计算机温度控制系统课程设计Word格式文档下载.docx

1、 选用温度传感器AD590，AD590具有较高精度和重复性（重复性优于0.1，其良好的非线形可以保证优于0.1的测量精度，利用其重复性较好的特点，通过非线形补偿，可以达到0.1测量精度）。超低温漂移高精度运算放大器OP-07将“温度-电压”信号放大。便于A/D进行转换，以提高温度采集电路的可靠性。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0时输出为0，温度25时输出为2.982V。电流输出型的灵敏度为1A/K。这样便于A/D转换器采集数据。4.1 温度采集图4.2 模数转换器 ADC0809是M美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位

2、逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换，其转换时间为100s左右。是目前国内使用最广泛的8位通用A/D芯片。图4.2 ADC0809引脚图4.2.1ADC0809内部结构图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存和译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接和系统数据总线相连，表4-1为通道选择表。 图4.3 ADC0809内部结构图表4

3、-1通道选择表4.2.2信号引脚ADC0809的内部结构和外部引脚分别如图4-3和图4-2所示。内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下：（1）IN0IN78路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。（2）D7D0A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号和选中通道对应关系如表4-1所示。（4）VR（+）、VR（-）正、负参考电压输入端，用于提供片

4、内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR（+）=5V，VR（-）=0V；双极性输入时，VR（+）、VR（-）分别接正、负极性的参考电压。（5）ALE地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START 信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。（6）STARTA/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存止，重新从头开始转换器清零，下降沿开始A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中。 （7）EOC转换结束信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电

5、平，其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。 （8）OE输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。4.2.3工作时序和使用说明图4-4 ADC0809工作时序图 用单片机控制ADC时，多数采用查询和中断控制两种方式。查询法是在单片机把启动命令送到ADC之后，执行别的程序，同时对ADC的状态进

6、行查询，以检查ADC变换是否已经完成，如查询到变换已结束，则读入转换完毕的数据。中断控制是在启动信号送到ADC之后，单片机执行别的程序。当ADC转换结束并向单片机发出中断请求信号时，单片机响应此中断请求，进入中断服务程序，读入转换数据，并进行必要的数据处理，然后返回到原程序。这种方法单片机无需进行转换时间管理，CPU效率高，所以特别适合于变换时间较长的ADC。本设计采用查询方式进行数据收集。由于ADC0809片内无时钟，故运用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。因为ALE信号的频率是单片机时钟频率的1/6，如果时钟频率为6MHz,则ALE信号的频率为1MHz，经二分

7、频后为500kHz，和AD0809时钟频率的典型值吻合。由于AD0809具有三态输出锁存器，故其数据输出引角可直接和单片机的总线相连。地址码引脚ADDAC分别和地址总线的低3位A0、A1、A2相连，以选通IN0IN7中的一个通道。采用单片机的P2.7（地址总线最高位A15）作为A/D的片选信号。并将A/D的ALE和START脚连在一起，以实现在锁存通道地址的同时启动ADC0809转换。启动信号由单片机的写信号和P2.7经或非门而产生。在读取转换结果时，用单片机的读信号和P2.7经或非门加工得到的正脉冲作为OE信号去打开三态输出锁存器。编写的软件按下列顺序动作：令P2.7=A15=0,并用A0、

8、A1、A2的组合指定模拟通道的地址；执行一条输出指令，启动A/D转换；然后根据所选用的是查询、中断、等待延时三种方式之一的条件去执行一条输入指令，读取A/D转换结果。ADC0809是一个8路8位逐次逼近的A/D转换器。AD0809的转换时间为100s。在CPU启动A/D命令后，便执行一个固定的延时程序，延时时间应略大于A/D的转换时间；延时程序一结束，便执行数据读入指令，读取转换结果。我们只用了其一路AD转换，参考电压2.56V，即一位数字量对应10mV即1。所以用起来很方便。ADC0809是带有8路模拟开关的8位A/D转换芯片，所以它可有8个模拟量的输入端，由芯片的A，B，C三个引脚来选择模

