溫度控制器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　在中國(guó)，服裝制造加工業(yè)在工業(yè)結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要的比例。而染色機(jī)作為一種適應(yīng)范圍廣泛的成品之理想的漂染設(shè)備，廣泛應(yīng)用于羊毛衫、晴綸和棉毛衫等成衣的染色、漂白、煮煉和水洗等工藝，也可應(yīng)用于手套、襪子、毛巾等成品的漂染處理。在染色機(jī)染色的生產(chǎn)過(guò)程中，溫度是一個(gè)大的滯后系統(tǒng)，且受多種因素的影響，這些因素的變化范圍雖然不大，但他們是不確定的。

2、染色工藝對(duì)于溫度控制要求非常嚴(yán)格，染液的升溫、保溫和降溫必須符合工藝要求，否則將會(huì)產(chǎn)生色差、缸差、著色不勻等次品。</p><p>　　溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要參數(shù)之一，具有非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合、時(shí)變、時(shí)滯等特性。在化工、冶金、工業(yè)爐窯等工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)溫度的控制直接影響到許多產(chǎn)品的質(zhì)量及使用壽命。而隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)已用于溫室環(huán)境的控制。</p><p>　　自70年代以來(lái)，

3、由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面，以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)家技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器以及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。它們主要具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　適應(yīng)大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制。</p>

4、<p>　　能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。</p><p>　　能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)過(guò)程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制。</p><p>　　這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適用范圍廣泛。</p><p>　　溫度控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、魯棒性

5、好的特點(diǎn)。</p><p>　　例如LM56是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(NSC)推出的低功耗、可編程集成溫度控制器，內(nèi)部含有溫度傳感器和基準(zhǔn)電壓源。兩個(gè)集電極開(kāi)路的數(shù)字信號(hào)輸出端，用來(lái)進(jìn)行溫度控制，利用外接電阻分壓器可以方便地對(duì)上下限溫度進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)溫度超過(guò)上限溫度或低于下限溫度時(shí)，其數(shù)字信號(hào)輸出端輸出相應(yīng)的邏輯電平，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，控溫范圍為一40～+125℃，控溫誤差小于士2℃。內(nèi)部含有遲滯電壓比較器，

6、利用遲滯電壓比較器的滯后特性，可有效地避免執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控溫點(diǎn)附近頻繁動(dòng)作，滯后溫度為5℃。另有一個(gè)模擬信號(hào)輸出端，輸出與攝氏溫度成線(xiàn)性關(guān)系的電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換后，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)自身溫度的精確測(cè)量。集成溫度控制器DS56是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司推出的低功耗、可編程集成溫度控制器，內(nèi)部包含有溫度傳感器和高精度基準(zhǔn)電壓源。有兩個(gè)集電極開(kāi)路的數(shù)字信號(hào)輸出端，專(zhuān)門(mén)用來(lái)進(jìn)行溫度控制，利用外接的精密電阻分壓器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上

7、下限溫度的準(zhǔn)確設(shè)定，當(dāng)溫度超過(guò)上限溫度或低于下限溫度時(shí)，其數(shù)字信號(hào)輸出端將輸出相應(yīng)的邏輯電平，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。控溫范圍為40℃～+125℃，在40℃～0℃內(nèi)，精度</p><p>　　相對(duì)于國(guó)外的發(fā)展水平，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器總體水平不高。目前，我國(guó)在這方面的總體水平處于20世紀(jì)80年代中后期的水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制以及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜

8、、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制器，國(guó)內(nèi)技術(shù)還十分不成熟。但我國(guó)在溫度控制系統(tǒng)上還是取得了一些成果和進(jìn)步的。例如唐山鋼鐵公司高速線(xiàn)材廠運(yùn)用模糊控制理論和傳統(tǒng)的PID控制相結(jié)合，不僅成功的實(shí)現(xiàn)了溫度自動(dòng)控制，而且還使噸鋼油耗指標(biāo)大幅度下降，取得了近千萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對(duì)溫度控制精度要求的不斷提高，溫度控制系統(tǒng)的控制技術(shù)得到迅猛發(fā)展，當(dāng)前比較流行的溫度

9、控制系統(tǒng)有基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)、基于PLC的溫度控制系統(tǒng)、基于工控機(jī)（IPC）的溫度控制系統(tǒng)、集散型溫度控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)(FCS)等。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)組成及工作原理</p><p>　　2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　本課題要求采用鉑熱電阻測(cè)溫，其控溫范圍為：25℃-135℃；采用數(shù)字PID算法，使控溫精度

10、達(dá)到±2℃；能實(shí)時(shí)輸入控溫工藝，實(shí)時(shí)顯示染缸實(shí)測(cè)溫度，超溫時(shí)能報(bào)警。該控制器能對(duì)8臺(tái)染色機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制。</p><p>　　其具體技術(shù)要求如下：</p><p>　　1、實(shí)現(xiàn)對(duì)多路溫度信號(hào)進(jìn)行采集；</p><p>　　2、采用數(shù)字PID控制算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制；</p><p>　　3、控溫范圍為：25℃-135℃，控溫精度達(dá)到&

11、#177;2℃；</p><p>　　2.2 系統(tǒng)功能及工作原理</p><p>　　系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為核心控制器，控制系統(tǒng)正常工作。通過(guò)由PT-100構(gòu)成的電橋電路采集溫度信號(hào)，由于電橋產(chǎn)生的電壓信號(hào)過(guò)低，通過(guò)TLC084構(gòu)成的放大電路將輸出電壓控制在0-5V的范圍內(nèi)，并將輸出電壓信號(hào)送入ADC0804進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行顯示，并通過(guò)PID算法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)

12、的加熱與制冷時(shí)間長(zhǎng)短進(jìn)行控制。各模塊具體功能如下所示：</p><p>　　通過(guò)CD4051模擬開(kāi)關(guān)采集8路染色機(jī)信號(hào)，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)處理；</p><p>　　鍵盤(pán)及顯示模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)控制溫度和時(shí)間的設(shè)定及顯示，以及實(shí)現(xiàn)通道的選擇與顯示；</p><p>　　PT-100電橋電路模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的采集，并通過(guò)放大電路使輸出電壓范圍控制在-5V；

13、</p><p>　　報(bào)警模塊由ISD1420組成，實(shí)現(xiàn)超溫時(shí)的報(bào)警功能；</p><p>　　加熱，降溫模塊由光耦及雙向可控硅構(gòu)成，通過(guò)單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的加熱及降溫。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)組成及框圖</p><p>　　系統(tǒng)由硬件與軟件兩大部分組成，硬件電路由以下幾個(gè)部分組成：溫度采集部分、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制部分、7279鍵

14、盤(pán)部分、時(shí)鐘電路部分、加熱控制電路部分、制冷控制部分、語(yǔ)音報(bào)警電路部分和液晶顯示部分。其中溫度采集部分由PT-100電橋電路、TL084放大電路、CD4051模擬開(kāi)關(guān)以及ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成；加熱控制電路部分和制冷控制部分電路由光耦和雙向可控硅組成；單片機(jī)控制部分由MAX232通信模塊、復(fù)位電路和時(shí)鐘晶振組成；語(yǔ)音報(bào)警電路部分由ISD1420及其外圍電路組成，采用LM386驅(qū)動(dòng)功率為1W的喇叭。系統(tǒng)的硬件電路組成框圖如圖2.1

