STC15W408AS单片机白光T12控制器，附带原理图和源代码 -

/**
布满星星的天空 CZS 编写
*/
#include <STC15.h>
#include <intrins.h>
#include <math.h>
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
CLK = 1;
DIO = 0;
Delay_us(5);
DIO = 1;
Delay_us(5);
}
void WrByte1650(unsigned char oneByte)
{ //写一个字节，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)
{ // 按键扫描
unsigned char i;
unsigned char rekey;
Start1650();
WrByte1650(0x49); //读按键命令
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)
{ //数码管显示
//写显存必须从高地址开始写
Start1650();
WrByte1650(add); //第一个显存地址
Ask1650();
WrByte1650(dat);
Ask1650();
Stop1650();
}
// 初始化1650，传入亮度参数，范围0~7
void init1650(unsigned char light)
{
Set1650(0x48, ((light << 4) | 0x01));
}
// 数码管显示函数
void display(signed int num)
{
// 计算这个数字对应的千百十个位的数字
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]);
}
/************************************************************************************************
函数名称：Encoder
函数功能：编码器旋转的扫描及处理
入口参数：无
出口参数：char型 0-无旋转 'R'-正转(向右转) 'L'-反转(向左转)
************************************************************************************************/
unsigned char Encoder(void)
{
static bit Enc0 = 0;
static unsigned char EncOld, EncX = 0;
unsigned char EncNow;
encodera = 1; //PINA置高电平
encoderb = 1; //PINB置高电平
if (Enc0 == 0)
{
EncOld = (encodera ? 0x02 : 0x00) + (encoderb ? 0x01 : 0x00);
Enc0 = 1; //记住初次调用时编码器的状态
}
EncNow = (encodera ? 0x02 : 0x00) + (encoderb ? 0x01 : 0x00); //根据两个IO当前状态组合成16进制的0x00|0x01|0x02|0x03
if (EncNow == EncOld)
return (0); //如果新数据和原来的数据一样(没有转动)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右转
{
EncOld = EncNow, EncX = 0;
return ('R'); //两定位一脉冲
}
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左转
{
EncOld = EncNow;
EncX = 0;
return ('L'); //两定位一脉冲
}
return (0); //没有正确解码返回0
}
// 编码器函数，用于设置t12的设定温度
void bianmaqi()
{
unsigned char enc;
enc = Encoder(); //扫描编码器,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); // 等待延时一段时间，看看有没有第二次按下
while (!encoderd)
{
push_last_time++;
Delay_ms(100);
}
if (push_last_time > 0 && push_last_time < 8)
{
// 双击了编码器按钮，关闭电烙铁输出
t12SetTemperature = 10;
t12 = 0;
isChangeTemperature = 1;
}
else
{
// 短按一次编码器按钮，设定为300℃输出
t12SetTemperature = 300;
isChangeTemperature = 1;
}
}
else if (push_last_time >= 8)
{
// 长按编码器按钮，设定为250℃输出
t12SetTemperature = 250;
isChangeTemperature = 1;
}
if (isChangeTemperature)
{
// 如果有改变设置温度，那么就要显示新的设置温度
setTempShowTime = 600;
}
push_last_time = 0;
}
// 该定时器初始化函数部分使用STC-ISP下载软件生成，加入开启中断的寄存器赋值
void Timer0Init(void) //500微秒 0.5ms @12.000MHz
{
AUXR |= 0x80; //定时器时钟1T模式
TMOD &= 0xF0; //设置定时器模式
TL0 = 0x90; //设置定时初值
TH0 = 0xE8; //设置定时初值
TF0 = 0; //清除TF0标志
ET0 = 1; //开启定时器0中断
TR0 = 1; //定时器0开始计时
EA = 1; // CPU总中断允许控制位
}
//定时0中断函数，每隔0.5ms执行一次
void timer0(void) interrupt 1
{
bianmaqi(); // 调用编码器函数，获取编码器当前状态（左旋，右旋，短按，长按）
if (heat_time_count < need_heat_time)
{
// 如果当前还没完成需要加热的时长，就控制t12加热
t12 = 1;
heat_time_count++;
}
else
{
// 已经完成相应的加热时长，调用PID函数获取下一个需要的加热数
t12 = 0;
getT12Temperature(); // 获取当前T12的温度
positionalPID(t12SetTemperature, t12ActualTemperature); // 更新当前需要加热的时间计数
heat_time_count = 0; //重新开始统计加热时长
}
if (setTempShowTime > 0)
{
// 还没显示够显示设置温度的时长，需要继续显示，这里用7开头表示显示设定温度
display(t12SetTemperature + 7000);
setTempShowTime--;
// 已经显示了设置温度了，那么要把这个更改过设置温度的标志开关关闭
isChangeTemperature = 0;
}
else
{
if (actualTempShowTime < 2)
{
display(t12ActualTemperature); // 显示当前的t12实际温度
actualTempShowTime = 250;
}
actualTempShowTime--;
}
}
void main()
{
initIO(); // 初始化IO口
t12 = 0;
init1650(1); // 初始化TM1650显示
initADC(); // 初始化ADC
getSystemVoltage(); //检测单片机电源电压
getInputVoltage(); //检测输入电压
// 显示输入电压，这里的7123和7456仅仅只是用于标识显示什么内容，毕竟没有OLED屏幕这么高大上可以显示很多内容
……………………
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