具有語音功能的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、具有語音功能的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：SPCE061是一款具有語音處理功能的16位單片機(jī)。本方案利用SPCE061A集成 的ADCft接將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；在控制方面采用數(shù)字PID可以控制 方案；在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的同時(shí)將當(dāng)前的溫度結(jié)果直接通過串口傳送至上位PC直接在P C端口溫度的變化曲線，并根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析和處理。同時(shí)以SPCE061A為控制核心，實(shí)現(xiàn)了對當(dāng)前的溫度十進(jìn)制的數(shù)碼管 LED顯示、語音播報(bào)溫度。SPCE061A 片內(nèi)集成了一個(gè)ICE （在線仿真電路）接口，使得對該芯片的編程、仿真都變得非常 方便，而 ICE 接口不占用芯片上的硬件資源 , 結(jié)合凌陽科技提供的集

2、成開發(fā)環(huán)境（nSP IDE）用戶可以利用它對芯片進(jìn)行真實(shí)的仿真；而程序的下載（燒寫）也是通過 該接口進(jìn)行下載。本設(shè)計(jì)方案綜合使用了 SPCE061的 A/D、Timer、Time Base UART 等眾多資源，發(fā)揮了 SPCE061A勺優(yōu)異性能。關(guān)鍵詞：SPCE061A溫度采集 PID控制Pt1001 引言信號采集在系統(tǒng)控制中起著至關(guān)重要的作用，是控制技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在一個(gè)完 善的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，首先要檢測被控對象的當(dāng)前狀態(tài)，必須對被控對象的狀態(tài)信息（比如常見的溫度，流量，速度，液位等信息）進(jìn)行采集，并能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)還 原為實(shí)際的狀態(tài)信息，并以此作為控制的出發(fā)點(diǎn)?？刂平Y(jié)果和目標(biāo)的一致性也

3、必須通 過信號采集來衡量，只有采集當(dāng)前的狀態(tài)信息，并和設(shè)置的目標(biāo)進(jìn)行對比才能了解控 制過程的好壞。本設(shè)計(jì)以水溫控制系統(tǒng)為載體，利用SPCE061自帶的10位A/D轉(zhuǎn)換器， 結(jié)合Pt100傳感器完成對水溫的采樣，通過數(shù)字濾波等技術(shù)消除系統(tǒng)的干擾因素還原 當(dāng)前的溫度值，并且對采集到的溫度值進(jìn)行 PID運(yùn)算處理，實(shí)現(xiàn)對水溫的控制。以及 十進(jìn)制的數(shù)碼管LEE顯示、語音播報(bào)溫度等。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求利用SPCE061單片機(jī)、LED顯示和UAR模組設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（以水溫控制系 統(tǒng)為載體），基本要求如下：1. 溫度的實(shí)時(shí)采集顯示和語音播報(bào)；2. 對溫度的變化能夠做出及時(shí)的處理，最好

4、能夠使用 PID調(diào)節(jié)；3. 通過UAR實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)通信，并在上位機(jī)上顯示溫度的變化曲線。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成模塊整個(gè)系統(tǒng)以SPCE061為核心，前向通道包括傳感器及其信號放大電路，按鍵輸入 電路；后向通道包括：LED顯示電路，語音播報(bào)電路，上位機(jī)通信電路以及控制加熱 器的繼電器驅(qū)動(dòng)電路。SPCE061內(nèi)部有8路10位精度的A/D轉(zhuǎn)換器，可以直接將傳感器 信號放大后輸入其A/D轉(zhuǎn)換通道。SPCE061實(shí)時(shí)采樣溫度，通過數(shù)碼管將當(dāng)前溫度在 下位機(jī)端口顯示出來，并根據(jù)采樣結(jié)果控制加熱器，調(diào)節(jié)平均加熱功率大?。煌瑫r(shí)通 過UAR接口傳送上位P（機(jī)。各模塊說明如下：語音播放：播報(bào)整數(shù)溫度變化。鍵盤設(shè)定：用