9、拟通道中的一个。A，B，C三端分别和AT89C51的P0.0P0.2相接。地址锁存信号（ALE）和启动转换信号（START），由P2.6和/WR或非得到。输出允许，由P2.6和/RD或非得到。时钟信号，可有89C51的ALE输出得到，不过当采用12M晶振时，应该先进行二分频，以满足ADC0809的时钟信号必须小于640K的要求。4.3控制器89C51AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压 ,高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM ）,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼

10、容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的使用场合，可灵活使用于各种控制领域。AT89C51单片机的主要特性：（1）和MCS-51 兼容，4K字节可编程闪烁存储器；（2）灵活的在线系统编程，掉电标识和快速编程特性；（3）寿命为1000次写/擦周期，数据保留时间可10年以上；（4）全静态工作模式：0Hz-33Hz；（5）三级程序存储器锁定；（6）128*8位内部RAM，32可编程I/O线；（7）两个16位定时器/计数器，6个中断源；（8）全双工串行UART通道，低功耗的闲置和掉电模式； （9）片内振荡器

11、和时钟电路；图4.5 AT89C51结构图4.4数码管显示电路4.4.1 LED数码管的组成 LED数码管显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也称为数码管。其结构如图4.6所示。它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示0-9、A-F及小数点“.”等字符。数码管有共阴极和共阳极两种结构规格，电阻为外接。共阴极数码管的发光二极管阴极共地，当某发光二极管的阳极为高电平时，二极管点亮；共阳极数码管的发光二极管是阳极，并接高电平，对于需点亮的发光二极管将其阴极接低电平即可。图4-6 LED数码管显示图4.4.2数码管显示方式（1） 静态显示方式 直接利用并行口输出。LED显示工作于静态显示方

12、式时,各位的共阴极连接在一起接地;每位的段选线分别于一个8位的锁存输出相连。一般称之为静态显示,是由于显示器中的各位相互独立。而且各位的显示字符一经确定,相应锁存器的输出将维持不变,直到显示另一个字符为止。本实验采用串入并出的静态显示方式。利用通信号串行输出。在实际使用中,多位LED显示时，为了简化电路，在系统不需要通信功能时，经常采用串行通信口工作方式0，外接移位寄存器74LS164来实现静态显示。（2） 动态显示方式对多位LED显示器的动态显示，通常都时采用动态扫描的方法进行显示，即逐个循环点亮各位显示器。这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但是由于间隔时间较短，且人眼具有视觉残留效应

13、，看起来和全部显示器持续点亮一样。为了实现LED显示器的动态扫描，除了要给显示器提供的输入之外，还要对显示器加位选择控制，这就是通常所说的段控和位控。因此多位LED显示器接口电路需要有两个输出口，其中一个用于输出8位控信号；另一个用于输出段控信号，其连接图如图4-7所示。图4.7 数码管显示电路表4.2 七段LED段选码表显示字符共阴极段3FHC39H106HD5EH25BHE79H34FHF71H466HP73H56DHU3EH67DH31H707Hy6EH87FH8.FFH96FH“灭”00HA77H/B7CH5.PID控制算法在工程实际中，使用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控

14、制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时使用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制

15、器的输出和输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。积分控制 在积分控制中，控制器的输出和输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此,比例+积分控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分控制 在微分控制中，控制器的输出和输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系.自

16、动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。6.各子程序设计及流程图6.1 PID控制程序流程图6.2 A/D转换程序流程图6.3 显示程序流程图6.4温度控

17、制总程序流程图 心得体会 作为一名自动化专业的大三学生，我觉得做计算机控制系统课程设计是很有意义的，而且也是必要的。个星期很快就过去了，计算机控制技术课程设计也告一段落。本次课程设计，我的题目是计算机温度控制系统。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的，也是十分有必要的。其次，在这次课程设计中，我们运用了以前学过的专业课知识，如：Proteus绘图仿真、C语言、模拟和数字电路知识等。虽然以前在上课的时候学的都不是很好，很多知识都学习的模棱两可，可是如果你怀着一种目的性去学习它，你就会发现学

