【正文】 誤差減小，如果 Kp 偏大則導(dǎo)致調(diào)節(jié)時(shí)間加長。\039。// Initialize USART state machine IE1 |= URXIE0。// ,5 = USART0 TXD/RXD ME1 |= UTXE0+URXE0。 TBCCTL1=OUTMOD_3。 } ADC12IE = 1(n1)。 // 開啟 ad,參考電壓 ADC12CTL1 = SHP + ADC12SSEL_3。 if( Set_Temp Pre_Temp =10) PID_OUT=16383。 ( Last_Error =55)) { I_OUT=I_OUT * 。 /*比例項(xiàng) */ 基于 MSP430 單片機(jī)的溫度 PID 算法設(shè)計(jì) 12 I_OUT = I * Gain * Sum_Error 。//誤差變化率 Current_Error = Set_Temp Pre_Temp 。 OFIFG))。 主程序 MSP430 單片機(jī)內(nèi)部分三種時(shí)鐘信號(hào)即低速晶體振蕩器、高速晶體振蕩器、數(shù)字控制振蕩器，高速晶體振蕩器是用來進(jìn)行快速大量的數(shù)據(jù)計(jì)算和快速的外部時(shí)間響應(yīng)的，為基于 MSP430 單片機(jī)的溫度 PID 算法設(shè)計(jì) 11 滿足設(shè)計(jì)要求 [11]， 本設(shè)計(jì)使用高速晶體振蕩器，程序如下： BCSCTL1 amp。 輸出驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 鍋爐的溫度控制需要 PWM波控制接觸器的開斷來控制加熱，實(shí)現(xiàn)達(dá)到設(shè)定值的目的。 CD4051 由電平轉(zhuǎn)換、譯碼驅(qū)動(dòng)及開關(guān)電路三部分組成。電源電路設(shè)計(jì)主要考慮用哪種類型的電源器件，輸入輸出電壓，輸出電流以及控制狀態(tài)。 PWM 輸出： 利用定時(shí)器自動(dòng)產(chǎn)生 PWM 波形輸出，本系統(tǒng)主要通過 P41 口輸出一 PWM 信號(hào)通過修改 TBCCR0 和 TBCCR1 可以改變 PWM 波形的頻率和占空比 PID 運(yùn)算： 對(duì)誤差變化率進(jìn)行限制使鍋爐溫度變化不可能太大，并進(jìn)行積分限幅處理，因?yàn)殄仩t只能升溫不能降溫，所以當(dāng)前溫度值一旦超過設(shè)定值就令積分值為零，并進(jìn)行微分延遲輸出處理，啟動(dòng)定時(shí)器 A 中斷程序用來執(zhí)行 PID 控制程序，每 2S 進(jìn)行一次 PID 運(yùn)算，一個(gè)控制周期內(nèi)共計(jì)算 4次，每 4S 進(jìn)行一次 PID 運(yùn)算結(jié)果輸出。前向模擬量采集通道的任務(wù)是 把被控對(duì)象的過程參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、重量等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以接受的數(shù)字量信號(hào)，來自于工業(yè)現(xiàn)場傳感器或變送器的多個(gè)模擬量信號(hào)首先需要進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，然后經(jīng)多路模擬開關(guān)，分時(shí)切換到后級(jí)進(jìn)行前置放大、采樣保持和模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過接口電路以數(shù)字量信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，從而完成對(duì)過程參數(shù)的巡回檢測(cè)任務(wù) [5][6]。二是橋式電阻測(cè)溫電路，它簡單容易實(shí)現(xiàn)，本次選擇該電路 [3]。 Pt100 是一種廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件，在 50 ~600℃范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。先確定 P 參數(shù)，然后 Ti參數(shù)，最后是 Td 參數(shù)，根據(jù)開環(huán)響應(yīng)結(jié)果設(shè)定積分分離帶、積分清零帶，同時(shí)可加入死區(qū)寬度；利用組態(tài)王軟件來實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控，把水溫實(shí)時(shí)曲線，單片機(jī)中相應(yīng)參數(shù)顯示出來，觀察現(xiàn)象。 第 3 章：系統(tǒng)硬件電路的選型 幾設(shè)計(jì)。其中 P、 I、 D三個(gè)參數(shù)的選擇直接影響到控制效果，而對(duì)于 P、 I、 D 三個(gè)參數(shù)的整定，多為人工經(jīng)驗(yàn)整定得到，整定的參 數(shù)常常因人而異。單片機(jī)在自動(dòng)化產(chǎn)品制造和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，以單片機(jī)為核心的智能儀表即是最典型的自動(dòng)化產(chǎn)品。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和結(jié)果分析， 溫度控制無超調(diào) ,穩(wěn)態(tài)誤差 ℃ 。 [關(guān)鍵詞 ]MSP430 單片機(jī)；位置式溫度 PID 算法；溫度數(shù)據(jù)擬合； 不完全微分；積分分離 Design of Temperature PID Algorithm Based on MSP430 Single Chip Microputer Automation Specialty HUANG Shuaihao Abstract: The design is based on SCM MSP430F149, using IAR Embedded Workbench software as a development platform, to realize the temperature control of electric water boiler with location PID algorithm program piled in MSP430, and realizes the Kingview software in upper puter monitoring. Pt100 thermal resistance signal is amplified by MSP430 ADC after conditioning module into the microcontroller. The temperature data through a two quadratic equations in the MATLAB, the fitting results are programmed in MSP430 temperature data scale conversion, puter set value and PID parameter to send set temperature to MSP430, after analyzed and improved on the algorithm according to the monitoring results of Kingview software, with inplete differential and integral separation procedure. Through experiment and analysis of the results, the temperature control has no overshoot, steadystate error of ℃ . Key Words: MSP430 single chip microputer。 本課題的研究意義及前景 單片機(jī)在自動(dòng)化產(chǎn)品制造和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，以單片機(jī)為核心的智能儀表即是最典型的自動(dòng)化產(chǎn)品。如果在線獲取對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，自動(dòng)計(jì)算和整定 PID 參數(shù)對(duì)于改進(jìn)控制算法設(shè)計(jì)具有積極意義。選擇 MSP430F149 控制芯片，選擇電加熱鍋基于 MSP430 單片機(jī)的溫度 PID 算法設(shè)計(jì) 2 爐、 MSP430 單片機(jī)、前向模擬量輸入通道模塊、繼電輸出模塊、上位機(jī)等，組建硬件系統(tǒng)。 溫度是工業(yè)工過程中的四大參數(shù)之一 ,也是很多生產(chǎn)過程中都需要測(cè)量和控制的參數(shù)。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)方案 單片機(jī) PID 溫度控制系統(tǒng)分為 MSP430 單片機(jī)初始化，前向模擬量采集， A/D 轉(zhuǎn)換，定時(shí)器中斷，串口通信， PWM 輸出， PID 運(yùn)算等。 定時(shí)器中斷： Timer_A 模塊相關(guān)的中斷向量有以下兩個(gè)； TACCR0 中斷向量，處理 TACCR0 的 CCIFG 中斷標(biāo)志； TAIV 中斷向量，處理所有其他的 CCIFG 和 TAIFG 中斷標(biāo)志； TACCR0的中斷標(biāo)志 CCIFG在 Timer_A中具有最高優(yōu)先級(jí)，并且享有特定的中斷向量，當(dāng) CCIFG 中斷被響應(yīng)以后該位自動(dòng)清零； TACCR1 的 CCIFG、 TACCR2 的 CCIFG 和 TAIFG三個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)依次降低，且它們共用一個(gè)中斷源。 3 系統(tǒng)硬件電路的選型及設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選型 MSP430 的主要特點(diǎn)有超低功耗；強(qiáng)大的處理能力，單周期指令周期，并且自帶硬件乘法器；高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊；高穩(wěn)定性，方便、高效的集成開發(fā)環(huán)境；溫度適應(yīng)范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)等等 [8]。開關(guān)電源原理圖如圖 3 所示： 開關(guān)電源有功耗小，效率高、轉(zhuǎn)換速度很快、功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可達(dá)到 80%；體積小，重量輕從開關(guān)電源的原理框圖可以清楚地看到這里沒有采用笨重的工頻變壓器；穩(wěn)壓范圍寬，從開關(guān)電源的輸出電壓是由激勵(lì)信號(hào)的占空比來調(diào)節(jié)的，輸入信號(hào)電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來進(jìn)行補(bǔ)償，這樣，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí)，它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸 出電壓。當(dāng)禁止端為“ 1”時(shí)前后級(jí)通道斷開，即 S0— S7 端與 Sm 端不可能接通；當(dāng)為“ 0”時(shí)，則通道可以被接通，通過改變控制輸入端 C、 B、 A 的數(shù)值，就可以選通 8 個(gè)通道 S0— S7 中的一路。但是 MSP430 不能直接驅(qū)動(dòng)接觸器。= ~XT2OFF。//晶振失效標(biāo)志仍然存在？ BCSCTL2 |= SELM_2 + SELS。// 當(dāng)前誤差計(jì)算 Sum_Error += Current_Error。/*積分項(xiàng) */ //積分限幅處理 if( I_OUTPID_I_MAX ) I_OUT = PID_I_MAX。 } //因?yàn)殄仩t只能加溫不能降溫所以一旦超過設(shè)定值令積分值為零 if( ( Current_Error = 0 ) amp。 } void main() { Device_Init( )。 //Use sampling timer, SMCLK for(int i = 0。// Enable return 1。 TBCCR0=16384。// Enable USART0 TXD/RXD UCTL0 |= CHAR。// 使能 USART0 的接收中斷 } void PutChar(uchar data) { while (!(IFG1 amp。) { PutChar(*ptr++)。 Kp 太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定， Kp 太小又會(huì)使系統(tǒng)動(dòng)作緩慢，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，隨著 Kp的增大 ,可以減小穩(wěn)態(tài)誤差但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。 （ 3）調(diào)試系統(tǒng)。 /**************************************************************************** * 名 稱： ClkInit * 功 能：時(shí)鐘系統(tǒng)初始化 MCLK 為 8MHz， SMCLK 為 8MHz/1MHz * 入口參數(shù)：無 * 出口參數(shù)：無 ****************************************************************************/ void Clk_Init(void) { unsigned char i。//等待 8MHz 晶體起振 } while ((IFG1 amp。//設(shè)定溫度 基于 MSP430 單片機(jī)的溫度 PID 算法設(shè)計(jì) 23 Operating_Paramrter[8] = PID_OUT。//讀取設(shè)定溫度 Operating_Paramrter[5] = P_OUT。 D = Operating_Paramrter[2] 。 基于 MSP430 單片機(jī)的溫度 PID 算法設(shè)計(jì) 24 } void Parameter_Show( ) { SPI_LCD_Show_Float( 165,6,P,0,RED,16)。 } //設(shè)備初始化 void Device_Init(void) { char Channel[1]。 ADC12Start( )。//參數(shù)顯示 } /****************************************************** * 函數(shù)名： Scale_Conv * 描述 ：標(biāo)度變換函數(shù) * 輸入 : Converter_Value 轉(zhuǎn)換變量 * 輸出 ： ******************************************************************************/ float Scale_Conv( u16 Value) { float Temp1=0,Temp2=0。// 誤差積分 Prev_Error = Last_Error。 if( I_OUTPID_I_MIN ) I_OUT = PID_I_MIN。amp。 while(1) { LED8_Rollback。//定于每一秒求平均值即 1000毫秒 (注意 ) Sum_Value=0。//占空百分比計(jì)算 Counter=0。 u16 AD_Result=0。 if((Scale_Conv( AD_Average ) Pre_Temp)) Pre_Temp=*(Scale_Conv( AD_Average )) + *Pre_Temp。 } } //定時(shí)器 A 服務(wù)程序 ,用來執(zhí)行 PID 控制程序 pragma vector=T