電熱鍋爐溫度控制器AD590MCS51單片機(jī)

1、摘     要： 本文介紹了以MCS-51單片機(jī)為核心的溫度控制器的設(shè)計(jì),在該設(shè)計(jì)中采用高精度的溫度傳感器AD590對(duì)電熱鍋爐的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)精確測(cè)量,用超低溫漂移高精度運(yùn)算放大器OP07將溫度-電壓信號(hào)進(jìn)行放大,再送入12位的AD574A進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè),實(shí)時(shí)顯示及越限報(bào)警?？刂撇糠植捎肞ID算法,實(shí)時(shí)更新PWM控制輸出參數(shù),控制可控硅的通斷時(shí)間,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的高精度控制。關(guān)鍵詞：MCS-51單片機(jī)；溫度；軟硬件；硬件原理圖；程序框圖；設(shè)計(jì)目 錄一、 任務(wù)（2）二、工藝要求（2）三、本系統(tǒng)的性能指標(biāo)（2）四、系統(tǒng)組成和總體控制方案（2）五

2、、硬件設(shè)計(jì)（3）六、軟件設(shè)計(jì)（8）七、程序說(shuō)明（16）八、調(diào)試方法及結(jié)果分析（18）九、對(duì)象特性的測(cè)量和識(shí)別（21）十、設(shè)計(jì)總結(jié)（22）電熱鍋爐溫度控制器的設(shè)計(jì)一、 任務(wù)：用單片機(jī)自動(dòng)控制電熱鍋爐溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。二、工藝要求：1系統(tǒng)應(yīng)有良好的操作性能，為了使用方便和維修，系統(tǒng)控制開(kāi)關(guān)要少。2通用性好，便于擴(kuò)充。3系統(tǒng)可靠性要高。三、本系統(tǒng)的性能指標(biāo)：輸出功率：20KW溫度設(shè)定：鍵盤(pán)溫度顯示：4位LED數(shù)碼管顯示誤差：±5°C控制溫度：500-1000四、系統(tǒng)組成和總體控制方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖如下：A.初步選定系統(tǒng)采用單閉環(huán)控制。因?yàn)樗鶐ж?fù)載是阻性元件，其線性度比較好，溫度變

3、化不太高，但對(duì)控制精度有一定的要求。B.執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用三相電熱絲，我們用控制電流的變化來(lái)控制溫度的變化。C.計(jì)算機(jī)部分起巡回檢測(cè)、閉環(huán)調(diào)節(jié)和計(jì)算推理的作用。五、硬件設(shè)計(jì)：1、 MCS-51電源引腳Vcc和Vss：Vcc，電源端，接5V；Vss，接地端。時(shí)鐘電路引腳：XTAL1：接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入，若使用外部TTL時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。XTAL2：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出，若使用外部TTL時(shí)鐘時(shí)，該引腳為外部時(shí)鐘的輸入端。地址鎖存允許ALE：系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制地址鎖存器鎖存P0口輸出的低8位地址，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)

4、與低位地址的復(fù)用外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)/PSEN：是讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，低電平有效。程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端/EA：當(dāng)為高電平時(shí)，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令，但當(dāng)PC中的值超過(guò)0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。當(dāng)為低電平時(shí)，CPU只執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。復(fù)位信號(hào)RST ：該信號(hào)高電平有效，在輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平后，就可以完成。輸入/輸出口引腳P0、P1、P2和P3： P0口（P0.0P0.7）：該端口為漏極開(kāi)路的8位雙向口，負(fù)載能力為8個(gè)LSTTL負(fù)載，它是8位地址線和8位數(shù)據(jù)線的復(fù)用端口。 P1口（P1.0P1.7）：它是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I

5、/O口，P1口的驅(qū)動(dòng)能力為4個(gè)LSTTL負(fù)載。 P2口（P2.0P2.7）：同P1口。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它作存儲(chǔ)器的高8位地址線。 P3口（P3.0P3.7）：P3口同樣是內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P3口除了作為一般的I/O口使用之外，還具有其它特殊功能。2、鉑熱電阻：鉑熱電阻是電阻體采用鉑金屬、具有正的溫度系數(shù)的一種電阻，廣泛用作穩(wěn)定溫度系數(shù)的電阻以及溫度傳感器。鉑熱電阻的端子有不同的聯(lián)結(jié)方式，如圖（1）既2線式，3線式和4線式。它雖是一種阻值隨溫度改變的溫度傳感器，但實(shí)際上使用時(shí)要把引線電阻記算在內(nèi)。因此2線式適用于傳感器在印制板上。圖（1）（a）2接線 （b）3接線 （c

