硅碳棒电加热温度控制器的设计

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本科毕业设计

题目：硅碳棒电加热温度控制器的设计

学院：信息科学技术学院专业：电子信息工程（微电子）学号：学生姓名：指导老师：职称：

二零一二年五月

摘要

温度是工业生产以及科学试验中的重要参数之一。温度的控制在大量领域中都有着积极的意义。在好多行业中都有大量的用电加热设备，如硅碳棒等。采用单片机对其进行控制不仅具有控制便利，简单，灵活性大等特点，而且还可以较大幅度的提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量。所以，智能化的温度控制技术正在被广泛地采用。

本次课题即是针对高温控制系统-硅碳棒电加热温度控制器的设计进行的分析与设计，我们采用了以STC12C5A60S2单片机为主体，铂铑10-铂热电偶温度采集模块，温度设置模块，LCD液晶显示模块以及温度控制模块相搭配的控制系统。

本系统中单片机将采集到的温度与设定的温度进行比较，由此来判定硅碳棒上是否继续加热。此外还参与了显示模块，将采集到的温度以及设定的温度进行实时显示，使得整个设计更加完整，更加灵活。

第一章前言

1.1本文研究的目的和意义

温度是日常生活中的重要参数。对温度的控制效果将直接影响到产品的质量及其使用寿命，因此，温度控制成为各个领域中的一项很关键的技术，研究高性能的温度控制器具有重要意义。

硅碳棒的使用温度高，又具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、升温快、寿命长、高温变形小等特点，同时具有良好的化学稳定性。与自动化电控系统配套，还可得到确切的恒定温度，又可根据需要按曲线自动调温。使用硅碳棒加热既便利，又安全可靠。现已广泛应用于各类加热设备的电加热元件。

本次研究的硅碳棒电加热温度控制器的关键在于温度控制器的控温方面，采用PID控制方式。这是由于传统的定值开关温度控制法通过硬件电路或者软件计算判别当前温度值与设定温度值之间的关系，进而对系统加热源进行通断控制。这种开关控温方法较简单，是当系统温度上升至设定点时就关断电源，当系统温度下降至设定点时就开通电源，因而无法战胜温度变化过程的滞后性，导致系统温度波动大，控制精度低，不适于高精度温度控制。PID控制器中引入了参数整定和自适应控制理论，其具有算法简单，可靠性高等特点。由于PID控制器模型中考虑了系统的误差，误差变化以及误差积累三个因素，因此其控制性能一定优越于定值开关控温法。采用此方法实现的温度控制器，其控制品质的好坏主要取决于三个PID参数，即比例值，积分值，微分值。只要PID参数选取的正确，对于一个确定的受控系统，其控制精度比较令人满意。

硅碳棒电加热温度控制器的可靠性高、精度高、操作简单、功耗低、成本低。所以本系统的设计是十分必要的。

1.2系统实现的功能

设计基于STC12C5A60S2单片机的硅碳棒电加热温度控制器，用于控制温度。功能如下：

根据给定的温度，调理硅碳棒的控制电压，从而调理温度，实现温度的闭环控制。温度通过通讯方式传入系统，硅碳棒电源电压为220V，功率为10kw，温度调理范围在0～

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1300度，测量精度为1%。采用双向可控硅温度控制电路对其采用计算机软件方法来进行PID调理功能，使温度到达设定温度。

1.3设计的要求与方案

所设计的硅碳棒电加热控制器应具有以下功能：

(1)温度采集：此部分是使用型号为WRP-130的铂铑10-铂热电偶为测温元件，再将其输出电压经过处理变送再经过电压跟随后，与STC12C5A60S2单片机中的A/D转换相协同，从而实现对初始温度的采集；

(2温度设置：此部分依靠四个拨盘与单片机协同实现对最终温度的设置；

(3)LCD液晶显示部分：采用FYD12864-0402B液晶显示模块，对温度采集所得温度以及设定温度进行显示；

(4)温度控制部分：此部分首先采用过零触发双硅输出光耦MOC3061实现对单片机及可控硅温度控制器的隔离功能；然后采用双向可控硅MAC97A6构成过零比较电路，与单片机协同，运用PID控制方式来控制正弦波导通的周期个数，从而实现对温度的控制功能。

