1、 编号 河南机电高等专科学校毕 业 设 计 （ 论 文 ）PID 温度控制器的设计系 部： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 二零一二年五月摘要摘 要随着控制理论和电子技术的发展，工业控制器的适应能力增强和高度智能化正逐步成为现实。其中以单片机为核心实现的数字控制器因其体积小、成本低、功能强、简便易行而得到广泛应用。本文详细阐述了基于 MCS-51 单片机的温度控制系统的 PID 原理、硬件组成、软件设计及相关的接口电路设计，对硬件原理图和程序框图作了详细的描述。以 ATMEL 公司的 AT89C52 单片机为核心进行系统硬件设计，输入通道采用 MAX6675；输出通道采用可
2、控硅作为输出单元，大大地简化了系统硬件电路。通过对占空比的调节可实现温控箱温度的自动控制。由于输入端与输出端有光电隔离，能够有效地抑制干扰。关键词：数字控制器 单片机 PID 温度控制 AbstractABSTRACTWith the improvement of control theory and electric technology, the intelligent control for industry has been accomplishingThe digital controller based on Microcontroller has been applied wid
3、ely, as its cabinet cubage，low-cost，abundant function，simple and convenientThe structures of a temperature control system based on the MCS-51 single chip are introduced, PID,the hardware composition and the software design are described.The experiment data shows that the design of temperature contro
4、l system based on Microcontroller is availability and rationalityATMEL company AT89C52 single chip in the system as the core of hardware design, the input channel MAX6675; Output channel as output unit USES the silicon-controlled rectifier, greatly simplified the hardware circuit. Through to the occ
5、upies emptiescompared to adjust temperature control box can realize the automatic temperature control. Because the input and output end has photoelectric isolation, can effectively restrain the interference.Key words：The digital controller； Microcontroller ；PID ;Temperature control system目录目录第 1 章 绪
6、论 111 概述 .112 温度测控技术的发展与现状 .113 系统总体设计方案 .2131 系统性能要求 .3132 系统性能特点 .314 本文主要工作及 PID 原理 .3141 本文主要工作 .3142PID 原理 .4第 2 章 硬件设计 721 系统硬件总体结 .722 主控模块器件选型及设计 .8221 单片机的选用 .8223 主控模块设计 .923 输入通道设计 11231 热点偶 MAX6675 温度传感器 112. 4 输出通道设计 1325 保护电路 1426 串行通信接口电路 1427 电源电路 1528 本章小结 16第 3 章 软件设计 1731 软件组成 173
7、2 主程序模块 1833 数据采集模块 1834 数据处理模块 19341 数字滤波 19342 显示处理 1935 本章小结 20第 4 章 结 论.2141 总结.21目录42 展望.21致 谢.23参 考 文 献 24附录 部分源程序 .261显示模块源程序26PID 温度控制器的设计1第 1 章 绪论11 概述温度是表征物体的冷热程度最基本的物理量。在很多生产过程中，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。对于不同
