【正文】 如果采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，一般是逐個(gè)任務(wù)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試方法與上述基本類 30 似，只是實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序是由若干個(gè)任務(wù)程序組成，一般是逐個(gè)任務(wù)進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試某個(gè)任務(wù)時(shí)，同時(shí)也調(diào)試相關(guān)的子程序、中斷服務(wù)程序和一些操作系統(tǒng)的程序。在這個(gè)階段若發(fā)生故障，可以考慮各子程序在運(yùn)行時(shí)是否破壞現(xiàn)場(chǎng)，緩沖單元是否發(fā)生沖突，標(biāo)志位的建立和清除在設(shè)計(jì)上有無(wú)失誤，堆棧區(qū)域有無(wú)溢出，輸入設(shè)備的狀態(tài)是否正常等等。通過(guò)檢測(cè)可發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)錯(cuò)誤、機(jī)器碼錯(cuò)誤及轉(zhuǎn)移地址的錯(cuò)誤。 軟件調(diào)試方法 軟件調(diào)試與所 選用的軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)技術(shù)有關(guān)。 對(duì)于樣機(jī)所用電源，事先必須單獨(dú)調(diào)試。 在樣機(jī)主機(jī)部分調(diào)試好后，可以插上系統(tǒng)的其他外圍部件，例如鍵盤、顯示器、輸出驅(qū)動(dòng)板、 A/D及 D/A板等，再對(duì)這部分進(jìn)行初步調(diào)試。一切正常后，即可打開電源。 電源故障 若樣機(jī)有電源故障，則加電后很容易造成器件損壞。 硬件調(diào)試方法 常見的硬件故障有： 邏輯錯(cuò)誤 它是由設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或加工過(guò)程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的。連續(xù)三次長(zhǎng)按設(shè)定按鍵，進(jìn)入溫度值設(shè)定，連續(xù)四次長(zhǎng)按設(shè)定按鍵，進(jìn)入加熱爐參數(shù)設(shè)定。設(shè)置按鍵是用來(lái)設(shè)定加熱爐的溫度上、下限，加熱溫度值及各種參數(shù)。 KP， KI， e(n),e(n1)分別放在 89C51單片機(jī)片內(nèi) RAM的 26H， 27H,29H,2AH中， PI結(jié)果 YPI（ n）放在 R3R4中，則 PI控制程序如下 : PI： MOV A， 29H ； e(n) CLR C SUBB A， 2AH ； e(n)e(n1) MOV B， 26H ； KP LCALL MULTS ； KP [e(n)e(n1)] MOV R4， A MOV R3， B ；暫存于 R3R4 MOV A， 29H ； e(n) MOV A， 27H ； KI LCALL MULTS ； KI e(n) ADD A， R4 MOV R4， A MOV A， B ADDC A， R3 26 MOV R3， A ； R3R4= KP [e(n)e(n1)]+ KI e(n) RET MULTS： CLR F0 ；置 e(n)符號(hào)標(biāo)志位為正 JNB ， MUL1 SETB F0 ；置 e(n)符號(hào)標(biāo)志位為負(fù) CPL A INC A ；取絕對(duì)值 MUL1： MUL AB JNB F0， MUL2 CPL A ADD A， 1 MOV R2， A MOV A， B CPL A ADDC A， 0 MOV B， A MOV A， R2 ；還原為補(bǔ)碼 MUL2： RET 控制面板的設(shè)計(jì) 控制面板的介紹 ℃上限 下限 溫度值 參數(shù)值+ 設(shè)置 退出 對(duì)一般用戶來(lái)說(shuō)不需要知道系統(tǒng)內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)，只需知道如何進(jìn)行操作即可，因圖 51 控制面板 27 此控制面板就成為人和工作機(jī)進(jìn)行交流的十分重要平臺(tái)，在現(xiàn)代化的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中，產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)對(duì)吸引購(gòu)買者也起著很重要的作用，所以控制面板的設(shè)計(jì)是一個(gè)非常講究技巧和美觀的工作。即 根據(jù)調(diào)節(jié)規(guī)律，及不同調(diào)節(jié)對(duì)象的特征，通過(guò)閉環(huán)試驗(yàn)，反復(fù)湊試，找出最佳調(diào)節(jié)參數(shù)。 PID 參數(shù)整定是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，一般需要根據(jù)被控對(duì)象慢慢進(jìn)行。但是，計(jì)算機(jī)的工作時(shí)間和工作量卻隨著采樣周期的減小而增大，所以每一個(gè)回路都有一個(gè)最佳的采樣周期。下面給出增量型和位置型的具體公式： Δ Y（ n） =Y(n)Y(n1) =KP[e(n)e(n1)]+KIe(n)+KD[e(n)2e(n1)+e(n2)] Y(n)=Y(n1)+ KP[e(n)e(n1)]+ KI e(n)+KD[e(n)2e(n1)+e(n2)] 式中 KI=KPTiT ，稱為積分常數(shù)； KD=KP TTd ，稱為微分常數(shù) ,Δ t=T，為采樣周期； e(t) 為第 n次采樣的偏差值； e(n1)為第 (n1)次采樣時(shí)的偏差值； n為采樣序列， n=0,1,2,?。 