【正文】 } } include u16 Results[32]={ 0 }。 } //每 2S 計算進行一次 PID 運算 if((Counter%20)==1) { LED7_Rollback。//系統(tǒng)運行指示燈 Parameter_Show( )。 ( Last_Error =0 )) { I_OUT=0。 if( ( Current_Error = ) amp。// 存儲誤差更新 Last_Error = Current_Error。 //溫度擬合 (二次函數(shù) ) Temp1=Value*A_para。 P6SEL |= 0x01。 Channel[0] = SREF_1+INCH_0。 SPI_LCD_Show_Float( 165,20,I,0,RED,16)。 Set_Temp = Operating_Paramrter[4] 。//P_OUT Operating_Paramrter[6] = I_OUT。//PID_OUT Operating_Paramrter[9] = AD_Result。 OFIFG))。 /*選擇系統(tǒng)主時鐘為 8MHz*/ BCSCTL1 amp。在完成對系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計之后，對系統(tǒng)進行了進一步的調(diào)試，通過調(diào)節(jié) PID 參數(shù)和設(shè)定溫度值，并在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行了進一步的改進和優(yōu)化，最終達到了預(yù)期的要求。動態(tài)時，積分控制常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降 Ti值太小，系統(tǒng)不穩(wěn)定， Ti 值偏小，容易引起系統(tǒng)振蕩， Ti 值太大，對系統(tǒng)的影響將消弱，穩(wěn)態(tài)時，積分控制可以消除系統(tǒng)靜態(tài)誤差，提高系統(tǒng)精度，但 Ti 值太大時，因積分控制作用的削弱，反而不能減小穩(wěn)態(tài)誤差；微分時間 Td 對系統(tǒng)性能的主要作用是減小超調(diào)量、縮短調(diào)節(jié)時間、允許加 強比例控制，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度和改善動態(tài)特性等。 } } 溫度擬合程序 將采集的溫度數(shù)值與模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進行擬合和標度變換，程序如下： float Scale_Conv( u16 Value) { float Temp1=0,Temp2=0。 UTXIFG0))。// 8bit character UTCTL0 |= SSEL0。//PWM 中斷周期 TBCCR1=4000。 } 定時器設(shè)置程 序 設(shè)定定時器 A控制寄存器使能中斷，設(shè)置 CCR0 初值 ,及 100 毫秒中斷一次，計數(shù)器基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設(shè)計 14 計數(shù)設(shè)置為加模式初始化定時器 B，函數(shù)設(shè)置 PWM 中斷周期， PWM 低電平時間，設(shè)置 PWMIO口和 PWM 低電平時間。i n。 while(1) { LED8_Rollback。amp。 if( I_OUTPID_I_MIN ) I_OUT = PID_I_MIN。// 誤差積分 Prev_Error = Last_Error。//MCLK 和 SMCLK 選擇高頻晶振 PID 算法程序 本 PID 算法程序采用位置式控制算式，由于在測試 過程中發(fā)現(xiàn)溫度曲線波動較大且出現(xiàn)毛刺，所以在原有的完全微分的基礎(chǔ)上改進為不完全微分，因為完全微分 PID 是一次微分作用，而不完全微分 PID 是分幾次輸出微分作用。//打開 XT2 高頻晶體振蕩 do { IFG1 amp。所以用 MSP430 驅(qū)動繼電器，通過控制繼電器的開關(guān)，再用繼電器控制接觸器的開關(guān)，實現(xiàn)溫度控制。模擬量采樣通道流程圖如圖 4 所示： 圖 4 模擬量采樣通道流程圖 基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設(shè)計 8 前置放大器 前置放大器的任務(wù)是將模擬輸入小信號放大到 A/D 轉(zhuǎn)換的的量程范圍之內(nèi)；對單純的微弱信號，可用一個運算放大器進行單端同向放大或單端反向放大， OP07 芯片是一 種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。此外，改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種。