【正文】 第 31 頁(yè) 5 系統(tǒng)調(diào)試 本章對(duì)系統(tǒng)的各模塊進(jìn)行了仿真調(diào)試。 T1 定時(shí)器中斷服務(wù)程序的功能，從顯示緩沖區(qū)分別取出 4 位 LED 顯示數(shù)據(jù)的位碼和段碼，送 P0 口，依次顯示每一位，顯示 4 位需要 4ms 的時(shí)間。軟件延時(shí)程序占用 CPU 的時(shí)間，因此，它降低了 CPU 的利用率；硬件定時(shí)是利用單片機(jī)片內(nèi)定時(shí)器，啟動(dòng)以后定時(shí)器可與 CPU 并行工作，不占用 CPU 的時(shí)間，使得 CPU 有較高的工作效率。一般可以采用時(shí)間間隔 10ms 對(duì) LED 進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描一次，每一位 LED 的顯示時(shí)間為 1ms。 LED 動(dòng)態(tài)顯示程序模塊的設(shè)計(jì) 在采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式時(shí)，要使得 LED 顯示比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適 當(dāng)?shù)膾呙桀l率。而按鍵處理的程序框圖如圖 44 所示。鍵抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵被誤讀多次，為了確保 CPU 對(duì)鍵的一次閉合僅作一次處理，按鍵的抖動(dòng)可以用硬件或者軟件方法來(lái)消除。 圖 43 鍵盤掃描程序流程圖 開(kāi) 始 置無(wú)鍵按下（ P0 口 FFH）標(biāo)志 進(jìn)入鍵盤處理程 是否有鍵按下？ （讀 P0 口值） 調(diào)延時(shí)子程序 是否有鍵按下？ （再次讀 P0 口值） 確認(rèn)有鍵按下 保存鍵值 Y Y N N 第 29 頁(yè) 2） 按鍵去抖動(dòng)的處理 圖 44 按鍵處理程序流程圖 開(kāi)始 為 F7H 否？ 為 EFH 否 為 FBH 否？ 為 DFH 否？ 讀鍵值（ P0 口） 置標(biāo)志位 執(zhí)行 RUN 置標(biāo)志位 執(zhí)行 SET 執(zhí)行 +1 執(zhí)行－ 1 返 回 Y N Y Y Y N N N N N 第 30 頁(yè) 由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在閉合及斷開(kāi)的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為 5～ 10ms。根據(jù)按鍵電路的設(shè)計(jì)可知，當(dāng)【 SET】鍵按下時(shí)可以產(chǎn)生中斷請(qǐng)求， CPU 響應(yīng)中斷請(qǐng)求時(shí)，則進(jìn) 入該中斷服務(wù)程序。對(duì)應(yīng)閥門實(shí)際位置的控制量，目前采用較多的是利用如上算式并通過(guò)執(zhí)行軟件來(lái)完成。 可以看出，由于一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期 T，一旦確定了 KP， KI，KD，只要使用前后三次測(cè)量值的偏差，即可有 (43)求出控制增量。離散的 PID 表達(dá)式為： ?? ????? kj DIP kekeKjeKkeKku 0 )]1()([)()()( （ 41） 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量 (如驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) )時(shí)，可由式 (41)導(dǎo)出提供增量的 PID 控制算法。在各個(gè)控制階段采取各種控制方法，以此來(lái)獲得控制目標(biāo)。這是模擬 PID 控制器中所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在控制工程中，用計(jì)算機(jī) PID 控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字 PID 控制器 ，組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由于PID 控制器具有簡(jiǎn)單而固定的形式，在很寬的操作條件范圍內(nèi)，另一方面是因?yàn)?PID 控制器允許工程技術(shù)人員以一種簡(jiǎn)單而直接的方式來(lái)調(diào) 節(jié)系統(tǒng)性能 ，其程序見(jiàn)附錄。 在工業(yè)控制過(guò)程中，目前采用最多的控制方式仍然是 PID 方式。 主程序初始化 ,開(kāi) T0中斷 ,設(shè)置 T0 為 10ms 的中斷 壓力的動(dòng)態(tài)顯示 按鍵處理子程序 Y N 是否鍵按下 開(kāi)始 第 26 頁(yè) 圖 42 T0 中斷服務(wù)程序流程圖 讀 A/D 轉(zhuǎn)換器 返回 Y 進(jìn)入 T0中斷 PID 調(diào)節(jié) 是否為最大值 標(biāo)志位 M2 是否為 1 是否為最小值 標(biāo)志位 M2 是否為 1 N Y Y 置標(biāo)志位 M2 為1， (開(kāi) M2 電機(jī) )。 1． A/D 轉(zhuǎn)換子程序 其主要任務(wù)是把壓力傳感器檢測(cè)的壓力轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并送入單片機(jī)處理，程序見(jiàn)附錄。本設(shè)計(jì)的軟件主程序用來(lái)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)的壓 第 25 頁(yè) 力，壓力的采樣和系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)都在中斷處理程序中 , 主流程圖如圖 41： 圖 41 主程序流程圖 T0中斷服務(wù)程序 主要包括： A/D 轉(zhuǎn) 換程序； D/A 轉(zhuǎn)換程序；控制程序。