【正文】 更重要得是，我從她那里不僅學(xué)習(xí)到知識(shí)，而且掌握了許多學(xué)習(xí)方法，增長(zhǎng)了學(xué)習(xí)的能力。本論文是我三個(gè)月來(lái)不斷努力的成果。因此，在設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，要不要數(shù)字濾波，或者到底采用哪一種形式的濾波方法，一定要根據(jù)實(shí)驗(yàn)后確定，絕對(duì)）47不能照搬硬套。 幾種濾波方法的比較以上介紹了幾種常用的數(shù)字濾波程序。如果相鄰兩次采樣值最大變化范圍不超過(guò)04H，取反為即為0FBH。它具有計(jì)算方便、速度快、需存儲(chǔ)容量小等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。各加權(quán)系數(shù)用一個(gè)表格存放在 ROM 中?；瑒?dòng)平均值法采用隊(duì)列作為測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，隊(duì)列的隊(duì)長(zhǎng)固定為 N，每進(jìn)行一次新的測(cè)量，把測(cè)得的結(jié)果放入隊(duì)尾，而扔掉原來(lái)隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù)，這樣在隊(duì)列始終有 N 個(gè)最新的數(shù)據(jù)。二是選取適當(dāng)?shù)?x、y 的數(shù)據(jù)格式。因此，采用算術(shù)平均法后，使信噪比提高了倍。數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):（1）數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。在 T0 中斷服務(wù)程序中，8051 把計(jì)算出的 PID 值得補(bǔ)碼送入 TL0，使 置為高電平“1”狀態(tài)和啟動(dòng) T1 工作，另一方面是進(jìn)行溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換、把本次采樣的溫度值放入顯示緩沖區(qū)和調(diào)用溫度顯示程序，然后等待 T1中斷，并在該中斷服務(wù)程序中使 復(fù)位成低電平“0”狀態(tài)，以便在 引腳上形成一個(gè)正控制脈沖，控制加在可控硅管控制板上過(guò)零同步脈沖個(gè)數(shù)，達(dá)到對(duì)爐內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)。TD= TK 為純比例作用下的臨界周期?？刂扑惴ㄍǔＪ蔷幊上鄳?yīng)的程序存儲(chǔ)起來(lái)，一旦微型機(jī)投入運(yùn)行就需要執(zhí)行這些程序。系統(tǒng)由 8051 經(jīng)數(shù)據(jù)總線(xiàn)將要顯示的電阻爐的溫度的數(shù)據(jù)傳遞給 8255，經(jīng) 8255 實(shí)現(xiàn)溫度的顯示。為了達(dá)到過(guò)零觸發(fā)的目的，需要交流電過(guò)零檢測(cè)電路，此電路輸出對(duì)應(yīng)于50Hz 交流電壓過(guò)零時(shí)刻的脈沖，作為觸發(fā)雙向可控硅的同步脈沖，使可控硅在交流電壓過(guò)零時(shí)刻觸發(fā)導(dǎo)通，電路如 39 圖所示：）31圖 39 溫度控制電路在上圖中電壓表較器 LM311 用于把 50Hz 正弦交流電壓變成方波。AD 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過(guò) P0 數(shù)據(jù)總線(xiàn)連至 8051，由于我們只使用了 8 位數(shù)據(jù)口，12 位數(shù)據(jù)分兩次讀進(jìn) 8051，所以 R/ 接地。只有 CS 和 CE 同時(shí)有效，AD574A 才能工作。? 輸入模擬信號(hào)范圍可為 0～＋10V，0～＋20V，也可以雙極性177。圖 35 中給出了 K 型熱電偶產(chǎn)生的對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)冷端的溫電勢(shì)，由此圖可知，K 型熱電偶在 0℃時(shí)的輸出為 0mV，1000℃時(shí)的輸出為 。 8051 單片機(jī)的時(shí)鐘和復(fù)位電路外圍復(fù)位電路選用了按鍵復(fù)位電路，電路圖如圖 31 所示：）23 圖 31 復(fù)位電路在復(fù)位結(jié)束時(shí)，I/O 引腳都復(fù)位為“1” ，在振蕩器工作時(shí)，保持 RST 連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期為高電平就實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。3．指令系統(tǒng)近乎完善指令系統(tǒng)中包含了全面的數(shù)據(jù)傳送指令、完善的算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令、方便的邏輯操作和控制指令、對(duì)于編程來(lái)說(shuō)，是相當(dāng)靈活和方便的。在方式 1 下，8255A 的 A 口和 B 口通常用于傳送和它們相連外設(shè)的 I/O數(shù)據(jù)，C 口用作 A 口和 B 口的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)中斷方式傳送 I/O 數(shù)據(jù)。