2022年基于DS18B20的温度控制系统方案设计书.docx

《2022年基于DS18B20的温度控制系统方案设计书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年基于DS18B20的温度控制系统方案设计书.docx（31页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精品学习资源目录1、前言 22、温度掌握系统设计32.1 方案挑选 32.2 整体电路设计 3 3、电路模块设计 43.1 电源电路模块 43.2 STC89C52 掌握芯片 43.3 DS18B20 温度掌握芯片 73.3.1 DS18B20 简介 73.3.2 DS18B20 的性能特点 73.3.3 DS18B20 供电方式 83.3.4 DS18B20 测温原理 83.4 复位电路模块 93.5 显示电路模块 103.5.1 移位寄存器 74HC164103.5.2 数码管显示电路 113.6 报警电路模块123.7 按键电路模块4、软件设计 13124.1 掌握流程图134.2 DS

2、18B20 工作过程准时序 134.2.1 初始化时序 134.2.2 写时序 144.2.3 读时序 15 5、闭环掌握 175.1 被控对象的传递函数测定175.2 掌握算法 17 6、系统调试 207、结论 21参考文献 23附录 24欢迎下载精品学习资源1、前言温度掌握系统广泛应用于社会生活的各个领域,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的掌握电路依据应用场合和所要求的性能指标有所不同, 在工业企业中 ,如何提高温度掌握对象的运行性能始终以来都是掌握人员和现场技术人员努力解决的问题；这类掌握对象惯性大,滞后现象严峻 ,存在许多不确定的因素 ,难以建立精确的数学模型 ,从而导致掌握系统

3、性能不佳 ,甚至显现掌握不稳固、失控现象；传统的继电器调温电路简洁有用,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作；掌握领域仍大量采纳传统的PID 掌握方式,但 PID 掌握对象的模型难以建立 ,并且当扰动因素不明确时 ,参数调整不便仍是普遍存在的问题；而采纳数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D 转换器，使得电路结构更加简洁，而且削减了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确；数字温度传感器DS18B20 只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大削减了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性；由 于 DS18B20 芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连

4、接， 故可以把数字温度传感器 DS18B20 做成探头，探入到狭小的地方，增加了有用性；更能串接多个数字温度传感器DS18B20 进行范畴的温度检测；欢迎下载精品学习资源2、温度掌握系统设计2.1 方案挑选实现温度掌握的方法主要有以下几种；方案一：采纳纯硬件的闭环掌握系统；该系统的优点在于速度较快，但牢靠性比较差掌握精度比较低、敏捷性小、线路复杂、调试、安装都不便利；且要实现题目全部的要求难度较大；方案二： FPGA/CPLD 或采纳带有 IP 内核的 FPGA/CPLD 方式；即用FPGA/CPLD 完成采集，储备，显示及 A/D 等功能，由 IP 核实现人机交互及信号测量分析等功能；这种方

5、案的优点在于系统结构紧凑，可以实现复杂的测量与与掌握，操作便利；缺点是调试过程复杂，成本较高；方案三：单片机与高精度温度传感器结合的方式；即用单片机完成人机界面，系统掌握，信号分析处理，由前端温度传感器完成信号的采集与转换；这种方案克服了方案一、二的缺点，所以本设计任务是基于STC89C52 单片机和温度传感器实现对温度的掌握；系统框图如下：欢迎下载精品学习资源温度传感器键盘掌握复位电路显示电路单片报警电路机电源电路欢迎下载精品学习资源图 2-1 系统框图2.2 整体电路设计温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度，单片机 STC89C52猎取采集的温度值，经处理后得到当前环境

6、中一个比较稳固的温度值，再依据当前设定的温度值，通过加热和冷却对当前温度进行调整；采集到的温度数据传输到单片机，由单片机处理后的数据送显示部分显示，当采集的温度经处理后低于设定温度的下限或高于设定温度的上限时，单片机掌握报警电路发出报警声，同时相应的发光二极管发光显示；本次设计的整体电路图见附录；欢迎下载精品学习资源3、电路模块设计3.1 电源电路模块掌握系统主掌握部分电源需要用5V 直流电源供电，其电路如图 6-1所示，把频率为 50Hz、有效值为 220V的单相沟通电压转换为幅值稳固的 5V 直流电压；其主要原理是把单相沟通电经过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转换成稳固的直流电压