6、）4接線測(cè)量鉑熱電阻的阻值大致有二種方法即恒壓法和恒流法。恒壓法就是加在鉑熱電阻兩端電壓保持恒定，測(cè)量電流變化的方法。若有恒壓源（標(biāo)準(zhǔn)電池），恒壓法的電路就非常簡(jiǎn)單，另外，組成橋就可進(jìn)行溫漂補(bǔ)償，因此，這種方法被廣泛使用。但電流與鉑熱電阻的阻值變化成反比，用于很寬的溫測(cè)范圍，進(jìn)行線性時(shí)要特別注意。恒流法就是流經(jīng)鉑熱電阻的電流保持恒定，測(cè)量其兩端電壓的方法。對(duì)于恒流法，電流與鉑熱電阻的阻值變化成正比，因此，線性化簡(jiǎn)便，但要獲得準(zhǔn)確的恒流源時(shí)電路比較復(fù)雜。圖（2）是2線式的鉑熱電阻接線圖，它是一種檢測(cè)溫度的電路。這種接法屬于恒壓法，但實(shí)際選用的R1阻值比RT高很多，因此RT阻值變化引起的測(cè)量電流變

7、化不大，獲得近似恒流的線性輸出。圖（2）3、模擬量輸入電路1）8155（b）引腳圖主要接口信號(hào)：AD0AD7 地址數(shù)據(jù)復(fù)用線 ALE 地址鎖存信號(hào)，它除進(jìn)行AD0AD7的地址鎖存控制外，還用于片選信號(hào)CE和等信號(hào)鎖存控制讀選通信號(hào) 寫(xiě)選通信號(hào)片選信號(hào)I/O與RAM選擇信號(hào) RESET 復(fù)位信號(hào)，81A、B、C口均為輸55以600ns的正脈沖進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位后入方式4模擬量輸出電路引腳功能：D0D7數(shù)字量數(shù)據(jù)輸入線，ILE為數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)，高電平有效；CS為輸入寄存器選擇信號(hào)，低電平有效。 輸入寄存器的“寫(xiě)”選通信號(hào)，負(fù)脈沖有效，當(dāng)、ILE=1、時(shí)，D0D7的數(shù)據(jù)被鎖存至輸入器；為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移控制信

8、號(hào)線，低電平有效 Vref 其準(zhǔn)電壓輸入線RFb 反饋信號(hào)輸入線，芯片內(nèi)已有反饋電阻IOUT1和IOUT2 電流輸出線，IOUT1和IOUT2的和為常數(shù)，IOUT1隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化VCC 工作電源，DGND為數(shù)字地，AGND為模擬信號(hào)地，由于D/A轉(zhuǎn)換芯片輸入是數(shù)字量，輸出為模擬量，模擬信電源和數(shù)字信號(hào)的干擾而引起波動(dòng)。5、光電耦合輸出電路如下圖：工作狀況：當(dāng)單片機(jī)引腳為低電平時(shí)：a. 光電耦合器的發(fā)光二極管承受正向電壓，導(dǎo)通，有電流流過(guò)，發(fā)光b. 光電耦合器的光敏三極管受到光照，進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，其集電極處于零電位c. 繼電器線圈得電，閉和，接通外部電路當(dāng)單片機(jī)引腳為高電平時(shí)：a.

