2 爐溫控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)^[2]
　　溫度控制系統(tǒng)采用三相可控硅調(diào)電壓法調(diào)節(jié)溫度,，整個(gè)系統(tǒng)采用韓國(guó)三星公司的S3C44B0X(16/32位)作為主控制器，并采用Casio的CMD520TT00-C1型LCD顯示,，觸摸屏為阿爾卑斯電氣(Alps Electric)株式會(huì)社的ALPS 9,，此外還有一個(gè)通信串口、A/D" title="A/D">A/D轉(zhuǎn)換器,、存儲(chǔ)器Flash ROM,、SDRAM、3個(gè)三相可控硅等,。外部CPU晶振" title="晶振">晶振為8MHz,系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘為66MHz,。系統(tǒng)硬件原理框圖如圖2所示。

2.1存儲(chǔ)器^[3]
　　本設(shè)計(jì)中的程序存儲(chǔ)器選擇一片2MB×16位的Flash(SST39VF160)和一片4M×16位的SDRAM(HY57V65160B),。其存儲(chǔ)器電路連接圖如圖3,、圖4所示。

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　　如圖3所示,，處理器是通過(guò)片選信號(hào)NGCS0與片外Flash芯片連接,。由于是16位Flash，所以CPU的地址線A1～A20分別與Flash的地址線A0～A19連接,。如圖4所示,，SDRAM分為4個(gè)Bank，每個(gè)Bank的容量為1M×16位,。Bank的地址由BA1,、BA0決定，00對(duì)應(yīng)Bank0,，01對(duì)應(yīng)Bank1,，10對(duì)應(yīng)Bank2，11對(duì)應(yīng)Bank3,。在每個(gè)Bank中,，分別用行地址脈沖選通RAS和列地址脈沖選通CAS進(jìn)行尋址。本設(shè)計(jì)中還設(shè)置了跳線,，可以為用戶將內(nèi)存容量升級(jí)至4×2M×16位,。具體方法：使SDRAM的BA0、BA1分別接至CPU的A21,、A22和A23腳,。SDRAM由MCU專用SDRAM片選信號(hào)nCS選通。
2.2 串行口接口電路
　　本設(shè)計(jì)中內(nèi)部數(shù)據(jù)通過(guò)并行總線到達(dá)發(fā)送單元后,，進(jìn)入FIFO對(duì)列,，然后再?gòu)陌l(fā)送移相器通過(guò)TXDn引腳發(fā)送出去,。但是為了與計(jì)算機(jī)通用串行口兼容，還需要使用MAX3232芯片將3.3V的TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成與普通串行口兼容的信號(hào)后,，用于與外設(shè)進(jìn)行通信,。數(shù)據(jù)接收的過(guò)程剛好相反，外部串口信號(hào)需先經(jīng)MAX3232做電平轉(zhuǎn)換,，然后由RxDn進(jìn)入接收移相器,，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后放到接收FIFO對(duì)列中，最后到達(dá)數(shù)據(jù)總線,，由CPU進(jìn)行處理或直接送到存儲(chǔ)器中(DMA方式下),。串行口接口電路如圖5所示。

2.3 人機(jī)界面顯示設(shè)計(jì)
　　由于S3C44B0X內(nèi)部有LCD控制器,，故選擇不帶驅(qū)動(dòng)器的液晶,。本設(shè)計(jì)選擇日本卡西歐(Casio)的CMD520TT00-C1型LCD(STN類型)，256色,，5.1英寸,，320×240像素，其電源電壓3.3V, 因此可直接和S3C44B0X相連,。其LCD控制器端口如圖6所示,。

　　觸摸屏選為阿爾卑斯電氣(Alps Electric)株式會(huì)社的ALPS LFUBK909 STN,四線電阻式觸摸屏,320×240點(diǎn),5.2英寸。其與控制器的端口接線如圖7所示,。

2.4 信號(hào)放大電路" title="放大電路">放大電路設(shè)計(jì)
　　熱電偶信號(hào)經(jīng)多通道轉(zhuǎn)換開關(guān)4051至由三個(gè)運(yùn)算放大器組成的差動(dòng)放大電路,，放大器采用低失調(diào)電壓、電流,、高輸入電阻的5G7650,。在放大電路部分采用數(shù)字電位器為50kΩ的X9312進(jìn)行多量程轉(zhuǎn)換。差動(dòng)放大電路如圖8所示,。