15、所示：</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)硬件電路組成框圖</p><p>　　系統(tǒng)的軟件部分采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，將軟件分為主程序模塊、中斷服務(wù)模塊、溫度采集模塊、7279鍵盤(pán)模塊、時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、PID算法模塊和PID控制模塊。其中AD數(shù)據(jù)采樣及處理、語(yǔ)音報(bào)警、PID控制算法子程序和PID控制值輸出用中斷服務(wù)模塊來(lái)處理。在中斷程序中，將定時(shí)器0定時(shí)為1秒，當(dāng)開(kāi)定時(shí)

16、器0時(shí)，每隔一秒進(jìn)入中斷處理程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理。鍵盤(pán)顯示模塊通過(guò)直接使用7279芯片的讀鍵盤(pán)數(shù)據(jù)指令來(lái)獲取鍵值進(jìn)行比較處理后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序，能達(dá)到更好的人機(jī)交互效果。加溫降溫控制通過(guò)使用PID算法計(jì)算出控制值，然后使用定時(shí)器1產(chǎn)生的PWM波控制P2.1口和P2.2口的高低電平轉(zhuǎn)換來(lái)控制雙向可控硅的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱降溫的控制。</p><p>　　第三章 微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的硬件設(shè)計(jì)</p&g

17、t;<p>　　硬件是整個(gè)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，硬件電路的優(yōu)劣與合理設(shè)計(jì)關(guān)系到系統(tǒng)能否正常及其穩(wěn)定性。本系統(tǒng)硬件電路主要由溫度采集部分、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制部分、7279鍵盤(pán)部分、時(shí)鐘電路部分、加熱控制電路部分、制冷控制部分、語(yǔ)音報(bào)警電路部分和液晶顯示部分組成，其各部分設(shè)計(jì)如下。</p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由單片機(jī)、時(shí)鐘電路

18、、復(fù)位電路組成。其電路圖如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖</p><p>　　為將程序通過(guò)Keil uVision2軟件寫(xiě)入單片機(jī)，通過(guò)MAX232串口通信電路實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信，其電路如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 MAX232串口通信電路</p><p>　　圖3.1中，STC

19、89C52的X1、X2端分別是反相放大器輸入和輸出端，外接晶振產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件，在本次實(shí)驗(yàn)中使用的是12M頻率的晶振。其中C10、C11是33pF的反饋電容。其作用有兩個(gè)：其一是使振蕩器起振，其二是對(duì)振蕩器的頻率f起微調(diào)作用。同時(shí)，由于P0口作為語(yǔ)音芯片ISD1420的地址輸出口，且STC89C52中P1口沒(méi)有上拉電阻，故在P1口接阻值為10K的上拉電阻。在本系統(tǒng)中采用的復(fù)位方式是手動(dòng)復(fù)位。手動(dòng)復(fù)位是直接通過(guò)按鍵S2使R

20、ES信號(hào)維持高電平一段時(shí)間即可。當(dāng)單片機(jī)復(fù)位以后，除SP=07，P0、P1、P2、P3為0FF外，其它寄存器都為0。</p><p>　　3.2 溫度采集部分</p><p>　　3.2.1 溫度轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　溫度轉(zhuǎn)換電路是由PT-100電橋電路和TL084放大電路組成。PT-100電橋電路采用PT-100型鉑熱電阻作為溫度傳感器，鉑熱電阻是利用阻值

21、隨溫度變化而變化的特性來(lái)測(cè)量溫度，它有很好的穩(wěn)定性和測(cè)量精度，測(cè)量范圍寬，被廣泛應(yīng)用于作溫度的基準(zhǔn)，PT-100將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化，并通過(guò)橋堆將電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，因?yàn)樗玫膲翰钪挥泻练?jí)，所以要經(jīng)過(guò)TL084放大器放大，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器，把電壓量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后將轉(zhuǎn)換的數(shù)值送CPU處理。</p><p>　　溫度轉(zhuǎn)換電路如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3

22、 溫度轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　TL084是四輸入運(yùn)算放大放大器，具有高轉(zhuǎn)換率、低輸入偏置和偏置電流以及低失調(diào)電壓溫度系數(shù)的特點(diǎn)。在圖3.3中，運(yùn)放結(jié)構(gòu)的測(cè)量放大器由TLC084兩級(jí)組成，兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的同相放大器構(gòu)成第一級(jí)，第二級(jí)為差動(dòng)放大器—減法器。通過(guò)改變電阻R38的大小，可方便地調(diào)節(jié)放大器的增益，在集成化的測(cè)量放大器中，R38是外接電阻，用戶(hù)可根據(jù)整機(jī)的增益要求來(lái)選擇R38的大小。</p>&

23、lt;p>　　3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換電路由模擬開(kāi)關(guān)CD4051和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804組成，其作用是將經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)選通的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)多路溫度采集。ADC0804是8 位COMS 依次逼近型的A/D 轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間是100us。轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，可由CPU打開(kāi)三態(tài)門(mén)，讀出8位的轉(zhuǎn)換結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3.4所示：</p><p

24、>　　圖3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　3.3 7279鍵盤(pán)部分</p><p>　　HD7279是一片具有串行接口的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管(或64只獨(dú)立LED)的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤(pán)矩陣,單片即可完成LED顯示、鍵盤(pán)接口的全部功能。HD7279內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼，而且具有2種譯碼方式。HD7279還具有多

25、種控制指令，如左移(A1H)、右移(A0H)、消隱(98H)、閃爍(88H)、段尋址等。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，考慮到單片機(jī)的I/O口使用個(gè)數(shù)的限制，故舍棄矩陣式鍵盤(pán)的按鍵方式，采用7279顯示板上的鍵盤(pán)來(lái)進(jìn)行按鍵操作。在操作過(guò)程中，只需接4根接口線(xiàn)，分別為：片選線(xiàn)CS、串行時(shí)鐘線(xiàn)CLK、串行數(shù)據(jù)線(xiàn)DATA以及鍵盤(pán)申請(qǐng)線(xiàn)KEY，其中CS為片選信號(hào)（低電平有效）。其原理圖如圖3.5所示。</p>

26、;<p>　　圖3.5 7279顯示板原理圖</p><p>　　3.4 時(shí)鐘電路部分</p><p>　　在本系統(tǒng)中，時(shí)鐘電路部分采用串行時(shí)鐘芯片DS1302，它是一種高性能、低功耗的時(shí)鐘芯片，包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31個(gè)字節(jié)的靜態(tài)RAM。可實(shí)時(shí)的對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，可通過(guò)外部可充電池加電長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，并能為電池慢速充電。它與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串

27、行的方式進(jìn)行通信，因此連線(xiàn)簡(jiǎn)單，僅需用到 、I/O和SCLK三個(gè)口線(xiàn)。其電路圖如圖3.6所示：</p><p><b>　　圖3.6時(shí)鐘電路圖</b></p><p>　　3.5 液晶顯示部分</p><p>　　液晶顯示部分采用的是FYD12864漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，它具有非常完備的字庫(kù)，內(nèi)置8192個(gè)16x16點(diǎn)漢字，128個(gè)1

