【正文】 ..............................................................26 T1中斷程序 ......................................................................................................29 采樣子程序 .......................................................................................................30 數(shù)字濾波子程序 ................................................................................................31 PID算法程序 .....................................................................................................32 溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換程序 .............................................................................................35 第四章 系統(tǒng)軟件的匯編與調(diào)試 ..................................................................................................38 KEIL的使用 .................................................................................................................38 源文件的建立 ......................................................................................................38 編譯、連接 .........................................................................................................38 結(jié)論 ............................................................................................................................................39 致謝 ............................................................................................................................................40 參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................................41 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 1 緒論 問題的提出 在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度、壓力，流量和液位是四種最常見的過程變量。 這個(gè)系統(tǒng)分為硬件和軟件兩大部分，其中硬件部分包括溫度檢測 .轉(zhuǎn)換部分的 K 型 鎳鉻 鎳鋁熱電偶，變送器 ，控制部分的 C8051F060 單片機(jī)套件模塊，以及執(zhí)行部分的固態(tài)繼電器等。 我們將熱電偶、輸入輸出通道、單片機(jī)模塊等環(huán)節(jié)構(gòu)成一個(gè)溫度單回路數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)。 對(duì)于溫度控制系統(tǒng)，較 為傳統(tǒng)的是實(shí)驗(yàn)室人員根據(jù)材料的燒成制度來調(diào)節(jié)電爐的輸出電壓以實(shí)現(xiàn)對(duì)電爐的溫度控制。 控制精度為 177?？販胤秶?室溫 ～ 500℃，控制精度：177。 因而掌握開發(fā)過程非常容易 。 圖 2－ 2 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖 （ 1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器。 （ 2）程序存儲(chǔ)器 C8051F060單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器為 64KB 的 Flash 存儲(chǔ)器，它能以 512 字節(jié)為扇區(qū)實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程，無需提供片外專用編程電壓，其中從 0xFC00~0xFFFF 的 1024 字節(jié)為保留區(qū)。