基于單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計.doc

基于單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計2011年09月26日 11:36 本站整理 作者：秩名 用戶評論（0）關(guān)鍵字：穩(wěn)壓電源(110)單片機(1452)隨著新型電力電子器件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn)，傳統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)，由于功率器件性能的限制使開關(guān)電源性能的影響減至最小，新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù)，可使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài)，為了提高開關(guān)電源工作效率，設(shè)計出性能優(yōu)良的開關(guān)電源，十分必要。1、幾種數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計方案比較1.1幾種設(shè)計方案電路原理方案 1 : 采用模擬的分立元件，利用純硬件來實現(xiàn)功能，通過電源變壓器、整流濾波電路以及穩(wěn)壓電路，實現(xiàn)穩(wěn)壓電源穩(wěn)定輸出5 V、 12 V、15 V并能可調(diào)輸出 0 30 V電壓，見圖 1所示。但由于模擬分立元件的分散性較大，各電阻電容之間的影響較大，因此所設(shè)計的指標(biāo)不高、不符合設(shè)計要求、且使用的器件較多、連接復(fù)雜、靈活性差、功耗也大，同時焊點和線路較多，使成品的穩(wěn)定性和精度受到影響。 圖 1 方案 1電路原理方案 2 : 此方案采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點在于使用一套雙計數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，其中二進(jìn)制計數(shù)器的輸出經(jīng)過 D /A 變換后去控制誤差放大的基準(zhǔn)電壓，以控制輸出步進(jìn)。十進(jìn)制計數(shù)器通過譯碼后驅(qū)動數(shù)碼管顯示輸出電壓值，為了使系統(tǒng)工作正常，必須保證雙計數(shù)器同步工作。 圖 2 方案 2電路原理方案 3 : 此方案不同于方案 1之處在于使用一套十進(jìn)制計數(shù)器，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其輸出作為 EPROM的地址輸入，而由 EPROM 的輸出經(jīng) D /A變換后控制誤差放大同步的問題，但由于控制數(shù)據(jù)燒錄在 EPROM中，使系統(tǒng)設(shè)計靈活性降低。 圖 3 方案 3電路原理方案 4 : 此方案采用 51系列單片機作為整機的控制單元，通過改變輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使開關(guān)控制電源輸出電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實際輸出電壓值的大小，經(jīng)過 ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機實時對電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。利用單片機程控輸出數(shù)字信號，經(jīng)過 D /A 轉(zhuǎn)換器( DA0830)輸出模擬量，再經(jīng)開關(guān)電源控制電路，使得輸出電壓達(dá)到穩(wěn)壓的目的。單片機系統(tǒng)還兼顧對恒壓源進(jìn)行實時監(jiān)控，輸出電壓經(jīng)過電流 /電壓轉(zhuǎn)變后,通過 A /D轉(zhuǎn)換芯片，實時把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量,經(jīng)單片機分析處理，經(jīng)過數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電壓源。而且采用PWM 控制的開關(guān)電源，該電源具有高集成度、高性價比、最簡外圍電路、最佳性能指標(biāo)、能構(gòu)成高效率無工頻變壓器的隔離式開關(guān)電源等優(yōu)點。而且在成本上與同等功率的線性穩(wěn)壓電源相當(dāng)，而電源效率顯著提高，體積和重量則大為減小。 圖 4 方案 4電路原理2、 方案的比較與論證( 1)輸出模塊方案 1：采用線性調(diào)壓電源，以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出不僅增加 /減少，這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對輸出地影響，此輸出只能是用萬用表量出。而方案 2、方案 3中使用運算放大器做前級的運算放大器，由于運算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可以減少輸出端的紋波電壓。