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1、毕 业 论 文（设 计）题 目： 基于单片机的PID温度控制系统设计 （Title）：The design of control system of temperature based on PID and SCM 基于单片机的PID温度控制系统设计摘 要随着生活的发展时代的变迁，温度似乎由原来的不可控量变到今天的可控量。正是因为这样的变化凸显控制温度重要性和意义性。而工业生产中都用到电热炉、坩锅电阻炉和温控箱，于是单片机就成为了它的核心搭档，不仅可以解决繁琐复杂的人工控制还可以提高别控对象的精准度和良好指标；因此，微电脑化温度控制技术正在广泛的被人们接纳。本作品是恒温箱温度控制系统设计，可用
2、在生产也可以用在科研实验还可以用在医院里。在温度时常变化环境中使用恒温箱，可以使一定范围的温度恒定在特定温度下，从而适应生活和工作。而且还可以随心所欲的设定温度来达到你想要的那种环境。本论文首先是介绍恒温控箱的工作原理，以硬件为基础软件为核心的介绍开来的，几种对于硬件我还会以流程框图来介绍，这样能让我们能容易的明白它的工作过程，和各个模块各自实现的功能。先是硬件我们用了STC89C51单片机，它具有内部集成数模转换和封装小的优点，再加上DS18B20的温度传感器。软件的方面 ，采用了PID的精准算法，不仅实现了超调小、线性控制精度高、反应快和实现成本低等的优点。在使用的时候用户先根据自己的要求
3、在按键上选择自己想要达到的温度，然后由单片机采集测温元件的温度输入与反馈进行比对和准确的PID算法，接着马上输出信号让升温器件工作升温。在这里PID成为软件的核心。如果说PID调节控制恒温箱的温度，使温度在理想范围内稳定。在相同的情况下，在整定PID使温控箱达到最理想的效果过程中，使它能能更快准稳的调节温度，你就会发现和了解什么样的调节参数更适合更快达到效果。 关键词：恒温控制，单片机，数字PID算法The design of control system of temperature based on PID and SCMAbstractWith thedevelopment ofthe
4、life and times ofchange,from the originaltemperatureseems to benot controlledquantity toa controlled amountof today.It is precisely because of this changehighlights theimportance and significanceoftemperature control.Andindustrial productionare used inelectric furnace,crucibleresistance furnaceand t
5、hetemperature control box,so theSCMhas become a corepartnerof it,not only can solve theartificial controlof complexobjectsbut also can improve thecontrolprecision andnota good indicator therefore,the microcomputertemperaturecontrol technologyis beingwidelyaccepted by people.This work is theconstant
6、temperaturecontrol system design oftemperature,can be used inproduction andcan also be used inscientific experimentscan also be usedin the hospital.In theconstant temperature boxtemperatureoften change touseenvironment,can make thetemperaturerangeat a certain temperature,so as to adapt to thelife an
7、d work.But alsocanset the temperatureenvironment in whichyou wantto achieve.This paperfirstdescribes the working principleof constant temperaturecontrol box,hardware basedsoftwareas the core of theintroduced,severalhardwareI wouldflow diagramto introduce,sowecan easilyunderstandits working process,a
8、nd each moduleof thefunction The firstis the hardwarewe useSTC89C51 single chip microcomputer,it hasthe internal integration ofdigital to analog conversionand encapsulationof small advantages coupled with thetemperaturesensorDS18B20.The softwareaspect,theprecisionof the PID algorithm,not only to ach
