微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的軟件設(shè)計(jì)

1、第一章 前言在中國(guó)，服裝制造加工業(yè)在工業(yè)結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要的比例。而染色機(jī)作為一種適應(yīng)范圍廣泛的成品之理想的漂染設(shè)備，廣泛應(yīng)用于羊毛衫、晴綸和棉毛衫等成衣的染色、漂白、煮煉和水洗等工藝，也可應(yīng)用于手套、襪子、毛巾等成品的漂染處理。在染色機(jī)染色的生產(chǎn)過(guò)程中，溫度是一個(gè)大的滯后系統(tǒng)，且受多種因素的影響，這些因素的變化范圍雖然不大，但他們是不確定的。染色工藝對(duì)于溫度控制要求非常嚴(yán)格，染液的升溫、保溫和降溫必須符合工藝要求，否則將會(huì)產(chǎn)生色差、缸差、著色不勻等次品。溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要參數(shù)之一，具有非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變、時(shí)滯等特性。在化工、冶金、工業(yè)爐窯等工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)溫度的控制直接影響到許多產(chǎn)

2、品的質(zhì)量及使用壽命。而隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)已用于溫室環(huán)境的控制。自70年代以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面，以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)家技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器以及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。它們主要具有以下特點(diǎn)：1、 適應(yīng)大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制。2、 能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。3、 能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)過(guò)程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制。4、 這

3、些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適用范圍廣泛。5、 溫度控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。例如LM56是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(NSC)推出的低功耗、可編程集成溫度控制器，內(nèi)部含有溫度傳感器和基準(zhǔn)電壓源。兩個(gè)集電極開(kāi)路的數(shù)字信號(hào)輸出端，用來(lái)進(jìn)行溫度控制，利用外接電阻分壓器可以方便地對(duì)上下限溫度進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)溫度超過(guò)上限溫度或低于下限溫度時(shí)，其數(shù)字信號(hào)輸出端輸出相應(yīng)的邏輯電平，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，控溫范圍為一40+125，控溫誤差小于士2。內(nèi)部含有遲滯電壓比較器，利用遲滯電壓比較器的滯后特性，可有效地避免

4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控溫點(diǎn)附近頻繁動(dòng)作，滯后溫度為5。另有一個(gè)模擬信號(hào)輸出端，輸出與攝氏溫度成線性關(guān)系的電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)自身溫度的精確測(cè)量。集成溫度控制器DS56是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司推出的低功耗、可編程集成溫度控制器，內(nèi)部包含有溫度傳感器和高精度基準(zhǔn)電壓源。有兩個(gè)集電極開(kāi)路的數(shù)字信號(hào)輸出端，專(zhuān)門(mén)用來(lái)進(jìn)行溫度控制，利用外接的精密電阻分壓器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上下限溫度的準(zhǔn)確設(shè)定，當(dāng)溫度超過(guò)上限溫度或低于下限溫度時(shí)，其數(shù)字信號(hào)輸出端將輸出相應(yīng)的邏輯電平，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。控溫范圍為40+125，在400內(nèi)，精度為3，在085內(nèi)，精度為2，在85125內(nèi)

5、，精度為3 。內(nèi)部含有遲滯電壓比較器，利用遲滯電壓比較器的滯后特性，可有效地避免執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控溫點(diǎn)附近頻繁動(dòng)作，滯后溫度THYST為+5。另有一個(gè)模擬信號(hào)輸出端，輸出與攝氏溫度成線性關(guān)系的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換后，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)自身溫度的精確測(cè)量。該集成溫度控制器可廣泛應(yīng)用于家用電器和辦公設(shè)備的過(guò)熱保護(hù)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及電池供電系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)、工業(yè)過(guò)程控制、降溫風(fēng)扇控制、電器設(shè)備的過(guò)熱保護(hù)等領(lǐng)域。相對(duì)于國(guó)外的發(fā)展水平，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器總體水平不高。目前，我國(guó)在這方面的總體水平處于20世紀(jì)80年代中后期的水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制以及常規(guī)的PID控制器為主，它只能

6、適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制器，國(guó)內(nèi)技術(shù)還十分不成熟。但我國(guó)在溫度控制系統(tǒng)上還是取得了一些成果和進(jìn)步的。例如唐山鋼鐵公司高速線材廠運(yùn)用模糊控制理論和傳統(tǒng)的PID控制相結(jié)合，不僅成功的實(shí)現(xiàn)了溫度自動(dòng)控制，而且還使噸鋼油耗指標(biāo)大幅度下降，取得了近千萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對(duì)溫度控制精度要求的不斷提高，溫度控制系統(tǒng)的控制技術(shù)得到迅猛發(fā)展，當(dāng)前比較流行的溫度控制系統(tǒng)有基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)、基于PLC的溫度控制系統(tǒng)、基于工控機(jī)（IPC）的溫度控制系統(tǒng)、集散型溫度控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)等。第二章

7、系統(tǒng)組成及工作原理2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)本課題要求采用鉑熱電阻測(cè)溫，其控溫范圍為：25-135；采用數(shù)字PID算法，使控溫精度達(dá)到2；能實(shí)時(shí)輸入控溫工藝，實(shí)時(shí)顯示染缸實(shí)測(cè)溫度，超溫時(shí)能報(bào)警。該控制器能對(duì)8臺(tái)染色機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制。其具體技術(shù)要求如下：1、實(shí)現(xiàn)對(duì)多路溫度信號(hào)進(jìn)行采集；2、采用數(shù)字PID控制算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制；3、控溫范圍為：25-135，控溫精度達(dá)到2；2.2 系統(tǒng)功能及工作原理系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為核心控制器，控制系統(tǒng)正常工作。通過(guò)由PT-100構(gòu)成的電橋電路采集溫度信號(hào)，由于電橋產(chǎn)生的電壓信號(hào)過(guò)低，通過(guò)TLC084構(gòu)成的放大電路將輸出電壓控制在0-5V的范圍內(nèi)，

