一．課程設計內容運用所學單片機、模擬和數(shù)字電路、以及測控系統(tǒng)原理與設計等方面的學問，設計出一臺以AT89C52為核心的恒溫箱限制器，對恒溫箱的溫度進行限制。完成恒溫箱溫度的檢測、限制信號的輸出、顯示及鍵盤接口電路等部分的軟、硬件設計，A/D和D/A轉換器件可自行確定，利用按鍵（自行定義）進行溫度的設定，同時將當前溫度的測量值顯示在LED上。恒溫箱限制器要求如下：目標穩(wěn)定溫度范圍為100攝氏度——50攝氏度。限制精度為±1度。溫度傳感器輸入量程：30攝氏度——120攝氏度，電流4——20mA。加熱器為溝通220V，1000W電爐。二．課程設計應完成的工作 1）硬件部分包括微處理器（MCU）、D/A轉換、輸出通道單元、鍵盤、顯示等；2）軟件部分包括鍵盤掃描、D/A轉換、輸出限制、顯示等；3）用PROTEUS軟件仿真實現(xiàn)；4）畫出系統(tǒng)的硬件電路結構圖和軟件程序框圖；5）撰寫設計說明書一份(不少于2000字)，闡述系統(tǒng)的工作原理和軟、硬件設計方法，重點闡述系統(tǒng)組成框圖、硬件原理設計和軟件程序流程圖。說明書應包括封面、任務書、書目、摘要、正文、參考文獻(資料)等內容，以及硬件電路結構圖和軟件程序框圖等材料。 注：設計說明書題目字體用小三，黑體，正文字體用五號字，宋體，小標題用四號及小四，宋體，并用A4紙打印。三．課程設計進程支配序號課程設計各階段名稱日期、周次1總體設計，硬件設計2012年12月24日~25日，17周2繪制軟件程序流程圖，編寫軟件2012年12月26日~28日，17周3軟、硬件仿真調試2012年12月27日，18周4軟、硬件仿真調試2013年1月2日~3日，18周5撰寫設計說明書2013年1月4日，18周四、．設計資料及參考文獻1．王福瑞等．《單片微機測控系統(tǒng)設計大全》．北京航空航天高校出版社，19992．《現(xiàn)代測控技術與系統(tǒng)》韓九強清華高校出版社2007.93．《智能儀器》程德福，林君主編機械工業(yè)出版社2005年2月4．《測控儀器設計》浦昭邦，王寶光主編機械工業(yè)出版社20015．KeilC51幫助文檔五．成果評定綜合以下因素：(1)說明書及設計圖紙的質量(占60%)。(2)獨立工作實力及設計過程的表現(xiàn)(占20%)。(3)回答問題的狀況(占20%)。 說明書和圖紙部分評分分值分布如下：需求分析與設計思路（10分）要求說明設計任務的具體技術指標準備如何實現(xiàn)，依據(jù)實現(xiàn)各技術指標的解決方法，提出總體設計的思路和解決方案，說明其中關鍵問題及其解決方法。總體方案設計（10分）依據(jù)設計思路，完成：1）軟件與硬件分工說明；2）硬件總體框圖；3）軟件結構圖。具體設計（35分）依據(jù)總體設計：1）用Proteus畫出電路原理圖；（10分）2）列出元件清單并說明元件選擇及參數(shù)選擇的依據(jù)；（5分）3）畫出單片機片內資源安排圖（或表）；（5分）4）畫出軟件流程圖；（10分）5）提交程序清單。（5分）運用說明（5分，第3）項為2分，其余每項1分。）1）性能和功能介紹；2）各操作開關、按鈕、指示燈、顯示器等的作用介紹；3）運用操作步驟；4）故障處理。目錄HYPERLINK一、摘要……………6HYPERLINK二、主要任務與目標………………7三、主要內容與基本要求………7四、恒溫箱限制系統(tǒng)的硬件設計…………………71.HYPERLINK系統(tǒng)設計…………………72.方案設計……………………8HYPERLINK五、恒溫箱限制系統(tǒng)框圖…………8六、功能模塊………………………8七、硬件設計及工作原理…………91.系統(tǒng)功能及工作流程介紹………………92.微處理器AT89C52…………9HYPERLINK3.溫度傳感器………………104.顯示部分…………………115.鍵盤輸入電路……………136.輸出限制…………………137.溫度越線報警電路………148.恒溫箱限制器硬件系統(tǒng)圖………………159.PID限制算法……………16八、系統(tǒng)的軟件設計……………181.溫度傳感器DS18B20模塊軟件設計…………………182.鍵盤管理模塊…………203.顯示模塊………………214.限制模塊………………215.溫度報警模塊…………216.PID限制程序設計……………………237.主程序模塊……………24九、硬件調試……………………25十、仿真調試……………………25十一、設計總結……………………25參考文獻…………26附錄1元件清單…………………27附錄2程序清單………………27緒論隨著社會發(fā)展的需求，人們對恒溫箱的應用和需求越來越廣泛，在工業(yè)生產和日常生活或科學試驗中，我們隨處都可以看到恒溫箱的應用。如，可以依據(jù)動物生活習性的須要限制飼養(yǎng)棚合適的溫度來進行孵卵或動物培育；在農業(yè)上，可用于種子的發(fā)芽；在科學試驗上，可產生恒溫環(huán)境用于各種細菌培育等；在醫(yī)學上，可用于做細菌培育、放射免疫分析、血清溶化、石臘熔化、試管消毒等。