5、于溫度設(shè)定。共三個(gè)按鍵。按 KEY鍵，溫度值的十位會(huì)閃爍，通過 KEY1/KEY鍵修改十位的值的大小，每按一次 KEY鍵，十位的值加1,達(dá)到9之后自動(dòng) 變?yōu)?；每按一次KEY鍵，十位的值就減1，達(dá)到0之后自動(dòng)變?yōu)?；十位設(shè)置完成按KEY3 鍵切換至個(gè)位設(shè)置，通過 KEY1/KEY鍵修改個(gè)位值的大小；個(gè)位設(shè)置完成通過 KEY鍵 切換至小數(shù)位設(shè)置，方法同上。成功設(shè)置十位、個(gè)位和小數(shù)位后，按KEY鍵則系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入控制狀態(tài)?？刂茽顟B(tài)下，數(shù)碼管的顯示內(nèi)容為當(dāng)前采樣溫度。重新設(shè)置目標(biāo)溫度： 可以通過KEY鍵重新設(shè)置目標(biāo)溫度，運(yùn)行狀態(tài)下按 KEY鍵進(jìn)入設(shè)置模式，按照上面介 紹的方法重新設(shè)定目標(biāo)溫度水溫采樣：將

6、電壓信號經(jīng)AD專換后，換算成溫度值，用于播報(bào)和顯示。LEE顯示：采用三位八段數(shù)碼管顯示，設(shè)置溫度和測量溫度，顯示小數(shù)點(diǎn)后1位字。串行口傳輸：將采樣溫度值，上傳至P（機(jī)，描繪曲線并打印。繼電器/熱電爐：通過三極管控制繼電器的開關(guān)來完成對熱電爐的功率控制圖2.1系統(tǒng)整體框圖2.3系統(tǒng)總體方案介紹根據(jù)水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析，了解了水溫控制系統(tǒng)的組成。根據(jù)上述的介紹, 做出了主體系統(tǒng)整體硬件連接如圖 2.2所示，8圖2.2系統(tǒng)硬件連接圖系統(tǒng)采用PID閉環(huán)控制方案，如圖2.3所示，將預(yù)置初值和傳感器反饋信號比較得 到偏差（e）,對偏差（e）進(jìn)行PID運(yùn)算處理得到控制量（u），通過此量來控制加熱 器的加熱

7、時(shí)間，從而控制加熱功率。由于水本身具有很大的熱慣性，所以必須對水溫的變化趨勢做出預(yù)測，并且根據(jù)需要及時(shí)反方向抑制，以防止出現(xiàn)較大的超調(diào)量和波 動(dòng)，在PID控制中，積分環(huán)節(jié)（I ）具有很強(qiáng)的滯后效應(yīng)，而微分環(huán)節(jié)（D）則具有預(yù) 見性，所以該方案最終采用PD算法，能夠很好的控制超調(diào)，并且穩(wěn)態(tài)誤差也很小。圖2. 3系統(tǒng)PD控制方案3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1模塊特性簡介本系統(tǒng)采用SPCE061單片機(jī)作為主控制器，采用LED顯示單元，同時(shí)利用UAR模組 將采集到的數(shù)據(jù)通過串口傳送給上位機(jī)，下面介紹將會(huì)用到的主要器件：3.1.1 SPCE061A簡介該芯片擁有8路10位精度的ADC其中一路為音頻轉(zhuǎn)換通道，另外7路

8、可作為普通的AD 專換通道。另外凌陽的十六位單片機(jī)具有易學(xué)易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集 成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn) C語言，可以實(shí)現(xiàn)C語言和凌陽匯編語言的互相調(diào) 用，并且，提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會(huì)很容易完成語音 錄放，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件。 下圖為SPCE061單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖：IOA15 -0IOB15-0圖3.1 SPCE061A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.1.2 Pt100溫度傳感器簡介溫度傳感器采用PT100型的鉑電阻。鉑的熱電阻是一種穩(wěn)定的高精度，并具有線性 響應(yīng)和較好的長期穩(wěn)定性的溫度檢測器。只要經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理就可以傳輸，顯示 并記錄其溫度

9、輸出。因?yàn)殂K的電阻的阻值和溫度呈正比關(guān)系，所以只需要將已知電流 流過該電阻就可以的得到和溫度成正比的輸出電壓。根據(jù)已知的電阻-溫度關(guān)系，就可以計(jì)算出被測的溫度值。Pt100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，主要技 術(shù)參數(shù)如下： 測量范圍：-200 C+850C； 允許偏差值&： A級±( 0.15 + 0. 002 | t | ), Ba±( 0.30 + 0. 005 | t | ); 熱響應(yīng)時(shí)間30s； 最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm 允通電流w 5mA另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。 鉑熱電阻的線性較

