51系列单片机闭环温度控制实验报告材料.docx
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51系列单片机闭环温度控制实验报告材料
成绩：
重庆邮电大学
自动化学院综合实验报告
题目：
51系列单片机闭环温度控制
学生姓名：
蒋运和
班级：
学号：
同组人员：
李海涛陈超
指导教师：
郭鹏
完成时间：
2013年12月
一、实验名称：
51系列单片机闭环温度控制实验
——基于Protuse仿真实验平台实现
基本情况：
1.学生姓名：
蒋运和
2.学号：
3.班级：
4.同组其他成员：
序号
姓名
班级
学号
1
李海涛
2
陈超
二、实验内容（实验原理介绍）
1、系统基本原理
计算机控制技术实训，即温度闭环控制，根据实际要求，即加温速度、超调量、调节时间级误差参数，选择PID控制参数级算法，实现对温度的自动控制。
闭环温度控制系统原理如图：
2、PID算法的数字实现
本次试验通过8031通过OVEN是模拟加热的装置，加一定的电压便开始不停的升温，直到电压要消失则开始降温。
仿真时，U形加热器为红色时表示正在加热，发红时将直流电压放过来接，就会制冷，变绿。
T端输出的是电压，温度越高，电压就越高。
8031对温度的控制是通过可控硅调控实现的。
可控硅通过时间可以通过可控硅控制板上控制脉冲控制。
该触发脉冲想8031用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲后经光偶管和驱动器输送到可控硅的控制级上。
偏差控制原理是要求对所需温度求出偏差值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热装置的温度。
PID控制方程式：
式中e是指测量值与给定值之间的偏差
TD微分时间
T积分时间
KP调节器的放大系数
将上式离散化得到数字PID位置式算法，式中在位置算法的基础之上得到数字PID
增量式算法：
3、硬件电路设计
在温度控制中，经常采用是硬件电路主要有两大部分组成：
模拟部分和数字部分，对这两部分调节仪表进行调节，但都存在着许多缺点，用单片机进行温度控制使构成的系统灵活，可靠性高，并可用软件对传感器信号进行抗干拢滤波和非线性补偿处理，可大大提高控制质量和自动化水平；总的来说本系统由四大模块组成，它们是输入模块、单片机系统模块、计算机显示与控制模块和输出控制模块。
输入模块主要完成对温度信号的采集和转换工作，由温度传感器及其与单片机的接口部分组成。
利用模拟加热的装置来控制温度。
程序结构图如下：
3、电路原理图
三、实验结果分析（含程序、数据记录及分析和实验总结等，可附页）：
1、51系列单片机直流电机闭环调速实验程序
/*--------------------------------------------------------------------------
REG52.H
Headerfileforgeneric80C52and80C32microcontroller.
Copyright（c）1988-2002KeilElektronikGmbHandKeilSoftware,Inc.
Allrightsreserved.
