【正文】 ）49參 考 文 獻[1] 胡漢才編著. 單片機原理及系統(tǒng)設計[J]. 北京: 清華大學出版社, 2022[2] 白文峰, 李霄燕編著. 自動控制原理[J。最后感謝四年來學校全體老師們對我的培養(yǎng)，在這四年里我收獲了很多。謝老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、耐心細致的講解、對學生認真負責的精神以及寬以待人的胸懷，都給我留下了深刻的印象，使我受益匪淺。）48致 謝在這畢業(yè)設計即將完成之際，我要向我的指導教師謝慕君老師表示由衷的感謝。由于本人的水平有限，在設計中存在很多不足之處，比如在各個電路的選擇和方案的選擇上，沒有達到最理想的要求。其間查閱和整理了大量資料，但由于時間有些倉促和我對知識掌握的不夠，論文還存在著缺點和不足需要去改進完善。由單片機直接控制雙向可控硅進行溫度控制。其電阻爐的功能是對溫度進行自動控制。三次取樣值分別放在 2CH，2DH， 2EH 中，取中間值放在累加器 A 中，同時也轉存在 2AH 單元內，以備進行溫度標度轉換用。微機控制系統(tǒng)通常直接放在生產現(xiàn)場，會受到很嚴重的干擾，可以采用濾波的方法來消除干擾。如在自動調節(jié)系統(tǒng)中，采用數(shù)字濾波有時會把偏差值濾掉，因而使系統(tǒng)失去調節(jié)作用。需要說明的是，數(shù)字濾波固然是消除微機控制系統(tǒng)干擾的好方法，但一定要注意，并不是在任何一個系統(tǒng)種都需要進行數(shù)字濾波。而對于變化較快的脈沖參數(shù)，則可選用算術平均和加權平均濾波方法，而且加權平均濾波方法比算術平均方法更好 [22]。隨著微機控制技術的發(fā)展，數(shù)字濾波方法將越來越完善，每種濾波程序都有其各自的特點，可根據具體的測量參數(shù)進行合理的利用。程序判斷濾波程序，可用于變化比較緩慢的參數(shù)如溫度、液位等。 |x3xl|△x，則(x2+x3)/2 輸入計算機。| x2x1|△x，則 x2 不采用，但仍保留，再繼續(xù)采樣一次，得 x3。當變化量為05H 時，與經驗限額值的反碼0FBH 相加后即產生進位，從而為判斷指令提供了判斷標志位。）46為了加快程序的判斷速度，將經驗限額值取反，后以立即數(shù)的形式編入程序中，然后用加法運算來取代比較運算。限幅濾波:所謂限幅濾波就是把兩次相鄰的采樣值進行相減，求出其增量，然后有兩次采樣允許的最大差值進行比較，如果小于或等于△x，則取本次采樣值。若小于此偏差值，則表明本次采樣信號有效，可作為本次采樣值。（4）程序判斷濾波當采樣信號由于隨機干擾、誤檢測或者轉換器不穩(wěn)定而引起嚴重失真時，可采用程序判斷濾波。這時即為四取二再取平均值法。為此，可采取先對平均值法的 N 個數(shù)據進行比較，并按大小順序排隊后，除掉其中最大值和最小值，然后計算余下的 N2 個數(shù)據的算術平均值，這種方法即可濾去脈沖干擾又可濾除小的隨機干擾。干擾通常只影響個別采樣點數(shù)據，此數(shù)據與其他采樣點數(shù)據相差比較大。各次采用值依次存放在 RAM 中。為計算方便，可取各加權系數(shù) Ci 均為整數(shù)且總和為 256，加權運算之后的累加和 Yn 除以 256 以后便是有效采樣值。一個N 項加權平均式為式中 C0、C ..…、C n1:均為常數(shù)項，應滿足下列關系： 101niiC??????101niixnY）45式中 C0、C C …、C nl為各此采樣值的系數(shù)，可根據具體情況決定，一般采樣次數(shù)愈靠后，取的比例愈大，這樣可增加新的采樣值在平均值中的比例。上面介紹的這兩種平均值方法，都是采用算術平均的方法，在這種方法中，對于 N 次內的所有采樣值，在其結果中的比重是相等的。計算平均值時，只要把隊列中的 N 個數(shù)據進行算術平均，就的得到新的算術平均值。下面介紹一種只需進行一次測量，就能得到一個新的算術平均值的方法—滑動平均值法。對于測量速度較慢或要求數(shù)據計算速率較高的實時系統(tǒng)，該方法是無法使用的。采用定點數(shù)可加快計算速度，但是必須考慮累加時是否會產生溢出，如數(shù)據為 14 為的二進制定點數(shù)，可采用雙字節(jié)運算，但當 N4時就可能產生溢出。即 x、y 是定點數(shù)還是浮點數(shù)。對于定時測量，為了減少數(shù)據的存儲容量，可對測得的 xi 值直接按式()進行計算，但對某些應用場合，為了加快數(shù)據測量的速度，可采用先測量數(shù)據，并把它先存放在存儲器中，測量完 N 點后，再對測得的 N 個數(shù)據進行平均值計算。