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其次章总体设计分析

2.1组成框图

根据设计思想所要完成的功能，该硅碳棒电加热温度控制器采用单片机作为微处理单元进行控制。其次由传感器温度采集电路，温度设置电路，LCD液晶显示电路以及温度控制电路组成。系统的组成框图如下图2.1所示。

▲图2.1组成框图

温度设置电路传感器温度采集STC12C5A60S2单片机LCD液晶显示电路温度控制电路2.2主要功能模块的简介

2.2.1传感器温度采集

测温电路的设计是采用型号为WRP-130的铂铑10-铂热电偶，其测温范围在0-1300度，精度在+/_2.4%，其具有性能稳定，抗氧化性能强以及测量精度高等优点，可以较为确凿的测温。利用其感温效应，把随被测温度变化的电压采集过来，将其经变送过后的信号送入电压跟随器后，传入STC12C5A60S2单片机中进行A/D转换，实现由模拟量到数字量的转换，再利用STC12C5A60S2单片机进行数据的处理，从而采集得到温度。

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2.2.2温度设置

通过用四个拨盘以及四个电阻连接STC12C5A60S2单片机，应用编程来设置要给定的

四位数的温度。其中S1与单片机的一个I/O口连接，用软件编程，使其每按一下温度增加1度；S2也与单片机的一个I/O口连接，用软件编程，使其每按一下温度增加10度；S3也与单片机的一个的I/O口连接，用软件编程，使其每按一下温度增加100度；S4也与单片机的一个I/O口连接，用软件编程，使其每按一下温度增加1000度。

2.2.3LCD液晶显示

采用FYD12864-0402B液晶显示模块，该液晶模块每屏可显示4行8列共32个16*16点阵的汉字，每个显示RAM可显示1个中文字符或2个16*8点阵全高ASCII字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ASCII码字符的显示。在本系统中，利用该模块与单片机进行相连，对其进行编程使用，用来显示温度采集所得温度以及温度设置给定的四位数的温度。

2.2.4温度控制

温度控制是本系统的关键，而此部分的关键在于可控硅，我们采用PID控制方式来控制温度。在本系统中是通过控制可控硅管的正弦波导通的周期个数来调理输出功率。

所以首先采用光耦，其以光为媒介传输电信号。一般由三部分组成：光的发射，光的接收及信号的放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，然后被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电-光-电的转换，从而起到对输入、输出电信号的良好隔离的作用。由于外围电路寻常是交流电压为220V，强电是不能和弱电有任何电器接触的，所以为防止强电进入单片机内，必需采用光耦。又由于本系统电路需要进行过零检测，而过零触发双硅输出光耦MOC3061自带过零检测的功能，所以被选为本系统的光耦元件，用其对单片机和可控硅温度控制电路进行隔离。然后采用双向可控硅MAC97A6构成过零比较电路，当输入是高电平日，电路导通；当输入是低电平日，则电路不导通。与单片机结合，软件部分采用PID控制方法对温度进

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行控制，由于其算法简单，可靠性高等优点被广泛使用，特别是适用于可建立确切数学模型的确定性控制系统，其中数字PID调理器的参数可以在现场实现在线整定，因此具有较大的灵活性。

第三章硬件设计

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理及化学性能良好，热电势稳定性高，且在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中，具有优良的综合性能。其长期最高使用温度为1300℃，热响应时间小于150S，直径为16mm，测量精度小于+/-0.5%。

本系统中所选的铂铑10-铂热电偶是将硅碳棒的温度转换成电信号的信号转换元件。然而由于热电偶的电气特性，其产生的电信号必需进行调理才能被确切、可靠的采集，所以将其进行变送，得到温度范围在0~1300度所对应的0~5V的电压信号。

将该0~5V的电压信号，送给一个电压跟随器，它的作用就是对信号进行隔离，改变输入输出电阻值，使得阻抗得到匹配。它有效的提高了输入电阻值，降低了对输入的微小信号量的要求，与此同时它使输出电阻值减小，使电路的负载能力得到提高。电压跟随器采用的是：HA17358运放芯片，为单电源运放，且其使用宽电源电压范围和单功率电源电压，宽共模电压和提供具有一个0V输入和0V输出的可能操作，频率特性和输入偏置电流是温度补偿的。其芯片引脚图如下图3.4所示。

