【正文】 主程序設(shè)計主程序包括 8051 本身的初始化以及各并行 I/O 口的初始化等。為簡化起見，本程序只給出有關(guān)標(biāo)志暫存單元和顯示緩沖區(qū)清零 T0 初始化開 CPU 中斷溫度顯示和鍵盤掃描等程序等,相應(yīng)程序框圖如圖 42 所示 [1]: 圖 42 主程序流程圖 中斷程序的設(shè)計T0 中斷服務(wù)程序框圖如圖 43 所示，圖中可見，T0 中斷服務(wù)程序是溫度控制開 始設(shè) 定 堆 棧 指 針清 標(biāo) 志 和 暫 存 單 元清 顯 示 緩 從 器 區(qū)T0初 始 化 開CPU中 斷掃 描 鍵 盤）37系統(tǒng)的主體程序，用于采樣爐溫、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、PID 計算和在 引腳上輸出控制脈沖等。在 T0 中斷服務(wù)程序中，8051 把計算出的 PID 值得補(bǔ)碼送入 TL0，使 置為高電平“1”狀態(tài)和啟動 T1 工作，另一方面是進(jìn)行溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換、把本次采樣的溫度值放入顯示緩沖區(qū)和調(diào)用溫度顯示程序，然后等待 T1中斷，并在該中斷服務(wù)程序中使 復(fù)位成低電平“0”狀態(tài)，以便在 引腳上形成一個正控制脈沖，控制加在可控硅管控制板上過零同步脈沖個數(shù)，達(dá)到對爐內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)。 保 護(hù) 現(xiàn) 場Ui(K)Umin?Ui(K)=Umin?初 始 化 T1從 出求 補(bǔ)計 算 PID數(shù) 字 濾 波采 樣 爐 溫求 補(bǔ)取 最 大 PID值 輸 出 溫 度 標(biāo) 度 轉(zhuǎn) 換溫 度 顯 示（ D5H） =1？恢 復(fù) 現(xiàn) 場返 回NYYNUi(K)Umax? 求 補(bǔ)取 最 小 PID值 輸 出YNYN）38圖43 T0中斷服務(wù)程序流程圖）39圖 44 T1中斷服務(wù)程序T1中 斷 程 序停 止 輸 出清 標(biāo) 志 D5H返 回）40 鍵盤輸入子程序流程圖 圖 45 鍵盤輸入程序調(diào) 用 顯 示 子 程 序延 遲 6m有 鍵 盤 閉 合 ？2次 調(diào) 用 顯 示 子 程 序延 遲 12m判 斷 閉 合 鍵 鍵 號 堆 棧有 鍵 盤 閉 合 ？閉 合 鍵 釋 放 否 ？輸 入 鍵 號 ARETYNYNYN開 始）41 顯示子程序流程圖圖 46 顯示子程序\ 掃 描 模 式 置 初 值 07H R3R3 825A口顯 示 數(shù) 據(jù) 825B口延 遲 5m顯 示 緩 沖 器 指 針 R0加 1顯 示 緩 沖 區(qū) 置 初 值 79H R0（ R3） .5=1？R3左 移 一 位RETY開 始）42 數(shù)字濾波子程序 數(shù)字濾波的優(yōu)點一般微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入信號中，均含有種種噪音和干擾，它們來自被測信號源本身、傳感器、外界干擾等。為了進(jìn)行準(zhǔn)確測量和控制，必須消除被測信號中的噪音和干擾。噪音有兩大類:一類為周期性的，另一類為不規(guī)則隨機(jī)性的。前者的典型代表為 50Hz 的工頻干擾。對于這類信號，可以采用積分時間等于 20ms整數(shù)倍的雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，能有效的消除其影響。后者為隨機(jī)信號，而不是周期信號對于隨機(jī)干擾，可以用數(shù)字濾波方法加以消弱或濾除。所謂數(shù)字濾波，就是通過程序計算或判斷以減少干擾在有用信號中的比重，故實際上它是一種程序濾波。數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比，有以下幾個優(yōu)點:（1）數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。（2）數(shù)字濾波可以對頻率很低(如 Hz)的信號實現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。