毕业设计（论文）基于单片机的预测控制的研究与实现.doc

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1、目 录第1章 概述21.1课题背景与意义21.2任务与功能31. 2.1.控制电路的方案选择31.2.2 测温电路方案的选择312.3 加热控制方案的论证4第2章 温度控制总体方案52.1 水温控制系统方框图52.2温度控制示意图52.3 PID简介及其算法62.3.1PID各种组合的介绍72.3.2PID控制器的参数整定9第3章 控制部分原理图113.1 STC89C52单片机及其最小系统113.2 12864 液晶153. 3 18B20 温度传感器16第4章 实现部分原理图194.1 TLP521光电耦合器194.2 边沿D触发器204.3 MOC3060可控硅专业驱动器224.4 BA

2、T16 双向可控硅23第5章 程序及程序流程图255.1程序流程图255.2软件调试结论25结论26参考文献27附录29第1章 概述1.1课题背景与意义在现代化的工业生产中，电流电压、温度、压力、流量都是常用的主要被控参数。例如冶金工业、化工生产、造纸行业、机械制造和视频加工等诸多领域中。人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的为年度进行检测和控制。采用STC89C52单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性打等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。目前，温度控制系统在国内各行各业的应用已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来

3、讲，总体的发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进的国家相比，仍然有着较大的差距。现在，我国在这方面总体技术处于20世纪80年代中国后期水平。成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度控制系统，难以控制滞后复杂时时变温度控制系统，而且适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛应用，人们对电子产品的小型化和智能化要求越来越高，作为高兴技术之一的单片机以其体积小、价格低、可靠性高、适用范围大及其本身指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业应用广泛。水温控

4、制在日常生活中也应用广泛,分类较多,不同水温控制系统的控 制方法也不尽相同,其中以 PID 控制法最为常见.单片机控制部分采用 STC89C52 单片机为核心,采用软件编程,实现用 PID 算法来控制 PWM 波的产生,进而控制 电炉的加热来实现温度控制.然而,单纯的 PID 算法无法适应不同的温度环境, 在某个特定场合运行性能非常良好的温度控制器,到了新环境往往无法很好胜任, 甚至使系统变得不稳定,需要重新改变 PID 调节参数值以取得佳性能. 本文首先用 PID 算法来控制 PWM 波的产生, 进而控制电炉的加热来实现温度 控制.然后在模型参考自适应算法 MRAC 基础上,用单片机实现了自

5、适应控制,弥补了传统 PID 控制结构在特定场合下性能下降的不足,设计了一套实用的温度测控系统,使它在不同时间常数下均可以达到技术指标.此外还有效减少了输出继电器的开关次数,适用于环境参数经常变化的小型水温控制系统。水温控制系统概述温度控制是无论是在工业生产过程中, 还是在日常生活中都起着非常重要的 作用,过低的温度或过高的温度都会使水资源失去应有的作用,从而造成水资源 的巨大浪费.特别是在当前全球水资源极度缺乏的情况下,我们更应该掌握好对 水温的控制,把身边的水资源好好地利用起来. 在现代冶金,石油,化工及电力生产过程中,温度是极为重要而又普遍的热 工参数之一.在环境恶劣或温度较高等场合下,

6、为了保证生产过程正常安全地进 行,提高产品的质量和数量,以及减轻工人的劳动强度,节约能源,要求对加热 炉炉温进行测,显示,控制,使之达到工艺标准,以单片机为核心设计的炉温控 制系统,可以同时采集多个数据,并将数据通过通讯口送至上位机进行显示和控 制.那么无论是哪种控制,我们都希望水温控制系统能够有很高的精确度(起码 是在满足我们要求的范围内) ,帮助我们实现我们想要的控制,解决身边的问题. 在计算机没有发明之前,这些控制都是我们难以想象的.而当今,随着电子行业的迅猛发展,计算机技术和传感器技术的不断改进,而且计算机和传感器 的价格也日益降低,可靠性逐步提高,用信息技术来实现水温控制并提高控制的

7、 精确度不仅是可以达到的而且是容易实现的.用高新技术来解决工业生产问题, 排除生活用水问题实施对水温的控制已成为我们电子行业的任务, 以此来加强工业化建设,提高人民的生活水平。1.2任务与功能1. 2.1.控制电路的方案选择 方案一： 采用运放等模拟电路搭建一个控制器， 用模拟方式实现 PID 控制， 对于纯粹的水温控制，这是足够的。但是附加显示、温度设定等功能，还要附加 许多电路，稍显麻烦。同样，使用逻辑电路也可实现控制功能，但总体的电路设 计和制作比较烦琐。 方案二：采用 FPGA 实现控制功能。使用 FPGA 时，电路设计比较简单，通 过相应的编程设计，可以很容易地实现控制和显示、键盘等

8、功能，是一种可选的 方案。但与单片机相比，价格较高，显然大材小用。方案三：采用单片机最小系统同时完成控制、显示、键盘等功能，电路设计和制作比较简单，成本也低，是一种非常好的方案。综上所述本设计采用方案三作为控制电路。 1.2.2 测温电路方案的选择 方案一：采用热敏电阻作为测温元件。热敏电阻精度高，需要配合电桥使用，要实现精度测量需要配上精密较高的电阻。 此外还需要制作相应的调理电路。 方案二：采用半导体集成温度传感器作为测温元件，半导体集成温度传感 器应用也很广泛，它的精度、可靠性都不错，价格也适中，使用比较简单，是一个较好的选择。 综上所述本设计采用方案二作为测温电路。12.3 加热控制方

9、案的论证 首先要选择好加热装置。根据题目，可以采用热得快进行加热，控制热的快的功率即可控制加热速度。当水温过高时，一般不能对水进行降温控制，而只能关掉热得快，让其自然冷却。在制作中，为了达到更好的控制效果，也可以放置一个小风扇，当加热时开启热得快关闭风扇，当水温超高时关闭热得快开启风扇加速散热。 热得快这类电阻性电器可直接使用 220V 交流电。 第2章 温度控制总体方案2.1 水温控制系统方框图干扰温度设定值控制阀容器中的水X温度控制器温度测量变送器图2-1单回路温度控制系统方框图单回路控制系统（Single Loop System）。简称：单回路系统。在所有反馈控制系统中，单回路控制系统是

10、最基本、结构最简单的一种。在生产过程控制中应用最为广泛的、并能解决大量控制问题的系统结构形式（80%）。单片机最小系统液晶显示器4*4键盘2.2温度控制示意图光电耦合器散热片可控硅可控硅专业驱动热棒温度传感器 图2-2 温度控制流程图 2.3 PID简介及其算法当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能 控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控

11、制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接 口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、 变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器 （仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator)，其中PID控制器参数的

12、自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制 器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现 PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(c

13、ontroller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系 统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈 的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就

14、没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系 统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字 来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制系统的准确性、控 制精度，通常用稳态误差来(Steady-state error)描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差；快是指控制系

15、统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。控制的原理和特点，在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID

16、控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。 2.3.1PID各种组合的介绍在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID控制器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象“一阶滞后纯滞后”与“二阶滞后纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI、PD、）。控制点目前包含三种比较简单的控制算法，分别是：增量式算法，位

17、置式算法，微分先行。这三种算法虽然简单，但各有特点，基本上能满足一般控制的大多数要求。一、比例（P）控制单独的比例控制也称“有差控制”，输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太大，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太小，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍大些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选小一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后

18、较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。工业生产中比例控制规律使用较为普遍。二、比例积分（PI）控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断累积（输出值越来越大或越来越小），一直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以

19、消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。所以，实用中一般不单独使用积分控制，而是和比例控制作用结合起来，构成比例积分控制。这样取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力。因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系

20、统。由于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。但是积分作用的引入，会使系统稳定性变差。对于有较大惯性滞后的控制系统，要尽量避免使用。三、比例微分（PD）控制比例积分控制对于时间滞后的被控对象使用不够理想。所谓“时间滞后”指的是：当被控对象受到扰动作用后，被控变量没有立即发生变化，而是有一个时间上的延迟，比如容量滞后，此时比例积分控制显得迟钝、不及时。为此，人们设想：能否根据偏差的变化趋势来做出相应的控制动作呢？犹如有经验的操作人员，即可根据偏差的大小来改变阀门的开度（比例作用），又可根据偏差变化的速度大小来预计将要出现的情况，提前进行过量控制，“防患于未然”。这就

21、是具有“超前”控制作用的微分控制规律。微分控制器输出的大小取决于输入偏差变化的速度。微分输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的大小以及偏差是否存在与否无关。如果偏差为一固定值，不管多大，只要不变化，则输出的变化一定为零，控制器没有任何控制作用。微分时间越大，微分输出维持的时间就越长，因此微分作用越强；反之则越弱。当微分时间为0时，就没有微分控制作用了。同理，微分时间的选取，也是需要根据实际情况来确定的。微分控制作用的特点是：动作迅速，具有超前调节功能，可有效改善被控对象有较大时间滞后的控制品质；但是它不能消除余差，尤其是对于恒定偏差输入时，根本就没有控制作用。因此，不能单独使用微分控制规律。比