常用的恒溫箱主要分為三類：高溫恒溫箱(高于60℃)；中溫恒溫箱(-10～60℃)；低溫恒溫箱(低于-1O℃)。恒溫箱的溫度限制系統(tǒng)可分為人工調整和自動調整兩種方式，人工調整是通過溫度計進行測量后手動調整變壓器，從而限制產生熱量的大小；而自動調整往往通過熱電偶傳感器進行測溫，輸出電壓值，經放大后加到電機上驅動電機來調整變壓器，其優(yōu)點是可以連續(xù)、實時、精確的來限制溫度。基于單片機技術的溫控器和可編程溫度傳感器相結合運用是目前恒溫箱溫度限制較為先進的一種方式。單片機是一種集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)等部分于一體的器件，只須要外加電源和晶振就可實現(xiàn)對數(shù)字信息的處理和限制。因此，單片機廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)限制中。限制具有體積小、重量輕、價格低、牢靠性高、耗電少和敏捷機動等很多優(yōu)點，因此假如能利用單片機進行溫度的測量和限制，將會大大提高溫度測量和限制的牢靠性和敏捷性。單片機對溫度測量限制過程是借助于傳感器、A/D轉換器以及擴展接口和執(zhí)行機構來進行的。在閉環(huán)型過程限制中，過程的實時參數(shù)由傳感器和A/D轉換器來實時采集，并由單片機自動記錄、處理并限制執(zhí)行機構動作來進行調整和限制。因此須要對單片機進行擴展和開發(fā)，來形成整個單片機溫度限制系統(tǒng)。一、主要任務與目標：恒溫限制在工業(yè)生產過程中舉足輕重，溫度的限制干脆影響著工業(yè)生產的產量和質量。本課題基于單片機設計一個恒溫箱限制系統(tǒng)，系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，其中硬件包括數(shù)據(jù)采集、顯示、限制、報警及溫度傳感器的設計，軟件包括鍵盤管理程序設計、顯示程序設計、限制程序設計和溫度報警程序設計。能夠實現(xiàn)設置和調整初始溫度值，進行數(shù)碼顯示，當加熱到設定值后馬上報警。設計過程中設計的限制方案能夠保證精度，考慮系統(tǒng)的平安性、牢靠性和穩(wěn)定性。二、主要內容與基本要求：1.主要內容：（1）了解溫度傳感器特點及其適用范圍，針對恒溫箱進行合理的選型；（2）駕馭限制器單片機的有關學問，并熟識其編程；（3）對單片機測控程序及其接口技術作重點的駕馭；（4）在以上幾個內容的基礎上，進行課題的總體設計，繪制系統(tǒng)的總體電路。選擇合適的相關硬件，最終完成本課題的設計。2．基本要求：運用所學單片機、模擬和數(shù)字電路、以及測控系統(tǒng)原理與設計等方面的學問，設計出一臺以AT89C52為核心的恒溫箱限制器，對恒溫箱的溫度進行限制。完成恒溫箱溫度的檢測、限制信號的輸出、顯示及鍵盤接口電路等部分的軟、硬件設計，A/D和D/A轉換器件可自行確定，利用按鍵（自行定義）進行溫度的設定，同時將當前溫度的測量值顯示在LED上。三、恒溫箱限制系統(tǒng)的硬件設計1.系統(tǒng)設計要求1)目標穩(wěn)定溫度范圍為100攝氏度——50攝氏度。限制精度為±1度。2)溫度傳感器輸入量程：30攝氏度——120攝氏度，電流4——20mA。加熱器為溝通220V，1000W電爐。3)鍵盤按鍵輸入,具有設定、加溫、減溫、復位等。4)顯示功能,數(shù)碼管顯示設定值與當前所測溫度值。5)具有超溫報警功能。6)具有掉電愛護功能。2.方案設計1)以應用廣泛、性能牢靠的MCS51系列單片機組成限制系統(tǒng)。2)溫度采樣選擇數(shù)字溫度傳感器DS18B20。3)利用PP40微型打印機進行溫度記錄打印。4)單片機與上位機通信采納MAX489構成標準RS-422A通信接口。5)鍵盤為8鍵式,完成設定、增溫、降溫、清除、模式切換、復位、,3位數(shù)碼管循環(huán)顯示設定與檢測的溫度。四、恒溫箱限制系統(tǒng)框圖五、功能模塊依據(jù)上面對工作流程的分析，系統(tǒng)軟件可以分為以下幾個功能模塊：(1)鍵盤管理：監(jiān)測鍵盤輸入，接收溫度預置，啟動系統(tǒng)工作。(2)顯示：顯示設置溫度及當前溫度。(3)溫度檢測及溫度值變換(4)溫度限制：依據(jù)檢測到的溫度限制電爐工作。(5)報警：當預置溫度或當前爐溫越限時報警。六、硬件設計及工作原理1.系統(tǒng)功能及工作流程介紹依據(jù)恒溫箱限制器的功能要求，并結合對51系列單片機的資源分析，即單片機軟件編程自由度大，可用編程實現(xiàn)各種限制算法和邏輯限制。所以采納AT89C52作為電路系統(tǒng)的限制核心。按鍵將設置好的溫度值傳給單片機，通過溫度顯示模塊顯示出來。初始溫度設置好后，單片機開啟輸出限制模塊，使電熱器起先加熱，同時將從數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量到的溫度值實時的顯示出來，當加熱到設定溫度值時，單片機限制聲光報警模塊，發(fā)出聲光報警，同時關閉加熱器。