7、；由于输入电压为电网电压，一般情形下所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而电源变压器的作用显现出来起到降压作用；降压后仍是沟通电压，所以需要整流电路把沟通电压转换成直流电压；由于经整流电路整流后的电压含有较大的沟通重量，会影响到负载电路的正常工作；需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑；稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得稳固性足够高的直流电压；本电路使用集成稳压芯片 7805解决了电源稳压问题；电源电路如下列图；图3-1 电源电路3.2 STC89C52 掌握芯片STC89C52是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k

8、 bytes 的可反复擦写的 Flash 只 读程序 存 储器 和 256 bytes 的随机存 取数 据存 储器（ RAM ），器件采纳 ATMEL 公司的高密度、非易失性储备技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用8 位中心处理器和Flash 储备单元， STC89C52 可以依据常规方法进行编程，也可以在线编程；其将通用的微处理器和 Flash 储备器结合在一起，特殊是可反复擦写的Flash 储备器可有效地降低开发成本； STC89C52 单片机在电子行业中有着广泛的应用；STC89C52芯片具有以下主要功能特性：1、兼容 MCS51 指令系统；2、8k 可反复擦写 大于

9、1000 次） Flash ROM ；3、32 个双向 I/O 口；4、256x8bit 内部 RAM ；5、3 个 16 位可编程定时 / 计数器中断；6、时钟频率 0-24MHz ；7、2 个串行中断，可编程 UART 串行通道；8、2 个外部中断源，共 8 个中断源；欢迎下载精品学习资源9、2 个读写中断口线， 3 级加密位；10、低功耗闲暇和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；11、有 PDIP、PQFP、TQFP 及 PLCC 等几种封装形式，以适应不同产品的需求；STC89C52 单片机的 40 个引脚中有 2 个专用于主电源引脚， 2 个外接晶振的引脚， 4 个掌握或与其它电源复用

10、的引脚，以及32 条输入输出 I/O 引脚；引脚图如图 3-2 所示：图 3-2 STC89C52引脚图具体介绍如下：1. 电源引脚 Vcc 和 VssVcc（40 脚）：接 +5V 电源正端； Vss（20 脚）：接 +5V 电源负端；2.外接晶振引脚 XTAL1 和 XTAL2XTAL1 （19 脚）：接外部石英晶体的一端；在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采纳外部时钟时，对于HMOS 单片机，该引脚接地；对于 CHOMS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端；XTAL2 （18 脚）：接外部晶体的另一端；在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端；当采纳外部

11、时钟时，对于HMOS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端；对于 CHMOS 芯片，该引脚悬空不接；3. 掌握信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/P 、PSEN 和 EA/VPP等 4 种形式；RST/VPD（ 9 脚）： RST 即为 RESET， VPD 为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电爱护端；当单片机振荡器工作时，该引脚上显现连续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态；欢迎下载精品学习资源当 VCC 发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V ）为内部 RAM 供电，以保证 RAM 中的数据不丢失；ALE

12、/ PROG（30 脚）：当拜访外部储备器时， ALE （答应地址锁存信号） 以每机器周期两次的信号输出，用于锁存显现在 P0 口的地址信号；PSEN29 脚: 片外程序储备器读选通输出端 ,低电平有效；当从外部程序储备器读取指令或常数期间，每个机器周期 PESN 两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数；当拜访外部数据储备器期间， PESN信号将不显现；EA/Vpp （ 31 脚）： EA 为拜访外部程序储器掌握信号，低电平有效；当EA 端保持高电平常，单片机拜访片内程序储备器4KB （ MS52 子系列为8KB ）；如超出该范畴时，自动转去执行外部程序储备器的程序；当EA 端保持低电平常，

13、无论片内有无程序储备器，均只拜访外部程序储备器；对于片内含有 EPROM 的单片机，在 EPROM 编程期间，该引脚用于接 21V 的编程电源Vpp；4. 输入/输出（ I/O）引脚 P0口、P1 口、P2 口及 P3 口P0 口（ 39 脚 22 脚）：这 8 条引脚有两种不同功能，分别适用于两种不怜悯形；第一种情形是 89S51 不带片外储备器， P0 口可以作为通用 I/O 口使用，P0.0-P0.7 用于传送 CPU 的输入 / 输出数据；其次种情形是 89S51 带片外储备器， P0.0-P0.7在 CPU 拜访片外储备器时用于传送片外储备器的低 8 位地址，然后传送 CPU 对片外