在方案 1中，為抑制紋波而在線性調(diào)壓電源輸出端并聯(lián)的大電容降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，這樣輸出的電壓難以跟蹤快變的輸入，方案 4中的輸出電壓波形與 D /A 變換輸出波形相同，不僅可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成波形的量化數(shù)據(jù)，就可以產(chǎn)生多種波形輸出，使系統(tǒng)有一定驅(qū)動能力的信號源。( 2)數(shù)控模塊方案 1利用純硬件來控制電壓的輸出，其中最基本的電路原理分析，需要計算負(fù)載的大小，穩(wěn)壓管的選擇有關(guān)，方案 2、方案 3中采用中、小規(guī)模器件實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成電路內(nèi)部接口信號繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差，如方案 1中的雙計數(shù)器一旦出現(xiàn)計數(shù)不同步時，會導(dǎo)致顯示電壓與輸出電壓不一致。在方案 4 中采用AT89C51單片機完成整個數(shù)控部分的功能，同時,AT89C51作為一個智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴展。 圖 5 方案 5數(shù)控模塊( 3)控制模塊在該系統(tǒng)中，采用具有 D /A轉(zhuǎn)換功能的 PWM 調(diào)節(jié)電路、斬波電路、闊流器和可調(diào)穩(wěn)壓管 ( LM317)去控制輸出參考電壓，在利用 A /D轉(zhuǎn)換采樣，使輸出更準(zhǔn)確，且紋波小，電流亦可擴展，容易保護(hù)電路。( 4)顯示模塊方案 2、方案 3中的顯示輸出地對電壓的量化值直接進(jìn)行譯碼顯示輸出，顯示值為 D /A變換的輸入量，由于 D /A變換與功率驅(qū)動電路引入的誤差，顯示值與電源實際輸出值之間可能出現(xiàn)較大偏差。方案4中采用 A /D轉(zhuǎn)換電路，通過對輸出電壓的采樣，經(jīng)過單片機的分析處理，通過數(shù)據(jù)的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，這樣使得顯示值與實際輸出之間的偏差減為最小。方案 4采用 4位數(shù)字電壓表直接對輸出電壓采樣并顯示輸出實際電壓值，一旦系統(tǒng)工作異常，出現(xiàn)預(yù)制值與輸出值偏差過大，用戶可以根據(jù)該信息予以處理，還采用了鍵盤 /顯示器的查詢時間，提高了CPU的利用率。3、結(jié)束語如前所述，雖然方案 3比前兩者有許多優(yōu)點，但方案 1、方案 2對于完成設(shè)計要求并非不可行，而且在某些方面還具有優(yōu)勢，之所以采用方案 4 ，一個很重要的考慮是系統(tǒng)使用了單片機，使得進(jìn)一步的功能擴展較為方便。數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 【摘要摘要摘要摘要】本本本本設(shè)計設(shè)計設(shè)計設(shè)計以直流電壓源為核心以直流電壓源為核心以直流電壓源為核心以直流電壓源為核心，STC89C52RC單片機為主控制器單片機為主控制器單片機為主控制器單片機為主控制器，單片機系統(tǒng)是數(shù)控電源的核心單片機系統(tǒng)是數(shù)控電源的核心單片機系統(tǒng)是數(shù)控電源的核心單片機系統(tǒng)是數(shù)控電源的核心。它通過軟它通過軟它通過軟它通過軟件的運行來控制整個儀器的工作件的運行來控制整個儀器的工作件的運行來控制整個儀器的工作件的運行來控制整個儀器的工作，從而完成設(shè)定的功從而完成設(shè)定的功從而完成設(shè)定的功從而完成設(shè)定的功能能能能。通過通過通過通過數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電壓鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電壓鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電壓鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電壓，輸出電壓范圍為輸出電壓范圍為輸出電壓范圍為輸出電壓范圍為00009.99.99.99.9V，最大電流為最大電流為最大電流為最大電流為303030300000mA，并可由液晶屏并可由液晶屏并可由液晶屏并可由液晶屏LCD1602顯顯顯顯示實際輸出電壓值示實際輸出電壓值示實際輸出電壓值示實際輸出電壓值。本本本本設(shè)計設(shè)計設(shè)計設(shè)計由單片機程控輸出數(shù)字信號由單片機程控輸出數(shù)字信號由單片機程控輸出數(shù)字信號由單片機程控輸出數(shù)字信號，經(jīng)過經(jīng)過經(jīng)過經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器（DAC0832）輸出模擬量輸出模擬量輸出模擬量輸出模擬量，再經(jīng)過運算放大器再經(jīng)過運算放大器再經(jīng)過運算放大器再經(jīng)過運算放大器LM324隔離放大隔離放大隔離放大隔離放大,最后輸出各種設(shè)備所需要的電壓最后輸出各種設(shè)備所需要的電壓最后輸出各種設(shè)備所需要的電壓最后輸出各種設(shè)備所需要的電壓。