當自然冷卻到設定溫度50攝氏度以下時，單片機再次啟動加熱器，如此循環(huán)反復，以達到恒溫限制的目的。系統(tǒng)結構框圖如圖1所示，系統(tǒng)基本硬件電路圖如圖所示，在本系統(tǒng)中，DP1～DP3用于七段數(shù)碼顯示；P1.0用于接收DS18B20采集到的數(shù)字溫度信號；P1.6限制光電開關，確定電加熱器是否工作；KEY1～KEY3即P1.1，P1.2，P1.3用于按鍵限制；P1.7和P1.5用于限制揚聲器和發(fā)光二極管，進行聲光報警；串行口用于輸出顯示段碼；P2.0、P2.1用于對數(shù)碼管進行動態(tài)掃描。2.微處理器AT89C52AT89C52單片機是最新的一種低功耗、高性能內含SK字節(jié)閃電存儲器的8位CMOS微限制器，與工業(yè)標準MCS—51指令系列和引腳完全兼容有超強的加密功能，其片內閃電存儲器的編程與擦除完全用電實現(xiàn)，數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，編程/擦除速度快，它的主要特點有：(1)內部程序存儲器為電擦除可編程只讀存儲器EEPROM，容量SKB，內部數(shù)據(jù)存儲器容量256B(不包括專用寄存器)，外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間64KB，外部程序存儲器尋址空間64KB；(2)有三個16位的定時器/計數(shù)器；(3)可利用兩根I/O口線作為全雙工的串行口，有四種工作方式，可通過編程選定；(4)內部ROM中開拓了四個通用工作寄存器區(qū)，共32個通用寄存器，以適應多種中斷或子程序嵌套的狀況；(5)內部有6個中斷源，分為二個優(yōu)先級，每個中斷源優(yōu)先級是可編程的；(6)堆棧位置是可編程的，堆棧深度可達128字節(jié)；(7)內部有一個由干脆可尋址位組成的布爾處理機，在指令系統(tǒng)中包含了一個指令子集，專用于對布爾處理機的各位進行各種布爾處理，特殊適用于限制目的和解決邏輯問題AT89C52其引腳結構3.溫度傳感器采納數(shù)字溫度傳感器DS18B20，DS18B20供應九位溫度讀數(shù)，測量范圍-55℃~125℃，采納獨特1-WIRE總線協(xié)議，只需一根口線即實現(xiàn)與MCU的雙向通訊，具有連接簡潔，高精度，高牢靠性等特點。并且,DS18B20支持一主多從,若想實現(xiàn)多點測溫,可便利擴展。DS18B20采納的是1－Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89C52單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必需采納軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。DS18B20的特點：（1）獨特的單線接口方式，與單片機通信只需一個引腳，DS18B20與微處理器連接時僅須要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。

（2）在運用中不須要任何外圍元件。

（3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0～+5.5V。

（4）測溫范圍為-55～+125℃。在-10～+85℃范圍內誤差為0.5℃。

（5）通過編程可實現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀數(shù)方式。

（6）用戶可自設定非易失性的報警上下限值。

（7）支持多點組網功能，通過識別芯片各自唯一的產品序列號從而實現(xiàn)單線多掛接，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的線上，簡化了分布式溫度檢測的應用，實現(xiàn)多點測溫。

（8）負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。（9）告警找尋吩咐可以識別和尋址那些溫度超出預設告警界限的器件。（3）DS18B20在電路中的連接，見圖。（2）1-wire總線支持一主多從式結構，硬件上需外接上拉電阻。當一方完成數(shù)據(jù)通信須要釋放總線時，只需將總線置高點平即可；若須要獲得總線進行通信時則要監(jiān)視總線是否空閑，若空閑，則置低電平獲得總線限制權。DS18B20測溫電路4.顯示部分顯示采納3位共陽LED動態(tài)顯示方式,顯示內容有溫度值的十位、個位及小數(shù)點后一位。用P2口作為段控碼輸出，并用74ls164作驅動。P0.0—P0.2作為位控碼輸出，用PNP型三極管做驅動.5.鍵盤輸入電路鍵盤設定：用于溫度設定。共三個按鍵。KEY1（P1.1）:狀態(tài)切換；溫度設置確認；溫度重新設置。KEY2（P1.2）:設置溫度“+”。KEY3（P1.3）:設置溫度“-”。6.輸出限制采納光電藕合器，限制信號與輸出信號可以很好的隔離，增加了系統(tǒng)的平安性和抗干擾實力。輸出限制電路，MOC3021內部帶有過零限制電路,MOC3021輸出端額定電壓為400V。加熱電路中采納MOC3021的目的有兩個:其一是實現(xiàn)強電與弱電的隔離;其二是實現(xiàn)雙向可控硅的過零觸發(fā),從而使流過雙向可控硅的電流波形為正弦波,削減諧波。電路連接如圖所示，其在電路中的工作原理是單片機依據(jù)傳感器和設定開關輸入的限制指令，限制電器的電源通斷。SW1為雙向開關,其最大通態(tài)電流為1A。當電源限制電路的輸出管腳P1.6送出的開關限制指令為高電平，MOC3021截止，Q2截止，電器被關閉；當電源限制電路的輸出管腳P1.6送出的開關限制指令為低電平，MOC3041導通，Q2導通，電器被打開。通過MOC3021內部的過零觸發(fā)電路，保證Q2在電壓過零時導通和截止，對供電系統(tǒng)干擾微小。R6和C6是Q2的愛護電路。光耦限制輸出電路7.溫度越線報警電路報警電路如圖所示，該電路采納一個小功率三極管Q2驅動蜂鳴器,當單片機接收到超額溫度信號或危急信號時,輸出腳P1.7輸出高點平,Q2導通，致使蜂鳴器得電工作，發(fā)出報警聲。同時，電路中的發(fā)光二極管指示出電路的工作狀態(tài)。 報警電路8.恒溫箱限制器硬件系統(tǒng)圖9.PID限制算法(1)PID的數(shù)學模型PID限制是一種比較成熟的限制理論,它通過比例、積分、微分三部分的合理組合可以用比較簡潔的方法獲得令人滿足的限制效果。PID的數(shù)學模型如圖表示：PID數(shù)學模型給定值R(t)與實際值Y(t)構成限制誤差:E（t）=R（t）-Y（t）式2-1PID限制器依據(jù)E(t)將誤差的比例(P)、積分(I)、和微分(D)通過線性組合構成限制量，對受控對象進行限制，其限制規(guī)律如式2所示:U(t)=KP[e(t)+]式2-2U(t)——限制器輸出函數(shù);E(t)——限制器誤差函數(shù);KP——比例系數(shù);Ti——積分時間常數(shù);Td——微分時間常數(shù)。一個最簡潔的限制器可以只有比例部分，它能夠產生與輸入信號成比例的輸出信號，所以誤差一旦產生，限制器馬上就有限制作用，使被限制量朝著減小誤差的方向變更，限制作用的強弱取決于比例系數(shù)KP。比例限制的缺點是不能在設置點和反饋點之間產生零誤差(靜差)，為了產生有限的輸出信號，必需保持這種靜差。加大KP可以減小靜差，但是KP過大會導致動態(tài)性能變壞，甚至會使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。為了消退這種靜差，可以引入積分限制環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)能對誤差進行記憶并積分，即使只存在很小的偏差，也可以將其積分后作用于操作部分，有利于消退靜差。但是積分作用具有滯后特性，它總是滯后于偏差的存在，這樣會使系統(tǒng)易于振蕩，結果往往超調，使被控變量波動很大。積分限制常用于補償高精度的限制系統(tǒng)。微分限制能對誤差進行微分，敏感出誤差的變更趨勢，將預期的動作作用于操作部分，增大微分限制作用可以加快系統(tǒng)的響應，使超調量減小，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。缺點是微分限制對干擾同樣敏感，使系統(tǒng)抑制干擾的實力降低。微分限制可用于補償快速變更的限制系統(tǒng)。(2)PID限制規(guī)律的離散化為了用計算機實現(xiàn)PID限制，必需將式表示PID限制規(guī)律的連續(xù)形式變成離散形式，才能通過編程實現(xiàn)。若設溫度采樣周期為T,第n次采樣得到的輸入偏差為en,輸出為Un。微分用差分代替式2-3積分用求和代替式2-4這樣PID限制器限制算法的離散形式改寫為式2-5這種算法的缺點是，由于是全量輸出，所以每次輸出均與過去的狀態(tài)有關，計算時要對E(n)進行累加，所以計算機工作量大。而且，因為計算機輸出的U(n)對應的是執(zhí)行機構的實際位置，假如計算機出現(xiàn)故障，u(n)的大幅度變更會引起執(zhí)行機構位置的大幅度變更，這種狀況往往是生產實踐中不允許的，在某些場合，可能造成重大的生產事故，因此產生了增量式PID限制的限制算法。所謂增量式PID限制算法是指數(shù)字限制器的輸出只是限制量的增量U(n)。當執(zhí)行機構須要的是限制量的增量時，可由式導出供應增量的PID限制算法。依據(jù)遞推規(guī)律得:式2-6用式2-5減去式2-6可得：式2-7改寫成：=式2-8事實證明，對于PID這樣簡潔的限制器，能夠適用于廣泛的工業(yè)和民用對象，并以其很高的性價比在市場中占主導地分反映了PID限制，但在工業(yè)限制過程中常常會遇到大滯位，充后、時變的、非線性的困難系統(tǒng)，其中有的是非線性系統(tǒng);有的帶有延時和隨機干擾;有的無法獲得較精確的數(shù)學模型或者模型特別粗燥。對于以上這些系統(tǒng)，假如采納常規(guī)的PID限制器，則難以整定PID參數(shù)，因此比較難以達到預期的限制效果。同時，在實際生產現(xiàn)場，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，常規(guī)PID限制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對運行工礦的適用性很差。七、系統(tǒng)的軟件設計軟件描述：在軟件設計時，必需先弄清恒溫限制系統(tǒng)的操作過程和工作過程。加熱器起先時處于停止狀態(tài)，首先設定溫度，顯示器顯示溫度，溫度設定后則可以啟動加熱。溫度檢測系統(tǒng)不斷檢測并顯示系統(tǒng)中的實時溫度，當達到設定值后停止加熱，當溫度下降到下限(小于設定值1℃)時再自動啟動加熱，這樣不斷的循環(huán)，使溫度保持在設定范圍之內。啟動加熱以后就不能再設定溫度，因為溫度的設定可以依據(jù)試驗要求變更。若要變更設定的溫度，可以先按復位／停止鍵再重復上述過程。依據(jù)以上對操作和工作過程的分析，程序應分為兩個階段：一是通電或復位后到啟動加熱，程序主要是按鍵設定、顯示器顯示設定溫度；二是檢測并顯示系統(tǒng)的實時溫度，并依據(jù)檢測的結果限制電熱器，這時系統(tǒng)不接收鍵盤的輸入。因此，程序可以分為以下幾個功能模塊：溫度設定和啟動；顯示；溫度檢測；溫度限制以及報警。1、溫度傳感器DS18B20模塊軟件設計DS18B20上電后處于空閑狀態(tài),須要限制器發(fā)能完成溫度轉換。DS18B20的單線通訊功能是分時完成的，具有嚴格的時序要求，而AT89C2052單片機并不支持單線傳輸,必需采納軟件的方法來模擬單線的協(xié)議時序。DS18B20的操作必需嚴格依據(jù)協(xié)議進行。工作協(xié)議流程為：主機發(fā)復位脈沖初始化DS18B20→DS18B20發(fā)響應脈沖→主機發(fā)ROM操作指令→主機發(fā)存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。對DS18B20操作時，首先要將它復位。復位時，DQ線被拉為低電平，時間為480～960us；接著將數(shù)據(jù)線拉為高電平，時間為15～60us；最終DS18B20發(fā)出60～240us的低電平作為應答信號，這時主機才能進行讀寫操作。進行寫操作時，將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產生寫起始信號。從DQ線的下降沿起計時，在15us到60us這段時間內對數(shù)據(jù)線進行檢測，如數(shù)據(jù)線為高電平則寫1；若為低電平，則寫0，完成了一個寫周期。在起先另一個寫周期前，必需有1us以上的高電平復原期。每個寫周期必須要進行寫操作時，將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產生寫起始信號。從DQ線的下降沿起計時，在15us到60us這段時間內對數(shù)據(jù)線進行檢測，如數(shù)據(jù)線為高電平則寫1；若為低電平，則寫0，完成了一個寫周期。在起先另一個寫周期前，必需有1us以上的高電平復原期。每個寫周期必須要有60us以上的持續(xù)期。讀操作時，主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平1us以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產生讀起始信號。從主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平起15us至60us，主機讀取數(shù)據(jù)。每個讀周期最短的持續(xù)期為60us，周期之間必需有1us以上的高電平復原期。溫度轉換讀取溫度數(shù)值程序流程如圖所示。溫度轉換讀取溫度數(shù)值程序流程2、鍵盤管理模塊鍵盤管理子程序流程如圖所示。當通電或復位以后，系統(tǒng)進入鍵盤管理狀態(tài)，單片機只接收設定溫度和啟動。當檢測到有鍵閉合時先去除抖動，這里采納軟件延時的方法，延時一段時間后，再確定是否有鍵閉合，然后將設定好的值送入預置溫度數(shù)據(jù)區(qū)，并調用溫度合法檢測報警程序，當設定溫度超過最大值如100℃時就會報警，最終當啟動鍵閉合時啟動加熱。鍵盤設定：用于溫度設定。共三個按鍵。KEY1（P1.1）:狀態(tài)切換；溫度設置確認；溫度重新設置。KEY2（P1.2）:設置溫度“+”。KEY3（P1.3）:設置溫度“-”。系統(tǒng)上電后，數(shù)碼管全部顯示為零，依據(jù)按KEY1次數(shù),確定顯示的狀態(tài)，依據(jù)相應的狀態(tài)，利用KEY2、KEY3進行加減，當溫度設定好之后，再按KEY1確定，系統(tǒng)起先測溫，啟加熱器。3、顯示模塊顯示子程序的功能是將緩沖區(qū)的二進制數(shù)據(jù)先轉換成3個BCD碼，再將其分別存入百位、十位、個位3個顯示緩沖區(qū)，送往串行口，利用單片機的P0口進行掃描，讓數(shù)據(jù)動態(tài)的顯示出來，可顯示設置溫度和測量溫度。4、限制模塊溫度限制子程序流程如圖所示，將當前溫度與設定好的溫度比較，當當前溫度小于設定溫度時，開啟電熱器；當當前溫度大于設定溫度時，關閉電熱器；當二者相等時，電熱器保持這一狀態(tài)。5、溫度報警模塊報警子程序流程如圖所示。依據(jù)設計要求，當檢測到當前溫度值高于設定溫度值1℃時報警，報警的同時關閉電熱器。為了防止誤報，設置了報警允許標記，只有在允許報警的狀況下，溫度值高于設定溫度值時才報警。6、PID限制程序設計由式2-8可以改寫成：P(K)=P(K-1)+KP[E(K)-E(K-1)]+KI·E(K)+KD[E(K)-2E(K-1)+E(K-2)]=P(K-1)+PP+PI+PD式6-1依據(jù)式6-1編程，相應的程序框圖如圖所示：7、主程序模塊主程序主要完成加熱限制系統(tǒng)各部件的初始化和實現(xiàn)各功能子程序的調用，以及實際測量中各個功能模塊的協(xié)調在無外部中斷申請時，單片機通過循環(huán)對外部溫度進行實時顯示。把設置鍵作為外部中斷0，以便能對數(shù)字按鍵進行相應處理。主程序流程圖如八、硬件調試依據(jù)設計的原理電路做好試驗樣機，便進入硬件調試階段。調試工作的主要任務是解除樣機故障，其中包括設計錯誤和工藝性故障。九、仿真調試在硬件調試通過后，依據(jù)硬件電路，在keil上編寫出單片機的主程序和相應的子程序。調試編譯后生成hex文件，加載到52單片機中，起先調試，依據(jù)led的顯示推斷程序的對錯，直到調試結果與設計的要求為止。在這個過程中要不斷的修改編寫的程序，有時候還要適當?shù)男薷挠布娐贰Ｊ⒃O計總結我們的溫度限制系統(tǒng)是基于AT89S52單片機的設計方案，她能實時顯示當前溫度，并能依據(jù)用戶的要求作出相應的限制。此系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)，工作穩(wěn)定穩(wěn)定性高,限制精度高,利用模糊限制算法使超調量大大降低。軟件采納模塊化結構,提高了通用性。本設計的目的不僅僅是溫度限制本身,主要供應了單片機外圍電路及軟件包括限制算法設計的思想,應當說,這種思想比限制系統(tǒng)本身更為重要。設計所達到的性能指標1.1溫控系統(tǒng)的標度誤差我們將標準溫度計和溫控系統(tǒng)探頭放人同一容器中，選定若干不同的溫度點，記錄下標準溫度計顯示的溫度和溫控系統(tǒng)顯示的溫度進行比較。測量數(shù)據(jù)如下表2所示：表2標準溫度計測量的溫度和溫控系統(tǒng)顯示的溫度標準溫度計和溫控系統(tǒng)顯示的溫度（℃）標準溫度計：57.863.072.885.190.9溫控系統(tǒng)：58.362.973.085.590.5差值比較：0.50.10.20.4-0.4標度誤差：1.5%1.2溫控系統(tǒng)的靜態(tài)誤差通過測量在不同的溫度點同標準溫度的溫度差來確定溫控系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。其測量數(shù)據(jù)如下表3：表3標準溫度和溫控系統(tǒng)顯示的溫度標準溫度和溫控系統(tǒng)顯示的溫度（℃）標準溫度：60.070.083.090.2系統(tǒng)顯示值：59.670.083.390.5差值：-0.400.30.3靜態(tài)誤差0.18℃1.3溫控系統(tǒng)的限制精度通過設定不同的溫度值，使加熱器加熱，待溫度穩(wěn)定時記錄各溫度點的溫度計數(shù)據(jù)和溫控系統(tǒng)的顯示值。其記錄數(shù)據(jù)如下表4：溫度計讀數(shù)和溫控系統(tǒng)顯示的溫度（℃）設定溫度值：55.065.075.087.091.0系統(tǒng)顯示值：54.164.674.986.191.2差值：0.1-0.9-0.1-0.90.2限制精度0.45℃超調量0.83%結果分析論述我們的系統(tǒng)完全滿足設計要求，靜態(tài)誤差方面可以達到0.18℃的誤差，在讀數(shù)正確方面與標準溫度計的讀數(shù)誤差為1.5％，對一般的工業(yè)生產完全可以采納我們的設計。該系統(tǒng)具有較小的超調值，超調值大約為0.83%左右。雖然超調為不利結果，但另一方面卻減小了系統(tǒng)的調整時間。從其數(shù)據(jù)表可以看出該系統(tǒng)為穩(wěn)定系統(tǒng)，而且滿足系統(tǒng)的誤差要求。參考文獻：1.《單片微機測控系統(tǒng)設計大全》王福瑞等．北京航空航天高校出版社，19992．《現(xiàn)代測控技術與系統(tǒng)》韓九強清華高校出版社2007.93．《智能儀器》程德福，林君主編機械工業(yè)出版社2005年2月4．《測控儀器設計》浦昭邦，王寶光主編機械工業(yè)出版社20015.《測控系統(tǒng)原理與設計》孫傳友，孫曉斌著北京航空航天高校出版社2007附錄1：元件清單類型名型號阻值數(shù)量電阻MINRES100R1K3電阻MINRES10K10K3電阻MINRES100R27R1電阻MINRES100R3R1電阻MINRES100R100R1電阻MINRES10K0.3K10電容HTC0060330PF3電容HTC0060310UF1電容HTC006031.0PF1按鈕4三極管2N37.72三極管PN42503傳感器DS18B201光的耦合器MOC30211加熱器1芯片74LS1641單片機AT89C521數(shù)碼管7seg-mpx1-cc3附錄2：程序清單主程序：TEMPER_LEQU29H;用于保存讀出溫度的低8位TEMPER_HEQU28H;用于保存讀出溫度的高8位FLAGEQU38H;是否檢測到DS18B20標記位DAYUEQU44H;設溫>實溫XIYUEQU45H;設溫<實溫DEYUEQU46H;設溫=實溫GAOLEEQU47H;溫度高于最高溫度DILEEQU48H;溫度低于最低溫度AbitEQU79H;數(shù)碼管個位數(shù)存放內存位置BbitEQU7AH;數(shù)碼管十位數(shù)存放內存位置CbitEQU78H;數(shù)碼管小數(shù)存放內存位置ORG0000HAJMPSTARTSTART:SETBP1.1SETBP1.2SETBP1.3SETBP1.4SETBP1.5CLRP1.7MOVR4,00HMOVSP,#60H;確立堆棧區(qū)MOVPSW,#00H;MOVR0,#20H;RAM區(qū)首地址MOVR7,#60H;RAM區(qū)單元個數(shù)ML:MOV@R0,#00HINCR0DJNZR7,MLMAIN:LCALLGET_TEMPER;調用讀溫度子程序進行溫度顯示,這里我們考;慮用網站供應的兩位數(shù)碼管來顯示溫度;顯示范圍00到99度,顯示精度為1度;因為12位轉化時每一位的精度為0.0625度,;我們不要求顯示小數(shù)所以可以拋棄29H的低4;位將28H中的低4位移入29H中的高4位,這;樣獲得一個新字節(jié),這個字節(jié)就是實際測量獲;得的溫度LCALLDISPLAY;調用數(shù)碼管顯示子程序JNB00H,MAINCLR00HMOVA,38HCJNEA,#00H,SSAJMPMAINSS:LCALLGET_TEMPERLCALLDISPLAY;調用數(shù)碼管顯示子程序LCALLBIJIAOLCALLJIXIANJNBDEYU,LOOPSETBP1.6;關加熱器CLRDEYULCALLGET_TEMPERLCALLDISPLAYAJMPTT2LOOP:JNBDAYU,TTCLRDAYUSETBP1.6LCALLGET_TEMPERLCALLDISPLAYAJMPTT2TT:JNBXIYU,TT2CLRXIYUCLRP1.6LCALLGET_TEMPERLCALLDISPLAYTT2:MOVA,29HCLRCCJNEA,50H,JXMOVA,30HCLRCCJNEA,51H,JIA1AJMPYS2JIA1:JCJXMOVA,51HMOV52H,AADDA,#2MOV52H,ACLRCMOVA,30HCJNEA,52H,JIA2JIA2:JNCJXYS2:SETBP1.6MOVR5,#20HYS:LCALLGET_TEMPERLCALLDISPLAYDJNZR5,YSCLRP1.6MOVR5,#20HYS1:LCALLGET_TEMPERLCALLDISPLAYDJNZR5,YS1YS3:SETBP1.6MOVR5,#20HYS0:LCALLGET_TEMPERLCALLDISPLAYDJNZR5,YS0CLRP1.6MOVR5,#20HYS01:LCALLGET_TEMPERLCALLDISPLAYDJNZR5,YS01YS4:SETBP1.6MOVR5,#20HYS02:LCALLGET_TEMPERLCALLDISPLAYDJNZR5,YS02CLRP1.6MOVR5,#20HYS03:LCALLGET_TEMPERLCALLDISPLAYDJNZR5,YS03JX:MOVA,29HCJNEA,31H,JX00JX01:SETBP1.6CLRCAJMPLASTJX00:JCJX01CLRP1.6CJNEA,32H,JX03JX02:SETBP1.6CLRCAJMPLASTJX03:JNCJX02CLRP1.7LAST:LCALLGET_TEMPERLCALLDISPLAYAJMPSS;***************************常數(shù)表格區(qū)**********************************************TAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H;0-8DB90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,0CH;9,A,B,C,D,E,F,滅,p.TAB1:DB40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H,10H;0.