【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 通斷特性來(lái)決定加熱電路的通電與斷電。測(cè)量電路功能為將測(cè)量到的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理變成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)中進(jìn)行處理。第四章 軟件設(shè)計(jì)在現(xiàn)代智能儀器系統(tǒng)中，硬件必須在軟件的配合下，才能實(shí)現(xiàn)它強(qiáng)大的功能。好的軟件設(shè)計(jì)，甚至能夠彌補(bǔ)硬件設(shè)計(jì)上的一些缺陷。所以軟件設(shè)計(jì)思想，是整個(gè)設(shè)計(jì)中較為重要的一部分。軟件主要由主程序、A/D轉(zhuǎn)換程序和完成各種算法的功能模塊組成，完成各種算法的功能模塊是直接與儀器功能和性能相關(guān)的部分，而主程序是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)儀器的管理，實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口及各功能模塊的調(diào)度，它們之間相互協(xié)調(diào)，相互配合，共同實(shí)現(xiàn)儀器的各種功能和性能。軟件整體設(shè)計(jì)思路：軟件設(shè)計(jì)主要由溫度控制的算法和溫度控制程序組成。軟件設(shè)計(jì)主要為控制器部分，即溫度控制系統(tǒng)，采用PID算法，其原理是先求出實(shí)測(cè)溫度與所設(shè)定溫度的偏差值，而后對(duì)偏差值處理而獲得控制信號(hào)去調(diào)節(jié)加熱機(jī)構(gòu)的加熱功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。PID基本可滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。程序設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的核心部分。整個(gè)程序包括管理程序和控制程序兩部分。管理程序是對(duì)顯示LED進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新，控制指示燈，處理鍵盤(pán)的掃描和響應(yīng)，進(jìn)行掉電保護(hù)，執(zhí)行中斷服務(wù)程序等。控制程序是用來(lái)對(duì)被控進(jìn)行采樣，數(shù)據(jù)處理，根據(jù)控制算法進(jìn)行計(jì)算和輸出等。此次溫度采集和控制系統(tǒng)采用偏差控制法（PID控制）。偏差控制法（PID控制）的原理是先求出實(shí)測(cè)溫度對(duì)所需溫度的偏差值，然后對(duì)偏差值處理而獲得控制信號(hào)去調(diào)節(jié)加熱器加熱時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度控制。此系統(tǒng)采用T0中斷實(shí)現(xiàn)全部控制功能，為簡(jiǎn)化程序及實(shí)現(xiàn)PID控制,中斷時(shí)間為10ms。 主程序設(shè)計(jì)在主程序中首先給定PID算法的參數(shù)值,然后通過(guò)循環(huán)顯示當(dāng)前溫度,并且設(shè)定鍵盤(pán)外部中斷為最高優(yōu)先級(jí),以便能實(shí)時(shí)響應(yīng)鍵盤(pán)處理。軟件設(shè)定定時(shí)器T0為5秒定時(shí),在無(wú)鍵盤(pán)響應(yīng)時(shí)每隔5秒響應(yīng)一次,以用來(lái)采集經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換的溫度信號(hào)。設(shè)定定時(shí)器T1為嵌套在T0之中的定時(shí)中斷,初值由PID算法子程序提供。