9、光電耦合器的發(fā)光二極管承受反向電壓，截止，無(wú)電流流過(guò)，不發(fā)光b. 光電耦合的光敏二極管末受到光照，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，其集電極處于高電位c. 線電器線圈失電，斷開(kāi)外部電路6. 鍵盤(pán)和顯示電路（1） 4×4鍵盤(pán)工作原理由圖可見(jiàn)：16個(gè)鍵分兩部分，十個(gè)數(shù)字鍵09；六個(gè)命令鍵AF。CPU每次通過(guò)接口對(duì)某一行Xi輸出掃描信號(hào)0、列線Yj的狀態(tài)來(lái)確定鍵閉合的位置。列線Y接+5v/無(wú)安鍵時(shí)，行X和列Y線斷開(kāi)，列線Y1Y4呈現(xiàn)高電平。當(dāng)某一按鍵閉合時(shí)，該鍵所在行、列線短接。若該行線輸出為0，則該列線電平被拉成0（其余3根列線仍為1），此時(shí)CPU可判斷出按鍵閉合所在行、列及鍵號(hào)。 為了便于CPU處理。將行

10、、列信號(hào)拼裝成一個(gè)字節(jié)，然后求反得到4號(hào)鍵對(duì)應(yīng)的“特征字”，也叫鍵值。即：列線Y 行線XCPU操作時(shí)，先輸出行有效信號(hào)，再輸入列信號(hào)，經(jīng)過(guò)拼裝、求反得到鍵值，由于這種對(duì)應(yīng)是唯一的，所以根據(jù)上述關(guān)系可求出其他鍵值如下：鍵盤(pán)上的字符0123456789ABCDEF鍵值81H82H42H22H84H44H24H88H48H28H18H14H12H11H21H41HCPU得到鍵值后，很容易判斷按鍵閉合號(hào)碼。不同的接線方式，得到鍵值可能不同，但鍵號(hào)和鍵值的對(duì)應(yīng)關(guān)系是唯一的。（2） LED動(dòng)態(tài)顯示方式按圖從左向右輪流顯示8位LED的位選碼為六、軟件設(shè)計(jì)：系統(tǒng)軟件采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，主要由主程序、控制算法程

11、序、系統(tǒng)初始化子程序、AD轉(zhuǎn)換程序、顯示鍵盤(pán)子程序等組成。（一）主程序流程圖（圖1）（二）中斷服務(wù)流程圖（圖2）8155初始化：A口為輸入，B口為輸出，設(shè)定時(shí)器及常數(shù)允許定時(shí)器T2益出中斷允許定時(shí)器益出中斷有關(guān)寄存器清零關(guān)中斷開(kāi)始開(kāi)中斷設(shè)堆棧指針等中斷（圖1）中斷返回（圖2）設(shè)中斷服務(wù)程序首址HSI1輸入為T(mén)2時(shí)鐘源（三）數(shù)據(jù)處理和溫度判斷子程序（圖3）Uik>6AH?Uik>80H?返回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)顯示子程序調(diào)清零子程序設(shè)Pk=00HUikREGA左移6次設(shè)數(shù)據(jù)暫存區(qū)計(jì)算平均值數(shù)據(jù)取完否？累加數(shù)據(jù)右移6次取出數(shù)據(jù)設(shè)數(shù)據(jù)存放區(qū)首址設(shè)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)否是否是否EK-YY0?調(diào)PD子程序

12、調(diào)清零子程序調(diào)顯示子程序恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回設(shè)PK=0F0H清零子程序調(diào)調(diào)顯示子程序恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回設(shè)定保溫值算EK=UOK-UIK是（圖3）（四）乘法子程序流程圖（五）、程序清單1）主程序清單 ORG 2000H DCW INT-T ORG 4080H MAIN： LD SP，#060H ；設(shè)堆棧指針 DI ；關(guān)中斷 CLRB AD-COMMAND ；清有關(guān)寄器 CLRB INT-PEND CLR AX CLRB BX CLR EX CLRB DL CLRB EL CLR FX CLR GL CLR GH CLR HX LDB INT-M，#01H ；允許定時(shí)器溢出中斷 LDB ICO1，#08H ；允

13、許定時(shí)器T2溢出斷 LD AX，#4100H ；中斷服務(wù)程序首址 ST AX，#2000H0 ；中斷矢量 LDB IOCO，#86H ；設(shè)HSI1輸入為T(mén)2 LD REG1，T2 M1： LDB AL，#0CFH ；設(shè)8155工作方式： A口為輸入 B口為輸出 C口為輸出 定時(shí)器工作為 STB AL，#1800H0 LD AX，#0003H ST AX，#1804H0 LCALL REG ；調(diào)用PD參數(shù)子程序 E1 ；開(kāi)中斷 SJMP M12）中斷服務(wù)程序清單 ORG 4100H INT-T： PUSHF ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) LDB PORT2，#0FH LDB PORT2，#00H LDB BL，#

