51系列单片机闭环温度控制实验报告

1、成 绩:综合实验报告目：51系列单片机闭环温度控制级:小组成员:指导教师:完成时间:2015年11月、实验名称:51系列单片机闭环温度控制实验基于Protuse仿真实验平台实现基本情况:1. 实验项目组长:2.小组成员:序号姓名班级学号分工系数1233.具体分工：负责程序编写，主要负责查询资料与实验报告撰写。4.实验要求:设计硬件电路:温度检测：采用热电偶或热电阻 温度给定：采用电位器进行模拟电压给定， 0 5VAD转采用12位转换显示采用8位LED，或者LCD1602显示 键盘4X4，PID等参数通过键盘设置。软件控制算法：数字PID,参数在线修改。显示窗口：显示温度的设置值 SV、温度的实

2、际值PV。实际温度值，温度峰值、峰值时间等通过串口上传到上位机 （选做）、实验内容1、系统基本原理（实验原理介绍）根据实验要求，温度闭环控制，即对加温速度、超调量、调节时间级误差参数，选择PID控制参数级算法，实现对温度的自动控制。闭环温度控制系统原理图如下:2、PID算法的数字实现本次试验通过8031通过OVEN是模拟加热的装置，加一定的电压便开始不停的升温，直到电压要消失则开始降温。仿真时，U形加热器为红色时表示正在加热，发红时将直流电压放过来接，就会制冷，变绿。 T端输出的是电压，温度越高，电压就越高。8031对温度的控制是通过可控硅调控实现的。可控硅通过时间可以通过可控硅控制板上控制脉

3、冲控制。该触发脉冲想 8031用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲后经光偶管和驱动器输送到可控硅的控制级上。偏差控制原理是要求对所需温度求出偏差 值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热装置的温度。PID控制方程式:U = K （E十丄p右十几）式中e是指测量值与给定值之间的偏差TD微分时间T 积分时间=+ K送6 +心代-®f-iKP调节器的放大系数PID将上式离散化得到数字PID位置式算法，式中在位置算法的基础之上得到数字增量式算法:=-卡，日口 +臨_/3、温度控制软件设计 程序结构图如下：OO4、硬件电路设计在温度控制中，经常采用是硬件电路主要有两大部分组成：模拟部

4、分和数字部分, 对这两部分调节仪表进行调节，但都存在着许多缺点，用单片机进行温度控制使构成的 系统灵活，可靠性高，并可用软件对传感器信号进行抗干拢滤波和非线性补偿处理，可 大大提高控制质量和自动化水平；总的来说本系统由四大模块组成，它们是输入模块、 单片机系统模块、计算机显示与控制模块和输出控制模块。输入模块主要完成对温度信利用模拟加热的号的采集和转换工作，由温度传感器及其与单片机的接口部分组成。装置来控制温度。该闭环温度控制系统采用AT89S51八位机作为微处理单元进行控制。采用 4X4键盘把设定温度的最高值和最低值存入单片机的数据存储器，还可以通过键盘完成温度检 测功能的转换。温度传感器把

5、采集的信号与单片机里的数据相比较来控制温度控制器。5、电路原理图1、仿真完整电路图Jhk w.ihL hhl41nr s *- _!. zhr _-2I*''g -1r.npi.T* -J P R _n TVJ _'言=号-g叮PHT宀-:1!_ h wk亠宀亠士 M JWEMA 二-Im贮.帀丄* 1. 1 =_ np；n.n-1_4 _1 =) *-|IR LJ n羞 lj=h1_:r_rJ1-n'1F4S£s蛊誌冇Ln-JEPVI2、12位AD转换模块C7WlF cTEXTnC622<1 R/CVel AVAA6MD1Aina AimAIH

6、2AIM3REFCAP2j2uF 门巳I，O.luF-.TET：=aV» 1 2 3- 4 S a 7 O 口 0 O 0 O O O2356DO0-1D2D3D4D5OSD7U3ADS7824TExliPAR 耳 ER &VTE 0U 更 R忑CONTCPW加AOAl252a191S4、单片机主电路U3ArS7824I ft -二+5vC1U130pr I=1£疋 j1 XIC2I CFfYSTTAL 厂4,-I EX i -23_応C3inF:TED a-R210k1三心OO0102030405050712215h2 fl璃TAUPO.O/ADOP 0.1/AD

