基于PID的恒温箱温度控制系统设计.

1、基于PID的恒温箱温度控制系统设计（2008届）2008年6月摘要本设计是恒温箱温度控制系统设计。 可供各类实验室、 医疗机构、食品加工、 生产部门等使用。 在周围温度不断变化条件下， 使用恒温箱， 可以使一定范围的 温度恒定在特定温度下，从而适应生活和工作。控制的温度范围为 501200C 。 恒温箱可以在线设定温度，并对温度进行实时数码显示。设计内容包括硬件和软件两个部分。 硬件主要由AT89S52单片机、DS18B20 数字温度传感器、 8155 片外存储器、继电器， LED 数码管和报警器等组成。电 原理图包括数据采集、温度显示、键盘设定、温度控制和复位电路等几个模块。软件部分主要对

2、PID 算法进行了数学建模和编程本设计由键盘电路输入设定温度信号给单片机， 温度信号采集电路采集现场 温度信号给单片机， 单片机根据输入与反馈信号的偏差进行 PID 计算，输出控制 信号给加温控制电路， 实现加温和停止。 当实际温度比设定温度大 2 摄氏度以上 时，则清 P1.3 输出口，从而停止对电阻丝的加热。当实际温度比设定温度小 2 摄氏度以上时，取 PID 的最大值，实现全功率输出。在它们之间时，实现 PID 算法控制， 控制可控硅的接触时间， 调节电阻丝功率。 显示电路实现现场温度的 实时监控。软件部分 ，采用 PID 控制和时间最优控制相结合的控制方案，实现了控 制速度快、 超调小

3、、线性控制精度高和实现成本低等的优点。 硬件部分采用单 片机来实现温度控制，不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅 度的提高被控温度的技术指标，从而大大提高产品的质量。 关键词：恒温控制，单片机，数字 PID 算法ABSTRACTThe system of this design is the temperature controller of a constant temperature box.Can be provided as each kind of laboratory, medical treatment organization, food processing an

4、d produce the section etc. usage.Under the condition that the surroundings temperature continuously change, the usage constant temperature box, can make the temperature maintaining of the certain scope settle under the particular temperature, thus adapt the life and works.The temperature scope of th

5、e control is 50-120, The constant temperature box can with on-line enactment temperature, and carry on the solid hour to the temperature figures manifestation.When be placed in to setthe appearance, figures tubemanifestation enactment temperature, circulate, manifestation actual temperature.Design c

6、ontent including hardware and software two parts. The hardware mainly by at89S52 monolithic integrated circuit, the DS18B20 digit temperature sensor, 8155 piece of external memory, the relay, the LEDnixietube and the alarm apparatus and so on is composed. Electricity schematic diagram including data

7、 acquisition, temperature demonstration, keyboard hypothesis, temperature control and reset circuit and so on several modules. The software part mainly has carried on mathematics modelling and the programming to the PID algorithm.The circuit design of the keyboard input from the set temperature sign

8、al to the microcontroller, Temperature Signal Acquisition Circuit collect temperature signal to the microcontroller, According to SCMinput and feedback signal, the error for PID, the output control signals to the heating control circuit, Heating and achieve stop. Showcircuit scene of the real-time m

9、onitoring of temperature. Whenactual temperature compares to set temperature big more than 2 degrees , then the pureexportation, thus stop to electric resistance silk of heating.When the actual temperature compares to set smaller than 2 degrees , taking the PID biggest value, carrying out the whole

10、power exportation.among the two , carry out the PID calculate way control, control contact time that controvable silicon , regulate the electric resistance silk power.software part, the adoption PID control and the control project that time superior control combine together, carried out to control t

11、he speed quick, super adjust small, line control the accuracy is high and carry out the cost advantage of low etc.The hardware part adopts a machine to carry out the temperature control, not only have the control convenience, simple, vivid etc. advantage, and can is control with the significant exal

12、tation the technique index sign of the temperature, raise the quantity of the product thus and consumedly.Keywords:Temperature，control，microcontroller，PID，algorithm, MATLAB目录绪论把温度作为被控参数进行研究无论在工业生产， 还是在日常生活中， 都已 经变得非常适用和广泛了。 在工业生产中， 例如冶金工业、化工生产、 电力工程、 食品加工、 机械制造、医疗以及科研研究室等， 人们对需要对温度进行监测和控 制；而日常生活中的家用