28、6x8點(diǎn)ASCII字符集，還可以顯示自定義圖形，能夠滿(mǎn)足多種顯示的需要。同時(shí)它具有并行和串行兩種工作方式，考慮到單片機(jī)I/O使用數(shù)目的限制，故在使用液晶顯示是采用的是串行通信的工作方式。其與單片機(jī)的連線(xiàn)圖如圖3.7所示：</p><p>　　圖3.7 液晶模塊連線(xiàn)圖</p><p>　　3.6 語(yǔ)音報(bào)警電路部分</p><p>　　語(yǔ)音報(bào)警電路部分由ISD1420語(yǔ)

29、音芯片及其外圍電路組成。其中，A0-A7為語(yǔ)音芯片的地址端，每位地址代表125ms的尋址，l60個(gè)地址覆蓋20s(160xO．125s=20s)的語(yǔ)音范圍，錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開(kāi)始。地址端與單片機(jī)的P0口相連，通過(guò)軟件將ISD1420的地址置為Ox00作為起始地址來(lái)進(jìn)行錄放音。錄音過(guò)程中，通過(guò)長(zhǎng)按S1鍵，此時(shí)LED點(diǎn)亮表示錄音正常。17、18管腳為：MIC、MICREF，兩管腳之間接咪</p><p>

30、;　　頭，進(jìn)行錄音。14、15管腳為SP+、SP-，由于采用的喇叭功率為1W，若接兩管腳間容易失真。故采用單端輸出，SP-接10uf到地以防止燒壞ISD1420芯片，SP+接外部功率放大器LM386。喇叭功放電路如圖3.9所示。圖3.9中R21為電位器，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器阻值的大小可以調(diào)節(jié)喇叭聲音的高低。語(yǔ)音報(bào)警電路如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 語(yǔ)音報(bào)警電路</p><p>

31、　　圖3.9 喇叭功放電路</p><p>　　3.7加熱控制電路部分</p><p>　　本部分設(shè)計(jì)主要由驅(qū)動(dòng)器7407、光耦MOC3041和雙向可控硅構(gòu)成。加熱控制電路主要利用光電耦合器實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電與弱電的隔離，避免回執(zhí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行對(duì)前端電路的影響，并將光耦輸出的控制信號(hào)送至雙向可控硅的控光制端，實(shí)現(xiàn)控制其開(kāi)關(guān)狀態(tài)的關(guān)斷與閉合，從而控制加熱器件的加熱時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)溫度的控制，并且此電路還

32、有低噪聲、可靠性高、驅(qū)動(dòng)功率小、對(duì)電源電壓適應(yīng)能力強(qiáng)和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。所以在控制電路的設(shè)計(jì)中，采用了此電路作為加熱控制開(kāi)關(guān)。</p><p>　　在加熱部分中，采用電烙鐵作為加熱器件。當(dāng)雙向可控硅導(dǎo)通時(shí)，電烙鐵加熱。其具體電路如圖3.10所示。</p><p>　　圖3.10 加熱控制電路圖</p><p>　　3.8 降溫控制電路部分</p>&

33、lt;p>　　本部分電路設(shè)計(jì)原理和加熱控制電路原理相同，由驅(qū)動(dòng)器7407、光耦MOC3041、雙向可控硅組成。降溫器件為直流電機(jī)，雙向可控硅導(dǎo)通后，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行降溫處理。其原理圖如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11 降溫控制電路圖</p><p>　　第四章 微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C51語(yǔ)言

34、，在Windows XP環(huán)境下采用Keil uVision2軟件進(jìn)行編寫(xiě)，對(duì)STC89C52進(jìn)行編程。</p><p>　　4.1軟件整體設(shè)計(jì)思路</p><p>　　系統(tǒng)的軟件一般由主程序和若干子程序以及中斷程序組成。在主程序中調(diào)用子程序，子程序中對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)際的操作。通過(guò)對(duì)每個(gè)子程序的調(diào)試并結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)每個(gè)功能模塊的作用。然后在主程序中，合理的排列子程序的執(zhí)行順序，關(guān)鍵是要將整個(gè)程

35、序的邏輯順序表示清楚。在系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想能使每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)無(wú)須過(guò)多地關(guān)聯(lián)其它模塊，可以獨(dú)立進(jìn)行修改和調(diào)試。為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及調(diào)試提供了相當(dāng)大的便利。</p><p>　　系統(tǒng)軟件包括九個(gè)模塊：主模塊、中斷服務(wù)模塊、溫度采集模塊、7279鍵盤(pán)模塊、時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、PID算法模塊和PID控制模塊。主程序主要完成液晶顯示及鍵盤(pán)處理功能，通過(guò)判斷是否有鍵按下，按下的鍵值與功

36、能鍵是否相等來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的功能，如對(duì)溫度參數(shù)的設(shè)定、時(shí)間的設(shè)定、通道選擇等。中斷程序主要完成對(duì)AD數(shù)據(jù)采樣及處理、語(yǔ)音報(bào)警、PID控制算法子程序和PID控制值輸出等功能。其余子程序則是對(duì)系統(tǒng)功能的豐富及完善，如時(shí)鐘模塊。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)變量定義及I/O口分配</p><p>　　在編寫(xiě)軟件程序前，將STC89C52的I/O口進(jìn)行合理地分配，能使軟件編寫(xiě)過(guò)程方便且資源不產(chǎn)生沖

37、突。單片機(jī)的I/O口分配表如表4.1所示。</p><p>　　表4.1 單片機(jī)I/O分配表</p><p>　　編寫(xiě)程序時(shí)，由于采用的程序語(yǔ)言為C51，在軟件編寫(xiě)前應(yīng)定義全局變量，以供整體程序使用。全局變量定義情況如下所述：</p><p>　　STR[4][16] 存放四行十六列的液晶數(shù)據(jù)變量</p><p>　　STR_Temp[

38、3] 存放三位的溫度數(shù)據(jù)變量</p><p>　　keynum 定義鍵值變量 flag 定義液晶界面切換標(biāo)志位</p><p>　　flag1 定義溫度設(shè)定值個(gè)位/十位/百位切換標(biāo)志位 </p><p>　　flag2 定義通道選擇標(biāo)志位 chanl 定義所選通道號(hào)變量</p&

39、gt;<p>　　Set_flag 定義時(shí)間設(shè)定值秒/分/時(shí)等的切換標(biāo)志位</p><p>　　cc[3] 存放三次溫度采樣值 bai 定義溫度設(shè)定值的百位</p><p>　　shi 定義溫度設(shè)定值的十位 ge 定義溫度設(shè)定值的個(gè)位</p><p>　　同時(shí)，在DS1302時(shí)鐘模塊變量

40、和PID算法模塊變量的定義中，采用結(jié)構(gòu)體的定義方式將所需的變量定義在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中，使數(shù)據(jù)處理清晰方便。其定義情況如下所示：</p><p>　　1、DS1302時(shí)鐘模塊結(jié)構(gòu)體定義</p><p>　　typedef struct Time_struct</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ucha

