毕业设计（论文）-基于PWM的温度控制器设计.doc

毕业设计说明书(论文)作 者： 学 号： 学 院：自动化工程学院 班 级： 测控111 专 业：自动化 测控技术与仪器所 在 系：控制科学与工程 仪器科学与技术题 目： 基于PWM的温度控制器设计 指导者： 签字： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2015 年 6 月 吉 林摘要摘 要温度是我们生活、工业、科研中必不可少的因素之一， 温度控制在各个领域都必须能够做到的。 在不同的领域对温度控制的要求也是不同的、其实现方法也是大不相同的。 就人们日常生活来说对温度控制精度要求不是很高， 但是温度控制对我们日常生活也产生了比较大的影响比如空调实现室内温度、 电饭锅、热水器等等。 随着技术的不断地研究与突破，要实现温度控制其方法和手段有很多也更简单。 特别是电子技术的发展人们在用单片机实现控制温度越来越简单。 本次设计用AT89S5单片机作为控制芯片， 以PT100作为温度传感器、AD1674转换器进行数据转换， 用LCD1602液晶显示器进行显示当前温度和目标温度。 通过C语言编程实现PID算法以此控制PWM信号输出进而控制功率电路， 以光电耦合与晶闸管组成的电路进行功率电路的驱动。关键字：温度控制； 单片机 ；PID ； PWMIABSTRACTTemperature is one of the essential factors in our life, industry and research. Temperature control must be able to be achieved in all fields. The requirements for temperature control in different fields are also different and the methods are also different. On peoples daily life on the temperature control accuracy requirements are not very high, but the temperature control on our daily life also had a relatively large impact such as air conditioning to achieve indoor temperature, electric rice cooker, water heater and so on. With the continuous research and breakthrough technology, it is easier to realize the temperature control of its methods and means. Especially the development of electronic technology in the use of single-chip microcomputer to achieve the temperature is more and more simple. The design of single-chip microcomputer with AT89S5 as control chip, PT100 as temperature sensor and AD1674 converter for data conversion, LCD1602 LCD displays the current temperature and target temperature. Through the C language programming PID algorithm in order to control the PWM signal output and then control the power circuit, the photoelectric coupling and the thyristor circuit power circuit drivers.Keywords:Temp