▲图3.4HA17358引脚图

在得到模拟信号以后需要进行A/D转换，所谓A/D转换器即为模拟/数字转换器（AnalogtoDigitalConverter简称ADC），是将输入的模拟信号转换为数字信号。在主控系统中，我们选取STC12C5A60S2单片机，而STC12C5A60S2单片机又是自带A/D转换的，所以我们不用再另外选取A/D转换器。

下面对STC12C5A60S2单片机中的A/D转换功能进行介绍。

STC12C5A60S2单片机的A/D转换口在P1口（P1.7-P1.0），有8路10位高速A/D转换器，转换速度可达250K/S（每秒钟25万次）。

STC12C5A60S2单片机ADC(A/D转换器)的结构如图3.6所示。

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▲图3.6ADC结构图

当AUXR.1/ADRJ=0时，A/D转换结果寄放器格式如下：

ADC_RES[7:0]

ADC_B9ADC_B8ADC_B7ADC_B6ADC_B5ADC_B4ADC_B3ADC_B2

ADC_B1ADC_B0------ADC_RES[1:0]当AUXR.1/ADRJ=1时，A/D转换结果寄放器格式如下：ADC_RES[1:0]

------ADC_B9ADC_B8ADC_B7ADC_B6ADC_B5ADC_B4ADC_B3ADC_B2ADC_B1

ADC_B0ADC_RES[7:0]

STC12C5A60S2单片机的ADC由多路选择开关，比较器，逐层比较寄放器，10位DAC，

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转换结果寄放器（ADC_RES和ADC_RESL）及ADC_CONTR构成。

STC12C5A60S2单片机的ADC是逐层比较型的ADC。逐层比较型的ADC是由一个比较器和D/A转换器构成的，通过逐层比较，从最高位（MSB）开始，顺序地对每一个输入电压与内置的D/A转换器输出进行比较，经过屡屡的比较，使得转换所得的数字量逐次迫近输入模拟量的对应值。逐次比较型的ADC具有速度高、功耗低等优点。

从上图3.6可以看出，通过模拟多路开关，将通过ADC0~7的模拟量输入送至比较器。用数/模转换器（DAC）转换的模拟量同本次输入的模拟量经过比较器进行比较，将比较的结果保存到逐次比较器中，并且通过逐次比较寄放器输出其转换结果。在A/D转换终止后，最终的转换结果保存到ADC转换结果寄放器ADC_RES和ADC_RESL中，与此同时，置位ADC控制寄放器ADC_CONTR中的A/D转换终止标志位ADC_FLAG，该位是用来供程序查询或发出中断申请的。模拟通道的选择控制是通过ADC控制寄放器ADC_CONTR中的CHS2~CHS0来确定的。ADC的转换速度是由ADC控制寄放器中的SPEED1和SPEED0来确定的。使用ADC之前，应率先给ADC上电，即置位ADC控制寄放器中的ADC_POWER位。

当ADRJ=0时，假使要取10位结果，则按下面公式计算：

10-bitA/DConversionResult:(ADC_RES[7:0],ADC_RESL[1:0])=1024*Vin/Vcc当ADRJ=0时，假使要取8位结果，则按下面公式计算：8-bitA/DConversionResult:(ADC_RES[7:0])=256*Vin/Vcc当ADRJ=1时，假使要取10位结果，则按下面公式计算：

10-bitA/DConversionResult:(ADC_RES[1:0],ADC_RESL[7:0])=1024*Vin/Vcc式中，Vin为模拟输入通道的输入电压，Vcc为单片机的实际工作电压，用单片机的工作电压作为模拟的参考电压。

3.2.2整个模块设计与分析

温度采集电路如图3.3所示：

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▲图3.3温度采集电路

在本系统中直接将铂铑10-铂热电偶采集的电信号经变送后得到的0~5V的电压信号，送给一个电压跟随器，通过电压跟随器对信号进行隔离，改变输入输出电阻值，使阻抗得到匹配。此外电压跟随器还有效的提高了输入电阻值，降低了对输入的微小信号量的要求，它还减小了输出电阻值，提高了电路的负载能力。