14、05H ；設(shè)置通道采樣次數(shù) LD CX，00A0H ；數(shù)據(jù)存放首址 送CX寄存器 SAPE： LDB DL，#04H ；從ACH4開(kāi)始采樣 LDB EL，#04H ；一次采集通道數(shù) LD FX，CX ；轉(zhuǎn)存地址LOOP1： ADDB AD-COMMAND，；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器DL，#08H NOP NOP ；等待LOOP2: JBS AD_RES_LO,3,LOOP2 LDB AL,AD_RES_LO ；轉(zhuǎn)換結(jié)果低位送AL LDB AH,AD_RES_HI ；高位送AHSTB AL,CX+ ；存放數(shù)據(jù)STB AH,CX ；ADD CX,#0009H ；求下一個(gè)通道地址INCB DL ；通道號(hào)加1

15、DECB EL ；通道號(hào)減1JNE LOOP1 ；EL0時(shí)，繼續(xù)采樣DJNZ BL,ADDR ；BL0時(shí)，繼續(xù)采樣SCALL DMR4 ；調(diào)用處理子程序POPF ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)RET ；返回 ADDR: LD CX,FX ；恢復(fù)CX內(nèi)容INC CX ；CX內(nèi)容加2INC CX ；SJMP SAPE ；3）數(shù)據(jù)處理和溫度判斷程序清單 ORG 4150HDMR4： PUSHF ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) LDB BL，#05H ；置數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) LD CX，#00A0H ；取數(shù)據(jù)LOOPD： LDB AL，CX LDB AH，CX SHR AX，#06H ；調(diào)整CX內(nèi)容 ADD GX，AX ；累加數(shù)據(jù) INC CX ；修

16、改地址 DJNZ BL，LOOPD ；BL0時(shí)，繼續(xù)累加 DIVU GX，#05H ；取平均值 LD HX，#00D6H ；存放數(shù)據(jù) SHL GX，#01H ST GX，HX SHL GX，#05H ST GX，REGA ；溫度反饋值送REGA AND AX，AX CMP CL，#6A00H ；超溫判斷 JGT CC ；是，轉(zhuǎn)CC JV CC ；判斷Pk是否有溢出，是轉(zhuǎn)CC LD MX，#6400H ；設(shè)溫度給定值 ST MX，REGC LD AX，AX SUBC MX，GX ；計(jì)算偏差值Ek LD REG4，MX ；EkREG4 LD DX，REG1E ；是否進(jìn)入保溫段 NOP AND AX

17、，AX SUBC MX，DX JGE AA ；否，轉(zhuǎn)AA NOP LCALL PD ；是，調(diào)PD SCALL CLR ；調(diào)CLR子程序 LCALL LEDSHOW ；調(diào)顯示子程序 POPF ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) RET ；返回 ORG 41B0H AA： LDB QL，#0F0H ；輸出最大值 STB QL，1801H00 SCALL CLR LCALL LEDSHOW ；調(diào)顯示子程序 POPF ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) RET ；返回 ORG 41C0H CC： LDB QL，#00H ；輸出00H STB QL，1801H00 SCALL CLR LCALL LEDSHOW ；調(diào)顯示子程序 POPF ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

18、RET ；返回 ORG 41D0H CLR： CLR GL ；清有關(guān)寄存器 CLR GH CLR AX RET ；返回4）顯示子程序清單ORG 41E0H LEDSHOW: LD SHOWADDR，#SHOWBUFFLD BX，#00HLD AX，HXSHR AX，#03HDIVU BA，1000ORB AL，#20HSTB AL，00HSHOWADDRDIVUB BX，#100LDBZE AX，BLLD REG16， #6000H ；設(shè)KD值LD REG1E， #1400H RETORB AL,#30HSTB AL,01HSHOWADDR LDBZE AL,BH DIVUB AX,#10OR

