【正文】 主程序的程序流程圖如圖 11所示。等待工頻過(guò)零同步中斷與 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷。 圖 10 外部中斷 1的中斷服務(wù)程序流程圖 外部中斷 1的中斷服務(wù)程序清單如下： ORG 0050H PUSH ACC ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) PUSH PSW PUSH DPH PUSH DPL SETB MOV A, R2 ORL A, R3 JNZ INTB1 ；判斷 N=0？ CLR ； N=0，轉(zhuǎn) INTB2， 0 SJMP INTB2 INTB1： SETB ； N≠0，置 1 DEC R3 MOV A, R2 SUBB A, 00H MOV R2, A ； N1→N INTB2： DEC R5 MOV A, R4 SUBB A, 00H MOV R4, A ORL A, R5 ；采樣周期數(shù)減 1 JZ INTB3 SJMP INTB4 INTB3： MOV R5, 0EEH ；采樣周期數(shù)為 0，恢復(fù)采樣周期計(jì)數(shù)單元初值 MOV R4, 02H MOV DPTR, 4001H MOVX DPTR, A ；啟動(dòng) A/D INTB4： CLR POP DPL ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) POP DPH POP PSW POP ACC RETI ：中斷返回 3．主程序 （ 1）系統(tǒng)初始化 包括清數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、建棧、定時(shí)器 T0初始化、 8253初始化（送控制字和計(jì)數(shù)初值）、確定中斷優(yōu)先權(quán)、開(kāi)中斷等。對(duì)于工頻交流電（ f=50Hz），電熱絲在全導(dǎo)通時(shí)的功率為 PH，則實(shí)際輸出功率 P將和實(shí)際導(dǎo)通次數(shù) N成正比（設(shè)控制周期為 1s），即 HPNp50?將 uk變換為 N的運(yùn)算在主程序中運(yùn)行。如果 N=0，則使控制電平 “ 0”，使 SCR過(guò)零觸發(fā)脈沖不再通過(guò)，從而達(dá)到按控制量控制的效果。 ② 利用中斷服務(wù)次數(shù)，對(duì)控制量 N進(jìn)行計(jì)數(shù)和判斷，即每中斷一次，對(duì) N進(jìn)行減 1計(jì)數(shù)。由于信號(hào)反映工頻電壓過(guò)零時(shí)刻，因此只要在外部中斷 1的中斷服務(wù)程序中執(zhí)行下述功能，主程序可以按照運(yùn)算結(jié)果控制量的要求，實(shí)現(xiàn)SCR的過(guò)零控制。 （ 2）保證門(mén)控電路的打開(kāi)時(shí)間正比于單片機(jī)輸出控制量。 外部中斷 0的中斷服務(wù)程序流程圖如圖 9所示。此時(shí)由中斷設(shè)備通知 80C51。 （ 2）啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換 在外部中斷 1的中斷服務(wù)程序中，若判斷采樣周期到時(shí)，發(fā)啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)，軟件選通 8253的觸發(fā)信號(hào)，使 8253的計(jì)數(shù)器工作。 采樣周期定時(shí)由 50Hz工頻過(guò)零脈沖申請(qǐng)中斷次數(shù)累計(jì)得到。 ? ?21111 2// ????? ?????????? kkkdikkpkkkk eeTeTTTeeKuuuukk yRe ??式中， R為溫度給定值； 為第 k次采樣值； ek為第 k次誤差值； T為采樣周期； Kp為比例系數(shù)； Ti為積分時(shí)間； Td為微分時(shí)間。 圖 8 各參考點(diǎn)的信號(hào)波形 三 數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型 1．溫箱的數(shù)學(xué)模型和控制算法的選擇 根據(jù)實(shí)際測(cè)量，溫箱是一個(gè)近似一階慣性環(huán)節(jié)，以加熱功率為輸入，箱內(nèi)溫度為輸出，其傳遞函數(shù)可表示為 ? ?100??sTKsG式中 T0≈1000s， K0≈10，由于采樣周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)，所以可以應(yīng)用模擬系統(tǒng)數(shù)字 PID控制算法進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。 80C51單片機(jī)設(shè)定 ，加至門(mén)控電路 U3，用以控制 SCR過(guò)零觸發(fā)的觸發(fā)脈沖數(shù)。單穩(wěn)態(tài)電路輸出一個(gè)頻率為 100Hz、脈寬約為 400μs的正脈沖序列。 1INT1INTU2B、 U2C組成工頻電壓的正負(fù)過(guò)零檢測(cè)電路。這個(gè)信號(hào)連至 80C51單片機(jī)的 端，作為工頻電壓過(guò)零的同步信號(hào)。 U2A是電壓比較器組成的一個(gè)施密特觸發(fā)器，通過(guò) U2A的工頻正弦信號(hào)被整形成矩形波 V2。其工作原理敘述如下： 將幅值為 40V的工頻電壓 Usr施加到緩沖放大器 U1的輸入端。 