在经过电压跟随器之后，得到的模拟信号需要进行A/D转换，即为模拟/数字转换，将输入的模拟信号转换为数字信号。而STC12C5A60S2单片机是自带A/D转换的，A/D转换口在P1口（P1.7-P1.0），有8路10位高速A/D转换器，转换速度可达250K/S（每秒钟25万次），所以不必另外选取A/D转换器。在本系统中，选用STC12C5A60S2的P1.1口，将其通过软件设置为A/D转换口，此内容将在第四章进行介绍。

3.3温度设置模块

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VCCR14.7KR24.7KR34.7KR44.7KS4P2.3SW-PBS3P2.2SW-PBS2P2.1SW-PBS1P2.0SW-PB

▲图3.7键盘设置图

这里要给单片机设定的温度，所以选用了四个拨盘及四个4.7K的电阻连单片机的P2.0~P2.3口，通过编程来设置要给定的四位数的温度。S1与P2.0口连接，用软件编程，使每按一下温度增加1度S2与P2.1口连接，用软件编程，使每按一下温度增加10度S3与P2.2口连接，用软件编程，使每按一下温度增加100度S4与P2.3口连接，用软件编程，使每按一下温度增加1000度如图3.7所示。

3.4LCD液晶显示模块

3.4.1器件选型与简介

在液晶显示部分，本系统将采用现成的FYD12864-0402B液晶显示模块对温度采集所得温度以及温度设置的四位数的温度进行显示。

FYD12864-0402B是一种具有4位或8位并行，2线或3线串行多种接口方式，且内部含国标一级/二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。其显示的分辩率为128*64，

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内置有8129个16*16点汉字，以及128个16*8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单便利的操作指令，可以构成全中文人机交互图形界面。可以显示8*4行16*16点阵的汉字。同时也可完成图形显示。该显示模块有一显著特点，就是低电压低功率。将由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块进行比较，不管是硬件电路结构还是显示程序都要简单好多，且该模块的价格也稍低于一致点阵的图形液晶模块。

其基本特征有以下几点：

1.低电源电压（VDD：+3.0~+5.5V）2.显示分辩率：128*64点3.2MHZ时钟频率

4.显示方式：STN，半透以及正显6.驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS7.通讯方式：串口、并口8.内置有128个16*8点阵字符

9.内置有汉字字库，提供8129个16*16点阵汉字（简繁体均可）10.内置有DC—DC转换电路，无需外加负压11.无需片选信号，简化软件设计

12.背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/5—1/1013.工作温度：0~+55度；储存温度：-20~+60度

其原理方框图如下图3.8所示。

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▲图3.8FYD12864-0402B原理方框图

其串行接口管脚信号如下表3.1：

表3.1FYD12864-0402B串行接口管脚表管脚号123456151719名称VSSVDDV0CSSIDCLKPSB/RESETALEVEL0V+5V-H/LH/LH/LLH/LVDD功能电源地电源正（3.0V-5.5V）对比度（亮度）调整模组片选端，高电平有效串行数据输入端串行同步时钟：上升沿时读取SID数据L:串口方式复位端，低电平有效背光源电压+5V

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KVSS背光源负端0V其并行接口管脚信号如下表3.2所示。表3.2FYD12864-0402B并行接口管脚表管脚号1234管脚名称VSSVCCV0RS(CS)电平0V管脚功能描述电源地3.0-5.5V电源正-H/L对比度（亮度）调整R/S=\，表示DB7-DB0为显示数据R/S=\，表示DB7-DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=\，E=\，数据被读到DB7-DB0R/W=\，E=\L\，DB7-DB0的数据被写到IR或DR67891011121314151617

E(SCLK)DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7PSBNC/RESETH/LH/LH/LH/LH/LH/LH/LH/LH/LH/L-H/L使能信号三态数据线三态数据线三态数据线三态数据线三态数据线三态数据线三态数据线三态数据线H:8位或4位并口方式，L：串口方式空脚复位端，低电平有效２２