22、例和微分作用结合，比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象，可以减小动偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。四、比例积分微分（PID）控制最为理想的控制当属比例-积分-微分控制规律。它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较稳定；而积分作用慢慢把余差克服掉。只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果。 2.3.2PID控制器的参数

23、整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被 控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是 依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主 要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应 曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定

24、。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需 要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡， 记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。 在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。 对于温度系统：P（%）20-60，I（分）3-10，D（分）0.5-3 对于流量系统：P（%）40-100，I（分）0.1-1 对于压力系统：P（%）30-70，I（

25、分）0.4-3 对于液位系统：P（%）20-80，I（分）1-5 参数整定找最佳，从小到大顺序查。 先是比例后积分，最后再把微分加。 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大。 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳。 曲线偏离回复慢，积分时间往下降。 曲线波动周期长，积分时间再加长。 曲线振荡频率快，先把微分降下来。 动差大来波动慢。微分时间应加长。 理想曲线两个波，前高后低四比一。 一看二调多分析，调节质量不会低。 PID与自适应PID的区别： 首先弄清楚什么是自适应控制 在生产过程中为了提高产品质量，增加产量，节约原材料，要求生产管理及生产过程始终处于最优工作状态。因此产生了一种最优控制的方法，这就叫自适

26、应控制。在这种控制中要求系统能够根据被测参数，环境及原材料的成本的变化而自动对系统进行调节，使系统随时处于最佳状态。自适应控制包括性能估计（辨别）、决策和修改三个环节。它是微机控制系统的发展方向。但由于控制规律难以掌握，所以推广起来尚有一些难以解决的问题。 第3章 控制部分原理图下图为控制部分protel绘制的原理图的基本设计，图下会有对图中内容的详细解释。 图3-1 控制部分原理图左上为4*4独立键盘，它提供了16个可使用的按键。单片机的P1.0到P1.7与其相连，如图所示。右上为12864的液晶显示器，其详细解法会在“3.1.3 18B20 温度传感器”中详细说明。其中单片机的第9引脚引出

27、接复位电路使用，如图。18脚和19脚XTAL2和XTAL1引出接在复位电路上。3.1 STC89C52单片机及其最小系统单片机的采用STC89C52，STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能 COMOS8 的微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 搞密 度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasa

28、ble Read Only Memory ）的低电压，高性能 COMOS8 的微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 搞密 度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。同样它的指令系统也含有42种助记符，代表了33种操作功能，这是因为有的功能可以有几种助记符（例如数据传送的助记符有MOV/MOVC/MOVX）。指令功能助记符与操作数各种可能的寻址方式相结合，共构成111种指令。这111种指令中，如果按字节分类，单字节分类，单字节指令49条，双字节指令45条，三字节指令17条。若从指令执行的时间看，单机器周期（12个振荡周期）指令64条，双机器周期指令4

29、5条，两条（乘除）4个机器周期指令。在12MHz晶振的条件下，分别为1微秒、2微秒、4微秒。由此可见，MCS-51指令系统具有存储空间效率高和执行速度快的特点。按照指令的功能，单片机的指令系统共有以下五大类：数据传送类 算术运算类逻辑操作类位操作类控制转移类一、主要性能：l 与MCS-51单片机产品兼容l 8K字节在系统可编程Flash存储器l 1000次擦写周期l 全静态操作：0Hz33Hzl 三级加密程序存储器l 32个可编程I/O口线l 三个16位定时器/计数器l 八个中断源l 全双工UART串行通道l 低功耗空闲和掉电模式l 掉电后中断可唤醒l 看门狗定时器l 双数据指针l 掉电标识符

30、二、引脚介绍：AT89S52引脚如图2-1所示。图3-2 STC89C52引脚图VCC：电源GND：地P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为

31、输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P

32、2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱4个TTL 逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3-2 单片机P3.0-P3.7的引脚第二功能引脚号第二功能P3.0RXD(串行输入)P3.1TXD(串行输出)P3.2/INT0(外部中断0)P3.3/INT1(外部中断1)P3.4T0(定时/计数器

33、0)P3.5T1（定时/计数器1）P3.6/WR(外部数据存储器写选通)P3.7/RD(外部数据存储器读选通)RST： 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，

34、特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序

35、存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。单片机的最小系统则包括以下四个部分：1、电源：可能需要不同电压的电源；2、晶振及其电路；3、复位电路；4、对应的烧写程序的接口电路。3.2 12864 液晶12864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称，业界约定俗成的简称。其接口管脚信号如下：表3-2 液晶12864引脚图管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3 V0-对比度（亮度）调整4R

36、S(CS)H/LRS=H,表示DB7-DB0为显示数据RS=L,表示DB7-DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=H,E=H,数据被独到DB7-DB0R/W=L,E=H-L,DB7-DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH:8位或4位并口方式,L:串口方式（注释1）16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效（注释2）18VOUT-LC

37、D驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5v）(注释3)20KVSS背光源负端（注释3）*注释1：如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将PSB接固定高电平，也可将模块上的J8和“VCC”用焊锡短接*注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。*注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA.JK用焊锡短接。在我的应用电路中的具体解法入下图所示： 图3-3 12864的硬件接线图3. 3 18B20 温度传感器DS18B20数字温度计是单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，还可以挂许多这样的数字温度计

38、。DS18B20 有如下特点：（1）只要求一个I/O口即可实现通信（2）在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。（3）实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。（4）测量温度在-55到+123之间。（5）数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。（6）内部有温度上、下限告警设置。（7） 在使用中不需要任何外围元件 DS18B20 GNDDQVcc 图3-4 DS18B20管脚图DS18B20引脚功能：1、GND 电压地 2、DQ数据输入或输出引脚。开漏单总线接口引脚。 当被用在寄生电源下，也可以向器件提供电源； 3 、Vcc可选择的Vcc引脚。当工作寄生电源时，此引脚必须接地

39、。DS18B20工作原理及应用：DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰更强。其中一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。18B20共有三种形式的存储器资源，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的位的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，用于内部计算机和数据存取，数据在掉电丢失，DS18B20共9个字节

40、RAM，每个字节为8位。第1、2字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值存储）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第三个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CRC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。第4章 实现部分原理图实现控制功能的硬件部分使用protel绘制的原理图如下所示，对每一部分的实现过程

41、在本章会有具体解释。 4-1 控制部分硬件原理图首先，交流220V进入光电耦合器TLP521,实现过零检查。然后，通过反相器进入D触发器，实现了由单片机信号控制后续电路的目的。最后，通过由可控硅专业驱动实现了可控硅的线性开关的作用，从而实现了对水温的控制作用。4.1 TLP521光电耦合器 TLP521 是可控制的光电藕合器件，光电耦合器广泛作用在电脑终端机，可控硅系统设备，测量仪器，影印机，自动售票，家用电器，如风扇，加热器等电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，减化电路设计。其主要参数如下：电极-发射极电压： 55（最小值） 常转移的比例： 50 （

42、最小）离电压： 2500 Vrms （最小） 图4-2 TLP521-2光藕内部结构图及引脚图 1，3：Anode阳极 2，4：Cathode 阴极5，7：Emitter 发射极 6，8：Collector 集电极注：使用连续负载很重的情况下（如高温/电流/温度/电压和重大变化等），可能会导致本产品的可靠性下降明显甚至损坏。操作条件如下：表4-1 TLP521-2操作条件参数符号最小典型最大单位电源电压Vcc-524V正向电流IF-1625mA集电极电流IC-110mA操作温度Topr-25-85C4.2 边沿D触发器边沿D触发器在电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在

43、CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。边沿D触发器电路结构由6个与非门和G2构成基本RS触发器。 边沿D触发器工作原理：SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=1且RD=0时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q非=0，即触发器置1；当SD=0且RD=1时，触发器的状态为0,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。工

44、作过程如下： 1.CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，Q5=D非，Q6=Q5非=D。图4-3 D触发器原理2.当CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。Q3=Q5非=D，Q4=Q6非=D非。由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=Q3=D。3.触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状态是互补的,即必定有一个是0，若Q3为0，则经G3输出至G5输入的反馈线将G5封锁，即封锁

45、了D通往基本RS 触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用,故该反馈线称为置0维持线,置1阻塞线。Q4为0时，将G3和G6封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；Q4输出至G3输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用,称为置0阻塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成，所以有边沿触发器之称。与主从触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。表4-2 D触发器的真值表 输入 S R CP D 输 出 Q Q非L H X XH L X XL L X XH H HH H LH H L X H L L H H* H* M L L M Q Q非H.高电平 L.