41、r Second; 定義DS1302時(shí)鐘芯片的秒位變量</p><p>　　uchar Minute; 定義DS1302時(shí)鐘芯片的分位變量</p><p>　　uchar Hour; 定義DS1302時(shí)鐘芯片的時(shí)位變量</p><p>　　uchar Week;定義DS1302時(shí)鐘芯片的星期變量</p>

42、<p>　　uchar Day;定義DS1302時(shí)鐘芯片的日變量</p><p>　　uchar Month;定義DS1302時(shí)鐘芯片的月變量</p><p>　　uchar Year;定義DS1302時(shí)鐘芯片的年變量</p><p><b>　　};</b></p><p>　　str

43、uct Time_struct time_;</p><p>　　2、PID算法模塊結(jié)構(gòu)體定義</p><p>　　typedef struct PIDValue </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uchar Ek[3]; 存放采樣值與設(shè)定值之間的差值 <

44、;/p><p>　　uchar EkFlag[3]; 存放采樣值與設(shè)定值之間的差值的符號(hào)位 </p><p>　　uchar KP; 定義PID中的P系數(shù)</p><p>　　uchar KI; 定義PID中的I系數(shù)</p><p>　　uchar KD;

45、 定義PID中的D系數(shù)</p><p>　　uchar Uk; 定義PID的輸出值 </p><p>　　uchar RK; 定義PID中的設(shè)定值 </p><p>　　uchar CK; 定義PID中的實(shí)際值 </p><p><b>

46、;　　};</b></p><p>　　struct PIDValue PID; </p><p>　　4.3 軟件模塊化分析</p><p>　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：主模塊、中斷服務(wù)模塊、溫度采集模塊、7279鍵盤(pán)模塊、時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、PID算法模塊和PID控制模塊。下面是關(guān)于這幾個(gè)模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程。</p&

47、gt;<p>　　4.3.1 主程序模塊</p><p>　　在系統(tǒng)上電以后，主程序進(jìn)行時(shí)鐘芯片初始化、液晶初始化、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)、液晶顯示初始界面及鍵盤(pán)掃描判斷有鍵按下否。如無(wú)鍵按下，則顯示液晶初始化界面；有鍵按下，則分析標(biāo)志位根據(jù)所得標(biāo)志位的值執(zhí)行相應(yīng)的子程序。然后通過(guò)相應(yīng)的鍵值執(zhí)行時(shí)間的設(shè)定、控制溫度的設(shè)定以及通道選擇的子程序。系統(tǒng)主流程圖如圖4.1所示：</p

48、><p>　　0 12</p><p>　　圖4.1 主程序流程</p><p>　　4.3.2 中斷服務(wù)模塊</p><p>　　本次軟件設(shè)計(jì)中，中斷服務(wù)模塊的設(shè)計(jì)是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的重要部分。在中斷服務(wù)模塊中，通過(guò)開(kāi)啟定時(shí)器T0來(lái)定時(shí)調(diào)用一些子程序進(jìn)行操作。在中斷服務(wù)模塊中執(zhí)行下列操作：調(diào)用ADC0804進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集

49、和處理；將采集到的溫度與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，判斷系統(tǒng)是要加熱還是制冷，同時(shí)判斷是否進(jìn)行超溫報(bào)警的操作；然后啟動(dòng)PID算法和PID控制輸出等。</p><p>　　在中斷服務(wù)模塊的設(shè)計(jì)中，通過(guò)設(shè)置Th0=(65536-50000)/256、Tl0=(65536-50000</p><p>　　）%256。使得定時(shí)器T0的時(shí)間為50ms。其流程圖如圖4.2所示：</p><

50、p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>

51、<b>　　N</b></p><p>　　圖4.2 中斷服務(wù)程序流程圖</p><p>　　4.3.3 DS1302時(shí)鐘模塊</p><p>　　時(shí)鐘芯片DS1302內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、日期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整。時(shí)鐘

52、程序模塊主要完成對(duì)DS1302的讀寫(xiě)以及將讀出值送入顯存單元等功能，并能夠在按鍵按下時(shí)進(jìn)行時(shí)鐘調(diào)整。</p><p>　　DS1302主要由移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及RAM組成。在串行傳輸任何數(shù)據(jù)前，必須先把置為高電平“1”，數(shù)據(jù)輸入（寫(xiě)操作）是在SCLK的上升沿進(jìn)行，即在上升沿到達(dá)前，數(shù)據(jù)必須有效；數(shù)據(jù)的輸出（讀操作）是在SCLK的下降沿進(jìn)行。如果為低電平，那么所有的數(shù)據(jù)傳輸終止，且I/O引腳變

53、為高阻抗?fàn)顟B(tài)。</p><p>　　寫(xiě)入時(shí)，最先傳入的一個(gè)字節(jié)為命令字，命令字節(jié)中包含讀/寫(xiě)操作、操作對(duì)象和地址信息，隨后的時(shí)鐘周期在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫(xiě)操作時(shí)輸入數(shù)據(jù)。無(wú)論是命令字還是數(shù)據(jù)，它們的傳送都是低位在前，高位在后。 </p><p>　　對(duì)時(shí)鐘芯片的操作，一般有以下六個(gè)步驟：</p><p>　　1.通過(guò)對(duì)寫(xiě)保護(hù)寄存器的操作，關(guān)閉寫(xiě)保護(hù)，使DS130

54、2允許寫(xiě)入； </p><p>　　2.通過(guò)將秒寄存器最高位置1，使時(shí)鐘振蕩器停止，以便設(shè)定初值；</p><p>　　3.初始化DS1302,將設(shè)定值寫(xiě)入各時(shí)鐘寄存器；</p><p><b>　　4.將設(shè)定值讀出；</b></p><p>　　5.將秒寄存器的最高位

55、置0，啟動(dòng)時(shí)鐘；</p><p>　　6.打開(kāi)寫(xiě)保護(hù)，禁止對(duì)任何寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作。</p><p>　　要正確讀寫(xiě)DS1302,關(guān)鍵在于時(shí)序。在控制命令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開(kāi)始， </p><p>　　同樣，在緊跟8位的控制命令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302

56、的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位至高位7。單字節(jié)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)序如圖4.3所示。 </p><p>　　圖4.3 單字節(jié)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)序圖</p><p>　　在對(duì)DS1302操作時(shí)，定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體Time_struct來(lái)存儲(chǔ)時(shí)鐘的時(shí)、分、秒、日期等數(shù)據(jù)。在DS1302時(shí)鐘芯片的程序編寫(xiě)中，關(guān)鍵是搞懂DS1302的寫(xiě)子程序以及讀子程序。寫(xiě)子程序及讀子程序的流程圖如圖4.4、圖4.5所示。在時(shí)鐘模塊中

57、，通過(guò)寫(xiě)子程序?qū)r(shí)間初值寫(xiě)入DS1302芯片寄存器中，然后通過(guò)讀子程序?qū)?xiě)入的初值讀出并通過(guò)液晶顯示子程序?qū)r(shí)間顯示出來(lái)。由于在硬件電路中并沒(méi)有外接干電池故在程序中寫(xiě)入“2011年5月25日 Wed 02:30:00”。</p><p>　　圖4.4 寫(xiě)子程序流程圖圖4.5 讀子程序流程圖</p><p>　　DS1302中共有12個(gè)寄存器，其中7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘有關(guān)，它們均以

