【正文】 /******************************************************** * 函數(shù)名稱： ADC12Init * 功 能： ADC12 初始化 * 參 數(shù)： * n：使用通道數(shù)：共 16（ 015）個可以使用 * channels[]:對應通道設置，高四位，參考源選擇； 低四位，通道選擇。 PWM_Duty=((float)(PID_OUT/)) * 。//溫度擬合 else if((Scale_Conv( AD_Average ) Pre_Temp)) Pre_Temp=*(Scale_Conv( AD_Average )) + *Pre_Temp。 //每 1S 計算進行一次數(shù)據(jù)采樣處理 if((Counter%10)==1) { AD_Average=Sum_Value/10。//時基計數(shù)器 static u16 Sum_Value=0。 } void main() { 基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設計 27 Device_Init( )。 PID_OUT = P_OUT + I_OUT + D_OUT 。 } //因為鍋爐只 能加溫不能降溫所以一旦超過設定值令積分值為零 if( ( Current_Error = 0 ) amp。 ( Prev_Error =)) { I_OUT=I_OUT * 。 /*積分項 */ //積分限幅處理 if( I_OUTPID_I_MAX ) I_OUT = PID_I_MAX。 // 當前 誤差微分 if(Rate5)//對誤差變化率進行限制 ,鍋爐溫度不可能變化太大 Rate=5。// 當前誤差計算 Sum_Error += Current_Error。 Temp2=Value*B_para。//PID 參數(shù)初始化 Frame_Show( )。//串行 LCD 初始化 SPI_LCD_Clear(WHITE)。 ADC12Init(1,Channel,1)。//停狗 Clk_Init( )。 Parameter_Show( )。 SPI_LCD_Show_Float( 165,48,Pre_Temp,0,RED,16)。 SPI_LCD_ShowString( 5,160,Step:,0, RED,16 )。 SPI_LCD_ShowString(5,20,I:,0, RED,16)。 I = Operating_Paramrter[1] 。//D_OUT Operating_Paramrter[8] = PID_OUT。//讀取當前溫度 Operating_Paramrter[4] = Set_Temp。//PWM_Duty } void Read_Data_from_Slave(void) { Operating_Paramrter[0] = P。//當前溫度 Operating_Paramrter[4] = Set_Temp。//MCLK 和 SMCLK 選擇高頻晶振 } void Parameter_Init(void) { Operating_Paramrter[0] = P。 i)。//打開 XT2 高頻晶體振蕩器 do { IFG1 amp。 float Step=。 float PID_OUT=0,PWM_Duty=0。完成系統(tǒng)的硬件設計之后，根據(jù)課題的要求進行了系統(tǒng)的軟件設計，同樣 也是分模塊進行，并且最終完成了對軟硬件的設計。 在本課題的研究中，主要完成了以下工作： （ 1）收集資料。上位機通信窗口如圖 9 所示 圖 9 上位機通信窗口 應用程序下載窗口如圖 10 所示： 圖 10 應用程序下載窗口 基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設計 17 上位機監(jiān)控畫面 上位機監(jiān)控畫面如圖 1 1 13所示： 圖 11 上位機監(jiān)控畫面 P： 100 I： D： 當前溫度： 設定溫度： 圖 12 上位機監(jiān)控畫面 基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設計 18 P: I: D: 當前溫度： 設定溫度： 圖 13 上位機監(jiān)控畫面 P: I: D: 當前溫度： 設定溫度： 結果分析 從效果可以看出系統(tǒng)實現(xiàn)靜態(tài)鍋爐溫度控制，無超調(diào)，穩(wěn)態(tài)誤差小于 ℃，通過對比可以驗證出如果比例系數(shù) 增大，則系統(tǒng)的動作靈敏響應速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小，如果 Kp 偏大則導致調(diào)節(jié)時間加長。 Temp1=Value*Temp1。\039。// 發(fā)送數(shù)據(jù) } void Blank(void) { PutChar(0x20)。// Initialize USART state machine IE1 |= URXIE0。// 32k/9600 基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設計 15 UBR10 = 0x00。// ,5 = USART0 TXD/RXD ME1 |= UTXE0+URXE0。//設置 PWMIO 口 P4SEL|=BIT1。 TBCCTL1=OUTMOD_3。//設定定時器 A 控制寄存器 CCTL0=CCIE。 } ADC12IE = 1(n1)。 *(char*)(ADC12MCTL0_ + i) = channels[i]。 // 開啟 ad,參考電壓 ADC12CTL1 = SHP + ADC12SSEL_3。 } } 基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設計 13 ADC 模數(shù)轉換程序 該段程序首先完成 ADC12 模塊的通用程序框架， ADC12 模塊的初始化函數(shù)，僅僅實現(xiàn)了多通道的單次和多次轉換，單通道的可以用參數(shù) ,多通道模式下設置一個通道 .ADC12 啟動轉換函數(shù)完成啟動 ADC12，開始 A/D 轉換。 if( Set_Temp Pre_Temp =10) PID_OUT=16383。 } //微分延遲輸出處理 D_OUT= ( D_OUT * Sdde_Para + D * Rate * (1Sdde_Para) )*Gain 。 ( Last_Error =55)) { I_OUT=I_OUT * 。amp。 /*比例項 */ 基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設計 12 I_OUT = I * Gain * Sum_Error 。// 存儲誤差更新 Rate = ( Current_Error Last_Error )*1000/ Ctrl_Period。//誤差變化率 Current_Error = Set_Temp Pre_Temp 。假如偏差的階躍幅值較大，在完全微分時，一次輸出的微分作用幅值會很大，很可能會因輸出限幅而喪失應有的微分作用。 OFIFG))。//清除晶振失敗標志 for (i = 0xFF。 主程序 MSP430 單片機內(nèi)部分三種時鐘信號即低速晶體振蕩器、高速晶體振蕩器、數(shù)字控制振蕩器，高速晶體振蕩器是用來進行快速大量的數(shù)據(jù)計算和快速的外部時間響應的，為基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設計 11 滿足設計要求 [11]， 本設計使用高速晶體振蕩器，程序如下： BCSCTL1 amp。 EWARM 中包含一個全軟件的模擬程序 (simulator)。 輸出驅(qū)動模塊設計 鍋爐的溫度控制需要 PWM波控制接觸器的開斷來控制加熱，實現(xiàn)達到設定值的目的。 OP07 同時具有輸入偏置電流低和開環(huán)增益高的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得 OP07 特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。 CD4051 由電平轉換、譯碼驅(qū)動及開關電路三部分組成。所以智能儀表的供電選擇開關電源來供電。電源電路設計主要考慮用哪種類型的電源器件，輸入輸出電壓，輸出電流以及控制狀態(tài)。 MSP430F149 芯片管腳圖如圖 2所示： 基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設計 6 圖 2 MSP430F149 芯片管腳圖 D21N 4007D41N 4007D31N 4007D51N 400710uF , 400VC7AGNDUN/UV1BP/M2D4S5S6S7S8U3T N Y 280PR3150KD6F R1070. 1uf, 25vC11CA PA1K2C4E3U4P C817AGND4700P FC3CA P231U5T L 431R91KGNDR6220R42. 2M12P3220VR23. 3, 2WR81. 5K100N FC1210KR7RP ot 212768T1E F 20 變壓器D1F R307D7F R307R127470P FC1CA PR527470P FC6CA P470uF , 25VC4470uF , 25VC5470uF , 25VC8470uF , 25VC9INPUT1GND2OUTPUT3U17805GND1IN P U T2O U T P U T3U27905470uF , 16VC2470uF , 16VC10GND12V12V1 2P1H e a de r 212P6H e a de r 2R321KD 20D IP L E DGNDR331KD 21D IP L E DGND5V12P2H e a de r 1112P4H e a de r 1212P5H e a de r 135V 圖 3 開關電源原理圖 開關電源模塊設計 基于 MSP430 單片機的溫度 PID 算法設計 7 電源電路是整個系統(tǒng)中十分重要的一環(huán)，如何降低功耗成為工程師面臨的急需解決的問題。 PWM 輸出： 利用定時器自動產(chǎn)生 PWM 波形輸出，本系統(tǒng)主要通過 P41 口輸出一 PWM 信號通過修改 TBCCR0 和 TBCCR1 可以改變 PWM 波形的頻率和占空比 PID 運算： 對誤差變化率進行限制使鍋爐溫度變化不可能太大，并進行積分限幅處理，因為鍋爐只能升溫不能降溫，所以當前溫度值一旦超過設定值就令積分值為零，并進行微分延遲輸出處理，啟動定時器 A 中斷程序用來執(zhí)行 PID 控制程序，每 2S 進行一次 PID 運算，一個控制周期內(nèi)共計算 4次，每 4S 進行一次 PID 運算結果輸出。 MSP430F149 支持串口異步 和同步通訊，每種方式都具有獨立的幀格式和獨立的控制寄存器，本設計采取異步通信，在異步模式下，接收器自身實現(xiàn)幀的同步 ,外部的通訊設備并不使用這一時鐘。前向模擬量采集通道的任務是 把被控對象的過程參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、重量等模擬信號轉換成單片機可以接受的數(shù)字量信號，來自于工業(yè)現(xiàn)場傳感器或變送器的多個模擬量信號首先需要進行信號調(diào)理，然后經(jīng)多路模擬開關，分時切換到后級進行前置放大、采樣保持和模數(shù)轉換，通過接口電路以數(shù)字量信號進入單片機系統(tǒng)，從而完成對過程參數(shù)的巡回檢測任務 [5][6]。我們可以根據(jù)寄存器 UxCTL 的 SYNC 位來選擇 USART的工作模式， SYNC 位為零時 USART 工作在異步模式下。二是橋式電阻測溫電路，它簡單容易實現(xiàn)，本次選擇該電路 [3]。常用的采樣電路有兩種：一 是恒流源式測溫電路，它在測量中通過施加恒定的電流將電阻值變?yōu)殡妷哼M行測量。 Pt100 是一種廣泛應用的測溫元件，在 50 ~600℃范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等。常用的熱電阻有鉑電阻 (Pt100) 和銅電阻 (Cu50、 Cu100 )，常用的熱電阻型號有 S、 R、 B 、 K 、 N 、 E 、 J、 T八種。先確定 P 參數(shù)，然后 Ti參數(shù)，最后是 Td 參數(shù)，根據(jù)開環(huán)響應結果設定積分分離帶、積分清零帶，同時可加入死區(qū)寬度；利用組