2.5 PWM定時(shí)器接口
　　本設(shè)計(jì)采用PWM脈沖發(fā)送給三相可控硅信號(hào)來(lái)控制晶閘管的關(guān)斷,，通常是通過(guò)輸入通道將溫度傳感器感受到的被控對(duì)象(當(dāng)前溫度)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量并輸入到控制器中，控制器求出輸入的當(dāng)前溫度值與設(shè)定值的偏差,，并根據(jù)該偏差進(jìn)行自適應(yīng)的模糊PID運(yùn)算,，最后根據(jù)PID運(yùn)算的結(jié)果，通過(guò)功率調(diào)節(jié)電路改變給定周期內(nèi)加熱絲的通電時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制,。用PWM輸出脈沖調(diào)節(jié)功率的實(shí)質(zhì)是利用占空比的調(diào)節(jié)來(lái)改變加熱絲的平均功率,。功率調(diào)節(jié)電路是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，要求能根據(jù)需要對(duì)輸出功率進(jìn)行精確的調(diào)節(jié),，它是系統(tǒng)中最關(guān)鍵的組成部分之一,，也常常是故障率最高的部分。
　　這里選用過(guò)零調(diào)壓的方法，因?yàn)檫@樣可以減少諧波干擾,。由于PWM的頻率很大,、變化周期很短，故選用PWM脈沖頻率為40Hz,，占空比為0.8，這樣可增加周期長(zhǎng)度,，進(jìn)而更加有利于對(duì)溫度變化的控制,。
2.6 熱電偶冷端溫度測(cè)量^[4]
　　由于熱電偶的冷端溫度隨著環(huán)境溫度的變化而變化，所以需要對(duì)熱電偶的冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償,。在有的設(shè)計(jì)中直接在熱電偶測(cè)溫電路中用電橋法補(bǔ)償,，但需要經(jīng)常校準(zhǔn)，比較麻煩,。本文實(shí)時(shí)測(cè)量熱電偶的冷端環(huán)境溫度,，用軟件的方法進(jìn)行補(bǔ)償。
　　用MAX876產(chǎn)生10V精密電壓基準(zhǔn),，輸出誤差為±7mV,，配合OP07產(chǎn)生10mA恒流源，運(yùn)算放大器工作在開環(huán)狀態(tài),，由于同相端和反相端的壓差幾乎為零,，運(yùn)算放大器的偏置電流可以忽略不計(jì)，所以產(chǎn)生10mA的電流通過(guò)100Ω的鉑電阻,。查鉑熱電阻(Pt100)的分度表可知,，0℃為100Ω，20℃為107.79Ω,大約每升高1℃,，熱電阻的阻值增加為0.39Ω,，那么熱電阻的電壓變化為0.0039V。而S3C44B0X內(nèi)置10位A/D轉(zhuǎn)換器,，基準(zhǔn)電壓為2.5V,，分辨率為0.00244V，所以10位A/D轉(zhuǎn)換器能滿足精度要求,。具體如圖9所示,。

　　冷端溫度測(cè)量的輸出接在S3C44B0X的A/D轉(zhuǎn)換器的AIN0通道上。
2.7 系統(tǒng)時(shí)鐘與復(fù)位電路設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)CPU外部晶振頻率為8MHz,，由于S3C44B0X內(nèi)部有鎖相環(huán),，CPU主頻可幾倍于外部晶振(CPU主頻可通過(guò)軟件設(shè)定)。用于系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的備用鋰(Li)電池電源,，系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘頻率為32.726kHz,。
　　系統(tǒng)內(nèi)部有看門狗電路，可以通過(guò)軟件設(shè)定看門狗時(shí)間。但是為了系統(tǒng)的可靠性,。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬復(fù)位電路,，它通過(guò)斯密特74hc14觸發(fā)器復(fù)位。
3 溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)^[5]
3.1主控模塊及其功能
　　主控模塊程序主要由S3C44B0X的初始化程序,、定時(shí)器的初始化程序以及一個(gè)循環(huán)控制結(jié)構(gòu)組成,。
　　程序開始執(zhí)行時(shí)，首先設(shè)置堆棧指針,，建立一個(gè)軟件堆棧區(qū);由于S3C44B0X的I/O口多為復(fù)用模式,，因此需要對(duì)I/O口控制寄存器進(jìn)行設(shè)置，選擇工作方式,；程序還需要設(shè)置內(nèi)置看門狗,，以保障軟件的可靠運(yùn)行。CPU的高速輸出器HSO用于按程序設(shè)定的時(shí)間產(chǎn)生中斷,，這就是軟件定時(shí)器,。系統(tǒng)采用軟件定時(shí)器中斷，以定時(shí)器1作為時(shí)間基準(zhǔn),，對(duì)HSO寄存器進(jìn)行設(shè)置,同時(shí)對(duì)外圍芯片及觸摸屏顯示器進(jìn)行初始化,。其程序流程圖如圖10所示。

3.2中斷服務(wù)模塊
　　系統(tǒng)中利用一個(gè)軟件定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生定時(shí)中斷,，它決定了模糊控制算法的采樣速率,。圖11是軟件定時(shí)器中斷服務(wù)程序的流程圖，該程序是控制系統(tǒng)的核心軟件,，完成A/D采樣,、濾波、數(shù)據(jù)處理,、越限報(bào)警等任務(wù),，同時(shí)確定操作方式(手動(dòng)或自動(dòng))，根據(jù)要求調(diào)用相應(yīng)的控制算法,，通過(guò)算法獲得所要求的控制電壓去驅(qū)動(dòng)三相可控硅觸發(fā),，最后返回主程序。各功能由相應(yīng)的功能模塊來(lái)完成,。