--------------------------------------------------------------------------*/
#ifndef__REG52_H__
#define__REG52_H__
/*BYTERegisters*/
sfrP0=0x80;
sfrP1=0x90;
sfrP2=0xA0;
sfrP3=0xB0;
sfrPSW=0xD0;
sfrACC=0xE0;
sfrB=0xF0;
sfrSP=0x81;
sfrDPL=0x82;
sfrDPH=0x83;
sfrPCON=0x87;
sfrTCON=0x88;
sfrTMOD=0x89;
sfrTL0=0x8A;
sfrTL1=0x8B;
sfrTH0=0x8C;
sfrTH1=0x8D;
sfrIE=0xA8;
sfrIP=0xB8;
sfrSCON=0x98;
sfrSBUF=0x99;
/*8052Extensions*/
sfrT2CON=0xC8;
sfrRCAP2L=0xCA;
sfrRCAP2H=0xCB;
sfrTL2=0xCC;
sfrTH2=0xCD;
/*BITRegisters*/
/*PSW*/
sbitCY=PSW^7;
sbitAC=PSW^6;
sbitF0=PSW^5;
sbitRS1=PSW^4;
sbitRS0=PSW^3;
sbitOV=PSW^2;
sbitP=PSW^0;//8052only
/*TCON*/
sbitTF1=TCON^7;
sbitTR1=TCON^6;
sbitTF0=TCON^5;
sbitTR0=TCON^4;
sbitIE1=TCON^3;
sbitIT1=TCON^2;
sbitIE0=TCON^1;
sbitIT0=TCON^0;
/*IE*/
sbitEA=IE^7;
sbitET2=IE^5;//8052only
sbitES=IE^4;
sbitET1=IE^3;
sbitEX1=IE^2;
sbitET0=IE^1;
sbitEX0=IE^0;
/*IP*/
sbitPT2=IP^5;
sbitPS=IP^4;
sbitPT1=IP^3;
sbitPX1=IP^2;
sbitPT0=IP^1;
sbitPX0=IP^0;
/*P3*/
sbitRD=P3^7;
sbitWR=P3^6;
sbitT1=P3^5;
sbitT0=P3^4;
sbitINT1=P3^3;
sbitINT0=P3^2;
sbitTXD=P3^1;
sbitRXD=P3^0;
/*SCON*/
sbitSM0=SCON^7;
sbitSM1=SCON^6;
sbitSM2=SCON^5;
sbitREN=SCON^4;
sbitTB8=SCON^3;
sbitRB8=SCON^2;
sbitTI=SCON^1;
sbitRI=SCON^0;
/*P1*/
sbitT2EX=P1^1;//8052only
sbitT2=P1^0;//8052only
/*T2CON*/
sbitTF2=T2CON^7;
sbitEXF2=T2CON^6;
sbitRCLK=T2CON^5;
sbitTCLK=T2CON^4;
sbitEXEN2=T2CON^3;
sbitTR2=T2CON^2;
sbitC_T2=T2CON^1;
sbitCP_RL2=T2CON^0;
#endif
#ifndefWENDU_H_
#defineWENDU_H_
#defineu8unsignedchar
#defineu16unsignedint
#definePULSE200
//////LCD///////
sbitRS=P2^5;
sbitRW=P2^6;
sbitEN=P2^7;
sbitLED=P3^0;
sbitENA=P3^7;
sbitIN2=P3^6;
sbitIN1=P3^5;
voiddelay_ms（u16z）;
voidLCD_WriteData（u8Dat）;
voidLCD_WriteCOM（u8com）;
voidShow_Num（u8x,u8y,u8n,u16num）;//n为数字长度num小于等于65535
voidShow_fNum（u8x,u8y,u16num）;
voidLCD_Init（void）;
voidkey_scan（void）;
//voidkey_scan（void）;
externu16read_tlc2543（u8port）;
#endif
#ifndefTLC2543_H_
#defineTLC2543_H_
//////TLC2543////
sbitSDO=P2^0;
sbitSDI=P2^1;
sbitCS=P2^2;
sbitCLK=P2^3;
sbitEOC=P2^4;
//u16read_tlc2543（u8port）;
#defineu8unsignedchar
#defineu16unsignedint
u16read_tlc2543（u8port）;
u8AD_deal（void）;
#endif
#include
#include"tlc2543.h"
//#include"wendu.h"
voiddelay_us（u16z）
{
u16i;
for（i=z;i>0;i--）;;
}
u16read_tlc2543（u8port）
{
staticu8PORT=0;
u8Temp,i,k=0;
u16AD_value=0;
Temp=port;
CS=1;
CLK=0;
delay_us
（1）;
Temp<<=4;
CS=0;
while
（1）
{
