摘 要
本系统能够真实对第三段料筒温度的设定与管理。系统的的核心是80C51单片机。本文详细介绍了PID参数的调整过程。以及温度的设定，测量，及显示过程。同时还有单片机对温度的控制，包括温度输入的模数转换，PID计算，温度输出的数模转换过程。若温度过高还有报警装置。同时，本文也描述了系统各个部分的电路设计及连接图，还有总的程序控制过程。
硬件上由MCS51系列单片机、ADC0809，DAC0832，SCR模块，热电偶，4×3行列式键盘、两个3位LED管、74LS373芯片、排阻和若干电阻组成。LED显示器通过串行口连接；P0通过74LS373与ADC0809和DAC0832连接。单片机通过XTAL1和XTAL2引脚外接12MHz晶振。
软件设计分为以下几个模块： (1)键盘温度设定程序 (2) LED数码管显示程序 (4) 模数转换 (5) 数模转换 (6) PID运算 (7)越线报警 。
关键词：温度控制，行列式键盘扫描，模数转换，数模转换，pid参数调整与编程
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目录
摘 要 ............................................................. 1 第一章 绪论 ....................................................... 4
1.1 料筒温度控制概述 ........................................... 4 1.2 主要研究工作 ............................................... 4 第二章 基础知识介绍 ............................................... 5
2.1主控制器AT89C51 ............................................. 5 2.2 LED数码管模块 .............................................. 6 2.3 键盘模块 .................................................... 7 2.4 模数转换模块——ADC0809 ..................................... 8 2.5数模转换模块——DAC0832 ..................................... 9 2.6 锁存器74LS373 ............................................. 10 第三章 控制方案设计 ............................................... 12
3.1目标和任务估计 ............................................. 12 3.2 方案选择 ................................................... 12 3.3 元件选择 ................................................... 12 3.4 软件控制方案的确定 ......................................... 13 第四章 系统硬件电路设计 ........................................... 14
4.1 时钟电路 ................................................... 15 4.2 模数转换电路 ............................................... 15 4.3 数模转换电路 ............................................... 16 4.4 键盘连接电路 ............................................... 16 4.5 LED显示电路 ............................................... 16 第五章 控制算法的确定 ............................................. 17
5.1 温度控制算法选择 ........................................... 17 5.2 调节器参数的工程整定 ....................................... 18 5.3 用MATLAB对系统进行仿真 .................................... 19 第六章 DDC的基本算法 .............................................. 21
6.1 DDC基本算法简述 ........................................... 21 6.2 DDC理想PID算法选择 ....................................... 22 第七章 温度控制的程序框图以及编写 ................................ 23
7.1 流程图 ..................................................... 23 7.2 程序编写 ................................................... 24
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第八章 设计总结 ................................................... 30
8.1总结 ....................................................... 30 8.2参考文献 ................................................... 30
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第一章 绪论
1.1 料筒温度控制概述
单片机的基本结构是将微型计算机的基本功能部件全部集成在一个半导体芯片
上。单片机结构上的设计，在硬件、指令系统及I/O能力等方面都有独到之处，具有较强而有效的控制功能。另一方面，单片机毕竟是一个芯片，只有外加所需的输入、输出设备，才可以构成实用的单片机应用系统[1]。
单片机由于体积小、功耗低、价格低廉，且具有逻辑判断、定时计数、程序控制等多种功能，广泛应用于智能仪表、可编程序控制器、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域[2]。
本课程设计料筒温度控制系统采用单片机作为主控制器，外接必要的设备，实现温度控制
1.2 主要研究工作
1． 完成系统硬件电路设计
(1) 单片机采用MCS51系列
(2) 键盘为4×3行列式键盘，按键设有启动、停止功能键。 (3) 两个3位的LED数码管，用来显示温度。 (4) 模数转换电路 (5) 数模转换电路 (6) 温度检测与控制电路 2. 完成系统软件设计
(1) 键盘管理程序(包括键扫描、键处理程序)。 (2) LED数码管显示程序。 (3) 模数转换程序 (4) 数模转换程序 (5) PID控制程序 3. 实现系统要求的功能：
(1) 温度设定在恒定值附近。 (2) 显示、加热、越线报警。
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第二章 基础知识介绍
2.1主控制器AT89C51
主控制器采用MCS51系列单片机AT89C51，89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高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。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器， 89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
MCS51单片机的内部基本结构框图如图2-1所示，由以下部分组成[4]： （1） 一个8 位的微处理器（CPU）。
（2） 片内数据存储器RAM（128B），用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及状态标志位等。
（3） 片内程序存储器ROM（4KB），用以存放已编制好的程序及程序中用到的常数。
（4） 四个8 位并行I／O 接口P0~P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出使用。
（5） 两个定时器／计数器，每个定时器／计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。
（6） 五个中断源的中断控制系统，提供两个中断优先级，能实现两级中断嵌套。 （7） 一个全双工串行异步通信接口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。
（8） 片内振荡器和时钟产生电路，但需要外接石英晶体和微调电容，最高允许振荡频率为12MHz。
单片机内部各功能部件通过内部总线连接，传送地址信息、数据信息和控制信息，各功能部件分时使用总线，即所谓的内部单总线结构。
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