基于大林算法的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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1、 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì) 2015/2016學(xué)年第二學(xué)期 設(shè)計(jì)課題：基于大林算法的電路溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專 業(yè)：__ __ 班 級(jí)： __ _ 學(xué) 號(hào)：___ _______ 姓 名：_______ _ _____ 2016年5月 目 錄 第一章 課題簡(jiǎn)介 1 1.1課題的目的 1 1.1.1 本機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能 1 1.1.2 擴(kuò)展功能： 1 1.2課題的任務(wù)及要求 1

2、第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 2 2.1 水溫控制系統(tǒng)的總體介紹 2 2.2 系統(tǒng)框圖 2 2.3 閉環(huán)系統(tǒng)的工作原理 2 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3 3.1 系統(tǒng)原理圖 3 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 第四章 大林控制算法設(shè)計(jì) 5 4.1 大林控制算法原理： 5 4.2 控制器的設(shè)計(jì)及公式推導(dǎo)過(guò)程 6 4.3 采樣周期的選擇： 7 第五章 水溫控制系統(tǒng)的仿真 7 5.1振鈴現(xiàn)象 7 5.2 Matlab仿真 9 5.2 大林算法控制系統(tǒng)編程設(shè)計(jì)： 10 5.3各模塊子程序設(shè)計(jì) 11 5.3.1主程序設(shè)計(jì) 11 5.3.2讀出溫度子程序 12 5.5.3數(shù)碼管顯示

3、模塊 13 5.5.4溫度處理程序 14 第六章 小結(jié)與體會(huì) 15 第七章 參考文獻(xiàn) 16 第八章 附錄 17 第一章 課題簡(jiǎn)介 1.1課題的目的 1.1.1 本機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能 （1）利用溫度傳感器采集到當(dāng)前的溫度，通過(guò)AT89S52單片機(jī)進(jìn)行控制，最后通過(guò)LED數(shù)碼管以串行口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 （2）可以通過(guò)按鍵任意設(shè)定一個(gè)恒定的溫度。 （3）將水環(huán)境數(shù)據(jù)與所設(shè)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)水溫低于設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟加熱設(shè)備，進(jìn)行加熱；當(dāng)水溫高于設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的自動(dòng)控制。 （4）當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，超出控制溫度范圍時(shí)，自動(dòng)蜂鳴報(bào)警。 1.1.2 擴(kuò)展

4、功能： （1）具有通信能力，可接收其他數(shù)據(jù)設(shè)備發(fā)來(lái)的命令，或?qū)⒔Y(jié)果傳送到其他數(shù)據(jù)設(shè)備。 （2）采用適當(dāng)?shù)目刂品椒▽?shí)現(xiàn)當(dāng)設(shè)定溫度或環(huán)境溫度突變時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。 （3） 溫度控制的靜態(tài)誤差。 1.2課題的任務(wù)及要求 一升水由800W的電熱設(shè)備加熱，要求水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。 （1）溫度測(cè)量范圍：10~100℃，最小區(qū)分度不大于1℃。 （2）控制精度在0.2℃以內(nèi)，溫度控制的靜態(tài)誤差小于1℃。 （3）用十進(jìn)制數(shù)碼管顯示實(shí)際水溫。 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 2.1

5、水溫控制系統(tǒng)的總體介紹 本次設(shè)計(jì)采用采樣值和鍵盤設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算的方法來(lái)簡(jiǎn)單精確地控制溫度。先通過(guò)鍵盤輸入設(shè)定溫度，保存在AT89S52單片機(jī)的指定單元中，再利用溫度傳感器DS18B20進(jìn)行信號(hào)的采集，送入單片機(jī)中，保存在采樣值單元。然后把采樣值與設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算，得出控制量，從而調(diào)節(jié)繼電器觸發(fā)端的通斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)將水溫控制在一定的范圍內(nèi)。當(dāng)水溫超出單片機(jī)預(yù)存溫度時(shí)，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。單片機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)完整的智能化的集數(shù)據(jù)采集、顯示、處理、控制于一體的系統(tǒng)。由傳感器、LED顯示單片機(jī)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制部分等組成。 2.2 系統(tǒng)框圖 DS18B2