首先 MSP430 單片機的電源電壓采用的是 其次 MSP430 有多個時鐘源：內(nèi)部 DCO 振蕩器和外部高速、低速晶體振蕩器；MSP430 單片機是一個 16 位的單片機，采用了精簡指令集結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式、簡潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令，大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可以參加多 種運算； MSP430 單片機都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。中斷向量寄存器 TAIV 用來確定基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設(shè)計 5 哪一個產(chǎn)生了中斷請求，讀取該寄存器的值就可以確定發(fā)生了什么中斷。 (1)串口初始化 通用同步 /異步收發(fā)器采用一個硬件，支持兩種通用串行總線模式。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且 易受溫漂等干擾因素影響；數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將 Pt100 的電阻值和溫度對應(yīng)起來后存入 EEPROM 中，根據(jù)電路中實測的 AD 值以查表方式計算相應(yīng)溫度值；或者有 MATLAB 對阻值和溫度值進行最小二乘法多項式擬合，其精度可以控制在 %以下 [2]。熱電阻和熱電偶是工業(yè)過程溫度測 量中最常用的溫度傳感器。 第 4 章：系統(tǒng)軟件設(shè)計。 在 MSP430 單片機中設(shè)計參數(shù)自整定 PID 算法用來對電加熱鍋爐進行控制。但是一般的自動化產(chǎn)品主要用 8位單片機，這對于控制算法設(shè) 計和數(shù)據(jù)運算來說是不方便的。position type temperature PID algorithm。在 MATLAB 中通過一元二次方程進行溫度數(shù)據(jù)擬合，把擬合結(jié)果在MSP430 中編程進行溫度數(shù)據(jù)標度變換， 上位機向 MSP430 發(fā)送溫度設(shè)定值和 PID 參數(shù)，根據(jù)組態(tài)王軟件監(jiān)控結(jié)果對算法進行分析和改進，加入不完全微分和積分分離程序。由于 PID控制器算法簡單、效果好，因而被廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機械、熱工和輕工等工業(yè)過程控制系統(tǒng)中。 PID 是過程控制中最基本、最常用、最重要的控制算法。分別涉及系統(tǒng)的主要工作原理、系統(tǒng)整體設(shè)計方案、關(guān)鍵技術(shù)分析。 自我編寫單極性 PID 算法，使用開環(huán)響應(yīng)曲線法來確定 PID 的參數(shù)。鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器 ,由于其測量準確度高、測量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等 ,被廣泛用于中溫 (200℃～ 650℃ )范圍的溫度測量中。只有全部使用精度很高、溫漂極小的元件 , 才有可能滿足系統(tǒng)的測量精度要求 ,這在工程上實現(xiàn)起來有一定的難度。 (2)定時器初始化 ?計數(shù)模式設(shè)置； ?捕捉和比較模式設(shè)置； ?中斷設(shè)置； (3)A/D 初始化 ?選擇 ADC 轉(zhuǎn)換時鐘； ? 參考電壓設(shè)置； 基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設(shè)計 4 ?轉(zhuǎn)換模式設(shè)置； 前向模擬量采集通道原理圖如圖 1 所示： 圖 1 前向模擬量采集通道原理圖 前向模擬量采集通道包括多路模擬開關(guān)、前置放大器、采樣保持器、 A/D 轉(zhuǎn)換器。一般最小幀為 9 位，最大為 13 位； MSP430 的波特率發(fā)生器是根據(jù)波特率選擇寄存器 UBR 和調(diào)整寄存器 UM 來產(chǎn)生的串行數(shù)據(jù)位，因此在設(shè)置上非常靈活，波特率 =模塊時鐘 /分頻因子 =UBR+UM/8，波特率指每秒傳送的位，分頻因子是指在特定的波特率下，每傳送一位數(shù)據(jù)需要 的時鐘周期 [7]。 電源管理是指如何將電源有效分配給系統(tǒng)的不同組件。本設(shè)計 采用 CD4051，結(jié)構(gòu)原理圖如下圖所示?？傊?，保持器在采樣期間，不啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器，而一旦進入保持期間，則立即啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器，從而保證 A/D 轉(zhuǎn)換時的模擬輸入電壓恒定，以確保 A/D 轉(zhuǎn)換精度。 