從而保證整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)，可靠性以及可升級(jí)性。也就是說(shuō)，基于 C 語(yǔ)言環(huán)境下的嵌入式系統(tǒng)能基本達(dá)到平臺(tái)的無(wú)關(guān)性。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。 與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出 品的 51系列兼容單片機(jī) C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)， 是目前最流行開(kāi)發(fā) 80C51 系列單片機(jī)的軟件，提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（ micro。 系統(tǒng)能否完全正常工作，最主要的也是最關(guān)鍵的是看軟件程序是否正確，它關(guān)系到系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)，軟件是一個(gè)系統(tǒng)的靈魂。各模塊的具體聯(lián)接圖見(jiàn)附錄一。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 如 EA 端為高電平， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器， EA端必須保持低電平。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 表 33 P3 口第二功能 端口引腳 第二功能 串行輸入口 串行輸出口 外中斷 0 外中斷 1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 P3口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： P3口還接受一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。對(duì) P3口寫入 1 是，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并作為輸入口。 P3口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問(wèn) 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口線上的內(nèi)容，在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。對(duì)端口寫 1，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸 入口時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 Flsah 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 就收低 8 位地址。對(duì)端口寫 1，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。 第 22 頁(yè) 在 Flash 編程是 P0 口接收指令字節(jié)，而 在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 引腳功能： Vcc：電源電壓 GND：地 P0口： P0口是一組 8位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時(shí)，每位能吸收 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫 1可作為高阻抗輸入端用。 單片機(jī) AT89C51 AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4Kbytes的可反復(fù)察寫的只讀程序存儲(chǔ)器和 128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)，兼容 MCS51的指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。 74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 ADC0809 通道選擇表如表 32 所示。 CLK 為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。當(dāng) EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 A／ D 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)是轉(zhuǎn)換誤差、分辨率、轉(zhuǎn)換速度 。多路開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8路模擬量分時(shí)輸入 ,共用 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng) OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。下降沿啟動(dòng) A／ D轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 GND：地。 REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： A／ D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 21～ 28： 8位數(shù)字量輸出端。下面說(shuō)明各引腳功能。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 7）低功耗，約 15mW。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫??；蛘呤?WR1=“ 0”， CS=“ 0”， ILE=“ l”，即輸入寄存器為不鎖存狀態(tài)，當(dāng) WR2 和 XFER 端接負(fù)脈沖信號(hào)，也可達(dá)到同樣目的 。 VREF 端是外電路提供的 +10V 至 10V 的參考電源， Iout1 與 Iout2 是兩個(gè)電流輸出端。若 XFER=“ 0”且 WR2=“ 0”時(shí)，使得 DAC 寄存器的 LE=“ 1”， DAC 寄存器的輸出隨輸入變 化，當(dāng) WR2 上升沿時(shí)，將輸入寄存器中的信息鎖存在 DAC 寄存器中。若 ILE=“ 1”、 CS=“ 0”與 WR1=“ 0”時(shí)，使輸入寄存器的 LE=“ 1”，當(dāng) WR1 變?yōu)椤?1”時(shí)，輸入寄存器便將數(shù)據(jù)鎖存。 DGND：數(shù)字地，芯片數(shù)字信號(hào)接地點(diǎn)。 第 17 頁(yè) V RE F8G ND3V C C20CS1W R 12DI 34DI 25DI 16DI 07RF B9G ND10I O UT 111I O UT 212DI 713DI 614DI 515DI 416X F E R17W R 218I L E ( B Y 1 /B Y 2 )19 圖 39 DAC0832 引腳圖 AGND：模擬地。 Vcc：邏輯電源。 VREf：基準(zhǔn)電壓輸入，可以超出177。它是邏輯電平為 0的各位輸出電流之和。它是邏輯電平為 1的各位輸出電流之和。 D0～ D7： 8 位數(shù)字輸入， D0 為最低位。 XFER：傳送控制信號(hào)，用它來(lái)控制了 WR2 是否起作用。 WR2：寫信號(hào) 2。 WR1：寫信號(hào) 1。 CS：片選信號(hào)。 在眾多變頻器中基于運(yùn) 行可靠性、價(jià)格適中我們選定三菱公司出品的 FR500 系列。當(dāng)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)范圍不大時(shí)，可選擇較為簡(jiǎn)易的 V/F 控制方式的變頻器，但對(duì)于轉(zhuǎn)矩變動(dòng)范圍較大的負(fù)載，應(yīng)考慮采用無(wú)反饋的矢量控制方式。當(dāng)調(diào)速范圍很大時(shí)，應(yīng)考慮采用有反饋的矢量控制方式。 。選擇變頻器時(shí)， 只有變頻器的額定電流是一個(gè)反映半導(dǎo)體變頻裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量 。 大多數(shù)變頻器容量可從三個(gè)角度表述：額定電流、可用電動(dòng)機(jī)功率和額定容量。為了實(shí)現(xiàn)大調(diào)速比的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大變頻器容量的辦法。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載或有較高靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度要求的機(jī)械采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器則是比較理想的。變頻器類型的選擇要根據(jù)負(fù)載的要求進(jìn)行。 2%ED 電源 額定輸入 交流電壓、頻率 三相 380V 至 480V 50Hz/60Hz 交流電壓允許波動(dòng)范圍 323 至 528V 50Hz/60Hz 允許頻率波動(dòng)范圍 177。 第 15 頁(yè) 表 31 三菱 FR500 系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 型號(hào) FRA540 KCH 適用電機(jī)容量（ KW）（注 1） 輸出 額定容量（ KVA）（注 2） 3 額定電流（ A） 4 6 9 12 過(guò)載 能力（注 2） 150% 60s 200% （反時(shí)限特性） 電壓（注 4） 三相 380V 至 480V 50Hz/60Hz 再生制 動(dòng)轉(zhuǎn)矩 最大值 變頻器介紹 通用變頻器的選擇包括變頻器的型式選擇和容量選擇兩個(gè)方面。 特殊器件的介紹 本系統(tǒng)中主要使用了如下一些功能器件： DAC0832,ADC0809, 變頻器。因?yàn)?7805 的的最大輸出電流為 ，當(dāng) Io取 時(shí)，則穩(wěn)壓器的擴(kuò)展后的輸出電流為 3A，加一只二極管 VD與 R1 并聯(lián)，把外接整流管的 VT1 的發(fā)射結(jié)電阻限制在 以內(nèi)，當(dāng)輸出電流超過(guò)額定植時(shí)，保護(hù)電阻 R2上的壓降增大，必然會(huì)使 VT1 的 Vbe 減小，從而使 VT1 的輸出電流減小，以至不導(dǎo)通，這樣便達(dá)到了保護(hù)外接管的目的。故本次設(shè)計(jì)電源電路需要采用擴(kuò)流電路，如圖 39。固定式三端穩(wěn)壓電源 (7805)是由輸出腳 Vo,輸入腳 Vi 和接地腳 GND 組成 ,它的穩(wěn)壓值為+5V,它屬于 CW78xx 系列的穩(wěn)壓器 ,輸入端接電容可以進(jìn)一步的濾波 ,輸出端也要接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響 ,此電路的穩(wěn)定性也比較好 。 第 13 頁(yè) M2M1R L ?5VQ12 N