机械5

目录 第1章引言1 1.1课题的提出及意义1 1.2文献综述1 1.2.1工业温度控制发展简介1 1.2.2温度微机控制系统控制方案1 1.2.3目前快速发展的一些具体温控方案2 1.3本文所做的工作2 第2章硬件系统3 2.1单片机中央控制系统3 2.1.1单片机简介3 2.1.2时钟电路4 2.1.3复位电路5 2.1.4 IO接口扩展6 2.2前向通道6 2.2.1常用形式7 2.2.2集成形式7 2.3后向通道9 2.3.1双向晶闸管9 2.3.2固体继电器SSR 9 第3章人机通道10 3.1按键电路11 3.2数码管显示电路12 3.3蜂鸣报警电路12 第4章PID控制14 4.1 PID控制理论14 4.1.1 PID控制概述14 4.1.2 PID控制的基本理论14 4.2模糊控制理论16 4.2.1模糊控制概述16 4.2.2模糊控制的基本原理16 4.3模糊PID控制17 第5章仿真研究19 5.1仿真工具19 5.2 MATLAB及仿真环境simuli
nk 19 5.3仿真和优眩 19 5.3.1控制对象模型20 5.3.2仿真21 5.3.3方案选择26 第6章单片机软件设计26 6.1主程序设计27 6.2热电偶测温查表子程序27 6.3滤波子程序27 6.4中断子程序31 6.5人-机接口程序33 结束语35 参考文献36 致谢37 附录38 第2章硬件系统 2.1单片机中央控制系统 这是整个系统的核心控制部分，数据的分析利用等都是通过这个中央处理系统来完成的。它的硬件主要包括AT89C52单片机、8155扩展芯片，MAX6675芯片，程序存储芯片24C02，按键电路，显示电路，报警电路，复位、晶振电路等。 2.1.1单片机简介 单片微型计算机（简称单片机），自70年代问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，应用很广，发展也很快。单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。 目前，世界上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型有： I
ntel公司：MCS-51系列及其增强型系列 ATMEL公司：AT89系列 …… 1.MCS-51系列单片机简介 MCS-51片内结构如果按功能划分，它由八个部件组成，即： 数据存储器（RAM）：片内为128个字节，片外最多可以扩至64K字节。 程序存储器（ROM/EPROM）：8031无此部件，8051为4K ROM，8751为4K EPROM，片外最多可扩至64K。 I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）：为4个并行8位I/O口。 串行口：一个全双工的串行口，具有四种工作方式。 定时器/计数器：2个或3个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。 中断系统：具有5个或6个中断源，2级中断优先权。 特殊功能寄存器（SFR）：共有21个，用于对片内各功能模块进行管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的RAM区。 微处理器（CPU）：为8位的CPU且内含一个一位位处理器，不仅可以处理字节数据，还可以进行变量的处理。 运算部件：包括算术逻辑部件ALU、位处理器、累加器A、寄存器B、暂存器以及程序状态字PSW寄存器等。该模块是功能是实现数据的算术、逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。 2.AT89系列单片机简介 AT89系列单片机是美国ATMEL公司继承I
ntel公司80C31的核心技术并和自身先进的闪电存储器（Flash Memory）技术相结合而产生的Flash单片机系列。它是一种低功耗、高性能、内含4K/8K字节闪存储器、用CHMOS工艺制造的8位单片机。其代表产品是AT89C51。其基本结构依然是CPU加上外围芯片的结构模式。一个8位的中央处理器（包括运算部件和控制部件）；4KB/8KB的Flash存储器；128B/256B的数据存储器（RAM）；32条I/O口线（四个8位口P0、P1、P2、P3）；2个或3个（对8032/8052是3个）定时器/计数器；一个具有5个中断源、2个优先级的中断嵌套结构；用于多处理机通讯、I/O扩展或全双工UART（通用异步接收发器）的串行口；特殊功能寄存器（SFR）；以及一个片内震荡器和时钟电路。这九个部件都是通过片内单一总线连接而成的。 既然AT89系列单片机的核心技术是80C31，并在80C31的基础上发展起来的，因此兼容、改进和增强将是我们对AT89系列单片机和MCS-51系列单片机进行比较的主要内容。 （1）引脚和80C51完全兼容 AT89C52是一种低功耗、高性能，内含闪电存储器的8位单片机。与MCS-51系列指令系统和引脚下完全兼容。 （2）内部含有闪电存储器 AT89系列单片机提供的程序存储器是4KB/8KB的Flash存储器而MCS-51提供的程序存储器是4KB/8KB的只读存储器（ROM或EPROM）。这是二者最大的区别。AT89系列单片机由于内部含有闪电存储器，因而在系统开发过程中可以十分容易地进行程序修改和反复实验。同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不影响信息的保存。 （3）静态时钟方式 AT89系列单片机是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式空闲方式和掉电方式。而80C51不是用静态逻辑来设计的。 综上所述，AT89系列单片机和MCS-51有相同的核心技术及总体结构。指令系统和引脚完全兼容。不同的是AT89系列单片机内部含有4KB/8KB的闪电存储器，而且是有静态逻辑来设计的。而MCS-51不是用静态逻辑来设计的，而且片内不含闪电存储器，只有ROM或EPROM。因此在此次设计中采用AT89C52单片机作为整个系统的核心控制部分。 2.1.2时钟电路 AT89C52的时钟可以由两种方式产生，一种是内部方式，利用芯片内部的振动电路；另一种方式为外部方式。 1.内部时钟方式 AT89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别构成此反相放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振一起构成自激振荡器。 AT89C52虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外接元件，图2-1(a)是AT89C52内部时钟电路。外接晶体以及电容CX1和CX2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。晶体可在1.2MHz~12MHz之间任选，电容CX1和CX2的典型值通常选择为30pF左右（这时对应的时钟频率为12MHz）。 2.外部时钟方式 外部时钟方式是利用振荡器信号源（时钟源）直接接入XTAL1和XTAL2。通常XTAL1接地，XTAL2接外部时钟，电路见图2-1(b)。由于XTAL2的逻辑电平不是TTL的，故若使用此种方式，外接一个7.4K~10K的上拉电阻。