58、BCD碼格式存放，如表4.2所示：</p><p>　　表4.2 DS1302時(shí)鐘寄存器地址與格式</p><p>　　4.3.4 溫度采集模塊</p><p>　　在溫度采集模塊中，通過(guò)CD4051八路模擬開(kāi)關(guān)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804相結(jié)合的方法達(dá)到多路溫度采集的功能。CD4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開(kāi)關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)制控制輸入端A、B、C和INH輸入，具有

59、低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。在操作過(guò)程中，只要改變A、B、C的值，就可以選通不同的通道。其中，INH是禁止端，當(dāng)INH置1時(shí)，所有通道截止。CD4051的真值表如表4.3所示。</p><p>　　表4.3 CD4051真值表</p><p>　　ADC0804是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器,它的轉(zhuǎn)換時(shí)間是100us，ADC0804進(jìn)行模擬/數(shù)字的轉(zhuǎn)換時(shí)，控制ADC0804動(dòng)作的信號(hào)只有C

60、S、WR、RD。因此，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的軟件編寫(xiě)中，只需要送出所需的CS、WR、RD的控制信號(hào)。其流程圖如圖4.6所示。</p><p>　　圖4.6 A/D轉(zhuǎn)換流程圖</p><p>　　4.3.5 液晶顯示模塊</p><p>　　在液晶顯示模塊中，采用的是FYD12864液晶顯示模塊。它具有兩種通訊模式：并行通訊模式和串行通訊模式。由于I/O口的限制和考慮到接

61、線(xiàn)數(shù)量的簡(jiǎn)單，采用串行通訊模式將PSB直接接地，則液晶顯示模塊為串口通訊模式。</p><p>　　在液晶顯示模塊與單片機(jī)STC89C52的連接中，只需連接CS、SID、CLK三根口線(xiàn)，它們分別為：模組片選端、串行數(shù)據(jù)輸入端、串行同步時(shí)鐘。該模塊的液晶每行可以顯示8個(gè)漢字(雙字節(jié))或16個(gè)半角字符(單字節(jié))，共可以顯示四行。在對(duì)每行進(jìn)行送數(shù)時(shí)，要先把要顯示的漢字或字符的位置算好，否則很容易顯示亂碼。字符顯示RAM

62、在液晶模塊中的地址為80H～90H，字符顯示RAM的地址與32個(gè)字符顯示區(qū)域有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4.4所示：</p><p>　　表4.4 字符顯示RAM地址表</p><p>　　在對(duì)液晶顯示程序的編寫(xiě)過(guò)程中，要對(duì)液晶的相關(guān)時(shí)序圖有所了解，這是將液晶顯示子程序?qū)懞玫闹攸c(diǎn)和難點(diǎn)。其串行模式數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖如圖4.7所示，串口方式讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序圖如圖4.8所示。</p>

63、<p>　　圖4.7 串行模式數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖</p><p>　　圖4.8 串口方式讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序圖</p><p>　　由圖4.7可知，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，無(wú)論是命令字還是數(shù)據(jù)，都必須是在CS信號(hào)為高電平的情況下進(jìn)行的，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)要先傳送高四位，中間間隔四個(gè)低電平，再傳送該數(shù)據(jù)的低四位。</p><p>　　在使用液晶顯示模塊時(shí)，必須進(jìn)行液晶的初始化

64、。設(shè)定好液晶的工作模式以及顯示狀態(tài)，比如:清除顯示、顯示狀態(tài)開(kāi)/關(guān)、游標(biāo)或顯示移位控制、反白選擇等。將液晶初始化后進(jìn)行發(fā)送子程序的編寫(xiě)，其流程圖如圖4.9所示。在液晶的寫(xiě)子程序中調(diào)用兩次發(fā)送子程序，分別用來(lái)發(fā)送指令與數(shù)據(jù)，并且必須先發(fā)送指令再發(fā)送數(shù)據(jù)。</p><p>　　液晶的寫(xiě)子程序如圖4.10所示。</p><p><b>　　N</b></p>

65、<p><b>　　Y</b></p><p>　　圖4.9 發(fā)送子程序流程圖 圖4.10 寫(xiě)子程序流程圖</p><p>　　將發(fā)送以及寫(xiě)子程序編寫(xiě)好后，通過(guò)調(diào)用寫(xiě)子程序?qū)⒁壕У娘@示子程序編寫(xiě)好，其流程圖如圖4.11所示。</p><p><b>　　N</b></p><p&

66、gt;<b>　　Y</b></p><p>　　圖4.11 液晶顯示子程序流程圖</p><p>　　以下是編程時(shí)經(jīng)常用到的控制器接口信號(hào)和指令的說(shuō)明：</p><p>　　RS、R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式及E信號(hào)：</p><p>　　表4.5 控制界面的4種模式</p><p>

67、<b>　　表4.6 E信號(hào)</b></p><p>　　模塊控制芯片提供兩套控制命令，基本指令和擴(kuò)充指令，一般情況下，只需用到基本指令，基本指令如表4.7所示：</p><p>　　表4.7 基本指令表(RE=0)</p><p>　　4.3.6 語(yǔ)音報(bào)警模塊</p><p>　　在語(yǔ)音報(bào)警模塊中，使用的是ISD142

68、0語(yǔ)音芯片。其功能主要是在采集溫度大于設(shè)定溫度時(shí)，將語(yǔ)音芯片的PLAYE端置“0”，此時(shí)啟動(dòng)語(yǔ)音芯片的播放功能，實(shí)現(xiàn)報(bào)警作用。</p><p>　　在ISD1420語(yǔ)音芯片中，A0-A7地址輸入有雙重功能,根據(jù)地址中的A6,A7的電平狀態(tài)決定功能。如果A6,A7有一個(gè)是低電平,A0～A7輸入全解釋為地址位,作為起始地址用。A0-A7 由低位向高位排列，每位地址代表125 毫秒的尋址，160個(gè)地址覆蓋20秒（160

69、*0.125s=20s）的語(yǔ)音范圍，錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開(kāi)始，錄音結(jié)束由停止鍵操作決定，芯片內(nèi)部自動(dòng)在該段的結(jié)束位置插入結(jié)束標(biāo)志（EOM）；而放音時(shí)芯片遇到EOM標(biāo)志即自動(dòng)停止放音。</p><p>　　在ISD語(yǔ)音報(bào)警的硬件電路中，人工手動(dòng)錄取報(bào)警音樂(lè)。將芯片的25腳（RECLED）端通過(guò)按鍵接地，當(dāng)按鍵接地時(shí)，RECLED置“0”,此時(shí)ISD1420錄音。在錄音前通過(guò)軟件賦予P0口首地址0x00，