13、电器如电烤箱、微波炉、烘干箱、保温箱等等，也是我 们不可或缺的。 因此，就恒温箱的研究就有极其重要的现实意义。 本设计系统主 要由 AT89S52 单片机、8155 片外存储器、继电器、27128片外存储器和 DS18B20 数字温度传感器等组成。电原理图包括数据采集、 BCD 码转换和温度显示、键 盘设定、温度控制和复位电路等几个模块。通常，采用单片机系统来实现对温度的控制，不仅具有控制方便、简单、灵 活等优点，而且可以大幅度的提高被控温度的技术指标。在本设计中，需要达到以下几点技术要求：(1) 控制温度范围50-120C，控制精度为2C 。( 2) 温度采集数字量输入。( 3) 键盘按键输

14、入，具有设定功能。( 4) 显示功能，数码管显示设定值及当前所测温度值。( 5) 具有超温报警功能。本课题应该解决的问题：在设计过程中， 对硬件选型时一定要注意控制精度。 所选用的芯片必须达到 我们设计任务书中的精度要求。 显然，恒温箱的微机系统的设计是一个闭环控制 系统，虽然可以到达一定的精度，但是仍然有极限。核心设计内容是硬件和软件部分， 硬件是基础， 在软件设计中， 分析清楚各 个功功能模块，如主程序，中断服务程序，以及包含在中断程序中的数据采集， PID 控制，温度显示子程序。第一章 方案设计分析控制模块的选择， 数字比较器与模拟控制器相比较， 数字比较器具有以下几 个优点：1 、模拟

15、调节器调节能力有限，当控制规律较为复杂时，就难以甚至无法实 现。而数字控制器能实现复杂控制规律的控制。2、计算机具有分时控制能力，可实现多回路控制。3、数字控制器具有灵活性。起控制规律可灵活多样，可用一台计算机对不 同的回路实现不同的控制方式， 并且修改控制参数或控制方式一般只可改变控制 程序即可，使用起来简单方便，可改善调节品质，提高产品的产量和质量。4、采用计算机除实现 PID 数字控制外，还能实现监控、数据采集、数字显 示等其他功能。综合考虑，本设计控制模块采用数字 PID 调节器。本系统是一个恒温箱的温度控制器。其控温范围是 50-120摄氏度。控制器 可以在线设定控制温度，并对温度进

16、行实时数码显示。当系统处于设定状态时， 数码管显示设定温度值，平时显示实际温度。当实际温度与设定温度偏差达小于 负2时，全功率加热电阻丝，当偏差值在正负 2的范围内时，实行PID控制来 达到控制温度的目的，当偏差值大于2时，停止加热，从而达到恒温控制的目的。 这样的一闭环控制系统，其控制速度快，超调小、线性控制精度高和实现成本低。根据上面分析，结合控制要求，总体方案确定如下为了使设计的成本低、 抗 干扰强，系统动态性能与稳态性能好的前提下，设计方案的总体结构框图如图1.4所示：按键AAT89S52EEPROM单LED显示控制继电器机温度米集A越限报警图1.4 设计总体结构框图此系统主要有单片机

17、系统、用户接口、温度控制电路、传感器等组成。单片机系统主要用来运行控制软件， 接受温度设定和控制指令，输入采样温度信 息，输出加热控制信号、温度显示数据。（1）用户接口包括温度显示，报警和按键三部分。由于控温范围为50-120摄氏 度，可以采用三位8段LED数码管显示。温度超过一定的范围报警。按钮设 置四个，分别为设定键、增键、减键和移位键。（2）DS18B2C采集到的就是为数字信号。（3） 继电器的接通时间来控制电阻丝的加热功率，而继电器的接通时间又由 P1.3上的触发 脉冲来控制。其中我主要负责按键、LED显示、温度采集第 2 章 恒温控制系统硬件设计考虑到尽量降低成本和避免与复杂的电路，

18、 此系统所用到的元器件均为常用 的电子器件。而主控器采用低功耗、高性能、片内含 8k byte 可反复檫写的 Flash、只读程序器CMOS位单片机AT89S52温度传感器采用 DALLAS公司生 产的单总线数字温度传感器 DS18B20采用控制端TTL电平，即可实现对继电器 的开关，使用时完全可以用 NPN 型三极管接成电压跟随器的形式驱动；单片机 所需要的+5V工作电源是通过220V交流电压通过变压、整流、稳压、滤波得到。 用DS18B20定时采集环境温度存到 EEPRQM通过三个LED实时显示采集到的温 度值，并用此温度与设定的温度比较，通过单片机对偏差进行PID运算，控制继 电器的通断