19、B AL,#40HSTB AL,02HSHOWADDRORB AH,#50HSTB AH,03HSHOWADDR LD SHOWADDR,#SHOWBUFF SCALL DELAY SCALL DELAY LDB CL,#04HLSHOW: LDB AL,SHOWDDR+ STB AL,1802H00H ORB AL,#0F0H STB AL,1802H00 DJNE CL,LSHOW RET 5）延時(shí)子程序清單 ORG 4300HDELAY： PUSHF LDB AL， #OFFH DELAY1： LDB HSOC， #39H ADD HSOT， TIMER1，EX LDB AH， #080

20、H DELAY2： NOP NOP EI DJNZ AH， DELAY2 NOP NOP DJNZ AL， DELAY1 POPE RET6）乘法子程序清單 ORG 4300H MUL LD CL，#10H ；設(shè)循環(huán)次數(shù)LD AX，#0000H ；AX清零SHAR DX，#01H ；DX算術(shù)右移1次L2： SHAR AX，#01H ；AX算術(shù)右移SHR BX，#01H ；BX邏輯右移JC L ；有進(jìn)位轉(zhuǎn) DECB CL ；沒(méi)有，循環(huán)次數(shù)減1CLRC ；進(jìn)位標(biāo)志清零JE L1 ；循環(huán)次數(shù)為零轉(zhuǎn)L1SJMP L2 ；L： DECB CL ；CL-1送CLJE L1 ；循環(huán)次數(shù)為零轉(zhuǎn)L1ADD AX

21、，DX ；AX+BX送AXSJMP L2L1： JNC L3 ；進(jìn)位標(biāo)志為零轉(zhuǎn)AND CL，CL SUBC AX，DX ；AX-DX送AXL3： SHL BX，#01H ；AX，BX算術(shù)左移SHL AX，#01HRET ；返回 七、程序說(shuō)明在程序清單中左邊第一列是內(nèi)存地址，第二列是機(jī)器碼，存放內(nèi)存地址的內(nèi)容，在數(shù)據(jù)區(qū)則是參數(shù)與數(shù)的代碼。第三列是標(biāo)號(hào)。第四列是相應(yīng)的助記符。第五列是注釋。下面分別說(shuō)明主程序和各子和程序的內(nèi)容：（一） 主程序開(kāi)始先對(duì)有關(guān)寄存器清零，對(duì)定時(shí)器T2設(shè)置中斷矢量、中斷服務(wù)程序首地址與外部脈沖源對(duì)8155進(jìn)行初始化；8155的A、B、C并行接口設(shè)置為輸出方式。8155的定時(shí)

22、器/計(jì)數(shù)器被設(shè)置成對(duì)外部事件計(jì)數(shù)。由于外部脈沖源為一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘湖，8155定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)際被用來(lái)作為一個(gè)可變的長(zhǎng)延時(shí)（由幾百毫秒到幾十分鐘）。在初始化之后，設(shè)定定時(shí)為1MIN開(kāi)放中斷，此后，則在開(kāi)放中斷的狀態(tài)下保持循環(huán)，等待定中斷的到來(lái)。1MIN定時(shí)是通過(guò)擴(kuò)展脈沖源，8155和T2定時(shí)器的級(jí)連來(lái)實(shí)現(xiàn)的。改變8155的時(shí)間常數(shù)可以得到不同的中斷時(shí)間。（二） 中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序開(kāi)始，首先是保護(hù)程序狀態(tài)字（PSW），這意味著禁止所有中斷，此后指令不能立即產(chǎn)生中斷調(diào)用。接下來(lái)設(shè)置平均采樣次數(shù)和數(shù)據(jù)存放區(qū)首地址。平均采樣次數(shù)的多少取決于抗干擾噪聲的大小和所允許的殘余誤差大小。本程序平均采樣次設(shè)置為

