基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEPAGE40摘要本文介紹了基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)方法和工作原理。溫度傳感器和精密電阻構(gòu)成的電橋?qū)囟刃盘?hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)差分放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器后輸入單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)模糊控制算法進(jìn)行控制，輸出脈沖信號(hào)通過(guò)繼電器控制加熱量，從而將溫度控制在設(shè)定值。軟件部分主要介紹了proteus和模糊控制算法。采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，優(yōu)化了軟件程序以簡(jiǎn)化外部硬件電路，程序可讀性強(qiáng)，提高了系統(tǒng)的功能，降低了生產(chǎn)成本。該系統(tǒng)具有溫度實(shí)時(shí)測(cè)量、顯示和控制三種功能。有效的減小了超調(diào)量和靜態(tài)誤差，縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間。對(duì)今后的綜合實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)具有實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度；模糊控制；繼電器AbstractThepaperintroducesthetemperaturecontrolsystembasedonsinglechip,expoundsthesystemhardwareandsoftwaredesignmethodandprincipleofwork.Thetemperaturesensorandpreciseresistanceconstitutesthebridgewilltemperaturesignalintovoltagesignal,afterdifferenceamplifyingcircuitandaftertheA/Dconverterinputmicrocontroller.SCMaccordingtothefuzzycontrolalgorithm,theoutputpulsesignalcontrolbyrelaycontrol,whichwilladdheattemperaturecontrolinvalue.Proteusmainlyintroducesthesoftwareandfuzzycontrolalgorithm.Usingtheideaofmodulardesign,optimizationsoftwareprogramtosimplifytheexternalhardwarecircuit,procedures,andimprovethesystemofstrongreadabilityoffunction,reducetheproductioncost.Thissystemhasthetemperaturemeasurement,displayandcontrolfunctions.Effectivelyreducedtheovershootandstaticerror,shortenthetime.Thecomprehensiveexperimentsforfuturedevelopmentofpracticalvalue.Keywords:Singlechipmicrocomputer；Temperature；Fuzzycontrol；SSR目錄TOC\o"1-3"\f\h\z\u1概述 11.1溫度控制系統(tǒng)的任務(wù) 11.2溫度模糊控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 11.3畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容與安排 32溫度控制原理 42.1溫度控制工作原理 42.2溫度控制的方式 52.3溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 53溫度模糊控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 73.1溫度控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 73.2溫度控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 83.2.1信號(hào)采集通道的設(shè)計(jì) 81.溫度傳感器 82.測(cè)量放大器 83.A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 103.2.2顯示電路設(shè)計(jì) 121.動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 132．靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 133.BCD碼的介紹 143.2.3鍵盤電路設(shè)計(jì) 153.2.4控制電路的設(shè)計(jì) 164溫度控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 184.1引言 184.2proteus介紹 184.3軟件總體設(shè)計(jì) 204.4模糊控制算法 214.4.1.輸入量的模糊化 214.4.2.模糊規(guī)則的形成與推理 214.4.3.反模糊化 214.5數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì) 224.6顯示程序的設(shè)計(jì) 235溫度控制系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)計(jì) 255.1溫度控制系統(tǒng)軟件調(diào)試 255.2溫度模糊控制系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試 255.3調(diào)試故障及原因分析 26結(jié)論 27致謝 28參考文獻(xiàn) 29附錄Ⅰ程序清單 30附錄II溫度控制系統(tǒng)電路圖 391概述1.1溫度控制系統(tǒng)的任務(wù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)溫度模糊控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心并應(yīng)用模糊控制規(guī)律對(duì)溫度進(jìn)行控制。溫度是工業(yè)對(duì)象中的主要被控參數(shù)之一。在各行業(yè)中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。采用單片機(jī)對(duì)它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控制溫度的精度等技術(shù)指標(biāo)，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。此系統(tǒng)可對(duì)溫度實(shí)時(shí)顯示，并根據(jù)監(jiān)控人員的要求對(duì)溫度進(jìn)行控制。它利用熱電阻傳感器將溫度的變化轉(zhuǎn)變電阻的變化，再通過(guò)電橋把電阻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?到5伏的電壓，再A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)適當(dāng)?shù)奶幚砗?，能進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與控制。