因此，應按具體情況選取 N，如對流量的測量，可取 N=8到 16:對壓力的測量，可取 N=4 等。當 N 較大時，平滑度高，但靈敏度低，即外界信號的變化對測量計算結果 y 的影響小。N算術平均值法適用于一般的具有隨機干擾的信號濾波，并特別適合于信號本身在某一數(shù)值范圍附近作上下波動的情況，如流量、液平面等信號的測量。這樣對 N 次測量進行算術平均后的信噪比為（）式中 S/C 是求算術平均值的信噪比。 數(shù)字濾波的常用方法（1）算術平均濾波程序算術平均法是輸入一次采樣的 N 個數(shù)據 Xi (1 為 1N).并尋找這樣一個 y,使 y 與各采樣值之間的偏差的平方和為最小，即）43 （）由一元函數(shù)求極值原理可得 （）這時，y 即可滿足式()，式()即是算術平均值法的算式。（4）數(shù)字濾波器可以根據信號的不同，采用不同的濾波方法或濾波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強的特點。（2）數(shù)字濾波可以對頻率很低(如 Hz)的信號實現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。所謂數(shù)字濾波，就是通過程序計算或判斷以減少干擾在有用信號中的比重，故實際上它是一種程序濾波。對于這類信號，可以采用積分時間等于 20ms整數(shù)倍的雙積分 A/D 轉換器，能有效的消除其影響。噪音有兩大類:一類為周期性的，另一類為不規(guī)則隨機性的。 保 護 現(xiàn) 場Ui(K)Umin?Ui(K)=Umin?初 始 化 T1從 出求 補計 算 PID數(shù) 字 濾 波采 樣 爐 溫求 補取 最 大 PID值 輸 出 溫 度 標 度 轉 換溫 度 顯 示（ D5H） =1？恢 復 現(xiàn) 場返 回NYYNUi(K)Umax? 求 補取 最 小 PID值 輸 出YNYN）38圖43 T0中斷服務程序流程圖）39圖 44 T1中斷服務程序T1中 斷 程 序停 止 輸 出清 標 志 D5H返 回）40 鍵盤輸入子程序流程圖 圖 45 鍵盤輸入程序調 用 顯 示 子 程 序延 遲 6m有 鍵 盤 閉 合 ？2次 調 用 顯 示 子 程 序延 遲 12m判 斷 閉 合 鍵 鍵 號 堆 棧有 鍵 盤 閉 合 ？閉 合 鍵 釋 放 否 ？輸 入 鍵 號 ARETYNYNYN開 始）41 顯示子程序流程圖圖 46 顯示子程序\ 掃 描 模 式 置 初 值 07H R3R3 825A口顯 示 數(shù) 據 825B口延 遲 5m顯 示 緩 沖 器 指 針 R0加 1顯 示 緩 沖 區(qū) 置 初 值 79H R0（ R3） .5=1？R3左 移 一 位RETY開 始）42 數(shù)字濾波子程序 數(shù)字濾波的優(yōu)點一般微機應用系統(tǒng)的輸入信號中，均含有種種噪音和干擾，它們來自被測信號源本身、傳感器、外界干擾等。為簡化起見，本程序只給出有關標志暫存單元和顯示緩沖區(qū)清零 T0 初始化開 CPU 中斷溫度顯示和鍵盤掃描等程序等,相應程序框圖如圖 42 所示 [1]: 圖 42 主程序流程圖 中斷程序的設計T0 中斷服務程序框圖如圖 43 所示，圖中可見，T0 中斷服務程序是溫度控制開 始設 定 堆 棧 指 針清 標 志 和 暫 存 單 元清 顯 示 緩 從 器 區(qū)T0初 始 化 開CPU中 斷掃 描 鍵 盤）37系統(tǒng)的主體程序，用于采樣爐溫、讀入采樣數(shù)據、數(shù)字濾波、PID 計算和在 引腳上輸出控制脈沖等。，為了保證運算精度把單字節(jié) 8 位的輸入采樣值 U(1)和給定值Umax及 Umin都變成雙字節(jié) 16 位進行計算，最后將運算結果取成 8 位有效值輸出。下面對數(shù)據的處理加以說明:。則 （）轉變?yōu)槲恢檬剿惴椋? ()()(1)()()(1)(2)(1){[]}ipiiiiiiiUKeeeU? ?????（）因此，該 PID 算法只需整定一個參數(shù) KP，改變 Kp，觀察控制效果，直到滿意為止。Ti=。本系統(tǒng)是對電阻爐溫度控制，電阻爐爐溫控制是這樣一個反饋調節(jié)過程:比較實際爐溫和需要爐溫得到偏差，通過對偏差的處理獲得控制信號，再去調節(jié)爐子的加熱功率，從而實現(xiàn)對爐溫的控制。在用計算機實現(xiàn) PID 控制時，不僅僅是簡單地把 PID 控制規(guī)律數(shù)字化，而是與計算機的變成靈活性以及邏輯判斷功能結合起來，使 PID 控制得到改進和完善，更加有效方便、靈活多樣?？