9、ieve asmall overshoot,high control precision,fast responselinearity and low cost When usersaccording to their ownrequirementson the buttonto choose their desiredtemperature,temperature inputand thencollected by the microcontrollertemperature measurement elementandaccuratethanPID algorithm andfeedbac
10、k,and thenoutput signal forheatingdeviceheating.HerePID isthe core of the softwareIf thePID control of temperature,temperaturestabilityin the ideal range Under the same conditions,in thesetting of PID. The temperature controlboxto achieve the most ideal effectin the process,so that it can bequicker
11、toquasisteadytemperatureregulation,you will findandunderstand what kind ofadjusting parameteris more suitableto achieve the effect offaster.Key word：Constant temperature ，SCM，PID algorithm基于单片机PID的温度控系统研究前言随着时间的推移生活水平的提高,用单片机来控制是生活中必不可少的，然而它带给人类的方便也是不可否认的，很多电子产品中都用到温度检测、温度控制。随着温控器的广泛运用和多样化，所以在市场中产生了
12、各种各样的温控器。数字温度计就是一个典型例子，随着人们追求的越来越高和简约的生活，人们就会自主的寻找最佳的解决方案着手于单片机的开发和控制，向着数字化控制，智能化控制发展。相对来说传统的温度控制往往用简单的PID来实现。虽然他们有PID调节所具备的稳定性好，结构简单，可靠性较高，但存在着它的参数设定对环境的影响高的不足的问题，导致调节时间与超调量难以协调一致的。后来科学家们就引入了改良后的PID控制器以弥补上面说的不足，它是系统在适应性和抗干扰能力都得到了提升，从而得到了较高的温度控制的稳定性。与一般的温度控制器相比，有方便读数、广泛测温、准确控制、负载广泛、有LED显示工作方式，其输出温度用
13、四位数码管显示，主要用于对测温要求高的的场所，该设计使用单片机 STC89C51来控制，使用 DS18B20测温传感器，用PNP三极管驱动。1 设计要求和设计方案的论证明确要求，讨论方案的可行性然后确定方案，最后逐一攻破难点。1.1 设计要求PID精准控制；单片机微智能处理；数码管显示；温度可控；1.2 系统基本方案选择和论证 1.2.1 单片机芯片的选择方案和论证介绍选用单片机的原因单片机特点：（1）高集相对较高，高可靠性。单片机由于内部集成了很多功能在小小的芯片内部，非常短的内部布线，本身就是按工业测控环境要求设计的，而且其抗工业噪音性能比一般的CPU要好。单片机的程序，常数、表格都烧录在
14、ROM中掉电都不会损坏的，众多的信号通道都是汇聚到一个芯片内，故可靠性较高。（2）低功耗、低电压，可使用在要求灵活的场所。 为了满足广泛使用于便携式系统，所以设计单片机工作电压在1.8到3.6伏之间，而工作电流仅为数百微安。（3）控制功能强 由于对控制的要求相当高，单片机的内部附带的指令系统相当的齐全和可靠，其中有: I/O口的逻辑操作及位处理能力，分支转移能力，非常适用于有特殊要求的设备上。 （4）性价比比较突出优异 单片机性能非常高。为了得到较高的运行速度可运行效率，在芯片里植入使用RISC流水线、DSP技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1兆和16兆，片内的ROM容
15、量可达62兆，RAM容量则可达2兆。因此得到了广泛的使用支持，从而提高了产量减低了生产成本，使生产与消费之间形成了一个良性循环。（5）扩展功能强大 芯片内有雷同计算机的运行功能。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 方案一: 采用AT89S51。AT89S51片内具有4K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C51相对ATS89C51价格便宜，且下载简单方便。考虑到方便因素，因此选用STC89C51。方案
16、二:采用STC89C51芯片作为硬件核心。STC89C51内部具有4KB ROM 存储空间,512字节数据存储空间，带有2K字节的EEPROM存储空间，与MCS-51系列单片机完全兼容,STC89C51可以通过串口下载。1.2.2 温度传感器设计方案论证利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。温度传感器的
17、发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器/控制器；(3)智能温度传感器。国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1C。国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是912位A/D转换器，分辨力一般可达0.50.0625C。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125C，测温精度为0.2C。为了提高多通道智能温
