【正文】 調(diào)試好以后，再使各個(gè)任務(wù)程序同時(shí)運(yùn)行，如果操作程序無錯(cuò)誤，一般情況下就能正常運(yùn)行。待全部調(diào)試完成后，應(yīng)反復(fù)運(yùn)行多次，除了觀察穩(wěn)定性之外，還要觀察系統(tǒng)的操作是否符合原始設(shè)計(jì)要求，安排的用戶操作是否合理等，必要時(shí)應(yīng)再作 適當(dāng)?shù)男拚?。若用戶系統(tǒng)是在開發(fā)機(jī)的監(jiān)控下運(yùn)行時(shí)，還要考慮用戶緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。 各模塊通過以后，可以把有關(guān)的功能塊聯(lián)合起來一起進(jìn)行綜合 調(diào)試。同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)中的硬件故障，軟件算法及硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。調(diào)試手段可采用單步或設(shè)置斷點(diǎn)運(yùn)行方式，通過檢查系統(tǒng) CPU 的現(xiàn)場，ARM的內(nèi)容和 I/O口的狀態(tài)，檢查程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。如果采用模塊程序 設(shè)計(jì)技術(shù)，則逐個(gè)模塊分別調(diào)試。 在脫機(jī)調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)無法復(fù)位，經(jīng)檢查知電路中沒有接入復(fù)位電路，經(jīng)接入上電復(fù)位方 式的復(fù)位電路后，系統(tǒng)運(yùn)行正常。調(diào)試好后，檢查其電壓值、負(fù)載能力、極性等均符合要求，才能加到系統(tǒng)的各個(gè)部件上。 脫機(jī)調(diào)試 在樣機(jī)加電以前，先用萬用表等工具根據(jù)硬件電氣原理和裝配圖仔細(xì)檢查樣機(jī)線路的正確性，并核對元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求，特別應(yīng) 注意電源的走線，防止電源線之間短路和極性錯(cuò)誤，并檢查擴(kuò)展系統(tǒng)總線是否存在相互短路或與其他信號(hào)線的短路。 在調(diào)試過程中若發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，可能有下列情況：電源系統(tǒng)供電不足，或聯(lián)機(jī)時(shí)公共地線接觸不良，或用戶系統(tǒng)主板負(fù)載過大，或用戶的各級(jí)電源濾波不完善等?？赡艿墓收嫌校郝肪€連接上有邏輯錯(cuò)誤、有斷路 或短路現(xiàn)象、集成電路失效 29 等。 通電后執(zhí)行開發(fā)機(jī)的讀寫指令，對樣機(jī)的存儲(chǔ)器、 I/O端口進(jìn)行讀寫操作、邏輯檢查，若有故障，可用示波器觀察有關(guān)波形（如選中的譯碼器輸出波形、讀寫控制信號(hào)、地址數(shù)據(jù)波形以及有關(guān)的控制電平）。 聯(lián)機(jī)前先斷電，將單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的仿真頭插到樣機(jī)的 89C51插件上，檢查開發(fā)機(jī)和樣機(jī)之間的電源、接地是否良好。電源故障包括電壓值不符合設(shè)計(jì)要求，電源引線和插座不對，功率不足，負(fù)載能力差等。 可靠性差 引起可靠性差的原因很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞，經(jīng)不起振動(dòng)；內(nèi)部和外部干擾、電源紋波系數(shù)大、器件負(fù)荷過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；走線和布局不合理也會(huì)引起系統(tǒng)可靠性差。這類錯(cuò)誤包括錯(cuò)線、開路、短路、相位錯(cuò)等。 下面通過硬件和軟件兩方面介紹相應(yīng)的調(diào)試方法。 28 5 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試通常包括實(shí)驗(yàn)室硬件聯(lián)調(diào)、實(shí)驗(yàn)室軟件聯(lián)調(diào)、實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)仿真、仿真考機(jī)運(yùn)行和現(xiàn)場安裝調(diào)試等幾個(gè)環(huán)節(jié)。連續(xù)兩次長按設(shè)定按鍵，進(jìn)入溫度下限值設(shè)定，并且溫度下限值指示燈亮，此時(shí)可輸入溫度下限值。并且指示燈與設(shè)定狀態(tài)相對應(yīng)。 控制面板的功能 控制面板上的 4位 LED 顯示器能精確顯示加熱爐溫度值，控制面板不進(jìn)行任何操作時(shí)， LED 顯示器顯示的就是當(dāng)前加熱爐溫度值。 本人本著簡潔明快、實(shí)用、操作友好的思想，同時(shí)從一定的審美角度進(jìn)行面板的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)所得的控制面板如圖上圖所示控制面板。 在本控制系統(tǒng)中，加熱爐溫度與給定值的偏差經(jīng)過單片機(jī) PID算法運(yùn)算后控制可控硅的開度，所以應(yīng)采用式（ 7）的位置式算法。 本次設(shè)計(jì)的 PID 控制參數(shù)選用經(jīng)驗(yàn)法的一種 — 優(yōu)選法進(jìn)行確定，具體做法為：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，先把其他參數(shù)固定，然后用 法對其中某一參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，待選出最佳參數(shù)后，再換另一個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，直到把所有的參數(shù)優(yōu)選完畢為止。因此在實(shí)際應(yīng)用中常用經(jīng)驗(yàn)法確定 PID 的參數(shù)。常用的方法有擴(kuò)充臨界比例度整定法和擴(kuò)充響應(yīng)曲線法兩種。 通常的采樣周期都按下表的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以選擇： 25 表 41 采樣周期 T 的選用 物理量 采樣周期 \s 備注 流量 1— 5 優(yōu)先選用 1— 2s 壓力 3— 10 優(yōu)先選用 6— 8s 液位 6— 8 溫度 15— 20 或取純滯后時(shí)間對串級(jí)系統(tǒng)：復(fù)環(huán) T=（ — ）主環(huán) T 成分 15— 20 根據(jù)上表所示，本系統(tǒng)的 PID 控制算法選用的采樣周期 T=20s 。 決定采樣周期 T的因素有很多，其中包括：加于對象的干擾信號(hào)頻率，對象的動(dòng)態(tài)特性，使用的控制算法和執(zhí)行器的類型，控制回路數(shù)，對象所要求的控制質(zhì)量等。因此，從控制性能來考慮，采樣周期越短越好。 T 的確定 采樣周期 T是兩次采樣之間的時(shí)間間隔。 由于微機(jī)控制系統(tǒng)是一種時(shí)間離散控制系統(tǒng)，故必須把微分方程 離散化為差分方程，最終寫出遞推公式才能直接應(yīng)用。連續(xù)系統(tǒng) PID控制器的微分方程為： y(t)= KP[e(t)+1/T1*∫ e(t)dt+TD * de(t)/dt 式中 y(t)為控制器的輸出； e(t)為控制器的輸入； KP比例放大系數(shù)； TI為控制器的積分時(shí)間常數(shù)； TD為控制器的微分時(shí)間常數(shù)。 PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結(jié)構(gòu)改變靈活。 本系統(tǒng)采用的就是 89C51 片內(nèi)計(jì)數(shù)器對按鍵及其顯示進(jìn)行定時(shí)，其流程圖如下 23 PID 控制 算法 在過程控制中，按偏差的比例（ P）、積分（ I）和微分（ D）進(jìn)行控制的 PID控制器（亦稱 PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。在模式 0、模式 1 和模式 2時(shí)， T0 和 T1 的工作模式相同；在模式 3 時(shí)兩個(gè)定時(shí)器的工作模式不同。 89C51 單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 和 T1 可由軟件對特殊功能寄存器 TMOD 中控制位C/T 進(jìn)行設(shè)置，以選擇定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。 設(shè)置為工作模式時(shí)，定時(shí)計(jì)數(shù)器 89C51 片內(nèi)振蕩器輸出的經(jīng) 12 分頻后的脈沖，即每個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)器的數(shù)值加 1 直至計(jì)數(shù)溢滿。 兩個(gè) 16 位定時(shí)器實(shí)際上都是 16 位加一計(jì)數(shù)器，其中， T0 由兩個(gè) 8 位特殊功能寄存器 TH0 和 TL0 構(gòu)成， T1 由 TH1 和 TL1 構(gòu)成。 則 Ax=（ ）（ Nx0） /4095 +0 Ax=*Nx/4095 顯示處理 本系統(tǒng)的顯示主要包括四位 LED 數(shù)碼管及其 4個(gè)發(fā)光二極管， DPX 為顯示指針，當(dāng)DPX=1 時(shí)，顯示工作狀態(tài)下加熱爐的溫度值，當(dāng) DPX=0 時(shí)，顯示設(shè)置狀態(tài)的參數(shù)值，顯示控制流程圖如下： 21 圖 43 顯示流程圖 判斷顯示指針DPX=1? 取二進(jìn)制溫度值 將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 BCD 碼 轉(zhuǎn)換為獨(dú)立 BCD碼 送顯示緩沖區(qū) 進(jìn)行消隱處理 返回 取需修改的二進(jìn)制參數(shù)值 將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 BCD 碼 轉(zhuǎn)換為獨(dú)立 BCD碼 送顯示緩沖區(qū) 進(jìn)行消隱處理 溫 度下限燈亮 是設(shè)置溫度下限嗎？ 是設(shè)置溫度上限嗎？ 是設(shè)置參數(shù)嗎？ 參數(shù)燈亮 溫度上限燈亮 設(shè)置小數(shù)點(diǎn)位 返回 設(shè)置小數(shù)點(diǎn)位 N N N N YN YN YN YN 22 定時(shí)中斷子程序 89C51 單片機(jī)片內(nèi)有兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器 T0 和定時(shí)器 T1。 其中， Am、 Ao、 Nm、 No 對一個(gè)檢測系統(tǒng)來說是常數(shù)。本系統(tǒng)正適合這種標(biāo)度變換。這種轉(zhuǎn)換就稱為標(biāo)度變換或工程量轉(zhuǎn)換。我們重點(diǎn)介紹這四個(gè)按鍵的控制過程，具體流程圖如圖所示，當(dāng) K分別為 1， 2， 3， 4 時(shí)，表示四個(gè)按鍵分別被按下，KK表示按鍵操 作完成， KT 表示按鍵定時(shí)開始標(biāo)志， KM表示按鍵定時(shí)完成標(biāo)志。 按鍵處理子程序 鍵盤是若干按鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備，也是本控制系統(tǒng)的重要部分。 系統(tǒng)程序 系統(tǒng)的程序包括主程序、中斷服務(wù)程序和一些具有特定功能的子程序，是系統(tǒng)軟件的主要組成部分。 58H， 59H 存儲(chǔ)報(bào)警值的下限。 54H， 55H 存儲(chǔ)物理值的下限。