19、，加热或断开热敏电阻， 使温度上升或下降， 温度达到时断开继电器， 使温度自然下降， 不够时接通继电器加热， 控制显示器、 键盘并通过单片机来完 成键盘扫描与输出动态显示。2.1 AT89S52 单片机简介2.1.1 AT89S52 单片机资源简介AT89S52的结构如图2.1所示。由于它的广泛使用使得市面价格较 8155、 8255、8279要低，所以说用它是很经济的。 该芯片具有如下功能：有1个专 用的键盘/显示接口；有1个全双工异步串行通信接口；有 2个16位定时/ 计数器。这样，1个89S52,承担了 3个专用接口芯片的工作；不仅使成本大大 下降，而且优化了硬件结构和软件设计，给用户带

20、来许多方便。89S52有40个引脚，有32个输入端口（ I/O ），有2个读写口线，可以反 复插除。所以可以降低成本。主要功能特性：（1）兼容MCS5指令系统（2）32个双向 I/O 口线（ 3） 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断（4） 2 个串行中断口（ 5） 2 个外部中断源（ 6） 2 个读写中断口线（ 7）低功耗空闲和掉电模式（8）8k 可反复擦写（1000 次）Flash ROM(9) 256x8 bit 内部 RAM(10) 时钟频率0-24MHZ(11) 可编程UART串行通道(12) 共6个中断源(13) 3级加密位(14) 软件设置睡眠和唤醒功能2.1.2 AT89S

21、52 芯片1+2LnAu- 1 2 3 J i TJ plplflpllplflFlFlPopflpopopfl-PQHIPOxlJaP2P2MP2KP2P2P237沪353?322121心252723301MDPSEHn(r国2.2 时營电賂2.1.3 AT89S52单片机时钟和复位电路时钟电路单片机内部有一个高增益反向放大器，输入端为芯片引脚XTAJ，输出端为引脚XTAL2。而在芯片外部XTALi和XTAL?之间跨接晶体振荡器和微调电容， 从而构成一个稳定的自激振荡器。 晶体震荡频率高，则系统的时钟频率也高，单 片机运行速度也就快，但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印制电 路板的

22、工艺要求也高，所以，这里使用震荡频率为6MHZ勺石 英晶体。震荡电路产生的震荡脉冲并不直接是使用，而是经 分频后再为系统所用，震荡脉冲经过二分频后才作为系统的 时钟信号。在设计电路板时，振荡器和电容应尽量靠近单片 机，以避免干扰。需要注意的是：电路板时，振荡器和电容 应尽量安装得与单片机靠近，以减小寄生电容的存在更好的保障振荡器稳定、可靠的工作电路图如图2.2所示复位电路单片机的复位电路分上电复位和按键复位两种方式（a）上电复位：在加电之后通过外部复位电路的电容充电来实现的。当Vcc的上升时间不超过1ms就可以实现自动上电复位，即接 通电源就完成了系统的初始化电路原理图。RST上的电压必须保证

23、在斯密特触发器的阀值电压以上足够长时间，满足复位操 作的要求。（b）按键复位：程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆 脱困境，也需按复位键以重新启动。RST引脚是复位信号的输 入端，复位信号是高电平有效。按键复位又分按键脉冲复位（图2.3 ）和按键电平复位。电平复位将复位端通过电阻与Vcc相连，按键脉冲复位是利用RC分电路产生正脉冲来达到复位的。（c）注意：因为按键脉冲复位是利用 RC微分电路产生正脉冲来达到复位的。所以电平 复位要将复位端通过电阻与Vcc相连.如复位电路中R、C的值选择不当，使复位 时间过长，单片机将处于循环复位状态。故本设计采用按键复位。2 .2 DS18B20

24、数字温度传感器简介2.2.1 DS18B2C数字温度传感器资源简介新的一线器件DS18B20体积更小、适用电压更宽、更经济。美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器 DS1820是世界上第一片 支持一线总线接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-BOAR）专利技 术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全 新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发 挥“一线总线”的优点。目前 DS18B20批量采购价格仅10元左右。DS18B20 DS1822 一线总线数