18、度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。目前，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线和spI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。方案一: 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化 的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。方案二:进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容
19、易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，两种都完全能够满足设计需要，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 1.2.3 显示模块方案论证方案一：1602液晶模块1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等显示模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形 它的优点是微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄
20、轻巧。方案二：数码管显示 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管：按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在
21、应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。由于它的价格便宜使用简单在电器特别是家电领域应用极为广泛。综上所诉：LCD1602虽然显示较全；但数码管以完全能显示温度值，价格也差6倍之多，数码管更适合本设计，固本设计用数码管作为显示模块。1.3 电路设计最终方案决定综上各方案所述,对此次作品的方案选定：采用STC89C51单片机作为主控制系统；采用DS18B20为传感器；采用数码管作为显示器件。2 主要元件介绍2.1 STC89C51介绍STC89C51是由宏晶科技公司生产的与工业标准MCS-51指令集
22、和输出管脚相兼容的单片机。（1）中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的核心,完成运算和控制功能。8051的CPU能处理8位二进制数或代码。（2）内部数据存储器（内部RAM）8051芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。（3）内部程序存储器（内部ROM）8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称内部ROM。（4）定时/计数器8051共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或
23、计数结果对计算机进行控制。 （5）并行I/O口 MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出。（6）串行口8051单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。（7）中断控制系统8051单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051共有5个中断源，即外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别。 (8) 时钟电路8051芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允
24、许的晶振频率一般为6 MHz和12 MHz。从上述内容可以看出，MCS-51虽然是一个单片机芯片，但作为计算机应该具有的基本部件它都包括，因此，实际上它已是一个简单的微型计算机系统了。2.1.1 STC89C51主要功能及PDIP封装STC89C51主要功能如表1所示，其PDIP封装如图1所示主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能表1：STC8
25、9C51主要功能2.1.2 STC89C51引脚介绍 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）S
26、TC89C51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7图1：STC89C51封装图2.1.3 单片机最小系统：当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方
27、式两种。其中电平复位是通过RST端经过电阻与电源VCC接通而实现的。最小系统如图2所示。图2 单片机最小系统电路（1）内部方式时钟电路在8051芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，如图3-3所示。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。请读者特别注意时钟脉冲与振荡脉冲之间的二分频关系，否则会造成概念上的错误。一般地，电容C1和C2取30pF左右，晶体的振荡频率范围是1.212MHz。晶体
28、振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。8051在通常应用情况下，使用振荡频率为6MHz或12MHz。图 2-3 时钟振荡电路（2）外部方式时钟电路在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入惟一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。这时，外部的脉冲信号是经XTAL2引脚注入，其连接如图3-4所示。图 2-4 外部时钟源接法（3） 时序时序是用定时单位来说明的。8051的时序定时单位共有4个，从小到大依次是：节拍、状态、机器周期和指令周期。它们之间的关系如下：1）一个振荡脉冲的周期为节拍；2）一个状态就包含两个节拍；3）一个机器周期的宽度为6个状态；
29、4）一条指令周期由若干个机器周期组成。 （4） 单片机的复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，复位后PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。单片机复位的条件是：必须使RST/VPD 或RST引脚加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。若时钟频率为12 MHz，每机器周期为1s，则只需2s以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机复位期间不产生ALE和PSEN信号，即ALE=1和PSEN=1。这表明单片机复位期间不会有任何取指操作。复位后，内部各专用寄存器状态如下:PC： 0000H TM
30、OD：00HACC： 00H TCON： 00HB： 00H TH0： 00HPSW： 00H TL0： 00HSP： 07H TH1： 00HDPTR： 0000H TL1： 00HP0P3：FFH SCON： 00HIP： *00000B SBUF： 不定IE： 0*00000B PCON： 0*0000其中，*表示无关位。注意：（1）复位后PC值为0000H，表明复位后程序从0000H开始执行，这一点在实训中已介绍。（2）SP值为07H，表明堆栈底部在07H。一般需重新设置SP值。（3）P0P3口值为FFH。P0P3口用作输入口时，必须先写入“1”。单片机在复位后，已使P0P3口每一端线
31、为“1”，为这些端线用作输入口做好了准备。电路以STC89C51单片机最小系统为控制核心，测温电路由DS18B20提供，输入部分采用三个独立式按键S1、S2、S3。数码管显示部分。具体电路连接，详见附录1。2.2 DS18B20传感器介绍2.2.1 DS18B20概述在现代检测技术中，传感器占据着不可动摇的重要位置。主机对数据的处理能力已经相当的强，但是对现实世界中的模拟量却无能为力。如果没有各种精确可靠的传感器对非电量和模拟信号进行检测并提供可靠的数据，那计算机也无法发挥他应有的作用。传感器把非电量转换为电量，经过放大处理后，转换为数字量输入计算机，由计算机对信号进行分析处理。从而传感器技术
32、与计算机技术结合起来，对自动化和信息化起重要作用。采用各种传感器和微处理技术可以对各种工业参数及工业产品进行测控及检验，准确测量产品性能，及时发现隐患。为提高产品质量、改进产品性能，防止事故发生提供必要的信息和更可靠的数据。由于系统的工作环境比较恶劣，且对测量要求比较高，所以选择合适的传感器很重要。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化和网络化的方向飞速发展。智能温度传感器DS18B20正是朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。因此，智能温度传感器DS18B20作为温度测量装置已广泛应用于人
33、民的日常生活和工农业生产中。美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片外加不锈钢保护管封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。有独特的单线接口方式，DS1820在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯；其测温范围 55125，固有测温分辨率0.5；支持多点组网功能；多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；工作电源为35V/DC；在使用中不需要任何外围元件。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线
34、系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CR
35、C码。EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。DS18B20的性能特点如下：（1） 采用DALLAS公司独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯； （2）在使用中不需要任何外围元件；（3）可用数据线供电，供电电压范围：+3.0V+5.5V；（4）测温范围：-55+125。固有测温分辨率为0.5。当在-10+85范围内，可确保测量误差不超过0.5，在-55+125范围内，测量误差也不超过2；（5）通过编程可实现91
36、2位的数字读数方式；（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值；（7）支持多点的组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温（8）负压特性，即具有电源反接保护电路。当电源电压的极性反接时，能保护DS18B20不会因发热而烧毁，但此时芯片无法正常工作；（9）DS18B20的转换速率比较高，进行9位的温度值转换只需93.75ms；（10）适配各种单片机或系统；（11）内含64位激光修正的只读存储ROM，扣除8位产品系列号和8位循环冗余校验码(CRC)之后，产品序号占48位。出厂前产品序号存入其ROM中。在构成大型温控系统时，允许在单线总线上挂接多片DS18B20。2.2.2 DS