control;MCU;PID;PWMII目录目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 课题背景和意义11.2 控温的现状21.3 脉宽调制技术31.4 PID算法3第2章 温度控制系统硬件设计72.1 系统硬件总体设计72.2 温度检测电路设计72.2.1 温度传感器选择72.2.2 温度检测电路设计82.3 A/D转换器的选器102.4 微控制器的选用122.5 显示设备142.6 键盘输入152.7 控制电路16第三章 温度控制系统软件设计183.1 系统软件总体设计183.2 AD转换程序183.2 显示程序213.3 输入程序233.4 PID控制PWM程序27第4章 应用Proteus软件进行仿真304.1 仿真电路原理图的画制304.2 仿真程序的生成32结 论35参考文献36致 谢37第1章 绪论第1章 绪 论1.1 课题背景和意义在很早以前当单片机没出现时,人们对温度的控制只好用模拟调节器来实现, 常规模拟调节器有很多缺点延时大、系统震荡等等。 如果应用微控制器作为大脑那么温度控制的精度将能得到大幅提升。 传统的模拟调节器的数据处理能力不是很理想 而微控制器（比如单片机）可以比较强的数据处理的能力无论是处理数量还是处理速度都可以比较理想。 在如今的众多方面尤其在自动控制和智能控制方面单片机已经达到百分之百的应用， 可以这么说没有单片机就没有如今的自动控制。 打个比较容易懂得比方早前的温度控制与如今 的温度控制之间的差距就像古代猿人与现代人之间的差距。而在工业自动化运营或生产过程中,温度检测控制往往就会成为一项必须要完成的的工作。 就拿电厂生产电力工程中就得实时监测与控制 很多对象的温度比如过热蒸汽、火焰温度、汽包温度等等， 而在这些温度控制与监测中就有很多的算法但 这些算法大多都是由PID算法不断改进创新而得来的。自20世纪以来电子技术日新月异，特别是在大规模集成电路出现后，电子技术发生了本质上的变化，这就为单片机技术的出现奠定了基石。 单片机技术已经覆盖在了我们的生活中随处可见， 单片机产品无时无刻影响着我们的我们。目前想要控制温度的方法也可以有多种选择，以单片机作为微控制器实现温度控温是温度控制的主要手段之一。 利用单片机实现温度控制能灵活编程， 还能扩展其他的功能比如显示时间、计算预计加热时间、定时加热等功能， 控制精确度较高这也是单片机控制温度的优点 还有就是他能比较直观的显示、价格低、技术成熟、体积小等特点。单片机是应用集成电路与微型计算机结合而得到的一种技术。单片机一个比较优秀的地方是可以嵌入到其他系统之中用来处理其他微型计算机不能够做到的处理。 单片机是一个微型计算能与很多外围设备相连以此更加容易组成人们所需要的系统。 以单片机为中央处理器组成的系统有以下几个优点：(1)功能比较强、比较可靠，对外的干扰有很强的免疫能力(2)简单容易懂、能被人较快的学习(3)发展速度异常快、发展潜力大。 在几十年中单片机从4位机发展到今天的32位 机而且样式多种多样、集成度非常高、功能强大齐全。 单片机使自动化与机械化获得了更加强劲和长足的发展， 其外围设备也更加广泛、完美。(4)能够嵌入在其他系统中因而应用更加广泛。 单片机可应用程序省去许多不必要的模拟电路、数字电路。温度的测量也是温度控制不可忽视的关键性因素之一， 如果没法准确的测量温度要谈温度控制只能说是天方夜谭。 进行温度控制测量的前提是温度测量的精准度满足要求， 温度测量的一个大概分类是两类即接触式测温和非接触式测温。 顾名思义接触式测温传感器就是应用的时候与被测的对象接触，这种接触很有可能影响被测对象的测量就是所谓的置入误差。 非接触式测温从字面意思就能想到就是间接通过被测对象辐射能量的程度以此推算被测对象的温度， 非接触式测温这类方式出结果可以很快由于不与被测对象相连所以对被测对象基本没啥干扰， 可测高温、运动的对象但是接触式测温与非接触测温相比往往精度更加高。1.2 控温的现状在实际的温度控制系统设计中温度测量和温度控制是我们必须要翻过去的两大座山无论你如何绕都绕不过去的， 因而要提高温度控制系统的控温精准度就必须从这两个方面入手。 如今的温度检测设备多种多样也可以说五花八门发展趋势向多种手段、小体积、高精度等方面发展。 但是如今新型的测温手段比如非接触式测温方法其测温精度不尽人意，它们只能应用在只是需要大概知道被测对象温度的场合。 