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/**
布滿星星的天空 CZS 編寫
*/
#include <STC15.h>
#include <intrins.h>
#include <math.h>
sbit t12 = P3 ^ 7; //T12控制
sbit encoderb = P1 ^ 0; //編碼器的b腳
sbit encodera = P1 ^ 1; //編碼器的a腳
sbit encoderd = P1 ^ 2; //編碼器的按鍵d腳
sbit DIO = P3 ^ 3; // TM1650 數碼管驅動的sda引腳
sbit CLK = P3 ^ 2; // TM1650 數碼管驅動的scl引腳
sbit DO = P5 ^ 5; //DS18B20數據腳
unsigned long VREF = 2390; // 用萬用表測量基準電壓的真實值，單位mv
bit lastb = 0;
bit lasta = 0;
unsigned short push_last_time = 0; //記錄按下編碼器按鈕的時間，短按和長按
unsigned long t12_voltage; // 計算t12熱電偶電壓
unsigned long system_voltage; // 計算單片機供電電壓
unsigned long input_voltage; // 計算整個板子的輸入電壓(12~24V)
// PID控制算法
#define KP 1.2f // 比例系數
#define KI 0.2f // 積分系數
#define KD 0.1f // 微分系數
#define MAX_UK 400.0f // 系統允許輸出的最大控制量，這里表現為加熱數，400個0.5ms加熱周期，最長連續加熱時間為200ms
int ek = 0, ek_1 = 0, ek_2 = 0; // 記錄連續三次的偏差值（設定值-實際測量值）
float uk_1 = 0.0f, uk = 0.0f; // 記錄當前計算的PID調整值和上次計算的PID調整值
long integralSum = 0; // 位置式PID算法的累計積分項
// 定義一個數碼管段碼表，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; // 記錄當前設定的溫度
unsigned int t12ActualTemperature = 0; // 保存T12當前的實際溫度
bit isChangeTemperature = 0; // 標記是否更改過設定溫度
unsigned int setTempShowTime = 0; // 記錄顯示設置溫度的時長
unsigned int need_heat_time = 0; // 需要加熱的時長
unsigned int heat_time_count = 0; //當前已經加熱的時長
unsigned int actualTempShowTime = 250; //設定當前溫度的顯示時長，避免采集溫度過快造成數碼管亂跳
/*延時函數，使用STC-ISP自動生成的，比較準確*/
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_();
}
}
// 初始化各個IO口
void initIO()
{
// 配置各個端口的輸入模式，M1M0：00普通，01推挽，10高阻輸入，11開漏
/*
以下列出需要配置的端口，其他端口保持默認即可
t12 = P3^7; //T12控制推挽輸出模式
ADC3：系統輸入電壓檢測 P1^3 輸入模式
ADC4：T12熱電偶電壓檢測 P1^4 輸入模式
ADC5：2.5V參考電壓輸入 P1^5 輸入模式
*/
//P1M0 |= 0x00; //0000 0000
P1M1 |= 0x38; //0011 1000
P3M0 = 0x80; //1000 0000
P3M1 = 0x00; //0000 0000
}
/*初始化ADC*/
void initADC(void)
{
/*
開啟相應ADC口的模擬輸入功能（相應位置1）
ADC3：系統輸入電壓檢測 P1^3
ADC4：T12熱電偶電壓檢測 P1^4
ADC5：2.5V參考電壓輸入 P1^5
*/
P1ASF = 0x38; //0011 1000
ADC_RES = 0; // 清楚結果寄存器
ADC_RESL = 0;
/*
ADC控制寄存器
ADC_POWER | SPEED1 | SPEED0 | ADC_FLAG | ADC_START | CHS2 | CHS1 | CHS0
*/
// 這里初始化的時候，可以先打開電源和設置轉換速度
ADC_CONTR = 0x80; // 1000 0000
Delay_ms(5); // 上電之后延時等待一段時間
}
// 關閉ADC電源，在進入空閑（休眠）模式的時候啟用，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])
{
// 不使用第三變量交換兩個數，使用異或運算速度快
A[j - 1] ^= A[j];
A[j] ^= A[j - 1];
A[j - 1] ^= A[j];
}
}
}
}
#define ADC_FLAG 0x10 // ADC轉換完成標志
#define ADC_START 0x08 // ADC開始置位
// 獲取某個ADC通道的轉換值
// 為了提高結果的準確性，每次測量，測5次，并且去掉一個最高值，一個最低值，最后取中間3個的均值返回
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); // 選擇需要讀取的通道，并開啟轉換
Delay_us(1);
while (!(ADC_CONTR & ADC_FLAG))
; //等待ADC轉換完成
res[i] = ((ADC_RES << 2) | (ADC_RESL & 0x03)); // 計算轉換出來的原始結果
ADC_RES = 0x00;
ADC_RESL = 0x00; // 清零結果寄存器
}
// 對結果進行排序
insertionSort(res, 5);
// 去掉一個最高值，去掉一個最低值，剩余三個求平均值
result = (res[1] + res[2] + res[3]) / 3;
return result;
}
/*以下是計算各種電壓的函數，返回結果的單位都是mv*/
// 計算公式(mv) output_voltage = (VREF萬用表測的TL431基準電壓值(mv) * 待測通道的ADC值 / TL431基準通道ADC值)
// 計算獲取T12的電壓
void getT12Voltage(void)
{
t12_voltage = (VREF * getADCResult(4) / getADCResult(5)); //計算t12電壓,單位mV
}
// 計算獲取單片機的電源電壓
void getSystemVoltage(void)
{
system_voltage = (VREF * 1024 / getADCResult(5)); //計算單片機的電源電壓,單位mV;
}
// 計算獲取輸入電源電壓
void getInputVoltage(void)
{
input_voltage = (VREF * getADCResult(3) / getADCResult(5) * 11); // 計算下分壓電阻點的電壓，并乘分壓比，獲得實際的輸入電壓
}
/* 計算T12熱電偶溫度 */
void getT12Temperature(void)
{
float x = 0.0f;
t12 = 0; //測溫的時候，關閉電烙鐵
Delay_us(10); // 等待一段時間，等電容放完電后再測量溫度比較準確
getT12Voltage(); // 更新T12熱電偶電壓
//T12實際溫度 = (ADC電壓(mV)-失調電壓(mV))/運放增益*熱電偶分度值(℃/mV)+室溫(℃)
//t12Temp = 1.0f*getT12Voltage() / 231.0f * 54.0f + 23.0f;
// 插值函數計算T12溫度，上面的算得不夠準確，自己測量了t12溫度與熱電偶電動勢的關系，用matlab擬合出來的公式
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，該算法用在溫度控制效果不佳，調參調了比較久，不是很理想
// 輸入設定溫度和當前溫度
// 返回當前應該加熱的時長
void incrementalPID(unsigned int setTemperature, unsigned int actualTemperature)
{
float delta_uk = 0.0f; // 用于計算PID增量值
uk_1 = uk; // 記錄上次計算的PID調整值
ek_2 = ek_1; // 記錄上上次計算的偏差值
ek_1 = ek; // 記錄上次計算的偏差值
ek = setTemperature - actualTemperature; // 計算當前偏差值
if (ek < 0)
{
// 如果實際溫度比設定溫度還要高，那么不執行加熱
need_heat_time = 0;
return;
}
if (abs(ek) > 100)
{
// 如果溫差大于100℃，則執行系統的動態加速，不管比例項為正還是為負，都取正數
delta_uk = KP * abs(ek - ek_1) + KI * ek + KD * (ek - 2 * ek_1 + ek_2); // 計算PID增量值
}
else
{
// 當快要接近目標溫度的時候，執行正常的調節
delta_uk = KP * (ek - ek_1) + KI * ek + KD * (ek - 2 * ek_1 + ek_2); // 計算PID增量值
}
uk = uk_1 + delta_uk; // 計算當前應該輸出的PWM值
// 判斷是否超出了系統控制量的邊界范圍，如果超出，則賦值為邊界
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，這個控制算法運行起來比較理想
void positionalPID(unsigned int setTemperature, unsigned int actualTemperature)
{
ek_1 = ek; // 記錄上次計算的偏差值
ek = setTemperature - actualTemperature; // 計算當前偏差值
if (ek < 0)
{
// 如果實際溫度比設定溫度還要高，那么不執行加熱
need_heat_time = 0;
return;
}
// 當偏差較大時，取消積分作用
if (abs(ek) > 100)
{
integralSum = 0;
}
else
{
// 否則，根據情況進行累計積分
if (integralSum > 100) //積分超過上限時，只累計負的積分量
{
if (ek < 0)
{
integralSum += ek;
}
}
else if (integralSum < -10) //積分超過下限時，只累計正的積分量
{
if (ek > 0)
{
integralSum += ek;
}
}
else
{
integralSum += ek;
}
}
uk = KP * ek + KI * integralSum + KD * (ek - ek_1); // 計算當前應該輸出的控制量值
// 判斷是否超出了系統控制量的邊界范圍，如果超出，則賦值為邊界
if (uk < 1e-9)
{
uk = 0.0f;
}
if (uk > MAX_UK)
{
uk = MAX_UK;
}
need_heat_time = (unsigned int)uk; // 更新當前需要加熱的時間數
