電加熱爐溫度微機(jī)控制系統(tǒng)

1、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 電加熱爐溫度微機(jī)控制系統(tǒng) 班 級(jí)：自動(dòng)化2班 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間：2011.12.19-2011.12.23沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.1目錄一 引言2二 系統(tǒng)工作原理2三 硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)33.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)33.3 A/D轉(zhuǎn)換器43.4 LED數(shù)碼管63.5鍵盤(pán)電路73.6 晶閘管及其控制電路73.7 爐溫檢測(cè)電路8四 系統(tǒng)控制流程及軟件設(shè)計(jì)94.1 總體流程圖94.2 程序塊流程圖10 4.2.1 溫度控制系統(tǒng)主程序及流程圖10 4.2.2 LED數(shù)碼管顯示子程序及其流程圖11 4.2.3 A/D轉(zhuǎn)換程序及流程圖

2、14 4.2.4 數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)15 4.2.5 鍵盤(pán)控制流程圖17五 設(shè)計(jì)工作總結(jié)及心得體會(huì)19六 參考文獻(xiàn)19沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.2一引言 溫度是工業(yè)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一。為了保證生產(chǎn)過(guò)程正常安全地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約能源，對(duì)加熱用的各種電爐要求在一定條件下保持恒溫，不能隨電源電壓波動(dòng)或爐內(nèi)物體而變化，或者有的電爐的爐溫根據(jù)工藝要求按照某個(gè)指定的升溫或保溫規(guī)律而變化，等等。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用模擬控制來(lái)控制電加熱爐溫已經(jīng)取得了較為成熟的經(jīng)驗(yàn)，但他的控制精度較低，顯示操作不方便，為此引入了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行數(shù)字算法控制。由于電爐

3、加熱的時(shí)間常數(shù)相對(duì)于采樣周期來(lái)說(shuō)很大，所以電爐加熱控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性可以看作一階滯后環(huán)節(jié)來(lái)近似，在控制算法上可采用PID控制或其他純滯后補(bǔ)償算法。 本課程設(shè)計(jì)所控制的電加熱爐的加熱能源是熱阻絲，根據(jù)控制系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)控制方案和主電路及各檢測(cè)控制模塊電路，然后針對(duì)溫度控制要求計(jì)算電路元件所需參數(shù)，應(yīng)用PID控制算法，實(shí)現(xiàn)溫箱的閉環(huán)控制。進(jìn)而了解溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)控制程序?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制溫度的方法。2 系統(tǒng)工作原理 整個(gè)加熱爐的溫度控制系統(tǒng)采用典型的反饋式閉環(huán)控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。爐內(nèi)溫度 電加熱爐 執(zhí)行器數(shù)字控制器給定值-溫度測(cè)量與變送器圖2.1 電加熱爐計(jì)算機(jī)控制

4、系統(tǒng)框圖 數(shù)字控制器的功能采用單片機(jī)AT89c51實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行器的作用由可控硅實(shí)現(xiàn)，溫度有采樣與測(cè)量采用熱電偶及變送器實(shí)現(xiàn)。 數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)：在溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由于加熱爐溫度的時(shí)間常數(shù)很大（相對(duì)于采樣周期而言），所以其閉環(huán)調(diào)節(jié)可以用一個(gè)一階滯后環(huán)節(jié)來(lái)近似?？缮?陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.3以采用直數(shù)字控制，也可以采用模糊控制和PID控制，本設(shè)計(jì)中采用PID控制，其控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理如圖2.2所示：m(t)e(t)r(t) P(k) 加熱爐-單片機(jī)圖2.2 電加熱爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理爐溫控制的基本原理是：改變可控硅的導(dǎo)通角即改變電熱爐加熱絲兩端的有效電壓，有效電壓可在0140V內(nèi)變

