：采樣、標(biāo)度變換、控制計算、控制輸出、中斷、顯示、報警、調(diào)節(jié)參數(shù)修改、溫度設(shè)定及修改。其中控制算法采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)，應(yīng)用增量型控制算法，并對積分項進行改進，以達到更好的控制效果。根據(jù)課題要實現(xiàn)的功能及要求，WAVE6000軟件的獨立控制部分設(shè)計。</p><p>　　各個程序的流程圖如下。</p>

96、<p><b>　　1．主程序流程圖</b></p><p>　　主程序主要實現(xiàn)了對系統(tǒng)的初始化，并通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)將運算結(jié)果與極限值進行比較，從而確定跳轉(zhuǎn)方向，實現(xiàn)系統(tǒng)的報警功能及運算功能。</p><p>　　主程序流程圖如圖5-3所示。</p><p>　　圖5-3 主程序流程圖</p><p>　　

97、2．采樣子程序流程圖</p><p>　　采樣子程序的是A/D0808將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)化成的數(shù)字信號，由于各種干擾會使系統(tǒng)產(chǎn)生誤差，為了減小誤差，所以要采樣三次，將采樣值存在2CH,2DH,2EH中去。</p><p>　　采樣子程序流程圖如圖5-4所示。</p><p>　　圖5-4采樣子程序流程圖</p><p>　　3．濾波子程序流程

98、圖</p><p>　　從上邊可以知道為了減小系統(tǒng)誤差采樣了3次，而濾波子程序則是將三次采樣值進行比較，取中間值作為實時溫度的值，用它進行顯示以及后續(xù)的的運算。</p><p>　　濾波子程序流程圖如圖5-5所示。</p><p>　　圖5-5 濾波子程序流程圖</p><p>　　4．顯示子程序流程圖</p><p>

99、;　　實時溫度和設(shè)定溫度分別存在51H和50H中，顯示子程序?qū)⑦@兩個溫度轉(zhuǎn)換成BCD碼見其存在70H-75H中，通過查表的方法將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的段碼，最后運用動態(tài)顯示的方法將其顯示出來。</p><p>　　顯示子程序流程圖如圖5-6所示。</p><p>　　圖5-6 顯示子程序流程圖</p><p><b>　　5．按鍵選擇流程圖</b>&l

100、t;/p><p>　　通過延時程序判斷按鍵是否按下，從而進行條件轉(zhuǎn)移，改變設(shè)定值。設(shè)定值的范圍是50-150度，當(dāng)溫度超過這個范圍是時，按鍵將不起作用。</p><p>　　按鍵選擇流程圖如圖5-7所示。</p><p>　　圖5-7 按鍵選擇流程圖</p><p>　　6．PID控制子程序流程圖</p><p>　　根據(jù)

101、PID算法公式，PID算法程序運用雙字節(jié)加法程序，雙字節(jié)求補程序，雙字節(jié)無符號乘法程序，雙字節(jié)有符號乘法程序?qū)崿F(xiàn)了PID公式的程序化。</p><p>　　PID控制子程序流程圖如圖5-8所示。</p><p>　　圖5-8 PID算法程序流程圖</p><p>　　7．T1中斷程序流程圖</p><p>　　當(dāng)中斷到來時，關(guān)閉計數(shù)器，清F0

102、標(biāo)志位，返回主程序。</p><p>　　T1中斷程序流程圖如圖5-9所示。</p><p>　　圖5-9 T1中斷子程序流程圖</p><p>　　5.5 程序仿真調(diào)試</p><p>　　5.5.1 WAVE6000仿真調(diào)試</p><p>　　通過WAVE6000軟件分別對每個子程序進行便攜機調(diào)試，調(diào)試成功后，在

103、編寫主程序，將每個子程序聯(lián)系起來，進行整體的調(diào)試。調(diào)試成功后，下載到單片機中，進行仿真。</p><p>　　程序設(shè)計示例如圖5-10所示。</p><p>　　圖5-10 程序樣圖</p><p>　　5.5.2 軟硬連調(diào)</p><p>　　系統(tǒng)的整體仿真圖如圖5-11所示。</p><p>　　圖5-11仿真示意