37、18B20引脚介绍图3：DS18B20引脚各引脚功能为：I/O为数据输入/输出端（即单线总线），它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。UDD是可供选用的外部电源端，不用时接地，GND为地，NC空脚。2.2.3 DS18B20的内部结构DS18B20的内部结构主要包括7部分:寄生电源、温度传感器、64位激光（loser）ROM与单线接口、高速暂存器（即便筏式RAM，用于存放中间数据）、TH触发寄存器和TL触发寄存器，分别用来存储用户设定的温度上下限值、存储和控制逻辑、位循环冗余校验码（CRC）发生器。图4：DS18B20内部结构2.2.4 DS18B20的程序流程图否是发出温度转换
38、命令写入18B20读温度前复位显示测温点位置18B20复位开始18B20存在？延时发出读温度命令写入18B20读入温度值数据返回延时图5程序流程图2.3 数码管介绍数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管； 按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段
39、就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。图5：数码管数码显示器是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件，它使用了8个Led发光二极管，其中七个用于显示字符，一个显示小数点，所以通称为七段发光二极管数码显示器。4位一体数码管，其内部段已连接好，引脚如图所示（数码管的正面朝自己，小数点在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dp为段引脚，S1、S2、S3、S4
40、分别表示四个数码管的位。6.3 PID控制算法6.3.1 PID算法基本原理通常，以电炉炉温为例。电炉炉温的控制采用偏差控制算法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，然后对偏差处理，从而获得控制信号去调节电炉的加热功率，以实现对炉温的控制。在工业上，偏差控制又称为PID（Proportional Integral and Differential,比例积分与微分）。这是工业控制过程中应用广泛的一种控制形式，一般都能收到令人满意的效果。控制论告诉我们，PID控制的理想微分方程为：U（t）= （5-2）其中e(t)=r(t)-y(t)称为偏差值，可作为温度调节器的输入信号，其中r(t
41、)为给定值，y(t)为被测变量的值；为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数；u(t)为调节器的输出控制器输出控制信号。但计算机只能处理数字信号，故上述数学方程必须加以变换。若设温度的采样周期为T，第n次的采样得到的输入偏差为，调节器输出为 ，则有： （微分用差分代换） （积分用求和代替）这样式5-2便可写为： （5-3）写成递推式为： + =把上式改写为： U（n）=u（n-1）+E(n)-E(n-1)+ =U(n-1)+ (5-4)式5-4可以改写成： 算根据E（K）=计算E（k）算E(K1)算算算+算P（K）返 回PID算法流程图3 程序流程图开始开始准备读取温度相应处理上下限位上限继
42、电器工作，蜂鸣器闪响下限继电器工作，蜂鸣器闪响是大于上限小于下限当前温度与上下限位关系加减键是否按下否否是正常范围判断SET是否按下显示当前温度While循环返回图7：程序流程图结论通过对自己在大学两年时间里所学的知识的回顾，并充分发挥对所学知识的理解和对毕业设计的思考及书面表达能力，最终完成了本设计。这为自己今后进一步深化学习，积累了一定宝贵的经验。撰写论文的过程也是专业知识的学习过程，它使我运用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或实际问题，把知识转化为能力的实际训练。培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。本次论文设计，使我加深了对单片机的认识，并且熟悉了单片机系统的
43、设计流程，收获丰硕。技术在不断进步，机械式时钟已经被淘汰，电子时代已经到来。做为新时代的我们，更应该提高自身能力，适应新时代的发展。知识来自实践，多从生活中探寻所需要的。从这次的论文设计中，我真正的体会到，知识的重要性，特别是要理论联系实际，把我们所学的理论知识运用到实际生活当中，要用知识改变一切。参考文献1 陈权昌,李兴富.单片机原理及应用M.广州:华南理工大学出版社,2007.841022 李庆亮.C语言程序设计实用教程M.北京:机械工业出版社,2005.32583 杨志忠.数字电子技术M.北京:高等教育出版社,2003.1251324 及力.Protel 99 SE原理图与PCB设计教程
44、M.北京:电子工业出版社,2007.891505 徐江海.单片机实用教程M.北京:机械工业出版社,2006.1281566 胡宴如.模拟电子技术M.北京:高等教育出版社,2008.601047 汪文，陈林.单片机原理及应用M.湖北:华中科技大学出版社,2007.36688 康华光.电子技术基础数字部分M.北京:高等教育出版社,2008.2032099 杨欣电子设计从零开始M.北京:清华大学出版社,2005.28102致 谢首先，感谢学校三年来对我的培养。为我们营造了一个良好的学习氛围，建设一流的教学设施，使我们身心愉快的投入到学习中。其次，感谢尊敬的指导老师，有了他的谆谆教诲，处处提点，才使本
45、论文的前期准备以及整个研究过程顺利完成。指导老师的严谨治学态度、扎实的理论基础、全身心投入工作的精神以及对学生尽心尽力的态度给了我极大的帮助与鼓励，使我受益匪浅。从指导老师的教学态度上，我学到的不仅仅只有书本上的知识，还有做人的道理。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。最后，感谢我的父母多年来给予我的支持和关怀，同时感谢我的舍友和朋友对我的帮助。附录1 系统原理图附录2 系统PCB图附录3 C语言程序是是否正常范围判断SET是否按下是显示当前温度小于下限当前温度与上下限位关系加减键是否按下否是否正常范围判断SET是否按下显示当前温度23