70、而語(yǔ)音芯片的地址端與P0口相連，故錄音首地址為0x00。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)，將ISD操作模式設(shè)為軟件置PLAYE為“0”，此時(shí)播放錄音。ISD1420語(yǔ)音芯片的地址功能表如表4.8所示。</p><p>　　表4.8 ISD1420地址功能表</p><p>　　ISD1420語(yǔ)音芯片的程序流程圖如圖4.12所示：</p><p>　　圖4.12 語(yǔ)音芯片放音流程

71、圖</p><p>　　4.3.7 7279鍵盤(pán)模塊</p><p>　　7279鍵盤(pán)模塊在系統(tǒng)中的作用是完成對(duì)按鍵按下的識(shí)別和對(duì)相應(yīng)按鍵進(jìn)行處理。它包括溫度設(shè)定、時(shí)鐘的調(diào)整、檢測(cè)通道的選擇。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)按鍵控制的過(guò)程中，考慮到單片機(jī)I/O口使用的方便和合理，采用7272鍵盤(pán)。同時(shí)，傳統(tǒng)的按鍵在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，應(yīng)該進(jìn)行消抖處理。常用的方法有：硬件消抖和軟件消抖。而7279鍵盤(pán)顯示模塊具有自動(dòng)去

72、抖動(dòng)功能。因此，使用7279鍵盤(pán)能更加穩(wěn)定和方便。</p><p>　　7279鍵盤(pán)顯示板具有許多指令，比如：右移指令（A0H）、循環(huán)左移指令（A3H）、閃爍控制（88H）、消隱控制（98H）、讀鍵盤(pán)數(shù)據(jù)指令（15H）等。在系統(tǒng)中，關(guān)鍵用到的是7279的讀鍵盤(pán)數(shù)據(jù)指令。通過(guò)該條指令將7279鍵盤(pán)的每個(gè)按鍵鍵值讀出并用7279顯示板得數(shù)碼管顯示出來(lái)。其鍵值表如表4.9所示。</p><p>

73、　　表 4.9 7279鍵盤(pán)鍵值表</p><p>　　在7279鍵盤(pán)模塊中，通過(guò)讀鍵盤(pán)指令將讀出的鍵盤(pán)數(shù)據(jù)賦給key_num，通過(guò)讀出的key_num值與表4.9中的鍵值相比較，如果相等的話(huà)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程序中進(jìn)行處理。</p><p>　　在系統(tǒng)中，使用了8個(gè)按鍵分別為9~16，其鍵值如表4.9中所示。</p><p>　　在進(jìn)入鍵盤(pán)模塊時(shí)，當(dāng)讀出的鍵盤(pán)值為“1CH

74、”時(shí)flag=1，此時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)從開(kāi)機(jī)界面轉(zhuǎn)入工作界面。第二次讀出鍵值為“1CH”時(shí)flag=2，此時(shí)系統(tǒng)結(jié)束工作進(jìn)入結(jié)束界面。第三次讀出鍵盤(pán)值為“1CH”時(shí)flag=1，再次進(jìn)入工作界面。當(dāng)讀出的鍵值為“1FH”時(shí)Set_flag++，Set_flag加到8時(shí)，再次置“1”。Set_flag值大小從1~6，其對(duì)應(yīng)的處理方式為秒、分、時(shí)、星期、日、月、年的設(shè)置。其中，鍵值為“1EH”、“1DH”分別對(duì)應(yīng)時(shí)間加、時(shí)間減。當(dāng)讀到的鍵值為“17

75、H”時(shí)flag1++，flag1值的大小從1到3，分別對(duì)應(yīng)溫度的個(gè)位、十位、百位。而鍵值“16H”、“15H”分別對(duì)應(yīng)溫度加，溫度減。當(dāng)讀到的鍵值為“14H”時(shí)flag2++，其值大小從1到3，分別對(duì)應(yīng)通道0、通道1、通道2。其流程圖如圖4.13所示。</p><p>　　圖4.13 7279鍵盤(pán)模塊流程圖</p><p>　　4.3.8 PID算法模塊</p><p

76、>　　在微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的軟件設(shè)計(jì)中，PID算法模塊是重中之重，同時(shí)也是一個(gè)比較大的難點(diǎn)。PID控制是目前工程上應(yīng)用最廣的一種控制方法，它的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且不依賴(lài)被控對(duì)象模型，控制所需的信息量也很少，因而非常易于工程實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過(guò)參數(shù)的調(diào)整也可獲得較好的控制效果。PID控制是將誤差信號(hào)的比例（P）、積分（I）和微分通過(guò)線(xiàn)性組合構(gòu)成控制量，故稱(chēng)之為PID控制。因此，在使用中只需要設(shè)定三個(gè)參數(shù)即可。</p>

77、<p>　　在軟件編寫(xiě)中，通過(guò)使用結(jié)構(gòu)體將PID算法的變量都定義好。分別有偏差值、偏差值符號(hào)、P系數(shù)、I系數(shù)、D系數(shù)、設(shè)定值、實(shí)際值。在進(jìn)行PID運(yùn)算時(shí)，通過(guò)將設(shè)定值與采樣值相減，即=設(shè)定值-采樣值。則為本次偏差信號(hào)， 為前一次偏差信號(hào)，為前兩次的偏差信號(hào)，為PID控制算法的比例系數(shù)，為PID控制算法的積分系數(shù)，為PID控制算法的微分系數(shù)。然后將這些數(shù)據(jù)按增量式PID控制算法的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。</p><

78、;p>　　PID算法是這樣的：控制器的輸出是與控制器的輸入(誤差)成正比，與輸入的積分成正比和輸入的導(dǎo)數(shù)成正比的這三個(gè)分量之和。PID控制器的性能就決定于、、這三個(gè)系數(shù)。采用增量式PID算法的系統(tǒng)框圖如圖4.14所示。</p><p>　　圖4.14 增量式PID算法系統(tǒng)框圖</p><p>　　當(dāng)增大比例系數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)作變靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減?。坏袷幋螖?shù)也會(huì)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間

79、加長(zhǎng)。積分控制使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。微分控制可以改善動(dòng)態(tài)特性，它對(duì)偏差的變化趨勢(shì)進(jìn)行超前調(diào)整，從而可以有效地提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，加大阻尼，減小超調(diào)量。PID運(yùn)算后的最終結(jié)果是算出PID控制值。通過(guò)定時(shí)器1定時(shí)50ms，每50msPID控制值自減直到控制值減為“0”。此時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行加熱降溫處理。其流程圖如圖4.15所示。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PID參數(shù)的大小是通過(guò)軟件不

80、斷的來(lái)調(diào)整以達(dá)到控制溫度的目的的，過(guò)程比較繁瑣，需要耐心。經(jīng)過(guò)調(diào)試，取Kp=90、Ki=31、Kd=43。</p><p>　　圖4.15 PID控制算法流程圖</p><p>　　4.3.9 PID控制模塊</p><p>　　本模塊的作用是通過(guò)定時(shí)器1將PID算法子程序中計(jì)算出的PID值送給PID控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的處理。其處理方法為：通過(guò)定時(shí)器1定時(shí)50毫秒，當(dāng)