104、圖</p><p>　　本次設(shè)計采用的是Protues軟件來進行系統(tǒng)的仿真，同時通過WAVE6000軟件來對程序進行編譯和調(diào)試，最后添加到單片機中去，成功實現(xiàn)了對系統(tǒng)的仿真，達到了設(shè)計的要求。</p><p><b>　　5.6 小結(jié)</b></p><p>　　程序部分的設(shè)計是整個系統(tǒng)的核心部分，其中包含了系統(tǒng)的核心算法，即PID算法，它確定

105、了電加熱爐的控制精度，使得本次設(shè)計能夠滿足要求。程序部分相當(dāng)于一個人的大腦，它控制了整個系統(tǒng)的運作。本章從軟件的概況、各控制程序的流程等方面詳細做了介紹，在保證了功能實現(xiàn)的同時，盡量增加程序的可讀性，方便在需要時進一步改進。</p><p><b>　　第6章 課題特點</b></p><p>　　6.1 單片機技術(shù)應(yīng)用</p><p>　　

106、在計算機控制領(lǐng)域，單片機控制憑借其快速計算、靈活多樣的邏輯判斷和高效的信息加工能力，提高了生產(chǎn)過程的自動化程度，減少了人工干預(yù)，并不斷地完善和滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防科技日益增長的需要。結(jié)合許多成功例子，使得單片機的應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)有了強大的保障。伴隨更多人的關(guān)注，單片機技術(shù)會有更大的發(fā)展。本系統(tǒng)采用的單片機是計算機控制技術(shù)的水平發(fā)展到一個嶄新的階段，這就注定了在今后的使用當(dāng)中，有這更多的拓展的空間和進行進一步提高性能的基礎(chǔ)。</p

107、><p>　　6.2 PID算法的運用</p><p>　　由于對系統(tǒng)有較高的精度要求，這就要求控制范圍寬、響應(yīng)快且連續(xù)可調(diào)，所以我選用PID進行控制，并將模糊控制應(yīng)用于PID的參數(shù)整定。對電加熱爐控制系統(tǒng)的控制取得了滿意的效果。</p><p>　　在溫度范圍內(nèi)過沖小于5℃時，則采用PID調(diào)節(jié)，當(dāng)溫度偏差大于5℃時全功率加熱，當(dāng)溫度偏差小于5℃時，停止加熱。</

108、p><p>　　在此系統(tǒng)中實現(xiàn)了逐點連續(xù)調(diào)控，與單純的PID調(diào)節(jié)相比，調(diào)節(jié)時間減小，穩(wěn)定精度減小，超調(diào)量變小，系統(tǒng)的動態(tài)特性曲線有明顯改善，該系統(tǒng)對希望超調(diào)量小，穩(wěn)定度高的電加熱爐系統(tǒng)有很好的實用價值。</p><p>　　6.3 軟件的調(diào)試仿真</p><p>　　本次設(shè)計中運用了WAVE6000對程序進行了編譯和調(diào)試，使我更容易找到程序的錯誤和不合理的地方，通過仿真

109、軟件對實際系統(tǒng)的建模與仿真為我們在實際系統(tǒng)中更好掌握其動向并發(fā)現(xiàn)問題予以解決奠定了良好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　第7章 結(jié)論</b></p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，用于熱處理的加熱爐，需要消耗大量的電能，而且溫度控制是純滯后的一階大慣性環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有企業(yè)多采用常規(guī)儀表加接觸器的斷續(xù)控制，隨著科技進步和生產(chǎn)的發(fā)展，這類設(shè)備對溫度的控制要求越來越高，除

110、控溫精度外，對溫度上升速度及下降速度也提出了可控要求，顯而易見常規(guī)控制難于滿足這些工藝要求。隨著微電子技術(shù)及電力電子技術(shù)的發(fā)展，采用功能強、體積小、價格低的智能化溫度控制裝置控制加熱爐已成為現(xiàn)實 。</p><p>　　采用單片機來對溫度進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，比過去單純采用電子線路進行PID調(diào)節(jié)的控制效果要好的多。&l

111、t;/p><p>　　微機控制系統(tǒng)的快速計算、靈活多樣的邏輯判斷和高效的信息加工能力使自動控制進人了更高一級的領(lǐng)域，提高了生產(chǎn)過程的自動化程度，減少了人工干預(yù)，并不斷地完善和滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防科技日益增長的需要。隨著微機和單片機的推廣使用，實現(xiàn)信息自動化與過程控制相結(jié)合的分級分布式計算機控制，使計算機控制技術(shù)的水平發(fā)展到一個嶄新的階段。論文在自動控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，詳細闡述了其在電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用。同時，采用