23、5次。在這之后，設(shè)定采樣所用的通道號(hào)數(shù)并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，把轉(zhuǎn)換結(jié)果低2位暫存入AL寄存器，高8位暫存入AH寄存器。為了采集5次數(shù)據(jù)，須先把第1次采集到的數(shù)據(jù)（暫存在AL和AH，人）存入數(shù)據(jù)存放區(qū)（00A0H00A9H），每次數(shù)據(jù)占2個(gè)字節(jié)00A0H，00A1H，高位在前（00A0H），低位在后（00A1H）。5次采集的數(shù)據(jù)共占10個(gè)字節(jié)。然后判斷采樣次數(shù)是否已經(jīng)夠5次，如果不夠，程序轉(zhuǎn)到LOOP1，繼續(xù)采樣，直到點(diǎn) 次全部采集完，并逐一把采集到的數(shù)據(jù)存入0A0H0A9H單元中。當(dāng)數(shù)據(jù)采集完后就去調(diào)用數(shù)據(jù)處理和溫度判斷子程序，最后恢復(fù)狀態(tài)字和中斷返回。（三） 數(shù)據(jù)處理和溫度判斷子程序1 程序功

24、能l 把次采集到的確良6位數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理，得到一個(gè)比較正確的采樣值Uik，提供運(yùn)算和顯示用；l 判斷溫度是否進(jìn)入保溫段；l 判斷溫度是否大于上限值l 判斷輸出值Pk是否有溢出。進(jìn)入該程序后，首先是保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，然后，設(shè)置溫度采樣值的累加次數(shù)，本程序?yàn)?次。進(jìn)一步氫前面對(duì)次的采樣值送入AL和AH寄存器進(jìn)行累加。為了得到一個(gè)10的采樣值因?yàn)槊看尾蓸又登诰?次分別存入AH（高8位）和AL（低2位放在D7，D6上），同進(jìn)也為了防止數(shù)據(jù)在累加時(shí)溢出，須把采樣值縮?。ㄓ乙浦泊危┕╋@示用，此時(shí)最大顯示為1023。當(dāng)采樣值為最大時(shí)（0FFFFH），取平均值得03FFH。如果要想得到一個(gè)8位的采樣值（根據(jù)需要而定，

25、如后面談到的發(fā)送程序采用的就是8位），可再把03FFH右移2次即可得00FFH?？紤]到在后面要調(diào)用PD控制算法程序，而在這程序中只用8位來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算精度是不夠的，所以把8位的Uik左移8次，擴(kuò)展為16位的數(shù)據(jù)，存入REGA和REGB單元。2 溫度判斷：把經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理的溫度采樣值Uik與上限溫度（本程序定為6AH）進(jìn)行比較，如果Uik大于6AH就轉(zhuǎn)到“CC”，使輸出為“0”，迫使溫度降下來(lái)。如果Uik小于6AH，再將Uik和給定值勤Uok進(jìn)行比較，以便確定控制方程。當(dāng)爐溫小于80°C時(shí)，即當(dāng)Ek14H時(shí)，就讓Pk=1，即全功率輸出。接著調(diào)節(jié)器用顯示子程序?qū)ik進(jìn)行顯示，然后返回

26、中斷服務(wù)程序。當(dāng)爐溫大于80°C時(shí)，就進(jìn)入保溫段，進(jìn)行PD或PID運(yùn)算，輸出相應(yīng)的控制量Pk并顯示Uik，然后返回中斷服務(wù)程序。在Uik和上限溫度（6AH）比較后，還要判斷控制量Pk是否溢出，因?yàn)樵赑D運(yùn)算過(guò)程式中Pk是有可能溢出的，即程序中的JV CC指令。如果有溢出就轉(zhuǎn)去“CC”，輸出“00”，迫使溫度降下來(lái)。沒(méi)有這一條指令，則難以維持系統(tǒng)的溫度為恒定。（四） 控制算法子程序輸入的Uok和Uik是單字節(jié)的，但為了提高精度，在計(jì)算中改用又字節(jié)數(shù)，同時(shí)在計(jì)算Pk的過(guò)程中，為了不使計(jì)算機(jī)溢出，須將U0、Ui衰減256倍。為此氫輸入單字節(jié)數(shù)送給高位字節(jié)（AH，DH）而使低位字節(jié)為0（AL