14、储备器的读写数据；P1 口（ 1 脚 8 脚）：这 8 条引脚和 P0 口的 8 条引脚类似， P1.7 为最高位， P1.0 为最低位；当 P1 口作为通用 I/O 口使用时， P1.0-P1.7的功能和 P0 口的第一功能相同，也用于传送用户的输入和输出数据；P2 口（ 21 脚 28 脚）：这组引脚的第一功能和上述两组引脚的第一功能相同，既它可以作为通用 I/O 口使用；它的其次功能和 P0 口引脚的其次功能相协作，用于输出片外储备器的高8 位地址；P3 口（ 10 脚 17 脚）： P3.0P3.7 统称为 P3 口；它为双功能口，可以作为一般的准双向 I/O 接口，也可以将每1 位用

15、于第 2 功能，而且 P3 口的每一条引脚均可独立定义为第 1 功能的输入输出或第2 功能； P3 口的第 2 功能见表 3- 1；表 3-1 单片机 P3 口管脚第 2 功能引脚第 2 功能RXD （串行口输入端）欢迎下载精品学习资源P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7TXD （串行口输出端）INT0 （外部中断 0 恳求输入端，低电平有效） INT1 （外部中断 1 恳求输入端，低电平有效） T0（时器/计数器 0 计数脉冲端）T1（时器/计数器 1 计数脉冲端）WR 外部数据储备器写选通信号输出端，低电平有效）RD （外部数据储备器读选通信号输出

16、端，低电平有效）欢迎下载精品学习资源3.3 DS18B20 温度掌握芯片3.3.1 DS18B20简介DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，具有 3 引脚 TO 92 小体积封装形式；温度测量范畴为 55 125,可编程为 9 位 12 位A/D 转换精度，测温辨论率可达 0.0625，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采纳寄生电源方式产生；多个 DS18B20 可以并联到3 根或 2 根线上， CPU 只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节约大量的引线和规律电路；以上特点使 DS18

17、B20 特别适用于远距离多点温度检测系统；其封装图如图3-3 所示；图 3-3 DS18B20 引脚图3.3.2 DS18B20的性能特点a、特殊的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；b、多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能； c、无须外部器件；d、可用数据线供电，电压范畴：3.05.5V；e、测温范畴： -55 +125 ，在 -10 +85 时精度为 0.5 ；可编程的辨论率为 912 位，对应的可辨论温度分别为 0.5、0.25、 0.125和0.0625；f、12 位辨论率时最多在 750ms内把温度值转换为数字； g、用户可定义的非易失性温度报警设置；h、报

18、警搜寻命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；i、负压特性：电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；j、温度转换时间由 DS1820 的 2s 降为 750ms，且灵敏度大为提高，在逐步升温的水中与精度为 0.5的温度计几乎同步，且回复性很好；k、每个芯片唯独编码，支持联网寻址，零功耗等待；欢迎下载精品学习资源3.3.3 DS18B20供电方式在硬件上， DS18B20 与单片机的连接有两种方法，一种是用寄生电源供电，此时 VCC、GND 接地， I/O 接单片机 I/O 如图 3-4 所示；另一种是 VCC 接外部电源， GND 接地， I/O 与单片机的 I/

19、O 线相连如图 3-5 所示；无论是内部寄生电源仍是外部供电， I/O 口线要接 5K 左右的上拉电阻；图 3-4 寄生电源方式图 3-5 外接电源方式本设计中，采纳其次种方法，这样简化硬件电路设计，降低了整个系统的复杂度；3.3.4 DS18B20测温原理当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开头启动转换；转换完成后的温度就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式储备在高速暂存储备器的第1、2 字节；单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 0.0625 形式表示；温度值格式如图4-6 所示；图 3-6 温度值格式当符号位 S=0 时，表示测得的温度值为正值