8、并將輸出電壓信號(hào)送入ADC0804進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行顯示，并通過(guò)PID算法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的加熱與制冷時(shí)間長(zhǎng)短進(jìn)行控制。各模塊具體功能如下所示：1、 通過(guò)CD4051模擬開(kāi)關(guān)采集8路染色機(jī)信號(hào)，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)處理；2、 鍵盤(pán)及顯示模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)控制溫度和時(shí)間的設(shè)定及顯示，以及實(shí)現(xiàn)通道的選擇與顯示；3、 PT-100電橋電路模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的采集，并通過(guò)放大電路使輸出電壓范圍控制在-5V；4、 報(bào)警模塊由ISD1420組成，實(shí)現(xiàn)超溫時(shí)的報(bào)警功能；5、 加熱，降溫模塊由光耦及雙向可控硅構(gòu)成，通過(guò)單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的加熱及降溫。2.3 系統(tǒng)組成及框圖系統(tǒng)由硬件與軟

9、件兩大部分組成，硬件電路由以下幾個(gè)部分組成：溫度采集部分、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制部分、7279鍵盤(pán)部分、時(shí)鐘電路部分、加熱控制電路部分、制冷控制部分、語(yǔ)音報(bào)警電路部分和液晶顯示部分。其中溫度采集部分由PT-100電橋電路、TL084放大電路、CD4051模擬開(kāi)關(guān)以及ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成；加熱控制電路部分和制冷控制部分電路由光耦和雙向可控硅組成；單片機(jī)控制部分由MAX232通信模塊、復(fù)位電路和時(shí)鐘晶振組成；語(yǔ)音報(bào)警電路部分由ISD1420及其外圍電路組成，采用LM386驅(qū)動(dòng)功率為1W的喇叭。系統(tǒng)的硬件電路組成框圖如圖2.1所示：STC89C52溫度采集電路模擬開(kāi) 關(guān)放大電路鍵盤(pán)控制電路液晶

10、顯示電路語(yǔ)音報(bào)警電路電 源復(fù)位電路A/D轉(zhuǎn)換電路加溫降溫控制電路時(shí)鐘電路圖2.1 系統(tǒng)硬件電路組成框圖系統(tǒng)的軟件部分采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，將軟件分為主程序模塊、中斷服務(wù)模塊、溫度采集模塊、7279鍵盤(pán)模塊、時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、PID算法模塊和PID控制模塊。其中AD數(shù)據(jù)采樣及處理、語(yǔ)音報(bào)警、PID控制算法子程序和PID控制值輸出用中斷服務(wù)模塊來(lái)處理。在中斷程序中，將定時(shí)器0定時(shí)為1秒，當(dāng)開(kāi)定時(shí)器0時(shí)，每隔一秒進(jìn)入中斷處理程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理。鍵盤(pán)顯示模塊通過(guò)直接使用7279芯片的讀鍵盤(pán)數(shù)據(jù)指令來(lái)獲取鍵值進(jìn)行比較處理后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序，能達(dá)到更好的人機(jī)交互效果。加溫降溫控

11、制通過(guò)使用PID算法計(jì)算出控制值，然后使用定時(shí)器1產(chǎn)生的PWM波控制P2.1口和P2.2口的高低電平轉(zhuǎn)換來(lái)控制雙向可控硅的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱降溫的控制。第三章 微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的硬件設(shè)計(jì)硬件是整個(gè)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，硬件電路的優(yōu)劣與合理設(shè)計(jì)關(guān)系到系統(tǒng)能否正常及其穩(wěn)定性。本系統(tǒng)硬件電路主要由溫度采集部分、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制部分、7279鍵盤(pán)部分、時(shí)鐘電路部分、加熱控制電路部分、制冷控制部分、語(yǔ)音報(bào)警電路部分和液晶顯示部分組成，其各部分設(shè)計(jì)如下。3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成。其電路圖如圖3.1所示：圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖為將程序通過(guò)Keil

12、 uVision2軟件寫(xiě)入單片機(jī)，通過(guò)MAX232串口通信電路實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信，其電路如圖3.2所示：圖3.2 MAX232串口通信電路圖3.1中，STC89C52的X1、X2端分別是反相放大器輸入和輸出端，外接晶振產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件，在本次實(shí)驗(yàn)中使用的是12M頻率的晶振。其中C10、C11是33pF的反饋電容。其作用有兩個(gè)：其一是使振蕩器起振，其二是對(duì)振蕩器的頻率f起微調(diào)作用。同時(shí)，由于P0口作為語(yǔ)音芯片ISD1420的地址輸出口，且STC89C52中P1口沒(méi)有上拉電阻，故在P1口接阻值為10K的上拉電阻。在本系統(tǒng)中采用的復(fù)位方式是手動(dòng)復(fù)位。手動(dòng)復(fù)位是直接通過(guò)按鍵S

13、2使RES信號(hào)維持高電平一段時(shí)間即可。當(dāng)單片機(jī)復(fù)位以后，除SP=07，P0、P1、P2、P3為0FF外，其它寄存器都為0。3.2 溫度采集部分3.2.1 溫度轉(zhuǎn)換電路溫度轉(zhuǎn)換電路是由PT-100電橋電路和TL084放大電路組成。PT-100電橋電路采用PT-100型鉑熱電阻作為溫度傳感器，鉑熱電阻是利用阻值隨溫度變化而變化的特性來(lái)測(cè)量溫度，它有很好的穩(wěn)定性和測(cè)量精度，測(cè)量范圍寬，被廣泛應(yīng)用于作溫度的基準(zhǔn)，PT-100將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化，并通過(guò)橋堆將電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，因?yàn)樗玫膲翰钪挥泻练?jí)，所以要經(jīng)過(guò)TL084放大器放大，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器，把電壓量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后將轉(zhuǎn)換