27、，DL）。根據(jù)十六進(jìn)制代碼和十進(jìn)制代碼對(duì)應(yīng)關(guān)系和這種代碼可表示的數(shù)不能超過(guò)（-1,1）范圍。為了提高A/D轉(zhuǎn)換系數(shù)，設(shè)模擬量5V轉(zhuǎn)換為數(shù)字量FF，這樣氫采樣的數(shù)接送高8位，實(shí)際上等于左移了一位。若選PD算法，則轉(zhuǎn)到4290H計(jì)算Pk。在調(diào)用乘法子程序之前，先把乘數(shù)，被乘數(shù)分別送到寄存器對(duì)BX，DX。由乘法子程序返回到原程序后，乘積保存在AX，BX（只讀AX）。（五） 乘法子程序準(zhǔn)備階令CL為16以決定循環(huán)次數(shù)。保存乘積的寄存器AX，設(shè)初值為0。DX算術(shù)右移是將被乘數(shù)X除以2。在循環(huán)中，作16次AX，BX算術(shù)右移。作用之一是將乘數(shù)Y的最低位移到進(jìn)位C，用于判定是否作繭自縛加法（如Yi=1作加法）

28、；作用之二是將乘積除以2。在循環(huán)中，根據(jù)Yi否為1確定是否把（X·2¯1）加于AX（保存乘積的中間結(jié)果）。因?yàn)镮=1，15，故這一步作15次。最后按Y0是否為1（存放于C），決定是否做減法。再將AX，BX算術(shù)左移，相當(dāng)于乘以2，得到乘積。乘法子程序入口地址為4300H。八、調(diào)試方法及結(jié)果分析（一）、單元的調(diào)試1. 鉑電阻及其信號(hào)放大電路的調(diào)試*按照“鉑電阻及其信號(hào)放大線路圖”接線，利用電阻箱代表鉑電阻R，調(diào)放大倍數(shù)K1，適當(dāng)調(diào)整R1的值，分別測(cè)試放大器在空載和帶負(fù)載時(shí)的特性曲線?？蛰d時(shí)：RT0=100.00（0ºC時(shí)的鉑電阻值）U出0伏RT=197.76（256&

29、#186;C時(shí)的鉑電阻值）U出5伏帶負(fù)載時(shí)：R/100110120130140150160170180190200U/V0.02-0.46-0.96-1.47-1.96-2.46-2.96-3.45-3.93-4.41-4.892. 模擬量輸入電路的調(diào)試*改變輸入信號(hào)（鉑電阻放大信號(hào)），用邏輯學(xué)習(xí)機(jī)上的發(fā)光二機(jī)管測(cè)量輸出的數(shù)字量。使模擬/數(shù)字量的轉(zhuǎn)換如下：模擬量/V012345數(shù)字量00326193CAFF3. 模擬量輸出電路的調(diào)試注意DAC-0832的電源電壓為+5伏，K1，K2放大器的電源電壓為±15伏。*輸入的數(shù)字量可以由邏輯學(xué)習(xí)機(jī)上的開(kāi)關(guān)信號(hào)提供，也可由計(jì)算機(jī)提供。*調(diào)整放大

30、器虧得W值，使其輸入輸出關(guān)系如下表：4. 驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試按下列順序分別調(diào)好死區(qū)補(bǔ)償電路、PWM和SSR電路。*死區(qū)補(bǔ)償電路：在輸入端（M點(diǎn)）加上一個(gè)可調(diào)的直流電壓（05伏），改變電位器W1和W2的阻值，使死區(qū)補(bǔ)償電路輸出端（O點(diǎn)）電壓為13.5伏。W2用來(lái)改變輸出電壓的斜率，W1用來(lái)改變輸出電壓（O點(diǎn)）的起始值。*PWM電路：在SG3524N的輸入端（管腳2）加上一個(gè)可調(diào)的直流電壓（05伏），用示波器觀察PWM的輸出端（3524管腳11）的波形，看其波形是否是一串方波，且方波的占空比是否隨輸入電壓大小改變而改變（輸入電壓在1V3.5伏時(shí)）。當(dāng)輸入電壓小于1V時(shí)，輸出端為零電平。當(dāng)輸入電壓大于3.

