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1、-前言微机控制技术、传感器在工业控制、机电一体化、智能仪表、通信、家用电器等方面得到了广泛应用，显著提高了各种设备的技术水平和自动化程度。因此对这些原理和构造我们就需要很好的了解并掌握。本设计是关于温度控制系统的设计，在整个设计过程中即用到单片机、传感器、微控技术，也用到了控制系统中的知识，可以说是我们所学知识的大综合。本设计重点介绍了系统的硬件局部，即有关常用芯片的介绍，如MCS98、8155、DAC0832等等。软件介绍了数字调节器的设计、PID参数的整定、PID算法程序清单、以及相关的程序；最后介绍了系统特性的测量与识别。 本设计在指导教师和同学的指导帮助以及本人的努力下完成了。但由于本
2、人水平有限，设计有不妥之处，恳请批评指正。编者 2021年5月目 录一、 任务二、工艺要求三、本系统的性能指标四、系统组成和根本工作原理五、硬件设计六、调试步骤和方法七、调试结果及分析八、对象特性的测量与识别九、设计总结镀锌薄板锌槽温度自动调节 系统设计一、 任务： 用单片机自动控制为镀锌薄板锌槽设计一个温度自动调节系统。二、工艺要求：1系统应具有良好的操作性能，为了满足用户使用方便和操作人员维修，系统控制的开关要少。2通用性好，便于扩大。3系统可靠性要高。三、本系统的性能指标：控制容量：20KW温度设定：键盘温度显示：4位LED数码管显示误差：5C控制温度：400C控制过程：设定(1min)
3、对炉测温、控温四、系统组成和根本工作原理：1. 确定系统总体控制方案。A.初步选定系统用闭环控制，且采用单闭环控制。因为所带负载是阻性元件，其线性度比拟好，温度变化不太高，但对控制精度有一定的要求。B.执行机构采用三相电热丝，其发热量随电流的变化而变化，我们采用控制电流的变化来控制温度的变化。C.计算机局部起巡回检测、闭环调节和计算推理的作用。2系统的构造框图：五、硬件设计：1、 MCS-988098是MCS-96系列单片机的一个子系列，它的外部数据总线为8位，部CPU保持16位构造。这类单片机通常称为准16位单片机，类似于8088微处理器。8098具有16位单片机的根本功能，而价格接近8位机
4、。8098单片机引脚功能：Vcc 主电源+5V Vss 数字地0V VPD 片RAM备用电源大于3.6 VREF 片A/D转换器参考电压+5V ANGND A/D转换器的模拟地 VPP 片EPROM编程电压 *TAL1 片振荡器反相输入端 *TAL2 片振荡器反相输出端 复位信号输入端 存储器选择输入端，=1，CPU寻址是2000H3FFFH时，片EPROM；=0，片外存储器。此引脚部有下拉作用，假设无外部驱动，则它总是保持低电平。 地址锁存允许ALE或地址有效输出信号，它们由SCR存放器选择。两者都提供了一个锁存信号，以便把地址从地址/数据总线上别离出来。中选择功能，在总线周期完毕时，此引脚
5、变高。可作为外部存储器的片选信号。仅在外部存储器期间才有效。 对外部存储器读信号 对外部存储器写信号 READY 准备就绪信号输出。用来延长对外部存储器的周期，以便芯片能够与慢速存储器或动态存储器接口；它也可用于总线共享，总线周期最多能延长1s。HSI HSI.0，HSI.1，HSI.2，HSI.3共四个输入引脚都是高速输入部件的输入端，其中HIS.2，HIS.3与HSO部件共用。 HSO HSO.0，HSO.1，HSO.2，HSO.3，HSO.4，HSO.5共六个引脚都是高速输出部件的输出端，其中HSO.4，HSO.5于HIS部件共用。 P0口 ACH4，ACH5，ACH6，ACH7是四位高
