計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、計(jì)算機(jī)控制設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告班級(jí)b電氣084姓名 學(xué)號(hào)0810601409課程設(shè)計(jì)題目：電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)以電阻爐為被控對象，由鎳鉻/鎳硅熱電耦測量被控對象的溫度，通過濾波、放大，送至a/d轉(zhuǎn)換器。這樣通過采樣和a/d轉(zhuǎn)換，就將所檢測的爐溫對應(yīng)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)模糊控制器，計(jì)算出該電壓信號(hào)對應(yīng)的溫度值與給定溫度進(jìn)行比較，得到偏差，計(jì)算機(jī)由偏差信號(hào)計(jì)算出相應(yīng)的控制量控制可控硅的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)電阻絲兩端的電壓，進(jìn)而控制對象的溫度，使得對象的實(shí)際溫度最終達(dá)到給定的溫度。技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)任務(wù)：1、要求電阻爐溫度保持在95-100，最高溫度不得超過100，最低溫度不能

2、低于95；2、溫度控制采用數(shù)字控制算法，參數(shù)檢測值不能保證在所要求溫度范圍時(shí)，進(jìn)行報(bào)警；3、由加熱元件實(shí)現(xiàn)加溫；4、對電阻爐的溫度參數(shù)進(jìn)行檢測并要求實(shí)時(shí)顯示鍋爐溫度，顯示位數(shù)4位；5、溫度參數(shù)由傳感器進(jìn)行檢測，經(jīng)變送器處理后，轉(zhuǎn)換成05v標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，計(jì)算機(jī)每隔一定時(shí)間采樣一次，采滿5次后進(jìn)行中值濾波，經(jīng)數(shù)據(jù)變換后，顯示參數(shù)的實(shí)際值；6、以lcd實(shí)現(xiàn)顯示；7、將溫度檢測值與給定值進(jìn)行比較，得到偏差，將偏差經(jīng)數(shù)字pid運(yùn)算得到輸出控制值，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出控制電壓或電流，以控制電阻爐溫度；8、從p1口各引腳輸出報(bào)警信號(hào)，點(diǎn)亮發(fā)光二極管，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。一、本課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)概述1、系統(tǒng)

3、原理在系統(tǒng)中，利用傳感器測得電阻爐實(shí)際溫度并轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過溫度檢測電路轉(zhuǎn)換成與爐溫相對應(yīng)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過液晶顯示器顯示溫度，同時(shí)將溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比較并判斷是否報(bào)警，然后由設(shè)定的控制算法計(jì)算出控制量，根據(jù)控制量，通過控制雙向晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷從而控制電阻絲的導(dǎo)通時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對爐溫的控制。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖1-1 電阻爐溫度控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖3、文字說明控制方案本課題方案采用stc89c51單片機(jī)為主控芯片，電阻爐溫度控制系統(tǒng)由單片機(jī)、溫度檢測電路、鍵盤、顯示、保護(hù)及報(bào)警電路和溫度控制電路等部分組成，利用單片機(jī)可以方便地實(shí)現(xiàn)對pid參數(shù)的選

4、擇與設(shè)定，實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程中pid控制。它采用溫度傳感器熱電偶將檢測到的實(shí)際爐溫進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，再送入計(jì)算機(jī)中，與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差。對此偏差按pid規(guī)律進(jìn)行調(diào)整，得出對應(yīng)的控制量來控制驅(qū)動(dòng)電路，調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對爐溫的控制。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度智能控制，能自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、處理、轉(zhuǎn)換、并進(jìn)行pid控制和鍵盤終端處理（各參數(shù)數(shù)值的修正）及顯示。二、硬件設(shè)計(jì)1、單片機(jī)的選型由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來越多的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)。1980年，inter公司推出mcs-51型系列單片機(jī)。這種高檔8位單片機(jī)的芯片功能強(qiáng)、適用范圍寬，迅速成為單片

5、機(jī)的主流產(chǎn)品。本系統(tǒng)選用以atemel公司的89c51單片機(jī)為核心，特點(diǎn)如下：1、低功率基本型cmos工藝2、8位cpu3、32根i/o線4、4k的片內(nèi)rom5、128字節(jié)的片內(nèi)ram6、2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器7、6個(gè)中斷源8、全雙工串行口89c51單片機(jī)又如此豐富的硬件資源，這可使單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)大為簡化，從而大大提高系統(tǒng)的可靠性。2、單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)最小系統(tǒng)板是本裝置的核心模塊，它提供了51單片機(jī)的一個(gè)最小工作系統(tǒng)，并充分地?cái)U(kuò)展了單片機(jī)總線和i/o口以便于與其他模塊的電路連接。最小系統(tǒng)板包括的外圍電路有：時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、p0口鎖存電路、撥碼開關(guān)電路。最小系統(tǒng)板上擴(kuò)展的i/o口，

6、包括p0、p1、p2、p3口的每個(gè)管腳都獨(dú)立引出，作為數(shù)據(jù)總線（p0口），地址總線低8位（p0口經(jīng)鎖存后的輸出），地址總線高8位用8針的雙排插針座引出；控制總線（wr, rd, ale等）獨(dú)立引出。如下圖3-1為mcs-51系列單片機(jī)芯片引腳圖：圖2-1 51單片機(jī)引腳圖(1)主電源引腳vcc（40腳）：接+5 v電源正端； vss（20腳）：接+5 v電源地端。 (2)外接晶體引腳xtal1和xtal2xtal1（19腳）：接外部石英晶體的一端。 在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。xtal2（18腳）：接外部晶體的另一端。 在單片機(jī)內(nèi)部， 接至片內(nèi)振蕩器的

7、反相放大器的輸出端。 xtal1與xtal2借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。(3) 輸入/輸出（i/o）引腳：p0口、 p1口、 p2口及p3口p0口（39腳32腳）：p0.0p0.7統(tǒng)稱為p0口。雙向輸入輸出接口，在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展io接口時(shí)，p0口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。 p1口（1腳8腳）：p1.0p1.7統(tǒng)稱為p1口，可作為準(zhǔn)雙向i/o接口使用。 p2口（21腳28腳）：p2.0p2.7統(tǒng)稱為p2口。 準(zhǔn)雙向輸入輸出接口，在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展io接口時(shí)，p2口用為高8位地址總線。 p3口（10腳17腳）：p3.0p3.7統(tǒng)稱為p3口。 準(zhǔn)雙向輸入輸出接口，

8、p3口的每一個(gè)引腳都有第二功能。四個(gè)i/o端口p0、p1、p2、p3的作用：p2口負(fù)責(zé)輸出高8位地址，p0口以分時(shí)方式承擔(dān)輸出低8位地址信息和數(shù)據(jù)輸入/輸出的雙重任務(wù) p3口則作為和外設(shè)溝通的控制線，p1口可隨意用作i/o口。表2-1 p3口第二功能p3口引腳替代的專用功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2int0（外部中斷0）p3.3int1（外部中斷1）p3.4t0（定時(shí)器0的外部輸入）p3.5t1（定時(shí)器1的外部輸入）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）(4) 控制引腳rst/vpd（9腳）：rst即為reset，vpd為

9、備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。 (30腳)：(address latch enable/programming) 當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale（允許地址鎖存信號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在p0口的低8位地址。 （29腳）：(program strobe enable)片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端， 低電平有效。 (31腳)：(enable address/voltage pulse of programing)為訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。3、振蕩時(shí)鐘電路圖2-2 時(shí)鐘電路如圖 2-2所示，外部時(shí)鐘振蕩電路由晶體振蕩器和電容c1、c2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，連接

10、在xtal1、xtal2腳兩端。對外部c1、c2的取值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性。c1、c2通常取值c1=c2=30pf左右；8051的晶振最高振蕩頻率為12m，at89c51的外部晶振最高頻率可到24m。在單片機(jī)最小系統(tǒng)板上已經(jīng)提供了晶振電路，在使用該電路時(shí)，應(yīng)加上跳線帽，并插入合適的晶振。at89c51也可以采用外部時(shí)鐘方式，外部時(shí)鐘從xtal1腳輸入，xtal2腳浮空。可以采用我們板子上提供的外部時(shí)鐘源作為單片機(jī)外部時(shí)鐘輸入。晶振（或外部時(shí)鐘）的振蕩頻率的確定，就確定了cpu的工作時(shí)序。這里介紹幾個(gè)重要的時(shí)序概念，我們在以后的實(shí)

11、驗(yàn)中還會(huì)經(jīng)常涉及到： 振蕩周期：是指為單片機(jī)提供定時(shí)信號(hào)的振蕩器的周期。 時(shí)鐘周期：振蕩周期的兩倍，前部分通常用來完成算術(shù)邏輯操作；后部分完成內(nèi)部寄存器和寄存器間的傳輸。 機(jī)器周期：在8051單片機(jī)中，一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)振蕩周期組成。 指令周期：是指執(zhí)行一條指令所占用的全部時(shí)間。一個(gè)指令周期通常含有14個(gè)機(jī)器周期。機(jī)器周期和指令周期是兩個(gè)很重要的衡量單片機(jī)工作速度的值。若外接12mhz晶振時(shí)，8051的四個(gè)周期的值為：振蕩周期=1/12us；時(shí)鐘周期=1/6us；機(jī)器周期=1us；指令周期=14us。在一些應(yīng)用中，傳統(tǒng)的8051的速度顯得有些慢，因此，當(dāng)前很多采用8051內(nèi)核的新型單片機(jī)采用

12、了加速處理器結(jié)構(gòu)，使機(jī)器周期提高到振蕩周期的6倍、4倍等等，risc（精簡指令集）的采用，更讓單片機(jī)在單個(gè)時(shí)鐘周期完成一條指令，使得單片機(jī)在處理速度上得到大大提高。4、溫度檢測電路的設(shè)計(jì)溫度檢測電路是溫度控制系統(tǒng)的重要部分，它承擔(dān)著檢測電阻爐溫度并將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的任務(wù)。(1) 溫度傳感器的選擇熱電偶是工程上應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器，它具有構(gòu)造簡單、使用方便、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、溫度測量范圍寬等特點(diǎn)，在溫度測量中占有很重要的地位。熱電偶的類型有多種，在測量高溫時(shí)通常使用的有鎳鉻-鎳硅(k型)、鉑銠-鉑(s型)、鎳鉻-鎳(e型)三種熱電偶，在本設(shè)計(jì)中選用的是鎳鉻-硅k型熱電偶。本系統(tǒng)中采用的

13、為 k 型鎳鉻-鎳硅熱電偶。采集溫度信號(hào)只需要一路采集爐溫，由于熱電偶測溫范圍廣（-100攝氏度1300攝氏度），而且測量精度高，結(jié)構(gòu)簡單，熱惰性小，輸出為電信號(hào)便于事先遠(yuǎn)距離傳送和集t0中檢測、自動(dòng)控制，因此在測量溫度信號(hào)時(shí)選擇它。1)、熱電偶的測溫原理圖2-3 熱電偶回路兩種不同材料的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)組成一個(gè)閉和回路(如圖2-3所示)，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度t和t0不同時(shí)，則在該回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。這兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶，導(dǎo)體a、b稱為熱電極。熱電效應(yīng)中的電動(dòng)勢由溫差電勢和接觸電勢組成，接觸電勢是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢。

14、熱電偶是一種應(yīng)用廣泛，發(fā)展比較完善的熱點(diǎn)傳感器。熱電偶測溫的基本工作原理是“熱電動(dòng)勢效應(yīng)”。熱電效應(yīng)的本質(zhì)是熱電偶本身吸收了外部的熱能，在內(nèi)部轉(zhuǎn)換為電能的一種物理現(xiàn)象。熱電偶是將不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 a 和 b焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。因?yàn)閮煞N不同金屬的自由電子密度不同，當(dāng)兩種金屬接觸時(shí)在兩種金屬的交界處，就會(huì)因電子密度不同而產(chǎn)生電子擴(kuò)散，擴(kuò)散結(jié)果在兩金屬接觸面兩側(cè)形成靜電場即接觸電勢差。這種接觸電勢差僅與兩金屬的材料和接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，溫度愈高，金屬中自由電子就越活躍，致使接觸處所產(chǎn)生的電場強(qiáng)度增加，接觸面電動(dòng)勢也相應(yīng)增高。這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。熱電偶產(chǎn)生