該 ADC工作在 500ksps的最大采樣速率時(shí)可提供真正的 8 位精度。 （ 1） 多路模擬開關(guān)切換電路 因?yàn)?C8051F060 只有 2 路高速 A／ D 轉(zhuǎn)換器，而實(shí)際上有 4 路模擬量需要采集，故需要一個(gè)多路模擬切換開 關(guān)。圖 6 為其中一路模擬運(yùn)算放大電路。 當(dāng)作為計(jì)數(shù)器時(shí)計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器寄存器在選擇的輸入引腳 P04/T0,P05/T1,P06/T2每 1次從高到低跳變都加 1對(duì)事件計(jì)數(shù)的最大 頻率為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的 1/4輸入信號(hào)不必是階段性的但是它應(yīng)該被保持在給定的電平至少 2個(gè)完整的系統(tǒng)時(shí)鐘周期來確保該電偏高取樣。 6位： TR1： 定時(shí)器 1控制 0定時(shí)器 1禁止。 2位： IT1： 中斷 1 類型選擇 此位選擇 /INT1 信號(hào)檢測到下降沿中斷還是檢測到低電平有效中斷。 0： 當(dāng) TR1=1 時(shí)無論 /INT1 如何定時(shí)器 1允許。 0： 定時(shí)器 1使用系統(tǒng)時(shí)鐘的 12分頻。如果一個(gè) /INT0 或 /INT1 外部中斷被配置為邊沿觸發(fā)， CPU 在轉(zhuǎn)向 ISR 時(shí)將自動(dòng)清除相應(yīng)的中斷標(biāo)志。 熱電偶的測溫原理的以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的，將任意兩種不同的導(dǎo)體 A/ B 組成一閉合回路（圖211）只要其連接點(diǎn) 2溫度不同，在回路就產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱為熱效應(yīng)，我們就是利用熱電偶的熱效應(yīng)來測量溫 度的。 E(t,t0)=eAB(t)eAB(t0) (21) 式中： e下標(biāo)字母表示電勢的方向。 一般熱電偶很短 (幾百 mm～幾千 mm)，熱電偶冷端溫度會(huì)隨設(shè)備和環(huán)境溫度不斷變化。 為了補(bǔ)償熱電偶測量過程中因冷端溫度不為 0 或是變化而引起熱電勢的變化值，我們采用冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法，也稱為補(bǔ)償電橋法，補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓 abU 作為 補(bǔ)償信號(hào)。采用低漂移，高增益的運(yùn)算放大器作為主要放大器，具有線路簡單和良好的可靠性，穩(wěn)定性及各項(xiàng)技術(shù)性能。 ，輸入失調(diào)電流 20nA。而當(dāng)輸入的控制信號(hào)撤銷后，無論哪一種類型，它們都是流過雙向控制硅負(fù)載電流為零時(shí)才 關(guān)斷。 Ⅲ 區(qū)為幅值大于 25V的范圍，稱為抑制區(qū)在此區(qū)域內(nèi)加入輸入信號(hào)， SSR的導(dǎo)通被抑制。除了系統(tǒng)控制輸入為 0 和系統(tǒng)過程值等于期望值這兩種情況，比例控制都能給出穩(wěn)態(tài)誤差。如果 單獨(dú)用積分 (I)的話，由于積分輸出隨時(shí)間積累而逐漸增大，故調(diào)節(jié)動(dòng)作緩慢，這樣會(huì)造成調(diào)節(jié)不及時(shí)，使系統(tǒng)穩(wěn)定裕度下降。所以對(duì)有較大慣性或是滯后的被控對(duì)象，比例 +微分控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過 程中的動(dòng)態(tài)特性。采樣周期 T 是設(shè)計(jì)者要精心選擇的重要參數(shù)，系統(tǒng)的性能與采樣周期的選擇有密切關(guān)系。 綜合上述各因素，選擇采樣周期，應(yīng)在滿足控制系統(tǒng)的性能要求的條件下， 盡可能 地選擇低的采樣速率。啟動(dòng)整定程序時(shí)，系統(tǒng)將切斷 PID 控制器，在閉環(huán)中接入帶滯環(huán)的繼電特性，系統(tǒng)將產(chǎn)生受控振蕩 ，見圖 3－６ 。其大小對(duì)系統(tǒng)的性能影響很大。 （２） 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 用擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定 的步驟如下： ● 數(shù)字控制器不接入控制系統(tǒng)，讓系統(tǒng)處于手動(dòng)操作狀態(tài)下，將被調(diào)量調(diào)節(jié)到給定值附近，并使之穩(wěn)定下來。 （４） 純滯后曲線的測量 在實(shí)際測量對(duì)象的曲線時(shí)，一般只能 在較窄的動(dòng)態(tài)范圍中進(jìn)行。 利用同樣的方法測得的電阻爐爐溫的飛升曲線 將上述測得的兩條飛升曲線與典型傳遞函數(shù)的飛升曲線比 較，可知圖 310是一階對(duì)象的飛升曲線，而電阻爐爐溫的飛升曲線是帶純滯后的一階對(duì)象。