20、，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位 S=1 时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码， 再运算十进制；表 3-2 是一部分温度值对应的二进制温度数据；欢迎下载精品学习资源表 3-2 部分温度值对应的二进制数据温度二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51

21、111 1111 1111 1000FFF8H-10.125-25.06251111 1111 0101 11101111 1110 0110 1111FF5EHFE6FH-551111 1100 1001 0000FC90HDS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM 中的 TH、TL 字节内容作比较；如 TTH 或 TL，就将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜寻命令做出响应；因此，可以用多只DS18B20 同时测量温度并进行报警搜寻；在 64 位 ROM 的最高有效字节中储备有循环冗余检验码（ CRC）；主机依据 ROM 的前 56 位来运算 CRC 值，并和存入

22、DS18B20 的 CRC 值作比较，以判定主机收到的 ROM 数据是否正确；DS18B20 有六条掌握命令，如表 3-3 所示：表 3-3 DS18B20 掌握命令欢迎下载精品学习资源指令商定代码操作说明欢迎下载精品学习资源温度转换 读暂存器 写暂存器 复制暂存器重新调 E2RAM读电 源供 电方式44H BEH 4EH48HB8H B4H启动 DS18B20 进行温度转换读暂存器 9 个字节内容将数据写入暂存器的 TH、TL 字节把暂存器的 TH、TL 字节写到 E2RAM 中把 E2RAM中的 TH 、TL 字节写到暂存器TH、TL 字节启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主

23、CPU欢迎下载精品学习资源CPU 对 DS18B20 的拜访流程是：先对 DS18B20 初始化，再进行 ROM 操作命令，最终才能对储备器操作，数据操作；DS18B20 每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议；如主机掌握DS18B20 完成温度转换这一过程，依据DS18B20 的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20 进行复位，复位胜利后发送一条 ROM 指令，最终发送 RAM 指令，这样才能对DS18B20 进行预定的操作；3.4 复位电路模块复位电路有上电自动复位和按键手动复位两种方式；上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，只要电源VCC 的上升时间不

24、超过 1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复欢迎下载精品学习资源位初始化；按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种；其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与 VCC 电源接通而实现的，而按键脉冲复位就是利用RC 微分电路产生的正脉冲来实现的；本系统的复位电路采纳上电复位方式；电路图如下列图：图 4-7 复位电路3.5 显示电路模块本电路主要使用八段数码管和移位寄存器芯片 74HC164；单片机通过数据总线将要显示的数据信号传送到移位寄存器芯片 74HC164，再由移位寄存器掌握数码管的显示，从而实现移位寄存点亮数码管显示；由于单片机的时钟频率达到 12M，移位寄存器的移位速度相当

25、快，所以我们根本看不到数据是一位一位传输的；从人类视觉的角度上看，就似乎是全部数码管同时显示的一样；3.5.1 移位寄存器 74HC16474HC164 、74HCT164 是高速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型TTL LSTTL器件的引脚兼容； 74HC164 、74HCT164 是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出；数据通过两个输入端（DSA 或DSB ）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，掌握另一输入端的数据输入；两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平， 肯定不要悬空；欢迎下载精品学习资源图 3-8 74HC164 引脚图3.5.2 数

26、码管显示电路显示部分采纳 LED 静态显示方式，共阳极的数码管的公共端COM 连接在一起接地，每位的段选线与 74HC164 的 8 位并口相连，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相应的显示字符，考虑到节约单片机的I/O 资源，因而采纳串行接口方式，外接示电路如下列图；8 位移位寄存器74HC164 构成显示电路，显图 3-9 显示电路欢迎下载精品学习资源3.6 报警电路模块报警电路用于在温度超出设定值范畴时供应声音报警，它由单片机的P1.7 引脚掌握；并且通过发光二极管实现对系统运行状态的显示；报警电路如下列图；图 3-10 报警电路3.7 按键电路模块利用单片机的 IO 口实

27、现按键的中断输入；另外需要一个与门实现与中断端口的连接；按键电路如下列图；图 3-11 按键电路欢迎下载精品学习资源4、软件设计系统软件设计主要包括系统程序和掌握流程图，依据整个系统要求的温度测量与掌握写出系统的掌握流程图，然后进行编程；具体程序见附录；4.1 掌握流程图图 4-1 系统流程图4.2 DS18B20 工作过程准时序DS18B20 工作过程中的协议如下：（ 1）初始化 （ 2） ROM 操作命令 （3）储备器操作命令 （ 4） 处理数据4.2.1 初始化时序时序如图 4-2 所示；主机总线发送 483S复位脉冲，接着再释放总线（置总线为高电平）并进入接收状态； DS18B20 在

28、检测到总线的上升沿后等待60S 发出器件存在脉冲（低电平连续60240S）；初始化程序如下所示： INIT_1820:MOV R1,#2H；两次查询复位 18b20 存在TSR0: CLR P2.0MOV R0,#161；主机发出延时 483 微秒的复位低脉冲欢迎下载精品学习资源TSR1: NOP DJNZ R0,TSR1SETB P2.0；然后拉高数据线MOV R0,#20；延时 60us TSR2: NOPDJNZ R0,TSR2 MOV R0,#20HTSR3: JNB P2.0,TSR4；等待 DS18B20 回应DJNZ R0,TSR3LJMP TSR5；延时TSR4: SETB F

29、LAG1；置标志位 ,表示 DS1820 存在SETB P1.5； 清除 DS1820不存在显示信号SETB P1.6SETB P1.7 LJMP TSR6TSR5: DJNZ R1,TSR0CLR FLAG1；清标志位 ,表示 DS1820不存在CLR P1.6；DS1820 不存在警告信号CLR P1.7CLR P1.5；假如 18b20 不存在处理跳转LJMP TSR8TSR6: MOV R0,#117TSR7: DJNZ R0,TSR7；时序要求延时一段时间TSR8: SETB P2.0RET60-240 S483 S60 S单片机主动释放图 4-2 初始化时序图此初始化程序功能为：检

30、测 DS18B20 是否存在，如存在，将位地址38H 置1；如不存在，将位地址 38H 清零；4.2.2 写时序单片机写 DS18B20 的时序如图 4-3 所示，当主机总线从高拉至低电平常就产生写时间隙， DS18B20 在检测到下降沿后15S时开头采样总线上的电平， 所以 15S之内应将所需写的位送到总线上，DS18B20 在 60S以内对总线采样，每写一位总时间必需在60120S之间完成；如低电平写入的位是0，高电平写入的位是 1，连续写时位间的间隙应大于1S；程序如下所示： WRITER_1820:欢迎下载精品学习资源MOV R2,#8；一共 8 位数据CLR CWR1:CLR P2.

31、0MOV R3,#5；要求 15us 内写数DJNZ R3,$RRC A MOV P2.0,CMOV R3,#21 ；时序要求，全部写时序至少维护60usDJNZ R3,$；执行该条指令用时间 2us SETB P2.0NOPDJNZ R2,WR1 SETB P2.0RET写 0写 1， DS18B20 在检测到下降沿15 S15S 后采样，采样时间为60SDS18B20 检测到下降沿 15 S 后采样1560-120 S60-120 S图 4-3 单片机写 DS18B20 时序图4.2.3 读时序单片机读 DS18B20 的时序如图 5-4 所示，单片机主动产生一个下降沿的启动信号，并维护低

32、电平大于1S后释放总线， 15S后 DS18B20 占主动权， DS18B20 会将数据按位放在总线上（低位在先，当读取两个字节的温度值时，低字节在先），这时单片机可读取信号，读取一位的时间应在60S内完成；当需要读取下一位时再产生下降沿启动信号；启动脉冲单片机采样第一位启动脉冲单片机采样其次位T60ST60S图 4-4 单欢迎下载精品学习资源READ_1820:片机读 DS18B20 的时序图欢迎下载精品学习资源MOV R4,#2；将温度高位和低位从 DS18B20中读出MOV R1,#TEMPER_L；低位存入 29HTEMPER_L, 高位存入28HTEMPER_HRE00:MOV R2