實際測試實際測試實際測試實際測試結(jié)果表明結(jié)果表明結(jié)果表明結(jié)果表明，本系統(tǒng)實際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒本系統(tǒng)實際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒本系統(tǒng)實際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒本系統(tǒng)實際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒壓源的領(lǐng)域壓源的領(lǐng)域壓源的領(lǐng)域壓源的領(lǐng)域。 【關(guān)鍵字關(guān)鍵字關(guān)鍵字關(guān)鍵字】直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源；單片機單片機單片機單片機；數(shù)控數(shù)控數(shù)控數(shù)控；DAC0832 1.概述 1.1課題背景 電源技術(shù)特別是穩(wěn)壓電源技術(shù)在工程技術(shù)方面使用性很強，在各個行業(yè)里得到了廣泛的應(yīng)用。直流穩(wěn)壓電源的電路形式有很多種,有串聯(lián)型、開關(guān)型、集成電路、穩(wěn)壓管直流穩(wěn)壓電源等等。目前使用的直流穩(wěn)壓電源大部分是線性電源，利用分立元件組成，體積大，效率低，可靠性差，操作使用不便，自我保護(hù)功能不完善，故障率高（長期工作在大電流和大電壓下,電子元器件很容易損壞）但在直流穩(wěn)壓電源中，通過整流、濾波電路所獲得的直流電源的電壓往往是不穩(wěn)定的1。當(dāng)在外在電壓波動或負(fù)載電流變化的時侯也會使輸出電壓有所改變。供給電子設(shè)備的電壓源的不穩(wěn)定,會使設(shè)備產(chǎn)生很多問題。所以，設(shè)計出質(zhì)量優(yōu)良的直流穩(wěn)壓電源，才能滿足各種電子線路的要求。數(shù)控電源是從80年代才真正的發(fā)展起來的，系統(tǒng)的一些電力電子理論基礎(chǔ)在那期間剛剛建立。這些理論的研究為其后來電源的發(fā)展提供了一個較好的基礎(chǔ)。在以后的電力電子發(fā)展中，數(shù)控電源技術(shù)的發(fā)展得到了長足的進(jìn)步。不過其產(chǎn)品存在數(shù)控程度要求達(dá)不到、分辨率不夠高、功率密度低、可靠性比較差等缺點。因此穩(wěn)壓電源以后主要的主要發(fā)展方向，是針對上述缺點不斷的進(jìn)行改善。單片機技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號處理器件的研制應(yīng)用，到90年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達(dá)到0.05V的數(shù)控電源，功率密度達(dá)到每立方英寸50W的數(shù)控電源2。 1.2 本論文的主要設(shè)計思想 目前，市場上各種直流電源的基本環(huán)節(jié)大致相同，都包括交流電源、交流變壓器、整流電路、濾波穩(wěn)壓電路等3。本設(shè)計將單片機控制系統(tǒng)應(yīng)用于直流穩(wěn)壓電源的方法和原理，實現(xiàn)了穩(wěn)壓電源的數(shù)控調(diào)節(jié)。 從組成上，本設(shè)計硬件電路主要由單片機、變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓輸出電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、顯示電路等組成。利用D/ A 轉(zhuǎn)換器的高分辨率和單片機的自動檢測技術(shù)設(shè)計數(shù)控電源更顯示出其優(yōu)越性。數(shù)控電源既能方便輸入，具有較高精度和穩(wěn)定性，而且在0.0V到9.9V可以任意設(shè)定輸出電壓，所有功能由面板上的鍵盤控制單片機實現(xiàn)，給電路實驗帶來極大的方便,提高了工作效率。 1.3 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計研究的意義 基于單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，與傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源相比，具有新穎性、獨創(chuàng)性和先進(jìn)性。它不僅能作為常規(guī)的電子產(chǎn)品和科研實驗電源用，而且可以通過軟件編程的方法使穩(wěn)壓電源產(chǎn)生連續(xù)變化的輸出電壓，具有很高的性價比4。電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點： 1.