【正文】 程序的設(shè)計(jì)方法，以及數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法。大林算法是針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中含有純滯后環(huán)節(jié)控制對(duì)象的控制算法，它具有良好的效果。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。 （如圖 9 所示） 圖 7 串行口擴(kuò)展的鍵盤(pán)、顯示器接口電路 圖 8 報(bào)警電路圖 圖 9 溫度控制系統(tǒng)原理圖 通常，電阻爐爐溫控制都采用偏差控制法 [14]。鍵盤(pán)中，每擴(kuò)展一根行線，可增加 8個(gè)按鍵 ，圖中 通過(guò)“與”門(mén)控制 74LS164 的 CK 端， 通過(guò)“與”門(mén)控制 74LS164 的 CLR 端， 用于判斷鍵值信號(hào)。兩種方法都可使用并行口或串行口控制 [13]。 圖 6 電阻爐溫度控制 電路 鍵盤(pán)顯示接口： 8031 的串行口既可作為通信用，也可以用于擴(kuò)展鍵盤(pán)、顯示器接口 [10]，串行口采用靜態(tài)顯示方式。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) 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)導(dǎo)通。當(dāng) 和 RD 均為低電平，經(jīng)或非門(mén)使 DE 出現(xiàn)高電平，這 時(shí)可以從 A/D 轉(zhuǎn)換器讀取數(shù)據(jù)。電流電壓變送器將 0— 10mA 電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成為 0— 5V 的電壓信號(hào)。本題選用熱電偶類別鎳鉻－康銅代號(hào) WRK 分度號(hào) E，測(cè)量范圍 0－ 800℃，基本誤差限177。剩余 8 個(gè)引腳分別為：電源、地線、接石英晶體（兩根）、復(fù)位和三個(gè)特殊功能引 腳（ ALE、 EA、 PSEN）。這樣做的話，使用的芯片少，從而接線簡(jiǎn)單，芯片存儲(chǔ)容量大，程序調(diào)整余量也大。計(jì)算機(jī)定時(shí)對(duì)爐溫進(jìn)行測(cè)量和控制一次，爐內(nèi)溫度是由一鉑電阻溫度計(jì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，其信號(hào)經(jīng)放大送到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，換算成相應(yīng)的數(shù)字量后，再送入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行判別和運(yùn)算，得到應(yīng)有的電功率數(shù)， 經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，供給可控硅功率調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其達(dá)到爐溫變化曲線的要求。 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的基本功能： 微機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能：正常工作狀態(tài)下，系統(tǒng)投入自動(dòng)控制。 電阻爐的溫度控制范圍為： 50— 200℃，這就涉及到測(cè)溫元件、電爐功率的選擇，控制精度、超調(diào)量等指標(biāo)，涉及到 A/D 轉(zhuǎn)換精度、控制規(guī)律選擇等。 1. 在學(xué)習(xí)微 機(jī)原理、單片機(jī)原理及應(yīng)用、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制理論與系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟； 2. 了解單片機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)造的特點(diǎn)、組成和接口電路； 3. 掌握單片機(jī)軟硬件結(jié)合設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的原理。 模擬手動(dòng)操作：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，投入手動(dòng)控制。 圖 2 溫度曲線圖 采用 8031 單片機(jī)作為控制器， ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為模擬量輸入，鉑電阻為溫度檢測(cè)元件，運(yùn)算放大器和可控硅作為功率放大，電阻爐為被控對(duì)象，組成電阻爐爐溫控制系統(tǒng)，另外，系統(tǒng)還配有數(shù)字顯示，以便顯示和記錄生產(chǎn)過(guò)程中的溫度和輸出值。本設(shè)計(jì)中外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器采用 EPROM 2732， EPROM 2732 的容量為 4K 8位， 4K 表示有 4 1024（ 22 210=212）個(gè)存儲(chǔ)單元， 8 位表示每個(gè)單元存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的寬度是 8 位。各引腳功能： 4 個(gè) I／ O 口分別為 P P P P4。 %。 XTR101 在電路中的作用還有對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償 ,并起到抑制零點(diǎn)漂移的作用。 ADC0809 的 A、 B、 C分別接到單片機(jī)的 、 、 引腳上。 從 引腳輸出的控制信號(hào)和過(guò)零脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)與非門(mén)后控制著雙向晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)的通斷比例（即占空比），進(jìn)而控制電阻絲的加熱功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。所謂靜態(tài)顯示 ,即 CPU 輸出顯示值后，由硬件保存輸出值，保持顯示結(jié)果。 本文的 LED 數(shù)碼管顯示采用串行口靜態(tài)顯示，使 8031 的串行口可以工作于移位寄存器方式，用來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 靜態(tài)顯示器。設(shè)定其工作在方式 0 下，串行口作同步移位寄存器用。偏差控制的原理是先求出實(shí)測(cè)爐溫對(duì)所需爐溫的偏差值，然后對(duì)偏差值處理獲得控制信號(hào)去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。 要實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐的自動(dòng)控制，首先要測(cè)得電 爐的數(shù)學(xué)模型 [15]。 溫度控制程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下： (1)鍵盤(pán)掃描、鍵碼識(shí)別和溫度顯示； (2)爐溫采樣、數(shù)字濾波； (3)數(shù)據(jù)處理； (4)越限報(bào)警和處理； (5)PID 計(jì)算、溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換。在設(shè)計(jì)過(guò)程中 對(duì)硬件原理圖和程序框圖作了描述， 文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)介紹。τ為慣性時(shí)間， K 為放大系數(shù)。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。發(fā)送時(shí)串行口把 8位數(shù)據(jù)從 TXD 端送出，接受時(shí)， REN 是串行口接收器允許接收控制位。這種方法用于顯示位數(shù)較少，顯示亮度較高場(chǎng)合時(shí)效果較好。在一般情況下，可以使用多個(gè)數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)。其優(yōu)點(diǎn)主要是為了提高功率因數(shù)和減少對(duì)電網(wǎng)的波動(dòng)影響。如圖 6 所示，雙向可控硅管和加熱絲串接在交