31、5V時(shí)，輸出為一高電平。調(diào)整電位器W3的數(shù)值，可以改變脈沖的工作頻率。*SSR電路：在受控端加交流電源（通過(guò)負(fù)載），在輸入端加一個(gè)5V直流電壓，用示波器觀察負(fù)載電阻上是否有電壓降，或者用交流電流表串接在負(fù)載中，觀察是否有電流流過(guò)，且其電流值是否符合歐姆定律。然后把輸入端電壓降到零電平，用同樣的方法觀察負(fù)載電阻上的波形，此時(shí)應(yīng)當(dāng)沒(méi)有電壓降。*把三個(gè)電路連接好。在輸入端（M點(diǎn)）加上一個(gè)05V的直流電壓，觀察負(fù)載電阻上的波形（或電流值）是否隨輸入電壓而相應(yīng)變化。（二）、程序的調(diào)試根據(jù)所編的程序，先用單步鍵分別調(diào)好主程序和各個(gè)子程序。用十進(jìn)制電阻箱代替鉑電阻并改變RT的數(shù)值，模擬爐溫的變化情況，使PI

32、D（或PD）控制算法的輸出值與溫度值的關(guān)系（穩(wěn)定時(shí)）大致有表3-4的關(guān)系注：表中T，PK為十六進(jìn)制從上述數(shù)據(jù)中可以看出：當(dāng)溫度值T由0 48H時(shí)，輸出值一直為PE，既為自由生溫段。當(dāng)溫度值T由48 4AH時(shí)，既為自由生溫段進(jìn)入PID調(diào)節(jié)時(shí)，輸出值PK開(kāi)始變小，隨著T的逐漸增加，PK值逐漸減小，也沒(méi)有出現(xiàn)突變的現(xiàn)象。在保溫值附近（T=64H）輸出值PK與M值的大小相當(dāng)。（三）、系統(tǒng)的調(diào)試在單元和程序調(diào)試的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)原理圖及接線圖，連接各單元，組成爐溫控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到工藝要求。（四）結(jié)果分析從調(diào)試過(guò)程和結(jié)果來(lái)看，所得結(jié)果雖然滿足了工藝的各項(xiàng)要求，但為了調(diào)試的方便和進(jìn)一步改善品質(zhì)

33、指標(biāo)，建議從以下幾個(gè)方面著手。 進(jìn)入PD調(diào)節(jié)的溫度值Ta點(diǎn)（見(jiàn)圖3-22）的選擇要合適，當(dāng)T小時(shí)，Ta值宜選擇小一些，當(dāng)T值增大時(shí)Ta值宜選大些。Ta太小，將會(huì)使過(guò)度時(shí)間增加。Ta太大將會(huì)使溫度的超調(diào)量增加，震蕩次數(shù)增多，當(dāng)然也會(huì)使過(guò)度過(guò)程時(shí)間增加。圖（） M值的選擇是根據(jù)平時(shí)生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)估計(jì)而得來(lái)的，但也要選擇適當(dāng)，太大或太小會(huì)增加系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。太大了，其誤差將是正的（既溫度的實(shí)際值總是大于給定值），太小了，其誤差將是一個(gè)負(fù)值。KP選擇大了，容易使輸出溢出，使溫度值產(chǎn)生震蕩，增加過(guò)度時(shí)間和靜態(tài)誤差，嚴(yán)重時(shí)使系統(tǒng)難以正常工作；太小了雖然減少了超調(diào)量，但卻增加了過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。Kd的選擇，對(duì)于帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，可以改善系統(tǒng)的指標(biāo)，且選擇偏大些為好。為了改善系統(tǒng)的性能指標(biāo)還可以采用其他的方法；如選用10位10位以上的A/D轉(zhuǎn)換芯片；引入積分環(huán)節(jié)；九、對(duì)象特性的測(cè)量和識(shí)別1）加熱爐的模型可以近似為一階慣性環(huán)節(jié)加純滯后環(huán)節(jié)，其開(kāi)環(huán)傳函為 G（s）= Kde-s/TS+1加熱爐的模型參數(shù)為Kd=1.16 放大系數(shù)=溫度變送器*功率放大器*晶閘管調(diào)壓器*電阻爐比例系數(shù)Td=680s 時(shí)間常