181920

VOUTAK-VDDVSSLCD驱动电压输出端背光源正端（+5V）背光源负端

下面对控制器的接口信号进行简要的说明：

1.RS，R/W的协同选择决定控制界面的4种模式，如下表3.3所示。

表3.3RS，R/W功能表

RSLLHHR/WLHLH功能说明MPU写指令到指令寄放器（IR）读出忙标志（BF）及地址计数器（AC）的状态MPU写入数据到数据暂存器（DR）MPU从数据暂存器（DR）中读出数据

2.E信号，其控制功能如下表3.4所示。

表3.4E信号的控制功能表

E状态高低高低/低高执行动作I/O缓冲DRDRI/O缓冲无动作

3.忙标志：BF

BF标志提供内部的工作状况。当BF=1时，表示模块在进行内部操作，此时的模块不接受外部指令和数据；当BF=0时，表示模块为准备状态，此时的模块随时可以接受外部指令和数据。

利用STATUSRD指令，可将BF读到DB7总线上，从而来检验模块的工作状态。4.字型产生ROM（CGROM）

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结果协同W进行写数据或指令协同R进行读数据或指令

字型产生ROM（CGROM）提供8129个此触发器，其用于模块屏幕显示开和关的控制。当DFF=1时，为开显示（DISPLAYON），DDRAM的内容就显示在屏幕上；当DFF=0时，为关显示（DISPLAYOFF）。

DFF的状态，由指令DISPLAYON/OFF和RST信号控制的。5.显示数据RAM（DDRAM）

模块内部显示数据RAM提供64*2个位元组的空间，最多可以控制4行16字（64个字）的中文字型显示。当写入显示数据RAM时，可以分别显示CGROM与CGRAM的字型。此模块可显示三种字型，分别是HCGROM(ASCII码字库)、CGRAM（自定义字形）及CGROM（中文字型）。这三种字型的选择是由在DDRAM中写入的编码来选择的，在0000H—0006H的编码中（其代码分别是0000、0002、0004、0006，共4个），将选择CGRAM的自定义字型，在02H—7FH的编码中将选择ASCII码字的字型，而A1以上的编码将会自动结合下一个位元组，组成两个位元组的编码，形成中文字型的编码BIG5（A140—D75F），GB(A1A0—F7FFH)。字符显示RAM在液晶模块中的地址80H~9FH。字符显示的RAM的地址与32个字符显示区域有一一对应的关系，其对应关系如下表3.5所示。

表3.5字符显示的RAM的地址与32个字符显示区域的对应关系表

80H90H88H98H81H91H89H99H82H92H8AH9AH83H93H8BH9BH84H94H8CH9CH85H95H8DH9DH86H96H8EH9EH87H97H8FH9FH6.地址计数器AC

地址计数器AC，用来贮存DDRAM/CGRAM之一的地址，它可以由设定指令暂存器来改变，而之后只要读取或者写入DDRAM/CGRAM的值时，地址计数器的值就会自动的加一，当RS为“0〞、R/W为“1〞时，地址计数器的值就会被读取到D86—D80中。7.光标/闪烁控制电路

此模块提供硬体光标以及闪烁控制电路，通过地址计数器的值来指定DDRAM中的光标或者闪烁的位置。

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3.4.2整个模块设计与分析

▲图3.11液晶显示与单片机的接口电路图

如图3.11所示是FYD12864-0402B液晶显示与单片机的接口电路图。本系统选用的是FYD12864-0402B的并行接口。FYD12864-0402B每屏可显示4行8列共32个16*16点阵的汉字，每个显示RAM可显示1个中文字符或2个16*8点阵全高ASCII码字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ASCII码字符的显示。将FYD12864-0402B液晶显示模块与单片机相连，通过软件编程来显示传感器采集所得到的温度以及设定的温度。

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3.5温度控制模块

3.5.1光耦器件选型与简介

光耦合器（OpticalCouple，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。其以光为媒介传输电信号，对输入、输出电信号有良好的隔离作用。其主要的优点包括：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，且抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高等。

在本系统中，选用MOC3061，为过零检测双向可控硅输出光电耦合器，是一种新型的光电耦合器件，其通态电流为100ma，触发电流为15ma，峰值电压为600V，隔离电压为7.5KV，工作温度为-40～85℃，双6脚，用于驱动双向晶闸管。其不但具有隔离功能，而且还可用于输出通道作为开关器件使用。可用直流低电压、小电流来控制交流高电压、大电流。与此同时，其也可用于115/240V交流电源下的带有可控硅驱动的规律接口电路。其耐压高，具有过零关断功能，用来控制大功率可控硅的开关。具有结构简单、成本低、触发可靠等优点。其过零检测功能是被选作本系统隔离作用的重点。其引脚图如下图3.9。▲图3.8MOC3061引脚图

3.5.2可控硅器件选型及简介

双向可控硅是一种功率半导体器件，也称双向晶闸管。在单片机控制系统中，可以作为功率驱动器件。一般双向可控硅接通的都是一些功率较大的用电器，且连接在强电网络中。其触发电路的抗干扰问题很重要，所以寻常是通过光电耦合器将单片机控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制极。为了减小驱动功率及双向可控硅触发时产生的干扰，交流电路双向可控硅的触发常采用过零触发电路。过零触发即指在电压为零或零的瞬间接

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通。

在本系统中，选用型号为BTB12-600B的双向可控硅。其主要用途在：变频电路，调光，调温，调光等控制电路。其主要参数有：通态平均电流IT(RMS)为12A，通态浪涌电流ITSM为120A，正向耐压VDRM>600V，反向耐压VRRM>600V，触发电流IGT（I/II/III/IV）

ADC_RESLAUXR1BEhA/D转换结果寄放器低A2HAuxiliaryregister1-PCA_P4SPI_P4S2_P4GF2ADRJ-DPSAUXR1寄放器的ADRJ位是A/D转换结果寄放器（ADC_RES、ADC_RESL）的数据格式调整控制位。

当ADRJ=0时，10位A/D转换结果的高8位存放在ADC_RES中，而低2位则存放在ADC_RESL的低2位中。其存放方式如下表4.8所示。

表4.8ADRJ=0时结果的存放方式

MnemonicAddNameB7B6B5B4B3B2B1B0ADC_RESBDhA/D转化结果寄放器高8位ADC_RES9ADC_RES8ADC_RES7ADC_RES6ADC_RES5ADC_RES4ADC_RES3ADC_RES2ADC_RESLAUXR1

BEhA/D转换结果寄放器低2位A2HAuxiliaryregister1------ADC_RES1ADC_RES0ADRJ=0此时，假使用户需要取完整的10位结果，则按下面公式计算：

10—bitA/D转换器结果（ADC_RES[7:0]，ADC_RESL[1:0]）=1024*Vin/Vcc假使用户只需要取8位结果，则按下面公式计算：

8—bitA/D转换器结果（ADC_RES[7:0]）=256*Vin/Vcc

式中，Vin为模拟输入通道的输入电压，Vcc为单片机的实际工作电压，把单片机的工作电压作为模拟的参考电压。

当ADRJ=1时，10位A/D转换结果的高2位存放在ADC_RES的低2位中，而低8位则存放在ADC_RESL中。

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表4.9ADRJ=1时结果的存放方式

MnemonicAddNameB7B6B5B4B3B2B1B0ADC_RESBDhA/D转化结果寄放器高2位ADC_RES9ADC_RES8ADC_RESLAUXR1

BEhA/D转换结果寄放器低8位A2HAuxiliaryregister1ADC_RES7ADC_RES6ADC_RES5ADC_RES4ADC_RES3ADC_RES2ADC_RES1ADC_RES0ADRJ=1此时，假使用户需要取完整的10位结果，则按下面公式计算：

10—bitA/D转换器结果（ADC_RES[1:0]，ADC_RESL[7:0]）=1024*Vin/Vcc

式中，Vin为模拟输入通道的输入电压，Vcc为单片机的实际工作电压，把单片机的工作电压作为模拟的参考电压。

4.与A/D中断有关的寄放器

IE：中断允许寄放器（可位寻址）。其格式如下表4.10所示。

表4.10中断允许寄放器格式

SFRnameIE

EA：CPU的中断开放标志。当EA=1时，CPU开放中断；当EA=0时，则CPU屏蔽所有的中断申请。

EA的作用是使中断允许形成多级控制。各中断源首先受到EA的控制，然后还要受到各中断源自己的中断允许控制位控制。

EADC：A/D转换中断允许位。当EADC=1时，允许A/D转换中断；当EADC=0时，禁

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AddressA8HbitB7B6B5B6B3B2B1B0nameEAELVDEADCESET1EX1ET0EX0

止A/D转换中断。

假使要允许A/D转换中断，则需将相应的控制位置1：

1.将EADC置1，则允许ADC中断，其为ADC转换的中断控制位。

2.将EA置1，开启单片机的总中断控制位。假使此位不开启，也是无法产生ADC中断的。在A/D中断服务程序中，要用软件清0。A/D中断请求标志位ADC_FLAG，该位也是A/D转换终止标志位。

IPH：中断优先级控制寄放器高（不可位寻址）。其格式如下表4.11所示。

表4.11中断优先级控制寄放器高格式

SFRAddbitB7B6B5B6B3B2B1B0nameressIPHB7HnamePPCAHPLVDHPADCHPSHPT1HPX1HPT0H

IP：中断优先级控制寄放器低（可位寻址）。其格式如下表4.12所示。

表4.12中断优先级控制寄放器低格式

SFRnameIP

PADCH，PADC：A/D转换中断优先级控制位。

当PADCH=0且PADC=0时，A/D转换中断为最低优先级中断（优先级0）

当PADCH=0且PADC=1时，A/D转换中断为较低优先级中断（优先级1）当PADCH=1且PADC=0时，A/D转换中断为较高优先级中断（优先级2）当PADCH=1且PADC=1时，A/D转换中断为最高优先级中断（优先级3）

AddressB8HbitB7B6B5B4B3B2B1B0PX0HnamePPCAPLVDPADCPSPT1PX1PT0PX0３７

STC12C5A60S2单片机的A/D转换流程图如下图4.2所示。

A/D转换是否终止？N启动A/D转换选择A/D转换速度选择P1.1作为A/D转换通道开始Y

▲图4.2A/D转换流程图

终止保存A/D转换结果将ADC_FLAG(模数转换器终止标志位)清零３８

4.2.2温度设置程序

键盘是人与微机打交道的主要设备。在本次设计中，设定温度采用4个拨盘的方式给定。这四个键分别代表，个，十，百，千位，由程序给定。

在本系统的键盘设置中，键闭合和键释放的信息获取，键抖动的消除，键值的查找以及一些保护措施的实施等任务，都是由软件来实现完成的。本键盘设置的键输入程序应当完成的任务有：（1）监测有无键按下：键的闭合与否，反映在电压上浮现高电平或低电平，所以通过电平的高低状态来进行检测，即可确认按键是否按下；（2）判断是哪个键按下；（3）完成按键的任务。

按键的触点在闭合和断开时都会产生抖动，这时触点的规律电平是不稳定的。所以这里采用采用软件延时的方法避开抖动，这一延时程序一般是大于5ms的。在第一次检测到有键按下时，执行一段延时子程序，再确定电平是否依旧保持闭合状态电平，假使保持，则确实有键按下。这种软件延时的方法很切实可行的消除了软件抖动的影响。键盘子程序流程图如图4.3所示。

３９

开始初始化地址参数键入去抖动

N判断P2.0是否有信号？N返回主程序调用显示程序百位+1YNN判断P2.1是否有信号？Y调用显示程序十位+1N调用显示程序判断P2.3是否有信号？Y千位+1判断P2.2是否有信号？Y

个位+1Y调用显示程序▲图4.2温度设置子程序流程图

４０

4.2.3LCD显示程序

在本系统中，采用FYD12864-0402B液晶显示模块。

该模块控制芯片提供两套控制命令，基本指令和扩展指令如下：基本指令（当RE=0时）的指令表如下表4.13所示。

表4.13基本指令表

指令RSR/WD7D60指令码D50D40D30D20D10D01功能清除显示000将DDRAM填满\，并设定DDRAM的地址计器（AC）\地址归位000000001X设定DDRAM的地址计数器（AC）到\，并且将游标移到开头原点位置：这个指令不改变DDRAM的内容显示状态开/关0000001DCBD=1：整个显示0NC=1：游标0NB=1：游标位置反白允许进入点设定00000001I/DS指定在数据的读取与写入时，设定游标的移动方向及指定显示的移位游标或显示移位控制

000001S/CR/LXX设定游标的移动与显示的移位控制位；这个指令不改变DDRAM的内容４１

功能设定00001DLXREXXDL=0/1：4/8位数据RE=1：扩展指令操作RE=0：基本指令操作设定CGRAM地址设定DDRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定CGRAM地址0010AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定DDRAM地址（显示位址）第一行：80H-87H其次行：90H-97H读取忙标志和地址写数据到RAM01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0读取忙标志（BF）可以确认内部动作是否完成，同时可以读出地址计数器（AC）的值10数据将数据D7-D0写入到内部的RAM（DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM）读出RAM的值11数据从内部RAM读取数据D7-D0（DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM）

扩展指令（当RE=1时）的指令表如下图4.14所示。

表4.14扩展指令表

指令RSR/WD7

指令码D6D5D4D3４２

功能D2D1D0

待命模式0000000001进入待命模式，执行其他指令都可终止待命模式卷动地址开关开启反白选择000000001SRSR=1：允许输入垂直卷动地址SR=0：允许输入IRAM和CGRAM地址00000001R1R0选择2行中的任一行作反白显示，并可决定反白与否，初始值R1R0=00，第一次设定为反白显示，再次设定变回正常睡眠模式扩展功能设定0000001SLXXSL=0：进入睡眠模式SL=1：脱离睡眠模式00001CLXREG0CL=0/1：4/8位数据RE=1：扩展指令操作RE=0：基本指令操作G=1/0：绘图开关

４３

该LCD液晶显示模块的子程序流程图如下图4.3所示。

开始定义接口给定主程序入口地址初始化LCD12864

显示内容写入缓存LCD12864启动延时液晶屏正常显示返回▲图4.3液晶显示子程序流程图

４４

4.2.4PID温度控制程序

从实现温度控制的算法方面来看有以下几点：

1.传统的开关式温度控制，此方法使用简单，但控制精度不；

2.经典PID控制算法控制（模糊理论）：此算法以比例（P）、积分（I）、微分（D）函数为基础，通过大量试验确定需要的参数，建立数学模型，编程来达到更好的精度控制。这种算法比较繁杂，需大量的试验确定参数，其控制原理图如下图4.3所示。

▲图4.3经典PID控制系统原理图

3.改进型PID控制算法控制：此方法在经典PID算法的基础上，在其软件方面进行改进，提高了控制精度，所以次方法目前最常用，其控制原理图如下图4.4所示。

▲图4.4

改进型PID控制系统原理图

在本系统中采用改进型的PID控制算法来实现高精度的温度控制。

４５

PID(ProportionalIntegralDerivative)控制是控制工程中技术成熟，且应用较广泛的一种控制方式。经过长期的工程实践，已形成了一套完整的控制方法和典型的结构。它不仅适用于数字模型已知的控制系统中，而且对于大多数数学模型难以确定的工业过程中也可应用，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。

其实PID的实质就是对偏差（e(k)值）进行比例、积分、微分运算，根据运算结果控制执行部件的过程。

比例（P）控制能迅速反应误差，从而减小稳态误差。但比例控制不能消除稳态误差。比例放大系数的加大，会引起系统的不稳定。积分（I）控制的作用是：只要系统有误差存在，积分控制就能完全消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。但是积分作用太强会使系统超调加大，甚至引起系统的振荡。而微分（D）控制可以减小超调量，战胜振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度、减小调整时间，从而改善系统的动态性能。根据不同的被控对象的控制特性，又可以分为P、PI、PD、PID等等不同的控制模型。

在计算机控制系统中，由于计算机基于采样控制理论，计算方法也不能再沿袭传统的模拟PID控制算法，所以必需将控制模型离散化，即数字PID控制。数字PID的实现：在连续—时间控制系统（模拟PID控制系统）中，PID控制器应用得十分广泛。其设计技术成熟，长期以来形成了典型的结构，参数整定便利，结构更改灵活，能满足一般的控制要求。随着计算机的快速发展，人们将计算机引入到了PID控制领域，也就出现了数字式PID控制。

数字PID控