25、字化温度传感器同DS1820-样，DS18B20也支持一线总线接口，测量温度范围为 -55 C+125 C,在-10+85C范围内，精度为土 0.5 G DS1822的精度较 差为土 2 Co现场温度直接以一线总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗 干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测 温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。DS18B20 DS1822的特性DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为土 0.5 G可选更 小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设

26、定，及用户设定的报警温度存储 在EEPRO中，掉电后依然保存。DS18B20勺性能是新一代产品中最好的！性能 价格比也非常出色！ DS1822与 DS18B2C软件兼容，是DS18B20勺简化版本。省 略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的 EEPROM精度降低为土 2 C,适用 于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。继一线总线的早期 产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。 DS18B20和DS1822使电压、 特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。2.2.2 DS18B20数字温度传感器引脚介绍DS18B20引脚定义：(1) DQ为数字信号

27、输入/输出端；(2) GND为电源地；(3) VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)DS18B20电路图参考图：DALLAS1SB2D13iBonoM VEI W T(吨IDS1SB20)1：DS18B20b形及引脚排列图2.2.3 DS18B20数字温度传感器的使用一、DS18B20勺主要特性(1) 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电(2) 独特的单线接口方式，DS18B2C在与微处理器连接时仅需要一条口线 即可实现微处理器与 DS18B20勺双向通讯(3) DS18B2C支持多点组网功能，多个 DS18B2C可以并联在唯一的三线上，

28、 实现组网多点测温(4) DS18B2C在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集 成在形如一只三极管的集成电路内(5) 温范围55C+ 125C，在-10+85C时精度为土 0.5 C(6) 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5 C、0.25 C、 0.125 C和0.0625 C,可实现高精度测温(7) 在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时 最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快(8) 测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU同 时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力(9) 负压特性：电源极性接反时

29、，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工 作。二、DS18B20的内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM温度传感器、 非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。三、DS18B2C工作原理DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数 因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改 变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在- 55C所对应的一

30、个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法 计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数， 如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器 中的数值即为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线 性，其输出用于修正计数器1的预置值。DS18B20有4个主要的数据部件：（1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是 该DS18B20勺地址序列码。64位光刻ROM勺排列是：开始8位（28H）是产品类 型标号，接着的48位是该DS18B

31、20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环 冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1。光刻ROM勺作用是使每一个DS18B20都各不相 同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20勺目的。（2） DS18B2C中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12位转化为 例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625 C/LSB形式表达, 其中S为符号位。表1: DS18B20温度值格式表LS byteBit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0232221202-1 2-22-32-4LS byteBit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit1

32、0Bit9Bit8百SSSSS222这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中,二进 制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于 0,这5位为0,只要将测到的 数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0,这5位为1,测到的数值 需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125C的数字输出为07D0H +25.0625 C的数字输出为0191H,-25.0625 C的数字输出为FF6FH -55C的数字输出为 FC90HTEMPERATUREDIGITAL OUTPUTDIGITAL OUTPUT+125C0000 0111 1101 0000

33、07D0H+85C0000 0101 0101 00000550H+25.0625 C0000 0001 1001 00010191H+10.125 C0000 0000 1010 001000A2H+0.50 C0000 0000 0000 10000008H0C0000 0000 0000 00000000H-0.5 C1111 1111 1111 1000FFF8H-10.125 C1111 1111 0101 1110FF5EH-25.0625 C1111 1110 0110 1111FE6FH-55 C1111 1100 1001 0000FC90HThe power on rese

34、t value of the temperature register is +85C(3) DS18B2C温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RASH个非易 失性的可电擦除的EEPRAM后者存放高温度和低温度触发器 TH TL和结构寄存(4) 配置寄存器该字节各位的意义如下：表3:配置寄存器结构TMR1R011111低五位一直都是1 , TM是测试模式位，用于设置 DS18B20在工作模式还是 在测试模式。在DS18B2C出厂时该位被设置为0,用户不要去改动。R1和R0用 来设置分辨率，如下表所示：(DS18B2C出厂时被设置为12位) 表4:温度分辨率设

35、置表R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5 ms1011位375 ms1112位750 ms四、高速暂存存储器高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5所示。当温度转换命 令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后， 数据格式如表1所示。对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换 为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表 5是对应的一部 分温度值。第九个字节是冗余检验字节。表5： DS18B2C暂存寄存器寄存器内容字节地址温度值低位（L

