基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究_畢業(yè)設(shè)計(jì)(完整版)

　　

【正文】 EPROM 的編程過程如下： （ 1）擦除：如果 EPROM 芯片是第一次使用的新芯片，則它是干凈的。 CE：片選信號(hào)，低電平有效。 圖 311 74LS373 的結(jié)構(gòu)圖 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 只讀存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ Random Access Memory）和只讀存儲(chǔ)器（ Read Only Memory）兩大類，前者主要用于存放數(shù)據(jù)，后者主要用于存放程序。 1Q～ 8Q為 8 個(gè)輸出端。這些外圍芯片，既可能是存儲(chǔ)器芯片，也可能是輸入 /輸出接口芯片。 圖 38 外部連接電路 當(dāng) C1=， VDD=5V， fCLK=66KHz時(shí)，若 Vxmax=+2V，則 R1=480KΩ；若 Vxmax=+200mV，則 R1=28KΩ。 242322212019181716151413Vdd89101112131415inhCD123456789101112OUT/ININ/OUT76543210ABVssIN/OUT 圖 36 CC4067 引腳圖 CC4067 功能框圖如圖 37 所示。 多路開關(guān)的選擇 在本次的設(shè)計(jì)中，我們的溫度傳感器有 1個(gè)，因此，我們采用了一種 16 的多路開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器的巡回檢測(cè)。若冷端溫度不是 0℃，則會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，此時(shí)要進(jìn)行冷端補(bǔ)償。 A和 B得兩個(gè)接點(diǎn) 1和 2之間存在溫度差時(shí)，回路中便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，形成一定大小得電流，這種現(xiàn)象稱為 熱電效應(yīng)，也叫溫差效應(yīng)。然后根據(jù)給定工藝參數(shù)和溫度反饋值，按預(yù)定控制算法進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，確定 輸出控制量。 2) 要求設(shè)計(jì)一個(gè)清晰明了的整體方案，各個(gè)芯片的選用要具體，具有良好的擴(kuò)展技術(shù)和接口技術(shù)。 單片微型計(jì)算機(jī)的功能不斷的增強(qiáng)，為先進(jìn)的控制算法提供的載體，許多高性能的新型機(jī)種應(yīng)運(yùn)而生。 （ 4） 復(fù)雜控制規(guī)律利用計(jì)算機(jī)技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)典的 PID 控制，還可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制規(guī)律，例如，自適應(yīng)控制、模糊控制等。 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)主要由測(cè)量電路和控制電路組成，所具備的功能較少，也比較弱，而且結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。大量的理論研究和實(shí)踐也充分證明了用模糊自整定 PID 控制電爐溫度是一非常好的解決方法。它將模糊控制和 PID 控制器兩者結(jié)合起來，揚(yáng)長(zhǎng)避短，既具有模糊控制靈活而適應(yīng)性強(qiáng)，調(diào)節(jié)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又具有 PID 控制無靜差、穩(wěn)定性好、精度高的特點(diǎn)，對(duì)復(fù)雜控制系統(tǒng)和高精度伺服系統(tǒng)具有良好的控制效果。在現(xiàn)有的電加熱爐溫度控制方案中， PID 控制和模糊控制應(yīng)用最多，也最具代表性。 控制器發(fā)展現(xiàn)狀 PID 控制器的發(fā)展現(xiàn)狀 在過去的 50 年，調(diào)節(jié) PID 控制器參數(shù)的方法獲得了極大的發(fā)展。常用燃料有煤、煤氣、重油等。因此本文將模糊控制算法引入傳統(tǒng) 的加熱爐控制系統(tǒng)構(gòu)成智能模糊控制系統(tǒng)。 東華理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目： 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究 英文題目： Design of Temperature Control System Based on SCM 作 者： XXXXXXX 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 I 摘 要 單片微型計(jì)算機(jī)是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的，由于它具有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，把單片機(jī)應(yīng)用于溫度控制中，采用單片機(jī)做主控單元，無觸點(diǎn)控制，可完成對(duì)溫度的采集和控制的要求。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī)； 熱處理溫度控制； 模糊 PID。燃料量的調(diào)節(jié)通常利用閥門、翻板等實(shí)現(xiàn)。其中有利用開環(huán)階躍響應(yīng)信息，如 CoonCohen 響應(yīng)曲線法；還有使用 Nyquist 曲線法的，如ZieglerNichols 連續(xù)響應(yīng)法。 