通常，符合上述功能的溫度控制程序由主程序和 T0中斷服務(wù)程序兩部分組成。 主程序 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 25 圖 3－ 12 主程序圖 /*主程序 */ ORG 0000H DISM0 DATA 78H DISM1 DATA 79H DISM2 DATA 7AH DISM3 DATA 7BH ；定義四個(gè)顯示緩沖區(qū) MOV SP,50H 。 啟動(dòng) T0工作 SETB ET0 。 T0中斷服務(wù)程序包括一系列的 子程序：溫度采樣子程序 、數(shù)字濾波子程序、越限處理程序、 PID計(jì)算程序等。 T0 賦初值 MOV 31H， 00H MOV 32H， 02H ；送 UR 值 MOV 33H， 00H MOV 34H， 2BH ； KP 賦初值 MOV 35H， 00H 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 26 MOV 36H， 50H ； KI 賦初值 MOV 38H， 12H ； KD 賦初值 MOV 37H， 00H MOV 42H， 05H ；送 Umax值 MOV 43H， 01H ；送 Umin 值 CLR PT0 。 需要說明的是， T1中斷嵌套在 T0中斷之內(nèi)，而 T1的初值是由 PID計(jì)算決定的，所以 PID的最大輸出必須小于 250，既保證在 T0 再次溢出中斷之前， T1 中斷服務(wù)結(jié)束，并以 T0 中斷返回到主程序，否則程序不能正常運(yùn)行。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 24 圖 3－ 11 電阻爐 飛升曲線圖 根據(jù)飛升曲線 可得出電阻爐的參數(shù)： T0= 1490 （ S） τ =40 （ S） 根據(jù)控制度為 ，控制規(guī)律為 PID 以及 τ、 T0查表 32 則可以求出 PID 參數(shù) Kp、 Ki、 Kd、 T。當(dāng)然它對(duì)應(yīng)的輸入也就是這個(gè)突然附加的階躍信號(hào)。 純滯后的一階對(duì)象： 這種對(duì)象的微分方程為： Ty(t)’ +y(t)=Kc(tτ ) （ 310） 則它的傳遞函數(shù)為： W(s)=Keτ s/(T0S+1) （ 311） 圖 3－ 8 純滯后一階曲線圖 它的曲線如上圖所示。若 ? 較大， T0可取大一些，宜選擇較大的控制度。上式的控制度定義只有概念上的意義，缺乏可操作性。圖 34 為數(shù)字 PID 控制算法流程圖。 （ 5）從計(jì)算機(jī)精度考慮，采樣周期不宜過短。 所謂增量式 PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量 。解決的辦法是抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這樣，即使誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減少，直到等于零。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例，積分和微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。圖中交流電壓分三個(gè)區(qū)域， Ⅰ 區(qū)為 10V～ +10V范圍，稱為死區(qū)，在此區(qū)域中加入輸入信號(hào)時(shí)不能使 SSR導(dǎo)通。其原理圖如下。 4~20mA 線性化變送器，它可與鎳絡(luò) 鎳硅測溫傳感器構(gòu)成精密的 T/I 變換。直流毫伏變送器電源為 24V DC集中供電，實(shí)現(xiàn)了二線制接線方式。 %，適用熱電偶時(shí)必須十分注意其適用條件，在有些氣氛環(huán)境下，熱電偶性會(huì)急劇變化，產(chǎn)生很大的測量誤差。 但是，如果圖 212中導(dǎo)體Ｂ、Ｃ和導(dǎo)體Ｃ、Ａ接點(diǎn)處溫度不同時(shí)，回路中總電勢會(huì)發(fā)生變化。 在圖 211所示的熱電偶回路中，當(dāng)接觸 2的溫度不同時(shí)，則產(chǎn)生兩個(gè)不同的接觸電動(dòng)勢 eAB(t)和 eAB(0)。它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，準(zhǔn)確度高，熱慣性小，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性好，溫度測量范圍寬，適用于信號(hào)的遠(yuǎn)傳自動(dòng)記錄和集中控制的優(yōu)點(diǎn)，在溫度測量中占有重要的地位。 中斷系統(tǒng) 兩個(gè)外部中斷源（ /INT0 和 /INT1）可被配置為低電平觸發(fā)或下降沿觸發(fā)輸入，由 IT0（ ）和 IT1（ ）的設(shè) 置決定。 1： 定時(shí)器 2使用系統(tǒng)時(shí)鐘。 1 /INT0 是邊沿觸發(fā)。 1 定時(shí)器 0允許。 0定時(shí)器 1未溢出。定時(shí)時(shí)鐘脈沖為 12個(gè)系統(tǒng)鐘周期選項(xiàng)提供了與標(biāo)準(zhǔn) 8051系列的兼容性。運(yùn)算放大器電路放大倍數(shù)