【正文】 顯示子程序。 。濾波子程序。Temperature control。更靈活的控制方式，更方便的操作方式自動(dòng)控制中突顯了其高效、35高質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。隨著微機(jī)和單片機(jī)的推廣使用，實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)化與過程控制相結(jié)合的分級(jí)分布式計(jì)算機(jī)控制，使計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的水平發(fā)展到一個(gè)嶄新的階段?，F(xiàn)有企業(yè)多采用常規(guī)儀表加接觸器的斷續(xù)控制，隨著科技進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展，這類設(shè)備對(duì)溫度的控制要求越來越高，除控溫精度外，對(duì)溫度上升速度及下降速度也提出了可控要求，顯而易見常規(guī)控制難于滿足這些工藝要求。在溫度范圍內(nèi)過沖小于 5℃時(shí)，則采用 PID 調(diào)節(jié)，當(dāng)溫度偏差大于 5℃時(shí)全功率加熱，當(dāng)溫度偏差小于 5℃時(shí)，停止加熱。伴隨更多人的關(guān)注，單片機(jī)技術(shù)會(huì)有更大的發(fā)展。程序部分相當(dāng)于一個(gè)人的大腦，它控制了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。程序設(shè)計(jì)示例如圖 20 所示。30根據(jù) E(K)=UrUi(K) 計(jì)算 E(K)計(jì)算 Kp[E(K) E(K1)]計(jì)算 KiE(K)計(jì)算 Kp[E(K) E(K1)]+ KiE(K)計(jì)算 Kp[E(K) E(K1)]+ KiE(K)+Kd[E(K) 2E(K1)+ E(K2)]計(jì)算 P(K)返回開始圖 17 PID 算法程序流程圖7．T1 中斷程序流程圖當(dāng)中斷到來時(shí)，關(guān)閉計(jì)數(shù)器，清 F0 標(biāo)志位，返回主程序。設(shè)定值的范圍是 50150 度，當(dāng)溫度超過這個(gè)范圍是時(shí)，按鍵將不起作用。濾波子程序流程圖如圖 14 所示。主程序流程圖如圖 12 所示。其中控制算法采用數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)，應(yīng)用增量型控制算法，并對(duì)積分項(xiàng)進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到更好的控制效果。 程序界面WAVE6000 界面如圖 11 所示。 WAVE6000 軟件簡(jiǎn)介 軟件概況WAVE6000 是南京偉福公司的單片機(jī)開發(fā)編譯軟件，采用中文界面。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。Protues 提供了豐富的資源：231．Protues 可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有 30 多個(gè)元件庫(kù)。可以仿真 51 系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。其程序界面如圖 10所示。 雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。表41 系統(tǒng)配置清單表序號(hào) 部件名稱 所屬類 數(shù)量1 AT89C51 Microprocessor ICs 12 A/D0808 Data Converters 13 7SEGMPX4CC Optoelectronics 24 BUTTON Switchesamp。它具有體積小、重量輕、價(jià)格低、可靠性高、耗電少和靈活機(jī)動(dòng)等許多優(yōu)點(diǎn)。仿真圖如 47所示。如圖 46所示。圖 6 按 鍵 示 意 圖 顯示模塊顯示模塊采用兩個(gè) 7段共陰極數(shù)碼管，一個(gè)用來顯示實(shí)時(shí)溫度，一個(gè)用來顯示設(shè)定溫度。其硬件仿真圖如圖 5所示。模擬多路開關(guān)由 8路模擬開關(guān)和 3位地址鎖存譯碼器組成，可選通 8路模擬輸入中的任何一路，地址鎖存信號(hào) ALE將 3位地址信號(hào) ADDA、ADDB、ADDC 進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通其中的一路，被選中的通道進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。看門狗報(bào)警提醒通信接口LED 顯示鍵盤 微型控制機(jī)AT89C51溫度檢測(cè)PT100驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)8 路 D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832測(cè)量變送8 路 A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809加熱電阻溫度圖 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖 功能模塊 單片機(jī)控制模塊A/T89C51是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，將采集來的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較，利用 PID算法得出結(jié)果并送輸出。2．e i小于設(shè)定的設(shè)定的偏差 e時(shí)，正常的分別計(jì)算 Pi、Pd 和 Pp，然后根據(jù)算法公式計(jì)算出控制變量。進(jìn)一步改進(jìn)調(diào)節(jié)器的方法是通過檢測(cè)信號(hào)的變化率來預(yù)報(bào)誤差，并對(duì)誤差的變化作出響應(yīng)，于是在 PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再加上微分調(diào)節(jié)器，組成比例、積分、微分(PID)調(diào)節(jié)器，微分調(diào)節(jié)器的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，同時(shí)加快了系統(tǒng)的穩(wěn)定速度，縮短調(diào)整時(shí)間，從而改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，其控制規(guī)律為： 010)( udteTteKuip ?????(32)單片機(jī)是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的誤差值計(jì)算控制變量，不能直接計(jì)12算公式中的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，采用數(shù)值計(jì)算法逼近后，PID 的調(diào)節(jié)規(guī)律可以通過數(shù)值公式 010)]([ ueTeKuiijdiip ???????(33)計(jì)算，如果采樣取得足夠小，這種逼近可相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過程與連續(xù)過程十分接近。因此，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，必須首先對(duì)式（31）進(jìn)行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時(shí)積分項(xiàng)和微分項(xiàng)可用求和及增量式表達(dá)。這三種 PID算法雖然簡(jiǎn)單，但各有特點(diǎn)，基本上能滿足一般控制的大多數(shù)要求。盡管憑著單片微機(jī)的優(yōu)勢(shì)，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)取代了模擬控制系統(tǒng)，但是，在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中，模擬 PID控制算法所積累的經(jīng)驗(yàn)并未被人們遺忘，而是被廣泛地應(yīng)用到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中來，形成一種新型 PID控制方式，稱之為數(shù)字PID控制。10圖 2 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共有 128 個(gè)字節(jié)，地址范圍是 00H7FH，分成工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、通用 RAM 區(qū)三部分。89C51 內(nèi)部 RAM 共有 256 個(gè)單元，這 256 個(gè)單元共分為兩部分。MCS51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器配置比一般的微機(jī)配置復(fù)雜，其具體配置是多種存儲(chǔ)器的交疊。RAM 也因此常被稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 9XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 /EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須接上拉電阻。 GND：接地。同時(shí)，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。如果將微處理器、存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口電路集成在一塊集成電路芯版上，稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。因此，應(yīng)以單片微型計(jì)算機(jī)為核心組成一個(gè)專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，以滿足檢測(cè)、控制應(yīng)用類型的功能要求。因此本系統(tǒng)可以采用 PID 的控制方式，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。因此，PID 控制適用于負(fù)荷變化大、容量滯后較大、5控制品質(zhì)要求又很高的控制系統(tǒng)。雖然加大比例度可以使穩(wěn)定性提高，但又使過渡時(shí)間加長(zhǎng)。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，抗干擾能力強(qiáng)，過渡時(shí)間短，但過程始終存在余差。這種方法通過比較給定值與被控參數(shù)的偏差來控制輸出的狀態(tài)：開關(guān)或者通斷，因此控制過程十分簡(jiǎn)單，也容易實(shí)現(xiàn)。42 總體方案設(shè)計(jì) 總體方案的確定由于溫度控制系統(tǒng)的控制對(duì)象具有慣性大，連續(xù)性的特點(diǎn)。 為了實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，首先要將被控制對(duì)象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個(gè)有機(jī)的總體，這就是自動(dòng)控制系統(tǒng)。典型成果和產(chǎn)品：CIMS 工廠，柔性制造系統(tǒng)(FMS)。 3．70 年代中期至今需求動(dòng)力：市場(chǎng)環(huán)境的變化，使多品種、中小批量生產(chǎn)中普遍性問題愈發(fā)嚴(yán)重，要求自動(dòng)化技術(shù)向其廣度和深度發(fā)展，使其各相關(guān)技術(shù)高度綜合，發(fā)揮整體最佳效能。典型成果和產(chǎn)品：硬件數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。它的發(fā)展初期，是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制，二戰(zhàn)期間為了設(shè)計(jì)和制造飛機(jī)及船用自動(dòng)駕駛儀，火炮定位系統(tǒng)，雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)以及其他基于反饋原理的軍用設(shè)備，進(jìn)一步促進(jìn)并完善了自動(dòng)控制理論的發(fā)展。自動(dòng)控制（automatic control）是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置，使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。傳統(tǒng)的控制方式已不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點(diǎn)是溫度波動(dòng)范圍大，由于它主要通過控制接觸器的通斷時(shí)間比例來達(dá)到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。關(guān) 鍵 詞 單 片 機(jī) PID 算 法 溫 度 控 制目 錄1 緒論 ....................................................................1 課題背景及國(guó)內(nèi)外研究概況 ................................................1 自動(dòng)控制理論及其發(fā)展 ....................................................2 課題的建立以及本文完成的主要工作 ........................................32 總體方案設(shè)計(jì) ............................................................4 總體方案的確定 ..........................................................4 系統(tǒng)組成 ................................................................53 單片機(jī)技術(shù)和 PID算法 ....................................................6 AT89C51簡(jiǎn)介 ............................................................6 單片機(jī)的引腳介紹 .....................................................6 單片機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) .....................................................9 PID算法介紹 ...........................................................10 PID算法的數(shù)字化 .....................................................10 PID算法的運(yùn)用 .......................................................11 小結(jié) ...................................................................124 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ...........................................................14 系統(tǒng)概況 ...............................................................14 功能模塊 ...............................................................14 單片機(jī)控制模塊 ......................................................14 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與采集模塊 A/D0808...........................................15 按鍵選擇模塊 ........................................................16 顯示模塊 ............................................................16 報(bào)警模塊 ............................................................17 輸出模塊 ............................................................17 總體方案的實(shí)現(xiàn)和元器件清單 .............................................18 .......................................................18 ...........................................................19 小結(jié) ...................................................................195 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ......