2 爐溫控制系統的硬件設計^[2]
　　溫度控制系統采用三相可控硅調電壓法調節溫度，整個系統采用韓國三星公司的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)株式會社的ALPS 9，此外還有一個通信串口、A/D" title="A/D">A/D轉換器、存儲器Flash ROM、SDRAM、3個三相可控硅等。外部CPU晶振" title="晶振">晶振為8MHz,系統內部時鐘為66MHz。系統硬件原理框圖如圖2所示。

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

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　　如圖3所示，處理器是通過片選信號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Bank，每個Bank的容量為1M×16位。Bank的地址由BA1、BA0決定，00對應Bank0，01對應Bank1，10對應Bank2，11對應Bank3。在每個Bank中，分別用行地址脈沖選通RAS和列地址脈沖選通CAS進行尋址。本設計中還設置了跳線，可以為用戶將內存容量升級至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nCS選通。
2.2 串行口接口電路
　　本設計中內部數據通過并行總線到達發送單元后，進入FIFO對列，然后再從發送移相器通過TXDn引腳發送出去。但是為了與計算機通用串行口兼容，還需要使用MAX3232芯片將3.3V的TTL/CMOS電平轉換成與普通串行口兼容的信號后，用于與外設進行通信。數據接收的過程剛好相反，外部串口信號需先經MAX3232做電平轉換，然后由RxDn進入接收移相器，經過轉換后放到接收FIFO對列中，最后到達數據總線，由CPU進行處理或直接送到存儲器中(DMA方式下)。串行口接口電路如圖5所示。

2.3 人機界面顯示設計
　　由于S3C44B0X內部有LCD控制器，故選擇不帶驅動器的液晶。本設計選擇日本卡西歐(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)株式會社的ALPS LFUBK909 STN,四線電阻式觸摸屏,320×240點,5.2英寸。其與控制器的端口接線如圖7所示。

2.4 信號放大電路" title="放大電路">放大電路設計
　　熱電偶信號經多通道轉換開關4051至由三個運算放大器組成的差動放大電路，放大器采用低失調電壓、電流、高輸入電阻的5G7650。在放大電路部分采用數字電位器為50kΩ的X9312進行多量程轉換。差動放大電路如圖8所示。

2.5 PWM定時器接口
　　本設計采用PWM脈沖發送給三相可控硅信號來控制晶閘管的關斷，通常是通過輸入通道將溫度傳感器感受到的被控對象(當前溫度)轉變為數字量并輸入到控制器中，控制器求出輸入的當前溫度值與設定值的偏差，并根據該偏差進行自適應的模糊PID運算，最后根據PID運算的結果，通過功率調節電路改變給定周期內加熱絲的通電時間來實現對溫度的控制。用PWM輸出脈沖調節功率的實質是利用占空比的調節來改變加熱絲的平均功率。功率調節電路是控制系統的執行機構，要求能根據需要對輸出功率進行精確的調節，它是系統中最關鍵的組成部分之一，也常常是故障率最高的部分。
　　這里選用過零調壓的方法，因為這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，這樣可增加周期長度，進而更加有利于對溫度變化的控制。
2.6 熱電偶冷端溫度測量^[4]
　　由于熱電偶的冷端溫度隨著環境溫度的變化而變化，所以需要對熱電偶的冷端溫度進行補償。在有的設計中直接在熱電偶測溫電路中用電橋法補償，但需要經常校準，比較麻煩。本文實時測量熱電偶的冷端環境溫度，用軟件的方法進行補償。
　　用MAX876產生10V精密電壓基準，輸出誤差為±7mV，配合OP07產生10mA恒流源，運算放大器工作在開環狀態，由于同相端和反相端的壓差幾乎為零，運算放大器的偏置電流可以忽略不計，所以產生10mA的電流通過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內置10位A/D轉換器，基準電壓為2.5V，分辨率為0.00244V，所以10位A/D轉換器能滿足精度要求。具體如圖9所示。

　　冷端溫度測量的輸出接在S3C44B0X的A/D轉換器的AIN0通道上。
2.7 系統時鐘與復位電路設計
　　系統CPU外部晶振頻率為8MHz，由于S3C44B0X內部有鎖相環，CPU主頻可幾倍于外部晶振(CPU主頻可通過軟件設定)。用于系統實時時鐘的備用鋰(Li)電池電源，系統實時時鐘頻率為32.726kHz。
　　系統內部有看門狗電路，可以通過軟件設定看門狗時間。但是為了系統的可靠性。設計了系統的硬復位電路，它通過斯密特74hc14觸發器復位。
3 溫度控制系統的軟件設計^[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、定時器的初始化程序以及一個循環控制結構組成。
　　程序開始執行時，首先設置堆棧指針，建立一個軟件堆棧區;由于S3C44B0X的I/O口多為復用模式，因此需要對I/O口控制寄存器進行設置，選擇工作方式；程序還需要設置內置看門狗，以保障軟件的可靠運行。CPU的高速輸出器HSO用于按程序設定的時間產生中斷，這就是軟件定時器。系統采用軟件定時器中斷，以定時器1作為時間基準，對HSO寄存器進行設置,同時對外圍芯片及觸摸屏顯示器進行初始化。其程序流程圖如圖10所示。

3.2中斷服務模塊
　　系統中利用一個軟件定時器來產生定時中斷，它決定了模糊控制算法的采樣速率。圖11是軟件定時器中斷服務程序的流程圖，該程序是控制系統的核心軟件，完成A/D采樣、濾波、數據處理、越限報警等任務，同時確定操作方式(手動或自動)，根據要求調用相應的控制算法，通過算法獲得所要求的控制電壓去驅動三相可控硅觸發，最后返回主程序。各功能由相應的功能模塊來完成。