81、時(shí)間到50毫秒時(shí)將PID值自減，直到PID值減為0為止，在這段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行加熱的處理。主要原理是采用PWM波控制雙向可控硅的通斷時(shí)間來(lái)進(jìn)行溫度控制。在PID算法子程序中，PID的滿(mǎn)值為100。則由此可知，PID控制子程序的周期為5秒。如圖4.16所示。</p><p><b>　　PWM</b></p><p><b>　　1</b></p&

82、gt;<p><b>　　……</b></p><p>　　0 1 2 3 100 t/50ms </p><p><b>　　一個(gè)控制周期</b></p><p><b>　　控制值輸出 </b></p><p>&l

83、t;b>　　PWM</b></p><p><b>　　1</b></p><p>　　0 5 t/s</p><p>　　圖4.16 PWM控制輸出原理圖</p><p>　　第五章 微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的系統(tǒng)調(diào)試</p>&l

84、t;p>　　微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及硬件和軟件兩大部分。在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用分模塊設(shè)計(jì)的方法。先將每個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試好后進(jìn)行系統(tǒng)整合，將各個(gè)模塊加入進(jìn)系統(tǒng)。在確保硬件沒(méi)有問(wèn)題的情況下進(jìn)行軟件調(diào)試，但在軟件調(diào)試沒(méi)有問(wèn)題的情況下，進(jìn)行硬件電路的檢查與調(diào)試。通過(guò)不斷的檢查與調(diào)試，將系統(tǒng)功能逐步實(shí)現(xiàn)。以下是微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的軟件調(diào)試。</p><p>　　5.1鍵盤(pán)顯示模塊的調(diào)

85、試</p><p>　　鍵盤(pán)顯示模塊是一個(gè)系統(tǒng)能否進(jìn)行良好人機(jī)交互的關(guān)鍵所在，在進(jìn)行7279鍵盤(pán)使用之前，進(jìn)行7279鍵盤(pán)顯示板的調(diào)試。其調(diào)試過(guò)程如下所述：</p><p>　　1、在確保硬件電路正確的前提下調(diào)試軟件部分。在調(diào)試過(guò)程中，先給7279顯示板寫(xiě)入測(cè)試指令，即send_byte（0xbf），來(lái)判斷7279顯示板硬件與否存在問(wèn)題。若7279顯示板上數(shù)碼管全部點(diǎn)亮并處于閃爍狀態(tài)，則說(shuō)

86、明7279顯示板硬件正確。然后給7279芯片寫(xiě)入顯示子程序，即write7279(0xc8,5)。若7279顯示板第一位數(shù)碼管顯示“5”，則說(shuō)明7279顯示子程序沒(méi)有問(wèn)題，7279顯示板初步調(diào)試成功。</p><p>　　2、7279顯示板主要用到的是鍵盤(pán)部分。在7279顯示板初步調(diào)試成功后，進(jìn)行鍵盤(pán)鍵值的讀取。當(dāng)HD7279A檢測(cè)到有效的按鍵時(shí)，KEY引腳從高電平變?yōu)榈碗娖?，并一直保持到按鍵結(jié)束。在此期間，如果

87、HD7279A接收到‘讀鍵盤(pán)數(shù)據(jù)指令’，即keynum=read7279(0x15)。則輸出當(dāng)前按鍵的代碼，通過(guò)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，將鍵盤(pán)代碼的高位和低位顯示出來(lái)。將相應(yīng)的鍵盤(pán)代碼讀出并記錄好以供后期使用。</p><p>　　5.2 A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊的調(diào)試</p><p>　　該模塊由于采用ADC0804模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，則調(diào)試較為簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是數(shù)據(jù)處理。其調(diào)試過(guò)程如下所述：</

88、p><p>　　1、在A/D采樣的調(diào)試過(guò)程中，初期調(diào)試時(shí)并沒(méi)有接PT-100鉑熱電阻構(gòu)成的溫度采集模塊，而是使用電位器進(jìn)行調(diào)試。通過(guò)改變電位器阻值的大小來(lái)改變ADC0804采集到的數(shù)據(jù)，以此來(lái)驗(yàn)證A/D采集程序的正確性。同時(shí)采樣數(shù)據(jù)并不是使用液晶顯示模塊進(jìn)行顯示，而是通過(guò)7279顯示板進(jìn)行顯示，方便有效。通過(guò)調(diào)試，7279顯示板所顯示的數(shù)據(jù)能改變，則A/D采樣程序沒(méi)有問(wèn)題，調(diào)試結(jié)束。</p><p

89、>　　2、在A/D采集程序調(diào)試成功的基礎(chǔ)上，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使采樣數(shù)據(jù)最終以溫度的形式進(jìn)行顯示。由于溫度采樣電路將輸出電壓范圍控制在0-5V，則通過(guò)數(shù)據(jù)處理，將顯示的溫度控制在25℃-135℃。通過(guò)改變PT-100鉑熱電阻的溫度使溫度顯示從室溫開(kāi)始增加。溫度顯示符合數(shù)據(jù)處理結(jié)果。</p><p>　　5.3 液晶顯示模塊的調(diào)試</p><p>　　在液晶顯示模塊中，系統(tǒng)上電后，液

90、晶能顯示所設(shè)定的文字。當(dāng)加入按鍵控制切換界面時(shí)，有的部分出現(xiàn)亂碼現(xiàn)象。經(jīng)調(diào)試后，發(fā)現(xiàn)是界面標(biāo)志flag在加到三時(shí)未清零，與前一幅界面產(chǎn)生沖突，出現(xiàn)亂碼。同時(shí)，在界面編寫(xiě)過(guò)程中，有個(gè)小細(xì)節(jié)需要注意：一個(gè)漢字占兩位，一個(gè)字符占一位；在編寫(xiě)漢字時(shí)要注意空格的個(gè)數(shù)，空格個(gè)數(shù)應(yīng)為偶數(shù)個(gè)，否則會(huì)出現(xiàn)亂碼。</p><p><b>　　5.4總體調(diào)試</b></p><p>　　在

91、硬件各個(gè)模塊分別調(diào)試好后，最后的總體調(diào)試主要是軟件部分。經(jīng)過(guò)整體的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試后，本系統(tǒng)基本能實(shí)現(xiàn)任務(wù)書(shū)所要求的基本功能，并有較好的控溫效果，其具體實(shí)物圖如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1 產(chǎn)品實(shí)物圖</p><p><b>　　第六章 總結(jié)</b></p><p><b>　　6.1 完善功能</b>&

92、lt;/p><p>　　本次設(shè)計(jì)課題是：微電腦多路染色機(jī)溫度控制器，從最初資料的查閱到硬件電路原理圖的設(shè)計(jì)、軟件的編寫(xiě)和最終的調(diào)試，系統(tǒng)功能基本達(dá)到了指導(dǎo)老師提出的各項(xiàng)要求，但是整個(gè)設(shè)計(jì)還是不夠完善，存在以下缺陷：</p><p>　　1、在系統(tǒng)的降溫電路模塊中，由于直流電機(jī)在最終調(diào)試時(shí)內(nèi)部線(xiàn)圈可能燒壞，當(dāng)軟件給降溫信號(hào)時(shí)，直流電機(jī)并沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)，故只是采用點(diǎn)亮LED來(lái)模擬降溫功能，并沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)