要想获得比较高的精度温度只能选择传统的较 早出现的接触式测温方法比如热电阻、热电偶等， 传统的测温手段技术比较成熟因而更加可靠价格可能也更低。 但是传统的测温方法也不是没有缺陷的它往往 会对被测对象产生或多或少的影响也就是人们所说的置入误差。 应对置入误差各种不同的传感器都有自己相应 的解决方法比如热电阻的引线接法、热电偶的冷端补偿， 但这都会增加系统的复杂性和成本的上升。 由此人们常常筛选温度传感器的时候要想的问题要比较全面要根据所要设计的系统要求价格考虑选择我们需要的测温传感器。我们所要追求的温度控制大体有两种要么是恒温控制要么是非恒温控制， 非恒温控制一般是要求所控制的温度值按某个 函数或曲线进行相应的变化而恒温控制只要求 温度维持在某个温度当然这个温度其实是在某一温度值不超过一定误差的波动。本次设计是设计一个恒温控制系统且为加热系统， 加热的温度控制系统的控制方法大约有三种：（1）开关控制方法 就是只判断所需温度与被 控对象温度之是否相等选择加热还是不加热实现温度控制， 被测对象温度比所需温度低那么进行加热被控 对象比所需温度高停止加热直至被测对象与所需温度相等。 这种方法明显有比较大的延时、误差，属于比较落后的控制手段。（2）常规的PID算法控制方法 学过自动控制原理的看标题就知道这种方法来源于经典控制理论PID调节器控制方法理论。 这种方法要实现比较令人满意结果仅仅需要确 定比例、积分、微分的三个参数就可以了。 但是这种方法适应性比较差一旦参数确定也就无法改变， 也就是说一旦控制对象的一些性质发生改变原 先的控制完全不能产生作用除非三个参数也跟着变化。（3）改进型PID算法控制方法 为了解决常规PID法的不足然后人们就想出了能自我根据不同的被测对象自己确定三个参数的改进型PID算法， 更有将PID与其他智能算法相结合而产生更加先进的算法。 如今改进的PID算法已经不是一种两种了而是将进10种， 由于改进型PID过多不做过多的描述了。本次设计不需要改进型的PID应用常规PID即可， 本次设计主要是通过PID算法与PWM技术相结合控制温度。下面将详细介绍常规PID算法与PWM技术。1.3 脉宽调制技术脉宽调制（PWM）英文为Pulse Width Modulation， 其实质是将模拟量信号用数字信号不同的占空比表示的一种技术。 一般通过计数器与定时器实现模拟量用数字量表示， 这种方法的好处是任何模拟量数值都能用脉宽调制技术完成其对应编码。 模拟量用数字量表示有很强抗干扰能力， 数字信号天生就比模拟信号抗外界干扰强一般要外界扰动能强到使电平逻辑发生改变。 就一般而言我们所处环境或多或少都会有干扰 但干扰就平常而言不可能强到使电子产品电路中电平发生逻辑根本性变化。 用脉宽调制技术的还能使模拟信号做到更加远距离的传输， 整个过程是先将模拟信号用数字信号编好编码 然后传输这个数字信号最后将接收端将数字信号还原为原先的模拟信号。1.4 PID算法如今目要看一个行业的水平的高低一般的看这行业的自动化程度如何， 从而说明自动控制已经成为一个行业崛起必不可少的影响因素。 随着时间慢慢的推移，科学技术涌现了十分惊人的发展， 在如今已经有很控制方法能够做到控制效果令人满意甚至超过人们所需的控制效果。 但是以PID控制方式组成的系统仍然在广泛使用只能说其控制方式确实非常优秀。PID代表三个不同的环节这是大家都知道的，这也说明其容易被人们所认知、学习。 介绍PID的书不是很高深比较被大家所理解，书中所讲的参数也很明了。 再者PID算法适用的范围可以很广只需要有控制的领域它都能去占有自己的一席之地， 对于过于简单或控制对象过于难的控制要求它不适用， 也就是说对于一般的控制要求来说PID控制完全能胜任了。 被测对象特性变化后用PID 控制对其控制的效果也不会有什么影响。我们需要明确的是PID控制只能应用在有负反馈的系统之中，常规PID控制结构图：图1-1 常规PID结构图输出与输入之间有如下关系：（1）式中:为比例增益，为积分时间的常数，为微分时间的常数。PID是控制算法，这时输出、输入为：（2）其中、分别为比例系数、积分时间常数和微分时间常数；T是采样的周期；k是采样的序列号，k=0,1,2,；为第k次采样后的计算输出值；为第k次采样时输入的偏差，(kT-T)为第(k-1)次采样时输入偏差。