【導讀】-I-. 主程序MAIN

　　

【正文】 （ 2）具有轉換起?？刂贫?。 （ 3）轉換時間為 100μs （ 4）單個＋ 5V電源供電 （ 5）模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點和滿刻度校準。 （ 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 （ 7）低功耗，約 15mW。 2．內(nèi)部結構 ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A／ D 轉換器，內(nèi)部結構如 圖 4－ 3所示，它由 8 路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位 A/D 轉換器、 三態(tài)輸出鎖存器組成 ： 3．外部特性（引腳功能 ） 圖 4－ 3 ADC0809引腳說明 ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如 圖 4－ 3 所示。下面說明各引腳功能。 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 21～ 28： 8 位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一 路 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電 平有效。 哈爾濱理工大學學士學位論文 16 START： A／ D 轉換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOC： A／ D 轉換結束信號，輸出，當 A／ D 轉換結束時，此端輸出一個高 電平（轉換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當 A／ D 轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。 REF（ +）、 REF（ ）：基準電壓。 Vcc：電源，單一＋ 5V。 GND：地。 A/D 轉換的工作過程 ADC0809 的工作過程是：首先輸入 3 位地址， ，單片機的 ~ 口提供，確定選擇那個通道轉換， 作為片選信號，與進行或非操作得到一個正脈沖加到 ADC0809 的 ALE 和 START 引腳上。由于 ALE 和 START 連接在一起，因此ADC0809 在所存通道地址的同時也啟動轉換。在讀取轉換結果的同時，用單片機的讀信號 RD 和 引腳經(jīng)或非門后產(chǎn)生的正脈沖作為 OE 信號，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。顯然，上述操作 應為低電平。 ADC0809 的 EOC 端經(jīng)反向器連接到單片機的 （ INT1 ）引腳作為中斷信號 。 ADC0809 時鐘由單片機ALE 引腳信號經(jīng) 4 分頻后提供 因為系統(tǒng)的測量精度要求在177。 ℃，而每 ℃對應溫度傳感器的 電信號經(jīng)放大為 50mV， ADC0809 的分辨率 其分辨率 為 20mV，精度完全能達到要求 。 顯示電路與按鍵 顯示是系統(tǒng)實現(xiàn)人機聯(lián)系的主要途徑。根據(jù)發(fā)酵罐內(nèi)的反應過程，需要實時循環(huán)顯示出三路冷卻液溫度、發(fā)酵液溫度、罐內(nèi)壓力、液位以及三路閥門位置，并在參數(shù)設定時顯示更新的數(shù)據(jù)，同時 LED 顯示器又承擔對發(fā)酵反應工藝曲線的設定參數(shù)的顯示任務，以達到更好的 人機對話。顯示與按鍵電路見附錄 2。本設計中采用五個 發(fā)光二極管顯示器 LED 來完成顯示任務， LED 采用共陰極的七段發(fā)光二極管顯示器。 LED 顯示器的段選由 89C52 的 P0 口經(jīng)鎖存器 74LS373 驅動，位選出 89C52 的 P2 口（ ～ ）經(jīng)反向器 7404 得到低電平有效的信號。圖 4－ 5 為五位 LED 顯示器。 . ... . 圖 4－ 4 五位 LED 顯示器 當壓力、液位、溫度超限時，由發(fā)光二極管發(fā)出報警信號。閥門開關狀態(tài)、 哈爾濱理工大學學士學位論文 17 洗罐、空罐降溫、運行狀態(tài)由雙色發(fā)光二極管顯示。 本設 計采用一鍵多義， 按鍵功能示意圖見圖 4－ 6。 1 324 5 6功 能 選擇確 認洗 滌 /下 減降 溫 /上 加停 止 /左 移運 行 /右 移 圖 4－ 5 按鍵功能示意圖 控制電路 啤酒發(fā)酵過程計算機控制系統(tǒng)的控制電路 如附錄 C 所示 。根據(jù)工藝要求，設計中需要對發(fā)酵罐上、中、下三層冷卻液輸入和壓力、液位閥門進行控制。系統(tǒng)調(diào)節(jié)的輸出是通過單片機的 I/O口的 3 路開關量，經(jīng)過光隔離后驅動雙向晶閘管，來控制執(zhí)行器件。雙向晶閘管的選擇是為了提高控制器件的執(zhí)行速度，盡量減小由于機械原因產(chǎn)生的滯后性。