【正文】 (4．7)式中，令： (稱為積分系數(shù)) ； (稱為微分系數(shù))則 (4．8)(4．8)式即為離散化的位置式PID控制算法的編程表達(dá)式。 PID控制理論P(yáng)ID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值y(t)構(gòu)成控制偏差e(t)： e(t)=r(t)y(t) ( 4．1)將偏差e(t)的比例(Proportional)、積分(Integral)和微分(Derivative)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，因此稱為PID控制。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了數(shù)字濾波的軟件抗干擾措施，所采用的數(shù)字濾波算法是去極值平均濾波法。附錄中給出了顯示處理模塊的源程序。(4)一階滯后濾波法是一種動(dòng)態(tài)濾波方法，其表達(dá)式為： (3．1)式中 ：第n次采樣值 ：上次濾波結(jié)果輸出值 ：第n次采樣后濾波結(jié)果輸出值 ：濾波平滑系數(shù) ：濾波環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù) T：采樣周期 通常采樣周期遠(yuǎn)小于濾波環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)，也就是輸入信號(hào)的頻率快，而濾波環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)相對(duì)地小，這是一般濾波器的概念，所以這種濾波方法相當(dāng)于RC濾波器。常用的數(shù)字濾波方法有程序判斷濾波法、中值濾波法、算術(shù)平均濾波法、一階滯后濾波法、去極值平均濾波法等等，下面簡(jiǎn)要介紹這幾種數(shù)字濾波方法。在附錄中給出了部分系統(tǒng)初始化源程序。 軟件組成由于整個(gè)系統(tǒng)軟件相對(duì)比較龐大，為了便于編寫(xiě)、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)軟件的編制采用了模塊化的設(shè)計(jì)。 結(jié)合上述編制系統(tǒng)軟件的基本要求，首先討論軟件的設(shè)計(jì)思想。在介紹了單片機(jī)及其存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)采用的傳感器鉑電阻采樣電路，這是系統(tǒng)的模擬電路部分，為本溫度控制系統(tǒng)提供了溫度電信號(hào)。對(duì)于本系統(tǒng)，硬件抗干擾設(shè)計(jì)具體措施有：隔離、接地、濾波等常用方法。系統(tǒng)串口通信電路如圖2．14所示。串行通信接口的基本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化?？煽毓栎敵鲭娐啡鐖D2．12所示。根據(jù)輸出電壓分布的不同，零位控制又分為分配式零位控制和時(shí)間比例零位控制。A/D轉(zhuǎn)換電路如圖2．9所示。工作電壓3V或5V，在3V工作電壓時(shí)，器件的最大功耗僅為lmW。A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù)有：(1)分辨率分辨率表示A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。LM399H是內(nèi)置恒溫槽高精度基準(zhǔn)電壓源。鉑電阻測(cè)溫電路的工作方式一般分為恒壓方式和恒流方式兩種。 Pt100溫度傳感器[14]溫度傳感器的種類比較繁雜，各種不同的溫度傳感器由于其構(gòu)成材料、構(gòu)成方式及測(cè)溫原理的不同，使得其測(cè)量溫度的范圍、測(cè)量精度也各不相同。存儲(chǔ)器擴(kuò)展部分電路如圖2．3所示。 單片機(jī)介紹 本系統(tǒng)選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89系列單片機(jī)中的AT89C52。由結(jié)構(gòu)框圖可見(jiàn)，溫度控制系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為核心，并擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器構(gòu)成主控模塊。本系統(tǒng)選擇AT89C52為核心器件組成的控制系統(tǒng)。模擬控制電路的各控制環(huán)節(jié)一般由運(yùn)算放大器、電壓比較器、模擬集成電路以及電容、電阻等外圍元器件組成。溫控箱的溫度控制范圍在室溫到攝氏600度之間，℃。 智能溫度控制法為了克服PID線性控溫法的弱點(diǎn)，人們相繼提出了一系列自動(dòng)調(diào)整PID參數(shù)的方法，如PID參數(shù)的自學(xué)習(xí)，自整定等等。 PID線性控溫法這種控溫方法是基于經(jīng)典控制理論中的PID調(diào)節(jié)器控制原理，PID控制是最早發(fā)展起來(lái)的控制策略之一，由于其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用工業(yè)過(guò)程控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。因此，在實(shí)際的溫度測(cè)量中，要根據(jù)具體的測(cè)量對(duì)象選擇合適的測(cè)量方法，在滿足測(cè)量精度要求的前提下盡量減少投入。在很多生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的測(cè)量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。溫度是生活及生產(chǎn)中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。