5、化。溫度傳感器是通過(guò)一只熱敏電阻及其放大電路組成，溫度越高其輸出電壓越小。外部LED燈的亮滅表示可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷的占空比時(shí)間，如果爐溫低于設(shè)定值則可控硅導(dǎo)通，系統(tǒng)加熱，否則系統(tǒng)停止加熱，爐溫自然冷卻到設(shè)定值。三硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、溫度變送器、控制鍵盤(pán)、LED顯示數(shù)碼管、光電隔離可控硅觸發(fā)電路。硬件系統(tǒng)框圖如圖3.1所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89c51圖3.1 電加熱爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件框圖可控硅觸發(fā)信號(hào)光電隔離05V420mA供電可控硅電壓調(diào)整器A/D轉(zhuǎn)換器溫度變送器15V加熱爐熱電偶脈沖電平鍵盤(pán)LED顯示3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)本系

6、統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為該控制系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集、沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.4檢測(cè)和控制。單片機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換器，接收由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)字濾波、標(biāo)度變換并與輸入的參照溫度相比較，得出誤差，根椐PID算法求出控制溫度達(dá)到期望值所需要的控制量。通過(guò)調(diào)節(jié)高低電平輸出時(shí)間，控制可控硅的接通時(shí)間，從而改變電爐的輸出功率，達(dá)到調(diào)溫的作用。單片機(jī)及其接口電路圖如圖3.2所示： 四位數(shù)碼管段選位A/D轉(zhuǎn)換器D0-D7四位鍵盤(pán)接口四位數(shù)碼管位選圖3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)及其外圍電路接口圖3.3 A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器在該系統(tǒng)中的功能是將溫度變送器輸出

7、的15V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制代碼，供給單片機(jī)做進(jìn)一步的處理。電熱爐的溫度變化范圍為室溫到1000，將控制精度確定限定在5范圍內(nèi)，則可選擇8位A/D轉(zhuǎn)換器，其最小精度可以達(dá)到1000256=3.9215，則選擇ADC0808或ADC0809均可滿足設(shè)計(jì)要求，這里選擇ADC0809。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。ADC0809的工作過(guò)程：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一

8、到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。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。沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.5直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。本設(shè)計(jì)中只需要用到ADC0809的一個(gè)通道即可，故將ADC0809的輸入通道選通地址A、B、C均接地（即只使用輸入通道IN0）。ADC0809的工作時(shí)鐘為500KHz，由于單片機(jī)的ALE能自動(dòng)輸出單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6（即當(dāng)單片機(jī)的時(shí)鐘晶振選擇12MHz時(shí)，ALE自動(dòng)輸

9、出2MHz時(shí)鐘信號(hào)），ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)對(duì)單片機(jī)ALE的輸出時(shí)鐘進(jìn)行四分頻得到，進(jìn)行四分頻的器件可采用集成有兩個(gè)二分頻器的74LS74。單片機(jī)的PA口作ADC0809的控制口，P0口作轉(zhuǎn)換結(jié)束后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的接收口。 ADC0809與單片機(jī)的接口電路如圖3.4所示。圖3.3 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3.4 ADC0809與單片機(jī)接口電路沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.63.4 LED數(shù)碼管數(shù)碼管主要用以顯示設(shè)定溫度值與實(shí)際測(cè)量溫度值。數(shù)碼管根據(jù)其連接方式可以分為共陰數(shù)碼管與共陽(yáng)數(shù)碼管，根據(jù)其顯示的段數(shù)可以分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，其中八段數(shù)碼管相比七段數(shù)碼管要多一個(gè)小數(shù)位。由于