其中溫度量的控制是由電磁閥與氣動執(zhí)行閥結合來實現(xiàn)的。氣動調(diào)節(jié)閥控制冷 卻水的流量，電磁閥控制氣源，當系統(tǒng)輸出繼電信號，使先導電磁閥動作，冷卻液管道上的氣動薄膜調(diào)節(jié)閥隨之動作，因而來改變管道內(nèi)冷卻液的流量。這種控制執(zhí)行機構可靠性高，對現(xiàn)場環(huán)境條件要求大大降低（包括安全、防火方面的要求也相對降低），維護費用低，維修方便。光耦的作用是實現(xiàn)光電隔離，保護系統(tǒng)安全。 本章小結 本章對系統(tǒng)所需的 89C52 型單片機進行了簡單的介紹，并詳細的對系統(tǒng)硬件的設計過程進行了響應的描述。 哈爾濱理工大學學士學位論文 18 第 5章 軟件程序設計 概述 軟件設計思想 在整個啤酒生產(chǎn)系統(tǒng)中，軟件系統(tǒng)主要由上位機以及下位機軟件構成，上位機的主要任 務是通過通信軟件與下位機進行數(shù)據(jù)傳輸，并對下位機傳送過來的數(shù)據(jù)進行相應的處理。本次課題軟件的主要部分是下位機軟件的設計，利用單片機內(nèi)部的特點，來實現(xiàn)對系統(tǒng)的多路數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)顯示以及輔助的功能，如參數(shù)、密碼的設定，多路溫度的調(diào)節(jié)控制、控制過程的開始與結束等。 在軟件系統(tǒng)的設計中，考慮到程序的可讀性，系統(tǒng)的可擴展性，以及升級的需要，程序設計過程采用模塊化的設計方法，每個模塊實現(xiàn)一定的功能，模塊與模塊間功能相對獨立，這樣就使得程序結構清晰。另外，模塊的功能相對獨立，同一模塊可以應用在不同的地方，這增加 了代碼的使用效率。 本系統(tǒng)的軟件采用 MCS51 匯編語言編寫，匯編語言作為一種計算機提供給用戶最快、最有效的語言，能夠利用所有硬件特性并能直接控制硬件，對于程序的空間和時間要求很高的場合，它是一種較好的語言工具。 系統(tǒng)構成 啤酒發(fā)酵過程的軟件設計需要采樣溫度、壓力、液位，然后根據(jù)檢測量與設定值的誤差進行運算，輸出控制量，同時要對發(fā)酵的時間計時，并且需要查詢按鍵的狀態(tài)、實時顯示檢測量和向上位機傳送數(shù)據(jù)。 本系統(tǒng)的軟件由主程序 MAIN、外中斷服務子程序 JINT、定時 /計數(shù)器 T0中斷服務子程序 JT0、串行口中斷服 務子程序 JSR、按鍵處理模塊、顯示模塊、讀數(shù)據(jù)子程序 RDBYT、寫數(shù)據(jù)子程序 WRBYT 等構成。其中外中斷服務子程序JINT 中又包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、 PID 計算子程序。各模塊功能如下： 主程序模塊：完成系統(tǒng)自檢、初始化、協(xié)調(diào)各模塊工作。 外中斷服務子程序 JINT：在這個中斷服務子程序部分里要完成對被測量 A/D轉化值的讀取、變換、 PID 計算和限幅任務。主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、 PID 計算子程序來完成。 定時 /計數(shù)器 T0 中斷服務子程序 JT0：完成對系統(tǒng)的運行時間的計時。 串行口中斷服務子程序 JSR：其主要是接受來自作為集散控制系統(tǒng)的主機的信息，向主機發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)從主機設定或修改每個發(fā)酵罐現(xiàn)場反應參數(shù)的功能和向主機提供集散控制管理的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)采集模塊：完成定時采樣三層溫度、壓力、液位，數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)格式轉換及存儲；對測量值進行判斷是否超過限值，利用發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)和超限報警信號。 哈爾濱理工大學學士學位論文 19 數(shù)據(jù)處理模塊：判斷當前測量值處于發(fā)酵工藝曲線的哪一段折線內(nèi)，根據(jù)相應的 線 性 化 公式計算出此次采樣的線形值。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)與設定值的誤差進行PID 運算，計算出閥門的開通時間和關閉時間，輸出控制量。 PID 計算子 程序：根據(jù)測量值與設定值偏差，利用 PID 運算公式，計算出系統(tǒng)應輸出的控制量。 按鍵處理模塊：在發(fā)酵最初階段，要對發(fā)酵過程中溫度控制工藝要求進行設定，需要輸入三層溫度隨時間的變化關系，以及參數(shù)設定權限的密碼，以及系統(tǒng)的 PID 參數(shù)。另外，還要進行運行的開始與停止，空罐降溫，洗罐等命令的操作等。 顯示模塊：根據(jù)采樣所得的結果，要求對采樣結果進行實時顯示，以及輸入?yún)?shù)的顯示，對當前輸入位進行閃爍顯示，對操作的進行提示。 