6、0 溫度傳感器 LED顯示 指示燈 蜂鳴器 AT89S52單片機(jī) 加熱繼電器 按鍵 2.3 閉環(huán)系統(tǒng)的工作原理 本設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行溫度采集與控制。溫度信號(hào)由模擬溫度傳感器DS18B20采集輸入AT89S52，利用溫度傳感器采集到當(dāng)前的溫度，通過(guò)AT89S52單片機(jī)進(jìn)行控制，最后通過(guò)LED數(shù)碼管以串行口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示?？梢酝ㄟ^(guò)按鍵任意設(shè)定一個(gè)恒定的溫度。將水環(huán)境數(shù)據(jù)與所設(shè)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)水溫低于設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟加熱設(shè)備，進(jìn)行加熱；當(dāng)水溫高于設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的自動(dòng)控制。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，超出控制溫度范圍時(shí)，自動(dòng)蜂鳴報(bào)

7、警。用單片機(jī)控制水溫可以在一定范圍內(nèi)設(shè)定，并能在環(huán)境溫度變化時(shí)保持溫度不變。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)原理圖 在溫度測(cè)量控制系統(tǒng)中，實(shí)際溫度值由PT100恒流工作調(diào)理電路進(jìn)行測(cè)量。為了克服PT100線性度不好的缺點(diǎn)，在信號(hào)調(diào)理電路中加入負(fù)反饋非線性校正網(wǎng)絡(luò)；調(diào)理電路的輸出電壓經(jīng)ADC0808轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)AT89S51；對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波及標(biāo)定處理后，由3位7段數(shù)碼管顯示。輸入的設(shè)定值由4位獨(dú)立按鍵電路進(jìn)行設(shè)定，可分別對(duì)設(shè)定值的十位和個(gè)位進(jìn)行加1、減1操作。設(shè)定值送入單片機(jī)后，由另外一組3位7段數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管的段碼由74HC05驅(qū)動(dòng)，位碼由三極管2N2222A驅(qū)動(dòng)

8、。 系統(tǒng)采用PID閉環(huán)控制方案。將預(yù)置初值與溫度傳感器反饋信號(hào)比較得到偏差(e)進(jìn)行PID運(yùn)算處理得到控制量(u)，通過(guò)此量來(lái)控制加熱器的加熱時(shí)間，從而控制加熱功率。由于水本身具有很大的熱慣性，所以必須對(duì)水溫的變化趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)，并且根據(jù)需要及時(shí)反方向抑制，以防止出現(xiàn)較大的超調(diào)量的波動(dòng)。在PID控制中，積分環(huán)節(jié)（I）具有很強(qiáng)的滯后效應(yīng)，而微分環(huán)節(jié)（D）具有預(yù)見(jiàn)性，所以該方案最終采用PD算法，能夠很好的控制超調(diào)，并且穩(wěn)態(tài)誤差也很小。 圖3-1 系統(tǒng)原理圖 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基本的AVR硬件線路，包括以下幾部分： (1)復(fù)位線路的設(shè)計(jì) AT89S52已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)

9、計(jì)。并且在熔絲位里，可以控制復(fù)位時(shí)的額外 時(shí)間，故AVR外部的復(fù)位線路在上電時(shí)，可以設(shè)計(jì)得很簡(jiǎn)單：直接拉一只10K的電 阻到VCC即可(R6)。 為了可靠，再加上一只0.1uF的電容(C0)以消除干擾、雜波。 D3(1N4148)的作用有兩個(gè)：作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在Vcc+0.5V 左右，另一作用是系統(tǒng)斷電時(shí)，將R1(10K)電阻短路，讓C0快速放電，讓下一次來(lái)電時(shí)，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。 當(dāng)AVR在工作時(shí)，按下S0開(kāi)關(guān)時(shí)，復(fù)位腳變成低電平，觸發(fā)AVR芯片復(fù)位。 重要說(shuō)明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果你不需要復(fù)位按鈕，復(fù)位腳可以不接任何的零件，AVR芯片也能穩(wěn)定工作。即這部分不需要任何的