10、本設(shè)計(jì)所需用到的最大溫度值為1000，故需選用4位數(shù)碼，在這里選用4位共陰8段數(shù)碼管作為本設(shè)計(jì)的LED顯示。四位共陰數(shù)碼管的引腳圖如圖3.5所示，數(shù)碼管與單片機(jī)的接口電路如圖3.6所示。圖3.5 四位共陰數(shù)碼管引腳圖圖3.6 數(shù)碼管與單片機(jī)接口電路沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.73.5 鍵盤(pán)電路鍵盤(pán)主要用來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置和啟動(dòng)及停止計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要采用四位獨(dú)立鍵盤(pán)完成上述控制功能。鍵盤(pán)電路如圖3.7所示，其中，S1、S2對(duì)預(yù)溫度進(jìn)行設(shè)置，S2為數(shù)碼管移位選擇按扭，被選中的數(shù)位小數(shù)點(diǎn)被點(diǎn)亮，此時(shí)再按S1，可以使被選中位從09依次循環(huán)，循環(huán)到所需要值的時(shí)候，再按S2移到

11、下一位，依次設(shè)置完4位數(shù)碼管組成的預(yù)設(shè)溫度值。S3、S4分別為啟動(dòng)和停止計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，當(dāng)S3有按下信號(hào)時(shí)，單片機(jī)開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，當(dāng)S4有輸入信號(hào)時(shí)，退出自動(dòng)控制。對(duì)應(yīng)數(shù)碼加1數(shù)碼位向右移位啟動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)停止自動(dòng)控制系統(tǒng)圖3.7 鍵盤(pán)電路3.6 晶閘管及其控制電路 晶閘管屬于半控器件，當(dāng)在基極輸入電流觸發(fā)信號(hào)滿足其導(dǎo)通電流強(qiáng)度時(shí)，晶閘管即導(dǎo)通，且導(dǎo)通后觸發(fā)信號(hào)將失去作用。要使晶閘管關(guān)斷，第一可以不斷減小電源電壓或是加大回路電阻，使陽(yáng)極電流Ia低于維持電流IH之下，晶閘管即可恢復(fù)關(guān)斷；第二可以給晶閘管施加反電壓，使晶閘管自行關(guān)斷。 本系統(tǒng)中晶閘管的關(guān)斷方式采用第二種，由于我們生

12、活所用的交流電是頻率為50Hz的正弦交變電壓，系統(tǒng)所要求晶閘管控制電壓有效值在0140V內(nèi)變化，故采用如圖3.8所示的電路接線方式。當(dāng)電源電壓處于正弦變化的正半周的時(shí)修，通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，即可改變電阻兩端的電壓有效值，當(dāng)電源電壓處于正弦負(fù)半周的時(shí)候，加在晶閘管兩端的反電壓使晶閘管自動(dòng)關(guān)斷。沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.8由于觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通的電流信號(hào)是模擬信號(hào)，故需要采取隔離措施，使數(shù)字控制電路與模擬負(fù)載電路隔離開(kāi)，防止模擬信號(hào)串入數(shù)字電路造成誤動(dòng)作或損壞數(shù)字電路。這里采用的隔離措施是使用光電隔離器4N25，當(dāng)P1.7輸出高電平時(shí)，經(jīng)7404反向?yàn)榈碗娖?，發(fā)光二極管發(fā)光觸發(fā)模擬電路

13、部分導(dǎo)通，晶閘管IRF640得到觸發(fā)信號(hào)從而導(dǎo)通。根據(jù)單片機(jī)發(fā)出脈沖的間隔時(shí)間不同，即可改變晶閘管的導(dǎo)通角，從而起到調(diào)壓的作用。圖3.8 晶閘管及其控制電路3.7爐溫檢測(cè)電路電爐的溫度先由熱電偶溫度傳感器檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號(hào)，溫度變送器將此弱信號(hào)進(jìn)行非線性校正及電壓放大后，送至A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，此數(shù)字量經(jīng)過(guò)單片機(jī)數(shù)字濾波誤差校正及查表等處理后，得到電爐內(nèi)的實(shí)測(cè)溫度值。溫度檢測(cè)原理結(jié)構(gòu)如圖3.9所示：ADC0809變送器熱電偶圖3.9 溫度檢測(cè)原理圖沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.94 系統(tǒng)控制流程及軟件設(shè)計(jì)4.1 總體流程圖單閉環(huán)電加熱爐溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總體流程如圖4.1

14、所示圖4.1 程序總體流程圖相等不相等結(jié) 束控制可控硅導(dǎo)通智能算法程序求出輸出控制量與給定值相比較送LED顯示非線性轉(zhuǎn)換數(shù)字濾波啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器鍵盤(pán)輸入給定溫度值系統(tǒng)初始化開(kāi) 始沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.104.2 程序塊流程圖4.2.1 溫度控制系統(tǒng)主程序及流程圖主程序主要進(jìn)行初始化，定義I/O端口及定時(shí)器參數(shù)，調(diào)用子程序以便為系統(tǒng)正常工作創(chuàng)造條件。主程序如下，主程序流程序如圖4.2.1所示：主程序#include鍵入預(yù)設(shè)溫度#include/*.定義四位數(shù)碼管的位選腳.*/調(diào)用：?jiǎn)?dòng)A/D轉(zhuǎn)換sbit w1=P30; sbit w2=P31; 調(diào)用：顯示轉(zhuǎn)換溫度sbit w3=

15、P32; sbit w4=P33; 調(diào)用：PID計(jì)算控制輸出/*.定義AD轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)引腳.*/ sbit ST=P11; 結(jié) 束/*.定義AD轉(zhuǎn)換器的控制腳.*/圖4.2.1 主程序流程圖sbit EOC=P12;sbit OE=P13;/*.定義09十個(gè)數(shù)字代碼.*/unsigned char wu_ds = 0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F;/*.定義按鍵引腳.*/Sbit S1=P3.4;Sbit S2=P3.5;Sbit S3=P3.6;Sbit S4=P3.7;/*.聲明程序中將會(huì)調(diào)用到的子程序.*/void del

16、ay(int t);/聲明程序延時(shí)子程序int set_temp(int s);/聲明設(shè)置初始值子程序沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.11void cont_temp(int x);/聲明數(shù)據(jù)處理，與工程量變換子程序void start_temp(void);/聲明啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器子程序void _PID_(int y，int z);/聲明 PID 控制程序 /*.開(kāi)始主函數(shù).*/void main()int data_in; /定義一個(gè)用來(lái)存放AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)果的變量int a1,a2,a3,a4,m,t;m=set_temp(0) ;P0=0xFF; /初始化AD轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)端口whi

17、le(1) cont_temp(data_in);display(a1,a2,a3,a4); /調(diào)用數(shù)碼管分時(shí)顯示函數(shù)顯示測(cè)得溫度t=a1*1000+a2*100+a3*10+a4;_PID_(m,t);4.2.2 LED數(shù)碼管顯示子程序及其流程圖 8段LED顯示屏是最常用的顯示器件，分為共陽(yáng)極和共陰極兩種形式。共陽(yáng)極LED將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接在一起作為公共端，當(dāng)公共端接高電平，某一段的發(fā)光二極管陰極接低電平時(shí)，相應(yīng)的字段就被點(diǎn)亮。共陰極LED將所有發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共端，當(dāng)公共端接低電平，某一段的發(fā)光二極管陽(yáng)極接高電平時(shí)，相應(yīng)的字段就被點(diǎn)亮。LED數(shù)碼管的顯示方法動(dòng)態(tài)顯示：動(dòng)