主程序是此系統(tǒng)的監(jiān)控程序，在程序運(yùn)行中必須進(jìn)行上電復(fù)位或系統(tǒng)復(fù)位后的初始化，為簡(jiǎn)化程序只進(jìn)行HD7279的初始化，T0初始化、開(kāi)中斷、顯示緩沖區(qū)初始化、鍵盤(pán)掃描及鍵處理等程序NYNY開(kāi)始設(shè)置椎棧指針7279初始化定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0初始化RAM區(qū)初始化24C02數(shù)據(jù)的讀取開(kāi)中斷顯示轉(zhuǎn)各處理子程序鍵掃，判斷是否有 鍵按下分析鍵值 系統(tǒng)主程序框圖是否為功能鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)存分配情況： 20H26H 各數(shù)據(jù)符號(hào)位 3FH 溫度給定值存放單元 40H47H 采樣數(shù)據(jù)結(jié)果存放單元 48H4FH PID控制值存放單元 50H5AH 采樣值存放單元 68H KP存放單元 69H KI存放單元 6AH KD存放單元 6BH 存放e(i) 符號(hào)位30H 6CH 存放e(i1) 符號(hào)位31H 6DH 存放e(i2) 符號(hào)位32H 6EH 存放e(i) e(i1) 符號(hào)位33H 6FH 存放e(i1) e(ti2) 符號(hào)位34H70H 存放（ei ei1）（ei1 ei2） 符號(hào)位35H71H72H 存放Kp（ei ei1） 符號(hào)位33H73H74H 存放Kiei 符號(hào)位30H75H76H 存放KD[（ei ei1）（ei1 ei2）] 符號(hào)位35H77H78H 存放Kp（ei ei1）+ Kiei 符號(hào)位36H79H7AH 存放△ui 符號(hào)位37H7BH7CH 存放ui7DH7EH 存放ui1（初值為0） 在整個(gè)軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想使得程序具有靈活可變的特點(diǎn)并且具有較強(qiáng)的可移植性，為系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)及類(lèi)似系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了極大的便利。HD7279是一片具串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可以連接多達(dá)64鍵的鍵盤(pán)矩陣，單片即可完成LED顯示，鍵盤(pán)接口的全部功能。因?yàn)镠D7279使用串行接口，必須嚴(yán)格的依據(jù)HD7279的工作時(shí)序圖進(jìn)行編程才能正確的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。HD7279A的指令結(jié)構(gòu)類(lèi)型：(1)、不帶數(shù)據(jù)的純指令，指令的寬度為8個(gè)BIT。即單片機(jī)需發(fā)送8個(gè)CLK脈沖,如圖。T1=50us。T2=8us。 T3=8us HD7279不帶數(shù)據(jù)的純指令時(shí)序圖T4=25us HD7279帶數(shù)據(jù)的指令時(shí)序圖(2)帶有數(shù)據(jù)的指令，寬度為16個(gè)BIT，即微處理器需發(fā)送16個(gè)CLK脈沖。(3)讀取鍵盤(pán)數(shù)據(jù)指令，寬度為16個(gè)BIT，前8個(gè)為微處理器發(fā)送到HD7279A的指令，后8個(gè)BIT為HD7279A返回的鍵盤(pán)代碼。執(zhí)行此指令時(shí)，HD7279A的DATA端在第9個(gè)CLK脈沖的上升沿變?yōu)檩敵鰻顟B(tài)，并與第16個(gè)脈沖的下降沿恢復(fù)為輸入狀態(tài)，等待接收下一個(gè)指令,。T5=25us。 T6=8us。 T7=8us通過(guò)分析HD7279控制指令，設(shè)計(jì)讀取鍵盤(pán)獲得鍵值的程序流程圖如下：HD7279獲得鍵值CS=0發(fā)送復(fù)位指令A(yù)4H按鍵輸入否？YN發(fā)送讀鍵盤(pán)指令15H讀出鍵碼按鍵釋放否？取得鍵值返回NY鍵處理子程序:在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主程序在一直判斷是否有鍵按下，如果無(wú)鍵按下則一直判斷鍵盤(pán)，若有鍵按下則將所讀到的鍵值存到A中，然后再用A與給定的鍵值相比較若鍵值勤相等則轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序中去。在本系統(tǒng)中共設(shè)定了五個(gè)功能鍵分別是定顯房間18號(hào)鍵、輪顯鍵、參數(shù)加1鍵、參數(shù)減1鍵、給定溫度T設(shè)定鍵、P參數(shù)設(shè)定鍵、I參數(shù)設(shè)定鍵和D參數(shù)設(shè)定鍵，對(duì)應(yīng)的鍵值分別是1FH、1EH、1DH、1CH、17H、16H、15H、14H、0FH（輪顯）、0DH（加1鍵）、0CH（減1鍵）、07H、06H、05H和04H（分別為定溫鍵和定KI、KP、KD鍵）。在7279中的AG和DP為顯示數(shù)據(jù)，分別對(duì)應(yīng)7段LED數(shù)碼管的各段。