10、好，在0至 100度之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于 0.5度。鉑熱電 阻的阻值和溫度關(guān)系為：(1) -200 C <t<0 C 時(shí),RPt100=100*1+At+B*t + C*t *(t-100)(2) 0 Cw t w 85C 時(shí)，RPt100=100*(1+At+B*t)式中，A=0.0390802; B=-0.00000580; C=0.2735。可見 Pt100在常溫 0至 100度之間變 化時(shí)線性度非常好，其阻值表達(dá)式可近似簡化為： RPt=100( 1+At)，當(dāng)溫度變化1攝 氏度，Pt100阻值近似變化0.39歐姆。3.2各個(gè)模塊電路的設(shè)計(jì)傳感器電路傳感器電路包括

11、傳感器測量電橋和放大電路兩部分，如圖3.2所示，AV接IOA4。PT100鉑的熱電阻在0C的額定電阻值是100歐，它是一種標(biāo)準(zhǔn)化的器件。由 PT10C熱 電阻將加熱器的現(xiàn)行溫度信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)得電壓信號，再經(jīng)過放大和濾波之后輸入到SPCE061A圖3.2傳感器放大電路R2 R3 R4和PtIOO組成傳感器測量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號的穩(wěn)定性，電 橋的輸入電壓通過TL431穩(wěn)至2.5V。從電橋獲取的差分信號通過兩級運(yùn)放放大后輸入 單片機(jī)。電橋的一個(gè)橋臂是采用可調(diào)電阻R3,通過調(diào)節(jié)R3可以調(diào)整輸入到運(yùn)放的差分 電壓信號大小，通常用于調(diào)整零點(diǎn)。放大電路采用LM35集成運(yùn)算放大器，為了防止單級放大

12、倍數(shù)過高帶來的非線性誤 差，放大電路采用兩級放大，如圖3.2所示，前一級約為10倍，后一級約為3倍。溫度 在0至100度變化，當(dāng)溫度上升時(shí)，PtIOO阻值變大，輸入放大電路的差分信號變大， 放大電路的輸出電壓Av對應(yīng)升高。注意：雖然電橋部分已經(jīng)經(jīng)過TL431穩(wěn)壓，但是整個(gè)模塊的電壓VC&定要穩(wěn)定， 否則隨著VCC勺波動(dòng)，運(yùn)放LM358勺工作電壓波動(dòng)，輸出電壓Av隨之波動(dòng)，最后導(dǎo)致A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果波動(dòng)，測量結(jié)果上下跳變。按鍵和顯示電路按鍵直接使用61板自帶的按鍵，其電路如下圖所示，不需要連接硬件即可使用。VDD圖3.3 1*3獨(dú)立按鍵電路原理圖顯示采用LEDS盤模組6位數(shù)碼管的其中3位

13、進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，電路原理如圖3.4所示。在使用時(shí)，將 a至dp端接IOA8至I0A15, DIG4至DIG6接I0B3至IOB5oW10CTT 1nr 3cjnt3TIT 3CRTSJiTaw +crcri*JZfcT JCH7IJ£21 *DQ 工 «XU XUUI?IFJL11JF n11rra-圖3.4顯示電路原理圖功率驅(qū)動(dòng)電路模塊系統(tǒng)的主要功率器件為一個(gè)交流 220V1000W勺電加熱器，采用繼電器來驅(qū)動(dòng)該 加熱器。繼電器選擇OMROG6B-1174理繼電器，該繼電器具有觸發(fā)電壓低（DC5V）, 可控功率大（AC 8A250V，以及反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。采用 NPN805

14、三極管驅(qū)動(dòng)繼電 器，當(dāng)其控制端Ctrl加載高電平信號時(shí)三極管導(dǎo)通，繼電器工作，當(dāng)其控制端Ctrl為低電平信號時(shí)三極管截止，繼電器停止工作。繼電器的周圍有續(xù)流保護(hù)電路和工作指 示電路。功率驅(qū)動(dòng)部分電路如圖3.5所示。圖3.5功率驅(qū)動(dòng)模塊電路原理圖Ctrl為繼電器控制信號輸入端，通過單片機(jī)的I0A7空制。J2為控制加熱器的開關(guān)接口324 UART轉(zhuǎn)換模塊電路系統(tǒng)上，下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸通過UAR接 口完成，該部分的電路如圖3.6所示。COM1COM2VCC1Nrrx2丄7NIRk2£NlTxlJJMRxlGNP6NgT1CON<5SLTB-B9"十VCCv+GNDCl-DOL