7、Ipn ?/An?XTAL?P 0.3/AD3P0.4JWD4P 0.5JWD5P O.6JrAD6F3STP0.7/AD7P2.0/ASP21阿P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP 2.4)A12EAP2.a/A13P 3.5/A14P 27/A15P1.0)T2P3.0/RXDFl 1；2carJ.irrXDP1.2P3.2fliNT0PI .3P3,3'/lNtTP1 .4P3.jfroP1 .5P3.5fT1Fl .6r J.oJVVrtP17P37/ATe9C52CLOCK=11.05Q2MI-t3a22.j621343322DOD1D7D3D4D5D6D722

8、；23；24£252S广27F111 -1叩；12 J13:14f15；16 :17；21FSFWENEYTEEUSYF/CFWMC3I1 口 12 rI3 刊4 rowl row2 row3 row43、实验结果分析（含程序、数据记录及分析和实验总结等，可附页） 1、51系列单片机闭环温度控制实验程序Mai n.c#in elude "i ncludes.h" char RX_Data5 = 0;charmeasure_te mp erature6'+','0','0','0',C,'0&#

9、39;charsett in g_te mp erature6'0','1','0','0',C,'0'char code_table16 = 7',8,9,T, '4','5','6',' P', '1',2,3,T, '+','0','-','D'char Pv 6=' P','0',9,'0',' 

10、9;,'0'char Iv6='I','0','0','0',' ','0'char Dv6='D','0','0','5',' ','0'int PWM_P eriod = 100;int PWM_Hight = 1;int P WM_Hights = 50;short m_te mp erature = 0;short s_te mp erature = 100;float pc =

11、090.0;float ic = 0.0;float dc = 5.0;float e1 = 0;float e2 = 0;int main() timernit(); lcd_ini t();while(1)ADCRead(); keysca n();Data_ up date();LCD_Dis play(0x80+0x08,setti ng_temp erature);LCD_Dis pl ay(0x80+0x40, Pv);LCD_Dis pl ay(0x80+0x45,lv); LCD_Dis play(0x80+0x4A,Dv);return 0;PWM.C#i nclude &q

12、uot;in cludes.h" uchar T_up date = 0; uchar P_up date = 0; uchar l_up date = 0; uchar D_up date = 0;void T0_time() in terru pt 1/PWM"P WM_Hights-;if(P WM_Hights = 0)P WM_EN = 0;P WM_Hights = 1;PWM_P eriod-; if(PWM_P eriod = 0)P WM_EN = 1;P WM_Period = 100;P WM_Hights = P WM_Hight; void p i

13、d()static long sum = 0;e2 = e1;e1 = s_temp erature-m_te mp erature; sum += e1;if(e1 > 20)P WM_Hight = 100;else if(e1 < -20)PWM_Hight = 1;elseP WM_Hight= P WM_Hight+p c*(e1+ic*sum+dc*(e1-e2);if(P WM_Hight > 100)P WM_Hight = 100;else if(P WM_Hight < 1)PWM_Hight = 1;void Interrup t_T1() int

14、errupt 3 static int count = 0;TH1 = 0x3C;/ 定时 50msTL1 = 0xB0;coun t+;if(cou nt = 20)pid();count = 0; void up date_Te mp() "short j = 0;short tmp = 0;for(j = 1;j<=3;j+)tmptmp *10+(setti ng_tem peraturej-'0'); if(setti ng_te mp erature0='-') tmp = -tmp;s_te mp erature = tmp;&qu

15、ot;void up date_ Pv() "short j = 0;short tmp = 0;for(j = 1;jv=3;j+)tmp = tmp *10+( Pvj-'0');pc = tmp;void up date_Iv() "short j = 0;short tmp = 0;for(j = 1;j<=3;j+)tmp = tmp *10+(Ivj-'0');ic = tmp;void up date_Dv() "short j = 0;short tmp = 0;for(j = 1;j<=3;j+)tmp

16、 = tmp *10+(Dvj-'0');dc = tmp;void Data_u pdate()/ 循环检查每一次T、PID值是否有修改if(T_up date = 1)"up date_Te mp();T_up date =0;else if(P_up date = 1)up date_Pv(); P_up date =O;"else if(l_up date = 1)"up date_lv(); l_up date =O;else if(D_ up date = 1) "up date_Dv();D_up date =O;"

17、;Timer.c#in elude "in cludes.h" void timer_i nit() "EA = O;/关闭总中断TLO = Ox9C;TH1 = Ox3C;/定时 5OmsTL1 = OxBO;ETO = 1;/ETO 用于 PWM 产生ET1 = 1;/ET1测速计时TRO = 1;/运行定时器0TR1 = 1;/运行定时器1PTO = 1; /TO中断优先级高T1:EA = 1; /打开总中断TMOD = Ox12;/TO:工作方式 2 工作方式1THO = 0x9C;ADS7824.C#in elude "i ncludes.h&