18、习的效率非常高，以前看了都头痛的东西在你现在一定要用的时候再拿出来学习，会感觉其实也很简单的。这是我做这次课程设计的又一收获。最后，要做好一个课程设计，就必须做到：在做设计之前，一定要对我们的对象有充分的了解，对所要用到的东西有深刻的认识，是指系统化、模块化，必须有一个清晰的思路。在设计程序时，不能妄想一次将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，这样为资料的保留和交流提供了方便；在设计中遇到的问题要记录，以免下次遇到同样的问题。总的来说，此次课程设计的过程比较轻松，从拿到问题到彻底解决问题，这是一个令人振奋并享受的过程。经过去图书馆大量的查阅书籍，我也

19、学到了很多在课本上没有的知识，收获颇丰。这段过程让我懂得了一个道理，那就是学生要学的绝对不该仅仅是课本上的东西，有些东西只有走进图书馆，你才可能学习到。也只有这样，我们才能成为一个见多识广、渊博的人。参考文献1. 于海生等编著微型计算机控制技术M北京：机械工业出版社，2007.2.邴志刚等编著.计算机控制：基础技术工具实例M.北京：清华大学出版社， 2005.3. 邹伯敏主编.自动控制原理（第二版） M. 北京：机械工业出版社,2002.4. 吕震中，刘吉臻，王志明编.计算机控制技术和系统（第二版）M，北京：中国电力出版社，2005.5.张宇河主编.计算机控制系统M.北京：北京理工大学出版社，

20、 2002.6.冯勇编，现代计算机控制系统M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20037.karl J.Astrom，Bjorn Wittenmark著.计算机控制系统理论和设计：英文版M.北京：清华大学出版社，2002.8.Morris Driels著.线性控制系统工程（英文影印版）M.北京：清华大学出版社，2000.9.John J.Dazzo & Constantine H.Houpis著.线性控制系统分析和设计（第4版）M.北京：10.韩建国. Foundation and application of microcontroller .北京：高等教育出版社.2004.10附录1：温度控

21、制系统总电路图附录2：温度控制系统程序清单（1）主函数如下：#include absacc.h#includeKEYSCAN.HPID.Hvoid PIDBEGIN（void）; / PID参数初始化/ void main（） unsigned char key1=0,i,k; unsigned int tmp; unsigned char shu3=13,13,0; unsigned char counter=0; PIDBEGIN（）; while（1） if（counter- = 0） tmp = ReadTemperature（）; counter = 20; view（tmp）; /

22、温度显示； compare_temper（）; （2） PID算法温度控制程序#ifndef _PID_H_#define _PID_H_#includemath.hstring.hstruct PID unsigned int SetPoint; / 设定目标 Desired Value unsigned int Proportion; / 比例常数 Proportional Const unsigned int Integral; / 积分常数 Integral Const unsigned int Derivative; / 微分常数 Derivative Const unsigned

23、int LastError; / Error-1 unsigned int PrevError; / Error-2 unsigned int SumError; / Sums of Errors struct PID spid; / PID Control Structure unsigned int rout; / PID Response （Output） unsigned int rin; / PID Feedback （Input） sbit output=P34;unsigned char high_time,low_time,count=0;/占空比调节参数 unsigned c

24、har set_temper=33;void PIDInit （struct PID *pp） memset （ pp,0,sizeof（struct PID）;unsigned int PIDCalc（ struct PID *pp, unsigned int NextPoint ） unsigned int dError,Error;Error = pp-SetPoint - NextPoint; / 偏差 pp-SumError += Error; / 积分 dError = pp-LastError - pp-PrevError; / 当前微分 PrevError = pp-LastE

25、rror;LastError = Error;return （pp-Proportion * Error/比例 + pp-Integral * pp-SumError /积分项 Derivative * dError）; / 微分项 /* 温度比较处理子程序 */ compare_temper（） unsigned char i;/EA=0;if（set_tempertemper） if（set_temper-temper1） high_time=100;low_time=0;else for（i=0;i10;i+） get_temper（）;rin = s; / Read Input rout = PIDCalc （ &spid,rin ）; / Perform PID Interation if （high_time=100） high_time=（unsigned char）（rout/800）;low_time= （100-high_time）;else if（set_temper0） high_time=0;low_time=100; / Perform PID