8、场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。单片机是大规模集成电路技术发展的产物，属于第四代电子计算机。它是把中央处理单元CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、定时计数器以及IO输入输出接口电路等主要计算机部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，它的特点是：功能强大、运算速度快、体积小巧、价格低廉、稳定可靠、应用广泛。由此可见，采用单片机来对温度进行控制,不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可
9、以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。12 温度测控技术的发展与现状近年来，温度的检测在理论上发展比较成熟，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测温度场进行较精确的控制，仍然是目前需要解决的问题。温度测控技术包括温度测量技术和温度控制技术两个方面。在温度的测量技术中，接触式测温发展较早，这种测量方法的优点是：简单、河南机电高等专科学校毕业论文2可靠、低廉、测量精度较高，一般能够测得真实温度；但由于检测元件热惯性的影响，响应时间较长，对热容量小的物体难以实现精
10、确的测量，并且该方法不适宜于对腐蚀性介质测温，不能用于超高温测量，难于测量运动物体的温度。另外的非接触式测温方法是通过对辐的检测来实现温度测量的方法，其优点是：不破坏被测温场，可以测量热容量小的物体，适于测量运动物体的温度，还可以测量区域的温度分布，响应速度较快。但也存在测量误差较大，仪表指示值一般仅代表物体表观温度，测温装置结构复杂，价格昂贵等缺点。因此，在实际的温度测量中，要根据具体的测量对象选择合适的测量方法，在满足测量精度要求的前提下尽量减少投入。温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变
11、化。恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一给定数值上，且要求其波动幅度( 即稳态误差)不能超过某允许值。 目前国内温控仪表的发展，相对国外而言在性能方面还存在一定的差距，它们之间最大的差别主要还是在控制算法方面，具体表现为国内温控仪在全量程范围内温度控制精度比较低，自适应性较差。这种不足的原因是多方面造成的，如针对不同的被控对象，由于控制算法的不足而导致控制精度不稳定。13 系统总体设计方案本论文所讨论的基于单片机的温度控制系统是某型号气相色谱仪的温度控制子系统，其目的是对两个温控箱的温度进行恒值温度控制。温控箱的温度控制范围在室温到摄氏 600 度之间，温度控制的精度要求为 01 。
12、下面讨论系统的总体设计方案，包括：系统的性能要求及特点以及系统的软、硬件方案分析。131 系统性能要求(1)可以人为方便地通过控制面板或 PC 机设定控制期望的温度值，系统应能自动将温控箱加热至此设定温度值并能保持，直至重新设定为另一温度值，即能PID 温度控制器的设计3实现温度的自动控制；(2)能够实现对温控箱温度的测量并且通过控制面板上的液晶显示实时的显示出来；(3)具有加热保护功能的安全性要求。如果实际测得的温控箱温度值超过了系统规定的安全温度，保护电路就会做出反应，从而对温控箱实现超温保护；(4)模块化设计，安装拆卸简单，维修方便；(5)系统可靠性高，不易出故障；(6)尽量采用典型、通
13、用的器件，一旦损坏，易于在市场上买到同样零部件进行替换。132 系统性能特点控制主板采用 AT89C52 作为核心芯片。作为与 MCS-51 系列兼容的单片机，无论在运算速度，还是在内部资源上均可胜任本系统的性能要求。根据温控箱测温范围的要求，本系统适合采用热电偶作为温度传感器，而热电偶产生的信号很微弱(仅约 40V)，需要精密放大器对其进行放大；按 0分度，冷端在非0情况下需进行温度补偿；输出的信号为模拟信号，欲与单片机等数字电路接口时须进行 AD 转换,为此，采用了 MAX6675 热电偶温度传感器。为了简化系统硬件，控制量采用双向可控硅输出，这样就省去了 DA 转换环节。14 本文主要工
14、作及 PID 原理141 本文主要工作(1)在对温度控制发展现状、系统控制要求进行研究的基础上，选择了整个控制系统的控制方案；(2)完成系统的硬件设计，包括采样电路、AD 转换电路、主控制电路、保护电路等等的设计；(3)完成该系统的软件设计，包括主程序模块、控制运算模块、数据输入输出河南机电高等专科学校毕业论文4及处理模块等一些子功能模块的设计；142PID 原理采用 PID 控制原理研制成适合用于小功率器件的温度控制器，该控制器能达到很好的控制效果，若精心选择 PID 的各种参数，温度控制的精度可以达到0.05，完全可以保证器件的正常工作。在一定的控制系统中，首先将需要控制的被测参数（温度）
15、由传感器转换成一定的信号后再与预先设定的值进行比较，把比较得到的差值信号经过一定规律的计算后得到相应的控制值，将控制量送给控制系统进行相应的控制，不停地进行上述工作，从而达到自动调节的目的。PID 是目前广泛使用的控制方法，其控制规律的数学模型为: 11VodteTtiekpVo其中：KP 为比例系数；e 为差值信号，e=T-Tset（T:温度测量值，Tset：温度设定值） ；Ti 为积分常数； Td 为微分常数；V0、V0-1 为当时及前一时刻的控制量。比例控制（P）是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。积分控制（I）在积分控制
16、中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态误差，则称这个控制系统是有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项 ”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而增大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分控制（D）在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性环节，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误
17、差的变PID 温度控制器的设计5化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前” ，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项” ，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控制量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。实现 PID 控制原理的具体方法因系统的不同而不同。在我们的系统中，采用了增量式计算方法，而控制量的输出则采用了位置式的输出形式。在数
18、值控制系统中，其控制规律的数学模型演化为： 2111 eieiTdieiKpUo其中：T 为采集周期；e i、ei- 1、ei-2 为此时刻、前一时刻、再前一时刻的差值信号。这种方法的好处在于只需保持前三时刻的差值信号，同时输出控制量的初始设定值不必准确，就能较快地进入稳定控制过程。PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定 PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID 控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际
19、进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID 控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID 控制器参数的整定步骤如下： (1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，河南机电高等专科学校毕业论文6记下这时的比例放
20、大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到 PID 控制器的参数。第 2 章 硬件设计21 系统硬件总体结本文所研究的温度控制系统硬件部分按功能大致可以分为以下几个部分：单片机主控模块、输入通道、输出通道、保护电路等。硬件总体结构框图如图 2-1PID 温度控制器的设计7所示。由结构框图可见，温度控制系统以 AT89C52 单片机为核心，并扩展外部存储器构成主控模块。温控箱的温度由 MAX6675 热电偶温度传感器检测并转换成微弱的电压信号，再通过其内部的 12 位的 A D 转换器转换成数字量。此数字量经过数字滤波之后，一方面将温控箱的温度通过控制面板上的液晶显示器显示出来
21、；另一方面将该温度值与设定的温度值进行比较，根据其偏差值的大小，采用 PID 控制算法进行运算，最后通过控制双向可控硅控制周期内的通断占空比(即控制温控箱加热平均功率的大小)，进而达到对温控箱温度进行控制的目的。如果实际测得的温度值超过了系统给定的极限安全温度，保护电路会做出反应，从而保护温控箱。图 2-1 硬件总体结构框图温度传感器加热部件 可控硅 串行通信时钟电路 温度显示设定温度值A/D 转换温控箱保护电路MCU22 主控模块器件选型及设计221 单片机的选用AT89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 F
22、lash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C52 单片机适合于许多较为复河南机电高等专科学校毕业论文8杂控制应用场合。AT89C52 单片机 DIP 封装的引脚如图 2-2 所示。AT89C52 的主要性能参数：（1）与 MCS51 产品指令和引脚完全兼容（2）8k 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 （3）1000 次擦写周期（4）全静态操作：0Hz 24
23、MHz（5）三级加密程序存储器（6）2568 字节内部 RAM（7）32 个可编程 I/O 口线（8）3 个 16 位定时/计数器（9）8 个中断源（10）可编程串行 UART 通道（11）低功耗空闲和掉电模式 P.0TEXRSxDINWALVCUatc图 2-2 DIP 封装的 AT89C52 单片机引脚图PID 温度控制器的设计9223 主控模块设计主控模块电路由 AT89C52 单片机、外部时钟电路、复位电路、存储器扩展电路组成。本系统中采用上电复位和手动复位键复位相结合的方式。系统时钟电路设计采用内部方式。AT89C52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。这个放大器与作为反馈
24、元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。本系统电路采用的晶体振荡器频率为 110592MHz。采用这种频率的晶体振荡器的原因是可以方便的获得标准的波特率。复位电路和时钟电路如图 2-3 所示。图 2-3 复位电路和时钟电路单片机在启动时都需要复位，以是 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89 系列单片机的复位信号是从 RST 引脚输入到芯片的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡稳定后，如果 RST 引脚上有一个高电平并维持 2 个机器周期以上，则 CPU 就可以响应并将系统复位。单片机的复
25、位方式有：手动按钮复位和上电复位。河南机电高等专科学校毕业论文10手动复位：需要人为在复位输入端 RST 上加入高电平。一般采用的办法是在RST 端和正电源 VCC 之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则 VCC 的+5V 电平就会直接加到 RST 端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。上电复位：只要在 RST 复位输入引脚上接一电容至 VCC 端，下接一个电阻到地即可。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给 RST 端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着 VCC 对电容的充电过程而逐渐回落。23 输入通道设计231 热点偶 MAX66
26、75 温度传感器MAXIM 公司新近开发出一种 K 型热电偶信号转换器(IC)MAX6675，MAX6675 的内部由精密运算放大器、基准电源、冷端补偿二极管、模拟开关、数字控制器及ADC 电路构成，完成热电偶微弱信号的放大、冷端补偿和 AD 转换功能，使温度测量的前端电路变得十分简单。MAX6675 采用了 12 位的 ADC，温度测量范围为01024，在 0700范围内转换精度为8 个字，供电电源为 3.05.0V，分辨率为 0.25，转换时间约为 0.17s。 MAX6675 采用 8 脚 SO 形式封装，图 2-4为引脚排列图，T+接 K 型热电偶的正极(镍铬合金)，T-接 K 型热电
27、偶的负极(镍硅合金或镍铝合金)；片选信号端 CS 为高电平时启动温度转换，低电平时允许数据输出；SCK 为时钟输入端；SO 为数据输出端，温度转换后的 12 位数据由该脚以 SPI 方式输出。图 2-4温度变换：MAX6675 内部具有将热点偶信号转换为与 ADC 输入通道兼容电压PID 温度控制器的设计11的信号调节放大器，T+和 T-输入端连接到低噪音放大器 A1，以保证检测输入的高精度，同时使用热电偶连接导线与干扰源隔离。热电偶输出的热电势经低噪音放大器 A1 放大，再经过 A2 电压跟随器缓冲后，被送至 ADC 的输入端。在将温度电压值转换为相等的温度值之前，它需要对热电偶的冷端温度进
28、行补偿，冷端温度即是 MAX6675 周围温度与 0实际参考值之间的差值。对于 K 型热电偶，电压变化率为 41uV/，电压由线性公式 Vout=(41uV/)tR-tAMB来近似热电偶的特性。上式中 Vout 为热电偶输出电压（mV），tR 是测量点温度；tAMB 是周围温度。冷端补偿：热电偶的功能是检测热冷端的差值，热电偶热节点温度可在01024范围变化。冷端即安装 MAX6675 的电路板周围温度，此温度在-20- +85范围内变化。当冷端温度波动时，MAX6675 仍能精确检测热端的温度变化。MAX6675 是通过冷端补偿检测和校正周围温度变化的。该器件可将周围温度通过内部的温度检测二
29、极管转换温度补偿电压，为了产生实际热电偶温度测量值。MAX6675 从热电偶的输出和检测二极管的输出测量电压。该器件内部电路将二极管电压和热电偶电压送到 ADC 中转换，以计算热电偶的热端温度。当热电偶的冷端与芯片温度相等时，MAX6675 可获得最佳的测量精度。因此在实际测温应用时，应尽量避免在 MAX6675 附近放置发热器件或元件，因为这样会造成冷端误差。如图 2-5 所示 MAX6675 的连接。图 2-5 MAX6675 的连接SPI 接口：MAX6675 采用标准的 SPI 串行外设与 MCU 接口，且 MAX6675 只能作为从设备。MAX6675S0 端输出温度数据的格式如表
30、2-6 所示，MAX6675SPI 接口时序如图 2-7 所示。MAX6675 从 SPI 串行接口输出数据的过程如下：MCU 使 CS 变河南机电高等专科学校毕业论文12低并提供时钟信号给 SCK,由 SO 读取测量结果。CS 变低将停止任何转换过程；CS变高将启动一个新的转换过程。一个完整串行接口读操作需要 16 个时钟周期，在时钟的下降沿读 16 个输出位，第 1 位和第 15 位是一伪标志位，并总为 0；第14 位到第 3 位为以 MSB 到 LSB 顺序排列的转换温度值；第 2 位平时为底，当热电偶输入开放时为高，开放热电偶检测电路完全由 MAX6675 实现，为开放热电偶检测器操作
31、，T-必须接地，并使能地点尽可能接近 GND 脚；第 1 位为低以提供MAX6675 器件身份码，第 0 位为三态。表 2-6 MAX6675 SO 端输出数据的格式Bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 00 MSB LSB There state图 2-7 MAX6675 SPI 接口时序2. 4 输出通道设计本系统中与可控硅配套使用的是 MOC3041 光电耦合双向可控硅驱动器。 MOC3041 输出部分是硅光敏双向可控硅，还带有过零触发检测器，以保证电压接近零时触发可控硅。可控硅输出电路如图 2-7 所示。PID 温度控制器的设计13图 2-7
32、可控硅输出电路这里的 7407 相当于 OC 与非门，它把 P1.2 送来的低电平转化为高电平驱动MOC3041，使 MOC3041 内的光电耦合器导通，从而使双向可控硅 BIT12 导通。在设定周期内，使 BIT 接通几个周波然后断开几个周波，改变了 BIT12 在设定周期内的通断时间比例，以调节负载上的交流平均电压，即可达到调节负载的目的。25 保护电路保护电路的作用是对温控箱进行过温保护，其电路如图 2-8 所示。图 2-8 保护电路河南机电高等专科学校毕业论文1426 串行通信接口电路系统设计采用 MAXIM 公司的 RS-232 接口芯 MAX232，这是一种标准的RS-232 接口
33、芯片。 MAX232 只需+5V 电源供电，其内部的电源变化成10V 电源用于 RS232 通信。该芯片集成有两路收发器，可将单片机输入的 TTLCMOS 电平转换为 RS232 电平发送给 PC 机，或将从 PC 机接收的 RS232 电平转换为TTL CMOS 电平发送给单片机。MAX232 为双列直插 16 脚封装。系统串口通信电路如图 2-9 所示。图 2-9 串口通信电路27 电源电路设计中选用了 LM7805，提供+5V 电源电路如图 2-10 所示。PID 温度控制器的设计15图 2-10 输出+5v 直流电源220V 交流市电通过电源变压器变换成交流低压 9V，在经过桥式整流电
34、路 D0和滤波电容 C1 的整流和滤波，在固定式三端稳压器 LM7805 的 VD1 和 GND 两端形成一个并不十分稳定的直流电压，此直流电压经过 LM7805 的稳压和 C3 的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。其中 C2 也为滤波电容，C3、C4 为防止自激振荡。本稳压电源可作为 TTL 电路或单片机电路的电源。28 本章小结本章主要介绍了温度控制系统的硬件电路主要模块的设计。河南机电高等专科学校毕业论文16第 3 章 软件设计31 软件组成由于整个系统软件比较复杂，为了便于编写、调试、修改和增删，系统程序的编制适合采用模块化的程序结构，故要求整个控制系统软件
35、由许多独立的小模块组成，它们之间通过软件接口连接，遵循模块内数据关系紧凑，模块间数据关系松散的原则，将各功能模块组织成模块化的软件结构。PID 温度控制器的设计17NNY图 3-1 主程序流程图开始始始读温度设定值等待数据采集温度显示PID 运算控制输出系统初始化温度设定否运行/停止键按下否运行/停止键按下否等待系统的软件主要由主程序模块、数据采集模块、数据处理模块、控制算法模块等组成。主模块的功能是为其余几个模块构建整体框架及初始化工作；数据采集模块的作用是将 AD 转换的数字量采集并储存到存储器中；数据处理模块是将采集到的数据进行一系列的处理，其中最重要的是数字滤波程序：控制算法模块完成控
36、制系统的 PID 运算并且输出控制量。32 主程序模块主程序模块要做的主要工作是上电后对系统初始化和构建系统整体软件框架，河南机电高等专科学校毕业论文18其中初始化包括对单片机的初始化、MAX6675 芯片初始化和串口初始化等。然后等待温度设定，若温度已经设定好了，判断系统运行键是否按下，若系统运行，则依次调用各个相关模块，循环控制直到系统停止运行。主程序模块的程序流程图如图 3-1 所示。33 数据采集模块数据采集模块的任务是负责温度信号的采集以及将采集到的模拟量通过AD 转换器转化为相应的数字量提供给单片机。数据采集模块的程序流程图如图 3-2 和图 3-3 所示。34 数据处理模块341
37、 数字滤波常用的数字滤波方法有程序判断滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、一阶滞后滤波法、去极值平均滤波法等等。去极值平均滤波法既采用去极值法去掉明显的脉冲干扰，又可对采样值进行平滑处理，在高、低速数据采集系统中，它都能削弱干扰，提高数据处理能力本系统采用去极值平均滤波法，即对目标参数图 3-2 数据采集模块程序流程图开始 始A/D 转换结果保存返回置连续采样个数启动 A/D等待转换结束连续采样个数到否数字滤波返回N图 3-3 A/D 转换程序流程图开始PID 温度控制器的设计19连续采样 6 次数据，然后对 6 次采样的数据由小到大排序，分别去掉最小值和最大值，将剩余的 4 个数据求其算术平
38、均值，即得到本次 AD 转换后的数字量。去极值平均滤波程序流程图如图 3-4 所示，附录中给出了去极值平均滤波的源程序。N 次采样排序计算（N-2）个采样值的和计算（N-2）个采样值的平均和均值送内存去均值平均滤波图 3-4 去均值平均滤波程序流程图342 显示处理显示处理模块主要完成人机交互作用，具体实现将采样温度值、设定温度值以字符的形式通过液晶显示出来。本系统采用 HOLTEK 公司生产的 LCD 显示器专用驱动芯片 HTl621 驱动。HTl621 内部具有 324 位显示 RAM，用于存储显示数据。显示 RAM 内部由 32 个地址连续的 RAM 单元组成，从地址为 O 的单元至地址
39、为 31 的单元，分别对应段电极输出 SEG0 至 SEG31，其中每一 RAM 单元又分为 4位，从低位至高位分别对应背电极输出 COM0 至 COM3。附录中给出了显示处理模块的源程序。河南机电高等专科学校毕业论文2035 本章小结本章在分析了系统软件组成的基础之上，采用传统的前、后台方式编制系统软件，分别介绍了系统中的主程序模块、数据采集模块、数据处理模块。并在此基础上讨论了系统的软件抗干扰措施。第 4 章 结 论41 总结温度控制在工业生产中起着非常重要的作用。本文完成了基于单片机的温度控制系统的开发。包括系统的硬件开发、软件编程等。在论文完成过程中，主要PID 温度控制器的设计21做
40、的工作有：(1)以 ATMEL 公司的 AT89C52 单片机为核心进行系统硬件设计，输入通道采用 MAX6675；输出通道采用可控硅作为输出单元，大大地简化了系统硬件电路。通过对占空比的调节可实现温控箱温度的自动控制。由于输入端与输出端有光电隔离，能够有效地抑制干扰。(2)采用 C 语言对系统的软件编程，这大大缩短了软件的开发周期。为了便于编写、调试、修改和增删，系统软件的编制采用了模块化的设计方法。42 展望本系统使用的 AT89C52 属于与 MCS-51 系列兼容的 8 位单片机，这种单片机本身资源较少，不利于系统的扩展，目前日益普及的基于 ARM 或 DSP 结构的微控制器，在系统扩
41、展能力，处理数据的能力各个方面都远远超出了 8 位单片机。传统的单片机编程采用时间片轮转的方式，即将实时性要求不高的工作放在主函数之中，依次轮流执行；实时性要求高的，使用中断技术及时处理，这样构成前、后台处理程序，程序中间通过软件标志、全局变量等完成通信与联络。本系统的软件就是基于这种方式开发的。随着微处理器芯片性能的提升、价格的下降及对软件的可重用性、可维护性的提高，采用实时操作系统(RTOS) 已经成为大势所趋。结合上面的论述，今后还需要做进一步的研究和解决的问题有：(1)硬件方面，采用 DSP、ARM 或者利用第一章提到的片上系统 SOC 对系统的硬件进行重新设计。(2)软件方面，摒弃传统的前后台系统软件编程模式，改用基于实时操作系统的系统软件开发。河南机电高等专科学校毕业论文22致 谢本论文是在陈震老师的精心指导下完成的。在做毕业设计的整个过程中，得到了陈老师的耐心指导，特别是在设计的初始阶段，陈老师在思路方面给我们提供了分析和建议。在跟陈老师做毕业毕业设计的过程中，我也从老师身上学到了很多东西，授人以鱼不如授人以渔，陈老师对知识孜孜不倦的追求态度和学习精