A組控制 PA 口和 PC 口的上半部（PC7～PC4） ；B 組控制 PB 口和 PC 口的下半部（PC3～PC0） ，并可根據(jù)“控制字”對(duì)端口的每一位實(shí)現(xiàn)按位“置位”或“復(fù)位” 。8255A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括三個(gè)并行數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，二個(gè)工作方式控制電路，一個(gè)讀/寫(xiě)控制邏輯電路和 8 位數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器。CSPA3 PA42 51 6PA0 PA7RD WRCS ESTGN D0A1 10 2PC7 D36 45 5PC4 D63 72 VcPC1 PB70 6B 5P1 PB42 385A12345678912134516781920 2124532829034353890）19：讀出信號(hào)線(xiàn)，低電平有效，控制數(shù)據(jù)的讀出。利用人的視覺(jué)暫留功能可以看到整個(gè)顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。(a)共陰極 (b)共陽(yáng)極 圖 24 8 段 LED 結(jié)構(gòu)及外形表 21 8 段 LED 段碼）17LED 的顯示方式有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。常用的 LED 顯示器有 7 段和“米”字段之分。列線(xiàn)電平如果為低電平，則行線(xiàn)電平為低電平，列線(xiàn)電平如果為高電平，則行線(xiàn)電平為高電平。當(dāng)?shù)?1 列仍處于高電平狀態(tài)；而當(dāng)?shù)?2 列為低電平，而其余各列為高電平時(shí)，同樣我們會(huì)發(fā)現(xiàn)第 1 行仍處于高電平狀態(tài)；直到讓第 4 列為低電平，其余各列為高電平時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí) 3 號(hào)鍵被按下，所以第 1 行的電平將由高電平轉(zhuǎn)換到第 4 列所處的低電平，據(jù)此可判斷第 1 行第 4 列交叉點(diǎn)處的按鍵，即 3 號(hào)鍵被按下。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線(xiàn)信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。 矩陣式鍵盤(pán)接口鍵盤(pán)上閉合鍵的識(shí)別是由專(zhuān)用硬件實(shí)現(xiàn)的，稱(chēng)為編碼鍵盤(pán)，靠軟件實(shí)現(xiàn)的稱(chēng)為非編碼鍵盤(pán)。由于 AD574A 片內(nèi)包含高精度的參考電壓和時(shí)鐘電路，這使它在不需要任何外部電路和時(shí)鐘信號(hào)的情況下完成一切 A/D 轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用非常方便 [1]。此外，它的應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，外圍元件性能要求不高，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換速度高，且價(jià)格低廉，因此 V/F 轉(zhuǎn)換技術(shù)廣泛用于 A/D 過(guò)程中。模擬集成電路品種繁多，其中集成運(yùn)算放大電路（簡(jiǎn)稱(chēng)集成運(yùn)放）具有通用性強(qiáng)，使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，獲得了廣泛的應(yīng)用。通常必須把它們放大到一定的數(shù)量級(jí)，才能被數(shù)字儀表或傳統(tǒng)的指針式儀表顯示出來(lái)。熱電偶標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)從 1988 年 1 月 1 日起制定，熱電偶和熱電阻全部按 IEC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定 B、S、K、E、J 等幾種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。常用的熱電偶從50℃～+1600℃均可持續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢錸）。 集成溫度傳感器集成溫度傳感器是把溫度傳感器與放大電路等后續(xù)，利用集成化技術(shù)制作在同一芯片的功能器件。各種不同的物體有著不同的溫度范圍，從總體來(lái)說(shuō)，溫度分布范圍極廣，加上被控對(duì)象的種類(lèi)繁多，雖然溫度的傳感器種類(lèi)很多，但至今沒(méi)有一種溫度傳感器能覆蓋整個(gè)溫度范圍，而又能滿(mǎn)足一定的測(cè)量精度。為了便于與上級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)成兩級(jí)控制系統(tǒng)，在單片機(jī)控制系統(tǒng)中還加入了通信功能。通常都是選用雙向可控硅來(lái)實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié),這樣能更好的控制溫度，提高精度。