14、的數(shù)值送CPU處理。溫度轉(zhuǎn)換電路如圖3.3所示：圖3.3 溫度轉(zhuǎn)換電路TL084是四輸入運(yùn)算放大放大器，具有高轉(zhuǎn)換率、低輸入偏置和偏置電流以及低失調(diào)電壓溫度系數(shù)的特點(diǎn)。在圖3.3中，運(yùn)放結(jié)構(gòu)的測(cè)量放大器由TLC084兩級(jí)組成，兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的同相放大器構(gòu)成第一級(jí)，第二級(jí)為差動(dòng)放大器減法器。通過(guò)改變電阻R38的大小，可方便地調(diào)節(jié)放大器的增益，在集成化的測(cè)量放大器中，R38是外接電阻，用戶(hù)可根據(jù)整機(jī)的增益要求來(lái)選擇R38的大小。3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路由模擬開(kāi)關(guān)CD4051和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804組成，其作用是將經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)選通的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)多路溫度采集。ADC

15、0804是8 位COMS 依次逼近型的A/D 轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間是100us。轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，可由CPU打開(kāi)三態(tài)門(mén)，讀出8位的轉(zhuǎn)換結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3.4所示：圖3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路圖3.3 7279鍵盤(pán)部分HD7279是一片具有串行接口的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管(或64只獨(dú)立LED)的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤(pán)矩陣,單片即可完成LED顯示、鍵盤(pán)接口的全部功能。HD7279內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼，而且具有2種譯碼方式。HD7279還具有多種控制指令，如左移(A1H)、右移(A0H)、消隱(98H)、閃爍(88H)、段尋址等。在本系統(tǒng)中，考

16、慮到單片機(jī)的I/O口使用個(gè)數(shù)的限制，故舍棄矩陣式鍵盤(pán)的按鍵方式，采用7279顯示板上的鍵盤(pán)來(lái)進(jìn)行按鍵操作。在操作過(guò)程中，只需接4根接口線，分別為：片選線CS、串行時(shí)鐘線CLK、串行數(shù)據(jù)線DATA以及鍵盤(pán)申請(qǐng)線KEY，其中CS為片選信號(hào)（低電平有效）。其原理圖如圖3.5所示。圖3.5 7279顯示板原理圖3.4 時(shí)鐘電路部分在本系統(tǒng)中，時(shí)鐘電路部分采用串行時(shí)鐘芯片DS1302，它是一種高性能、低功耗的時(shí)鐘芯片，包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31個(gè)字節(jié)的靜態(tài)RAM?？蓪?shí)時(shí)的對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，可通過(guò)外部可充電池加電長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，并能為電池慢速充電。它與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方

17、式進(jìn)行通信，因此連線簡(jiǎn)單，僅需用到 、I/O和SCLK三個(gè)口線。其電路圖如圖3.6所示：圖3.6時(shí)鐘電路圖3.5 液晶顯示部分液晶顯示部分采用的是FYD12864漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，它具有非常完備的字庫(kù)，內(nèi)置8192個(gè)16x16點(diǎn)漢字，128個(gè)16x8點(diǎn)ASCII字符集，還可以顯示自定義圖形，能夠滿足多種顯示的需要。同時(shí)它具有并行和串行兩種工作方式，考慮到單片機(jī)I/O使用數(shù)目的限制，故在使用液晶顯示是采用的是串行通信的工作方式。其與單片機(jī)的連線圖如圖3.7所示： 圖3.7 液晶模塊連線圖3.6 語(yǔ)音報(bào)警電路部分語(yǔ)音報(bào)警電路部分由ISD1420語(yǔ)音芯片及其外圍電路組成。其中，A0-A7為語(yǔ)

18、音芯片的地址端，每位地址代表125ms的尋址，l60個(gè)地址覆蓋20s(160xO125s=20s)的語(yǔ)音范圍，錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開(kāi)始。地址端與單片機(jī)的P0口相連，通過(guò)軟件將ISD1420的地址置為Ox00作為起始地址來(lái)進(jìn)行錄放音。錄音過(guò)程中，通過(guò)長(zhǎng)按S1鍵，此時(shí)LED點(diǎn)亮表示錄音正常。17、18管腳為：MIC、MICREF，兩管腳之間接咪頭，進(jìn)行錄音。14、15管腳為SP+、SP-，由于采用的喇叭功率為1W，若接兩管腳間容易失真。故采用單端輸出，SP-接10uf到地以防止燒壞ISD1420芯片，SP+接外部功率放大器LM386。喇叭功放電路如圖3.9所示。圖3.9中R21為電位器

19、，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器阻值的大小可以調(diào)節(jié)喇叭聲音的高低。語(yǔ)音報(bào)警電路如圖3.8所示。圖3.8 語(yǔ)音報(bào)警電路圖3.9 喇叭功放電路3.7加熱控制電路部分本部分設(shè)計(jì)主要由驅(qū)動(dòng)器7407、光耦MOC3041和雙向可控硅構(gòu)成。加熱控制電路主要利用光電耦合器實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電與弱電的隔離，避免回執(zhí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行對(duì)前端電路的影響，并將光耦輸出的控制信號(hào)送至雙向可控硅的控光制端，實(shí)現(xiàn)控制其開(kāi)關(guān)狀態(tài)的關(guān)斷與閉合，從而控制加熱器件的加熱時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)溫度的控制，并且此電路還有低噪聲、可靠性高、驅(qū)動(dòng)功率小、對(duì)電源電壓適應(yīng)能力強(qiáng)和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。所以在控制電路的設(shè)計(jì)中，采用了此電路作為加熱控制開(kāi)關(guān)。在加熱部分中，采用電烙鐵作為