18、態(tài)掃描，分時(shí)循環(huán)； 靜態(tài)顯示：一次輸出，結(jié)果保持沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.12(1)動(dòng)態(tài)顯示 動(dòng)態(tài)顯示，就是微型機(jī)定時(shí)地對(duì)顯示器件掃描，在這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能一個(gè)器件顯示。但由于人視覺(jué)的暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺(jué)所有的器件都在顯示。 (2)靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示，是由微型機(jī)一次輸出顯示后，就能保持該顯示結(jié)果，直到下次送新的顯示模型為止。這種顯示占用機(jī)時(shí)少，顯示可靠。通過(guò)比較及對(duì)程序的分析，本設(shè)計(jì)當(dāng)中兩組數(shù)碼管均采用了共陰極靜態(tài)顯示。本系統(tǒng)采用4位共陰數(shù)碼管用動(dòng)態(tài)顯示的方式顯示預(yù)設(shè)值和測(cè)得溫度值，其動(dòng)態(tài)掃顯示程序如下，程序流程圖如圖4.2.2所示：void display(l

19、ong int a,long int b,long int c,long int d)P0=0; /先關(guān)閉全部數(shù)碼管w1=0; /顯示千位數(shù)，從左到右P0=wu_dsa;delay(3);w1=1;P0=0;w2=0;P0=you_dsb;顯示百位數(shù)delay(3);w2=1;P0=0;w3=0;P0=wu_dsc;顯示十位數(shù)delay(3);w3=1;P0=0;w4=0; P0=wu_dsd;顯示個(gè)位數(shù)delay(3);w4=1;沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.13圖4.2.2 顯示程序流程圖調(diào)用程序延時(shí)顯示第2位返回關(guān)閉第4位顯示第3位關(guān)閉段選口消除陰影調(diào)用程序延時(shí)選通第1位關(guān)閉第3

20、位段選和位選顯示第1位開(kāi)啟第4位位選調(diào)用程序延時(shí)顯示第4位關(guān)閉第1位的段選和位選調(diào)用程序延時(shí)開(kāi)啟第2位位選開(kāi)啟第3位位選顯示程序關(guān)閉第2位段選和位選圖4.2.2 顯示程序流程圖 沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.144.2.3 A/D轉(zhuǎn)換程序及流程圖本系統(tǒng)所使用的A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809接線圖如圖3.4所示，控制其啟動(dòng)及轉(zhuǎn)換程序如下，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換流程圖如圖4.2.3所示：void start_temp(void)ALE=1;_nop_();_nop_();ALE=0; /鎖存通道地址，這里采用通道IN0ST=1;_nop_();_nop_();ST=0;_nop_();_nop_();

21、_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/START下降沿，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換while(EOC=0)/轉(zhuǎn)換時(shí)間約為100us，在轉(zhuǎn)換期間EOC為低電平，利用條件延時(shí)_nop_();OE=1; /轉(zhuǎn)換結(jié)束，給OE高電平，請(qǐng)求輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果data_in=P3; /用P3口來(lái)接收AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果，將結(jié)果存入data_inOE=0;沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.15圖4.2.3 A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖返 回將OE置0讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果OE=1轉(zhuǎn)換是否結(jié)束（EOC=0？）使ST由高電平跳轉(zhuǎn)到低電平，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器鎖存通道地址確定通道選擇地址

22、A/D轉(zhuǎn)換程序NY4.2.4 數(shù)字控制器設(shè)計(jì)數(shù)字控制器是本控制系統(tǒng)的核心，用它對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，這里采用PID程序設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)位置型PID設(shè)計(jì)方法可寫(xiě)出表達(dá)式4-1 P(k)=PP(k)+PI(k)+PD(k) 式4-1沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.16其中：PP(k)=KPE(k) PI(k)=KI =KIE(k)+ KI = KIE(k)+PI(k-1) PD(k)=KDE(k)-E(k-1)根據(jù)4-1式和圖2.2所示的PID調(diào)節(jié)控制圖可得PID數(shù)字控制程序的流程圖如圖4.2.4所示：返 回圖4.2.4 位置型PID運(yùn)算程序流程圖E(k-1) E(k)計(jì)算 P(k)=