--9.TAB2:DB0,0,1,2,3,3,4,4,5,5,6,7,8,8,9,9;小數(shù)點;*************************1ms延時程序************************************MAIN1:MOVR7,#03H;顯示位數(shù)為2位MOVR0,#7AHMOV78H,#00HMOV79H,#00HMOV7AH,#00HKK:LCALLDIRLCALLKEY1LOOP1:CJNEA,#11,LOOP2AJMPLAST0LOOP2:CJNEA,#12,LOOP3LJMPLAST3LOOP3:CJNEA,#10,L4MOVA,#00HL4:MOV@R0,ALCALLDIRDECR0DJNZR7,KKSETB01HLAST0:JNB01H,KKLOOP4:LCALLKEY1CJNEA,#12,LOOP5AJMPLAST3LOOP5:CJNEA,#11,LOOP4LAST1:LCALLDIRLCALLMUNLCALLJDLCALLBIJIAOLAST3:POPPSWPOPACCRETI;******************精度限制子程序****************JD:PUSHACCPUSHPSWCLRCMOVA,38HMOV50H,AMOVA,39HMOV51H,ACJNEA,29H,L001L001:JCLAST02;設溫<實溫,則跳出MOVA,29HMOV41H,AMOVA,38HCJNEA,#25,L002L003:CLRC;0<T<25SUBBA,41HCJNEA,#3,L004L005:MOVA,30HADDA,#5;0<T<25,差值小于3度DAAJNBACC.4,L0051ANLA,#0FHSETBCL0051:MOV39H,AMOVA,29HADDCA,#1MOV38H,AAJMPLAST2LAST02:AJMPLAST2L004:JCL005MOVA,39HSUBBA,#0DAAMOV39H,AJNCL0041DEC38HL0041:MOVA,38HSUBBA,#2;0<T<25,差值大于3度MOV38H,AAJMPLAST2L002:JCL003CJNEA,#50,L006L007:CLRC;25<T<50SUBBA,41HCJNEA,#3,L008L009:MOVA,30HADDA,#1DAAJNBACC.4,L0091ANLA,#0FHSETBCL0091:MOV39H,AMOVA,29HADDCA,#1MOV38H,AAJMPLAST2L008:JCL009MOVA,39HSUBBA,#0MOV39H,AMOVA,38HSUBBA,#2MOV38H,AAJMPLAST2L006:JCL007CJNEA,#65,L010L011:CLRCSUBBA,41HCJNEA,#3,L012L013:MOVA,30HADDA,#2JNBACC.4,L00131ANLA,#0FHSETBCL00131:MOV39H,AMOVA,29HADDCA,#1MOV38H,AAJMPLAST2L012:JCL013MOVA,39HSUBBA,#0MOV39H,AMOVA,38HSUBBA,#2MOV38H,AAJMPLAST2L010:JCL011CJNEA,#90,L016L017:CLRCSUBBA,41HCJNEA,#2,L014L015:MOVA,30HADDA,#0JNBACC.4,L00151ANLA,#0FHSETBCL00151:MOV39H,AMOVA,29HADDCA,#1MOV38H,AAJMPLAST2L014:JCL015CLRCMOVA,38HSUBBA,#1MOV38H,AAJMPLAST2L016:JCL017LAST2:POPPSWPOPACCRET;*******************************鍵掃描子程序**************************************KEY1:LCALLKS1;鍵掃描JNZLK1LCALLDIRAJMPKEY1LK1:LCALLDIRLCALLDIRLCALLKS1JNZLK2LCALLDIRAJMPKEY1LK2:MOVR2,#0FEH;確定鍵值MOVR4,#01HMOVA,R2LK4:MOVP0,ANOPMOVA,P0JBACC.3,LONEMOVA,#00HAJMPLKPLONE:JBACC.4,LTWOMOVA,#03HAJMPLKPLTWO:JBACC.5,LTHRMOVA,#06HAJMPLKPLTHR:JBACC.6,NEXT5MOVA,#09HAJMPLKPNEXT5:INCR4MOVA,R2JNBACC.2,KNDRLAMOVR2,AAJMPLK4KND:AJMPKEY1LKP:ADDA,R4PUSHACCLK3:LCALLDIRLCALLKS1JNZLK3POPACCRETKS1:PUSHPS