15、JT1C2+RIN1C2-ROUT1V-DINIDOUTDIN2RIN2ROUT21613+PI'xll1T PRxlIn12- MRxlJJ? MTxl 遠(yuǎn) MTx2廠 MRx23.6 UART轉(zhuǎn)換模塊電路原理圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求控制系統(tǒng)能同PC聯(lián)機(jī)通信，已利用PC圖形處理能力打印顯示溫度曲線。由于SPCE061串行口為TTL電平，PC串行口為RS232&平，使用一片MAX23為電平轉(zhuǎn)換 驅(qū)動(dòng)。UAR模組的COM接口和P（機(jī)串口相連接，J1 口的VCC GND Tx1分別和61板的 “ +”“ - ”、IOB1（相連接。音頻輸出電路SPCE061舶置2路10位精度的DAC只需要外接

16、功放電路即可完成語音的播放。通過SPY0030功率放大器，驅(qū)動(dòng)喇叭，完成語音播放。SPCE061A!過DAC1輸出語音電流信號，為了把電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，提高輸出功率，推動(dòng)揚(yáng)聲器，在電路中 接了一塊SPY0030這是一塊八引腳的專用語音信號放大芯片，其增益為：G=2*5000Q/( 5000+R1，改變R1(1k)的大小可以改變增益值。3.7、音頻輸出電路SPY0030簡介：工作電壓2.4V-6V 最高輸出功率達(dá)到850mW4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件總體設(shè)計(jì)程序的控制思想：設(shè)置目標(biāo)溫度后，系統(tǒng)采樣水溫，且將當(dāng)前溫度語音播報(bào)，并 通過預(yù)設(shè)溫度，當(dāng)前溫度，歷史偏差等進(jìn)行 PID運(yùn)算產(chǎn)生結(jié)果fou

17、t0，通過該參數(shù)控制 加熱時(shí)間，從而調(diào)節(jié)加熱器的平均功率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的PID控制。整體功能通過主程序和中斷服務(wù)程序配合實(shí)現(xiàn)。主程序流程：系統(tǒng)首先初始化I/O，Timer，UAR等部件，之后進(jìn)入主循環(huán)，進(jìn)行 溫度采樣和相關(guān)處理。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中通過按 KEY鍵重新設(shè)置目標(biāo)溫度。返回fOut值中斷服務(wù)程序：中斷服務(wù)包括IRQ5_2H中斷，IRQ5_4H中斷，IRQ2_TimerB中斷， IRQ6_TMB2（1024HZ中斷，及語音播放中斷FIQ-TMA中斷。其中IRQ5_2H用以提供1s時(shí) 間以確定AD采樣的時(shí)間間隔；IRQ5_4H中斷控制數(shù)碼管的閃爍，用于配合設(shè)置目標(biāo)溫 度；IRQ2_TimerB

18、提供溢出頻率為64HZ勺中斷信號，配合主程序的PID運(yùn)算結(jié)果foutO 確定加熱時(shí)間，實(shí)現(xiàn)加熱器功率調(diào)節(jié)；IRQ6_TMB為1KHZ寸基，在此中斷中完成LED勺 動(dòng)態(tài)刷新；FIQ-TMA中斷為當(dāng)鍵盤掃描時(shí)，調(diào)用語音播報(bào)函數(shù)，實(shí)時(shí)播報(bào)當(dāng)前溫度。 Watch Dog是用來監(jiān)視系統(tǒng)的正常運(yùn)作。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，每隔一定的周期就必須 清除Watch Dog計(jì)數(shù)器。如果在限定的時(shí)間內(nèi)， Watch Dog計(jì)數(shù)器沒有被清除，CPU就 會(huì)認(rèn)為系統(tǒng)已經(jīng)無法正常工作，將會(huì)進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位（reset）。 SPCE061A的Watch Dog的清除時(shí)間周期為0.75秒。2HZ中斷服務(wù)程18次AD轉(zhuǎn)換1hz中斷服務(wù)程序