23、PP(k)+PI(k)+PD(k)計(jì)算 PD(k)=KDE(k)-E(k-1)計(jì)算 PI(k)=KIE(k)+PI(k-1)計(jì)算 PP(k)=PPE(k)計(jì)算 E(k)=R(k)-M(k)PID位置型運(yùn)算程序?qū)(k)轉(zhuǎn)換成雙字字整數(shù)R2R3沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.174.2.5 鍵盤(pán)控制流程圖 在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，輸入設(shè)備采用4*4矩陣鍵盤(pán)。當(dāng)“設(shè)定”鍵按下時(shí)觸發(fā)鍵盤(pán)中斷服務(wù)程序，由程序程控掃描法確定那個(gè)鍵按下并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。程控掃描的任務(wù)是：(1)首先判斷是否有鍵按下。方法：使所有的行輸出均為低電平，然后從端口A讀入列值。如果沒(méi)有鍵按下，則讀人值為FFH如果有鏈按下則不為FFH

24、。(2)去除鍵抖動(dòng)。方法：延時(shí)1020 ms，再一次判斷有無(wú)鍵按下，如果此時(shí)仍有鍵按下，則認(rèn)為鍵盤(pán)上確實(shí)有鍵處于穩(wěn)定閉合期。(3)若有鍵閉合，則求出閉合鍵的鍵值。方法：對(duì)鍵盤(pán)逐行掃描。 (4)程序中需等閉合鍵釋放后才對(duì)其進(jìn)行處理。鍵盤(pán)控制程序采用定時(shí)器延時(shí)掃描的方法控制，當(dāng)按鍵被按下時(shí)輸入一個(gè)低電平，其流程圖如圖4.2.5所示：沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.18否否掃描鍵盤(pán)的按下?tīng)顟B(tài)鍵盤(pán)控制程序S2是否按下是是否為所需設(shè)置溫度位是否S1是否按下是溫度值該位數(shù)字加1該位所示溫度值是否為所需溫度否是否是否為第4位否是S3是否按下是啟動(dòng)自控系統(tǒng)否S4是否按下是停止自動(dòng)控制系統(tǒng)圖4.2.5 鍵

25、盤(pán)程序流程圖沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.195 設(shè)計(jì)工作總結(jié)及心得體會(huì)通過(guò)對(duì)電加熱爐計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我對(duì)實(shí)際工程中的自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用有了初步的設(shè)計(jì)理念。理論與實(shí)踐的結(jié)合，使我對(duì)自算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)以及其組成原理與應(yīng)用程序有了更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我更進(jìn)一步的鞏固了專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，提高了用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐能力。通過(guò)資料的收集及整理，也使我學(xué)到了許多相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程的知識(shí)，并從中分析得到啟發(fā)，確立系統(tǒng)方案。通過(guò)對(duì)數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)，使我掌握了運(yùn)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PID算法控制、單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換器的接口電路、鍵盤(pán)與單片機(jī)的接口電路、LED與單片機(jī)的接口電路以及

26、編程實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示、A/D轉(zhuǎn)換器的編程、鍵盤(pán)控制的編程和通過(guò)單片機(jī)觸發(fā)可控硅導(dǎo)通的方法。這次對(duì)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加深了我對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的了解，使我對(duì)小型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)有了綜合分析、獨(dú)立思考的能力。6 參考文獻(xiàn)1潘新民.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).第2版.電子工業(yè)出版社.20112林錦國(guó).過(guò)程控制.第3版.東南大學(xué)出版社.20113郁有文.傳感器原理及工程應(yīng)用.第3版.西安電子科技大學(xué)出版社.20104謝維成.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì).第2版.清華大學(xué)出版社.20095閻 石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).第5版.高等教育出版社.20096譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì).第3版.清華大學(xué)出版社.20087張榮標(biāo).微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).第2版.機(jī)械工業(yè)出版社.20108王兆安.電力電子技術(shù).第5版.機(jī)械工業(yè)出版社.2010沈 陽(yáng) 大 學(xué)tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA