1、 單片機溫度控制系統 一設計目的 通過基于單片機的溫度控制系統大型實驗，能綜合應用“微機原理”、“計算機控制技術”、“單片機的原理及應用”，“電子技術”以及“自控理論”等課程的基礎知識。初步掌握DDC系統和硬件設計、控制器算法設計及應用程序的設計、調試及系統調試。為畢業設計及今后DDC系統開發、研制打下了良好基礎。 二設計要求 設計基于單片計算機的溫度控制器。用于控制電加熱爐的溫度。具體要求如下: 1. 溫度連續可調，范圍為30150 2. 超調量%20% 3. 溫度誤差0.5 4. 人-機對話方便 5. 控制算法采用PID或改進的PID或其他算法. 三. 所需設備 1. 電加熱爐 2. DD

2、C控制器 四. 系統原理框圖 五. 單片機硬件系統框圖 六. 硬件原理圖 七. 硬件印刷板布置圖 八. 元器件明細表 九. 元器件數據資料 （一） BS211236 (4位共陰超高亮LED) （二） LM331 V/F變換器 （三） TD62783達林頓驅動器（8路） （四）AD590電流型集成溫度傳感器 1、AD590是美國模擬器件公司生產的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下： . 流過器件的電流（A）等于器件所處環境的熱力學溫度（開爾文）度數，即： （A/K） 1=TIr 式中：Ir流過器件（AD590）的電流，單位為A； T熱力學溫度，單位為K。 . AD590的測溫范圍為-55+

3、150。 . AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流Ir變化1A，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 . 輸出電阻為710M。 . 精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內，非線性誤差為0.32、AD590的基本應用電路 圖（a）是AD590的封裝形式，（b）是AD590用于測量熱力學溫度的基本應用電路。因為流過AD590的電流與熱力學溫度成正比，當電阻R 1和電位器R2的電阻之和為1k時，輸出電壓VO隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏

4、差，電阻也有誤差，因此應對電路進行調整。調整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調整電位器R2，使VO=273.2mV。或在室溫下(25)條件下調整電位器,使VO=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調整可保證在0或25附近有較高精度。 （五）常用數字電路引腳 74LS06為OC門，高壓輸出 74LS145為BCD十進制譯碼器，每一路輸出晶體管可吸收高達80mA的電流。 (六）驅動電子器件雙向晶閘管 一、單向晶閘管 晶閘管習慣上稱可控硅(整流元件)，英文名為Silicon Controlled Rectifier， 簡寫為SCR.這是一種大功率的半導體器件。它既有單向導電的整流作用

5、,又有可以控制的開關作用.利用它可用較小的功率控制較大的功率。在交、直流電動機調速系統，調功系統，隨動系統和無觸點開關等方面均獲得廣泛的應用。如圖所示，它的外部有三個電極：陽極A、陰極C、控制極（門極）G。 與二極管不同的是當兩端加上正向電壓而控制極不加電壓時，晶閘管并不導通，其正向電流很小，處于正向電流阻斷狀態；當加上正向電壓，且控制極上（與陰極間）也加上一個正向電壓時，晶閘管便進入導通狀態，這時管壓降很小（1V左右），這時即使控制電壓消失仍能保持導通狀態。所以控制電壓沒有必要一直存在。通常采用脈沖形式, 以降低觸發功耗。它不具有自關斷能力。要切斷負載電流,只有使陽極電流減小到維持電流以下,

6、或加上反向電壓實現關斷。若在交流回路中應用，當電流過零和進入負半周時，自動關斷，為了使其再次導通, 必須重加控制信號。 二、雙向控制開關 晶閘管應用于交流電路控制時，如圖所示，采用兩個器件反并聯，以保證電流能夠沿正反兩個方向流通。如果把兩只反并聯的SCR制作在同一塊硅片上，便構成雙向可控硅，控制極共用一個，使電路大大簡化，其特性如下： 控制極G上無信號，A1，A2之間呈高阻抗，管子截止。 VA1A21.5V時，不論極性如何，便可利用G觸發電流控制其導通。 工作于交流電時，當每一半周交替時，純電阻負載一般能夠恢復截止；但在感性負載情況下，電流相位落后于電壓。電流過零，可能反向電壓超過轉折電壓，使

7、管子反向導通。所以要求管子能夠承受這種反向電壓，而且一般要加上RC吸收回路。 A1，A2可以調換使用，觸發極性可正可負，但觸發電流有差異。 雙向可控硅經常用做交流電調壓,調功，調溫和無觸點開關。過去其觸發脈沖一般都用硬件電路產生。故檢測和控制都不夠靈活，而在單片機控制應用系統中則經常可以利用軟件產生觸發脈沖。 三、光耦合雙向可控硅驅動器 這種器件是一種單片機輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件。它由輸入和輸出兩部分組成，輸入部分是一砷化鎵發光二極管。該二極管在515mA正向電流作用下發出足夠強度的紅外線,觸發輸出部分。輸出部分是一硅光敏雙向可控硅，在紫外線的作用下可雙向導通。該器件為六引腳雙列

8、直插式封裝，其引腳配置和內部結構見下圖： 有的型號的光耦合雙向開關可控硅驅動器還帶有過零檢測器。以保證電壓為零(接近于零)時才可觸發可控硅導通。如MOC3030/31/32(用于115V交流)，MOC3040/41(用于220V交流)。 下圖是過零電壓觸發雙向可控硅驅動器MOC3040系列的典型應用電路。 在此圖中，加上門極電阻R3可提高抗干擾能力，R2為限流電阻，通過調節RIN可使IF=IFT(LED觸發電流)。對MOC3040，IFT=30mA；對MOC3041，IFT=15mA。 下表列出了MOTOROLA公司MOC3040、MOC3041光耦合雙向可控硅驅動器的參數。 (七) X250

9、45 現代單片機引用系統要求功能齊全、價格低廉。在單片機系統設計中，看門狗功能、斷電后能保存數據和上電、掉電復位電路功能對某些系統是非常必要的。武漢力源公司經銷的美國Xicor公司生產的X25045.就是集上述功能與一體的產品。該器件的應用將有利于簡化單片機系統的結構，提高系統的性能。 一、X25045的功能 X25045有三種功能：看門狗定時器、電壓監控和E2PROM. 1、看門狗 看門狗定時器對微控制器提供了獨立的保護系統。它提供了三種定時時間，可用編程原則200ms,600ms和6.4s,在設定的時間內如果沒有對X25045進行訪問，則看門狗以RESET信號做輸出響應，即變為高電平，延時

10、約200ms的穩定時間后RESET由高電平變為低電平。 2、電壓監控 上電時，電源電壓超過4.5V后，經過約200ms的穩定時間后RESET信號由高電平變為低電平。掉電時，電源電壓低于4.5V時，RESET信號立即變為高電平并一直保持到電源恢復到穩定為止。 3、E2PROM存儲器 X25045的存儲部分是COMS的4096位串行E2PROM。它在內部按照5128來組織。采用三線總線工作的串行接口一次最多可以寫4個字節。 二、外部引腳 引腳排列如圖所示。 SO：串行輸出。數據由此引腳移出，串行時鐘(SCK)的下沿同步輸出數據。 SI：串行輸入。所有操作碼字節地址以及寫入的數據在此引腳上輸入。數據

11、由串行時鐘的上升沿鎖存。 SCK：串行時鐘。 CS：片選。當WP為低電平時，X25045能工 作。CS電平變化將復位看門狗的定時器。 WP：寫保護。當WP低電平時向X25045的非易失性寫操作被禁止，但是器件的其他功能仍能正常工作。WP為高電平時所有功能正常。 RESET：復位。高電平有效，漏極開路輸出方式。用于電源檢測和看門狗時輸出。 Vss: 地。 Vcc: 電源電壓。有兩種芯片，一種是4.55.5 V，一種是2.75.5 V。三、工作原理 X25045共有條操作指令。如表。 其中WIP位由WREN指令設定為1，在下列情況之一可使WIP復位為0。 a執行WRDI。 b上電時。 c字節、頁或

12、狀態寄存器寫周期完成之后。 dWP腳變為低電平。 WEL是只讀位，在X25045的周期內該位為1，寫結束后為0，寫入周期約10ms。 BL0、BL1是對E2PROM 塊進行保護，對被保護的段只能讀（見下表一）。 WD0、WD1控制看門狗狀態。（見下表二） 十 軟件框圖示例 1、主程序框圖 定時器T0被初始化設定為：常數自動重裝8位定時/計數器方式，定時時間為250s，溢出產生中斷。中斷子程序中對各計數單元進行處理，建立程序運行的內部時鐘。 定時器T1被初始化設定為：計數方式。記錄一段時間內的外部輸入方波數。T1輸入端與V/F變換器輸出相連，讀取值與溫度成正比。 初始化后，各子程序順序調用執行，

13、但執行的頻率應不相同，如顯示子程序可控制為1ms執行一次，而采樣子程序只需1s執行一次，進入子程序后首先判斷時間計數器即可實現對子程序執行周期的控制。 2、顯示、鍵盤、輸出、采樣、PID處理等子程序結構圖 3、采樣子程序框圖 4、中斷子程序框圖： 5、顯示程序框圖 對顯示緩沖區內的數據逐個掃描輸出，每次只顯示一位，并輸出相應的位碼。 6、PID控制程序框圖 8、鍵盤掃描程序框圖 說明：在這里A通道是指SET鍵按下5秒后，即修改參數時，再按一次SET鍵的程序通道，通道B是按下一次SET鍵后，即修改設定值時，再按SET鍵的程序通道。送存子程序指的是把設定值送到內存的程序。 說明：在這里A通道是在修改參數后SET鍵按下5秒，即參數修改后送到相應的內存時的程序通道，通道B是在修改參數時按下一次SET鍵以改變所修改的參數的程序通道。送顯示指的是把要設定的值通過查表程序送到顯示緩