模糊 PID 控制 模糊控制的概念是由美國(guó)加利福尼亞大學(xué)著名教授 首先提出的，經(jīng)過20多年的發(fā)展，模糊控制取得了矚目的成就。 圖 11 模糊自整定 PID 控制 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 3 電爐采用模糊自整定 PID 控制的可行性 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，電爐隨著負(fù)荷變化或干擾因素的影響，其對(duì)象特性或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。它不僅能發(fā)揮模糊控制的魯棒性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、上升時(shí)間快和超調(diào)小的特點(diǎn)，又具有 PID 控制器的動(dòng)態(tài)跟蹤品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅 速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)發(fā)生了根本性的變革，即采用微機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)的電子線路，從而成為新一代的微機(jī)化控制系統(tǒng)。 （ 5） 自我診斷功能采用計(jì)算機(jī)技術(shù)后，可對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)故 障則立即進(jìn)行報(bào)警，并可顯示故障部位或可能的故障原因，對(duì)排除故障的方法進(jìn)行提示。 本系統(tǒng)所使用的加熱爐為電加熱爐，爐絲功率為 2kw，系統(tǒng)要求爐膛恒溫，誤差為士 VC,超調(diào)量可能小，溫度上升較快且有良好的穩(wěn)定性 . 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是以 MS5l單片機(jī)為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅(qū)動(dòng)電路，晶閘管主電路對(duì)電爐爐溫進(jìn)行控制的微機(jī)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案： 本設(shè)計(jì)的主要解決的問題是通過單片機(jī)控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的智能控制。控制量由 D/A 轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制火爐的進(jìn)氣量，使?fàn)t子的溫度按規(guī)定的工藝曲線變化東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件 8 溫度檢測(cè)電路 溫度檢測(cè)是溫度控制系統(tǒng)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到系統(tǒng)性能。熱電偶就是利用這個(gè)原理測(cè)量 溫度的。冷端補(bǔ)償方法較多，在本次的設(shè)計(jì)中我們采用的冷端溫度補(bǔ)償為電橋式冷端補(bǔ)償。東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件 10 CC4067 是單片 . 通道 .模擬多路轉(zhuǎn)換器。 圖 37 CC4067 功能框圖 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件 11 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇及連接 5G14433 是我國(guó)制造的 31/2 位模 /數(shù)變換器，是目前市場(chǎng)上廣泛流行的最典型的雙積分模 /數(shù)變換器。外接失調(diào)補(bǔ)償電容固定為 。 系統(tǒng)的擴(kuò)展一般有以下幾方面的內(nèi)容： ①外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展； ②外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展； ③輸入 /輸出接口的擴(kuò)展； ④管理功能器件的擴(kuò)展（如定時(shí) /計(jì)數(shù)器、鍵盤 /顯示器、中斷優(yōu)先編碼等）。 G為數(shù)據(jù)打入端 :當(dāng) G為 1時(shí) ,鎖存器輸出端狀態(tài) (1Q～ 8Q)同輸入狀態(tài) (1D～ 8D)；當(dāng) G 由 1變 0時(shí) ,數(shù)據(jù)打入鎖存器中。只讀存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是信息一旦寫入之后就不能隨意跟更改，特別是不能在程序運(yùn)行過程中寫入新的內(nèi)容，而只能讀出 其中的內(nèi)容，故稱之為只讀存儲(chǔ)器；只讀存儲(chǔ)器的另一個(gè)特點(diǎn)是斷電以后信息不會(huì)消失，能夠長(zhǎng)久保存。OE：輸出允許信號(hào)，當(dāng) OE=0 時(shí)，輸出緩沖器打開，被尋址單元的內(nèi)容才能被賣出。干凈的標(biāo)志通常是一個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容都是 FFH。重復(fù)上述過程，即可將要寫入編程過程。 RAM 為易失性存儲(chǔ)器，斷電后所存信息立即消失。動(dòng)態(tài) RAM 的集成密度大，如集成同樣的位容量，那么動(dòng)態(tài)RAM 所占芯片面積只是靜態(tài) RAM 的四分之一。 圖 316 為外擴(kuò) 1片 6264 的連接圖。 