33、,#8；数据一共有 8位欢迎下载精品学习资源RE01:CLR CSETB P2.0 NOPNOPCLR P2.0 NOP NOP NOPSETB P2.0 MOV R3,#4RE10:DJNZ R3,RE10MOV C,P2.0 RRC AMOV R3,#20RE20:DJNZ R3,RE20DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1DJNZ R4,RE00RET此程序功能为：读取DS18B20 A/D 转换后的温度值，转换后的二进制存入29H、28H 单元；欢迎下载精品学习资源5、闭环掌握PID 调剂器在工业掌握领域得到了很大的进展和广泛的应用；它的结构简洁，参数易于调整，而且

34、人们在长期的应用中积存了丰富的体会，再加上运算机掌握技术的结合，使得 PID 具有很大的敏捷性和适用性；考虑各种因素，本设计中采纳了PID 调剂器进行掌握；此温度闭环掌握系统设定四个温度值，分别为50、60、70、80；用户可以依据需要进行温度的设定，在与 18b20 实际测得温度进行比较，得到的偏差（此时的偏差是实际温度，即输出值，与给定温度的差值）作为数字掌握器的输入，数字掌握器的输出经过数模转换后作用于被控对象（加热杯）进行偏差调整；其闭环掌握系统框图如下所示：图 5-1 闭环掌握系统的结构框图5.1 被控对象的传递函数测定采纳阶跃响应曲线法对其进行传递函数GPs的测定；5.2 掌握算法

35、适用 PID 掌握器；运算机掌握系统是一种采样掌握系统，其只能依据采样时刻的偏差值运算掌握量；因此，利用外接矩形法进行数值积分，一阶后向差分进行数值微分，当选定的采样周期为T 时，有欢迎下载精品学习资源utK P eiTiejT Ij1T D ei Tei1欢迎下载精品学习资源假如采样周期足够小，这种离散靠近相当精确；但周期小对于硬件的要求也将提高许多，故需要对以上算式进行改进；由上式可导出下面的式子：欢迎下载精品学习资源uiuiui1K p eiTTei1eiIT DTei2 ei1 ei2欢迎下载精品学习资源此式称为增量型 PID 掌握式；增量型掌握算式具有如下优点：1. 运算机只输出掌握

36、增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响较小2. 在 i 时刻的输出 ui ，只需要用到此刻的偏差以及前一时刻、前两时刻的偏差 ei ei 1 和前一次的输出值，这大大节约了内存和运算时间；3. 在进行手动 -自动切换时，掌握量冲击小，能平滑地过渡；欢迎下载精品学习资源增量型 PID 算式经过移项可以写成如下式所示：iii2依据上式表示的递推 PID 算式，运算出每输出一次 ui ，要做四次加法、两次减法、四次乘法和两次除法；如将该式稍加合并整理写成如下形式：欢迎下载精品学习资源uiui1TK P1T ITDe TK P 12 TDe T1K PT D e T欢迎下载精品学习资源欢迎下载

37、精品学习资源ui 1其中a0a1aa0 eiK P1K P 1T Da1 ei 1TT DT IT 2 TDTa2 ei 2欢迎下载精品学习资源2K P T可以离线算出，即可加快算法程序的运算速度；按上式编制的数字掌握器的程序框图如下图所示；图 5-2 递推型 PID 掌握器程序框图欢迎下载精品学习资源5.3 数字掌握器的确定为了保持系统的稳固性，削减频谱混叠现象，保持稳态增益不变，本设计中采纳阶跃响应不变法对数字掌握器Dz进行确定；阶跃响应不变法的基本思想是：离散近似后的数字掌握器的阶跃响应序列与模拟掌握器的阶跃响应的采样值一样；设连续系统的掌握器为GCs，输入信号为单位阶跃函数；构造新的掌

38、握器如下所示（在 GCs前增加一个零阶保持器）：取 z 变换，的相应的数字掌握器为：就对于单位阶跃输入的响应序列为：此式说明，数字掌握器Dz的阶跃响应与模拟掌握器的阶跃响应的采样值相同，即两个掌握器是等效关系，使其满意掌握要求；欢迎下载精品学习资源6、系统调试系统可以自由设定不同的加热温度，温度设定当环境温度低于设定温度时系统启动加热，当环境温度高于或等于设定温度时，系统停止加热；经过反复测试，系统温度设定范畴为099（本试验中为了成效更加明 显，设定的范畴为 3070），最小区分度为 1，温度掌握的误差 1；能够测量并用数码管显示当前实际温度值；通过复位键可以使系统设定温度仍原默认值，通过温