15、的電動(dòng)勢不僅與工作端的溫度有關(guān)，而且也與自由端的溫度有關(guān)。平常使用時(shí)，熱電偶兩端輸出的熱電勢對應(yīng)的溫度值只是相對于自由端溫度。為了直接得到一個(gè)與被測對象溫度（工作端溫度）對應(yīng)的熱電勢，熱電偶使用時(shí)時(shí)常采取冷端補(bǔ)償?shù)霓k法，熱電偶的冷端處理有兩類方法：將冷端延伸；使冷端溫度為 0攝氏度。具體方法如下：1)、延伸導(dǎo)線法：延伸導(dǎo)線使冷端遠(yuǎn)離熱端并與測量電路相接。2)、0度恒溫法：將熱電偶冷端置于 0度的恒溫器內(nèi)，使工作和分度狀態(tài)達(dá)到一致。3)、冷端恒溫加計(jì)算修正法。4)、電橋補(bǔ)償法。(2) a/d轉(zhuǎn)換單元的設(shè)計(jì)因?yàn)閱纹瑱C(jī)不能直接處理模擬信號(hào)，所以必須將熱電偶檢測到的溫度模擬信號(hào)變化成數(shù)字信號(hào),單片機(jī)才

16、能做出相應(yīng)的處理。采用8位a/d轉(zhuǎn)換器，如果設(shè)定其成比例關(guān)系，即數(shù)字量0255對應(yīng)0100。由于其精確度為0.39，可以滿足要求。如圖2-4 溫度信號(hào)ad轉(zhuǎn)換電路所示，溫度信號(hào)測量處理電路后所得到的05v電壓模擬信號(hào)輸入給in-0通道，轉(zhuǎn)換完成后，輸送給單片機(jī)的p0口。其中adc0809的a、b、c三個(gè)端口作為它in0-in8八個(gè)輸入通道的選擇信號(hào)，由于此處只用到了in0通道，所以將此a、b、c三個(gè)端口全部接地，電路中adc0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)引腳eoc接在單片機(jī)p1.0上，單片機(jī)啟動(dòng)adc0809的轉(zhuǎn)換后，延時(shí)一段時(shí)間，然后程序采取掃描方式檢測adc0809是否轉(zhuǎn)換結(jié)束，單片機(jī)然后去檢測p

17、1.0電平，當(dāng)接收到一個(gè)高電平時(shí)，發(fā)出一個(gè)read信號(hào)，使得adc0809輸出鎖存緩沖器開放，將數(shù)據(jù)輸送到數(shù)據(jù)線上，從而完成溫度數(shù)字信號(hào)的采集過程。1)、adc0809的介紹adc0809是m美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的cmos工藝8通道，8位逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用a/d芯片。 a、adc0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由下圖可知，adc0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量

18、分時(shí)輸入，共用a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)oe端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。圖2-4 adc0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)5、溫度控制電路的設(shè)計(jì)此模塊是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將單片機(jī)端口輸出的pwm方波通過光電耦合器精確轉(zhuǎn)化成可控硅的開斷，從而控制電熱絲功率的變化。(1) 可控硅bta16一種以硅單晶為基本材料的p1、n1、p2、n2四層三端器件，創(chuàng)制于1957年，由于它特性類似于真空閘流管，所以國際上通稱為硅晶體閘流管，簡稱可控硅t。又由于可控硅最初應(yīng)用于可控整流方面所以又稱為硅可控整流元件，簡稱為可控硅scr。在性能上，可控硅不僅具有單向?qū)щ娦?/p>

19、，而且還具有比硅整流元件（俗稱“死硅”）更為可貴的可控性。它只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)?？煽毓枘芤院涟布?jí)電流控制大功率的機(jī)電設(shè)備，如果超過此頻率，因元件開關(guān)損耗顯著增加，允許通過的平均電流相降低，此時(shí)，標(biāo)稱電流應(yīng)降級(jí)使用?？煽毓璧膬?yōu)點(diǎn)很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬倍；反應(yīng)極快，在微秒級(jí)內(nèi)開通、關(guān)斷；無觸點(diǎn)運(yùn)行，無火花、無噪音；效率高，成本低等等。可控硅的弱點(diǎn)：靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差；容易受干擾而誤導(dǎo)通?？煽毓鑿耐庑紊戏诸愔饕校郝菟ㄐ?、平板形和平底形。不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由p型硅和n型硅組成的四層結(jié)構(gòu)。它有三個(gè)pn結(jié)（j1、j2、j3），從j1結(jié)構(gòu)的p1層

20、引出陽極a，從n2層引出陰級(jí)k，從p2層引出控制極g，所以它是一種四層三端的半導(dǎo)體器件?？煽毓杞Y(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)圖如圖2-4所示。圖2-6 可控硅結(jié)構(gòu)示意圖可控硅是p1、n1、p2、n2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè)pn結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)pnp管和一個(gè)npn管所組成，其等效圖解如圖2-5所示。圖2-7 可控硅內(nèi)部等效圖當(dāng)陽極a加上正向電壓時(shí)，bg1和bg2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí)，如果從控制極g輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號(hào)，bg2便有基流ib2流過，經(jīng)bg2放大，其集電極電流ic2=2ib2。因?yàn)閎g2的集電極直接與bg1的基極相連，所以ib1=ic2。此時(shí)，電流ic2再經(jīng)bg1放大，于是bg

21、1的集電極電流ic1=1ib1=12ib2。這個(gè)電流又流回到bg2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通后，即使控制極g的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號(hào)只起觸發(fā)作用，沒有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件如表2-2所示：表2-2 可控硅開關(guān)特性表狀 態(tài)條 件說 明從關(guān)斷到導(dǎo)通陽極電位高于陰極點(diǎn)位，控制極有足夠的正向電流和電壓兩者缺一不可維持導(dǎo)通陽極電位高于陰極點(diǎn)位，陽極電流大于維持電流兩者缺一不可從導(dǎo)通到關(guān)斷陽極電位

22、低于陰極點(diǎn)位，陽極電流小于維持電流任一條件都可a、反向特性當(dāng)控制極開路，陽極加上反向電壓時(shí)，j2結(jié)正偏，但j1、j2結(jié)反偏。此時(shí)只能流過很小的反向飽和電流，當(dāng)電壓進(jìn)一步提高到j(luò)1結(jié)的雪崩擊穿電壓后，接差j3結(jié)也擊穿，電流迅速增加，特性開始彎曲，彎曲處的電壓uro叫“反向轉(zhuǎn)折電壓”。此時(shí)，可控硅會(huì)發(fā)生永久性反向。b、正向特性當(dāng)控制極開路，陽極上加上正向電壓時(shí)，j1、j3結(jié)正偏，但j2結(jié)反偏，這與普通pn結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)，當(dāng)電壓增加，特性發(fā)生了彎曲，彎曲處的是ubo叫“正向轉(zhuǎn)折電壓”。由于電壓升高到j(luò)2結(jié)的雪崩擊穿電壓后，j2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量

23、的電子和空穴，電子時(shí)入n1區(qū)，空穴時(shí)入p2區(qū)。進(jìn)入n1區(qū)的電子與由p1區(qū)通過j1結(jié)注入n1區(qū)的空穴復(fù)合，同樣，進(jìn)入p2區(qū)的空穴與由n2區(qū)通過j3結(jié)注入p2區(qū)的電子復(fù)合，雪崩擊穿，進(jìn)入n1區(qū)的電子與進(jìn)入p2區(qū)的空穴各自不能全部復(fù)合掉。這樣，在n1區(qū)就有電子積累，在p2區(qū)就有空穴積累，結(jié)果使p2區(qū)的電位升高，n1區(qū)的電位下降，j2結(jié)變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂負(fù)阻特性。這時(shí)j1、j2、j3三個(gè)結(jié)均處于正偏，可控硅便進(jìn)入正向?qū)щ姞顟B(tài)通態(tài)，此時(shí)，它的特性與普通的pn結(jié)正向特性相似。(2)溫度控制模塊電路圖此部分電路主要由光電耦合器和可控硅組成，光電耦合器與單片機(jī)端口相連，可以根據(jù)

24、端口信號(hào)的變化迅速做出反應(yīng)，延時(shí)時(shí)間短。由于單片機(jī)的端口電壓不足以驅(qū)動(dòng)光電耦合器，故令其低電平觸發(fā)，外加上拉電阻。與外部電阻爐相連的部分是可控硅，與光電耦合器配合輸出，以弱點(diǎn)控制強(qiáng)電，控制電阻爐的開斷頻率，以達(dá)到加熱目的。由主控單片機(jī)運(yùn)算輸出脈沖寬度可調(diào)的pwm波用于雙向可控硅在1s內(nèi)的導(dǎo)通和關(guān)斷數(shù)從而調(diào)節(jié)輸出給電爐的功率，這樣使得水溫穩(wěn)定在設(shè)定值上。接線圖如圖2-8所示：圖2-8 溫度控制模塊電路圖6、溫度顯示電路的設(shè)計(jì)此模塊由顯示部分和設(shè)定部分組成，顯示部分采用lcd1602液晶顯示器，顯示2行，每行個(gè)16個(gè)字符，可顯示字符和數(shù)字，顯示內(nèi)容豐富，此部分作用是實(shí)時(shí)顯示電阻爐當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度

25、。設(shè)定部分主要是鍵盤輸入，此部分主要由兩個(gè)按鍵組成，plas為加，subs為減，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，默認(rèn)設(shè)定溫度為30，當(dāng)按下plas時(shí)設(shè)置水溫增加，按下subs時(shí)設(shè)置水溫減小。(1)lcd1602的簡介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(diǎn)，因此，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。本系統(tǒng)采用lcd1602液晶顯示模塊，它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用單+5v電源供電，外圍電路配置簡單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。(2)lcd1602接口引腳及功能介紹表2-3 接口引腳及其功能引腳號(hào)符號(hào)狀

26、態(tài)功能1vss電源地2vdd電源+5v3v0液晶驅(qū)動(dòng)電源4rs輸入寄存器選擇5r/w輸入讀、寫操作6e輸入使能信號(hào)7db0三態(tài)數(shù)據(jù)總線（lsb）8db1三態(tài)數(shù)據(jù)總線9db2三態(tài)數(shù)據(jù)總線10db3三態(tài)數(shù)據(jù)總線11db4三態(tài)數(shù)據(jù)總線12db5三態(tài)數(shù)據(jù)總線13db6三態(tài)數(shù)據(jù)總線14db7三態(tài)數(shù)據(jù)總線（msb）15leda輸入背光+5v16ledk輸入背光地(3)主要管腳介紹v0：液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10k的電位器調(diào)整對比度。rs：寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器；低電平時(shí)選擇指令寄存器。r/w：讀寫信號(hào)線

27、，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)rs和r/w共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng)rs為高電平r/w為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。e：使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。(4)溫度顯示模塊電路圖圖2-9 溫度顯示模塊電路圖三、軟件設(shè)計(jì)1、主程序流程圖的設(shè)計(jì)單片機(jī)的主要任務(wù)是接受來自主機(jī)的命令并執(zhí)行命令，同時(shí)返回系統(tǒng)的狀態(tài)和當(dāng)前的壓力值。在主機(jī)工作之前，片機(jī)已啟動(dòng)。在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)定時(shí)器t1工作于方式2，波特率9600，串行口工作方式1，允許接受，或允許發(fā)送，晶振11.0592，根據(jù)此設(shè)置，（tmod）=20h，(th1)=fd，(tl1)=fd，(scon)=50

28、h。圖3-1 主程序流程圖2、子程序流程圖的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)子程序主要有：lcd顯示程序、ad轉(zhuǎn)換程序、pid控制算法子程序等等。圖3-2 顯示流程圖圖3-3 a/d轉(zhuǎn)換流程圖圖3-4 pid控制算法程序流程圖3、部分程序清單(1)主程序：org 0000hajmp mainorg 0003hajmp keysorg 000bhajmp pit0org 001bhajmp pit1 ；中斷入口及優(yōu)先級(jí)main：mov sp，#00h clr 5fh ；清上下限越限標(biāo)志 mov a，#00hmov r7，#09hmov r0，#28hlp1：mov r0，ainc r0 djnz r7，lp1mov

29、r7，#06hmov r0，#39hlp2：mov r0，ainc r0djnz r7，lp2mov r7，#06hmov ro，#50hlp3：mov r0，ainc r0dinz r7，lp3 ；清顯示緩沖區(qū)mov 33h，#00hmov 34h，#00h ；賦kp高低字節(jié)mov 35h，#00hmov 36h，#00h ；賦ki高低字節(jié)mov 37h，#00h mov 38h，#00h ；賦kd高低字節(jié)mov 42h，#00hmov 43h，#00h ；賦k高低字節(jié)mov tmod，#56h ；t0方式2，t1方式1計(jì)數(shù)mov tlo，#06hmov tho，#06h mov 25h，#

30、163h ；設(shè)定值默認(rèn)值350setb tr0 ；鍵盤高優(yōu)先級(jí)setb et0setbex0setb ea ；開鍵盤t0。t1中斷l(xiāng)oop：mov r0，#56h mov r1，#55h lcall scacov ；標(biāo)度轉(zhuǎn)化 mov r0，#53h lcall dir nop lcall dly10ms nop lcall dly10ms ajmp loop ；等中斷(2)鍵盤子程序keys：clr ex0 clr ea push psw push acc ；關(guān)中斷 lcalldly10ms ；消抖cc： jb p3.2 aasetb 5dh ；置“顯示設(shè)定值溫度值標(biāo)志”mov a，25h ；

31、取運(yùn)算位的值mov b，#10h ；bcd碼轉(zhuǎn)化div a bmov 52h，amov a，bmov 51h，amov r0，#50hlcall dir ；顯示設(shè)定溫度noplcall dly10msnoplcall dly10msjb p1.7 ，bbmov r1，#25hlcall daad1nop lcall dly10ms ajmp ccbb： jb p1.6 ccmov r1，#25hlcall deec1noplcall dly10msajmp ccaa： pop accpop pswsetb ex0setb ea ；出棧reti(3)顯示子程序dir： mov scon，#00h

32、 ；置串行口移位寄存器狀態(tài)setb p1.4 ；開顯示jb 5dh，dl1 ；顯示設(shè)定溫度dl2： mov dptr，#segtdl0： mov a，r0movc a，a+dptrmov sbuf ，aloop1：jnb ti，loop1 clr tiinc r0mov a，r0movc a，a+dptranl a，#7fh ；使數(shù)帶小數(shù)點(diǎn)mov sbuf ，aloop2：jnb ti,loop2clr tiinc r0mov a，r0movc a，a+dptrmov sbuf,aloop3：jnb ti，loop3clr ticlr p1.4clr 5dhretdl1：mov 50h,#0a

33、h ；小數(shù)位黑屏 ajmp dl2segt:：db 0c0h ，0f9h，0a4h，0b0h，99h，92h，82h，0f8h，80h，90h，0ffh四、小結(jié)課程設(shè)計(jì)是對我們在這學(xué)期學(xué)到的微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門課的理論知識(shí)的一個(gè)綜合測評(píng)，是對我們將理論結(jié)合時(shí)間的綜合能力的考查，是培養(yǎng)我們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，是激發(fā)我們內(nèi)在創(chuàng)新意識(shí)的途徑。在此次課程設(shè)計(jì)中，我們學(xué)到了許多平時(shí)課堂上學(xué)不到的東西，比如：單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)與可行性分析、電阻爐的設(shè)計(jì)與制作、器件的選型、程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試、系統(tǒng)的調(diào)試以及平時(shí)沒有接觸到的在線編程與相關(guān)軟件等等。在設(shè)計(jì)過程中我遇到了許多難以解決的問題，通過去圖書館看書、上網(wǎng)查資料以及請教同學(xué)，努力最終一步一步得以解決。通過這次課程設(shè)計(jì)，不僅鍛煉了我的動(dòng)手能力，更培養(yǎng)了我發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，鞏固了我以前學(xué)過的專業(yè)知識(shí)，促進(jìn)了我的自學(xué)能力。通過本次設(shè)計(jì)，我還了解了微機(jī)控制中pid算法的基本概念及其對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)應(yīng)用。什么樣的課程設(shè)計(jì)都離不開理論與實(shí)際相結(jié)