本文提出的爐溫控制系統(tǒng)采用高精度放大器及 A/D 轉(zhuǎn)換器以獲得較高的測(cè)溫精度，并采用溫度傳感器對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償，利用單片機(jī) 8051 實(shí)現(xiàn)控制算法，按設(shè)定值、所測(cè)溫度值、溫度變化速率，自動(dòng)進(jìn)行 P 參數(shù)自整定和運(yùn)算，按程序設(shè)定溫度曲線(xiàn)升溫，具有鍵盤(pán)輸入及顯示功能，使用雙向?qū)煽毓鑼?shí)現(xiàn)加熱功率的控制，顯著提高了測(cè)量精度。但是，常規(guī) PID 調(diào)節(jié)三個(gè)參數(shù)的整定一般需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員來(lái)完成，步驟繁瑣復(fù)雜，既耗時(shí)又耗力。它結(jié)構(gòu)靈活，不僅可以采用常規(guī)的 PID 調(diào)節(jié)，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用各種 PID的變種，如 PI、 PD 控制，不完全微分控制，積分分離式 PID 控制，帶死區(qū)的）4PID 控制，變速積分 PID 控制，比例 PID 控制等等。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)之一是不依賴(lài)于控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，它是通過(guò)學(xué)習(xí)，將輸入與輸出以權(quán)值的方式編碼，將它們關(guān)聯(lián)起來(lái)，但以網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)權(quán)值難以理解為代價(jià)換取的，從權(quán)值很難知道網(wǎng)絡(luò)編碼的內(nèi)容是什么。在鋼鐵工業(yè)、金屬制品和窯業(yè)等高能耗部門(mén)，隨著深度加工、高質(zhì)量產(chǎn)品和陶瓷材料等的開(kāi)發(fā)，加上對(duì)節(jié)能和對(duì) CO2等的控制，電阻加熱爐比重亦將擴(kuò)大。溫度以往多采用常規(guī)儀表加接觸器式的斷續(xù)控制，存在不少固有的缺點(diǎn)。電阻加熱爐是熱處理生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的加熱設(shè)備，這樣在加熱時(shí)均溫過(guò)程的測(cè)量與控制就成為關(guān)鍵性的技術(shù)，促使人們更加積極地研究控制熱加工工藝過(guò)程的方法。 電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)的目的和意義在工業(yè)領(lǐng)域，如冶金、機(jī)械、建材及化工等部門(mén)，都大量使用各種爐窯，如用于熱處理的加熱爐，用于熔化金屬的塔鍋電阻爐等。同時(shí)對(duì)加熱質(zhì)量較易控制和保證，可按需要進(jìn)行整體、局部或表面加熱，從而質(zhì)量高和熱效率高。另外，量化因子和比例因子的選擇也影響著整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)，這些因素致使簡(jiǎn)單模糊控制器存在一些缺陷。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從模仿人腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)，試圖在模擬推理、自動(dòng)學(xué)習(xí)等方面更接近人腦的自組織和并行處理能力，它在模式識(shí)別、聚類(lèi)分析和專(zhuān)家系統(tǒng)等方面已顯出很好的前景。與常規(guī) PID 三個(gè)參數(shù)調(diào)整相比，省時(shí)、高效，為實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的自整定控制帶來(lái)方便。在模擬控制系統(tǒng)中，其過(guò)程控制是將被測(cè)參數(shù)，如溫度、壓力、流量、成分、液位等由傳感器變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后輸入調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中與給定值進(jìn)行比較，再把比較出的差值經(jīng) PID 運(yùn)算后送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變進(jìn)給量，以達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。此方法存在某些固有的缺點(diǎn)，如溫度與儀表值不符，溫度延遲等問(wèn)題。溫度檢測(cè)主要由溫度傳感器構(gòu)成，根據(jù)精度及測(cè)量范圍的要求選擇也不同，可以是熱電偶式的，也可以是熱電阻式的，還可以是熱敏電阻或集成溫度傳感器器件的等等。，如 400℃～1000℃，這就涉及到測(cè)溫元件、電爐功率等的選擇。8051 是 MCS51 系列單片機(jī)中的代表產(chǎn)品，它內(nèi)部集成了功能強(qiáng)大的中央PID調(diào) 節(jié) 被 控 過(guò) 程執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)溫 度 檢 測(cè) 與 變 送eWY+ 溫 度）8處理器，包含了硬件乘除法器、21 個(gè)專(zhuān)用控制寄存器、4kB 的程序存儲(chǔ)器、128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、4 組 8 位的并行口、兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器、一個(gè)全雙工的串行口以及布爾處理器 [3]。