36、S Byte ）0温度值高位（MS Byte）11高温限值（TH2低温限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校验值8根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须 经过三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B2C进行复位操作，复位成功后发送 一条ROM旨令，最后发送RAM旨令，这样才能对DS18B2C进行预定的操作。复位 要求主CPU各数据线下拉500微秒，然后释放，当DS18B20攵到信号后等待16 60微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU攵到此信号表示复位 成功。表6: ROM旨令表指令约定代码功能读ROM33H读DS18B2C

37、温度传感器ROM中的编码（即64位地址）符合ROM55H发出此命令之后，接着发出64位ROM码，访问单 总线上与该编码相对的DS18B20使之作出响应，为 下一步对该DS18B20勺读写作准备搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS18B20勺个数和识别64位ROMfe址。为操作各器件作好准备跳过ROM0CCH忽略64位ROM6址，直接向DS18B2C发温度变换命 令，适用于单片机工作告警搜索命令0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。表6: RAMt令表指令约定代码功能温度变换44H启动DS18B20进行温度转换，12位转换时最厂为750MS（9位93.75MS。结

38、果存入内部9字节ROM中读暂存器0BEH读内部RAM中 9字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM勺3、4字节写上、下限温度数据命 令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。复制暂存器48H将RAM中第3、4字节的内容复制到 EEPROI中重调EEPROM1 0B8H将EEPROI中内容恢复到RAM中底第3、4字节读供电方式0B4H读DS18B20勺供电模式，寄生供电时 DS18B20发送 “0”，外接电源供电DS18B20发送“ 1”。2.3并行I/O接口芯片的选择在单片机控制系统中，经常利用I/O接口芯片来扩张CPU的并行I/O端口。 这类I/O接口芯片的种类很多。在单片机系统中，广泛应用的

39、I/O接口芯片是8155。2.3.1 In tel81558155是In tel公司研制的通用I/O接口芯片。AT89S52芯片和8155相连不仅可为外设提供两个八位I/O端口（ A 口和B 口）和一个六位I/O端口（ C 口）， 而且也为CPU提供一个256字节的RAM存储器和一个14位定时器/计数器。内部结构如下图所示CE KBIQMKLEMSEIPCJ11外朕17知H32353+3537沖12PCQ PCIPCIPC5PC*2181JJ图 2-4 8155 芯片引脚图2.3.2 内部结构8155 共有七部分电路组成，她们是双线数据总线缓冲器、地址锁存器、地 址译码器和读写编码盘、RAM存

40、储器、I/O寄存器、命令寄存器和状态寄存器以 及定时器 / 计数器等。双向数据总线缓冲器：该缓冲器是8位的，用于传送CPU寸RAM存储器的读 写数据。地址译码器：共八位，用于锁存 CPU送来的RAM单元地址和端口地址。 地址译码器和读写控制器：地址译码器的三位地址由地址锁存器输出端送来，译码后可以选中命令/状态寄存器、定时器/计数器和ABC三个I/O寄存器中 的某个工作。读写控制其接收 FD和WF线上的信息，实现对 CPU和8155间所传 信息的控制。RAM存储器，容量为256字节，主要用于存放实时数据。存储器存储单元地 址由地址锁存器输出端送来。I/O寄存器，分为ABC三个端口。A 口和B

41、口的I/O寄存器为8位，既可以 存放外设的输出数据又可以存放外设的输入数据； C 口的I/O寄存器只有6位， 用于存放 I/O 数据或命令 /状态信息。 8155在某一瞬间只能选中某个 I/O 寄存器 工作，这有CPU送给8155的命令字决定。命令寄存器和状态寄存器，皆为8位寄存器。命令寄存器存放CPL送来的命 令字，状态寄存器存放 8155 的状态字。定时器/计数器，这是一个二进制 14 位的减 1 计数器，计数器初值由 CPU 通过程序送来。定时器 /计数器由 T/N 输入线上脉冲减 1，每当计满溢出时可在 T/OUT线上输出一个终止脉冲。2.3.3 引脚功能（1）AD7-AD0（8条）：

42、AD7-AD0为地址/数据总线，常可和 MCS-51的P0 口相 接，用于分时的传送地址 /数据信息。I/O总线（22条）：PA7-PA0通用I/O线，用于传送A 口上的外设数据，数据外 送方向由8155命令字决定。PB7-PB0为通用I/O线，用于传送B 口上的外设数 据，数据传送的方向也是由8155命令字决定的。PC5-PC（为I/O数据/控制线， 共 6 条，通用 I/O 方式下，用作传送 I/O 数据，在选通 I/O 方式下，用作传送命 令/ 状态信息。（2）控制总线（ 8 条）RESET8155总清输入线，在RESETS上输入一个大于 600ns宽的正脉冲时， 8155立即处于总清状