IAR EWARM 的主要特點如下： 高度優(yōu)化的 IAR ARM C/C++ Compiler IAR ARM Assembler 一個通用的 IAR XLINK Linker IAR XAR 和 XLIB 建庫程序和 IAR DLIB C/C++運行庫 功能強大的編輯器 項目管理器 命令行實用程序 IAR CSPY 調(diào)試器 (先進的高級語言調(diào)試器） 基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設(shè)計 10 溫度控制程序設(shè)計 程序流程圖如圖 8 所示： 圖 8 程序流程圖 單片機將模擬量前向通道采集的模擬量數(shù)據(jù)進行 A/D 轉(zhuǎn)換，進入 ADC 模塊中斷轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，利用 Modbus 通訊協(xié)議采用異步通訊的方式與上位機實現(xiàn)通訊，將當(dāng)前溫度反映到組態(tài)界面中，并通過比較當(dāng)前溫度與設(shè)定溫度之間的關(guān)系進行 PID 運算，之后通過設(shè)定定時器 A 和定時器 B 輸出 PWM 波實現(xiàn)控制功能 [10]。//等待 8MHz 晶體起振 } while ((IFG1 amp。為了改進控制性能可采用積分分離的方法，即在受控變量開始跟蹤時，取消積分作用，偏差小于某一設(shè)定值時，才產(chǎn)生積分作用，程序如下： void PIDCalc(void) { float Rate。 P_OUT = P * Gain * Current_Error 。amp。 if ( PID_OUT = PWM_DATA_MIN ) PID_OUT = PWM_DATA_MIN。 ADC12CTL0 = ADC12ON + MSC + SHT0_0 + REFON + REF2_5V。 } else { ADC12CTL1 |= CONSEQ_1。//計數(shù)器加模式 } void TimerB_Init(void) { TBCTL=TBSSEL_1+TBCLR+MC0+ID_3。// Stop WDT P3SEL |= 0x30。= ~SWRST。//發(fā)送一個換行 } void PutString(uchar *ptr) { while(*ptr != 39。 } 5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 5 .1 系統(tǒng)整體的調(diào)試和結(jié)果 MODBUSASCII 的調(diào)試 調(diào)試思路是用串口模擬上位機，按照 MODBUSASCII 上位機的數(shù)據(jù)格式，給下位機（ MSP430）發(fā)送數(shù)據(jù)，觀察 MSP430 能否正確應(yīng)答，如果能正確應(yīng)答，就可以讓 MSP430直接和上位機通信。在課題開始之后，首先確立了總體的設(shè)計框架和設(shè)計思路，在此基礎(chǔ)上，完成了對各個模塊的硬件設(shè)計。 float Sum_Error=0,Prev_Error=0。 i 0。//D Operating_Paramrter[3] = Pre_Temp。 Operating_Paramrter[3] = Pre_Temp。//PWM_Duty } void Writer_Data_to_Slave( ) { P = Operating_Paramrter[0] 。 SPI_LCD_ShowString( 5,62,Set_Temp:,0, RED,16 )。 } void Frame_Show(void) { Para_Speci_Show( )。 TA_Init( )。//開總中斷 基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設(shè)計 25 Parameter_Init()。//誤差變化率 Current_Error = Set_Temp Pre_Temp 。 /*比例項 */ I_OUT = I * Gain * Sum_Error 。 ( Last_Error =55)) { I_OUT=I_OUT * 。 if( Set_Temp Pre_Temp =10) PID_OUT=16383。 //因為系統(tǒng)在初始化時已經(jīng)進行過初始化采樣計算，所以每一次 讀取值為上一次采樣值 Sum_Value+=AD_Result。//一個控制周期內(nèi)共計算 4 次 } //每 4S 進行一次 PID 運算結(jié)果輸出 if(Counter==40) { TimerB_Duty((u16)PID_OUT)。具體如下： SREFx Bits 64 Select reference 000 VR+ = AVCC and VR. = AVSS 001 VR+ = VREF+ and VR. = AVSS 010 VR+ = VeREF+ and VR. = AVSS 011 VR+ = VeREF+ and VR. = AVSS 100 VR+ = AVCC and VR. = VREF./ VeREF.