常规PID分为位置式和增量式，下面是介绍：在应用单片机组建的系统中我们一般对测量值是采样采集信号的，所以这就要对信号做离散式处理。现将算式（3）化简为算式（4）：（3）（4）由此可得：（5）（6）其中：为比例增益、为积分增益 、为微分系数、Ki=(KcT)/Ti、Kd=（KcTd）/T这种算法因为要结合全部的输出，所以每次输出必定无可避免的和过去的状态有联系。运算出结果必须进行的一步是对(k)进行累加求和，因此常常可能造成积分饱和的结果而且处理器处理的数据必然会很大。再有系统处理输出的结果u(k)往往是与执行器的实际位置相邻，这样一旦系统处理器出现错误导致u(k)突然地变高变低就会导致执行器位置的巨大变化。由此轻则造成系统故障重则造成严重的生产事故，因而往往在生产中无法满足需要。增量式PID推理过程如下所示： (7) (8) (9) (10)上式中：,，由各自的公式可以直观的的知道，其是只和采样的周期时间、比例增益、积分时间常数和微分时间常数有所关联。增量式与位置式相比其实只是在算法上作了一些不起眼的改变，但是改变了原先诸多的不足。特点如下：(1)处理器处理的数据大大减小提高了系统处理信号的能力，误动作率也就跟着变小。(2)对外界的干扰而言对系统影响变得很小，可以实现某种意义上的无扰动工作；当处理器运行失误的时候，可以设计信号锁存装置以此来保证系统保留原先的数据并按照以前参数运行。(3)式子中明显没有累记求和，增量只和最近次的采样相关；因而可以用加权处理来达到比较理想的效果。任何方法都有其不足之处增量式控制也不能幸免比如其积分的截断效应不小、系统存在静态的误差等。39第2章 应用第2章 温度控制系统硬件设计2.1 系统硬件总体设计硬件设计总体方案如图所示，AT89S51选为系统的中央处理器也就是用于处理数据、将其他设备联系起来；由外接温度测量电路、键盘、复位、LCD显示电路、功率控制电路组成。主要设计是：温度采集电路收集信息传给AD转换器、AD转换器将信息转换传输至AT89S51、用键盘设定设定目标温度值、LCD显示当前温度（TEMP）与所需要得到的温度（SET TEMP）、输出PWM信号控制加热的进行。图2-1 硬件设计总体方案2.2 温度检测电路设计2.2.1 温度传感器选择在生活、工业、科研、医疗等领域中温度测量 必不可少且在与其他物理参数比较温度测量为最多。根据测温原理可分为热膨胀、电阻、热电动势 、磁性、介质特性、集成传感器、光线传感器、灰度检测式、辐射能量检测式。 根据本次设计要求，热电阻与热电偶传感器相对初步符合本次设计。热电偶传感器是温度测量中应用比较多，它测量的范围相对其他传感器来说是比较广的， 能相对稳定的工作、同时结构并不复杂，能实时检测温度， 发出的电信号可以较远距离传输，可以很好的用于控制和检测。 热电偶的测温原理是基于热电效应：两种不同的导体或半导体组成一个闭合回路， 当两个接点所处环境温度有差异时，这个闭合电路中必然产生一个电势， 将一端作为标准冷端然后测回路电动势而后根据这个电势的高低判断温度的高低。 热电阻的测温基本是导体或半导体的电阻值随着温度的变化相应的做出改变。 热电阻与热电偶都有很多优点优点也比较相似所以有时用热电阻和热电偶可能都行具体抉择视情况而定。但以热电阻为传感器的测温系统在650以下 其测量的精准度比以热电偶传感器的测温系统更加准确。由于此次温度测量范围不会超过650，所以选用PT100为此次温度传感器能取得更加精准的温度值。PT100在650测量的精准度比热电偶要好。它的电阻值和温度有一定的函数关系，我们就用这种函数关系确定温度值。PT100的测量范围相对来说还是比较广的、测量的精度也比较好、测温调理电路一般设计好后不会出现随不必要的偏差、在有氧环境下工作也不会出现氧化等特点，但是注意的是在真空和还原性气体中工作将会出现电阻的漂移、还有特性曲线是非线性的。在-200到0时：（11）在0到850时：（12）上式中为温度时的热电阻的电阻值，为0的热电阻的电阻值（100），A、B、C为试验确定的常数：、B=-5.77510-7、C=-4.18310-12由上公式可知铂电阻的特性曲线并不是线性的，所以在应用时应该进行线性化处理才好用于温度测量。2.2.2 温度检测电路设计在目前铂电阻温度传感器的引线连线方式主要有如下几种：（1）二线制引线接法。直接把传感器两端引线直接接到放大器的反馈电阻位置，这是最简单最方便但是测量精度最为不好的方法，适用于精度要求低的系统。