10、外圍零件。 圖3-2 復(fù)位電路設(shè)計(jì) （2）晶振電路的設(shè)計(jì) Mega16已經(jīng)內(nèi)置RC振蕩線路，可以產(chǎn)生1M、2M、4M、8M的振蕩頻率。不過(guò)， 內(nèi)置的畢竟是RC振蕩，在一些要求較高的場(chǎng)合，比如要與RS232通信需要比較精確的波特率時(shí)，建議使用外部的晶振線路。 早期的90S系列，晶振兩端均需要接22pF左右的電容。Mega系列實(shí)際使用時(shí)，這兩只小電容不接也能正常工作。不過(guò)為了線路的規(guī)范化，我們?nèi)越ㄗh接上。 重要說(shuō)明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果你不需要太高精度的頻率，可以使用內(nèi)部RC振 蕩。即這部分不需要任何的外圍零件。 圖3-3 晶振電路設(shè)計(jì) (3)電源設(shè)計(jì) AV

11、R單片機(jī)最常用的是5V與3.3V兩種電壓。本線路以轉(zhuǎn)換成5V直流電壓，電路需要變壓器把220交流電壓轉(zhuǎn)換成28V交流電，再通過(guò)整流器，把交流電轉(zhuǎn)化成直流電，通過(guò)7809和7805三端正電源穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化成直流5V。電源如圖3-4。 圖3-4 電源電路設(shè)計(jì)圖 第四章 大林控制算法設(shè)計(jì) 4.1 大林控制算法原理： 在許多工業(yè)過(guò)程中，被控對(duì)象一般都有純滯后特性，而且經(jīng)常遇到純滯后較大的對(duì)象。美國(guó)IBM公司的大林，在1968年提出了一種針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，含有純滯后對(duì)象的控制算法，具有較好的效果。 假設(shè)帶有純滯后的一階、二階慣性環(huán)節(jié)的對(duì)象為： 式中，為純滯后時(shí)間

12、，、為時(shí)間常數(shù)，K為放大系數(shù)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，設(shè)=NT，N為正整數(shù)。 大林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)合適的數(shù)字控制器，使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為具有時(shí)間純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，而且要求閉環(huán)系統(tǒng)的純滯后時(shí)間等于對(duì)象的純滯后時(shí)間。 4.2 控制器的設(shè)計(jì)及公式推導(dǎo)過(guò)程 - 電爐 溫度傳感器 D/A A/D 被控對(duì)象的傳遞函數(shù)： 采樣周期T=1s,期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時(shí)間常數(shù)： 設(shè)期望閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 系統(tǒng)的廣義對(duì)象傳遞函數(shù)： 系統(tǒng)廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為： 系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為： 數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為： 當(dāng)輸入為單位階躍時(shí)，

13、輸出為： 控制量的輸出為： 4.3 采樣周期的選擇： 在本實(shí)驗(yàn)中，定時(shí)中斷間隔選取100ms，采樣周期T要求既是采樣中斷間隔的整數(shù)倍，又要滿足，而由被控對(duì)象的表達(dá)式可知，所以取N=1，=T，=1s，取T=1s。 因?yàn)?，，因?yàn)椴蓸又芷赥=1s，定時(shí)中斷為1s，就是說(shuō)1個(gè)定時(shí)中斷后進(jìn)行采樣。 第五章 水溫控制系統(tǒng)的仿真 5.1振鈴現(xiàn)象 直接用上述控制算法構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)數(shù)字控制器輸出U（z)會(huì)以1/2采樣頻率大幅度上下擺動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為振鈴現(xiàn)象。 振鈴現(xiàn)象與被控對(duì)象的特性、閉環(huán)時(shí)間常數(shù)、采樣周期、純滯后時(shí)間的大小等都有關(guān)系。振鈴現(xiàn)象中的振蕩是衰減的，

14、并且于由被控對(duì)象中慣性環(huán)節(jié)的低通特性，使得這種振蕩對(duì)系統(tǒng)的輸出幾乎無(wú)任何影響，但是振鈴現(xiàn)象卻會(huì)增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的磨損。在交互作用的多參數(shù)控制系統(tǒng)中，振鈴現(xiàn)象還有可能影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)設(shè)法消除振鈴現(xiàn)象。 可引入振鈴幅度RA來(lái)衡量振蕩的強(qiáng)烈程度。振鈴幅度RA的定義為：在單位階躍信號(hào)的作用下，數(shù)字控制器D（z）的第0次輸出與第1次輸出之差值。 設(shè)數(shù)字控制器D(z)可以表示為： （5-1） 其中 （5-2） 那么，數(shù)字控制器D（z)輸出幅度的變

15、化完全取決于Q（z)，則在單位階躍信號(hào)的作用下的輸出為： （5-3） 根據(jù)振鈴的定義，可得： （5-4） 上述表明，產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象的原因是數(shù)字控制器D（z）在z平面上位于z=-1附近有極點(diǎn)。當(dāng)z=-1時(shí)，振鈴現(xiàn)象最嚴(yán)重。在單位圓內(nèi)離z=-1越遠(yuǎn)，振鈴現(xiàn)象越弱。在單位圓內(nèi)右半平面的極點(diǎn)會(huì)減弱振鈴現(xiàn)象，而在單位圓內(nèi)右半平面的零點(diǎn)會(huì)加劇振鈴現(xiàn)象。由于振鈴現(xiàn)象容易損壞系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此，應(yīng)設(shè)法消除振鈴現(xiàn)象。 大林提出了一個(gè)消除振鈴的簡(jiǎn)單可行的方法，就是先找

16、造成振鈴現(xiàn)象的因子，然后令該因子中的z=1.這樣就相當(dāng)于取消了該因子產(chǎn)生振鈴的可能性。根據(jù)終值定理，這樣處理后，不會(huì)影響輸出的穩(wěn)態(tài)值。 本設(shè)計(jì)的被控對(duì)象是含有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，大林算法求得的數(shù)字控制器為式： （5-5） 有可表示為式3-14所示： （5-6） 可能引起振鈴現(xiàn)象的因子是式3-15所示： （5-7） 其振鈴的幅度為： （5-8） 根據(jù)r值的不

17、同，有一下幾種情況： （1）當(dāng)r=0時(shí)，不存在振鈴極點(diǎn)因子，此時(shí)不產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象 （2）當(dāng)r=1時(shí)，存在一個(gè)極點(diǎn)z=-()； 當(dāng)τ<= 時(shí)，z≈-1，存在嚴(yán)重的振鈴。 當(dāng)r=2時(shí)，存在極點(diǎn)Z= 當(dāng)τ<

18、要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。 本部分詳細(xì)介紹了基于AT89S52單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)功能，可以將系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為若干個(gè)子程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，如溫度采集子程序，數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序、執(zhí)行子程序。采用Keil uVision3集成編譯環(huán)境和C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。本章從設(shè)計(jì)思路、軟件系統(tǒng)框圖出發(fā)，先介紹整體的思路后，再逐一分析各模塊程序算法的實(shí)現(xiàn)，最終編寫(xiě)出滿足任務(wù)需求的程序。 采集到當(dāng)前的溫度，通過(guò)LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示。通過(guò)按鍵任意設(shè)定一個(gè)恒定的溫度將水環(huán)境數(shù)據(jù)與所設(shè)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。當(dāng)水溫低于設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟加熱設(shè)備，進(jìn)行加熱；當(dāng)水溫高

19、于設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，超出控制溫度范圍時(shí)，自動(dòng)蜂鳴報(bào)警并對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。采用C語(yǔ)言編寫(xiě)代碼，鑒于篇幅限制及DS18B20的應(yīng)用已經(jīng)規(guī)范和成熟，本文僅就主程序流程圖和顯示子程序流程圖及其代碼進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)定時(shí)器T0 P3.4口的定時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。有關(guān)DS18B20的讀寫(xiě)程序，編程時(shí)序分析等請(qǐng)見(jiàn)附錄三。功能主程序流程圖主程序通過(guò)調(diào)用溫度采集子程序完成溫度數(shù)據(jù)采集，然后調(diào)用溫度轉(zhuǎn)換子程序轉(zhuǎn)換讀取溫度數(shù)據(jù)，調(diào)用顯示子程序進(jìn)行溫度顯示和判斷溫度數(shù)據(jù)。 主程序（見(jiàn)附錄二）調(diào)用四個(gè)子程序，分別是溫度采集程序、數(shù)碼管顯示程序、溫度處理程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序。 溫度采集程序：對(duì)溫度

20、芯片送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。 數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。 溫度處理程序：對(duì)采集到的溫度和設(shè)置的上、下限進(jìn)行比較，做出判斷，向繼電器輸出關(guān)斷或閉合指令。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序：對(duì)鍵盤的設(shè)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。 設(shè)定溫度值 顯示當(dāng)前溫度 判斷當(dāng)前溫度值 超過(guò)設(shè)定1℃ 低于設(shè)定1℃ 報(bào)警 報(bào)警 是 否 否 是 圖1 系統(tǒng)總流程圖 5.3各模塊子程序設(shè)計(jì) 5.3.1主程序設(shè)計(jì) 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，

21、其程序流程見(jiàn)圖2所示。 通過(guò)調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲(chǔ)中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開(kāi)存放在不同的兩個(gè)單元中，然后通過(guò)調(diào)用顯示子程序顯示出來(lái)。 開(kāi)始 調(diào)用讀溫度子程序 數(shù)字變換程序 顯示子程序 圖2 主程序流程圖 5.3.2讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。DS18B20的各個(gè)命令對(duì)時(shí)序的要求特別嚴(yán)格，所以必須按照所要求的時(shí)序才能達(dá)到預(yù)期的目的，同時(shí)，要注意讀進(jìn)來(lái)的是高位在后低位在前，共有12位數(shù)，小數(shù)4位，整數(shù)7位，還有一位符號(hào)位。 DS18B20的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)是通過(guò)時(shí)序處理位來(lái)確認(rèn)信息交換

22、的。當(dāng)總線控制器發(fā)起讀時(shí)序時(shí)，DS18B20僅被用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)給控制器。因此，總線控制器在發(fā)出讀暫存器指令[BEh]或讀電源模式指令[B4H]后必須立刻開(kāi)始讀時(shí)序，DS18B20可以提供請(qǐng)求信息。所有讀時(shí)序必須最少60us,包括兩個(gè)讀周期間至少1us的恢復(fù)時(shí)間。當(dāng)總線控制器把數(shù)據(jù)線從高電平拉到低電平時(shí)，讀時(shí)序開(kāi)始，數(shù)據(jù)線必須至少保持1us,然后總線被釋放在總線控制器發(fā)出讀時(shí)序后，DS18B20通過(guò)拉高或拉低總線上來(lái)傳輸1或0。當(dāng)傳輸邏輯0結(jié)束后，總線將被釋放，通過(guò)上拉電阻回到上升沿狀態(tài)。從DS18B20輸出的數(shù)據(jù)在讀時(shí)序的下降沿出現(xiàn)后15us內(nèi)有效。因此，總線控制器在讀時(shí)序開(kāi)始后必須停止把I/O

23、腳驅(qū)動(dòng)為低電平15us,以讀取I/O腳狀態(tài)。 DS18B20復(fù)位、應(yīng)答子程序 跳過(guò)ROM匹配命令 寫(xiě)入子程序 溫度轉(zhuǎn)移命令 寫(xiě)入子程序 延時(shí)顯示子程序 DS18B20復(fù)位、應(yīng)答子程序 跳過(guò)ROM匹配命令 寫(xiě)入子程序 讀溫度命令子程序 終止 圖3 讀出溫度子程序 5.5.3數(shù)碼管顯示模塊 本系統(tǒng)采用八位共陽(yáng)極數(shù)碼管，用模擬串口的動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)。其流程圖如圖4所示： 子程序入口 初始化 查表取段碼 位碼送譯碼器選通低位數(shù)碼管 數(shù)字是否顯示亮 關(guān)顯示 返回 段碼送驅(qū)動(dòng)顯示 顯示緩沖區(qū)左移 Y N 圖4 數(shù)碼管顯示流程圖 5.5.4溫度處