6、阻抗输入口，这些引脚既可以用作A/D转换器的输入口，也可以用作数字信号输入口。P2口 R*D/P2.1，T*D/P2.0既可作串行接口，也可作I/O接口。PWM/P2.3既可用作脉宽调制控制器的输出口，亦可用作电平信号输出口，以及E*TINT/P2.2等4位端口是多功能口。P3口和P4口 具有漏极开路输出8位双向口，这些引脚是复用信号线，既用作地址总线，又用作数据总线，它们的部具有很强的上拉作用。 2、铂热电阻:铂热电阻是电阻体采用铂金属的一种电阻，广泛用作稳定温度系数的电阻以及温度传感器，它与一般的金属一样，具有正的温度系数。铂热电阻的端子有不同的联结方式，如图1既2线式，3线式和4线式。铂
7、热电阻虽是一种阻值随温度改变的温度传感器，但实际上使用时要把引线电阻记算在，既与铂热电阻本身阻值相加。因此2线式适用于传感器在印制板上，既测量回路与传感器不太远情况下的接线方式。测量铂热电阻的阻值大致有二种方法即恒压法和恒流法。恒压法就是加在铂热电阻两端电压保持恒定，测量电流变化的方法；恒流法就是流经铂热电阻的电流保持恒定，测量其两端电压的方法。 (a) (b) (c)铂热电阻的不同接线方式 a2接线 b3接线 c4接线假设有恒压源标准电池，恒压法的电路就非常简单，另外，组成桥就可进展温漂补偿，因此，这种方法被广泛使用。但电流与铂热电阻的阻值变化成反比，用于很宽的温测围，进展线性时要特别注意。
8、对于恒流法，电流与铂热电阻的阻值变化成正比，而铂热电阻两端的电压变化，因此，线性化简便，但要获得准确的恒流源时电路比拟复杂。图2是2线式的铂热电阻接线图，它是一种检测温度的电路。在电路中，R采用100欧的铂热电阻，R与R1串接到恒压源+12V，RT中流经约0.1mA的电流。这种接法属于恒压法，但实际选用的R1阻值比RT高很多，因此RT阻值变化引起的测量电流变化不大，获得近似恒流的线性输出。当功率晶体管温度低于430C时，A1的同相输出端电位由RP1，R2和R3分压确定低于反相输入端，A1端输出高电平；温度高于430C时，则RT阻值增大到1236欧10C时为100欧。A1的反相输入端电位高于同相
9、输入端，A1输出变为低，从而控制有关电路进展温度调节。3、模拟量输入电路18155b引脚图a中8155共有三个根本组成局部，第一局部为可编程I/O接口，共有三个口，其中二个口A口和B口为8位口，一个口C口为6位口；第二局部为256B的RAM；第三局部为记数构造的定时/计算器。主要接口信号：AD0AD7 地址数据复用线 ALE 地址锁存信号，它除进展AD0AD7的地址锁存控制外，还用于片选信号CE和等信号锁存控制 读选通信号 写选通信号 片选信号 I/O与RAM选择信号，这是一个特殊信号，因为8155部的I/O接口与RAM是分开编址的，因此要求用控制信号进展分区。对RAM进展读写，对RAM进展读
10、写，对I/O口进展读写 RESET 复位信号，81A、B、C口均为输55以600ns的正脉冲进展复位，复位后入方式4模拟量输出电路a引脚功能 D0D7数字量数据输入线，ILE为数据锁存允许信号，高电平有效；CS为输入存放器选择信号，低电平有效。 输入存放器的写选通信号，负脉冲有效，当、ILE=1、时，D0D7的数据被锁存至输入器； 为数据转移控制信号线，低电平有效 Vref 其准电压输入线RFb 反应信号输入线，芯片已有反应电阻IOUT1和IOUT2 电流输出线，IOUT1和IOUT2的和为常数，IOUT1随DAC存放器的容线性变化VCC 工作电源，DGND为数字地，AGND为模拟信号地，由于