179。 所占用的地址為 : 第一組 4000H～ 5FFFH (A13＝ 0) 第二組 6000H～ 7FFFH (A13＝ 1) 圖 316 擴(kuò)展 一片 RAM6264 的連接圖 單片機(jī) I/O 口的擴(kuò)展 （ 8155 擴(kuò)展芯片） 8155 的結(jié)構(gòu)和引腳 Intel 8155 是一種多功能的可編程的可編程接口芯片，它具有 3 個(gè)可編程 I/O（ A口和 B口是 8位， C 口是 6 位）、 1 個(gè)可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和 256B 的 RAM，能方便地進(jìn)行 I/O 擴(kuò)展和 RAM 擴(kuò)展，其組成框圖及引腳如圖 317 所示。地址信息由 ALE的下降沿鎖存到 8155 的地址鎖存器中，與 RD 和 WR 信號(hào)配合輸入或輸出數(shù)據(jù)。當(dāng) CE=0、 RD=0 時(shí)，將 8155 片內(nèi) RAM 單元或 I/O接口的內(nèi)容傳送到 AD0～ AD7 總線上。它由命令寄存器中的控制字來決定輸入 /輸出。與控制字相反，狀態(tài)字寄存器只能讀出、不能寫入，其格式及定義如圖 318， 319 所示：東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件 18 圖 318 8155 狀態(tài)字格式 圖 319 8155 狀態(tài)字定義 8155與 8031的連接 如圖 320所示為 8155 與 8031 的連接?xùn)|華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件 19 圖 320 8155 與 8031 的連接 看門狗、報(bào)警、復(fù)位和時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 看門狗電路的設(shè)計(jì) 為提高系統(tǒng)的可靠性 ,由硬件的 “看門狗”。所以，系統(tǒng)的復(fù)位電路必須準(zhǔn)確、可靠地工作。 8． 復(fù)位操作還對(duì)單片機(jī)的個(gè)別引腳信號(hào)有影響，例如把 ALE 和 PSEN 信號(hào)變?yōu)闊o效狀態(tài)，即 ALE=0,PSEN=1。 0000B 二、復(fù)位電路 從以上的敘述中，我們已經(jīng)清楚復(fù)位電路的設(shè)計(jì)原理：在單片機(jī)的 RST 引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（ 2個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平（為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，通常使 RST 引腳保持 10ms 以上的高電平）。 二、時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生 XTAL1（ 19 腳）是按外部晶體管的一個(gè)引腳。在二分頻的基礎(chǔ)上再三分頻產(chǎn)生 ALE 信號(hào)在二分頻的基礎(chǔ)上再六分頻得到機(jī)器周期信號(hào)。考慮到 LED 顯示器的段電流為8mA 左右，不能用 8155 的 A 口直接驅(qū)動(dòng)，因此要加 1級(jí)電流驅(qū)動(dòng)。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件 24 圖 326 采用 8155 接口芯片構(gòu)成 2*6 鍵盤的接口電路 在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們的顯示與鍵盤的設(shè)計(jì)如圖 327。所需移相電壓增量為 mV。為了防止 D/A轉(zhuǎn)換書輸出會(huì)有“毛刺”現(xiàn)象，這里采用了兩級(jí)緩沖器結(jié)構(gòu)。運(yùn)放 A1連接反饋電容 C，用來消除電路的自激振蕩。時(shí)，產(chǎn)生的三次諧波電流為基波電流的 50%五次諧波 也可達(dá)基波的 1/6。為此，人們研究了各種避免電壓瞬時(shí)大幅度下降和抑制高次諧波的方法，過零觸發(fā)方式很好地解決了此類問題，它可把可控硅導(dǎo)通的起始點(diǎn)限制在電源電壓過零點(diǎn)，從而大大降低了諧波分量。電容 C 的容量可根據(jù)電路的頻率特性要求來確定，經(jīng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，電路的非線性誤差小于 %較好地解決了模擬信號(hào)不共地傳輸?shù)膯栴}。 D/A 輸出的電流經(jīng) OP07 反相后變?yōu)?0— 10V 的電壓信號(hào)。則 176。 圖 327 顯示與鍵盤的設(shè)計(jì)圖 顯示器可顯示通道、溫度、升降溫速率、恒溫時(shí)間這幾項(xiàng)功能。反相電流驅(qū)動(dòng)器經(jīng)常使用 7406；同相電流驅(qū)動(dòng)器則采用 7407或 74LS244。 圖 324 時(shí)鐘電路圖 鍵盤與顯示電路的設(shè)計(jì) LED 數(shù)碼顯示器的接口電路 實(shí)際使用的 LED 數(shù)碼顯示器位數(shù)較多 ,為了簡(jiǎn)化線路、降低成本，大多采用以軟件為主的接口方法。輸出端為引腳 XTAL2，在芯片的外部通過這兩個(gè)引腳接晶體震蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激震蕩器。 圖 323 復(fù)位電 路 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。 表 32 單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài) 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 000H0 T