43、态，A、B、C三口也定义为输入方式。CE和10/M: CE为8155片输入线，若CE=0则CPU选中本8155工作；否则，本 8155不工作。IO/M为I/O端口或RAM存储器的选通输入线；若10/ M=0则CPU 选中8155的RAM存储器工作；若IO/M=1，则CPU选中8155内某一寄存器工作。RD和 WR RD是8155的读/写命令输入线，WF为写命令线当 RD=0和 WR=1 时，8155处于读出数据状态；当 RD=1和 WR=0寸，8155处于写入数据状态。ALE为允许地址输入线，高电平有效。若 ALE=1贝U 8155允许AD7 AD0 上的地址锁存道“地址锁存器” ；否则， 8

44、155的地址锁存器处于封锁状态。 8155 的ALE常和MCS-51的同名端相连。T/IN 和 T/OUT：T/IN 实计数器输入线，其上脉冲用于对 8155片内 14位计 数器减10 T/OUT为计数器输出线，当14位计数器从计满回零时就可以在该引线 上输出脉冲波形，输出脉冲的形状和计数器工作方式有关。（3）电源线（2条）：Vcc为+5V电源输入线，Vss为接地线。第 3章 恒温控制系统模块分析设计3.1 温度的采集温度测量转换部分是整个系统的数据来源， 直接影响系统的可靠性0 传统的 温度测量方法是：温度传感器例如 AD590将测量的温度转换成模拟电信号，再 经过 A/D 转换器把模拟信号

45、转换成数字信号， 单片机再对采集的数字信号进行处 理3 0这种模拟数字混合电路实现起来比较复杂，滤波消噪难度大系统稳定性不 高，鉴于这些考虑，本设计采用数字式温度传感器DS18B200DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度的范围为 -55 C+125 C,现 场温度直接以“一线总线”的数字式传输，大大的提高了系统的抗干扰性0 DS18B20 为3引脚，DQ为数字信号输入/输出端；GNE为电源地；VDD为外接供电电源输 入端0温度采集电路模块如图2.4所示。DSB8B20勺3脚接系统中单片机的P1.4 口线，用于将采集到的温度送入单片机中处理， 2脚和 3脚之间接一个 4.7K 上 拉电阻

46、，即可完成温度采集部分硬件电路。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH和TL、配置寄存器OcoHvccVCCr34.7K,P14DS18B2冲的温度传感器可完成对温度的测量，以 12位转化为例：用16位 符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625C /LSB形式表达，其中S为符号位。 数据转换如下表2.1。表2.1DS18B20温度数据转换表LSBit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0Byte232221202-12-22-32-4MSBit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9B

47、it8ByteSSSSS262524这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中, 二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于 0,这5位为0,只要将测 到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0,这5位为1,测到的 数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125C的数字输出为07D0H +25.0625C的数字 输出为0191H, -25.0625 C的数字输出为FF6FH -55C的数字输出为 FC90HDS18B2C采集到的温度数字量存在 31H （高位），30H （低位3.2键盘和显示电路的设计3.2.1 按键设置本系统中

48、，采用四个按键实现温度的设定，分别为设定键、增键、减键和移 位键，温度值有三个位，通过移位键可以方便的设定温度值。并接在8155PC 口中。PC为读入口 表2.2按键功能按键键名功能SET键设定键或退出键使系统产生中断，进入设置状态或退出+键增键按一次当前值加1-键减键按一次当前值减1MO键移位键按一次移动到另一位设置电路参考图2.7 （在下面）3.2.2 LED数码管显示原理显示电路实行LED显示。这里采用八段共阳 LED A 口字段口，B为在字位 口。LED数码管结构简单，价格便宜。八段 LED显示管有八只发光二极管组成， 编号分别为a、b、c、d、e、f、gS、P,分别和同名管相连。八段

49、 LED数码显示 管原理简单，是通过同名管脚上所加电压高低来控制发光二极管是否点亮而显示 不同的字形的。例如，若在共阳LED管的SP g、f、e、d、c、b、a管脚上分别 加上80H控制电平（即SP上为TTL高电平，不亮，其余为0伏，亮），则LED 显示管显示字形“ 8”。80H是按照SP g、f、e、d、c、b、a顺序排列后的十六 进制编码（0为TTL低电平，1为TTL高电平），常称为字形码。因此，LED上显 示字形不同，相应字形码也不一样。LED管的显示可以分为静态显示和动态显示两种。（1）静态显示的特点是各个LED管能稳定地同时显示各自字形；动态显示 是指各LED轮流地一遍一遍显示各自字