93、降溫功能，有待提高。</p><p>　　2、由于受PT-100鉑熱電阻數(shù)量的限制，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，只是采集了三路數(shù)據(jù)，并沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求中所需要的八路溫度數(shù)據(jù)采集。同時(shí)，控制電路部分只是使用一路進(jìn)行控制。</p><p><b>　　6.2 心得體會(huì)</b></p><p>　　在這兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，作品達(dá)到了課題的基本要求。從最初資料的

94、查閱到硬件電路原理圖的設(shè)計(jì)、軟件的編寫(xiě)和最終的調(diào)試，每一個(gè)過(guò)程都是對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的檢驗(yàn)和更進(jìn)一步的要求。在每個(gè)過(guò)程中，都要求我們有認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對(duì)于細(xì)節(jié)問(wèn)題一定要提高警惕，例如：在程序的編寫(xiě)中，語(yǔ)句的編寫(xiě)順序都會(huì)對(duì)最后的演示結(jié)果產(chǎn)生影響。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，各方面的能力都得到了很大的提高。</p><p>　　首先，通過(guò)參與硬件電路的設(shè)計(jì)，使自己對(duì)一些經(jīng)典電路有所了解。并且通過(guò)觀看同組成員的硬件調(diào)試，對(duì)于硬件

95、電路有了更深一步的了解。在大學(xué)四年中，第一次實(shí)際接觸了PT-100鉑熱電阻，對(duì)于PT-100的調(diào)試方法有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　其次，通過(guò)系統(tǒng)化地編寫(xiě)軟件，將以前所使用的各個(gè)模塊程序進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)建，進(jìn)一步地加強(qiáng)了自己的編程能力。在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，第一次使用ISD1420語(yǔ)音芯片，通過(guò)不斷地查找資料，摸索出了ISD1420語(yǔ)音芯片的使用方法。</p><p>　　最后，通過(guò)本次

96、畢業(yè)設(shè)計(jì)檢驗(yàn)了自己四年所學(xué)的知識(shí)，增強(qiáng)了自己的能力。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了自己的不足。制作產(chǎn)品的寶貴將對(duì)自己以后的工作和發(fā)展帶來(lái)很大的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].陶永華，尹怡欣，葛蘆生新型PID控制及其應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998．</p><p>　　[2].韓啟綱，吳錫祺，等．計(jì)算

97、機(jī)模糊控制技術(shù)與儀表裝置[M]. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1999</p><p>　　[3].何希才，傳感器及其應(yīng)用電路[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社,2001.2</p><p>　　[4]．郭速學(xué)，朱承彥，郭楠．圖解單片機(jī)功能與應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2008．2 </p><p>　　[5].林軍,單片機(jī)型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)與實(shí)訓(xùn)[M].

98、北京:中國(guó)水利水電出版社,2004</p><p>　　[6].黃俊，王兆安.電力電子技術(shù)（第三版）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999</p><p>　　[7] ．謝煒，謝東辰．單片機(jī)測(cè)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答[M]．北京：人民郵電出版社，2003．2 </p><p>　　[8]. He S Z. Fuzzy Self-tuning of PID Controller

99、[J].Fuzzy and System 1993(1)</p><p>　　[9].HUSSAIN A，SUKAIRIM H,et al.Automatic Deteetion of Power Quality Distub- ranecs and Identifieation of Transient Signals.International Symposium on Signal Poreessing a

100、nd its Applieations(ISSAP)，Kuala LumPur， Malaysia，2001，13一16</p><p>　　[10]．Katz P，Digital Control Using Microcomputer，New York: Hall Internatianal Inc.,1981</p><p>　　[11].Jonh J.D’azzo .Constant

101、ine H.HoupisLinear Control System Analysis and Design .</p><p>　　Fourth Edition.Beijing.Beijing University Press House .2002 (5)：228— 230</p><p>　　[12] ．孫瑩．單片機(jī)控制遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J] ．天津：儀器儀表用戶(hù)-2006年6期.

102、起止頁(yè)碼：21-22.</p><p>　　[13] ．馮旭．單片機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J] ．蘭州：甘肅科技縱橫-2006年3期.起止頁(yè)碼：19-20</p><p>　　[14]. 田世昌，王東云，張謙，等．染色機(jī)PIE控制系統(tǒng)中模糊控制器的設(shè)計(jì)[J]．鄭州紡織工學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，6(3)：15—17</p><p>　　[15].謝成祥，張健，鄧志良， 一種

103、染色機(jī)溫度控制器的設(shè)計(jì)[J].沈陽(yáng)：控制工程 2005年12卷5期. 起止頁(yè)碼：455-457頁(yè)</p><p>　　[16] .葉林、邢科新.一種多通道溫度采集系統(tǒng)的研制[J].現(xiàn)代電子技術(shù).2006年29期.起止頁(yè)碼： 91-95頁(yè)</p><p>　　[17].徐芳芳，陳平等. 多點(diǎn)溫度測(cè)試系統(tǒng)[J]. 山東理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2005.5(19) 64-68</p>&l

104、t;p>　　[18].韓志軍、沈晉源.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2005</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，首先要非常感謝課題指導(dǎo)老師xx老師。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，xx老師在我們的元器件選擇和方案確定方面，提供了很多寶貴和使用的建議及意見(jiàn)。在軟件總體設(shè)計(jì)上，xx老師給我提供了不少思路。同時(shí)，對(duì)庫(kù)房

105、管理老師和同學(xué)表示感謝，對(duì)負(fù)責(zé)PCB板制作的袁偉勤老師表示感謝。感謝在你們的幫助下，我順利地完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　此外，還要感謝電子系的其它老師，在我們畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)能提供我們幫助與指導(dǎo)。</p><p>　　最后，再次對(duì)于幫助過(guò)我的老師和同學(xué)表示深深的謝意。此外，我還要感謝我的同組人，無(wú)論是在系統(tǒng)的制作和調(diào)試，還是在論文的撰寫(xiě)方面，遇到問(wèn)題時(shí)我們都能共同分析

106、，共同解決。</p><p><b>　　附錄一 程序清單</b></p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>

107、;　　//=================================================</p><p>　　sbit CS_LCD=P1^0; //LCD</p><p>　　sbit SID_LCD=P1^1;</p><p>　　sbit SCLK_LCD=P1^2;</p><p>　　sbit SCLK_

108、DS1302=P1^3; //DS1302</p><p>　　sbit IO_DS1302=P1^4;</p><p>　　sbit RST_DS1302=P1^5;</p><p>　　sbit cs=P1^6; //7279</p><p>　　sbit clk=P1^7;</p><p>　　sbit

109、dat=P3^4; </p><p>　　sbit key=P3^5; </p><p>　　sbit wr=P3^6; //AD0804</p><p>　　sbit rd=P3^7; </p><p>　　sbit cs_ad=P2^0; </p><p>　　sbit k_jian=P2^1; //

110、kongzhi</p><p>　　sbit k_jia=P2^2; </p><p>　　sbit cd_a=P2^3; //CD4051</p><p>　　sbit cd_b=P2^4;</p><p>　　sbit cd_c=P2^5; </p><p>　　sbit play_e=P2^6; //I