而此种引线接法误差主要来源于接线误差。（2）三线制电路接法。热电阻的一端连一根导线而另一端同时连接两根导线，而热电阻与其他三个电阻组成测量的一部分。三线制接法是热电阻与电桥配合在一定程度上减少了连线误差但没有完全消除接线误差，对于有一定精度要求的可以用。 （3）四线制接法。它不受接线电阻的影响是一种高精度连线方式。但是其电路比较复杂因此成本要求也较高，适用于对于温度测量精度要求高的系统。综上所述本次设计决定采用四线制接法测温。恒流源电路：图2-2 恒流源电路设计图恒流源驱动电路负责提供一个恒电流使温度传感器 PT100随温度变化其阻值变化时通过其电流基本不变（电流变化可忽略）。恒流源电路由运算放大器OP07、基准电压源、电阻和三极管组成，为避免激励电流产生的热量影响测量精度，设计恒流源的大小为1mA。具体实现如图1所示。D1是一个2.5V的稳压管，即U1U3=2.5V；根据运放的“虚短”原则，运算放大器OP07的同相端电压和反相端电压值相等，即U2=U3；因此电阻R1两端的电压U1U2=2.5V；可以计算出流经 R1的电流为2.5V/2.5K=1mA。根据运放“虚断”原理可知，流过 R1的电流将几乎全部流入复合管而不流入运放的反向端，则由复合管集电极输出电流为1mA，实现了高精度恒流源的设计。设计中R31是稳定性好的精密线绕电阻；由两9012（Q1、Q2）组成复合管使电流放大系数值增大，温漂系数减小，恒流值稳定。信号采集调理电路：图2-3 信号采集调理电路电路中R14=200K、R4=100K阻值都比较大，因此恒流源流经R14及R44的电流可忽略不计。由虚短原则、电路结构可得：（13）上式中R5=75、I=1mA由系统测温范围50500,可知RT阻值为80.31280.98，可得输出电压Uout大约为02.2 V，设计中的关键点是R32=75/ 1% 精度的线绕电阻，其作用是去除放大电路所造成的 A/D 丢码；C3和R18可滤除高频干扰；电路中C5、R17组成一低通滤波电路。由f截止=1/2RC可知截止频率f=15.9Hz可有效的滤除50HZ工频干扰。2.3 A/D转换器的选器单片机只能处理数字信号而我们有很多情况下都需要对模拟信号进行处理，AD转换器就应运而生。AD转换器也就只有一个用处就是将模拟的信号变换成数字的信号，使其能传到主机之中。我们在看一个器件好不好就会去看其一些相关的性能技术参数，而衡量一款AD转换器的好否主要看如下参数：（1）转换时间和转换速率 转换时间顾名思义是说将模拟量转换为数字量的总时间。 转换速率为转换时间的倒数。（2）分辨率 在A/D转换器中分变率是衡量A/D转换器对模拟量的变化最小变化量感应能力的大小。一般来说其高低的判断主要是由位数来决定。（3）转换精度 A/D转换器精度其实就是说理想与现实的差距的大小，所以其衡量的标准就可以用误差来表示。对于A/D转换器的选择，一般是从转换器的位数、转换器的转换速率、与主CPU接口， 以及数据输出方式是否方便、对启动信号的要 求、稳定性及抗干扰能力等几个方面来分析决定。本次系统采集的为温度，变化速率较低、精度要求不是特别高。AD1674似乎可以满足我们设计。AD1674的位数是12位、转换时间为10us， 单通道最大采集速率为100ksps，功耗为385mW。 芯片内部有三态输出缓冲电路，所以就能直接和8位或者16位的单片机相连， 片内集成有高精度的基准电压源和时钟电路， 从而使芯片在不需要任何外加电路和时钟信号的情况下完成转换。AD1674的引脚按功能可分为逻辑控制端楼、并行数据输出端口、模拟信号输入端口和电源端口四种类型。（1）逻辑控制端口：CS：芯片选择。CS=0芯片被选中。CE：片启动信号。当CE=1时，是启动转换还是读取结果与其他控制端有关系。RC：读出/转换控制信号。12/8:控制字节位数是8位还是12位输出，当接低电平时是8位输出、当接高电平时12位输出A0：选择转换字节位数。在转换期间：当A0=0时，12位转换。当A0=1时，8位转换。在读出期间，与12/8=0配合：当A0=0时，高8位数据。当A0=1时，低4位数据，中间4位为0，高4位为高阻态。如下表2-1所示：结果的高8位结果的低4位+4位尾0AD1674上述逻辑控制端口真值表如表2-2：CECSRC12/8A0操作0无操作1无操作1000启动12位转换1001启动8位转换101+5v允许12位并行输出1010V0高8位输出1010V1低4位+4位尾0输出 STS：转换状态输出端。