39、度设定键可以设置预定温度；环境温度低于设定温度时，启动加热，环境温度高于或等于设定温度时，停止加热，达到了实习要求的技术指标；欢迎下载精品学习资源7、结论本设计具体介绍了基于单片机 STC89C52 的温度掌握系统的设计方案与软硬件实现；系统温度设定范畴为099，最小区分度为 1，温度掌握的误差1；能够测量并用数码管显示当前实际温度值；通过复位键可以使系统设 定温度仍原默认值，通过按键可以设置预定温度；当检测温度超出设定温度域 就启动蜂鸣器报警，如超出低温限，同时绿灯亮，如超出高温限，同时红灯亮；具体可以实现的功能如下 :1、温度设定范畴为 0 99（本设计中为了使成效更加明显，设置的低温线为

40、 30 度，高温限为 70 度），最小区分度为 1，温度掌握的误差 1； 2、能够用数码管显示当前实际温度值；3、按键掌握：设置复位键、温度设置键；4、超温报警；系统包括电源模块、温度掌握模块、温度检测模块、复位模块、显示模块、温度报警模块和按键模块七个部分；文中对每个部分功能、实现过程作了具体介绍；完成了实习的基本任务，达到了预期的目标；系统具有如下特点：.采纳温度传感器 DS18B20 采集温度数据，简化了硬件电路设计，温度采集数据更加精准；.STC89C52 单片机的采纳，有利于功能扩展；.电路设计充分考虑了系统牢靠性和安全性；本系统没有增加外部储备器，设定温度不能储存，断电复位后必需重

41、新设置温度；采纳静态显示方式，从而使用了较多的驱动芯片，增加了硬件电路的复杂性；只使用两位显示，即显示温度的十位、个位，没有充分发挥DS18B20的特性；欢迎下载精品学习资源心得体会在做课程设计的过程中，通过理论联系实际，不断的学习和总结体会，巩固了所学的学问，提高了处理实际问题的才能；我的理论和实践水平都有了较大的提高；在本设计中，我娴熟把握了单片机硬件设计和接口技术，同时对温度传感器的原理及应用有了肯定的明白，把握了各种掌握电路及其相关元器件的使用；这次课程设计过程中也让我熟悉到了团队合作的重要性；通过这次课程设计，我不仅学会如何将所学专业学问运用到实际生活中，仍学会如何克服未知的困难，解

42、决难题的方法，为将来毕业设计的顺当进行打下了基础；这次设计过程中也让我熟悉到了许多不足，在今后的学习过程中我肯定努力补缺补漏，多实践，将理论学问更好地应用于实践；最终感谢各位指导老师的指导；欢迎下载精品学习资源参考文献1 童诗白，华成英 .模拟电子技术基础 M. 北京:高等训练出版社 ,20062 张齐，杜群贵 .单片机应用系统设计技术 M.北京：电子工业出版社， 20073 中国机械工业训练协会组编 .单片机原理与应用 .机械工业出版社 .20014 求是科技单片机通信技术与工程实践 M 北京：人民邮电出版社， 20055 张洪润电子线路与电子技术 M. 清华高校出版社 M ， 20056

43、郭永贞主编数字电子技术 M西安电子科技高校出版社20007 李广弟单片机基础 M, 北京：北京航空航天高校出版社,20018 杨金岩等 .8051单片机数据传输接口扩展技术与应用实例M 北京：人民邮电出版社， 2005；欢迎下载精品学习资源附录附录一：总体程序；*；所用芯片 AT89s52，晶振 11.0592M；*TEMPER_L EQU 29H ；用于储存读出温度的低 8 位TEMPER_H EQU 28H ；用于储存读出温度的高 8 位TEMPER_SET EQU 27H；用于储存用户设定的温度值FLAG1 EQU 38H ；是否检测到 DS18B20 标志位ORG 0000H LJMP MAIN ORG 001BHLJMP INTERRUPT ；中断入口ORG 0100HMAIN:MOV SP,#60H；堆栈指针设置 LCALLINIT_T1_KEY； 中断初始化LCALL INIT_1820； 18b20初始化LOOP: LCALL GET_T