18、quot; void itoa(short nu m,char str) int i=3;num = (nu m/2O47.O)*999.O; for(i=3; i>O; i-)stri = (num % 1O) + 'O' num = num / 1O;str='O' void ADCReadOshort num = O;/无 符号 16 位RC = O;/启动转换RC = 1;/启动读取 while(BUSY = O); num = O;BYTE = O; /读取高4位 num = (num|P 1)<<8; num = num &

19、 OxOFOO;BYTE = 1;/读取低8位 num = num| P1;/12位数据完整取好 if( num&OXO8OO) = OxO8OO)measure_te mp eratureO='-' num = num&O xF7FF;num = (nu mOxO7FF)+1; m_te mp erature-(nu m/2O47.O)*999.O);elsemeasure_te mp erature0 = '+' m_te mp erature(nu m/2047.0)*999.0;re);Delay.c#i nclude "in

20、cludes.h"void delay_ms(i nt n) /1ms 延时 "uint i=0,j=0;for(i=0;i vn ;i+)for(j=0;jv123;j+);Dis play.c#i nclude "in cludes.h"itoa( num ,measure_te mp erature); LCD_Dis play(0x80,measure_te mp eratuRC = 0;en=O;void lcd_wcom(uchar com) /1602 写命令函数单片机给1602写命令rs=0; 选择指令寄存器rw=0; /选择写P0=co

21、m; /把命令字送入delay_ms(1);en=1; /使能线电平变化，命令送入1602的8位数据口delay_ms(1);en=0;void lcd_wdat(uchar dat) /1602 写数据函 数 _rs=1; 选择数据寄存器rw=0; /选择写P0=dat; /把要显示的数据送入delay_ms(1);en=1; /使能线电平变化，数据送入1602的8位数据口delay_ms(1);voidLCD_Dis play(ui nt locati on.Dis play_Part)int i=0;lcd_wcom(locati on); for(i=0;Dis play_ Parti

22、 != 0;i+) lcd_wdat(Dis play_Parti); delay_ms(1);ucharvoid lcd_init() /1602 初始化函数 5*7标,lcd_wcom(0x38); /8 位数据，字形lcd_wcom(0x0c); / 开启显示屏， 光标不闪烁Icd_wcom(0x06); /显示地址递增，即双列,关光写一个数据后，显示位置右移一位Icd_wcom(0x01); / 清屏LCD_Dis pl ay(0x80+0x08,setti ng_tem peratu re);LCD_Dis play(0x80+0x40, Pv);LCD_Dis play(0x80+

23、0x45,lv);LCD_Dis play(0x80+0x4A,Dv); "Keyboards16;#i nclude "in cludes.h"void keysca n()uint keyno = 16;uchar temp = 0;uchar i = 0;static char up date_flag = 0;static int up date_i ndex = 0; char key_code = 0;P3 = 0x0F;if(P3 != 0x0F)P3 = 0x0F; /delay_ms(1); temp = P3;i = tem pA0x0F; s

24、witch(i)case 1: keyno = 0;break; case 2: keyno = 1;break; case 4: keyno = 2;break; case 8: keyno = 3;break; default:keyno =/无键按下 while( P3 != 0xF0);if(key no>=0 && keyno <=15) if(up date_flag = 1)key_code code_tableke yno;sett in g_te mp eratureu pdate_i ndex key_code;up date_i ndex+;

25、if(up date_i ndex = 4) up date_flag = 0; up date_i ndex = 0; T_up date = 1;else if(up date_flag = 2) "key_codecode_tableke yno;P v1+u pdate_i ndexkey_code;P3 = 0xF0; temp = P3;/delay_ms(1);i = (te mp » 4)八 0x0F; switch(i)case 1: keyno += 0;break;case 2: keyno += 4;break;case 4: keyno += 8;

26、break;case 8: keyno += 12;break;up date_i ndex+; if(up date_i ndex = 3) up date_flag = 0; up date_i ndex = 0;P_up date = 1;else if(up date_flag = 3) key_code code_tableke yno;key_code;Iv1+ up datendex up date_i ndex+; if(up date_i ndex = 3)"D_up date = 1;" elseswitch(ke yno) case 3:up date_flag =up date_flag = 0; up date_i ndex = 0; l_up date = 1;else if(up date_flag = 4) key_code code_tableke yno;Dv1+ up date_i ndex1;break;2;break;3;break;4;break;case 7:up date_flag =case