【正文】 [11]。增量型算法的算式如下 [9]： （）)2()1()()(0 ?????kekekuqq （）u?其中 （）??????KqDPI210根據(jù)式()和式()編寫的程序見附錄2。數(shù)字PID控制算法的實現(xiàn)方式有位置型算法和增量型算法。綜上，由于軟件系統(tǒng)的靈活性，PID算法可以得到修正而更加完善。因此，用數(shù)字PID完全可以代替模擬調(diào)節(jié)器，而且可以得到比較滿意的效果。3) 控制效果好。生產(chǎn)技術(shù)人員及操作人員都比較熟悉它，并在實踐中積累了豐富的經(jīng)驗，特別是一些在工作時間比較長的工程技術(shù)人員更是如此。在PID控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)參數(shù)整定方便，而且在大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程中效果良好。PID控制是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術(shù)最成熟，且應(yīng)用最廣泛的一種控制方法。3）微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。下面介紹一下PID控制中三個環(huán)節(jié)的作用：1）比例控制能迅速反應(yīng)誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，Kp的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。整定即實驗和分析的方法來確定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)。模型辨識，是通過對系統(tǒng)輸入/輸出數(shù)據(jù)的測量與處理，從而建立系統(tǒng)的數(shù)學模型。它的結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)易于調(diào)整，在長期應(yīng)用中已積累了豐富的經(jīng)驗。其調(diào)節(jié)過程是首先采集過程參數(shù)的信號并通過模擬量輸入通道將模擬量變成數(shù)字量，這些數(shù)字量通過計算機按一定控制算法進行運算處理，運算結(jié)果經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬量后由模擬量輸出通道輸出，并通過調(diào)節(jié)機構(gòu)去控制進給量，以達到給定值。這種系統(tǒng)多用電動或電氣單元組合儀表DDZ或QDZ來完成。RETI。LCALL DISPLAY。25JNB ,KEY_SHUTDOWN。JNB ,KEY_DOWN。如果輸入完成，ENTER_FLAG 則為 1，退出鍵盤程序CLR 。將當前的溫度賦值給 KEY_BUF,也就是說是以當前。CLR ENTER_FLAG 。JB ,EXIT 。程序如下：KEY_SCAN：PUSH PSW；保護現(xiàn)場LCALL K_DELAY。 鍵盤中斷服務(wù)子程序當ENTER被按下時，進入鍵盤輸入狀態(tài)，然后進行鍵盤掃描，當有鍵位按下時，轉(zhuǎn)入響應(yīng)的鍵位子程序，當ENTER再被按下時，退出中斷服務(wù)子程序，鍵盤輸入完成。定時器0選擇工作方式1，即16位計數(shù)器。若幾個同級中斷同時向CPU請求中斷響應(yīng)，則CPU按如下順序確定響應(yīng)的先后順序：INT0T0INT1T1RI/TI。PX0=0，設(shè)定外部中斷1為高優(yōu)先級中斷；PX0=0，為低優(yōu)先級。PT0=1，設(shè)定定時器T0為高優(yōu)先級中斷；PT0=0，為低優(yōu)先級。PX1=0，設(shè)定外部中斷1為高優(yōu)先級中斷；PX1=0，為低優(yōu)先級。PT1=1，設(shè)定定時器T1為高優(yōu)先級中斷；PT1=0，為低優(yōu)先級。PS=1，設(shè)定串行口為高優(yōu)先級中斷；PS=0，為低優(yōu)先級。EX0=1，允許外部中斷0中斷；EX0=0，禁止外部中斷0中斷。ET0=1，允許T0中斷；ET0=0，禁止T0中斷。EX1=1，允許外部中斷1中斷；EX1=0，禁止外部中斷1中斷。ET1=1，允許T1中斷；ET1=0，禁止T1中斷。ES=1允許串行口中斷；ES=0，禁止串行口中斷。EA=1，CPU開放中斷，每個中斷源是被允許還是被禁止，分別由各自的允許位確定；EA=0，CPU屏蔽所有的中斷請求，稱為關(guān)中斷。1） 中斷允許寄存器IEIE在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為A8H，位地址（由低位到高位）分別是A8HAFH。中斷系統(tǒng)有兩個控制寄存器IE和IP，它們分別用來設(shè)定各個中斷源的打開/關(guān)閉和中斷優(yōu)先級。T1：定時器/計數(shù)器1中斷，由T1的溢出引起。INT1：外部中斷1，低電平或下跳沿引起。 T0中斷服務(wù)子程序 中斷系統(tǒng)簡介AT89S51單片機的中斷系統(tǒng)的基本特點是：有5個固定的可屏蔽中斷源，3個在片內(nèi)，2個在片外，它們在程序存儲器中各有固定的中斷入口地址，由此進入中斷服務(wù)程序；5個中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可形成中斷嵌套；2個特殊功能寄存器用于22中斷控制和條件設(shè)置的編程 [5]。