20、加熱器件。當(dāng)雙向可控硅導(dǎo)通時(shí)，電烙鐵加熱。其具體電路如圖3.10所示。圖3.10 加熱控制電路圖3.8 降溫控制電路部分本部分電路設(shè)計(jì)原理和加熱控制電路原理相同，由驅(qū)動(dòng)器7407、光耦MOC3041、雙向可控硅組成。降溫器件為直流電機(jī)，雙向可控硅導(dǎo)通后，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行降溫處理。其原理圖如圖3.11所示。圖3.11 降溫控制電路圖第四章 微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C51語(yǔ)言，在Windows XP環(huán)境下采用Keil uVision2軟件進(jìn)行編寫(xiě)，對(duì)STC89C52進(jìn)行編程。4.1軟件整體設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)的軟件一般由主程序和若干子程序以及中斷程序組成。在主程序中調(diào)用子程序，

21、子程序中對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)際的操作。通過(guò)對(duì)每個(gè)子程序的調(diào)試并結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)每個(gè)功能模塊的作用。然后在主程序中，合理的排列子程序的執(zhí)行順序，關(guān)鍵是要將整個(gè)程序的邏輯順序表示清楚。在系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想能使每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)無(wú)須過(guò)多地關(guān)聯(lián)其它模塊，可以獨(dú)立進(jìn)行修改和調(diào)試。為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及調(diào)試提供了相當(dāng)大的便利。系統(tǒng)軟件包括九個(gè)模塊：主模塊、中斷服務(wù)模塊、溫度采集模塊、7279鍵盤(pán)模塊、時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、PID算法模塊和PID控制模塊。主程序主要完成液晶顯示及鍵盤(pán)處理功能，通過(guò)判斷是否有鍵按下，按下的鍵值與功能鍵是否相等來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的功能，如對(duì)溫度參數(shù)的設(shè)定、時(shí)間的

22、設(shè)定、通道選擇等。中斷程序主要完成對(duì)AD數(shù)據(jù)采樣及處理、語(yǔ)音報(bào)警、PID控制算法子程序和PID控制值輸出等功能。其余子程序則是對(duì)系統(tǒng)功能的豐富及完善，如時(shí)鐘模塊。4.2 系統(tǒng)變量定義及I/O口分配在編寫(xiě)軟件程序前，將STC89C52的I/O口進(jìn)行合理地分配，能使軟件編寫(xiě)過(guò)程方便且資源不產(chǎn)生沖突。單片機(jī)的I/O口分配表如表4.1所示。表4.1 單片機(jī)I/O分配表 FYD12864液晶DS1302時(shí)鐘ADC0804P1.0CS_LCDP1.3SCLK_DS1302P3.6WRP1.1SID_LCDP1.4IO_DS1302P3.7RDP1.2SCLK_LCDP1.5RST_DS1302P2.0CS

23、_AD7279鍵盤(pán)CD4051加熱降溫控制P1.6CSP2.3CD_AP2.1K_JIANP1.7CLKP2.4CD_BP2.2K_JIAP3.4DATP2.5CD_CISD1420P3.5KEYP2.6PLAY_E編寫(xiě)程序時(shí)，由于采用的程序語(yǔ)言為C51，在軟件編寫(xiě)前應(yīng)定義全局變量，以供整體程序使用。全局變量定義情況如下所述：STR416 存放四行十六列的液晶數(shù)據(jù)變量STR_Temp3 存放三位的溫度數(shù)據(jù)變量keynum 定義鍵值變量 flag 定義液晶界面切換標(biāo)志位flag1 定義溫度設(shè)定值個(gè)位/十位/百位切換標(biāo)志位 flag2 定義通道選擇標(biāo)志位 chanl 定義所選通道號(hào)變量Set_fl

24、ag 定義時(shí)間設(shè)定值秒/分/時(shí)等的切換標(biāo)志位cc3 存放三次溫度采樣值 bai 定義溫度設(shè)定值的百位shi 定義溫度設(shè)定值的十位 ge 定義溫度設(shè)定值的個(gè)位同時(shí)，在DS1302時(shí)鐘模塊變量和PID算法模塊變量的定義中，采用結(jié)構(gòu)體的定義方式將所需的變量定義在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中，使數(shù)據(jù)處理清晰方便。其定義情況如下所示：1、DS1302時(shí)鐘模塊結(jié)構(gòu)體定義 typedef struct Time_struct uchar Second; 定義DS1302時(shí)鐘芯片的秒位變量 uchar Minute; 定義DS1302時(shí)鐘芯片的分位變量 uchar Hour; 定義DS1302時(shí)鐘芯片的時(shí)位變量 uchar

25、Week;定義DS1302時(shí)鐘芯片的星期變量 uchar Day;定義DS1302時(shí)鐘芯片的日變量 uchar Month;定義DS1302時(shí)鐘芯片的月變量 uchar Year;定義DS1302時(shí)鐘芯片的年變量 ; struct Time_struct time_;2、PID算法模塊結(jié)構(gòu)體定義typedef struct PIDValue uchar Ek3; 存放采樣值與設(shè)定值之間的差值 uchar EkFlag3; 存放采樣值與設(shè)定值之間的差值的符號(hào)位 uchar KP; 定義PID中的P系數(shù)uchar KI; 定義PID中的I系數(shù)uchar KD; 定義PID中的D系數(shù)uchar Uk

26、; 定義PID的輸出值 uchar RK; 定義PID中的設(shè)定值 uchar CK; 定義PID中的實(shí)際值 ;struct PIDValue PID; 4.3 軟件模塊化分析系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：主模塊、中斷服務(wù)模塊、溫度采集模塊、7279鍵盤(pán)模塊、時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、PID算法模塊和PID控制模塊。下面是關(guān)于這幾個(gè)模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程。4.3.1 主程序模塊在系統(tǒng)上電以后，主程序進(jìn)行時(shí)鐘芯片初始化、液晶初始化、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)、液晶顯示初始界面及鍵盤(pán)掃描判斷有鍵按下否。如無(wú)鍵按下，則顯示液晶初始化界面；有鍵按下，則分析標(biāo)志位根據(jù)所得標(biāo)志位的值