}
/********************************以下是TM1650數碼管顯示相關的函數****************************************************/
void Start1650(void)
{ //開始信號
CLK = 1;
DIO = 1;
Delay_us(5);
DIO = 0;
Delay_us(5);
DIO = 0;
}
void Ask1650(void)
{ //ACK信號
unsigned char timeout = 1;
CLK = 1;
Delay_us(5);
CLK = 0;
while ((DIO) && (timeout <= 100))
{
timeout++;
}
Delay_us(5);
CLK = 0;
}
void Stop1650(void)
{ //停止信號
CLK = 1;
DIO = 0;
Delay_us(5);
DIO = 1;
Delay_us(5);
}
void WrByte1650(unsigned char oneByte)
{ //寫一個字節，高位在前，低位在后
unsigned char i;
CLK = 0;
Delay_us(1);
for (i = 0; i < 8; i++)
{
oneByte = oneByte << 1;
DIO = CY;
CLK = 0;
Delay_us(5);
CLK = 1;
Delay_us(5);
CLK = 0;
}
}
/*
unsigned char Scan_Key(void)
{ // 按鍵掃描
unsigned char i;
unsigned char rekey;
Start1650();
WrByte1650(0x49); //讀按鍵命令
Ask1650();
//DIO = 1;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
CLK = 1;
rekey = rekey << 1;
if (DIO)
{
rekey++;
}
Delay_us(5);
CLK = 0;
}
Ask1650();
Stop1650();
return (rekey);
}
*/
void Set1650(unsigned char add, unsigned char dat)
{ //數碼管顯示
//寫顯存必須從高地址開始寫
Start1650();
WrByte1650(add); //第一個顯存地址
Ask1650();
WrByte1650(dat);
Ask1650();
Stop1650();
}
// 初始化1650，傳入亮度參數，范圍0~7
void init1650(unsigned char light)
{
Set1650(0x48, ((light << 4) | 0x01));
}
// 數碼管顯示函數
void display(signed int num)
{
// 計算這個數字對應的千百十個位的數字
unsigned int tmpnum, qian, bai, shi, ge;
if (num < 0)
num = -num;
tmpnum = num;
qian = tmpnum / 1000;
tmpnum %= 1000;
bai = tmpnum / 100;
tmpnum %= 100;
shi = tmpnum / 10;
ge = tmpnum % 10;
Set1650(0x68, CODE[qian]);
Set1650(0x6A, CODE[bai]);
Set1650(0x6C, CODE[shi]);
Set1650(0x6E, CODE[ge]);
}
/************************************************************************************************
函數名稱：Encoder
函數功能：編碼器旋轉的掃描及處理
入口參數：無
出口參數：char型 0-無旋轉 'R'-正轉(向右轉) 'L'-反轉(向左轉)
************************************************************************************************/
unsigned char Encoder(void)
{
static bit Enc0 = 0;
static unsigned char EncOld, EncX = 0;
unsigned char EncNow;
encodera = 1; //PINA置高電平
encoderb = 1; //PINB置高電平
if (Enc0 == 0)
{
EncOld = (encodera ? 0x02 : 0x00) + (encoderb ? 0x01 : 0x00);
Enc0 = 1; //記住初次調用時編碼器的狀態
}
EncNow = (encodera ? 0x02 : 0x00) + (encoderb ? 0x01 : 0x00); //根據兩個IO當前狀態組合成16進制的0x00|0x01|0x02|0x03
if (EncNow == EncOld)
return (0); //如果新數據和原來的數據一樣(沒有轉動)就直接返回0
if (EncOld == 0x00 && EncNow == 0x02 || EncOld == 0x03 && EncNow == 0x01)
EncX = EncNow; //00-10|11-01
if (EncOld == 0x00 && EncX == 0x02 && EncNow == 0x03 || EncOld == 0x03 && EncX == 0x01 && EncNow == 0x00) //00-10-11|11-01-00右轉
{
EncOld = EncNow, EncX = 0;