1.2溫度模糊控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)模糊技術(shù)作為一門引人注目的應(yīng)用科學(xué)，越來(lái)越受到全世界人們的關(guān)注，專家們認(rèn)為它有可能成為21世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。為了確保21世紀(jì)的科技競(jìng)爭(zhēng)力，各國(guó)爭(zhēng)先恐后地發(fā)展模糊技術(shù)，而這也推動(dòng)溫度控制系統(tǒng)趨向高精度、高穩(wěn)定性，趨向智能化、模糊化。溫度控制的快速發(fā)展，其控制方法越來(lái)越多，大概經(jīng)歷了模擬PID控制、數(shù)字PID控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等溫度控制算法。隨著灰色理論和模糊控制技術(shù)的發(fā)展，溫度控制系統(tǒng)也向前發(fā)展，要求實(shí)現(xiàn)模糊控制。模糊控制是基于模糊邏輯的描述一個(gè)過(guò)程的控制算法,主要嵌入操作人員的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)知識(shí)。它適用于控制不易取得精確數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型不確定或經(jīng)常變化的對(duì)象，僅依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)和直觀判斷,非常容易應(yīng)用。模糊溫控的實(shí)現(xiàn):(1)將溫控對(duì)象的偏差和偏差變化率以及輸出量劃分為不同的模糊值,建立規(guī)則,例如：IF溫度太高OR溫度正在上升,THEN減少控制輸入或風(fēng)冷。將這些模糊規(guī)則寫成模糊條件語(yǔ)句,形成模糊模型。(2)根據(jù)控制查詢表,形成模糊算法。(3)對(duì)溫度誤差采樣的精確量模糊化,經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)處理輸入計(jì)算機(jī)中,計(jì)算機(jī)根據(jù)模糊規(guī)則推理做出模糊決策,求出相應(yīng)的控制量,變成精確量去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),調(diào)整輸入,達(dá)到調(diào)節(jié)溫度,使之穩(wěn)定的目的。同傳統(tǒng)的PID控制比較,模糊控制響應(yīng)快,超調(diào)量小,參數(shù)變化不敏感。模糊控制是基于模糊邏輯的描述一個(gè)過(guò)程的控制算法,主要嵌入操作人員的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)知識(shí)。它適用于控制不易取得精確數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型不確定或經(jīng)常變化的對(duì)象，僅依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)和直觀判斷,非常容易應(yīng)用。模糊溫控的實(shí)現(xiàn):(1)將溫控對(duì)象的偏差和偏差變化率以及輸出量劃分為不同的模糊值,建立規(guī)則,例如：IF溫度太高OR溫度正在上升,THEN減少控制輸入或風(fēng)冷。將這些模糊規(guī)則寫成模糊條件語(yǔ)句,形成模糊模型。(2)根據(jù)控制查詢表,形成模糊算法。(3)對(duì)溫度誤差采樣的精確量模糊化,經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)處理輸入計(jì)算機(jī)中,計(jì)算機(jī)根據(jù)模糊規(guī)則推理做出模糊決策,求出相應(yīng)的控制量,變成精確量去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),調(diào)整輸入,達(dá)到調(diào)節(jié)溫度,使之穩(wěn)定的目的。同傳統(tǒng)的PID控制比較,模糊控制響應(yīng)快,超調(diào)量小,參數(shù)變化不敏感。模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力來(lái)修正偏差和偏差變化的比例系數(shù),可以優(yōu)化模糊控制器,從而進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)時(shí)控制效果,以便應(yīng)用于溫度過(guò)程控制中。其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,能達(dá)到高精度的快速控制,具有極強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)能力。遺傳算法(GeneticAlgorithm.簡(jiǎn)稱GA)是模擬達(dá)爾文的遺傳選擇和自然淘汰的生物進(jìn)化過(guò)程的全局優(yōu)化搜索算法。基于遺傳算法溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是將傳感器得到的溫度信號(hào)放大,數(shù)字化后送入單片機(jī),單片機(jī)把它與給定溫度進(jìn)行比較,用遺傳算法來(lái)優(yōu)化PID3個(gè)參數(shù),然后輸出控制量。將PID3個(gè)參數(shù)串接在一起構(gòu)成一個(gè)完整的染色體，從而構(gòu)成遺傳空間中的個(gè)體,通過(guò)繁殖交叉和變異遺傳操作生成新一代群體,經(jīng)過(guò)多次搜索獲得最大適應(yīng)度值的個(gè)體即為所求的數(shù)值。系統(tǒng)具有調(diào)試方便、溫控精度高和抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法三者結(jié)合，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法上,將模式辨識(shí)、預(yù)測(cè)最優(yōu)控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合,由神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)估器辨識(shí)系統(tǒng)模型,并實(shí)時(shí)為控制器提供參考輸入,由最優(yōu)控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、決策,選定最優(yōu)的控制量,達(dá)到溫度最佳控制的目的。該系統(tǒng)能隨外界干擾而變化,實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)和控制規(guī)律,具有良好的溫度跟蹤性能和抗干擾能力。隨著電子器件的發(fā)展,控制電路的形式也多種多樣,無(wú)論是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),模糊控制還是遺傳算法,都屬于人工智能領(lǐng)域,同PID結(jié)合以調(diào)節(jié)PID參數(shù),可以適應(yīng)溫控系統(tǒng)非線性、干擾多、時(shí)延長(zhǎng)、時(shí)變和分布變化的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)溫控系統(tǒng)的參數(shù)自調(diào)整,將線性控制與非線性相結(jié)合,從而達(dá)到更好的控制效果。1.3畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容與安排本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容為基于單片機(jī)的溫度模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)，調(diào)試，達(dá)到爐溫控制的智能化。下面是論文的各章節(jié)內(nèi)容安排。第1章對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)進(jìn)行了分析，對(duì)溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)述。