24、理程序 基于單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)通過(guò)DS18B20溫度傳感器采集到的溫度和設(shè)置的溫度上、下限進(jìn)行比較得出結(jié)果。如果低于下限溫度或是高于上限溫度，則報(bào)警器進(jìn)行進(jìn)行報(bào)警。 第六章 小結(jié)與體會(huì) 這次的課程設(shè)計(jì)分配到兩個(gè)人一組完成，雖然只有短短的兩周時(shí)間，但是通過(guò)這些天的學(xué)習(xí)使我收獲巨大，讓我更加深刻的復(fù)習(xí)了課本知識(shí)，使得自己在專業(yè)技能和動(dòng)手能力方面有了很大的提高，為以后自己進(jìn)入社會(huì)打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 在這次的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我與周航一組，我很感謝老師對(duì)我的指導(dǎo)及同學(xué)的幫助，我主要負(fù)責(zé)軟件的仿真，周航負(fù)責(zé)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在大林控制算法的設(shè)計(jì)中，遇到

25、了許多的難題，對(duì)于原理概念十分模糊，一些公式也忘了如何去使用，拿出了以前的課本對(duì)遺忘的知識(shí)進(jìn)行了回顧，在同學(xué)的幫助下，與周航的討論中一步一步的完成了控制器的設(shè)計(jì)和大林算法公式的推導(dǎo)。使得我能夠順利的完成此次的課程設(shè)計(jì)，通過(guò)完成這次的課程設(shè)計(jì)，使我深刻的體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)的重要性，這次的課程設(shè)計(jì)很，但兩人一組的團(tuán)隊(duì)的合作使課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單了許多，每個(gè)人都有明確的分工，這樣，再加上自己的努力終能取得成功。 感謝此次的課程設(shè)計(jì)讓我收獲良多！ 第七章 參考文獻(xiàn) [1]于海生主編，微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M]，北京:清華大學(xué)出版社，2009 [2]李小堅(jiān)

26、,趙山林,馮曉軍,龍懷冰.Protel DXP電路設(shè)計(jì)與制版實(shí)用教程(第2版).北京:人民郵電出版社.2009 [3]全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì).全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編（第一屆-第五屆）.北京: 北京理工大學(xué)出版社.2004 [4]張琳娜,劉武發(fā).傳感檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用.北京:中國(guó)計(jì)量出版社.1999 [5]沈德金,陳粵初. MCS-51系列單片機(jī)接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗?北京:北京航空航天大學(xué)出版社.1990 [6]周立功等.增強(qiáng)型80C51單片機(jī)速成與實(shí)戰(zhàn).北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2003.7 [7]馬忠梅等.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì).北京:北京航空航天大學(xué)出版社

27、社.1998.10 [8]胡漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社社.1996 [9]李志全等.智能儀表設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用.北京:國(guó)防工業(yè)出版社.1998.6 [10]何立民．MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:北京航空航天大學(xué)出版社.1990.1 第八章 附錄 附錄一：系統(tǒng)程序 #include //52系列頭文件 #include #define uchar unsigned char #define uint u

28、nsigned int sbit ds=P3^4; sbit dula=P2^6; sbit beep=P1^4; //定義蜂鳴器 sbit led=P1^1; sbit jdq=P1^0; uint temp,t,w; //定義整型的溫度數(shù)據(jù) uchar flag; float f_temp; //定義浮點(diǎn)型的溫度數(shù)據(jù) uint low; //定義溫度下限值 是溫度乘以10后的結(jié)果 uint high; //定義溫度的上限值 sbit led1=P1^0; //控制發(fā)光二極管 sbit led2=P1^1; //

29、控制發(fā)光二極管 sbit s1=P3^5; sbit s2=P3^6; sbit s3=P3^7; uchar flag1,flag2,flag3,flag4,s1num,qian,bai,shi,ge; uchar code table[]= { 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99, 0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xc6 }; //共陽(yáng)數(shù)碼管段碼表 uchar code table1[]= {0x40,0x79,0x24,0x30,0x19, 0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};//帶小數(shù)點(diǎn)的編碼

30、void delay(uchar z) //延時(shí)函數(shù) { uchar a,b; for(a=z;a>0;a--) for(b=100;b>0;b--); } void init() { EA=1; ET1=1; TR1=1; TMOD=0x10; TH1=(65536-4000)/256; TL1=(65536-4000)%256; flag=0; high=100; jdq=1; } void didi() { beep=0; led=0; delay(500); beep=1; led=1;