for（i=0;i<8;i++）
{
CLK=0;
if（Temp&0x80）
SDI=1;
else
SDI=0;
AD_value<<=1;
if（SDO）
AD_value|=0x01;
CLK=1;
delay_us
（2）;
Temp<<=1;
}
for（i=8;i<12;i++）
{
CLK=0;
AD_value<<=1;
if（SDO）
AD_value|=0x01;
delay_us
（2）;
CLK=1;
}
CLK=0;
CS=1;
if（PORT==port）
break;
else
{
Temp=port;
Temp<<=4;
delay_us
（2）;
CS=0;
//PORT=port;
}
k++;
if（k>2）
{
PORT=port;
}
}
returnAD_value;
}
u8AD_deal（void）
{
u16AD_value;
u16temp;
floattemp1;
AD_value=read_tlc2543（0x00）;
temp1=（AD_value*0.04069）;
temp=（u16）（temp1*10）;
if（（temp%10）>4）
temp=temp/10+1;
else
temp=temp/10;
temp=（u8）temp;
returntemp;
}
#include
#include"wendu.h"
#include"tlc2543.h"
u8S_Temp=100;//设置温度
u8P_Temp=25;//实际温度
u8pulse=0;
u8Kp=30,Ki=0;Kd=10;
intuk=0;
intnum=0;
structFLAG
{
u8turn;
}
myflag;
/*************
函数功能：
延时
****************/
voiddelay_ms（u16z）
{
u16i;
u8j;
for（i=z;i>0;i--）
for（j=120;j>0;j--）;
}
/*************
函数功能：
LCD写数据
****************/
voidLCD_WriteData（u8Dat）
{
RS=1;
//delay_ms（5）;
P1=Dat;
EN=1;
delay_ms（5）;
EN=0;
}
/*************
函数功能：
LCD命令
****************/
voidLCD_WriteCOM（u8com）
{
RS=0;
//delay_ms（5）;
P1=com;
EN=1;
delay_ms（5）;
EN=0;
}
/*************
函数功能：
Show_Num初始化
****************/
voidShow_Num（u8x,u8y,u8n,u16num）//n为数字长度num小于等于65535
{
u16Temp=num;
u8a[5],i;
for（i=0;i{
a[i]=Temp%10;
Temp=Temp/10;
}
if（y%2==1）
LCD_WriteCOM（0x80+x）;
else
LCD_WriteCOM（0x80+0x40+x）;
for（i=n;i>0;i--）
LCD_WriteData（a[i-1]+0x30）;
}
/*************
函数功能：
Show_fNum初始化
****************/
voidShow_fNum（u8x,u8y,u16num）
{
u8a,b;
a=num/10%10;
b=num%10;
if（y%2==1）
LCD_WriteCOM（0x80+x）;
else
LCD_WriteCOM（0x80+0x40+x）;
LCD_WriteData（a+0x30）;
LCD_WriteData（b+0x30）;
}
/*************
函数功能：
Show_Num初始化
****************/
voidShow_char（u8x,u8y,u8ch）
{
if（y%2==1）
LCD_WriteCOM（0x80+x）;
else
LCD_WriteCOM（0x80+0x40+x）;
LCD_WriteData（ch）;
}
/*************
函数功能：
LCD初始化
****************/
voidLCD_Init（void）
{
RW=0;
EN=0;
//delay_ms（20）;
LCD_WriteCOM（0x38）;
LCD_WriteCOM（0x0c）;
LCD_WriteCOM（0x06）;
LCD_WriteCOM（0x01）;
}
/*************
函数功能：
LCD初始化
****************/
voidLCD_display（void）
{
Show_char（0,1,'P'）;
Show_char（1,1,'T'）;
Show_char（2,1,':
'）;
Show_char（9,1,'S'）;
Show_char（10,1,'T'）;
Show_char（11,1,':
'）;
Show_Num（12,1,3,S_Temp）;
Show_char（0,2,'P'）;
Show_char（1,2,':
'）;
Show_Num（2,2,2,Kp）;
Show_char（5,2,'I'）;
Show_char（6,2,':
'）;
Show_Num（7,2,2,Ki）;
Show_char（10,2,'D'）;
Show_char（11,2,':
'）;
Show_Num（12,2,2,Kd）;
}
/*************