return ('R'); //兩定位一脈沖
}
if (EncOld == 0x00 && EncNow == 0x01 || EncOld == 0x03 && EncNow == 0x02)
EncX = EncNow; //00-01|11-10
if (EncOld == 0x00 && EncX == 0x01 && EncNow == 0x03 || EncOld == 0x03 && EncX == 0x02 && EncNow == 0x00) //00-01-11|11-10-00左轉
{
EncOld = EncNow;
EncX = 0;
return ('L'); //兩定位一脈沖
}
return (0); //沒有正確解碼返回0
}
// 編碼器函數，用于設置t12的設定溫度
void bianmaqi()
{
unsigned char enc;
enc = Encoder(); //掃描編碼器,取得返回值
if (enc == 'R')
{
t12SetTemperature += 5;
if (t12SetTemperature > 500)
t12SetTemperature = 500;
isChangeTemperature = 1;
}
else if (enc == 'L')
{
t12SetTemperature -= 5;
if (t12SetTemperature < 10)
t12SetTemperature = 10;
isChangeTemperature = 1;
}
while (!encoderd)
{
push_last_time++;
Delay_ms(100);
}
if (push_last_time > 0 && push_last_time < 8)
{
push_last_time = 0;
Delay_ms(80); // 等待延時一段時間，看看有沒有第二次按下
while (!encoderd)
{
push_last_time++;
Delay_ms(100);
}
if (push_last_time > 0 && push_last_time < 8)
{
// 雙擊了編碼器按鈕，關閉電烙鐵輸出
t12SetTemperature = 10;
t12 = 0;
isChangeTemperature = 1;
}
else
{
// 短按一次編碼器按鈕，設定為300℃輸出
t12SetTemperature = 300;
isChangeTemperature = 1;
}
}
else if (push_last_time >= 8)
{
// 長按編碼器按鈕，設定為250℃輸出
t12SetTemperature = 250;
isChangeTemperature = 1;
}
if (isChangeTemperature)
{
// 如果有改變設置溫度，那么就要顯示新的設置溫度
setTempShowTime = 600;
}
push_last_time = 0;
}
// 該定時器初始化函數部分使用STC-ISP下載軟件生成，加入開啟中斷的寄存器賦值
void Timer0Init(void) //500微秒 0.5ms @12.000MHz
{
AUXR |= 0x80; //定時器時鐘1T模式
TMOD &= 0xF0; //設置定時器模式
TL0 = 0x90; //設置定時初值
TH0 = 0xE8; //設置定時初值
TF0 = 0; //清除TF0標志
ET0 = 1; //開啟定時器0中斷
TR0 = 1; //定時器0開始計時
EA = 1; // CPU總中斷允許控制位
}
//定時0中斷函數，每隔0.5ms執行一次
void timer0(void) interrupt 1
{
bianmaqi(); // 調用編碼器函數，獲取編碼器當前狀態（左旋，右旋，短按，長按）
if (heat_time_count < need_heat_time)
{
// 如果當前還沒完成需要加熱的時長，就控制t12加熱
t12 = 1;
heat_time_count++;
}
else
{
// 已經完成相應的加熱時長，調用PID函數獲取下一個需要的加熱數
t12 = 0;
getT12Temperature(); // 獲取當前T12的溫度
positionalPID(t12SetTemperature, t12ActualTemperature); // 更新當前需要加熱的時間計數
heat_time_count = 0; //重新開始統計加熱時長
}
if (setTempShowTime > 0)
{
// 還沒顯示夠顯示設置溫度的時長，需要繼續顯示，這里用7開頭表示顯示設定溫度
display(t12SetTemperature + 7000);
setTempShowTime--;
// 已經顯示了設置溫度了，那么要把這個更改過設置溫度的標志開關關閉
isChangeTemperature = 0;
}
else
{
if (actualTempShowTime < 2)
{
display(t12ActualTemperature); // 顯示當前的t12實際溫度
actualTempShowTime = 250;
}
actualTempShowTime--;
}
}
void main()
{
initIO(); // 初始化IO口
t12 = 0;
init1650(1); // 初始化TM1650顯示
initADC(); // 初始化ADC
getSystemVoltage(); //檢測單片機電源電壓
getInputVoltage(); //檢測輸入電壓
// 顯示輸入電壓，這里的7123和7456僅僅只是用于標識顯示什么內容，畢竟沒有OLED屏幕這么高大上可以顯示很多內容
……………………
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