當(dāng)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位為‘1’時(shí)，該段點(diǎn)亮，為‘0’時(shí)則不亮。此指令靈活，通過(guò)造字形表，可以顯示用戶(hù)所需的字符。： 字形碼表顯示字符顯示碼顯示字符顯示碼07EH 87FH130H 97BH26DH t0FH379H p67H433H I0DH55BHd3DH 65FH熄滅碼00H770H A/D 轉(zhuǎn)換子程序?yàn)榱颂岣呦到y(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，系統(tǒng)在每10ms進(jìn)行采樣，分別對(duì)八個(gè)房間的溫度進(jìn)行了輪采，每一通道都采滿(mǎn)10次后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行中值平均濾波。將10次采樣的數(shù)據(jù)存放在 50H到5AH單元中，每對(duì)一個(gè)通道的采樣值進(jìn)行處理完后才能進(jìn)行下一個(gè)通道的采樣。0DFFFH。 選擇通道的真值表ALE C B A 接通通道 1 0 0 0 IN0 1 0 0 1 IN1 1 0 1 0 IN2 1 0 1 1 IN3 1 1 0 0 IN4 1 1 0 1 IN5 1 1 1 0 IN6 1 1 1 1 IN7 0 X X X 均不通開(kāi)始送采樣通道個(gè)數(shù)送結(jié)果單元首址送10次采樣標(biāo)志位送采樣地址啟動(dòng)采樣延時(shí)等待讀采樣結(jié)果到目的單元目的單元地址加1判斷是否完成10次采樣 N NY調(diào)濾波子程序并保存濾波結(jié)果采樣通道地址加18通道采完？ N Y 返回 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 PID計(jì)算子程序PID是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，也是系統(tǒng)的難點(diǎn)所在。PID控制規(guī)律是目前使用最多的而且比較典型的一種控制規(guī)律。PID控制是使控制動(dòng)作（例如閥門(mén)）既和當(dāng)前的誤差有一定的關(guān)系（比例關(guān)系），又和過(guò)去產(chǎn)生過(guò)誤差的歷史情況有一定關(guān)系（積分關(guān)系），還和誤差的變化趨勢(shì)有一定的關(guān)系（微分關(guān)系）。如果說(shuō)積分部分的主要作用是消除靜差，那么微分部分的作用則是按照誤差的變化趨勢(shì)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)或是加速控制動(dòng)作，或是減緩控制動(dòng)作，使控制過(guò)程得到較為穩(wěn)定的變化，不產(chǎn)生振蕩，而且不產(chǎn)生過(guò)大的超調(diào)現(xiàn)象?？梢?jiàn)，PID控制具有較好的控制效果。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中使用了增量式PID控制算法其算法的如圖511所示。本程序設(shè)計(jì)主要須要解決兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：第一個(gè)是編寫(xiě)一個(gè)單字節(jié)帶符號(hào)數(shù)的減法子程序，以便計(jì)算eieiei1ei2及（eiei1）（ei1ei2）；第二個(gè)是編寫(xiě)一個(gè)雙字節(jié)帶符號(hào)數(shù)的加法子程序，以解決算法中三項(xiàng)值的累加及計(jì)算輸出值ui。單字節(jié)帶符號(hào)數(shù)的減法子程序設(shè)被減數(shù)在R1，其符號(hào)位為20H（當(dāng)為正數(shù)時(shí)，20H為0；當(dāng)為負(fù)數(shù)時(shí)，20H為1。以下類(lèi)同）。減數(shù)在R2中，其符號(hào)位為21H。差在R3中，其符號(hào)位為22H。當(dāng)兩個(gè)帶符號(hào)數(shù)相減時(shí)，有4種情況：(a) 如果兩數(shù)均為正數(shù)，直接將R1的內(nèi)容減去R2中的內(nèi)容，再判C標(biāo)志位，若C為0則說(shuō)明夠減，將兩數(shù)之差送R3符號(hào)位（22H）置0；若C標(biāo)志位為1表示不夠減，此時(shí)需將兩數(shù)之差求補(bǔ)（取反加1）后再送R3，符號(hào)位（22H）置1。(b) 如被減數(shù)為正，減數(shù)為負(fù)，這樣兩數(shù)相減，實(shí)為兩數(shù)的絕對(duì)值相加。此時(shí)，又分兩種情況：一般情況下，將兩數(shù)之各送R3即可，但當(dāng)兩數(shù)之和大于FFH時(shí)，應(yīng)設(shè)為FFH（這種設(shè)置在增量式輸出的情況下不會(huì)影響控制結(jié)果），且兩種情況下均應(yīng)使符號(hào)位（22H）置0。(c) 如被減數(shù)為負(fù)，減數(shù)為正，此時(shí)雙應(yīng)把兩數(shù)的絕對(duì)值相加。但符號(hào)位（22H）應(yīng)置1。其它處理同(b)。(d) 如果兩數(shù)均為負(fù)數(shù)，此時(shí)應(yīng)將減數(shù)（絕對(duì)值）被減數(shù)（絕對(duì)值），其它處理同(a)。雙字節(jié)帶符號(hào)數(shù)的加法子程序由于增量式PID算式中的比例、積分、微分三項(xiàng)均由兩個(gè)單字節(jié)數(shù)相乘，結(jié)果都為雙字節(jié)數(shù)。其中比例項(xiàng)KP（eiei1）的符號(hào)位同eiei1，積分項(xiàng)KIei的符號(hào)位同ei ，微分項(xiàng)KD[（eiei1）（ei1ei2）]的符號(hào)位同（eiei1）（ei1ei2）。要實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)雙字節(jié)帶符號(hào)數(shù)相加，則需編制雙字節(jié)帶符號(hào)數(shù)的加法子程序。 PID控制輸出有兩種方法:控制雙向可控硅的導(dǎo)通角；控制雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)間。如果利用控制雙向可控硅導(dǎo)通角的方法對(duì)加熱機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制則需擴(kuò)展一片DAC0832，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行PID運(yùn)算后，自DAC0832送出控制信號(hào)（05V），再經(jīng)電壓/電流（V/I）轉(zhuǎn)換后，送晶閥管調(diào)壓裝置改變晶閥管的導(dǎo)通角，使加熱機(jī)構(gòu)兩端的電壓發(fā)生變化從而改變溫度。而利用改變導(dǎo)通時(shí)間的辦法則比較簡(jiǎn)單，只須輸出一定占空比的PWM波適時(shí)的改變雙向可控硅的通斷就行了。因此本系統(tǒng)選擇了控制導(dǎo)通時(shí)間的方法去控制加熱執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 本系統(tǒng)中每T0在每10ms來(lái)一次中斷,每來(lái)一次中斷則使標(biāo)志位3EH單元加1直到加到FFH表示一次完整的控制周期。因?yàn)镻ID算法算出的U值范圍為00FFH所以經(jīng)PID算法算出來(lái)的U值可以看成是控制的一個(gè)占空比，當(dāng)U值小于3EH單元的數(shù)值時(shí)則表示還需繼續(xù)加熱，大于則表示超出占空比不需加熱，由此來(lái)控制加熱機(jī)構(gòu)的導(dǎo)通時(shí)間，從而控制溫度。 PWM波輸出控制原理圖第五章 實(shí)驗(yàn)與調(diào)試本次設(shè)計(jì)主要是調(diào)試及排故過(guò)程。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試是交叉進(jìn)行的，但通常是先排除系統(tǒng)中明顯的硬件故障，尤其是電源故障，才能安全的進(jìn)行軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。電源故障：若系統(tǒng)中存在著電源故障，一旦加電后，會(huì)造成系統(tǒng)某些元件的永久性損壞，甚至損壞芯片。因此電源必須單獨(dú)調(diào)試好以后才能加到系統(tǒng)的各個(gè)部件中。一般的錯(cuò)誤有：電壓值不符和要求（如A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓）、電源引出線(xiàn)和插座不對(duì)應(yīng)、電源的真正負(fù)極之間短路、電源負(fù)載能力差等。原理問(wèn)題：也就是邏輯性錯(cuò)誤，由于設(shè)計(jì)過(guò)程中的疏忽，導(dǎo)致錯(cuò)線(xiàn)，開(kāi)路，短路，漏接線(xiàn)等錯(cuò)誤。還有就是PCB板制作過(guò)程中的工藝