函数功能：
定时器2初始化
****************/
voidtimer2_init（）
{
RCAP2H=（65536-100）/256;//100us
RCAP2L=（65536-100）%256;
TH2=RCAP2H;
TL2=RCAP2L;
ET2=1;
TR2=1;
EA=1;
}
voidTemp_crl（）
{
staticintess[3]={0};
staticsum=0;
ess[0]=S_Temp-P_Temp;
uk=Kp*ess[0]+Ki*sum+Kd*（ess[0]-ess[1]）;
ess[2]=ess[1];
ess[1]=ess[0];
sum=sum+ess[0];
uk=（int）（uk/10）;
if（uk>=0）
{
if（uk>=200）
uk=199;
myflag.turn=1;
}
else
{
uk=-uk;
if（uk>=200）
uk=199;
myflag.turn=0;
}
pulse=uk;
}
intmain（void）
{
u16AD_value1=0;
myflag.turn=0;
ENA=1;
LCD_Init（）;
LCD_display（）;
timer2_init（）;
while
（1）
{
AD_value1=read_tlc2543（0）;
P_Temp=AD_deal（）;
Temp_crl（）;
Show_Num（3,1,3,P_Temp）;
key_scan（）;
}
return0;
}
voidtimer2（）interrupt5
{
staticu16num1=0;
TF2=0;
num1++;
if（num1{
if（myflag.turn）
{
IN1=0;
IN2=1;
}
else
{
IN1=1;
IN2=0;
}
}
else
{ENA=0;IN1=0;IN2=0;}
if（num1>=PULSE）
{num1=0;ENA=1;}
}
voidkey_scan（void）
{
u8Temp=P0;
staticu8Add_Ver=0,one_ten=0;
staticTri=0,CON=0;
Temp=Temp^0xff;
Tri=Temp&（Temp^CON）;
CON=Temp;
if（Tri==0x10）
{Add_Ver++;Add_Ver=Add_Ver%2;}
elseif（Tri==0x20）
{one_ten++;one_ten=one_ten%2;}
elseif（Tri==0x01）
{
if（S_Temp+1<=120&&Add_Ver==0&&one_ten==0）
S_Temp++;
elseif（S_Temp>=1&&Add_Ver==1&&one_ten==0）
S_Temp--;
elseif（S_Temp+10<=100&&Add_Ver==0&&one_ten==1）
S_Temp=S_Temp+10;
elseif（S_Temp>=10&&Add_Ver==1&&one_ten==1）
S_Temp=S_Temp-10;
Show_Num（12,1,3,S_Temp）;
}
elseif（Tri==0x02）
{
if（Kp+1<=100&&Add_Ver==0&&one_ten==0）
Kp++;
elseif（Kp>=1&&Add_Ver==1&&one_ten==0）
Kp--;
elseif（Kp+10<=100&&Add_Ver==0&&one_ten==1）
Kp=Kp+10;
elseif（Kp>=10&&Add_Ver==1&&one_ten==1）
Kp=Kp-10;
Show_Num（2,2,2,Kp）;
}
elseif（Tri==0x04）
{
if（Ki+1<=100&&Add_Ver==0&&one_ten==0）
Ki++;
elseif（Ki>=1&&Add_Ver==1&&one_ten==0）
Ki--;
elseif（Ki+10<=100&&Add_Ver==0&&one_ten==1）
Ki=Ki+10;
elseif（Ki>=10&&Add_Ver==1&&one_ten==1）
Ki=Ki-10;
Show_Num（7,2,2,Ki）;
}
elseif（Tri==0x08）
{
if（Kd+1<=100&&Add_Ver==0&&one_ten==0）
Kd++;
elseif（Kd>=1&&Add_Ver==1&&one_ten==0）
Kd--;
elseif（Kd+10<=100&&Add_Ver==0&&one_ten==1）
Kd=Kd+10;
elseif（Kd>=10&&Add_Ver==1&&one_ten==1）
Kd=Kd-10;
Show_Num（12,2,2,Kd）;
}
}
2、程序分析结果
3、结论分析
在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速要求不高。
在论文中简单分析了温度控制系统基于Protuse仿真实验，采用热电偶作为温度检测器，应用LED显示，通过键盘4X4来对PID进行参数控制。
本实验设计使用8031作为主芯片进行控制，单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛用途。
其温度控制所用的热电偶，范围广泛，在系统中如果加强算法，会大大提高控制精度，同时降低成本，提高效率。
实验总结
经过这次
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