输出为高是表明转换正在进行；处处为低是表明准换结束。 TS：转换状态控制端。 STS是高电平说明正在进行转换； 此处为低是表明转换换over。（2）并行数据输出端口：DB11DB8：在12位输出格式下，输出数据的高4位； 在8位输出格式下，A0为低是也可输出数据的高4位。（3）信号输入的端口10VIN：能接入的信号电压范围为0V10V或者-5V+5V20VIN：能接入的信号电压范围为0V20V或者-10V+10V 由此可知AD1674能处理的模拟信号范围非一般的长、方式也有好几种。（4）供电电源端口 REFIN：基准电压输入端，在10V基准电源上接50欧姆电阻后连于此端； REFOUT：+10V基准电压输出端； BIPOFF：双极电压调整端，该端在双极输入时可通过50欧姆电阻与REFOUT端相连；在单极输入时接模拟地。图2-4 AD1674图本次设计采用单极性输入电路信号输入为10VIN如图所示，输出的转化结果D为无符号二进制码，计算公式为：D=4096VIN/VFS上式中，VIN为模拟输入电压，VFS为满量程电压。图中RV2用于调零，即当VIN=0时，输出数字量D为全零。单片机系统模拟信号地线应与9脚（AGND）相连，使其地线的接触电阻尽可能小。遵循左对齐原则，故DB3DB0接单片机的P0.7P0.4。2.4 微控制器的选用本次设微处理器选用AT89S51， 就一般来说51系列增强型（AT89S5X）的单片机差不多都能满足我们的要求， 只是AT89S51更加先进一些比如频率上线、降功耗等方面有所改进其他的基本一样。AT89S51主要功能列举如下：（1）常用于控制其他8位的器件。（2）自己内部有时钟平率。（3）内部程式存储器（ROM）为4KB。（4）内部数据存储器（RAM）为128B。（5）外部程序存储器可扩充至64KB。（6）外部数据存储器可扩充至64KB。（7） 有32条IO线，每条与每条之间可以相互不影响。（8）有5个中断源。（9）2个互不干扰的16位定时器。（10）有能进行单工、半双工、双工通信的端口。（11）还有能进行做到数据不外泄。（12）可以做到程序灵活应用。AT89S51引脚简介：（1）电源引脚及时钟引脚VCC：电源接入端接+5V。VSS：电源地端接数字地XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路输入端。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端。（2）控制引脚RET：复位信号端口，当EET=1时动作。EA/VPP：EA为该引脚的第一功能时为外部程序访问允许控制端。 当EA为高电平时，在PC值不超出0FFFH时，单片机读片内存储器中的程序； 当PC值超过0FFH时，将自动转到访问片外程序存储器空间中的程序。 当EA为低电平时，只读外部程序存储器中的内容。 VPP为该引脚的第二功能，即在对片内Flash进行编程时，VPP引脚接入编程电压。ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的缩写，表示地址锁存器启用信号。 AT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373）， 将端口0的地址总线（A0A7）锁进锁存器中， 因为AT89S51是以多工的方式送出地址及数据。 平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6， 因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。 PROG为该引脚的第二功能，即对片内Flash存储器编程时， 此脚作为编程脉冲输入端。PSEN（Program Strobe ENable）：片外程序存储器的读选信号，低电平有效。（3）并行I/O口引脚P0口：8位，漏极开路的双向I/O口。 字节地址为80H，位地址为80H87H。 当单片机扩展外部存储器或者I/O口时，P0口分时复用； 当作为通用I/O口时必须加上拉电阻才能正常工作P1口：8位，准双向I/O口内部有上拉电阻； 当作为通用I/O口时应该先向端口锁存器写入1.P2口：8位，准双向I/O口内部有上拉电阻； 当作为通用I/O口时应该先向端口锁存器写入1.P3口：8位，准双向I/O口内部有上拉电阻； 当作为通用I/O口时应该先向端口锁存器写入1.