第2章從溫度的控制原理簡(jiǎn)單的闡述三種溫度控制方式。第3章重點(diǎn)講述系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，并附有相應(yīng)的硬件原理圖接口電路圖。第4章論述了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。第5章重點(diǎn)描述了整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試過(guò)程。最后，對(duì)系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的分析和總體評(píng)價(jià)。2溫度控制原理本章就溫度控制技術(shù)詳細(xì)闡述了對(duì)一個(gè)功率為300W的電熱杯加熱相關(guān)的內(nèi)容。2.1溫度控制工作原理溫度模糊控制系統(tǒng)的被控對(duì)象是一個(gè)功率為300W的電熱杯，當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定值時(shí)，要保持電熱杯中的水溫基本不變的條件是：輸送給電熱杯中水的熱量和輸出的熱量相等，此時(shí)電熱杯中水的溫度保持不變。在電爐爐溫控制中，欲得到一個(gè)恒定的溫度，需要在溫度低于或高于給定的溫度時(shí)通過(guò)檢測(cè)與控制，用繼電器調(diào)節(jié)加熱通電時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)電阻絲的功率，以達(dá)到控制溫度恒定的目的。采樣周期T的選擇應(yīng)綜合考慮以下因素：給定值的變化頻率，被控對(duì)象的特性，使用的算式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型和控制的回路數(shù)。溫度控制系統(tǒng)中，T一般取較大，因?yàn)闇囟确磻?yīng)慢，滯后大，不宜過(guò)于頻繁控制。表2.1是常用被控量的經(jīng)驗(yàn)采樣周期。實(shí)踐中，可以以表中的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。通過(guò)試驗(yàn)最后確定最合適的采樣周期。被控量采樣周期T(s)備注流量1～5優(yōu)選1～2壓力3～10優(yōu)選6～8液位6～8溫度15～20或取純滯后時(shí)間表2.1常見(jiàn)被控量的經(jīng)驗(yàn)采樣周期根據(jù)以上工程經(jīng)驗(yàn)值，溫度過(guò)程的采樣周期一般為15—20s考慮到300W電熱杯對(duì)1L水加溫比較慢，暫時(shí)確定采樣周期T為15s。如圖2.1所示，其控制過(guò)程如下：系統(tǒng)由傳感器把溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?，再?jīng)過(guò)放大后，傳給A/D轉(zhuǎn)換器，然后數(shù)字量由單片機(jī)處理，輸出控制量開(kāi)關(guān)，控制繼電器的通斷，進(jìn)行加熱或降溫。給定值給定值實(shí)際溫度圖2.1溫度控制系統(tǒng)原理圖電熱水杯-89C51單片機(jī)繼電器A/D轉(zhuǎn)換器放大電路Cu50傳感器2.2溫度控制的方式日常生活中我們所用到的溫度控制方式大體上有三種上下限控制方式溫控器、PID調(diào)節(jié)控制方式溫控器和模糊控制器。下面對(duì)于三種方式做下簡(jiǎn)單的介紹。1.上下限控制方式溫控器：即，可對(duì)溫控器設(shè)點(diǎn)兩個(gè)溫度點(diǎn)，當(dāng)溫度高于某一溫度時(shí)停止給加熱絲供電；當(dāng)溫度低于某一設(shè)定溫度時(shí)啟動(dòng)加熱絲供電加熱。這種方式烘箱內(nèi)溫度可控制在比較高的度數(shù)的波動(dòng)。2.PID調(diào)節(jié)控制方式溫控器：即，可對(duì)溫控器設(shè)定一個(gè)恒溫點(diǎn)，溫控器會(huì)根據(jù)箱內(nèi)溫度與設(shè)定恒溫值得差的大小，以及兩者溫差的變化速度通過(guò)PID算法，自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱絲的加熱功率，使烘箱內(nèi)溫度恒定為設(shè)定溫度。這種方式可控制溫度在比較高的度數(shù)內(nèi)波動(dòng)。3.模糊控制器：模糊控制器以誤差及輸誤差的變化率作為入量，經(jīng)模糊化，按模糊控出制決策得輸，相應(yīng)出量調(diào)整預(yù)估參數(shù)。根據(jù)誤差及輸誤差的變化率通過(guò)可控硅對(duì)爐子的電壓或流電進(jìn)行控制。2.3溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.2所示溫度傳感器溫度傳感器為Cu50熱電阻傳感器，將Cu50熱電阻傳感器聯(lián)入電橋，當(dāng)溫度改變時(shí)，Cu50電阻發(fā)生變化，電橋失衡，輸出電壓。經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大電路把電壓放大，再把電壓傳送給A/D轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。溫度設(shè)定是利用鍵盤完成的。輸出端則用一只固態(tài)繼電器來(lái)控制加熱電阻絲的通斷，而繼電器的通斷則由模糊控制器輸出的控制量決定。當(dāng)水的實(shí)時(shí)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱。由于水杯不斷與外界傳熱，故溫度會(huì)下降，一旦水溫低于設(shè)定溫度時(shí)，將導(dǎo)通電阻絲進(jìn)行加熱，在加熱量和散熱量相當(dāng)時(shí)，就能實(shí)現(xiàn)水溫的基本恒定。在系統(tǒng)中，實(shí)際溫度和設(shè)置溫度的差值e可正可負(fù)，可將其固定一個(gè)偏移量，如e的論域?yàn)椤?℃。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的溫度控制的原理是先由鍵盤設(shè)定溫度的上限和下限，然后通過(guò)單片機(jī)的控制來(lái)使繼電器對(duì)加熱元件進(jìn)行加熱，通過(guò)傳感器對(duì)加熱元件的溫度進(jìn)行測(cè)量，然后通過(guò)放大器把被測(cè)溫度進(jìn)行放大，最后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，把測(cè)得的數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)了來(lái)由LED數(shù)碼顯示管顯示，如圖2.2為溫度控制結(jié)構(gòu)原理圖。圖2.2溫度控制結(jié)構(gòu)原理圖圖2.2溫度控制結(jié)構(gòu)原理圖LED顯示鍵盤溫度設(shè)定測(cè)量放大器繼電器89C51單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器加熱元件傳感器3溫度模糊控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1溫度控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最重要、最關(guān)鍵的一步。總體方案的好壞，直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)及實(shí)施細(xì)則。硬件系統(tǒng)也是由不同模塊組成的，但各個(gè)模塊是協(xié)調(diào)工作的，例如顯示部分是系統(tǒng)和人類交互的窗口，沒(méi)有這部分A/D轉(zhuǎn)換精度再高控制效果再好，我們無(wú)法得知，所以每一部分都很重要。都應(yīng)精心設(shè)計(jì)。圖3-1為溫控系統(tǒng)硬件原理框圖。系統(tǒng)為電熱水杯而設(shè)計(jì)。其加熱功率為300W，電源為交流220V電壓。