2020年11月25日 | STC15W408AS单片机白光T12控制器

自己设计和制作的stc白光，附上原理图，洞洞板走线图和源代码。
只实现了简单的温控，短按一下编码器快速设定温度为300℃，双击一下编码器快速设定为10℃（相当于短暂休眠












代码注释还是很详细的，适合初学者学习。

单片机源程序如下:

/**

布满星星的天空 CZS 编写

*/

#include

#include

#include

sbit t12 = P3 ^ 7;         //T12控制

sbit encoderb = P1 ^ 0;    //编码器的b脚

sbit encodera = P1 ^ 1;    //编码器的a脚

sbit encoderd = P1 ^ 2;    //编码器的按键d脚

sbit DIO = P3 ^ 3;         // TM1650 数码管驱动的sda引脚

sbit CLK = P3 ^ 2;         // TM1650 数码管驱动的scl引脚

sbit DO = P5 ^ 5;          //DS18B20数据脚

unsigned long VREF = 2390; // 用万用表测量基准电压的真实值，单位mv

bit lastb = 0;

bit lasta = 0;

unsigned short push_last_time = 0; //记录按下编码器按钮的时间，短按和长按

unsigned long t12_voltage;    // 计算t12热电偶电压

unsigned long system_voltage; // 计算单片机供电电压

unsigned long input_voltage;  // 计算整个板子的输入电压(12~24V)

// PID控制算法

#define KP 1.2f       // 比例系数

#define KI 0.2f       // 积分系数

#define KD 0.1f       // 微分系数

#define MAX_UK 400.0f // 系统允许输出的最大控制量，这里表现为加热数，400个0.5ms加热周期，最长连续加热时间为200ms

int ek = 0, ek_1 = 0, ek_2 = 0; // 记录连续三次的偏差值（设定值-实际测量值）

float uk_1 = 0.0f, uk = 0.0f;   // 记录当前计算的PID调整值和上次计算的PID调整值

long integralSum = 0;           // 位置式PID算法的累计积分项

// 定义一个数码管段码表，0~F

unsigned char CODE[] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F, 0x77, 0X7C, 0X39, 0X5E, 0X79, 0X71};

unsigned int t12SetTemperature = 10;   // 记录当前设定的温度

unsigned int t12ActualTemperature = 0; // 保存T12当前的实际温度

bit isChangeTemperature = 0;           // 标记是否更改过设定温度

unsigned int setTempShowTime = 0;      // 记录显示设置温度的时长

unsigned int need_heat_time = 0;       // 需要加热的时长

unsigned int heat_time_count = 0;      //当前已经加热的时长

unsigned int actualTempShowTime = 250; //设定当前温度的显示时长，避免采集温度过快造成数码管乱跳

/*延时函数，使用STC-ISP自动生成的，比较准确*/

void Delay_ms(unsigned int k) //@12.000MHz

{

  unsigned char i, j;

  for (; k > 0; k--)

  {

    i = 12;

    j = 169;

    do

    {

      while (--j)

        ;

    } while (--i);

  }

}

void Delay_us(unsigned int i)

{

  for (; i > 0; i--)

  {

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

  }

}

// 初始化各个IO口

void initIO()

{

  // 配置各个端口的输入模式，M1M0：00普通，01推挽，10高阻输入，11开漏

  /*

        以下列出需要配置的端口，其他端口保持默认即可

        t12 = P3^7;             //T12控制  推挽输出模式

        ADC3：系统输入电压检测 P1^3 输入模式

        ADC4：T12热电偶电压检测 P1^4 输入模式

        ADC5：2.5V参考电压输入 P1^5 输入模式

        */

  //P1M0 |= 0x00; //0000 0000

  P1M1 |= 0x38; //0011 1000

  P3M0 = 0x80; //1000 0000

  P3M1 = 0x00; //0000 0000

}

/*初始化ADC*/

void initADC(void)