但也存在測(cè)量誤差較大，儀表指示值一般僅代表物體表觀溫度，測(cè)溫裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。由于這種控制方式是當(dāng)系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定點(diǎn)時(shí)關(guān)斷電源，當(dāng)系統(tǒng)溫度下降至設(shè)定點(diǎn)時(shí)開(kāi)通電源，因而無(wú)法克服溫度變化過(guò)程的滯后性，致使被控對(duì)象溫度波動(dòng)較大，控制精度低，完全不適用于高精度的溫度控制。但是，它的不足也恰恰在于此，當(dāng)對(duì)象特性一旦發(fā)生改變，三個(gè)控制參數(shù)也必須相應(yīng)地跟著改變，否則其控制品質(zhì)就難以得到保證。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本論文所討論的基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)是某型號(hào)氣相色譜儀的溫度控制子系統(tǒng)，其目的是對(duì)兩個(gè)溫控箱[1]的溫度進(jìn)行恒值溫度控制。 系統(tǒng)硬件方案分析目前，溫度控制儀的硬件電路一般采用模擬電路和單片機(jī)兩種形式。AT89C52單片機(jī)[8]是ATMEL公司出品的與MCS51系列兼容的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)。硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2．1所示。 根據(jù)上面所述的原則，結(jié)合本系統(tǒng)實(shí)際情況綜合考慮，本文討論的溫度控制系統(tǒng)選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)作為主控模塊的核心芯片。由于P0口的分時(shí)復(fù)用，所以需要使用地址鎖存器74HC373對(duì)低8位地址進(jìn)行鎖存。輸入通道由傳感器、A/D轉(zhuǎn)換等電路組成?？紤]到成本，故在本系統(tǒng)中采用工業(yè)級(jí)Pt100鉑電阻作為溫度傳感器。基準(zhǔn)電壓源電路如圖2．6所示。完成A/D轉(zhuǎn)換的器件即為A/D轉(zhuǎn)換器。AD7705采用三線串行接口，具有兩個(gè)全差分輸入通道，%非線性的16位無(wú)誤碼輸出，其增益和輸出更新率均可編程設(shè)定，還可以選擇輸入模擬緩沖器，以及自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)方式。根據(jù)通信寄存器中的寄存器選擇位，移位寄存器可以容納來(lái)自通信寄存器、時(shí)鐘寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的信息；(13)DIN串行數(shù)據(jù)輸入端，向片內(nèi)的輸入移位寄存器寫(xiě)入的串行數(shù)據(jù)由此輸入。(2)零位控制：在設(shè)定的周期Tc內(nèi)，觸發(fā)信號(hào)使主回路接通幾個(gè)周波，再斷開(kāi)幾個(gè)周波，改變可控硅在設(shè)定周期內(nèi)的通斷時(shí)間比例，以調(diào)節(jié)負(fù)載上的交流電的平均功率，即可達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載功率的目的。本系統(tǒng)中與可控硅配套使用的是MOC3041光電藕合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器，與一般的光禍器件不同之處是MOC3041輸出部分是硅光敏雙向可控硅，還帶有過(guò)零觸發(fā)檢測(cè)器以保證電壓接近零時(shí)觸發(fā)可控硅。其中RS232是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)正式公布的串口總線標(biāo)準(zhǔn)，也是目前最為常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通訊。MAX232為雙列直插16腳封裝。其總的原則是：抑制或消除干擾源，切斷干擾對(duì)系統(tǒng)的藕合通道，降低系統(tǒng)對(duì)干擾信號(hào)的敏感性。 本章小結(jié)本章主要介紹了溫度控制系統(tǒng)的硬件電路主要模塊的設(shè)計(jì)。近年來(lái)，由于硬件的集成度與運(yùn)算速度的提高，配合相應(yīng)的軟件，實(shí)時(shí)性比較容易滿足設(shè)計(jì)要求； (3)準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有重要意義，尤其是測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)要進(jìn)行一定量的運(yùn)算，算法的正確性和準(zhǔn)確性對(duì)結(jié)果有著直接的影響，因此在算法的選擇、計(jì)算的精度等方面都要符合設(shè)計(jì)的要求； (4)可靠性可靠性是系統(tǒng)軟件最重要的指標(biāo)之一，作為能夠穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)，抗干擾技術(shù)的應(yīng)用是必不可少的，最起碼的要求是在軟件受到干擾出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)還能恢復(fù)正常工作。本系統(tǒng)軟件正是基于這種軟件思想編制的。主程序模塊的程序流程圖如圖3．2所示。這種從數(shù)據(jù)序列中提取逼近真值數(shù)據(jù)的軟件算法，通常稱為數(shù)字濾波算法。算術(shù)平均濾波不能將明顯的脈沖干擾消除，只是將其影響削弱。HT1621是128點(diǎn)內(nèi)存映象和多功能LCD驅(qū)動(dòng)器。(2)數(shù)字濾波數(shù)字濾波是將一組輸入數(shù)字序列進(jìn)行一定的運(yùn)算而轉(zhuǎn)換成另一組輸出數(shù)字序列的方法，采用軟件濾波算法不需要增加硬件設(shè)備，可靠性高，功能多樣，使用靈活，但是要占用一定的處理器運(yùn)行時(shí)間。 PID控制器的發(fā)展經(jīng)歷了液動(dòng)式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式幾個(gè)階段，目前正由模擬控制器向著數(shù)字化、智能化控制器的方向發(fā)展。通常把(4．7)式稱為PID的位置式控制算法。本系統(tǒng)的控制算法即采用增量式的PID控制算法。使用了附加硬件后用戶就可以對(duì)程序的運(yùn)行進(jìn)行控制。它可以完成從工程建立和管理、編譯連接目標(biāo)代碼的生軟件仿真、硬件仿真等完整的開(kāi)發(fā)流程。(5) Vision2軟件調(diào)試器 Vision2軟件調(diào)試器能十分理想地進(jìn)行快速可靠的程序調(diào)試。調(diào)試時(shí)由小到大，由里到外；(2)程序流程的調(diào)試 程序流程的調(diào)試主要是查看程序運(yùn)行的步驟是否正確，在某時(shí)刻程序運(yùn)所處的位置是否正確，是否能正確運(yùn)行各個(gè)中斷服務(wù)程序。包括系統(tǒng)的硬件開(kāi)發(fā)、軟件編程與仿真調(diào)試等。因此人們?cè)趹?yīng)用PID控制的同時(shí)，也不斷地對(duì)其進(jìn)行了各種改進(jìn)。 // IO口位地址定義 ConvAdr[1]=0x02。 //初始化串口} ......void DIOInit(void){DOmap=0xff。jAD_CLK_WIDTH。 for(j=0。float dtmp[5][4]。 //SMOD=1。 adresult[0]=GetData7705(channel)。ad_count++) //排序 { if(ad_result[ad_count]=ad_max) { ad_max=ad_result[ad_count]。 write_mand_ht1621(0x0a)。 //led on}......void display_ht1621(unsigned char disp_date1,unsigned char disp_date2,unsigned char disp_add_offset){HT1621_CS=0。HT1621_WR=1。WRITE39。 //CS=0write_byte_ht1621(4,0x80)。itimes。 //WR=0。Err[ch][1]=refvalGetTmp(GetData7705(ch+1))。}/*function : float GetOnMs(float On Time)description : output control timeparameter: nonereturn: ftmp*/ float GetOnMs(float On Time){float ftmp。Discrete Fourier series.I. INTRODUCTION The SPWM wave is of key importance in the design of frequencyadjustable electronic ponents. In the past, the SPWM wave was often generated by individual medium or smallsize integrated circuits due to the plexity of required electric circuits. With the advance in digital circuits, specialized chips coupled with the use of singlechip microputers were used to generate SPWM waves in the last few years. Currently, people usually use the PWM signal from the pins of a singlechip microputer or DSP ponent to generate SPWM waves, for which the advantage is obvious: the system circuits are very simple and the software is very flexible. To be more specific, in order to generate SPWM waves, we need to use the two plimentary PWM pins to control the dead interval for which the purpose is to drive a pair of bridge arms and to avoid direct turning on the two bigpower switch tubes. For example, the 16bits singlechip microputer (such as: the 8XC196MC/MD of Intel Inc. etc.) and DSP (such as: the TMS320LF/C240X series of TI Inc. etc.) in later 90’s provides such a pair of plementary PWM pins for controlling AC motors or inverters. Next, the generation of SPWM waves based on the area equivalent principle is analyzed. The SPWM wave is deposed in the frequency domain using the DFS method. The developed scheme is found to be more accurate and simple.II. PRINCIPLE OF GENERATING SPWMWAVES BASE