PID温控器系统设计

课程设计报告

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PID温控器系统设计与仿真

一、系统概述

PID温控器系统的工作原理图如图1，电炉内的热电阻温度传感器测出的温度信号经运算放大器放大和模/数转换后，由8051单片机读出电阻炉炉温，PID控制程序根据当前炉温和目标温度的偏差，按照一定的控制方法控制开关K的通与断，提供适当的加热功率，以使炉温尽快趋近目标温度。PID温控器还通过串口与PC 通信，以实现远程监控。LED和键盘用于人机接口，交流电过零检测部分可使8051只在正弦交流电零点附近控制开关K的通与断，以避免对交流电斩波而造成干扰。

图1

二、系统设计及仿真

1.PID温控器存储系统设计

PID温控器的存储系统设计中使用了一片3-8译码器74LS138来产生个芯片所需的片选信号。6264的CE信号来自于74LS138的Y3输出，要使Y3为低电平选中6264，则C、B、A的输入应为011，由此可计算出6264的地址范围为0x6000~0x7FFF,2764的地址范围为0x0000~0x1FFF。在Proteus仿真软件中建立如

图2所示的温控器存储系统的Memory.dsn模型文件。

图2

2.人机接口和PID温控器的输入/输出设计及仿真

2.1 PID温控器LED显示及仿真

图3是PID温控器LED显示部分的Proteus仿真原理图。8255A是较复杂的并行接口芯片，在PID控制器主要用作I/O口拓展，用于LED的显示。在编程时应注意，由于8255A的复位时间较长，在应用程序访问8255A之前，应有足够的延时保证8255A已正确复位，仿真时可不延时，但实际电路中必须加足够的延时。另外，在Proteus中建立仿真模型时，要保证8255A的器件编号小于8051的编号，否则仿真不能成功。打开建立的Memory.dsn模型文件，在其中新建一个名为LED 的设计页，将图3的内容画在该设计页中，然后将文件保存为Led.dsn。

图3

编写程序，在图3上的6位数码管上循环显示数字0~5。程序代码如下：

/*display.h*/

/*8255A端口地址*/

#define BASE 0x0000

#define PORT_A (BASE)

#define PORT_B (BASE+1)

#define PORT_C (BASE+2)

#define PORT_CONTROL (BASE+3)

#define LEDS 6 //共有6位LED

#define CA 0 //共阳

#define CC 1 //共阴

//函数声明

void turn_On(char led,char ChNumber,char mode);

void LedsOff();

void OneByOne(char datas[]);

extern void Init8255();

unsigned char code Select[];

unsigned char code LED_CODES[];

/*display.c*/

#include "absacc.h"

#include "Reg51.h"

#include "display.h"

//led灯选通信号

//高电平位选

unsigned char code Select[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20}; unsigned char code LED_CODES[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,//0-4 0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,//5-9

0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,//A,b,C,d,E

0x8E,0xFF,0x0C,0x89,0x7F,0xBF//F,空格,P,H,.,-

};

//初始化8255A

//各led位全灭

void Init8255()

{unsigned char i,j;

for(j=0;j<10;j++)

for(i=0;i<255;i++); //空循环延时，等待8255A复位

//A组,B组工作于方式0,C,B口输出

XBYTE[PORT_CONTROL]=0x90;

//所有的灯全关

LedsOff();

}

//点亮某led

//led:led灯编号，从右至左为0-5号

//chNumber:字符在段码表中下标

//mode:1-共阴,反相Led位选,0-共阳,同相led位选

//段均为同相驱动

void turn_On(char led,char ChNumber,char mode)

{

if(mode==CA)

XBYTE[PORT_C]=LED_CODES[ChNumber];//送字形码;

else

XBYTE[PORT_C]=~LED_CODES[ChNumber];//送字形码; XBYTE[PORT_B]=Select[led];//送选通信号

}

void LedsOff()

{//led全关

XBYTE[PORT_B]=0x00;

}

/*main.c*/

#include "reg51.h"

#include "display.h"

//循环在0-5位上显示数字0-5

void main()

{

unsigned int m;

unsigned char i;

Init8255();

i=LEDS-1;

while(1)

{

LedsOff();

for(m=50;m!=0;m--);//延时调整可改变显示效果

turn_On(i,i,CC);

for(m=50;m!=0;m--);//延时调整可改变显示效果

if(i==0)i=LEDS-1;

else i--;

}

}

程序运行结果如图4。

图4

2.3 PID温控器的键盘设计及其Proteus仿真

打开上小节建立的Led.dsn,删除LED设计页中的ULA2003A驱动部分，在LED 设计页中新建一个子电路LED_DRIVER,为该子电路加上图5中的输入/输出端子。进入子电路设计页，按照图6绘出原ULA2003驱动部分并加上相应端子。用