{

  /*

        开启相应ADC口的模拟输入功能（相应位置1）

        ADC3：系统输入电压检测 P1^3

        ADC4：T12热电偶电压检测 P1^4

        ADC5：2.5V参考电压输入 P1^5

        */

  P1ASF = 0x38; //0011 1000

  ADC_RES = 0;  // 清楚结果寄存器

  ADC_RESL = 0;

  /*

        ADC控制寄存器

        ADC_POWER | SPEED1 | SPEED0 | ADC_FLAG | ADC_START | CHS2 | CHS1 | CHS0

        */

  // 这里初始化的时候，可以先打开电源和设置转换速度

  ADC_CONTR = 0x80; // 1000 0000

  Delay_ms(5);      // 上电之后延时等待一段时间

}

// 关闭ADC电源，在进入空闲（休眠）模式的时候启用，降低功耗

void closeADC(void)

{

  /*

        ADC控制寄存器

        ADC_POWER | SPEED1 | SPEED0 | ADC_FLAG | ADC_START | CHS2 | CHS1 | CHS0

        */

  ADC_CONTR = 0x00;

}

// 直接插入排序

void insertionSort(unsigned int A[], unsigned int n)

{

  unsigned int i, j;

  for (i = 1; i < n; i++)

  {

    for (j = i; j > 0; j--)

    {

      if (A[j] < A[j - 1])

      {

        // 不使用第三变量交换两个数，使用异或运算速度快

        A[j - 1] ^= A[j];

        A[j] ^= A[j - 1];

        A[j - 1] ^= A[j];

      }

    }

  }

}

#define ADC_FLAG 0x10  // ADC转换完成标志

#define ADC_START 0x08 // ADC开始置位

// 获取某个ADC通道的转换值

// 为了提高结果的准确性，每次测量，测5次，并且去掉一个最高值，一个最低值，最后取中间3个的均值返回

unsigned int getADCResult(unsigned int channel)

{

  unsigned int res[5], i, result = 0;

  for (i = 0; i < 5; i++)

  {

    /*

        ADC控制寄存器

        ADC_POWER | SPEED1 | SPEED0 | ADC_FLAG | ADC_START | CHS2 | CHS1 | CHS0

        */

    ADC_CONTR = (0x80 | channel | ADC_START); // 选择需要读取的通道，并开启转换

    Delay_us(1);

    while (!(ADC_CONTR & ADC_FLAG))

      ;                                            //等待ADC转换完成

    res[i] = ((ADC_RES << 2) | (ADC_RESL & 0x03)); // 计算转换出来的原始结果

    ADC_RES = 0x00;

    ADC_RESL = 0x00; // 清零结果寄存器

  }

  // 对结果进行排序

  insertionSort(res, 5);

  // 去掉一个最高值，去掉一个最低值，剩余三个求平均值

  result = (res[1] + res[2] + res[3]) / 3;

  return result;

}

/*以下是计算各种电压的函数，返回结果的单位都是mv*/

// 计算公式(mv) output_voltage = (VREF万用表测的TL431基准电压值(mv) * 待测通道的ADC值 / TL431基准通道ADC值)

// 计算获取T12的电压

void getT12Voltage(void)

{

  t12_voltage = (VREF * getADCResult(4) / getADCResult(5)); //计算t12电压,单位mV

}

// 计算获取单片机的电源电压

void getSystemVoltage(void)

{

  system_voltage = (VREF * 1024 / getADCResult(5)); //计算单片机的电源电压,单位mV;

}

// 计算获取输入电源电压

void getInputVoltage(void)

{

  input_voltage = (VREF * getADCResult(3) / getADCResult(5) * 11); // 计算下分压电阻点的电压，并乘分压比，获得实际的输入电压

}

/* 计算T12热电偶温度 */

void getT12Temperature(void)

{

  float x = 0.0f;

  t12 = 0;         //测温的时候，关闭电烙铁

  Delay_us(10);    // 等待一段时间，等电容放完电后再测量温度比较准确

  getT12Voltage(); // 更新T12热电偶电压

                   //T12实际温度 = (ADC电压(mV)-失调电压(mV))/运放增益*热电偶分度值(℃/mV)+室温(℃)

                   //t12Temp = 1.0f*getT12Voltage() / 231.0f * 54.0f + 23.0f;