圖 6 數(shù)字實(shí)現(xiàn) SCR過(guò)零控制信號(hào)關(guān)系示意圖 數(shù)字實(shí)現(xiàn) SCR過(guò)零控制的硬件電路如圖 7所示。 數(shù)字實(shí)現(xiàn) SCR的過(guò)零控制示意圖如圖 6所示。 3．可控硅（ SCR）過(guò)零觸發(fā)電路與輸出控制 該系統(tǒng)采用數(shù)字實(shí)現(xiàn) SCR過(guò)零控制，它主要解決以下兩個(gè)問(wèn)題： ① 要能實(shí)現(xiàn)工頻電壓的正負(fù)過(guò)零檢測(cè)，并在過(guò)零時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。鍵盤(pán)采用中斷的工作方式，采用定時(shí)器 T0作為外部中斷源。其具體連接情況如圖 5所示。 2．鍵盤(pán)與顯示電路 鍵盤(pán)用以設(shè)定給定溫度。其中一個(gè) D觸發(fā)器的輸出令 GATE信號(hào)變低，停止計(jì)數(shù)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到， 8253的 OUT1有效。3個(gè)計(jì)數(shù)器的門(mén)控位均連在一起，以保證準(zhǔn)確地同步。 ② 計(jì)數(shù)器由 8253芯片的計(jì)數(shù)器 0來(lái)實(shí)現(xiàn)，即 LM331的 V/F輸出脈沖端連接至 8253芯片的 CLK0端。它的計(jì)數(shù)脈沖由 80C51的晶振頻率經(jīng)分頻后送入。 A/D轉(zhuǎn)換器框圖中的定時(shí)器和頻率計(jì)數(shù)器由 8253和 D觸發(fā)器共同完成，它們的作用有： ① 定時(shí)器定時(shí) 1s時(shí)間間隔。從而實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。 在本系統(tǒng)中用 LM331實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換器的電路如圖 2和 4所示。 圖中，模擬信號(hào)經(jīng)壓 /頻轉(zhuǎn)換器 LM331，把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)送到計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器的端口。 V/F的轉(zhuǎn)換范圍寬（ 1Hz～ 100kHz），溫度穩(wěn)定性好，輸出負(fù)載能力強(qiáng)，能同時(shí)兼容 CMOS和 TTL邏輯電平。 （ 2）用 V/F轉(zhuǎn)換器 LM331實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換器 LM331是一種廉價(jià)、精密的電壓 — 頻率轉(zhuǎn)換專用集成電路。此電壓送到下一級(jí)運(yùn)放 LM358放大后得到 5V~10V的電壓信號(hào)。輸入端的電阻為溫度系數(shù)很小的精密電阻。 在圖中， Rt為測(cè)溫鉑電阻，跨接在運(yùn)算放大器 OP07的反饋回路上，使得鉑電阻的阻值變化轉(zhuǎn)換成運(yùn)算放大器的輸出電壓變化。 ℃ 的高精度，選用了精度高、性能穩(wěn)定可靠的測(cè)溫元件 —— 鉑電阻。達(dá)到溫度控制的目的。 圖 1 儀器用溫箱溫度控制系統(tǒng)原理圖 被測(cè)參數(shù)溫度值由測(cè)溫元件測(cè)量后得到 ~1V信號(hào)，經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成 5~10V的電壓信號(hào)，經(jīng)電壓 — 頻率變換器 LM331變換成頻率信號(hào)，再經(jīng)可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 8253轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)。溫箱是用電熱絲來(lái)加熱的。儀器用溫箱中的被測(cè)氣體通過(guò)溫箱的管狀加熱交換器加熱后，送入儀器中進(jìn)行測(cè)量。 第六節(jié) 儀器用溫箱溫度控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)的被控對(duì)象為儀器用溫箱，被測(cè)參數(shù)為溫箱的溫度，測(cè)溫范圍為 0~300℃ ，誤差不超過(guò) 177。 (3)上下限報(bào)警 若 xn＞ xmax，則上限報(bào)警，否則對(duì)下式做判別： xn＜ xmin否 ? 若是則下限報(bào)警，否則繼續(xù)原定操作。如果需要判斷的報(bào)警參數(shù)是xn，該參數(shù)的上下限約束值分別是 xmax和 xmin，則上下限報(bào)警的物理意義如下： (1)上限報(bào)警 若 xn＞ xmax，則上限報(bào)警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作。這時(shí)可采用多項(xiàng)式插值法，也可以用線性插值法或查表進(jìn)行標(biāo)度變換。 公式轉(zhuǎn)換法 有些傳感器測(cè)出的數(shù)據(jù)與實(shí)際的參數(shù)不是線性關(guān)系，它們有著由傳感器和測(cè)量方法決定的函數(shù)關(guān)系，并且這些函數(shù)關(guān)系可用解析式來(lái)表示，這時(shí)我們可采用直接按解析式來(lái)計(jì)算。 標(biāo)度變換有各種類型，它取決于被測(cè)參數(shù)的傳感器的類型，應(yīng)根據(jù)實(shí)際