11、D/A转换芯片输入是数字量，输出为模拟量，模拟信电源和数字信号的干扰而引起波动。b) 光电耦合输出电路如以下图：工作状况：单片机输出引脚为低电平a. 光电耦合器的发光二极管承受正向电压，导通，有电流流过，发光b. 光电耦合器的光敏三极管受到光照，进入导通状态，其集电极处于零电位c. 继电器线圈得电，闭和，接通外部电路当单片机引脚为高电平时，工作情况a. 光电耦合器的发光二极管承受反向电压，截止，无电流流过，不发光b. 光电耦合的光敏二极管末受到光照，进入截止状态，其集电极处于高电位c. 线电器线圈失电，断开外部电路5、PWM集成电路(a)SG1525是一种16脚的双列直插式IC电路，其外形管脚
12、布置及管脚名称示图1b，其部原理构造框图如图1a所示。部由基准电压调整器UREF、振荡器OSC、误差放大器EA、比拟器DC及PWM锁存器、触发器FF、欠电压锁定器、输出级、软起动及关闭电路等组成。（1） 输入电压UCC与基准电压调整器UREF输入电压UCC1可以在835V围变化，通常可用+15V。UREF是一个标准的三端稳压器，有温度补偿，精度可达5.1V+/-1%。它既可供片使用，也可由16脚为芯片外围电路提供标准电源，输出电流可达40mA，有过电流保护功能。（2） 振荡器OSC 由一个双门限比拟器、一个恒流电源及电容充放电电路6脚和5脚分别对地接上一个电阻RT和电容CT，5脚与7脚间接电阻
13、RD构成，CT恒流充电，产生一锯齿波电压，锯齿波的峰点电平为3.3V，谷点电平为0.9V，锯齿波的上升边对应CT充电，充电时间t1参见图 2决定了RTCT；锯齿波下降边对应CT放电，放电时间t2决定于RDCT。锯齿波的频率由下式决定：f=1/(t1+t2)=1/CT(0.67RT+1.3RD)由于双门限比拟器门限电平由基准电压分压取得，并且CT充电的恒流源对电压及温度变化的稳定性好，故UCC1在835V围变化时，锯齿波的频率稳定度可达1%；当温度在-55+125。C围变化时，其频率稳定度为3%。振荡器对应于锯齿波下降边输出一时钟信号CP脉冲，其宽度为t2，故调节RD即可调节CP脉冲宽度。这个C
14、P脉冲决定于两个输出口、输出脉冲之间最小的时间间隔，既死区td。所以调节RD就可调节死区td，RD越大，死区td越大。振荡器还设有外同步输入端3脚。在3脚加直流或高于振荡器频率的脉冲信号，可实现对振荡器的外同步。（3） 误差放大器EA，其直流开环增益为70dB，同相输入端接基准电压或其分压值，反应电压信号接反相输入端。根据系统动态、静态特性的要求，可在9脚和1脚之间接入适当的反应电路网络，如比例积分电路等。（4） 比拟器DC与PWM锁存器 ，误差放大器输出电压U-加至比拟器DC反相端，振荡器输出的锯齿波电压U+加于同相端，比拟器DC输出一PWM信号，该PWM信号经锁存器RS存放器锁存，以保证在锯齿波的一个周期只输出一个PWM脉冲信号。比拟器DC的反相输入端还设有软起动及关闭PWM信号的电路。在8脚与地之间接一数微法电容，即可在起动时使输出端的脉冲由窄逐步变宽，实现软起动功能。在10脚可加各种故障保护信号，如过电流、过电压、短路、接地等故障信号，故障信号输入时使部晶体管导通，从而封锁输出。（5） 触发器FF 每输入一个CP脉冲则Q和Q翻转一次。所以，FF的输出是一个方波信号，其频率为锯齿波频率的1/2。此（6） 方波信号加至输出级两组门电路的输入端B。（7） 欠电压锁定器 当电源电压UCC1
