電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例(編輯修改稿)
2024-09-01 09:54 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ?方案選擇 ? 結(jié)合本例題設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，由于水溫系統(tǒng)的傳遞函數(shù)事先難以精確獲得，因而很難判斷哪一種控制方法能夠滿足系統(tǒng)對(duì)控制品質(zhì)的要求 ； ? 但從以上對(duì)控制方法的分析來(lái)看， PID控制方法最適合本例采用 ： ? 一方面，由于可以采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程，無(wú)論哪一種控制方法都不會(huì)增加系統(tǒng)硬件成本，而只需對(duì)軟件作相應(yīng)改變即可實(shí)現(xiàn)不同的控制方案 ； ? 另一方面， 采用 PID的控制方式 可 以最大限度地滿足系統(tǒng)對(duì)諸如控制精度、調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量等控制品質(zhì)的要求 。 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) B T R ?就控制器本身而言，控制電路可以采用經(jīng)典控制理論和常規(guī)模擬控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，也可以采用以單片機(jī)為核心的智能電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水溫的自動(dòng)控制； ?單片機(jī)的使用也為實(shí)現(xiàn)水溫的智能化控制以及提供完善的人機(jī)界面及多機(jī)通訊接口提供了可能，而這些功能在常規(guī)數(shù)字邏輯電路中往往是難以實(shí)現(xiàn)或無(wú)法實(shí)現(xiàn)的； ?所以本例將采用以單片機(jī)為核心的直接數(shù)字控制系統(tǒng)。 2. 系統(tǒng)組成 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) B T R 三． 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1. 軟、硬件功能劃分 ?在絕大多數(shù)單片機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)功能的軟、硬件劃分往往是由系統(tǒng)對(duì)控制速度的要求決定的，在沒(méi)有速度限制的情況下可以考慮以軟件換取硬件電路的簡(jiǎn)化，以求降低硬件成本。 ?速度估算 ∵ ΔQ=mCΔT=1000g 1kcal/g?K 1K=1000kcal 又 ∵ ΔW=P Δt= ΔQ ∴ Δt= ΔQ/P＝ 1000kcal/1000W= ?由此可見(jiàn)，對(duì)于指令執(zhí)行時(shí)間一般為幾個(gè)微秒的單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，控制速度幾乎沒(méi)有任何限制 。 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) B T R ?軟、硬件功能劃分 ? 為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件、降低硬件成本、提高系統(tǒng)靈活性和可靠性，系統(tǒng)的軟、硬件功能可作如下劃分： ? PID運(yùn)算、輸入信號(hào)濾波及大部分控制過(guò)程都可由軟件來(lái)完成； ? 硬件的主要功能是溫度信號(hào)的傳感、放大、 A/D轉(zhuǎn)換及輸出信號(hào)的功率放大 ； ? 人機(jī)通道功能由系統(tǒng)軟、硬件配合完成，以降低軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性及縮短系統(tǒng)的研制周期 。 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) B T R ?根據(jù)系統(tǒng)總體方案，系統(tǒng)由 單片機(jī)基本系統(tǒng) 、 前向通道 、 后向通道 和人機(jī)對(duì)話通道 等 4個(gè)主要的功能模塊組成，總體框圖如圖所示。 2. 總體框圖 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) B T R ?單片機(jī)基本系統(tǒng) ? 單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心； ? 由于系統(tǒng)對(duì)控制速度、精度及功能要求都無(wú)特別之處，因此可以選用目前廣泛使用的 MCS－ 51系列單片機(jī) 8031； ? 8031可以提供 系統(tǒng)控制所需的 I/O口、中斷、定時(shí)及存放中間結(jié)果的 RAM電路 ； ? 由于 8031片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，因此單片機(jī)基本系統(tǒng)中除了應(yīng)包括復(fù)位電路和晶振電路以外，還應(yīng)擴(kuò) 充程序存儲(chǔ)器。 ?前向通道 ? 前向通道是信息采集的通道，主要包括傳感器、信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換等電路； ? 由于水溫變化是一個(gè)相對(duì)緩慢的過(guò)程，因此前向通道中沒(méi)有使用采樣保持電路； ? 信號(hào)的濾波可由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件、降低硬件成本 。 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) B T R ? 后向通道 ? 后向通道是實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)輸出的通道； ? 單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的控制信號(hào)經(jīng)功率放大電路放大控制電爐的輸入功率，以實(shí)現(xiàn)控制水溫的目的 。 ?人機(jī)對(duì)話通道 ? 人機(jī)對(duì)話通道主要由鍵盤(pán)、 LED顯示和打印機(jī)組成； ? 為了滿足功能要求，鍵盤(pán)可由 10個(gè)數(shù)字鍵及 6個(gè)功能鍵組成(確認(rèn)、取消、設(shè)定溫度、修改 PID參數(shù)、運(yùn)行、打印 )； ? LED顯示由雙 3位數(shù)碼管組成，分別
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