PID是比例（ P）、積分（ I）和微分（ D） 3個(gè)控制作用的組合。模式 0為 TL0（ 5 位）、 TH0（ 8位）方式，模式 1 為 TL1（ 8位）、 TH1（ 8 位）方式，其余完全相同。當(dāng) 89C51 采用 12MHZ 晶振時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為 1μ s，計(jì)數(shù)頻率為 1MHZ。他們都有定時(shí)和事件計(jì)數(shù)的功能，可用于定時(shí)控制、延時(shí)、對(duì)外部事件計(jì)數(shù)和檢測(cè)等場(chǎng)合。當(dāng)輸入信號(hào)為 0（即參數(shù)值起點(diǎn)值）， A/D 輸出值不為 0 時(shí)，標(biāo)度變化公式為： Ax=(AmAo)*(NxNo)/NmNo +Ao 式中： Ao：參數(shù)量程起點(diǎn)值 ，一次測(cè)量?jī)x表的下限； Am：參數(shù)量程終點(diǎn)值，一次測(cè)量?jī)x表的上限； Ax：參數(shù)測(cè)量值，實(shí)際測(cè)量值（工程量）； No：量程起點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換后的值，儀表下限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； Nm：量程終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 A/D 值，儀表上限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； Nx：測(cè)量值對(duì)應(yīng)的 A/D 值（采樣值），實(shí)際上是經(jīng)數(shù)字濾波后確定的采樣值。下圖為初始化 設(shè)置看門狗 鍵盤處理 調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 標(biāo)度變換 數(shù)據(jù)處理 顯示 圖 41 主程序流程圖 19 按鍵控制流程圖： K=1? KT=1?? KM=1? K=3? K=4? KK=1? 將修改值加 1保存 KK=1? 改參數(shù)？ 返回 將顯示指針指向工作狀態(tài) 返 回 進(jìn)入設(shè)置狀態(tài) 返回 KK=1?? 設(shè)置？ 進(jìn)入設(shè)置狀態(tài) 設(shè)置？ 設(shè)置？ 改參數(shù)？ 將修改值減 1保存 K=2? 清理標(biāo)志位 N Y Y N N Y Y N Y N Y N Y N Y N N N Y N Y Y N N N N Y Y 圖 42 按鍵處理流程圖 20 標(biāo)度變換 生產(chǎn)中的各種參數(shù)都有不同的數(shù)值和量綱，例如本系統(tǒng)的溫度單位℃，這些參數(shù)經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換后，統(tǒng)一變成數(shù)字量，這些數(shù)字量雖然代表參數(shù)值的大小 ，但是不能表示帶有量綱的參數(shù)值，因此必須將其轉(zhuǎn)換成有量綱的數(shù)值，才能進(jìn)行顯示。 系統(tǒng)主程序 該系統(tǒng)的主程序有初始化（包括 89C51 的初始化，定時(shí)器初始化，看門狗初始化等）、A/D 轉(zhuǎn)換，標(biāo)度變換，鍵盤掃描，鍵盤處理 ,PID 控制算法等程序段和功程序模塊組成，其流程圖如圖 31 所示 : 18 本系統(tǒng)在進(jìn)行顯示時(shí)，外界的物理 量經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量再經(jīng)過(guò)標(biāo)度變換、顯示處理，顯示出來(lái)，因此顯示程序應(yīng)該寫在中斷里面，這里本人設(shè)定的是每隔 10ms 一次，即每隔 10ms 送因此顯示。 56H， 57H 存儲(chǔ)物理值的上限 。 EEPROM 的存儲(chǔ)區(qū)地址為 0000H0FFFH。程序存儲(chǔ)器通過(guò) 16 位程序計(jì) 數(shù)器尋址，尋址能力為 64KB。 控制算法模塊：采用 PID 控制算法對(duì)溫度進(jìn)行控制。 按鍵操作模塊：該模塊能夠在系統(tǒng)一上電后就開始對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，一旦在相應(yīng)時(shí)刻檢測(cè)到有鍵按下，就會(huì)相應(yīng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理程序，處理完畢后能夠返回主程序。 程序的總體設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能為 :溫度傳感器測(cè)量的溫度信號(hào)經(jīng) MAX6675 進(jìn)行信號(hào)的放大與 A/D 轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換好的數(shù)字量輸入單片機(jī)， 經(jīng)過(guò)標(biāo)度變換、顯示碼處理后將顯示碼送到數(shù)碼管上顯示出來(lái)。這樣當(dāng)選通某一位 LED時(shí)，相應(yīng)的地址線輸出的是低電平，所以這里選用共陰 LED數(shù)碼管。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的 COM 端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。由于我所做的設(shè)計(jì)案件數(shù)量少， 因此可以選用此按鍵結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)采用的是直觀、簡(jiǎn)單的獨(dú)立式非編碼按鍵， 獨(dú)立式按鍵是指直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。其中，溫度值及參數(shù)設(shè)定由鍵盤輸入，溫度顯示電路由 4 位 LED 顯示器及發(fā)光二級(jí)管總成，報(bào)警電路由一個(gè)驅(qū)動(dòng)器及蜂鳴器組成。近年來(lái)各廠家開發(fā)出多種看門狗芯片，如： MAX81 X504 24C021 等?？煽毓杞油〞r(shí)間可以通過(guò)可控硅控制極上觸發(fā)脈沖控制。為了提高效率，要求觸發(fā)脈沖與交流電壓同步，通常采用檢測(cè)交流電過(guò)零點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 因此，對(duì)雙向可控硅的選擇尤為重要。根據(jù)加熱爐的加熱范圍（ 0℃ — 1000℃） 及加熱最高溫度（ ℃），本系統(tǒng)選用的加熱電阻為： 鐵鉻鋁 高電阻電熱合金 。具體的電路原理圖如下： K 型熱電偶 此溫度檢測(cè)電路的工作原理可簡(jiǎn)單理解為：鎳鉻 — 鎳硅溫度傳感器檢測(cè)到的溫度信號(hào)經(jīng) MAX6675 運(yùn)算放大、處理后輸入 89C51 單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)對(duì)溫度進(jìn)行顯示與控制。 MAX6675從 SPI串行接口輸出數(shù)據(jù)的過(guò)程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)使 CS置為低電平，并提供時(shí)鐘信號(hào)給 SCK，由 SO讀取測(cè)量結(jié)果。通過(guò)冷端溫度補(bǔ)償二極管，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓 U2經(jīng) S4輸入 ADC轉(zhuǎn)換器。 其工作原理如下： K型熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)，經(jīng)過(guò)低噪聲電壓放大器 A1和電壓跟隨器 A2放大、緩沖后，得到熱電勢(shì)信號(hào) U1，再經(jīng)過(guò) S4送至 ADC。因此，MAX6675簡(jiǎn)化了溫度控制系統(tǒng)中熱電偶測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該測(cè)溫系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，測(cè)量精度滿足要求。因此系統(tǒng)不穩(wěn)定，并且由于中間環(huán)節(jié)過(guò)多，影響系統(tǒng)的控制精度。 2 溫度傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備的選擇 由于溫度傳感器測(cè)量的 溫度信號(hào)為模擬信號(hào)，且測(cè)量信號(hào)比較微弱，因此必須要對(duì)此溫度信號(hào)進(jìn)行處理。 由于熱電偶溫度傳感器的材料一般都比較貴重，而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低 成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把溫度傳感器熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到 儀表端子上。 ③ 構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。 名稱 型號(hào) 分度號(hào) 測(cè)溫范圍 ℃ 允許偏差 偶絲直徑 鎳鉻 — 鎳硅 WREU K 長(zhǎng)期 短期 0— 300℃ 177。 10℃，為滿足設(shè)計(jì)要求選用 K型熱電偶溫度傳感器。本系統(tǒng)要求對(duì)加熱爐內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與檢測(cè)，在充分保證安全的情況下對(duì)待加工器件進(jìn)行熱處理。 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP） 。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6，它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的，要注意的是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò) 1 個(gè) ALE 脈沖。 6 P3 口（ 10－ 17）： P3口是 8個(gè)帶 有 內(nèi)部上拉電阻器的雙向 I/O 口，可接收和輸出 4個(gè) TTL 門電流， P3 口也可作為 AT89C51 的特殊功能口。 因此此單片機(jī)完全能滿足溫度控制系統(tǒng)的要求。 本次設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)精度較高，需要的 I/O 接口也比較多，因此采用 AT89C51單片機(jī)作為本系統(tǒng)的微處理器。 D、顯示溫度。 E、報(bào)警電路。 B、溫度控制電路，包括開關(guān)量輸出和電阻絲的驅(qū)動(dòng) 。 利用 X5054作為本系統(tǒng)的看門狗。進(jìn)行各種操作時(shí)有必要的聲、光提示。 溫度傳感器把測(cè)量的電阻爐溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成弱電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路，送入低通濾波電路，以消除噪音和干擾，濾波后的信號(hào)輸入到 A