（3）模擬濾波器通常每個通道都有，而數(shù)字濾波器則可以多個通道共用，從而降低成本。（4）數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號的不同，采用不同的濾波方法或濾波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點。由于數(shù)字濾波器具有以上優(yōu)點，所以數(shù)字濾波在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用 [16]。 數(shù)字濾波的常用方法（1）算術(shù)平均濾波程序算術(shù)平均法是輸入一次采樣的 N 個數(shù)據(jù) Xi (1 為 1N).并尋找這樣一個 y,使 y 與各采樣值之間的偏差的平方和為最小，即）43 （）由一元函數(shù)求極值原理可得 （）這時，y 即可滿足式()，式()即是算術(shù)平均值法的算式。設(shè)第二次測量的測量值包含信號成分 Si和噪音成分 Ci，則進(jìn)行 N 次測量的信號成分之和為 （） 噪音的強(qiáng)度是用均方根來衡量的，當(dāng)噪音為隨機(jī)信號時，進(jìn)行 N 次測量的噪音強(qiáng)度之和為（） 上述兩式中，S、C 分別表示進(jìn)行 N 次測量后信號和噪音的平均幅度。這樣對 N 次測量進(jìn)行算術(shù)平均后的信噪比為（）式中 S/C 是求算術(shù)平均值的信噪比。因此，采用算術(shù)平均法后，使信噪比提高了倍。N算術(shù)平均值法適用于一般的具有隨機(jī)干擾的信號濾波，并特別適合于信號本身在某一數(shù)值范圍附近作上下波動的情況，如流量、液平面等信號的測量。由式()可知，算術(shù)平均值法對信號的平滑濾波程序完全取決于 N。當(dāng) N 較大時，平滑度高，但靈敏度低，即外界信號的變化對測量計算結(jié)果 y 的影響小。當(dāng) N 較小時，1NiiyX???21*NiiC??*SSC?*1i?NS])(min[21??NiyE）44平滑度較低但靈敏度高。因此，應(yīng)按具體情況選取 N，如對流量的測量，可取 N=8到 16:對壓力的測量，可取 N=4 等。算術(shù)平均值法程序可直接按式()編出，只是需注意兩點:一是 xi 的輸入方法。對于定時測量，為了減少數(shù)據(jù)的存儲容量，可對測得的 xi 值直接按式()進(jìn)行計算，但對某些應(yīng)用場合，為了加快數(shù)據(jù)測量的速度，可采用先測量數(shù)據(jù)，并把它先存放在存儲器中，測量完 N 點后，再對測得的 N 個數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值計算。二是選取適當(dāng)?shù)?x、y 的數(shù)據(jù)格式。即 x、y 是定點數(shù)還是浮點數(shù)。采用浮點數(shù)計算比較方便，但計算時間較長。采用定點數(shù)可加快計算速度，但是必須考慮累加時是否會產(chǎn)生溢出，如數(shù)據(jù)為 14 為的二進(jìn)制定點數(shù)，可采用雙字節(jié)運(yùn)算，但當(dāng) N4時就可能產(chǎn)生溢出。（2）滑動平均值濾波程序算術(shù)平均濾波法，每計算一次數(shù)據(jù)，需測量 N 次。對于測量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計算速率較高的實時系統(tǒng)，該方法是無法使用的。如假設(shè) A/D 數(shù)據(jù)采樣速率為每秒采樣 10 次，而要求每秒輸入 4 次數(shù)據(jù)時，則 N 不能大于 2。下面介紹一種只需進(jìn)行一次測量，就能得到一個新的算術(shù)平均值的方法—滑動平均值法?；瑒悠骄捣ú捎藐犃凶鳛闇y量數(shù)據(jù)存儲器，隊列的隊長固定為 N，每進(jìn)行一次新的測量，把測得的結(jié)果放入隊尾，而扔掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)，這樣在隊列始終有 N 個最新的數(shù)據(jù)。計算平均值時，只要把隊列中的 N 個數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，就的得到新的算術(shù)平均值。這樣每進(jìn)行一次測量，就可得到一個新的算術(shù)平均值。上面介紹的這兩種平均值方法，都是采用算術(shù)平均的方法，在這種方法中，對于 N 次內(nèi)的所有采樣值，在其結(jié)果中的比重是相等的。但是有時為了提高濾波效果，將各采樣值取不同的比例，然后再相加，此種方法即為加權(quán)平均法。一個N 項加權(quán)平均式為式中 C0、C ..…、C n1:均為常數(shù)項，應(yīng)滿足下列關(guān)系： 101niiC??????101niixnY）45式中 C0、C C …、C nl為各此采樣值的系數(shù)，可根據(jù)具體情況決定，一般采樣次數(shù)愈靠后，取的比例愈大，這樣可增加新的采樣值在平均值中的比例。其目的是增加信號的某一部分，抑制信號的另一部分。為計算方便，可取各加權(quán)系數(shù) Ci 均為整數(shù)且總和為 256，加權(quán)運(yùn)算之后的累加和 Yn 除以 256 以后便是有效采樣值。各加權(quán)系數(shù)用一個表格存放在 ROM 中。各次采用值依次存放在 RAM 中。 （3）擾平均值濾波(復(fù)合濾波)在工業(yè)控制等應(yīng)用場合中，經(jīng)常會遇到尖脈沖干擾的現(xiàn)象。干擾通常只影響個別采樣點數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點數(shù)據(jù)相差比較大。如果采用一般的平均值法，則干擾將“平均”到計算結(jié)果上去，故平均值法不易消除由干擾脈沖引起的采樣值的偏差。為此，可采取先對平均值法的 N 個數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并按大小順序排隊后，除掉其中最大值和最小值，然后計算余下的 N2 個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，這種方法即可濾去脈沖干擾又可濾除小的隨機(jī)干擾。在實際應(yīng)用中，N 可取任何值，但為了加快數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理速度，一般N 不能太大，通常 N 取為 4。這時即為四取二再取平均值法。它具有計算方便、速度快、需存儲容量小等特點，因而得到了廣泛的應(yīng)用。（4）程序判斷濾波當(dāng)采樣信號由于隨機(jī)干擾、誤檢測或者轉(zhuǎn)換器不穩(wěn)定而引起嚴(yán)重失真時，可采用程序判斷濾波。程序判斷濾波的方法，是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，確定出兩次采樣輸入信號可能出現(xiàn)的最大偏差△x，若超過此偏差值，則表明本次輸入信號是干擾信號，應(yīng)該去掉。若小于此偏差值，則表明本次采樣信號有效，可作為本次采樣值。程序判斷濾波根據(jù)濾波方法不同，可分限幅濾波和限速濾波兩種。限幅濾波:所謂限幅濾波就是把兩次相鄰的采樣值進(jìn)行相減，求出其增量，然后有兩次采樣允許的最大差值進(jìn)行比較，如果小于或等于△x，則取本次采樣值。如果大于△x，則仍取上次采樣值作為本次采樣值。）46為了加快程序的判斷速度，將經(jīng)驗限額值取反，后以立即數(shù)的形式編入程序中，然后用加法運(yùn)算來取代比較運(yùn)算。如果相鄰兩次采樣值最大變化范圍不超過04H，取反為即為0FBH。當(dāng)變化量為05H 時，與經(jīng)驗限額值的反碼0FBH 相加后即產(chǎn)生進(jìn)位，從而為判斷指令提供了判斷標(biāo)志位。限速濾波:設(shè)順序采樣時刻 ttt3 所采集的參數(shù)分別為 xl、xx3，則當(dāng)區(qū)|2xl|≦△x，則 x2 輸入計算機(jī)。| x2x1|△x，則 x2 不采用，但仍保留，再繼續(xù)采樣一次，得 x3。|x3xl|≦△x，則 x3 輸入計算機(jī)。 |x3xl|△x，則(x2+x3)/2 輸入計算機(jī)。 這是一種折中的方法，即照顧了采樣的實時性，又照顧了采樣的連續(xù)性。程序判斷濾波程序，可用于變化比較緩慢的參數(shù)如溫度、液位等。 幾種濾波方法的比較以上介紹了幾種常用的數(shù)字濾波程序。隨著微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字濾波方法將越來越完善，每種濾波程序都有其各自的特點，可根據(jù)具體的測量參數(shù)進(jìn)行合理的利用。在具體選用濾波方法時需從以下幾個個方面加以考慮:（1）濾波效果一般說來，對于變化比較緩慢的參數(shù)如溫度，可選用程序判斷濾波以及一階滯后濾波方法比較好。而對于變化較快的脈沖參數(shù)，則可選用算術(shù)平均和加權(quán)平均濾波方法，而且加權(quán)平均濾波方法比算術(shù)平均方法更好 [22]。（2）濾波時間在考慮濾波效果的前提下，應(yīng)盡量采用執(zhí)行時間比較短的程序，如果微機(jī)的時間允許，則可采用效果較好的復(fù)合濾波程序。需要說明的是，數(shù)字濾波固然是消除微機(jī)控制系統(tǒng)干擾的好方法，但一定要注意，并不是在任何一個系統(tǒng)種都需要進(jìn)行數(shù)字濾波。有時不適當(dāng)?shù)牟捎脭?shù)字濾波反而適得其反，造成不良影響。如在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，采用數(shù)字濾波有時會把偏差值濾掉，因而使系統(tǒng)失去調(diào)節(jié)作用。因此，在設(shè)計微機(jī)控制系統(tǒng)時，要不要數(shù)字濾波，或者到底采用哪一種形式的濾波方法，一定要根據(jù)實驗后確定，絕對）47不能照搬硬套。微機(jī)控制系統(tǒng)通常直接放在生產(chǎn)現(xiàn)場，會受到很嚴(yán)重的干擾，可以采用濾波的方法來消除干擾。這里采用中值濾波，就是連續(xù)三次取樣，取中間值作為本次取樣值。三次取樣值分別放在 2CH，2DH， 2EH 中，取中間值放在累加器 A 中，同時也轉(zhuǎn)存在 2AH 單元內(nèi)，以備進(jìn)行溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換用?？? 結(jié)本設(shè)計主要是對電阻爐溫度自動控制系統(tǒng)的研究。其電阻爐的功能是對溫度進(jìn)行自動控制。系統(tǒng)由 8051 處理器為核心，采用 PID 控制算法進(jìn)行程序設(shè)計。由單片機(jī)直接控制雙向可控硅進(jìn)行溫度控制。本論文是我三個月來不斷努力的成果。其間查閱和整理了大量資料，但由于時間有些倉促和我對知識掌握的不夠，論文還存在著缺點和不足需要去改進(jìn)完善。在本設(shè)計中，我深深的體會到了自己所學(xué)知識不足等缺點，尤其是不能把在書本上所學(xué)的知識理論靈活的應(yīng)用在實踐中去。由于本人的水平有限，在設(shè)計中存在很多不足之處，比如在各個電路的選擇和方案的選擇上，沒有達(dá)到最理想的要求。存在欠缺和需要改善的地方，請各位答辯老師指正。）48致 謝在這畢業(yè)設(shè)計即將完成之際，我要向我的指導(dǎo)教師謝慕君老師表示由衷的感謝。在這次設(shè)計期間，謝老師給予了我耐心的指導(dǎo)和不斷的鼓勵，為我們提供了大量的學(xué)習(xí)的條件，使我能順利完成這次設(shè)計。謝老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、耐心細(xì)致的講解、對學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的精神以及寬以待人的胸懷，都給我留下了深刻的印象，使我受益匪淺。更重要得是，我從她那里不僅學(xué)習(xí)到知識，而且掌握了許多學(xué)習(xí)方法，增長了學(xué)習(xí)的能力。最后感謝四年來學(xué)校全體老師們對我的培養(yǎng)，在這四年里我收獲了很多。在我投身社會之際，我將以滿腔的熱情，旺盛的精力努力工作，不辜負(fù)學(xué)校對我的期望。）49參 考 文 獻(xiàn)[1] 胡漢才編著. 單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計[J]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2022[2] 白文峰, 李霄燕編著. 自動控制原理[