采用先進(jìn)的智能控制策略和控制方法，體現(xiàn)出電源模塊的高程度智能化，更加完美性能。 2.系統(tǒng)升級方便，控制比較靈活，只需修改控制算法，而不必改動硬件線路。 3. 提高控制系統(tǒng)的可靠性，更容易實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，可以針對不同的系統(tǒng)(或不同型號的產(chǎn)品)，采用相同的控制板，而只需對軟件控制部分做一些調(diào)整便可。 4.系統(tǒng)電壓輸出的一致性比較好，成本低廉，方便量產(chǎn)。 2.各模塊方案的論證 2.1 控制方案比較 方案一:采用各類數(shù)字電路來組成鍵盤控制系統(tǒng)，進(jìn)行信號處理，如選用CPLD等可編程邏輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴展，對信號處理比較困難。 方案二：采用STC89C52單片機作為這個系統(tǒng)的控制單元，可以通過DAC0832的數(shù)據(jù)采樣和LM324的電壓調(diào)整可以改變系統(tǒng)輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實際輸出電壓值的大小，可以將輸出電壓經(jīng)過DAC0832進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機實時對電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及送LCD1602顯示。顯示的電壓值便是輸出的電壓大小。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電壓的大小控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。 比較以上兩種方案的優(yōu)缺點，方案一采用中、小規(guī)模器件實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成控制電路內(nèi)部接口信號繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案二中采用單片機完成整個數(shù)控部分的功能，也便于系統(tǒng)功能的擴展5。 2.2穩(wěn)壓輸出方案比較 方案一:采用線性調(diào)壓電源 以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出不僅增加/減少， 這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對輸出的影響。 方案二:使用運算放大器對電壓的比較放大 由于運算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可以大大減小輸出端的紋波電壓。在方案一中輸出的電壓很難跟蹤電壓的快速變化，而方案二中的輸出電壓波形與 DAC0832的輸出波形相同，不僅可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成產(chǎn)生波形的量化數(shù)據(jù)，便可以輸出多種波形，使系統(tǒng)產(chǎn)生的信號源有一定的驅(qū)動能力。 2.3顯示部分比較 方案一:使用數(shù)碼管顯示 使用多位數(shù)碼管顯示，顯示不靈活。 方案二:使用LCD1602液晶顯示 液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點。本方案采用LCD1602，它具有兩行顯示，每行顯示16個字符，采用單+5V供電，外圍電路簡單，價格便宜，具有很高的性價比。而數(shù)碼管雖然便宜，但顯示單調(diào)。占用過多的I/O。 2.4總體方案框圖 系統(tǒng)總體方案框圖如圖2-1所示。 圖2-1 系統(tǒng)總體方案框圖 2.各模塊方案的論證 2.1 控制方案比較 方案一:采用各類數(shù)字電路來組成鍵盤控制系統(tǒng)，進(jìn)行信號處理，如選用CPLD等可編程邏輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴展，對信號處理比較困難。 方案二：采用STC89C52單片機作為這個系統(tǒng)的控制單元，可以通過DAC0832的數(shù)據(jù)采樣和LM324的電壓調(diào)整可以改變系統(tǒng)輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實際輸出電壓值的大小，可以將輸出電壓經(jīng)過DAC0832進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機實時對電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及送LCD1602顯示。顯示的電壓值便是輸出的電壓大小。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電壓的大小控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。 比較以上兩種方案的優(yōu)缺點，方案一采用中、小規(guī)模器件實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成控制電路內(nèi)部接口信號繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案二中采用單片機完成整個數(shù)控部分的功能，也便于系統(tǒng)功能的擴展5。 2.2穩(wěn)壓輸出方案比較 方案一:采用線性調(diào)壓電源 以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出不僅增加/減少， 這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對輸出的影響。 方案二:使用運算放大器對電壓的比較放大 由于運算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可以大大減小輸出端的紋波電壓。在方案一中輸出的電壓很難跟蹤電壓的快速變化，而方案二中的輸出電壓波形與 DAC0832的輸出波形相同，不僅可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成產(chǎn)生波形的量化數(shù)據(jù)，便可以輸出多種波形，使系統(tǒng)產(chǎn)生的信號源有一定的驅(qū)動能力。 2.3顯示部分比較 方案一:使用數(shù)碼管顯示 使用多位數(shù)碼管顯示，顯示不靈活。 方案二:使用LCD1602液晶顯示 液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點。本方案采用LCD1602，它具有兩行顯示，每行顯示16個字符，采用單+5V供電，外圍電路簡單，價格便宜，具有很高的性價比。而數(shù)碼管雖然便宜，但顯示單調(diào)。占用過多的I/O。 2.4總體方案框圖 系統(tǒng)總體方案框圖如圖2-1所示。 圖2-1 系統(tǒng)總體方案框圖 具有語音播報功能的水溫控制系統(tǒng)文章來源：凌陽大學(xué)計劃網(wǎng)站作者：凌陽大學(xué)計劃網(wǎng)站 發(fā)布時間：2003-10-9 9:30:35摘要關(guān)鍵詞： SPCE061A單片機 Pt1000 PID 本系統(tǒng)采用凌陽十六位單片機SPCE061A實現(xiàn)溫度控制，溫度信號由PT1000和電壓放大電路提供。通過PID算法實現(xiàn)對電爐功率和水溫控制。同時，具有溫度數(shù)字語音播報和顯示。 SPCE061A單片機概述SPCE061A是繼mnSP系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一個16位結(jié)構(gòu)的微控制器。目前有兩種封裝形式：84引腳的PLCC84封裝和80引腳的LQFP80貼片封裝。主要性能如下：16位mnSP微處理器；工作電壓：VDD為2.43.6V(cpu), VDDH為2.45.5V(I/O)；CPU時鐘：32768Hz49.152MHz ；內(nèi)置2K字SRAM、內(nèi)置32K FLASH；可編程音頻處理；32位通用可編程輸入/輸出端口；32768Hz實時時鐘，鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號；2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(shù)值)；2個10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道；7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道語音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器自動增益控制(AGC)功能；系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止?fàn)顟B(tài))耗電小于2mA3.6V；14個中斷源：定時器A / B，2個外部時鐘源輸入，時基，鍵喚醒等； 具備觸鍵喚醒的功能；使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)；具備異步、同步串行設(shè)備接口；具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能；內(nèi)置在線仿真電路接口ICE（In- Circuit Emulator）； 具有保密能力；具有WatchDog功能（由具體型號決定）一、方案設(shè)計與論證 本題目是設(shè)計一個水溫控制系統(tǒng)，對象為1升凈水，加熱器為1千瓦電熱爐。要求能在40攝氏度至90攝氏度范圍內(nèi)設(shè)定控制水溫，靜態(tài)控制精度為0.2攝氏度。并具有較好的快速性與較小的超調(diào)，以及十進(jìn)制數(shù)碼管顯示、溫度曲線打印、語音播報溫度等功能。測量部分方案一：采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測小于1攝氏度的信號是不適用的。方案二：采用溫度傳感器鉑電阻Pt1000。鉑熱電阻的物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測溫元件，且此元件線性較好。