專業(yè)綜合實訓(xùn)

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1、實訓(xùn)總結(jié)性說明本系統(tǒng)需要實時采集溫度數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，存入AT89S52的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，送液晶顯示，并與設(shè)定值進行比較，經(jīng)過PID算法得到控制量并由單片機輸出去控制加熱器。進行溫度控制程序的設(shè)計應(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上位機語音處理；⑤與上位機通信程序。一、溫度采集部分1）采集的溫度信號的性質(zhì)：按一定曲線變化的模擬信號，而且溫度變化比較緩慢。如果設(shè)計硬件濾波器，首先要分析信號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。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轉(zhuǎn)換成一組多位的二進制數(shù)字輸出。不同的A/D轉(zhuǎn)換方式具有各自的特點。并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，主要缺點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)簡單，其缺點是工作速度較低，在對轉(zhuǎn)換精度要求較高，而對轉(zhuǎn)換速度要求較低的場合，如數(shù)字萬用表等檢測儀器中，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，因此得到普遍應(yīng)用。2、時鐘決定信號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1GHZ,但兩者不可能同時做到。通常數(shù)字位數(shù)越多，裝置的速度就越慢。3、根據(jù)測量系統(tǒng)要求不同以及單片機的忙閑程度，通?？刹纱?種軟件

4、編程方式:程序查詢方式，延時方式和中斷方式。采用延時方式。延時程序?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)出啟動命令后，即進行軟件延時，延時時間稍大于進行一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間，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)換時間為64個時鐘周期，因為系統(tǒng)中ADC0809的工作吋鐘為500kHz,故A/D轉(zhuǎn)換時間為128us,延時時間可大致選擇160us。3）單片機數(shù)字濾波的算法單片機主要作用是控制外圍的器件，并實現(xiàn)一定的通信和數(shù)據(jù)處理。但在某些特定場合，不可避免地要用到數(shù)學(xué)運算，盡管單片機并不擅長實現(xiàn)算法和進行復(fù)雜的運算。下面

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

6、件算法實現(xiàn)，多輸入通道可共用一個濾波程序，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算，就能方便地改變其濾波特性，這對于濾除低頻干擾和隨機信號會有較大的效果。?在單片機系統(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、滑動平均濾波等。(1)限幅濾波算法該運算的過程中將兩次相鄰的采樣相減，求出其增量，然后將增量的絕對值，與兩次采樣允許的最大差值A(chǔ)進行比較。A的大小由被測對象的具體情況而定，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，關(guān)鍵要選取合適的門限制A。通常這可由經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲得，必要時可通過實驗得到。(2)中值濾波算法該運算的過程是對某一參數(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，整個過程實際上是一個序列排序的過程。說明：中值濾波比較適用于去掉由偶然因素引起的波動和采樣器不穩(wěn)定而引起的脈動干擾。若被測量值變化比較慢，采用中值濾波法效果會比較好，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單，就是連續(xù)取N次采樣值后進行算術(shù)平均。說明：算術(shù)平均濾波算法適用于對具有隨機F擾的信號進行

8、濾波。這種信號的特點是有一個平均值，信號在某一數(shù)值附