它的地址分配如下： 50H， 51H 存儲(chǔ) AD 值的下限。 42H 存放軟件定時(shí)器狀態(tài)標(biāo)志位。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序和表格常數(shù)。 除了上述功能以外，本著操作友好、功能齊全、安全可靠的設(shè)計(jì)原則，該系統(tǒng)的程序還具有報(bào)警提示功能、鍵抖動(dòng)處理功能、看門狗等功能。 顯示模塊 ：該模塊應(yīng)能夠把溫度值進(jìn)行準(zhǔn)確顯示，并且能顯示溫度上下限及各種參數(shù)。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊：把溫度傳感器測量的溫度信號(hào)經(jīng) MAX665 轉(zhuǎn)換為 數(shù)字量。 為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，經(jīng)過認(rèn)真的分析和整理，以及對整體功能進(jìn)行細(xì)化、分配，把系統(tǒng)的程序劃分為以下幾個(gè)主要模塊 : 初始化模塊：通過該模塊來對堆棧、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中斷和特殊功能寄存器進(jìn)行賦值，有關(guān)寄存器的清零，以及計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器的初值存放等。同時(shí)，單片機(jī)對輸入的數(shù)字量進(jìn)行處理，經(jīng)過 PID 控制算法對溫度進(jìn)行控制。 本 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)所用的編程語言是匯編語言，首先在編程之前要對系統(tǒng)進(jìn)行分析，包括對系統(tǒng)功能的分析，程序的總體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)資源的分配，具體的溫度控制算法 ，然后再進(jìn)行 相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算， 流程圖的繪制，具體編程，仿真調(diào)試，對程序進(jìn)行修改等多個(gè)方面。 圖 38 溫度顯示電路圖 16 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)概述 本次設(shè)計(jì)的加熱爐溫度控制系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合相應(yīng)的軟件來實(shí)現(xiàn)的。具體電路圖如下： 圖 37 鍵盤硬件連接圖 15 Vcc VCCINT0D0D1D2D3D4D5D6D7O0O1O2O3O4O5O6O7GND+5V μ FVccGNDABCDY9Y1Y2Y3Y4Y5Y6+5VY7Y889C51C4a b c d e f g ha a ab b bc c cd d de eef f fgg ghh hLED1 LED2 LED3 LED4紅色D1 D2 D3 D4 D55 ? Φ 5 綠色74LS14574LS373 此電路中， 74LS374用于驅(qū)動(dòng) LED的 8位段碼， 8位 LED相應(yīng)的 a— g段連在一起，它們的公共端連至 74LS145譯碼器的輸出端。 在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約 1ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。 CPU 向字段輸出口送出字形碼時(shí)，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)顯示器亮，則取決于 COM 端，而這一端是由 I/O 控制的，所以我們就可以 自行決定何時(shí)顯示哪一位了。具體鍵盤電路圖如下： 圖 36 看門狗與單片機(jī)的連接 14 K1K2K3K4設(shè)定+退出89C51 2溫度顯示電路 動(dòng)態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一。 獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根 I/O 口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)， I/O 口線浪費(fèi)較大，故在按鍵數(shù)量不多時(shí)常采用這種按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根 I/O 口線，每根 I/O 口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它 I/O 口線的工作狀態(tài)。 1鍵盤 鍵盤是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備，鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。由于報(bào)警電路的設(shè)計(jì)非常簡單，在此不做贅述。其與 89C51 單片機(jī)的接口如下圖所示： 圖 35 溫度控制電路圖 表 33 X5045 引腳功能 13 人機(jī)通道設(shè)計(jì) 人機(jī)通道的設(shè)計(jì)包括三個(gè)部分 :鍵盤、溫度顯示電路、報(bào)警電路。其中， X5045 是 SPI 總線格式的具有看門狗、電源監(jiān)控和 2E PROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的多功能芯片，目前應(yīng)用較為廣泛，使用者可根據(jù)自己所選擇的具體 MCU 來配置外圍看門狗電路及電源監(jiān)控。為了使用者的方便，現(xiàn)在芯片都把上電復(fù)位、電源監(jiān)控及“看門 狗”集成到一起。該觸發(fā)脈沖由 89C51用軟件在 ，在過零同步脈沖同步后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器 7407和光電耦合器 MOC3021輸出送到可控硅的控制極上