27、執(zhí)行相應(yīng)的子程序。然后通過(guò)相應(yīng)的鍵值執(zhí)行時(shí)間的設(shè)定、控制溫度的設(shè)定以及通道選擇的子程序。系統(tǒng)主流程圖如圖4.1所示：開(kāi)始LCD初始化調(diào)用液晶初始化界面子程序定時(shí)器初始化時(shí)鐘芯片初始化鍵盤(pán)掃描，判斷flag=？0 12調(diào)用screen_2()，開(kāi)定時(shí)器0中斷調(diào)用screen_3()圖4.1 主程序流程4.3.2 中斷服務(wù)模塊本次軟件設(shè)計(jì)中，中斷服務(wù)模塊的設(shè)計(jì)是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的重要部分。在中斷服務(wù)模塊中，通過(guò)開(kāi)啟定時(shí)器T0來(lái)定時(shí)調(diào)用一些子程序進(jìn)行操作。在中斷服務(wù)模塊中執(zhí)行下列操作：調(diào)用ADC0804進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集和處理；將采集到的溫度與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，判斷系統(tǒng)是要加熱還是制冷，同時(shí)判斷是否進(jìn)

28、行超溫報(bào)警的操作；然后啟動(dòng)PID算法和PID控制輸出等。在中斷服務(wù)模塊的設(shè)計(jì)中，通過(guò)設(shè)置Th0=(65536-50000)/256、Tl0=(65536-50000）%256。使得定時(shí)器T0的時(shí)間為50ms。其流程圖如圖4.2所示：中斷入口保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)重賦定時(shí)器初值時(shí)間變量aa+aa=20？調(diào)用A/D子程序，清零aa采樣T=設(shè)定T？采樣T設(shè)定T？語(yǔ)音報(bào)警PID控制算法PID控制輸出恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)中斷返回NYYNY N圖4.2 中斷服務(wù)程序流程圖4.3.3 DS1302時(shí)鐘模塊時(shí)鐘芯片DS1302內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分

29、、時(shí)、日、日期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整。時(shí)鐘程序模塊主要完成對(duì)DS1302的讀寫(xiě)以及將讀出值送入顯存單元等功能，并能夠在按鍵按下時(shí)進(jìn)行時(shí)鐘調(diào)整。DS1302主要由移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及RAM組成。在串行傳輸任何數(shù)據(jù)前，必須先把置為高電平“1”，數(shù)據(jù)輸入（寫(xiě)操作）是在SCLK的上升沿進(jìn)行，即在上升沿到達(dá)前，數(shù)據(jù)必須有效；數(shù)據(jù)的輸出（讀操作）是在SCLK的下降沿進(jìn)行。如果為低電平，那么所有的數(shù)據(jù)傳輸終止，且I/O引腳變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。寫(xiě)入時(shí)，最先傳入的一個(gè)字節(jié)為命令字，命令字節(jié)中包含讀/寫(xiě)操作、操作對(duì)象和地址信息，隨后的時(shí)鐘周期在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫(xiě)操作

30、時(shí)輸入數(shù)據(jù)。無(wú)論是命令字還是數(shù)據(jù)，它們的傳送都是低位在前，高位在后。 對(duì)時(shí)鐘芯片的操作，一般有以下六個(gè)步驟：1.通過(guò)對(duì)寫(xiě)保護(hù)寄存器的操作，關(guān)閉寫(xiě)保護(hù)，使DS1302允許寫(xiě)入； 2.通過(guò)將秒寄存器最高位置1，使時(shí)鐘振蕩器停止，以便設(shè)定初值；3.初始化DS1302,將設(shè)定值寫(xiě)入各時(shí)鐘寄存器；4.將設(shè)定值讀出；5.將秒寄存器的最高位置0，啟動(dòng)時(shí)鐘；6.打開(kāi)寫(xiě)保護(hù)，禁止對(duì)任何寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作。要正確讀寫(xiě)DS1302,關(guān)鍵在于時(shí)序。在控制命令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開(kāi)始， 同樣，在緊跟8位的控制命令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS130

31、2的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位至高位7。單字節(jié)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)序如圖4.3所示。 圖4.3 單字節(jié)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)序圖在對(duì)DS1302操作時(shí)，定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體Time_struct來(lái)存儲(chǔ)時(shí)鐘的時(shí)、分、秒、日期等數(shù)據(jù)。在DS1302時(shí)鐘芯片的程序編寫(xiě)中，關(guān)鍵是搞懂DS1302的寫(xiě)子程序以及讀子程序。寫(xiě)子程序及讀子程序的流程圖如圖4.4、圖4.5所示。在時(shí)鐘模塊中，通過(guò)寫(xiě)子程序?qū)r(shí)間初值寫(xiě)入DS1302芯片寄存器中，然后通過(guò)讀子程序?qū)?xiě)入的初值讀出并通過(guò)液晶顯示子程序?qū)r(shí)間顯示出來(lái)。由于在硬件電路中并沒(méi)有外接干電池故在程序中寫(xiě)入“2011年5月25日 Wed 02:30:00”。入口允許傳輸數(shù)據(jù)發(fā)送地址接受數(shù)據(jù)

32、關(guān)閉傳輸數(shù)據(jù)返回入口允許傳輸數(shù)據(jù)發(fā)送地址發(fā)送數(shù)據(jù)返回關(guān)閉傳輸數(shù)據(jù) 圖4.4 寫(xiě)子程序流程圖圖4.5 讀子程序流程圖DS1302中共有12個(gè)寄存器，其中7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘有關(guān)，它們均以BCD碼格式存放，如表4.2所示：表4.2 DS1302時(shí)鐘寄存器地址與格式寄存器名 命令字取值范圍 格 式 讀操作 寫(xiě)操作 D7D6D5D4D3D2D1D0秒寄存器81H80H0059CH秒（十位）秒（個(gè)位）分寄存器83H82H00590分（十位）分（個(gè)位）時(shí)寄存器85H54H0112或012312或240 A/P 時(shí)(十位)時(shí)(十位)時(shí)(個(gè)位)日寄存器87H86H 0128/30/3100日(十位)日(個(gè)位

33、)月寄存器89H88H0112000月(十位)月（個(gè)位)周寄存器8BH8AH010700000周年寄存器8DH8CH0099年（十位）年（個(gè)位）4.3.4 溫度采集模塊在溫度采集模塊中，通過(guò)CD4051八路模擬開(kāi)關(guān)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804相結(jié)合的方法達(dá)到多路溫度采集的功能。CD4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開(kāi)關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)制控制輸入端A、B、C和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。在操作過(guò)程中，只要改變A、B、C的值，就可以選通不同的通道。其中，INH是禁止端，當(dāng)INH置1時(shí)，所有通道截止。CD4051的真值表如表4.3所示。 表4.3 CD4051真值表INHCBA輸出000

34、00000110010200113010040101501106011171均不導(dǎo)通ADC0804是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器,它的轉(zhuǎn)換時(shí)間是100us，ADC0804進(jìn)行模擬/數(shù)字的轉(zhuǎn)換時(shí)，控制ADC0804動(dòng)作的信號(hào)只有CS、WR、RD。因此，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的軟件編寫(xiě)中，只需要送出所需的CS、WR、RD的控制信號(hào)。其流程圖如圖4.6所示。啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換P0=0xff，允許輸入數(shù)據(jù)調(diào)用100us延時(shí)子程序P0口數(shù)據(jù)處理送顯示返回入口圖4.6 A/D轉(zhuǎn)換流程圖4.3.5 液晶顯示模塊在液晶顯示模塊中，采用的是FYD12864液晶顯示模塊。它具有兩種通訊模式：并行通訊模式和串行通訊模式。由于I

35、/O口的限制和考慮到接線數(shù)量的簡(jiǎn)單，采用串行通訊模式將PSB直接接地，則液晶顯示模塊為串口通訊模式。在液晶顯示模塊與單片機(jī)STC89C52的連接中，只需連接CS、SID、CLK三根口線，它們分別為：模組片選端、串行數(shù)據(jù)輸入端、串行同步時(shí)鐘。該模塊的液晶每行可以顯示8個(gè)漢字(雙字節(jié))或16個(gè)半角字符(單字節(jié))，共可以顯示四行。在對(duì)每行進(jìn)行送數(shù)時(shí)，要先把要顯示的漢字或字符的位置算好，否則很容易顯示亂碼。字符顯示RAM在液晶模塊中的地址為80H90H，字符顯示RAM的地址與32個(gè)字符顯示區(qū)域有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4.4所示：表4.4 字符顯示RAM地址表第一行首址80H81H82H83H

36、84H85H86H87H第二行首址90H91H92H93H94H95H96H97H第三行首址88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH第四行首址98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH在對(duì)液晶顯示程序的編寫(xiě)過(guò)程中，要對(duì)液晶的相關(guān)時(shí)序圖有所了解，這是將液晶顯示子程序?qū)懞玫闹攸c(diǎn)和難點(diǎn)。其串行模式數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖如圖4.7所示，串口方式讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序圖如圖4.8所示。圖4.7 串行模式數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖圖4.8 串口方式讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序圖由圖4.7可知，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，無(wú)論是命令字還是數(shù)據(jù)，都必須是在CS信號(hào)為高電平的情況下進(jìn)行的，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)要先傳送高四位，中間間隔四個(gè)低電平，再傳送該數(shù)據(jù)的

37、低四位。在使用液晶顯示模塊時(shí)，必須進(jìn)行液晶的初始化。設(shè)定好液晶的工作模式以及顯示狀態(tài)，比如:清除顯示、顯示狀態(tài)開(kāi)/關(guān)、游標(biāo)或顯示移位控制、反白選擇等。將液晶初始化后進(jìn)行發(fā)送子程序的編寫(xiě)，其流程圖如圖4.9所示。在液晶的寫(xiě)子程序中調(diào)用兩次發(fā)送子程序，分別用來(lái)發(fā)送指令與數(shù)據(jù)，并且必須先發(fā)送指令再發(fā)送數(shù)據(jù)。液晶的寫(xiě)子程序如圖4.10所示。NY入口i=0i8?i+,數(shù)據(jù)最高位送數(shù)據(jù)線產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)返回入口CS=1發(fā)送寫(xiě)指令/數(shù)據(jù)取高四位并發(fā)送取低四位并發(fā)送返回圖4.9 發(fā)送子程序流程圖 圖4.10 寫(xiě)子程序流程圖將發(fā)送以及寫(xiě)子程序編寫(xiě)好后，通過(guò)調(diào)用寫(xiě)子程序?qū)⒁壕У娘@示子程序編寫(xiě)好，其流程圖如圖4.1

38、1所示。N返回Y入口液晶初始化將寫(xiě)命令寫(xiě)入首字節(jié)設(shè)置顯示位置將寫(xiě)數(shù)據(jù)寫(xiě)入首字節(jié)將要顯示的字符的代碼送數(shù)據(jù)線是否寫(xiě)完？圖4.11 液晶顯示子程序流程圖以下是編程時(shí)經(jīng)常用到的控制器接口信號(hào)和指令的說(shuō)明：1. RS、R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式及E信號(hào)：表4.5 控制界面的4種模式RSR/W功能說(shuō)明LLMPU寫(xiě)指令到指令暫存器（IR）LH讀出忙標(biāo)志（BF）及地址記數(shù)器（AC）的狀態(tài)HLMPU寫(xiě)入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR）HHMPU從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)表4.6 E信號(hào)E狀態(tài)執(zhí)行動(dòng)作結(jié)果高低I/O緩沖DR配合/W進(jìn)行寫(xiě)數(shù)據(jù)或指令高DRI/O緩沖配合R進(jìn)行讀數(shù)據(jù)或指令低/低高無(wú)動(dòng)作2.

39、模塊控制芯片提供兩套控制命令，基本指令和擴(kuò)充指令，一般情況下，只需用到基本指令，基本指令如表4.7所示：表4.7 基本指令表(RE=0)指 令 碼功 能指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除 顯示0000000001將DDRAM填滿20H,并且設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器(AC)到00H地址 歸位000000001X設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器(AC)到00H,并且將游標(biāo)移到開(kāi)頭原點(diǎn)位置;這個(gè)指令不改變DDRAM 的內(nèi)容顯示狀態(tài)開(kāi)/關(guān)0000001DCBD=1: 整體顯示 ON C=1: 游標(biāo)ON B=1:游標(biāo)位置反白允許進(jìn)入點(diǎn)設(shè)定00000001I/DS指定在數(shù)據(jù)的讀取與寫(xiě)入時(shí),設(shè)定

40、游標(biāo)的移動(dòng)方向及指定顯示的移位設(shè)定GRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定CGRAM 地址設(shè)定DDRAM 地址0010AC5AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定DDRAM 地址（顯示位址） 第一行：80H87H 第二行：90H97H讀取忙標(biāo)志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0讀取忙標(biāo)志(BF)可以確認(rèn)內(nèi)部動(dòng)作是否完成,同時(shí)可以讀出地址計(jì)數(shù)器(AC)的值寫(xiě)數(shù)據(jù)到RAM10數(shù) 據(jù)將數(shù)據(jù)D7D0寫(xiě)入到內(nèi)部的RAM (DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)讀出RAM值11數(shù) 據(jù)從內(nèi)部RAM讀取數(shù)據(jù)D7D0 (DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)4.

41、3.6 語(yǔ)音報(bào)警模塊在語(yǔ)音報(bào)警模塊中，使用的是ISD1420語(yǔ)音芯片。其功能主要是在采集溫度大于設(shè)定溫度時(shí)，將語(yǔ)音芯片的PLAYE端置“0”，此時(shí)啟動(dòng)語(yǔ)音芯片的播放功能，實(shí)現(xiàn)報(bào)警作用。在ISD1420語(yǔ)音芯片中，A0-A7地址輸入有雙重功能,根據(jù)地址中的A6,A7的電平狀態(tài)決定功能。如果A6,A7有一個(gè)是低電平,A0A7輸入全解釋為地址位,作為起始地址用。A0-A7 由低位向高位排列，每位地址代表125 毫秒的尋址，160個(gè)地址覆蓋20秒（160*0.125s=20s）的語(yǔ)音范圍，錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開(kāi)始，錄音結(jié)束由停止鍵操作決定，芯片內(nèi)部自動(dòng)在該段的結(jié)束位置插入結(jié)束標(biāo)志（EOM）

42、；而放音時(shí)芯片遇到EOM標(biāo)志即自動(dòng)停止放音。在ISD語(yǔ)音報(bào)警的硬件電路中，人工手動(dòng)錄取報(bào)警音樂(lè)。將芯片的25腳（RECLED）端通過(guò)按鍵接地，當(dāng)按鍵接地時(shí)，RECLED置“0”,此時(shí)ISD1420錄音。在錄音前通過(guò)軟件賦予P0口首地址0x00，而語(yǔ)音芯片的地址端與P0口相連，故錄音首地址為0x00。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)，將ISD操作模式設(shè)為軟件置PLAYE為“0”，此時(shí)播放錄音。ISD1420語(yǔ)音芯片的地址功能表如表4.8所示。表4.8 ISD1420地址功能表地址狀態(tài)功能說(shuō)明DIP開(kāi)關(guān)12345678(ON=0，OFF=1)地址位A0A1A2A3A4A5A6A7(1為高電平，0為低電平，*為

43、高或低電平)00000000一段式最長(zhǎng)20 秒錄放音，從首地址開(kāi)始。10000000以八位二進(jìn)制表示地址，每個(gè)地址代表125 毫秒。地址模式00000010一段從A6 地址開(kāi)始的12 秒錄放音。*0只要A6、A7 有一位是0，就處于地址模式。*0*00010011循環(huán)放音操作，按一下PE 鍵可循環(huán)放音，按PL 鍵停止；或按住PL 鍵放音，松開(kāi)即停止。操作模式00001011按順序連續(xù)分段錄放音，每段語(yǔ)音長(zhǎng)度不限。00000011地址指針復(fù)位，開(kāi)始錄放第一段。10001011按PE 鍵可快速選段放音ISD1420語(yǔ)音芯片的程序流程圖如圖4.12所示：入口設(shè)置ISD1420工作方式寫(xiě)入播放首地址P

44、LAYE端置“0”延時(shí)10秒PLAYE端置“1”返回 圖4.12 語(yǔ)音芯片放音流程圖4.3.7 7279鍵盤(pán)模塊7279鍵盤(pán)模塊在系統(tǒng)中的作用是完成對(duì)按鍵按下的識(shí)別和對(duì)相應(yīng)按鍵進(jìn)行處理。它包括溫度設(shè)定、時(shí)鐘的調(diào)整、檢測(cè)通道的選擇。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)按鍵控制的過(guò)程中，考慮到單片機(jī)I/O口使用的方便和合理，采用7272鍵盤(pán)。同時(shí)，傳統(tǒng)的按鍵在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，應(yīng)該進(jìn)行消抖處理。常用的方法有：硬件消抖和軟件消抖。而7279鍵盤(pán)顯示模塊具有自動(dòng)去抖動(dòng)功能。因此，使用7279鍵盤(pán)能更加穩(wěn)定和方便。7279鍵盤(pán)顯示板具有許多指令，比如：右移指令（A0H）、循環(huán)左移指令（A3H）、閃爍控制（88H）、消隱控制（98H）

45、、讀鍵盤(pán)數(shù)據(jù)指令（15H）等。在系統(tǒng)中，關(guān)鍵用到的是7279的讀鍵盤(pán)數(shù)據(jù)指令。通過(guò)該條指令將7279鍵盤(pán)的每個(gè)按鍵鍵值讀出并用7279顯示板得數(shù)碼管顯示出來(lái)。其鍵值表如表4.9所示。表 4.9 7279鍵盤(pán)鍵值表按鍵號(hào)鍵值功能說(shuō)明161FH秒/分/時(shí)/星期等時(shí)間切換151EH時(shí)間加141DH時(shí)間減131CH液晶工作界面切換1217H溫度設(shè)定值個(gè)位/十位/百位切換1116H溫度設(shè)定值加1015H溫度設(shè)定值減914H通道選擇在7279鍵盤(pán)模塊中，通過(guò)讀鍵盤(pán)指令將讀出的鍵盤(pán)數(shù)據(jù)賦給key_num，通過(guò)讀出的key_num值與表4.9中的鍵值相比較，如果相等的話轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程序中進(jìn)行處理。在系統(tǒng)中，使用

46、了8個(gè)按鍵分別為916，其鍵值如表4.9中所示。在進(jìn)入鍵盤(pán)模塊時(shí)，當(dāng)讀出的鍵盤(pán)值為“1CH”時(shí)flag=1，此時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)從開(kāi)機(jī)界面轉(zhuǎn)入工作界面。第二次讀出鍵值為“1CH”時(shí)flag=2，此時(shí)系統(tǒng)結(jié)束工作進(jìn)入結(jié)束界面。第三次讀出鍵盤(pán)值為“1CH”時(shí)flag=1，再次進(jìn)入工作界面。當(dāng)讀出的鍵值為“1FH”時(shí)Set_flag+，Set_flag加到8時(shí)，再次置“1”。Set_flag值大小從16，其對(duì)應(yīng)的處理方式為秒、分、時(shí)、星期、日、月、年的設(shè)置。其中，鍵值為“1EH”、“1DH”分別對(duì)應(yīng)時(shí)間加、時(shí)間減。當(dāng)讀到的鍵值為“17H”時(shí)flag1+，flag1值的大小從1到3，分別對(duì)應(yīng)溫度的個(gè)位、十位、

47、百位。而鍵值“16H”、“15H”分別對(duì)應(yīng)溫度加，溫度減。當(dāng)讀到的鍵值為“14H”時(shí)flag2+，其值大小從1到3，分別對(duì)應(yīng)通道0、通道1、通道2。其流程圖如圖4.13所示。讀鍵值，賦給key_num入口判定鍵值，key_num=？1CH1FH07H04H界面設(shè)置時(shí)間設(shè)置溫度設(shè)置通道選擇返回圖4.13 7279鍵盤(pán)模塊流程圖4.3.8 PID算法模塊在微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的軟件設(shè)計(jì)中，PID算法模塊是重中之重，同時(shí)也是一個(gè)比較大的難點(diǎn)。PID控制是目前工程上應(yīng)用最廣的一種控制方法，它的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且不依賴(lài)被控對(duì)象模型，控制所需的信息量也很少，因而非常易于工程實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過(guò)參數(shù)的調(diào)整

48、也可獲得較好的控制效果。PID控制是將誤差信號(hào)的比例（P）、積分（I）和微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，故稱(chēng)之為PID控制。因此，在使用中只需要設(shè)定三個(gè)參數(shù)即可。在軟件編寫(xiě)中，通過(guò)使用結(jié)構(gòu)體將PID算法的變量都定義好。分別有偏差值、偏差值符號(hào)、P系數(shù)、I系數(shù)、D系數(shù)、設(shè)定值、實(shí)際值。在進(jìn)行PID運(yùn)算時(shí)，通過(guò)將設(shè)定值與采樣值相減，即=設(shè)定值-采樣值。則為本次偏差信號(hào)， 為前一次偏差信號(hào)，為前兩次的偏差信號(hào)，為PID控制算法的比例系數(shù)，為PID控制算法的積分系數(shù)，為PID控制算法的微分系數(shù)。然后將這些數(shù)據(jù)按增量式PID控制算法的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。PID算法是這樣的：控制器的輸出是與控制器的輸入(誤差)

49、成正比，與輸入的積分成正比和輸入的導(dǎo)數(shù)成正比的這三個(gè)分量之和。PID控制器的性能就決定于、這三個(gè)系數(shù)。采用增量式PID算法的系統(tǒng)框圖如圖4.14所示。圖4.14 增量式PID算法系統(tǒng)框圖當(dāng)增大比例系數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)作變靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小；但振蕩次數(shù)也會(huì)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。積分控制使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。微分控制可以改善動(dòng)態(tài)特性，它對(duì)偏差的變化趨勢(shì)進(jìn)行超前調(diào)整，從而可以有效地提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，加大阻尼，減小超調(diào)量。PID運(yùn)算后的最終結(jié)果是算出PID控制值。通過(guò)定時(shí)器1定時(shí)50ms，每50msPID控制值自減直到控制值減為“0”。此時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行加熱降溫處

50、理。其流程圖如圖4.15所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PID參數(shù)的大小是通過(guò)軟件不斷的來(lái)調(diào)整以達(dá)到控制溫度的目的的，過(guò)程比較繁瑣，需要耐心。經(jīng)過(guò)調(diào)試，取Kp=90、Ki=31、Kd=43。圖4.15 PID控制算法流程圖4.3.9 PID控制模塊本模塊的作用是通過(guò)定時(shí)器1將PID算法子程序中計(jì)算出的PID值送給PID控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的處理。其處理方法為：通過(guò)定時(shí)器1定時(shí)50毫秒，當(dāng)時(shí)間到50毫秒時(shí)將PID值自減，直到PID值減為0為止，在這段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行加熱的處理。主要原理是采用PWM波控制雙向可控硅的通斷時(shí)間來(lái)進(jìn)行溫度控制。在PID算法子程序中，PID的滿值為100。則由此可知，PID控制子程序的周期為5秒。如圖4.16所示。PWM 1 0 1 2 3 100 t/50ms 一個(gè)控制周期 控制值輸出 PWM 1 0 5 t/s圖4.16 PWM控制輸出原理圖第五章 微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的系統(tǒng)調(diào)試微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的