在0100攝氏度時，最大非線性偏差小于0.5攝氏度。鉑熱電阻與溫度關(guān)系是，Rt = R0(1+At+Bt*t);其中Rt是溫度為t攝氏度時的電阻；R0是溫度為0攝氏度時的電阻；t為任意溫度值，A,B為溫度系數(shù)。驅(qū)動控制部分方案一：此方案采用89C51單片機實現(xiàn)，單片機軟件編程自由度大，可用編程實現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。但是89C51需外接模數(shù)轉(zhuǎn)換器來滿足數(shù)據(jù)采樣。如果系統(tǒng)增加語音播放功能，還需外接語音芯片，對外圍電路來說，比較復(fù)雜，且軟件實現(xiàn)也較麻煩。另外，51單片機需要用仿真器來實現(xiàn)軟硬件調(diào)試，較為繁瑣。方案二:此方案采用SPCE061A單片機實現(xiàn)，此單片機內(nèi)置8路ADC,2路DAC,且集成開發(fā)環(huán)境中，配有很多語音播放函數(shù)，用SPCE061A實現(xiàn)語音播放極為方便。另外，比較方便的是該芯片內(nèi)置在線仿真、編程接口，可以方便實現(xiàn)在線調(diào)試，這大大加快了系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試。二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計2.1電路方框圖及說明 語音播放：語音播放水溫設(shè)置溫度，并播報整數(shù)溫度變化。鍵盤設(shè)定：用于溫度設(shè)定。共三個按鍵。KEY1:設(shè)置溫度的十位數(shù)；0-9KEY2:設(shè)置溫度的個位數(shù)；0-9KEY3:溫度設(shè)置確認(rèn)；并語音播報./溫度重新設(shè)置。系統(tǒng)上電后，數(shù)碼管全部顯示為零，根據(jù)按KEY1次數(shù),十位的數(shù)碼管順序增加。同樣KEY2,也如此。按KEY3后，系統(tǒng)開始測溫，開關(guān)電爐。并語音播報變化的整數(shù)值溫度。數(shù)據(jù)采樣：將電壓信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后，換算成溫度值，用于播報和顯示。數(shù)據(jù)顯示：采用三位八段數(shù)碼管顯示，設(shè)置溫度與測量溫度，顯示小數(shù)點后1位數(shù)字。串行口傳輸：將采樣溫度值，上傳至PC機，描繪曲線并打印。繼電器/熱電爐：通過三極管控制繼電器的開關(guān)來完成對熱電爐的功率控制。2.2各部分電路設(shè)計1、CPU本系統(tǒng)采用SPCE061A芯片作為核心部件，SPCE061A內(nèi)部帶有8路ADC和2路的DAC,32個IO口，內(nèi)置32K字閃存和2K字的靜態(tài)存儲器。用來實現(xiàn)水溫控制資源足夠使用。 2、鍵盤設(shè)置電路IOA0接KEY1,IOA1接KEY2,IOA2接KEY3。3、數(shù)碼顯示電路外接三位數(shù)碼管，通過三極管控制LED片選。4、音頻輸出電路通過SPY0030功率放大器，驅(qū)動喇叭。完成語音播放。5、熱電爐控制電路 通過三極管控制繼電器的開關(guān)。6、測溫部分電路溫度傳感器使用Pt電阻，運放采用HT9274集成芯片。因為Pt電阻在0攝氏度時，阻值為1千歐姆，在100攝氏度時，阻值為1380歐姆，則表示阻值變換從0380歐姆，電壓從0V-3.3V。 采用差動運放，通過可調(diào)分壓電阻可以滿足零點調(diào)節(jié)。因為Pt電阻中電流基本為12mA,則Pt電阻電壓就在0380mV波動。因此采用10倍電壓放大?；緷M足SPCE061A數(shù)模轉(zhuǎn)換。6、串行通訊部分電路系統(tǒng)設(shè)計要求控制系統(tǒng)能同PC聯(lián)機通信，已利用PC圖形處理能力打印顯示溫度曲線。由于SPCE061A串行口為TTL電平，PC串行口為RS232電平，使用一片MAX232為電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動。通信速率為9600波特率。數(shù)據(jù)5秒傳輸一次。三、軟件設(shè)計 3.1PID控制算法介紹 圖PID算法有兩種：直接計算法就是當(dāng)前需要的控制量。公式：Pout = Kp * e(t) + Ki * e(t) + Kd (e(t) e(t-1);增量計算法就是相對于標(biāo)準(zhǔn)算法的相鄰兩次運算之差，得到的結(jié)果是增量，也就是說在上一次的控制量的基礎(chǔ)上需要增加的控制量。 公式：Pout(t-1) = Kp*(e(t) e(t-1) + Ki e(t) + Kd(e(t) 2*e(t-1) + e(t-2);基本偏差:e(t) 表示當(dāng)前測量值與設(shè)定目標(biāo)之差，設(shè)定目標(biāo)是被減數(shù)，結(jié)果可以是正或負(fù)，正數(shù)表示還沒有達(dá)到，負(fù)數(shù)表示已經(jīng)超過了設(shè)定值。這是面向比例項用的變動數(shù)據(jù)。累計偏差：e(t)= e(t) + e(t-1) + e(t-2)+.+e(1),這是我們每一次測量到的偏差值的總和，這是代數(shù)和，考慮到正負(fù)符號的運算，這是面向積分項用的變動