綠燈亮，告知為過低水位報警L4:CLR 。L3:LCALL SOUND。紅燈亮，告知為過高水位報警L2:SETB 。L1:LCALL SOUND。JNB 。水位過低，跳轉(zhuǎn)SETB 。JNB ,L2。水位過高，跳轉(zhuǎn)SETB 。外部中斷為低電平觸發(fā)SETB ET0；開 T0 中斷SETB ET1；開 T1 中斷SETB TR0；T0 開始運行MOV 58H,50H。MOV TMOD,11H；定時器 0、1 都為 16 位定時器MOV TH0,3CH；定時器 0 的定時時間為 ，所以算出定時初值為 3CB0HMOV TL0,0B0H；SETB EA；開中斷SETB EX0。MOV KI,00H。MOV ERR2,00H。MOV ERR0,00H。由于 KEY_BUF 是由用戶輸入的，所以先賦值初始化MOV KEY_BUF_S,00HMOV KEY_BUF_B,00HMOV UK,00H。主程序開始MOV SP,60H。ORG 1000H。具體程序如下（內(nèi)存單元的分配見附錄）：ORG 0000H。這樣的處理使主程序起到了分散功能的作用，即主程序會變得很容易編寫，而具體的功能都由相對應(yīng)的功能子程序完成。水位控制是對電接點水位電極送入單片機的開關(guān)信號進行判斷，當為低電平的時候作出相應(yīng)動作。T0中斷子程序用來進行采樣、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、PID運算和控制輸出。主程序主要對內(nèi)存單元進行分配，將一些量值賦初值，對中斷系統(tǒng)進行初始化操作；同時由于水位控制程序相對簡單，因此將其放入主程序中循環(huán)執(zhí)行。由于整個系統(tǒng)軟件比較大，為了便于編寫、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)軟件的編制采用模塊化的結(jié)構(gòu)，即整個控制軟件由許多獨立的小模塊組成，它們之間通過軟件接口連接，主控制程序主要包括條件判斷和子程序調(diào)用等關(guān)鍵部分。（2）所示。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端） ，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。欲使 CPU 公訪問外部程序存儲器（地址 0000H－FFFFH） ，EA 端必須保持低電平（接地） 。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的 PSEN 信號。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。如有必要，可通過對特殊功18能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。當振蕩工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。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，P3口的第二。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。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8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口線上的內(nèi)容（即特殊功能寄存器SFR區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（I IL）。P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出）4個TTL邏輯門電路。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（I IL）。P1口：P1口時一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出）4個TTL邏輯門電路。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。AT89S51引腳說明：Vcc：電源電壓GND：接地P0口：P0口試一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/總線復用口。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計時器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。AT89S51提供以下標準功能：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器及時鐘電路。AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k byte的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。16 單片機選型及簡介由于系統(tǒng)控制方案簡單 ,數(shù)據(jù)量也不大 ,考慮到電路的簡單和成本等因素 ,因此在本設(shè)計中選用 ATMEL 公司的 AT89S51單片機作為主控芯片。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負載電路的正常工作。由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。，把頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的5V和24V直流電壓。當單片機輸出低電平時，光耦導通，繼電器吸合，電磁閥得電開通，向水箱內(nèi)注水。另外再使用一只光耦，隔離單片機 5V 和電磁閥 24V 電源。 水位控制電路15圖 水位控制電路本系統(tǒng)使用直流電磁閥控制水位，這里選用 ZCW2 型電磁閥，其額定電壓為DC12V，功率小于 15W，介質(zhì)溫度最高為 125℃，為常閉型。圖 水位檢測電路當水位沒有到達水位電極時，水位電極和公共電極沒有導通，三極管截止，射極電壓為高電平；當水位到達水位電極時，水位電極與公共電極導通，三極管飽和導通，射極電壓為低電平。由于水的導電性十分微弱，因此電極送出的電信號十分微弱，不能直接送入單片機，因此需要對該信號進行處理，這里我們選用 PNP 三極管開關(guān)電路。根據(jù)電極輸出的電信號就能確定水位的位置，將電極輸出的電信號當作輸入信號經(jīng)處理后送入單片機。主要原理是利用水的弱導電性?？刂? 口輸出高電平的時間 Tx也就控制了 Tc內(nèi)導通周波數(shù) n，從而控制輸入爐子平均功率的大小，實現(xiàn)控制溫度的目的。系統(tǒng)采用 SSR，通過過零觸發(fā)方式，在一個控制周期 Tc 內(nèi)，由 AT89S51 的 口控制 SSR 的通斷率。它帶有過零觸發(fā)功能，所以能實現(xiàn)過零觸發(fā)交流調(diào)功。固態(tài)繼電器控溫電路如圖 所示。交流輸出時，通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應(yīng)管。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。按輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個零電壓開關(guān)，在零電壓處導通，零電流處關(guān)斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了13開關(guān)瞬態(tài)效應(yīng)。（3） 快速轉(zhuǎn)換:固態(tài)繼電器因為采用固體器件，所以切換速度可從幾毫秒至幾微妙。固態(tài)繼電器的輸入端用微小的控制信號，達到直接驅(qū)動大電流負載。圖 指示及報警電路 功率驅(qū)動電路 固態(tài)繼電器簡介固態(tài)繼電器（Solid State Relay,縮寫 SSR）,是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點開關(guān)。當水位達到超高報警水位時，蜂鳴器報警，且紅燈點亮，告訴工作人員應(yīng)斷開電磁閥，避12免了水位溢出引起的危險；當水位達到超低報警水位時，蜂鳴器報警，且綠燈點亮，告訴工作人員應(yīng)打開電磁閥，避免干燒的危險。鍵盤的鍵名和對應(yīng)功能如表 所示。本系統(tǒng)利用 P1 口對鍵盤進行控制，采用中斷掃描方式的鍵盤。2) 定時掃描工作方式：定時掃描工作方式是利用單片機內(nèi)部定時器產(chǎn)生的定時中斷（例如 10ms） ，CPU11響應(yīng)中斷后對鍵盤進行掃描，并在有鍵按下時轉(zhuǎn)入鍵功能處理程序，則可以實現(xiàn)定時掃描。1) 編程掃描工作方式：編程掃描工作方式是利用 CPU 在完成其他工作的空余，調(diào)用鍵盤掃描子程序來響應(yīng)鍵輸入要求。 鍵盤工作方式單片機系統(tǒng)中， CPU 既要忙于處理好各項工作任務(wù)，又要保證及時響應(yīng)對鍵盤的操作，同時還要節(jié)省 CPU 的時間，所以選擇一個好的鍵盤工作方式，可以提高一個單片機系統(tǒng)的工作效率。實際編程時應(yīng)考慮按鍵抖動的影響，通常采用軟件延時（如 20ms）的方法進行抖動消除處理。鍵盤中有無按鍵按下是由行線送入全掃描字、用行線讀行線狀態(tài)來判斷的。 鍵盤識別方法按鍵設(shè)置在行、列交點上，行列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。按鍵設(shè)置在行、列交點上，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)，列線通過上拉電阻接到+5V 上。這是識別矩陣鍵盤是否被按下的關(guān)鍵。行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列電平?jīng)Q定。因此，在按鍵數(shù)量較多時，可以節(jié)省 I/O 口線。10 鍵盤工作原理行列式鍵盤又稱矩陣式鍵盤。其具體電路如圖 所示。本顯示電路共設(shè)了四位，分別用于顯示溫度的百、十、個、小數(shù)位。采用 51 單片機的串行方式 0，只要兩根線（數(shù)據(jù)與時鐘）就能完成顯示功能，而且串行口還可以跟其它芯片共用。但采用并行驅(qū)動方式需要占用單片機大量 I/O 口，使用不太方便。主復位 (MR) 輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平。兩個輸入端或者連接在