專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)

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1、實(shí)訓(xùn)總結(jié)性說明本系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，存入AT89S52的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，送液晶顯示，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)過PID算法得到控制量并由單片機(jī)輸出去控制加熱器。進(jìn)行溫度控制程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下問題：①溫度采樣，數(shù)字濾波；②PID控制程序；③按鍵處理，液晶顯示；④上位機(jī)語音處理；⑤與上位機(jī)通信程序。一、溫度采集部分1）采集的溫度信號(hào)的性質(zhì)：按一定曲線變化的模擬信號(hào)，而且溫度變化比較緩慢。如果設(shè)計(jì)硬件濾波器，首先要分析信號(hào)的頻域特性以及可能噪聲的特性來確定濾波器的技術(shù)指標(biāo)，其次構(gòu)造傳遞函數(shù)，最后根據(jù)傳遞函數(shù)來設(shè)計(jì)濾波器。放大電路可

2、以參考模擬電路中的放大電路來設(shè)計(jì)。2)A/D轉(zhuǎn)換1?基木原理I數(shù)字量輸出（?位）模擬電子開關(guān)S在采樣脈沖CPS的控制下重復(fù)接通、斷開的過程。S接通吋，ui（t）對(duì)C充電，為采樣過程；S斷開吋，C上的電壓保持不變，為保持過程。在保持過程中，采樣的模擬電壓經(jīng)數(shù)字化編碼電路轉(zhuǎn)換成一組n位的二進(jìn)制數(shù)輸出。Z0rl(2『3%[5『6『7$『9斤0“1(b)波形圖A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成一組多位的二進(jìn)制數(shù)字輸出。不同的A/D轉(zhuǎn)換方式具有各自的特點(diǎn)。并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，主要缺點(diǎn)是要使用的比較器和觸發(fā)器很多，隨著分辨率的提高，所需元件數(shù)目按幾

3、何級(jí)數(shù)增加。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高，具有很高的抗干擾能力，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是工作速度較低，在對(duì)轉(zhuǎn)換精度要求較高，而對(duì)轉(zhuǎn)換速度要求較低的場(chǎng)合，如數(shù)字萬用表等檢測(cè)儀器中，得到了廣泛的應(yīng)用逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率較高、誤差較低、轉(zhuǎn)換速度較快，在一定程度上兼顧了以上兩種轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)，因此得到普遍應(yīng)用。2、時(shí)鐘決定信號(hào)波形的采樣速度和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的變換速率。轉(zhuǎn)換精度可以做到24bit,而采樣頻率也有可能高達(dá)1GHZ,但兩者不可能同時(shí)做到。通常數(shù)字位數(shù)越多，裝置的速度就越慢。3、根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)要求不同以及單片機(jī)的忙閑程度，通常可采川3種軟件

4、編程方式:程序查詢方式，延時(shí)方式和中斷方式。采用延時(shí)方式。延時(shí)程序?qū)嶋H上是無條件傳送I/O方式，當(dāng)向A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出啟動(dòng)命令后，即進(jìn)行軟件延時(shí)，延時(shí)時(shí)間稍大于進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，Z后打開A/D轉(zhuǎn)換器的輸出緩沖器讀數(shù)即為轉(zhuǎn)換好的數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為64個(gè)時(shí)鐘周期，因?yàn)橄到y(tǒng)中ADC0809的工作吋鐘為500kHz,故A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為128us,延時(shí)時(shí)間可大致選擇160us。3）單片機(jī)數(shù)字濾波的算法單片機(jī)主要作用是控制外圍的器件，并實(shí)現(xiàn)一定的通信和數(shù)據(jù)處理。但在某些特定場(chǎng)合，不可避免地要用到數(shù)學(xué)運(yùn)算，盡管單片機(jī)并不擅長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)算法和進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算。下面

5、主耍是介紹如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。在單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，會(huì)遇到數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差，隨機(jī)誤差是由隨機(jī)干擾引起的，其特點(diǎn)是在相同條件下測(cè)量同一量時(shí)，其大小和符號(hào)會(huì)現(xiàn)無規(guī)則的變化而無法預(yù)測(cè)，但多次測(cè)量的結(jié)果符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律。為克服隨機(jī)干擾引起的誤差，硬件上可采用濾波技術(shù)，軟件上可采用軟件算法實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。濾波算法往往是系統(tǒng)測(cè)控算法的一個(gè)重要組成部分，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)。采用數(shù)字濾波算法克服隨機(jī)干擾的誤差具有以下優(yōu)點(diǎn):?數(shù)字濾波無需其他的硬件成本，只用一個(gè)計(jì)算過程，可靠性高，不存在阻抗匹配問題。尤其是數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低的信號(hào)進(jìn)行濾波，這是模擬濾波器做不到的。?數(shù)字濾波使用軟

6、件算法實(shí)現(xiàn)，多輸入通道可共用一個(gè)濾波程序，降低系統(tǒng)開支。?只耍適當(dāng)改變?yōu)V波器的濾波程序或運(yùn)算，就能方便地改變其濾波特性，這對(duì)于濾除低頻干擾和隨機(jī)信號(hào)會(huì)有較大的效果。?在單片機(jī)系統(tǒng)中常用的濾波算法有限幅濾波法、中值濾波法、算術(shù)平均濾波法、加權(quán)平均濾波法、滑動(dòng)平均濾波等。(1)限幅濾波算法該運(yùn)算的過程中將兩次相鄰的采樣相減，求出其增量，然后將增量的絕對(duì)值，與兩次采樣允許的最大差值A(chǔ)進(jìn)行比較。A的大小由被測(cè)對(duì)象的具體情況而定，如果小于或等于允許的最大差值，則本次釆樣有效；否則取上次采樣值作為本次數(shù)據(jù)的樣本。說明：限幅濾波法主要用于處理變化較為緩慢的數(shù)據(jù)，如溫度、物

7、體的位置等。使用時(shí)，關(guān)鍵要選取合適的門限制A。通常這可由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得，必要時(shí)可通過實(shí)驗(yàn)得到。(2)中值濾波算法該運(yùn)算的過程是對(duì)某一參數(shù)連續(xù)采樣N次(N—般為奇數(shù))，然后把N次采樣的值按從小到大排列，再取中間值作為本次采樣值，整個(gè)過程實(shí)際上是一個(gè)序列排序的過程。說明：中值濾波比較適用于去掉由偶然因素引起的波動(dòng)和采樣器不穩(wěn)定而引起的脈動(dòng)干擾。若被測(cè)量值變化比較慢，采用中值濾波法效果會(huì)比較好，但如果數(shù)據(jù)變化比較快，則不宜采用此方法。(3)算術(shù)平均濾波算法該算法的基本原理很簡(jiǎn)單，就是連續(xù)取N次采樣值后進(jìn)行算術(shù)平均。說明：算術(shù)平均濾波算法適用于對(duì)具有隨機(jī)F擾的信號(hào)進(jìn)行

8、濾波。這種信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號(hào)在某一數(shù)值附