图3-2 单片机仿真
2、数据转换与采集模块A/D0808
AD0808是CMOS的8位模/数转换器，采用逐次逼近原理进行A/D转换，芯片有模拟多路转换开关和A/D转换两大部分，可对8路0～5V的输入模拟电压信号分时进行转换。模拟多路开关由8路模拟开关和3位地址锁存译码器组成，可选通8路模拟输入中的任何一路，地址锁存信号ALE将3位地址信号ADDA、ADDB、ADDC进行锁存，然后由译码电路选通其中的一路，被选中的通道进行A/D转换。A/D转换部分包括比较器、逐次逼近寄存器（SAR）、256R电阻网络、树状电子开关、控制与时序电路等。另外ADC0809输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到CPU数据总线上。
实时温度经过传感器的检测并通过变送器将其转换成模拟的电压信号，而A/D0808则用来采集电压信号并将其转换为数字信号存储在单片机中，以便后续对数据的处理。
其硬件仿真图如图3-3所示。
图3-3 A/D0808仿真图
3、按键选择模块
系统采用了两个按键用来进行温度的设定，一个进行温度加，一个进行温度减。每按下一次，温度就相应的加一或减一。按照设计要求，温度的设定围为50-150度，其仿真如图3-4所示。
图3-4 按键示意图
4、显示模块
显示模块采用两个7段共阴极数码管，一个用来显示实时温度，一个用来显示设定温度。并用74LS04来驱动数码管。
其仿真图如图3-5所示。
图3-5 显示示意图
5、报警模块
当实时温度高于或低于设定温度5度以上时，系统就会报警，报警指示灯红灯亮。
如图3-6所示。
图3-6 报警示意图
6 、输出模块
经过数据的运算，单片机通过P3.4口的高低电平来控制加热系统的通断，通过导通时间的长短来控制加热的强度，以达到精确控制的效果。当温度在设定温度的正负5度之时，系统进行PID运算控制；当高于设定温度5度时，停止加热；当低于设定温度5度时，全功率加热。由于仿真软件自身条件的原因，使用绿色的LED灯代替，当绿灯亮时，表示正在加热，不亮时，停止加热。仿真图如3-7所示。
图3-7 加热示意图
3.3.3.系统的整体设计
系统的整体设计图如图3-8所示。
图3-8 系统设计方案图
其中：
1．单片机采用的是MCS-51系列的89C51，其集成了中央处理器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器/计数器、中断控制器及串型和并行I/O接口等部件。
单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点。单片机是微型计算机的一个重要分支，特别适合用于智能控制系统。
2．实时的温度测量由于条件的限制直接用模拟电压来代替传感器及变送器，用0808来采样和转换温度。
3.3.
4.元器件清单
系统所需的元器件清单如表4-1所示。
表3-1系统配置清单表
序号部件名称所属类数量
1 AT89C51 Microprocessor ICs 1
2 A/D0808 Data Converters 1
3 7SEG-MPX4-CC Optoelectronics 2
4 BUTTON Switches&Relays 3
等多种编译。其程序界面如图3-9所示。
图3-9 Protues7工作界面
PROTUES软件的功能特点介绍如下：
1．原理布图
2．PCB自动或人工布线
3．SPICE电路仿真
革命性的特点：
1．互动的电路仿真。用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。
2．仿真处理器及其外围电路。可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Protues建立了完备的电子设计开发环境。
同时它还具有4大功能模块：智能原理图设计（ISIS），完善的电路仿真功能（Prospice），独特的单片机协同仿真功能（VSM），实用的PCB设计平台。
Protues提供了丰富的资源：
1．Protues可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。
2．Protues可提供的仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。
3．除了现实存在的仪器外，Protues还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影
响。
4．Protues可提供的调试手段Protues提供了比较丰富的测试信用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。
3.4.2.软件流程图
温度控制系统的软件流程图，系统开始工作时会检测炉温，一般情况下此时炉温比给定值低，于是电炉开始全速加热。于此同时，系统会按照预定的采样周期进行采样，当检测炉温在上限温度和下限温度之间，那么开始进行PID控制，并继续按照预定的采样周期进行采样，直至温度稳定为给定值。
四、项目设计结果分析
五、4.1调试记录及结果分析
4.1.1. 仿真程序及图形
在打开Matlab中的Simulink之后，开始绘制系统仿真图形，如图4.1所示，该图中对积分和微分先进行处理，使得的到当为等幅震荡时的kc值，然后通过Z-N法则的第二法，加入为微分和积分之后，采用PID控制。
改变Kp的值，既可以的得到不同的结果，从而可以分析出Kp的改变对系统超调量造成的影响。
图4.1系统仿真图