31、 delay(500); } void dsreset(void) //DS18b20復(fù)位， 初始化函數(shù) { uint i; ds=0; i=103; //延時(shí)最短480us while(i>0) i--; ds=1; //等待16-60us，收到低電平一個(gè)約60-240us則復(fù)位成功 i=4; while(i>0) i--; } bit tempreadbit(void) //讀1位數(shù)據(jù)函數(shù) { uint i; bit dat; ds=0;i++; ds=1;i++;i++;

32、 //i++起到延時(shí)作用 dat=ds; i=8; while(i>0)i--; return(dat); } uchar tempread(void) //讀1字節(jié)的數(shù)據(jù)函數(shù) { uint i,j,dat; dat=0; for(i=1;i<=8;i++) { j=tempreadbit(); dat=(j<<7)|(dat>>1); //讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個(gè)字節(jié)在dat里 } return(dat); } void tempwritebyte(uchar dat) //向DS18B20寫(xiě)一個(gè)

33、字節(jié)的數(shù)據(jù)函數(shù) { uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j<=8;j++) { testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb) //寫(xiě)1 { ds=0; i++;i++; ds=1; i=8; while(i>0) i--; } else //寫(xiě)0 { ds=0; i=8; while(i>0) i--; ds=1; i++;i++;

34、 } } } void tempchange(void) //DS18B20開(kāi)始獲取溫度并轉(zhuǎn)換 { dsreset(); delay(1); tempwritebyte(0xcc); //寫(xiě)跳過(guò)讀ROM指令 tempwritebyte(0x44); //寫(xiě)溫度轉(zhuǎn)換指令 } uint get_temp() //讀取寄存器中存儲(chǔ)的溫度數(shù)據(jù) { uchar a,b; dsreset(); delay(1); tempwritebyte(0xcc); //寫(xiě)跳過(guò)讀ROM指令 tempwritebyte(0xbe)

35、; //寫(xiě)溫度轉(zhuǎn)換指令 a=tempread(); //讀低8位 b=tempread(); //讀高8位 temp=256*b+a; f_temp=temp*0.0625; //溫度在寄存器中為12位，分辨率為0.0625 temp=f_temp*10+0.5; //乘以10表示小數(shù)點(diǎn)后面只取一位 return temp; //temp是整型 } void keyscan() { if(s1==0) {P2=0xff; delay(5); if(s1==0) {

36、 while(!s1); s1num++; if(s1num==1) { flag=1; } if(s1num==2) { s1num=0; flag=0; } } } if(s1num==1) { flag=1; if(s2==0) { delay(5); if(s2==0) { while(!s2); high+=10; if(high==1000)

37、 high=100; } } if(s3==0) { delay(5); if(s3==0) { while(!s3); high-=10; if(high==0) high=100; } } } } void main() //主函數(shù) { init(); while(1) { tempchange(); //溫度轉(zhuǎn)換函數(shù) if(temp

38、idi(); } if((temp>=high-10)&&(temp<=high)) { jdq=0; beep=1; } if((temp>high)&&(temp<=high+10)) { jdq=1; beep=1; } if(temp>high+10) { jdq=1; didi(); } } } void time1() interrupt 3 { TH1=(65536-4000)/256; TL1=(65536-4000)%256;

39、t++; keyscan(); if(flag==0) { if(t==4) t=0; switch(t) { case 1:P0=table[get_temp()/100]; P2=0xfd;break; case 2:P0=table1[get_temp()%100/10];P2=0xfb;break; case 3:P0=table[get_temp()%10]; P2=0xf7;break; } } if(flag==1) { if(t==4) t=0; switch(t)

40、 { case 0:P0=0xff; P2=0xfe;break; case 1:P0=0xff; P2=0xfd;break; case 2:P0=table[high/100]; P2=0xfb;break; case 3:P0=table[high%100/10]; P2=0xf7;break; } } } 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 1.簡(jiǎn)要敘述系統(tǒng)的工作原理。 2.簡(jiǎn)述復(fù)位電路設(shè)計(jì)原理。 3.系統(tǒng)如何產(chǎn)生報(bào)警？ 4.簡(jiǎn)述大林算法的原理。 5.采樣周期如何確立？ 23