其引脚分配如下：P3.0：RXD，串行通信输入。 P3.1 ：TXD，串行通信输出。 P3.2：INT0，外部中断0输入。 P3.3：INT1，外部中断1输入。 P3.4：T0，计时计数器0输入。 P3.5：T1，计时计数器1输入。 P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。 P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。本次设计接线如图所示：P0口与A/D转换器的IO口连接、 P1口与LCD显示器1602 的IO口相连、P2口连接LCD显示器1602与AD转换器的控制端口、P3作为输入端口与控制电路信号输出。 图2-5 ATS89S51图2.5 显示设备此设计显示的仅有实时温度与目标温度，显示的内容较少。 液晶显示器与数码管相比显示的比较直白、占用的空间也较少、 重量轻和功耗低的优点所以考虑决定采用LCD1602显示器。LCD1602显示器是一种字符型液晶显示器，分两排显示没排可以显示16个字符或数字；可以工作的电压范围在4.5V与5.5V之间，最佳工作电压为5V；在5V工作条件下电流大小为2.0mA。1602LCD常见的有两种一种背光一种不背光，背光的比不背光的多两引脚。1602共16个管脚：RS：数据寄存器与指令寄存器选择。RS=1选数据、RS=0选指令。RW：R读的英文首字母、W写的英文首字母；从字面意思可以知道就是读、些操作。RW=1读操作、RW=0写操作。E：选择其是否工作E=0工作。D0D7：分别为8位双向I/O。VSS与VDD分别为电源地和电源正极BLA与BLK分别是背光的正极与负极VL液晶显示偏压用于对比度调整图2-6 LCD1602图2.6 键盘输入本次的温度控制系统的设计要求是用户能通过外设键盘等输入设备，以完成预期目标温度设定值的设定以及切换不同的功能模式以显示单片机温度控制系统中不同的状态数据和重要的控制参数。该温度控制系统对按键控制的要求是逻辑简单，易于操作，方便。结合以上特点及单片机外接扩展元件已经占用的I/O引脚较多，资源有限，最终选定使用34键来完成温度控制系统各功能显示的切换。本次设计需要设置输入按键（set）、然后能输入09个数字以此设置目标温度， 所以采用矩阵式键盘（34）如图所示。图2-7 键盘图2.7 控制电路功率控制电路常见的有四种即三极管驱动电路、晶闸管驱动电路、继电器驱动电路、固态继电器驱动电路。不过本次设计中需要大功率控制电路，大功率控制电路有两种：（1）继电器驱动电路电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。继电器驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电压和电流而定，控制电流一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。如图为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据线Di 输出数字“1”即高电平时，经7406反相驱动器变为低电平，光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通，继电器线圈KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设备。由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，会出现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电流泄放回路。图2-8 继电器驱动电路图（2）晶闸管驱动电路晶闸管又称可控硅（SCR），是一种大功率的半导体器件，具有用小功率控制大功率、开关无触点等特点。如图对于单向晶闸管，当阳、阴极之间加正压时，控制极与阴极两端也施加正压使控制极电流增大到触发电流值时，晶闸管由截止转为导通；只有在阳、阴极间施加反向电压或阳极电流减小到维持电流以下，晶闸管才由导通变为截止。