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其優(yōu)點(diǎn)是：①測(cè)量精度高。 2．熱電偶的種類(lèi)及結(jié)構(gòu)形成 （1）熱電偶的種類(lèi) 常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類(lèi)。本設(shè)計(jì)要求的測(cè)溫范圍在 0℃～1000℃，溫度較高，因此選擇熱電偶中的 K 型熱電偶來(lái)測(cè)溫，可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，所以溫度傳感器選擇熱電偶 [10]。集成電路實(shí)現(xiàn)了材料、元器件、電路三者的有機(jī)結(jié)合。其特點(diǎn)是精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、價(jià)格低廉。AD574A 是美國(guó)模擬器件公司（Analog Devices） 生產(chǎn)的 12 位逐次逼近型快速 A/D 轉(zhuǎn)換器。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)單。列線(xiàn)的電平如果為低，則行線(xiàn)電平為低；列線(xiàn)的電平如果為高，則行線(xiàn)的電平亦為高。所以，行線(xiàn)處于低電平只能得出某行有鍵被按下的結(jié)論。按鍵設(shè)置在行列線(xiàn)交點(diǎn)上，行列線(xiàn)分別接到按鍵開(kāi)關(guān)兩端。LED 顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出器件。同樣，共陽(yáng)極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，通常此公共陽(yáng)極接正電壓，）16abgdp… abgdp…＋ 5V當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。在單片機(jī)串行口方式 0 應(yīng)用中，也是采用靜態(tài)顯示方法。 接口芯片 8255A8255A 是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程并行 I/O 芯片，它具有 3 個(gè) 8 位的并行 I/O口，三種工作方式，可通過(guò)編程改變其功能，因而使用方便靈活，通用性強(qiáng)，可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時(shí)的中間接口電路。PC7～PC0：C 口輸入/輸出線(xiàn)。3)PC 口：一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存器；一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（輸入不鎖存）。在方式 0 下，MCS51 單片機(jī)可對(duì) 8255A 進(jìn)行 I/O 數(shù)據(jù)的無(wú)條件傳送，因此 8255A 是方式 0 屬于基本輸入/輸出方式。此外，MCS51 采用模塊化結(jié)構(gòu)，可方便地增刪一個(gè)模塊就可引腳和指令兼容的新產(chǎn)品。因此，在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，使用單片機(jī)是最理想的選擇。）24 8051 單片機(jī)的引腳圖圖 33 單片機(jī)引腳圖 前向通道的設(shè)計(jì)在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，前向通道是指單片機(jī)對(duì)被控參數(shù)的輸入通道。1LSB；AD574AK 為177。? 需三組電源：177。 　A0 轉(zhuǎn)換位數(shù)控制信號(hào)。溫度控制電路采用可控硅調(diào)功率方式。在本系統(tǒng)中字位是由 8255 的 PA0PA3控制的， 。位選控制 I/O 決定哪個(gè)數(shù)碼管工作，從而完成數(shù)據(jù)的顯示。本系統(tǒng)是對(duì)電阻爐溫度控制，電阻爐爐溫控制是這樣一個(gè)反饋調(diào)節(jié)過(guò)程:比較實(shí)際爐溫和需要爐溫得到偏差，通過(guò)對(duì)偏差的處理獲得控制信號(hào)，再去調(diào)節(jié)爐子的加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。，為了保證運(yùn)算精度把單字節(jié) 8 位的輸入采樣值 U(1)和給定值Umax及 Umin都變成雙字節(jié) 16 位進(jìn)行計(jì)算，最后將運(yùn)算結(jié)果取成 8 位有效值輸出。對(duì)于這類(lèi)信號(hào)，可以采用積分時(shí)間等于 20ms整數(shù)倍的雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，能有效的消除其影響。 數(shù)字濾波的常用方法（1）算術(shù)平均濾波程序算術(shù)平均法是輸入一次采樣的 N 個(gè)數(shù)據(jù) Xi (1 為 1N).并尋找這樣一個(gè) y,使 y 與各采樣值之間的偏差的平方和為最小，即）43 （）由一元函數(shù)求極值原理可得