50、符，人们因视觉气管惰性而看到的是各 LED似乎在同时显示不同字形。但是静态显示所需的硬件开锁大，CPU也无法预先知道什么时候需要改变LED的被显示字符。为了减少硬件开锁，提高系统可靠性和降低成本，单片机控制控制系统通常 采用动态扫描显示。在本电路图中，8031通过8155对三只共阳LED的接口电路； A 口和所有LED的a、b、c、d、e、f、g、SP引线相连，各LED控制端G和8155C 口相连，故B 口为字形口和C 口为字形口，因为 CPU可以通过C 口控制各LED 是否点亮。（2）动态显示采用软件法把欲显示十六进制 （或BCD码）转换为相应的字形 码，故它通常需要在RAM区建立一个显示缓

51、冲区。显示缓冲区内包含的存储单元 个数常和系统中LED的个数相等。显示缓冲区的起始很重要，它决定了显示缓冲 区在RAM中的位置。在本系统程序中，设置了 70H, 71H, 72H三个显示缓冲区。3.2.3 LED 接口电路显示采用3位共阳LED动态显示方式，显示内容有温度值的百位、十位、个 位，按键并接在8155PC口中，PC为读入口。显示电路实行LED显示，A 口字段口，B 口为在位选口，LED用动态显示，这里采用八段共阳 LED模块电路如下图2.7所示：14AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7429211ACE RDIO/MALE303?323334壬36TMROUTTMRIN

52、RESETPeopcpc2pc3pc4pc5 p p p p p p3839VS0设足键豳减讎8155Ighd图2.7 显示接口电路第4章 恒温控制系统各功能和软件设计4.1工作流程恒温箱在复位后处于停止加热的状态，此时，系统默认显示设定温度值为 50摄氏度。我们可以通过用设定键改变预设定温度，也可以直接启动运行。在 运行的过程中，系统不断的检测当前温度，并送往显示器显示，超过设定温度值 允许的范围后停止加热，当温度下降到上限（比设定温度大2度时）启动加热，实行PID计算达到控制温度的目的。当下降到下限（比设定温度小2以上）时,实行全功率控制。快速达到加热到设定温度的目的。这样不断的重复上述的

53、过程， 使温度保持在与设定的温度范围内。 当然，运行过程中，也可以随时地改变设定 温度，温度设定好之后运行，系统按新设定的温度运行。4.2主程序设计主程序应该包括各个的初始化工作，T0初始化，开中断、温度显示和键盘 的扫描以及看门狗子程序。其相应的程序框图以及程序见附录。T0初始化时，设定T0的计数器方式为2,初值为06H,故它的溢出中断时间为250个过零同步触发脉冲。而T1中断服务程序的执行时间必须满足 T0的这一时 间要求，因为T1的中断是嵌套在T0中断之中的。其中有LED显示子程序，按键温度设定子程序。主程序设计基本框图主程序;主程序汇编：MAIN: MOA,#03H;初始化8155 A

54、,B输出，C输入(方式控制字03H)MOV DPTR,#8000HMOVX DPTR,AMOV TMOD,#56H ; 定义T0为定时器计数方式 2,T1为方式1(01010110)MOV TL0,#06H;装入定时初值MOV TH0,#06HCLR PT0 ;T0为低中断优选MOV IE,#82H;开 T0 中断(10000010)SETB TR0;启动T0计数MIAN1:ACALL LED_DISPACALL BUTTONAJMP MIAN14.2.1 LED显示子程序LED采用动态显示，先由PA 口送段选码，PB 口送位选码，延时1MS指 向下一单元，判断是否 3 位显示完，完了返回，没完，位选码左移，继续显示。; 动态显示汇编子程序：LED_DISP: MOVR0,#00HMOVR1,#00HMOVA,#03H;A口输出， B 输出 C 输入MOVDPTR,#8000H; 命令状态字MOVX DPTR,AMOVR0,LED_NUM1; 显示存储首址送 R0MOVR1,0FEH;LED1 位选（字位码始址送 R1）MOVA,R1LED_1: MOVDPTR