溫度控制范圍為+30℃～90℃，升溫速度為4℃/min。溫度控制精度為±1℃圖3.1溫度測(cè)控系統(tǒng)硬件原理框圖3.2溫度控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.2.1信號(hào)采集通道的設(shè)計(jì)1.溫度傳感器溫度傳感器的種類繁多，例如熱電阻、熱電偶、集成溫度傳感器等。在本次畢設(shè)中應(yīng)用的是銅電阻溫度傳感器。選用銅電阻主要考慮到測(cè)量控制的溫度范圍在0～100℃，該溫度不是高溫段，可以選熱電阻型傳感器，同時(shí)，對(duì)銅和鉑電阻而言，后者更適合于高溫，前者的工作溫區(qū)一般為-50～150℃，這個(gè)范圍內(nèi)溫度的線性度較好，綜合以上因素，本溫度測(cè)控儀設(shè)計(jì)過(guò)程中，選用了Cu50溫度傳感器。銅電阻溫度傳感器適用于精度不高的場(chǎng)合，由于銅較容易提純、價(jià)格低廉，因此銅電阻目前也有較廣泛的應(yīng)用。銅電阻主要技術(shù)指標(biāo)：（1）電阻與溫度的關(guān)系可用下式表示：（3-1）式中Rt、R0——分別為銅電阻在t℃和0℃時(shí)的電阻值；——銅電阻的溫度系數(shù)，其值一般為4.25×10-3/℃～4.28×10-3/℃。由于銅電阻的化性質(zhì)較鉑活潑，溫度稍高銅就容易氧化。因此，銅電阻一般在低溫和沒(méi)有腐蝕介質(zhì)的場(chǎng)合使用，工作溫區(qū)一般為-50℃～+150℃。（2）電阻值銅電阻的電阻值主要有R0=50±0.005Ω和R0=100±0.010Ω兩種，其電阻比值為：Ω（3-2）2.測(cè)量放大器Cu50溫度傳感器輸出的是電阻信號(hào)（即電阻信號(hào)為阻值變化），因而先經(jīng)過(guò)電橋?qū)㈦娮栊盘?hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，然后對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大，電橋采用了單臂形式，每個(gè)橋臂的電阻都為53.4Ω，也就是說(shuō)當(dāng)溫度為20℃時(shí)電橋輸出的電壓為零，這樣提高了溫度的分辨率。當(dāng)傳感器的工作環(huán)境惡劣時(shí)，傳感器的輸出有各種噪聲，干擾很大，來(lái)自傳感器的微弱信號(hào)中包含工頻，靜電和電磁耦合等共模干擾。而傳感器的輸出小，輸出阻抗大時(shí)，一般運(yùn)算放大器已經(jīng)不能勝任，在這種情況下，對(duì)這種信號(hào)的放大就需要放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪音、和高輸入阻抗，三個(gè)運(yùn)放組成的測(cè)量放大器能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。圖3.2是測(cè)量放大器的原理圖。從其結(jié)構(gòu)分析可知，這是一種同相并聯(lián)差動(dòng)放大器，由運(yùn)算放大器A1和A2構(gòu)成第一級(jí)，由A3構(gòu)成第二級(jí)，各個(gè)運(yùn)放一般都是高性能的放大器。圖3.2測(cè)量放大器的原理圖是用來(lái)調(diào)整放大倍數(shù)的外接電阻，最好用多位電位器。這種電路又稱為測(cè)量放大器，其特點(diǎn)是性能完善，只要運(yùn)算放大器性能對(duì)稱，其漂移將大大減小，具有高輸入阻抗和高共模抑制比，因而穩(wěn)定性好，是一種高性能的放大器，適合于在大的共模電壓下對(duì)微小差值信號(hào)進(jìn)行放大。常用于熱電偶、應(yīng)變電橋、流量計(jì)量、生物測(cè)量以及其它有共模干擾的本質(zhì)上是直流緩變的微弱差值信號(hào)放大。3.A/D轉(zhuǎn)換器的選擇溫度控制系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器選用ADC0809八位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模—數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。（1）ADC0809的主要特性1）8路輸入通道，8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs。4）單＋5V電源供電。5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度。7）低功耗，約15mW。（2）ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近。（3）ADC0809的外部特性及引腳功能ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。下面說(shuō)明各引腳功能:IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。START：A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。EOC：A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一＋5V。GND：地。圖3.3ADC0809的引腳圖（4）ADC0809的工作過(guò)程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。因?yàn)锳DC0809具有較經(jīng)濟(jì)的價(jià)格，所以這里的數(shù)據(jù)采集電路選擇ADC0809。在采集電路中，只要將放大濾波電路的輸出端接入0809的某一通道，在這里選擇0通道，即將0809的地址輸入線A,B,C送入低電平，即可選通0通道。另外需要說(shuō)明的是由于ADC0809片內(nèi)無(wú)時(shí)鐘，可利用單片機(jī)89C52提供的地址鎖存允許信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻得到。圖3.4ADC0809與單片機(jī)接口電路ADC0809的通道選擇如表3.1：CBA被選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表3.1通道選擇3.2.2顯示電路設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管顯示有動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種顯示驅(qū)動(dòng)。下面介紹一下動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示的區(qū)別：1.動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位元就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。透過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O埠，而且功耗更低。2．靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O埠進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)位器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O埠多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O埠來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O埠才32個(gè)呢。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電路的復(fù)雜性。而對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，所以我們采用LED動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)。圖3.5四位動(dòng)態(tài)顯示接口電路3.BCD碼的介紹在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中由于LED數(shù)碼管直接連接到單片機(jī)中，所以控制LED顯示的數(shù)字就要有相應(yīng)的BCD碼。它是用4位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示1位十進(jìn)制數(shù)中的0~9這10個(gè)數(shù)碼，簡(jiǎn)稱BCD碼,即BCD代碼。Binary-CodedDecimal，簡(jiǎn)稱BCD，稱BCD碼或二-十進(jìn)制代碼，亦稱二進(jìn)碼十進(jìn)數(shù)。是一種二進(jìn)制的數(shù)字編碼形式，用二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制代碼。這種編碼形式利用了四個(gè)位元來(lái)儲(chǔ)存一個(gè)十進(jìn)制的數(shù)碼，使二進(jìn)制和十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換得以快捷的進(jìn)行。這種編碼技巧，最常用于會(huì)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)里，因?yàn)闀?huì)計(jì)制度經(jīng)常需要對(duì)很長(zhǎng)的數(shù)字串作準(zhǔn)確的計(jì)算。相對(duì)于一般的浮點(diǎn)式記數(shù)法，采用BCD碼，既可保存數(shù)值的精確度，又可免卻使電腦作浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)所耗費(fèi)的時(shí)間。此外，對(duì)于其他需要高精確度的計(jì)算，BCD編碼亦很常用。如下表為BCD碼對(duì)應(yīng)相應(yīng)的LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字：段位碼LED顯示的數(shù)字001111110000001101010110112010011113011001114011011015011111016000001117011111118011011119圖3.2段位碼所對(duì)應(yīng)的LED顯示3.2.3鍵盤電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的鍵盤電路其實(shí)可分為兩種有獨(dú)立式鍵盤和本文中介紹的矩陣式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤接法簡(jiǎn)單，但是嚴(yán)重浪費(fèi)單片機(jī)的I/O口資源。當(dāng)按鍵數(shù)目較少、I/O口不是很緊張的情況下可以采用獨(dú)立式接法。當(dāng)鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)為了減少I/O口線的占用通常將按鍵排列成矩陣形式，在矩陣式鍵盤中每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通,而是通過(guò)一個(gè)按鍵,加以連接。這樣做的好處是，一個(gè)并行口可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵比值，直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多區(qū)別就越明顯。圖3.64X4鍵盤控制3.2.4控制電路的設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)采用了固態(tài)繼電器作為輸出控制器。繼電器方式的開(kāi)關(guān)輸出是目前最常用的一種輸出方式，一般在驅(qū)動(dòng)大型設(shè)備時(shí)，往往利用繼電器作為測(cè)控系統(tǒng)輸出到輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)之間的第一級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)第一級(jí)繼電器輸出，可完成從低壓直流到高壓交流的過(guò)渡。如圖所示經(jīng)過(guò)光電隔離后，直流部分給繼電器供電，而其輸出部分則可直接與220V市電相接?？刂齐娐分饕晒怆姼綦x器和繼電器組成。在開(kāi)關(guān)量輸出通道中，為防止現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾或工頻電壓通過(guò)輸出通道反串到測(cè)控系統(tǒng)，一般需采用通道隔離技術(shù)。在輸出通道的隔離中，最常用的是光-電隔離技術(shù)，因?yàn)楣庑盘?hào)的傳送不受電場(chǎng)、磁場(chǎng)的干擾，可以有效地隔離電信號(hào)。用于輸出通道隔離的光電隔離器根據(jù)其輸出級(jí)不同可分為三極管型、單向可控硅型、雙向可控硅型等幾種，但從其隔離方法來(lái)看，都是一樣的，即都通過(guò)電-光-電這種轉(zhuǎn)換，利用“光”這一環(huán)節(jié)完成隔離功能。繼電器控溫原理如下：其原理如圖3.9所示，繼電器和加熱絲串接在交流市電（220V/50Hz）回路中。在給定周期T內(nèi)，89C51只要改變繼電器的接通時(shí)間，便可改變加熱絲功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。圖3.9中給定了周期T，在一個(gè)周期內(nèi)接通時(shí)間不同，功率就不相同。當(dāng)繼電器在給定周期T的100﹪時(shí)間內(nèi)接通時(shí)的功率最大。圖圖3.7繼電器輸出功率與通斷時(shí)間的關(guān)系4溫度控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1引言單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，而程序是控制大腦正常工作的固定思想，信號(hào)就像人的血液從硬件的各部分電路流向單片機(jī)，或從單片機(jī)流向各部分電路。軟件編寫的好壞關(guān)系到單片機(jī)工作的效率。盡量用最少的語(yǔ)句作最多的事情，將程序模塊化設(shè)計(jì)，不能讓語(yǔ)句出現(xiàn)歧義，這樣就加快了信號(hào)在硬件中的流動(dòng)速度，也就提高了單片機(jī)的工作效率。下面對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的軟件部分作了介紹，主要包括軟件總體設(shè)計(jì)、主程序的設(shè)計(jì)、中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)和顯示程序的設(shè)計(jì)。4.2proteus介紹本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是用proteus來(lái)進(jìn)行模擬仿真的。Proteus軟件是英國(guó)Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)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(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，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等多種編譯器。其功能特點(diǎn)：Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：（1）原理布圖（2）PCB自動(dòng)或人工布線（3）SPICE電路仿真革命性的特點(diǎn)：（1）互動(dòng)的電路仿真，用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（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(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型。以上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)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，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境。proteus的智能原理圖設(shè)計(jì)（ISIS）豐富的器件庫(kù)：超過(guò)27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；智能的器件搜索：通過(guò)模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡(jiǎn)單快捷，大大縮短繪圖時(shí)間；支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明清晰；可輸出高質(zhì)量圖紙：通過(guò)個(gè)性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在proteus軟件上畫出所需要的元件然后進(jìn)行連接，最后導(dǎo)入相應(yīng)的程序進(jìn)行模擬仿真，如圖為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)proteus原理圖：圖4.2溫度控制proteus原理圖4.3軟件總體設(shè)計(jì)根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出程序主流程圖，如圖4.3：圖4.3程序主流程圖4.4模糊控制算法4.4.1.輸入量的模糊化在確定了模糊控制器的結(jié)構(gòu)之后，就需要對(duì)輸入量進(jìn)行采樣、量化并模糊化。將精確量轉(zhuǎn)化為模糊量的過(guò)程稱為模糊化，或稱為模糊量化,經(jīng)過(guò)模糊量化處理變?yōu)槟：浚员銓?shí)現(xiàn)某控制算法。無(wú)論輸入的為偏差或偏差的變化率，它們都是精確的輸入值，要采用模糊控制技術(shù)就必須首先把它們轉(zhuǎn)化成為模糊集合的隸屬函數(shù)。為了工程實(shí)現(xiàn)，將其范圍定義成離散的若干級(jí)，而所定義級(jí)的多少取決于所需輸入量的分辨率。定義輸入量的隸屬函數(shù)可以采用梯形或三角形等。本系統(tǒng)采用三角形。4.4.2.模糊規(guī)則的形成與推理本系統(tǒng)為一維輸入，一維輸出。形式為“IFEISATHENUISC”。采用查表法進(jìn)行模糊推理。4.4.3.反模糊化經(jīng)過(guò)模糊推理得到的是一個(gè)模糊集合或隸屬函數(shù)，而在控制中，必有一個(gè)確定的值才能去控制伺服機(jī)構(gòu)，這種反推理過(guò)程即為反模糊判決。本系統(tǒng)采用最大隸屬度法進(jìn)行反模糊化，對(duì)于模糊控制器的輸出模糊集U，其對(duì)應(yīng)的論域?yàn)椋篣={u1,u2,u3,…,um}模糊判決的最大隸屬度原則就是選擇模糊集U中隸屬度最大的那個(gè)元素U′作為判決結(jié)果，U′應(yīng)滿足：這種判決方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，缺點(diǎn)是它概括的信息量較少，因?yàn)檫@樣做完全排除了其他一切隸屬度較小的元素的影響作用，并且為了判決得以實(shí)施必須避免控制器輸出過(guò)程中出現(xiàn)隸屬度曲線為雙峰和所有元素的隸屬度值都非常小的那種模糊集。4.5數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì)由于ADC0809輸出為8位二進(jìn)制數(shù)，它能轉(zhuǎn)換的最大電壓為+5V，其對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為11111111。因而，要顯示采集信號(hào)的數(shù)值，就需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本設(shè)計(jì)要求輸出溫度范圍為30～100℃，所以需要將輸入的電壓與輸出的溫度一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。ADC0809輸出二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的輸入電壓為：(v/bit)（4-1）式中X——輸入電壓值；Z——輸入電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，取得溫度與電壓的關(guān)系表。通過(guò)最小二乘法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可得到溫度到電壓的一條直線。表4.1為其中一組數(shù)據(jù)。如圖4.2所示為電壓溫度對(duì)應(yīng)的關(guān)系圖。溫度（℃）0.02.04.06.08.0電壓值（V）300.760.860.971.061.18401.301.421.551.651.76501.902.004602.462.572.692.802.92703.043.143.263.383.48803.603.703.82表4.1溫度與電壓關(guān)系數(shù)據(jù)表圖圖4.2溫度與電壓關(guān)系圖擬合電壓和溫度關(guān)系直線，得到以下線性方程。Y=17.5418X+17.0512（4-2）式中X——輸入電壓值；Y——實(shí)際水溫。將公式4-1代入公式4-2中，得到溫度與二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的關(guān)系如下：Y=0.3439Z+17.0512（4-3）式中Y——實(shí)際水溫；Z——輸入電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。為了提高測(cè)量的精度，A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，將兩個(gè)系數(shù)都擴(kuò)大了100倍，然后將其轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù)進(jìn)行乘法和加法運(yùn)算，還需要將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)锽CD碼，再通過(guò)查表將其段碼查到，送LED顯示的就是當(dāng)時(shí)所測(cè)得的溫度值。4.6顯示程序的設(shè)計(jì)在顯示方式上采用的是動(dòng)態(tài)顯示，微處理器定時(shí)地對(duì)各個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行掃描，數(shù)碼管分時(shí)輪流工作，每次只能使一個(gè)數(shù)碼管顯示，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，仍感覺(jué)所有的數(shù)碼管都在同時(shí)顯示，此種顯示的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，每位顯示器不需要有各自的鎖存器、譯碼器，占用I/O口少。缺點(diǎn)是占用機(jī)時(shí)長(zhǎng)，只要不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。LED顯示器采用共陰極法，接口直接連接單片機(jī)，其中P3.0-P3.7口用于輸出段碼，P0.0-P0.3口用于輸出位選碼,工作時(shí)，先取出一位要顯示的數(shù)（十六進(jìn)制數(shù)），利用軟件譯碼的方法求出待顯示的數(shù)對(duì)應(yīng)的段碼，直接送至數(shù)碼管，于是選中的數(shù)碼管點(diǎn)亮。若將各位從左至右依次進(jìn)行顯示，每位數(shù)碼管顯示，顯示完最后一位后，再重復(fù)上述過(guò)程，則可得到連續(xù)的顯示結(jié)果。完成上述顯示任務(wù)的子程序流程圖如圖4.4所示。開(kāi)始右移一位延時(shí)10ms段碼送P3.0口查表取段碼位碼送P0.0口開(kāi)始右移一位延時(shí)10ms段碼送P3.0口查表取段碼位碼送P0.0口圖4.4顯示子程序流程圖N返回4位顯示完否？Y顯存首址最左位選碼圖4.4顯示子程序流程圖N返回4位顯示完否？Y顯存首址最左位選碼5溫度控制系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)計(jì)系統(tǒng)的調(diào)試是硬件和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中十分重要的環(huán)節(jié)，為了保證整個(gè)系統(tǒng)正常工作，有必要對(duì)軟件和硬件部分的每一部分進(jìn)行調(diào)試和分析。本章介紹了溫度控制的硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試的過(guò)程，并對(duì)調(diào)試的結(jié)果進(jìn)行了介紹和分析。5.1溫度控制系統(tǒng)軟件調(diào)試溫控系統(tǒng)的軟件部分可通過(guò)仿真系統(tǒng)調(diào)試，調(diào)試步驟如下：1.把系統(tǒng)分成若干個(gè)模塊逐個(gè)調(diào)試。2.對(duì)各模塊輸入變量賦值，單步調(diào)試，看其轉(zhuǎn)換是否正常，最終輸出是否符合要求。3.將各模塊聯(lián)起來(lái)，單步執(zhí)行，看結(jié)果是否正常，再連續(xù)執(zhí)行，看是否返回真值。5.2溫度模糊控制系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試經(jīng)過(guò)硬件、軟件單獨(dú)調(diào)試后，進(jìn)入硬件和軟件聯(lián)合調(diào)試階段，充分運(yùn)用仿真系統(tǒng)進(jìn)行單步調(diào)試，將源程序分成對(duì)應(yīng)于測(cè)試芯片的各模塊，再分別測(cè)試其軟硬件的工作特點(diǎn)及性能狀況。通過(guò)聯(lián)機(jī)調(diào)試找出軟硬件之間不相匹配的地方，反復(fù)修改和調(diào)試。提高系統(tǒng)的測(cè)量精度和控制精度。比較溫度計(jì)測(cè)量的溫度值和最后LED穩(wěn)定顯示的溫度值，發(fā)現(xiàn)兩者的差值不到±1.0℃，這表明系統(tǒng)的控制精度在±1.0℃范圍內(nèi)，控制效果較好。多次測(cè)量控制表明，系統(tǒng)的工作穩(wěn)定可靠，控制精度較好,進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)所需時(shí)間短,超調(diào)量小,性能價(jià)格比較高。測(cè)量的一些數(shù)據(jù)如表5.1實(shí)際溫度/℃30.036.040.046.050.060.070.076.080.0測(cè)量溫度/℃30.435.839.94649.759.979.775.579.6誤差/℃-0.00.50.4表5.1穩(wěn)態(tài)溫度記錄5.3調(diào)試故障及原因分析在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了許多錯(cuò)誤都一一解決，從中學(xué)到了很多的經(jīng)驗(yàn)，主要的經(jīng)驗(yàn)如下：1.ADC0809的數(shù)據(jù)線順序錯(cuò)誤，高位和低位理解不對(duì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換的結(jié)果和實(shí)際結(jié)果正好相反，找出原因，改正后顯示正確。2.ADC0809對(duì)電壓的實(shí)際轉(zhuǎn)換結(jié)果和理論數(shù)值不完全符合，原因可能是實(shí)驗(yàn)箱上的+5V參考電壓不穩(wěn)定，針對(duì)此問(wèn)題，另外加了穩(wěn)壓電路，后來(lái)的效果明顯好了，結(jié)果也正確。3.在Multisim的單獨(dú)仿真LED顯示當(dāng)中，由于74LS138D的輸入端的高低電位接反了，導(dǎo)致數(shù)字顯示錯(cuò)誤，后來(lái)通過(guò)檢查進(jìn)行了改正后顯示正確。結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)很好地達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的技術(shù)指標(biāo)。在30～90℃范圍內(nèi)能較準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)溫度，測(cè)量精度和控制精度均達(dá)到±1.0℃。可以通過(guò)鍵盤設(shè)定控制溫度，模糊控制效果良好，系統(tǒng)有適當(dāng)?shù)某{(diào)量，符合溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。而且，硬件電路設(shè)計(jì)思路清晰，軟件程序采用了模塊化設(shè)計(jì)，程序可讀性強(qiáng)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，本人認(rèn)為做得較好的地方是LED顯示的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)LED的顯示設(shè)計(jì)使我學(xué)到了很多單片機(jī)方面的知識(shí)。但是，軟硬件設(shè)計(jì)也有一些需待完善的地方。由于時(shí)間的緣故，此系統(tǒng)沒(méi)有加掉電保護(hù)電路，如果加上此電路，系統(tǒng)會(huì)更加完美。致謝一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，我收獲匪淺，這與我們的老師盡心盡力的幫助是分不開(kāi)的。當(dāng)我缺元件時(shí)，老師都盡量滿足我的要求，這讓我很受感動(dòng)。在畢設(shè)過(guò)程中，受到了楊明老師在軟硬件方面的很多指導(dǎo)和建議，由于各位老師的幫助，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才能順利的完成，我的作品才多了很多新的內(nèi)容，讓我在畢設(shè)過(guò)程中掌握了許多以前未掌握的知識(shí)。在這里我表示深深的感謝。此外，在畢設(shè)過(guò)程中還受到了自動(dòng)化一班同學(xué)的幫助。他們?cè)谲浖脑O(shè)計(jì)上給予了很大的幫助在這里說(shuō)一聲謝謝。最后對(duì)實(shí)驗(yàn)室的老師給我們提供良好的實(shí)驗(yàn)條件表示感謝。參考文獻(xiàn)[1]李華.MCS—51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社,1993[2]張毅剛等.MCS—51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1997李秉操等.單片機(jī)接口技術(shù)及其在工業(yè)控制中的應(yīng)用.陜西電子編輯部,1991[3]王福瑞.單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全.北京航空航天大學(xué)出版社，1998[4]沈金德等.MCS-51系列單片機(jī)接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗?北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992[5]第三屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì).第三屆大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編.北京理工大學(xué)出版社，1999[6]何立民.單片機(jī)應(yīng)用文集(一).北京航空航天大學(xué)出版社，1991[7]趙茂泰.智能儀器原理及應(yīng)用.電子工業(yè)出版社,1999[8]施仁，劉文江，鄭輯光.自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制.電子工業(yè)出版社,2003[9]IC速查手冊(cè).中國(guó)自動(dòng)化技術(shù)公司,1991[10]黃賢武.曲波.傳感器的實(shí)際應(yīng)用.電子科技大學(xué)出版社,1998[11]周興華，手把手教你學(xué)單片機(jī)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2005[12]譚浩強(qiáng)，C程序設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，1991[13]沈慶陽(yáng)、郭庭吉，8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2002附錄Ⅰ程序清單#include"reg52.h"#include<intrins.h>#include"table.h"#defineucharunsignedcharsbitST=P1^0;//adc0809接線，startsbitEOC=P1^1;//adc0809接線，EOCsbitOE=P1^2;//adc0809接線，oesbitCLK=P1^3;//adc0809接線，clksbitADDCS=P1^4;//adc0809接線，通道選擇控制sbitFUN=P1^5;//功能顯示位顯示控制sbitLAMP=P1^6;//報(bào)警燈控制sbitFMQ=P1^7;//蜂鳴器控制codeucharLED7Code[]={0x3F,//00x06,//10x5B,//20x4F,//30x66,//40x6D,//50x7D,//60x07,//70x7F,//80x6F,//90x77,//A0x7C,//B0x39,//C0x5E,//D0x79,//E0x71,//F0x00,//};ucharAD_DATA[2]={120,10};//保存IN0和IN1經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)ucharwei,dis_wei[5];//當(dāng)前顯示標(biāo)志，顯示變量ucharset_value1[4]={0,0,8,0},set_value2[4]={0,0,8,0};//當(dāng)前設(shè)置值ucharset_value1_new[4],set_value2_new[4];//設(shè)置臨時(shí)值ucharkey,key1;//按鍵狀態(tài)值ucharfunction=0;//顯示功能標(biāo)志ucharset_wei; //設(shè)置時(shí)，設(shè)置位值ucharstate1;//當(dāng)前狀態(tài)/**********延時(shí)函數(shù)************/voiddelay(uchari){ucharj;while(i--){for(j=125;j>0;j--);}}/*********系統(tǒng)初始化***********/voidinit(){TMOD=0x01;//設(shè)定定時(shí)器T0工作方式為工作方式1TH0=(65535-15000)/256;//15ms定時(shí)TL0=(65535-15000)%256;EA=1;//開(kāi)總中斷TR0=1;//啟動(dòng)定時(shí)器T0ET0=1;ST=0;//ADC0809控制輸出OE=0;P3=0X00;//清除顯示P0=0XFF;//清顯示FUN=1;//清除功能位顯示LAMP=1;//報(bào)警燈熄滅FMQ=0;//被警蜂鳴器停止}/***********T0中斷服務(wù)程序************/voidt0(void)interrupt1using0{TH0=0XD8;//15ms定時(shí)TL0=0XEF;//顯示P0=0XFF;//清顯示_nop_();//延時(shí)P3=LED7Code[dis_wei[wei]];//顯示數(shù)據(jù)if((state1==1)||(state1==2)){//設(shè)置時(shí)相應(yīng)位顯示小數(shù)點(diǎn)if((wei-1)==set_wei){P3+=0x80;}}_nop_();//延時(shí)//按鍵掃描switch(wei){case0:FUN=0;//顯示位選1wei=1;//下次顯示位選break;case1:FUN=1;P0=0xfe;//顯示位選3if((P0&0x80)==0)key=0;//0elseif((P0&0x40)==0)key=4;//4elseif((P0&0x20)==0)key=8;//8elseif((P0&0x10)==0)key=12;//顯示內(nèi)容選擇elsekey=0xfe;wei=2;//下次顯示位選break;case2:P0=0xfd;//顯示位選4if((P0&0x80)==0)key=1;//1elseif((P0&0x40)==0)key=5;//5elseif((P0&0x20)==0)key=9;//9elseif((P0&0x10)==0)key=13;//左移elsekey=0xfd;wei=3;//下次顯示位選break;case3:P0=0xfb;//顯示位選5if((P0&0x80)==0)key=2;//2elseif((P0&0x40)==0)key=6;//6elseif((P0&0x20)==0)key=10;//進(jìn)入設(shè)置溫度下限功能elseif((P0&0x10)==0)key=14;//右移elsekey=0xfb;wei=4;//下次顯示位選break;case4:P0=0xf7;//顯示位選6if((P0&0x80)==0)key=3;//3elseif((P0&0x40)==0)key=7;//7elseif((P0&0x20)==0)key=11;//進(jìn)入設(shè)置溫度上限功能elseif((P0&0x10)==0)key=15;//確定elsekey=0xf7;wei=0;//下次顯示位選break;default:break;}}/***********AD轉(zhuǎn)換函數(shù)**********/voidAD(void){uchartemp;ST=0;ADDCS=0;//選擇通道IN0delay(1);ST=1;//啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換delay(10);ST=0;while(0==EOC)//等待轉(zhuǎn)換完成;OE=1;temp=P2; //讀取ADC數(shù)據(jù)//AD_DATA[0]=P2;OE=0;AD_DATA[0]=table[temp];ST=0;ADDCS=1;//選擇通道IN1delay(1);ST=1;//啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換delay(10);ST=0;while(0==EOC) //等待轉(zhuǎn)換完成;OE=1;temp=P2; //讀取ADC數(shù)據(jù)//AD_DATA[1]=P2; //讀取ADC數(shù)據(jù)OE=0;AD_DATA[1]=table[temp]; }voiddis_fun(void){switch(function){//顯示功能選擇case0://顯示第二路溫度信號(hào)dis_wei[0]=1;dis_wei[1]=16;dis_wei[2]=AD_DATA[0]/100;dis_wei[3]=AD_DATA[0]%100/10;dis_wei[4]=AD_DATA[0]%10;break;case1://顯示第一路溫度信號(hào)dis_wei[0]=2;dis_wei[1]=16;dis_wei[2]=AD_DATA[1]/100;dis_wei[3]=AD_DATA[1]%100/10;dis_wei[4]=AD_DATA[1]%10;break;case2://設(shè)置溫度下限報(bào)警dis_wei[0]=3;dis_wei[1]=16;dis_wei[2]=set_value1[1];dis_wei[3]=set_value1[2];dis_wei[4]=set_value1[3];break;case3://設(shè)置溫度上限報(bào)警dis_wei[0]=4;dis_wei[1]=16;dis_wei[2]=set_value2[1];dis_wei[3]=set_value2[2];dis_wei[4]=set_value2[3];break;default:break; 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