对于双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极。当两个电极T1、T2之间的电压大于1.5V时，不论极性如何，便可利用控制极G触发电流控制其导通。双向晶闸管具有双向导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。图2-9 晶闸管符号图本次设计采用晶闸管驱动电路来作为功率控制电路的驱动电路，如图经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当CPU数据线PWM 输出数字“1”时，经7406反相变为低电平，光耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发双向晶闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备RL。1、2口接220V交流电。图2-10 功率控制电路东北电力大学自动化工程学院学士学位论文第3章 温度控制系统软件设计3.1 系统软件总体设计 系统软件总流程如图所示。首先系统进行初始化然后显示当前温度，跟着判断是否进行温度值的设定接着进行PID算法计算对PWM占空比进行调整，最后当当前温度与设定温度相同时停止。图3-1 程序总体设计框图3.2 AD转换程序AD转换先进行12位转换然后读取高、低八位组成一个10进制数。图3-2 AD转换程序框图部分程序代码如下：sbit CE= P23; /定义引脚sbit RC= P24;sbit STS=P25;sbit CS= P26;sbit A0= P27void delay(n) /延时int i;while(n-)for(i=0;i10;i+);void inti() /无操作CS=1;CE=0;unsigned int ad1674_convert()/转换器12位转换unsigned int temp=0;STS=1;inti();CS=0;delay(1);A0=0;delay(1);RC=0;/delay(1);CE=1;delay(1);while(STS=1);/得12位结果CE=0;delay(1);RC=1;delay(1);A0=0;delay(1);CE=1;delay(1);temp=P0;temp=P04;CE=0;CS=1;return temp;3.2 显示程序本次设计主要是显示当前温度和目标温度；先AD转换的数处理成温度值然后四舍五入；接着进行个十白位的提取；最后显示。至于目标温度直接显示。unsigned long result=0;unsigned char buf4;uchar table1=TEMP;uchar num;void display()unsigned long result1; unsigned long vol,vol_c; result1=result*10000; vol=result1/N; / vol=result/0x0fff*10(v) vol_c=vol%10;if(vol_c=5) vol=vol+10;vol=vol/10;/vol_c=result1%N;buf0=vol/1000;buf1=vol/100%10;buf2=vol/10%10;buf3=vol%10;LcdWriteCom(0x82); LcdWriteData(0+buf0); LcdWriteCom(0x83); LcdWriteData(0+buf1)LcdWriteCom(0x84);LcdWriteData(0+buf2); LcdWriteCom(0x85);LcdWriteData(.); LcdWriteCom(0x86); LcdWriteData(0+buf3); void main()LcdInit();LcdWriteCom(0x88);LcdWriteData(C); LcdWriteCom(0x80+0x40);for(num=0;num16;num+) /num16,16?16?LcdWriteData(table1num); LcdWriteData(C); while(1) 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