刂扑惴ǔ绦蚴俏⑿蜋C控制系統(tǒng)應用系統(tǒng)的核心 [15]。第 4 章 系統(tǒng)軟件設計 PID 計算程序控制算法是指為了實現(xiàn)控制系統(tǒng)的控制能力和控制規(guī)律由微型機所實現(xiàn)的控制計算方法。位選控制 I/O 決定哪個數(shù)碼管工作，從而完成數(shù)據的顯示。所謂的動態(tài)顯示就是指各LED 輪流地一遍遍的顯示各自的字符，由于時間非常短，視覺上是各個 LED 燈在）33顯示不同的字符。與其相連的電阻，用于限制其工作電流。在 PAx有效時，是相應的數(shù)碼管的共陰極變?yōu)榈碗娖?，則 PBx的某一位為“1”其對應段 LED 才亮。在本系統(tǒng)中字位是由 8255 的 PA0PA3控制的， 。在本設計中采用:顯示部分選用共陰極八段數(shù)碼管顯示溫度，八段中每個都是一個發(fā)光二極管 LED，LED 管結構簡單，價格便宜。方波正邊沿和負邊沿分別作為兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)信號，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的兩個窄脈沖經二極管或門混合后就可得到對應于交流 220V 市電得過零同步脈沖，此脈沖一方面作為可控硅的觸發(fā)同步脈沖加到溫度控制電路，另一方面還作為計數(shù)脈沖加到 8051 的 T0 和 T1 端 [1]。因此可用一條 I/O 線與可控硅的控制端相連接，并通過程序實現(xiàn)輸出導通脈沖的寬度和導通時間。溫度控制電路采用可控硅調功率方式。CE CSR/ 12/8A0 工作狀態(tài)0 X X X X 禁止X 1 X X X 禁止1 0 0 X 0 啟動 12 位轉換1 0 0 X 1 啟動 8 位轉換1 0 1 接 1 腳（+5V） X 12 位并行輸出有效1 0 1 接地 0 高 8 位并行輸出有效1 0 1 接地 1 低 4 位加上尾隨 4 個 0 有效）29 后向通道的設計后向通道是指單片機把處理后的數(shù)字量進行傳遞輸出控制和調節(jié)的通道。當 8051 的 查詢到 STS 端轉換結束信號后，先將轉換后的 12 位 A/D 數(shù)據的高 8 位讀進8051，然后再將低 4 位讀進 8051。 AD574A 控制端標志意義 與 CPU 的接口 下圖是 8051 單片機與 AD574A 的接口電路，其中還使用了三態(tài)鎖存器74LS373 和 74LS00 與非門電路，邏輯控制信號 ( 、R/ 和 A0)由 8051 的數(shù)據CS口 P0 發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器 74LS373 鎖存到輸出端 Q0、Q1 和 Q2 上，用于控制AD574A 的工作過程。 　A0 轉換位數(shù)控制信號。 　12／ ：數(shù)據輸出方式控制信號。 R／ ：讀出或轉換控制信號，用于控制 ADC574A 是轉換還是讀出。CS　　CE：芯片允許信號，高電平有效。? 需三組電源：177。? AD574A 有兩個模擬輸入端，分別用于不同的電壓范圍。5V 或177。? 轉換速度：最大轉換時間為 35us，屬于中檔速度。1LSB；AD574AK 為177。數(shù)字芯片則包括高性能比較器、逐次比較邏輯寄存器、時鐘電路、邏輯控制電路以及三態(tài)輸出數(shù)據鎖存器等 [1]。所以如果將放大器的增益由電位器調整為 412 倍，則 0℃時的輸出為 0V，1000℃時的輸出為 10V，這樣，溫度信號就由毫伏級變到我們常用的級別，輸出電壓就是 0～10V 的電壓信號。為此，必須把冷端的溫度保持恒定或采用一些方法處理，也就是冷端的溫度補償，通常用的方法有 0℃恒溫法，冷端補償器法，補償 Vc. . . . . EA/ L PSNP. . . .0805123456789101214516781920 289301236738940）25導線法等等，在本系統(tǒng)中的測溫電路如圖 34 所示： 圖 34 測溫電路途中將熱電偶的冷端直接接地，省去溫度補償?shù)牟糠?，使得電路大大簡化，熱電偶測得電阻爐的溫度之后，電壓信號首先經過電阻和電容組成的阻容濾波電路，送至運算放大器 ADOP07，ADOP07 是我們非常常見的運算放大元件，在這里就不多敘述。）24 8051 單片機的引腳圖圖 33 單片機引腳圖 前向通道的設計在單片機控制系統(tǒng)中，前向通道是指單片機對被控參數(shù)的輸入通道。時鐘電路XTAL1 和 XT