  // 插值函数计算T12温度，上面的算得不够准确，自己测量了t12温度与热电偶电动势的关系，用matlab拟合出来的公式

  x = 1.0f * t12_voltage / 231.0f;

  x = -0.9f * x * x + 48.0f * x + 22.0f;

  t12ActualTemperature = (unsigned int)x;

}

/*

// 增量式PID控制算法，该算法用在温度控制效果不佳，调参调了比较久，不是很理想

// 输入设定温度和当前温度

// 返回当前应该加热的时长

void incrementalPID(unsigned int setTemperature, unsigned int actualTemperature)

{

  float delta_uk = 0.0f;                   // 用于计算PID增量值

  uk_1 = uk;                               // 记录上次计算的PID调整值

  ek_2 = ek_1;                             // 记录上上次计算的偏差值

  ek_1 = ek;                               // 记录上次计算的偏差值

  ek = setTemperature - actualTemperature; // 计算当前偏差值

  if (ek < 0)

  {

    // 如果实际温度比设定温度还要高，那么不执行加热

    need_heat_time = 0;

    return;

  }

  if (abs(ek) > 100)

  {

    // 如果温差大于100℃，则执行系统的动态加速，不管比例项为正还是为负，都取正数

    delta_uk = KP * abs(ek - ek_1) + KI * ek + KD * (ek - 2 * ek_1 + ek_2); // 计算PID增量值

  }

  else

  {

    // 当快要接近目标温度的时候，执行正常的调节

    delta_uk = KP * (ek - ek_1) + KI * ek + KD * (ek - 2 * ek_1 + ek_2); // 计算PID增量值

  }

  uk = uk_1 + delta_uk; // 计算当前应该输出的PWM值

  // 判断是否超出了系统控制量的边界范围，如果超出，则赋值为边界

  if (uk < 1e-9)

  {

    uk = 0.0f;

  }

  if (uk > MAX_UK)

  {

    uk = MAX_UK;

  }

  need_heat_time = (unsigned int)uk;

}

*/

// 位置式PID控制算法，这个控制算法运行起来比较理想

void positionalPID(unsigned int setTemperature, unsigned int actualTemperature)

{

  ek_1 = ek;                               // 记录上次计算的偏差值

  ek = setTemperature - actualTemperature; // 计算当前偏差值

  if (ek < 0)

  {

    // 如果实际温度比设定温度还要高，那么不执行加热

    need_heat_time = 0;

    return;

  }

  // 当偏差较大时，取消积分作用

  if (abs(ek) > 100)

  {

    integralSum = 0;

  }

  else

  {

    // 否则，根据情况进行累计积分

    if (integralSum > 100) //积分超过上限时，只累计负的积分量

    {

      if (ek < 0)

      {

        integralSum += ek;

      }

    }

    else if (integralSum < -10) //积分超过下限时，只累计正的积分量

    {

      if (ek > 0)

      {

        integralSum += ek;

      }

    }

    else

    {

      integralSum += ek;

    }

  }

  uk = KP * ek + KI * integralSum + KD * (ek - ek_1); // 计算当前应该输出的控制量值

  // 判断是否超出了系统控制量的边界范围，如果超出，则赋值为边界

  if (uk < 1e-9)

  {

    uk = 0.0f;

  }

  if (uk > MAX_UK)

  {

    uk = MAX_UK;

  }

  need_heat_time = (unsigned int)uk; // 更新当前需要加热的时间数

}

/********************************以下是TM1650数码管显示相关的函数****************************************************/

void Start1650(void)

{ //开始信号

  CLK = 1;

  DIO = 1;

  Delay_us(5);

  DIO = 0;

  Delay_us(5);

  DIO = 0;

}

void Ask1650(void)

{ //ACK信号

  unsigned char timeout = 1;

  CLK = 1;

  Delay_us(5);

  CLK = 0;

  while ((DIO) && (timeout <= 100))

  {

    timeout++;

  }

  Delay_us(5);

  CLK = 0;

}

void Stop1650(void)

{ //停止信号