【正文】 輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 （ 1） 香農(nóng)（ Shannon）采樣定理 max2ww? （ Wmax被采樣信號的上限角頻率） 給出 了采樣周期的上限。 圖 3－ 5 自整定原理示意圖 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 21 圖 3－ 6 振蕩波形示意 圖 系統(tǒng)對象的參數(shù)可用下式求得： 式中： Ra 為振蕩波形的平均值； a 為滯環(huán)寬度； h=h0h1。然后改變給定值，給對象一個(gè)階躍信號。其傳遞函數(shù)是： W(s)=Keτ s/(T0S+1) （ 312） 式中： K—— 放大系數(shù) T0—— 對象時(shí)間常數(shù) τ —— 對象滯后時(shí)間 圖 3－ 10 對象的飛升曲線 （５） 參數(shù)的求取 對于一階對象的放大倍數(shù) K 可由輸出穩(wěn)態(tài)值和輸入階躍信號幅值的比值求得。 50hSP，堆棧指針初始化 MOV A, 00H 。 C8051從 T1中斷服務(wù)程序返回后即可恢復(fù)現(xiàn)場返回主程序，以等待下次 T0中斷。從 T1中斷返回后，再從 T0中斷返回主程序，等待下次 T0中斷。輸出對應(yīng)也有一個(gè)變化部分，此即為輸出的飛升曲線圖。 其原則是： ● 若 T0/τ 較小，即 ? 較大，宜選擇較大的控制度 ，即對應(yīng)于較小的 pk 和較大的 iT ； ● 若 T0/τ 較大，即 ? 較小 ，宜選擇較小的控制度； ● 若 ? 較小， T0不必選大，宜選擇較小的控制度。式 35 可以改寫成： ( ) ( 1 ) [ ( ) ( 1 ) ] ( ) [ ( ) 2 ( 1 ( 2 ) ]p I Dp k p k k E n E n k E n k E n E n E n? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?） ( 1) P I Dp k p p p? ? ? ? ? (36) PID 控制算法子程序是根據(jù)式 36 設(shè)計(jì)的 。增量式控 制算法相較于位置式來說有許多優(yōu)點(diǎn)，因此采用增量式 PID算法來實(shí)現(xiàn)。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 16 為了減小穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中加入積分項(xiàng)，積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會增大。要指出的是所謂 “ 過零 ” 并非真的必須是電源電壓波形的零處，而一般是指在 10～ 25V或 (10～ 25)V區(qū)域內(nèi)進(jìn)行觸發(fā)，如圖 216所示。4mv( 或 )滿足此項(xiàng)要求即合格。 ，溫 度高于 600度時(shí)為177。其值決定于兩個(gè)導(dǎo)體的材料種 類和接觸點(diǎn)的溫度。 02位：未用讀 =00b， 寫 =無關(guān)。 0 /INT0 是電平觸發(fā)。 （ 1） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器控制寄存器 圖 2－ 7 TCON 控制寄存器 7位： TF1： 定時(shí)器 1溢出標(biāo)志 當(dāng)定時(shí)器 1 溢出時(shí)由硬件置位這個(gè)標(biāo)志能被軟件清除當(dāng) CPU進(jìn)入定時(shí)器 1中斷服務(wù)程序時(shí)它被自動清除。 INA326EA 是一款單電壓供電、高性能、低功耗、滿幅度輸入輸出的儀表運(yùn)算放大器。另外，要特別搞清楚程序存儲讀 /寫控制寄存器 PSCTL和 Flash 存儲器控制寄存器 FLSCL的各個(gè)位的確切含義。 （５） C8051F060能滿足絕大多數(shù)工業(yè)測控節(jié)點(diǎn)的要求 ,能夠形成以 C8051F060 為核心的單片機(jī)系統(tǒng) ,如果配以外圍測量單元 ,還可形成完整的測控節(jié)點(diǎn) 。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，控制方案也有所不同。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。本設(shè)計(jì)中，采用 PID 控制來實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)是實(shí)際值與設(shè)定值誤差甚少，結(jié)果良好。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 3 第二章 系統(tǒng)硬件 設(shè)計(jì) C8051F060 單片機(jī)簡介 C8051F060 單片機(jī)的基本特點(diǎn) 圖 2－ 1 C8051F060 原理圖 （１）內(nèi)核采用流水線結(jié)構(gòu) ,速度可達(dá) 25MIPS（ 25MHZ晶振） ,比普通的 51單片機(jī)快 10倍 。外部數(shù)據(jù)存儲器尋址范圍可以只映射為片內(nèi)存儲器、片外存儲器或二者的組合，即 4KB 以內(nèi)指向片內(nèi)， 4KB 以上指向外部存儲器接口 EMIF，該 EMIF 可以配置為復(fù)用 和非復(fù)用地址線 /數(shù)據(jù)線兩種方式。 DAC為電壓輸出模式，與 ADC共用參考電平。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。 1 定時(shí)器 0允許。 1： 定時(shí)器 2使用系統(tǒng)時(shí)鐘。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，適用于信號的遠(yuǎn)傳自動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。 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)，回路中總電勢會發(fā)生變化。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。其原理圖如下。 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。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。 （ 5）從計(jì)算機(jī)精度考慮，采樣周期不宜過短。上式的控制度定義只有概念上的意義，缺乏可操作性。 純滯后的一階對象： 這種對象的微分方程為： 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。 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。 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 。 啟動 T0工作 SETB ET0 。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。 （４） 純滯后曲線的測量 在實(shí)際測量對象的曲線時(shí)，一般只能 在較窄的動態(tài)范圍中進(jìn)行。其大小對系統(tǒng)的性能影響很大。 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。所以對有較大慣性或是滯后的被控對象，比例 +微分控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過 程中的動態(tài)特性。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。而當(dāng)輸入的控制信號撤銷后，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。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。 一般熱電偶很短 (幾百 mm～幾千 mm)，熱電偶冷端溫度會隨設(shè)備和環(huán)境溫度不斷變化。 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。 0： 定時(shí)器 1使用系統(tǒng)時(shí)鐘的 12分頻。 2位： IT1： 中斷 1 類型選擇 此位選擇 /INT1 信號檢測到下降沿中斷還是檢測到低電平有效中斷。 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。 （ 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)。 （ 2）程序存儲器 C8051F060單片機(jī)的程序存儲器為 64KB 的 Flash 存儲器，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)。 因而掌握開發(fā)過程非常容易 。 控制精度為 177。 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)。 the MCU module links constitute a single loop digital temperature closedloop control system. SCM right to control the temperature, control is not only convenient, simple configuration flexibility and the advantages of large, but can substantially increase the temperature was charged with the technical indicators, which can greatly enhance the quality and quantity. Key words: MCU； PID； temperature control； system hardware； system software 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） II 目 錄 緒論 ............................................................................................................................................. 1 第一章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ........................................................................................ 2 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................................................................................................. 3 C8051F060單片機(jī)簡介 .................................................................................................. 3 C8051F060單片機(jī)的基本特點(diǎn) ............................................................................. 3 存儲器結(jié)構(gòu) ........................................................................................................ 4 . 3 模數(shù) /數(shù)模轉(zhuǎn)換器 ................................................................................................. 6 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ..............................................................................