讀數(shù)據(jù)子程序 RDBYT，寫數(shù)據(jù)子程序 WRBYT：實現(xiàn)單片機與串行 EEPROM的數(shù)據(jù)傳遞功能，作為 掉電保護措施。 系統(tǒng)中 89C52 中斷源的使用 結合使用的 89C52 單片機和其他硬件電路，軟件中利用了 89C52 的 三個 中斷源：外部中斷 INT定時 /計數(shù)器 0、串行口中斷。 其中利用外部中斷 INT1 完成對采樣值的 A/D 轉換值的讀取、處理。在中斷初始化中，外部中斷 INT1 的激活方式設定為下降沿觸發(fā)。 轉化完畢時， EOC 向單片機發(fā)出中斷申請信號，由中斷服務子程序讀取中斷值并儲存到 RAM 中，經(jīng)PID 計算，確定出應輸出的控制量。 在啤酒發(fā)酵的過程中要在不同的時間段內(nèi)控制相應的發(fā)酵溫度，而且要保證在上位機出現(xiàn)掉電情況后仍 能記錄發(fā)酵時間仍能記錄發(fā)酵時間和其他運行情況，因此對發(fā)酵運行時間的記錄是必要的。定時 /計數(shù)器 T0 的作用是完成計時任務，同時要每隔一小時刷新在 EEPROM24C02 里的有關參數(shù)值，記錄反應。將 T0 設定為溢出中斷，置初值后， T0 定時開始， 1 秒到， T0 溢出，申請中斷。在 T0 中斷服務程序中完成一個發(fā)酵過程二十多天的計時。 本次設計的系統(tǒng)作為主從集散控制系統(tǒng)的下位機，需要與上位機之間進行數(shù)據(jù)的傳遞，這主要由 89C52 的串行口工作方式 3，波特率采用 9600，利用定時 /計數(shù)器 T2 來作為波特率發(fā)生器。 主從機之間多機通訊的 工作原理是利用從機 89C52 的串行口方式 3 來實現(xiàn)的。方式 3 的信號幀是 11 位，即 1 位起始、 8 位數(shù)據(jù)、 1 位編程、 1 位停止。在中斷允許寄存器 IE 中將 ES 位置 1，允許串行口中斷。當主機向從機傳送一數(shù)據(jù)塊時，先發(fā)送該從機的代碼，以選定目的從機。定義傳送的字節(jié)第 9 位數(shù)據(jù)位為1 時，此字節(jié)是從機地址，為 0 時，是傳送的數(shù)據(jù)。從機將 SM2（多機通訊控制位）置 1，當主機發(fā)送從機的地址字節(jié)時，因其 TB8=1，故各從機接收到的 TB8均為 1，于是各從機的 RI 全被置位，這樣隔從機都產(chǎn)生各自的中斷。在中斷服務程序中，檢查主機發(fā)來的地址與自 己的地址是否匹配。匹配者，即主機呼叫的目的從機將其 SM2 位清 0，接受此后主機發(fā)來的數(shù)據(jù)字節(jié)。接受的數(shù)據(jù)信息中 哈爾濱理工大學學士學位論文 20 RB8=0，只有其 SM2 已清 0 的目的從機才能將其 RI置 1，從而請求中斷，在中斷服務程序中對此數(shù)據(jù)進行對此數(shù)據(jù)自己進行處理。其他從機因其 SM2 仍為 1，故 RB8 為 0 時不會有中斷請求發(fā)生，因此不理會主機發(fā)來的數(shù)據(jù)信息，二繼續(xù)其本身的作業(yè)。 程序中有關參數(shù)的設定 一、 程序模塊及其入口地址對應的中斷矢量如表 5－ 1 所示。 表 5－ 1 程序模塊及其入口地址對應的中斷矢量表 序號 程序名稱 入口地址 中斷矢量 1 主程 序 MAIN 0000H 2 外部中斷服務子程序 JINT 0003H 3 定時 /計數(shù)器 T0 中斷服務子程序 JT0 000BH 4 串行口中斷子程序 JSR 0023H 5 數(shù)據(jù)采集模塊 DATA 6 數(shù)據(jù)處理模塊 PROM 7 按鍵處理子程序 KEY 8 顯示子程序 DSP 9 PID 計算子程序 10 讀數(shù)據(jù)子程序 RDBYT 11 寫數(shù)據(jù)子程序 WRBYT 二、 中間變量存放區(qū)如表 5－ 2 所示。 表 5－ 2 中間變量存放區(qū)表 序號 名稱 代號 存儲地址 1 A/D 轉換溢 出標志位 0020H 2 A/D 轉換上溢標志 0020H 3 A/D 轉換下溢標志 0020H 4 溫度值的正負標志 1 為負 0 為正 0020H 5 通道 1 標志位 0021H 6 通道 2 標志位 0021H 7 通道 3 標志位 0021H 8 A/D 轉換結果（低位） MY1 0022H 9 A/D 轉換結果（高位） MY2 0023H 哈爾濱理工大學學士學位論文 21 三、 輸入量、輸出量存放區(qū)如表 5－ 3 所示。 表 5－ 3 輸入量、輸出量存放區(qū)表 序號 名稱 代號 存儲地址 1 PID 輸出量與閥門開通時間的比例系數(shù) K 0031H 2 比例增益 KC 0032H 3 積分時間 TTI 0033H 4 微分時間 TD 0034H 5 閥門控制周期 TC 0035H 6 采樣周期 TO 0036H 7 秒計時器 TS 0037H 8 分鐘計時器 TM 0038H 9 小時計時器 TH 0039H 10 本次溫度偏差 EK 003AH 11 上次溫度偏差 EK1 003BH 12 上上次溫度偏差 EK2 003CH