19、調(diào)用顯示子函數(shù)置AD完成標(biāo)志清除中斷標(biāo)志中斷返回LJ圖4.5 1Khz中斷服務(wù)程序清除中斷標(biāo)志V中斷返回圖4.4 2HZ中斷服務(wù)4hz中斷服務(wù)程序數(shù)碼管對應(yīng)的位閃爍清除中斷標(biāo)志*、中斷返回圖4.6 4hz中斷服務(wù)程序圖4.7 Timer B中斷服務(wù)程圖4.8語音播放中斷序列4.2子程序設(shè)計(jì)溫度轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換：每間隔1s執(zhí)行一次溫度采樣操作，每次采樣執(zhí)行 18次A/D轉(zhuǎn)換；在IRQ5_2H沖斷 服務(wù)程序中完成。A/D處理：A/D處理包括兩方面內(nèi)容，一是A/D值的濾波處理，二是A/D值向?qū)嶋H溫度轉(zhuǎn) 換。由于干擾或者電路噪聲的存在，在采樣過程當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)采樣信號和實(shí)際信號存在 偏差的現(xiàn)象，甚至?xí)?/p>

20、現(xiàn)信號的高低波動(dòng)，為了減小這方面原因造成的測量誤差，在 實(shí)際采樣時(shí)采樣18個(gè)點(diǎn)，然后再除去其中偏差較大的兩個(gè)點(diǎn)，即一個(gè)最大值和一個(gè)最 小值，再對剩余的16個(gè)點(diǎn)取均值，這樣得到的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果比較接近實(shí)際值。在對數(shù) 值進(jìn)行濾波操作之后，還要將A/D值轉(zhuǎn)換為溫度， 溫度轉(zhuǎn)換的C語言實(shí)現(xiàn)過程為：fT = (adc_data * K) - B ; / 換算成溫度值本方案中取K=0.1166, B=32.4;雖然Pt100的線性很好，但是當(dāng)測量范圍比較大時(shí)， 非線性誤差就會(huì)變大。這時(shí)可以采取分段取 Kfi的方法來實(shí)現(xiàn)非線性校正。4.2.2 PID 控制的實(shí)現(xiàn)PID工作基理：如圖4.9所示，其實(shí)PID的實(shí)

21、質(zhì)就是對偏差(e值)進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制執(zhí)行部件的過程比例（P）設(shè)定-反饋積分（I）執(zhí)行部件微分（D）圖4.9模擬PID控制系統(tǒng)原理圖數(shù)字PID的實(shí)現(xiàn)：由于計(jì)算機(jī)基于采樣控制理論，計(jì)算方法也不能沿襲傳統(tǒng)的模擬PID控制算法，所以必須將控制模型離散化，離散化的方法：以 T為采樣周期，k為采樣序號，用求和 的形式代替積分，用增量的形式（求差）代替微分，這樣可以將連續(xù)的PID計(jì)算公式離散：這樣就可以讓計(jì)算機(jī)或者單片機(jī)通過采樣的方式實(shí)現(xiàn)PID控制。具體的PID控制又分為位置式PID控制和增量式PID控制，若公式給出了控制量的 全部大小，所以稱之為全量式的或者是位置式控制；如果計(jì)算

22、機(jī)只對相鄰的兩次作計(jì) 算，只考慮在前一次基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)輸出量的大小變化，而不是全部輸出信息的計(jì)算， 這種控制叫做增量式PID控制算法，其實(shí)質(zhì)就是求卩的大小。溫度控制PID算法設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)利用了上面所介紹的位置式 PID算法，將溫度傳感器采樣輸入作為當(dāng)前輸 入，然后和設(shè)定值進(jìn)行相減得偏差，然后再對之進(jìn)行 PID運(yùn)算產(chǎn)生輸出結(jié)果fOut ，然 后讓fOut控制定時(shí)器的時(shí)間進(jìn)而控制加熱器。為了方便PID運(yùn)算，首先建立一個(gè)PID的結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)類型，該數(shù)據(jù)類型用于保存PID 運(yùn)算所需要的P、I、D系數(shù)，以及設(shè)定值，歷史誤差的累加和等信息。然后是PID運(yùn)算的算法程序，通過PID運(yùn)算返回fOut，fOut的值決

23、定是否加熱，加熱時(shí)間是多少。在實(shí)際運(yùn)算時(shí)，由于水具有很大的熱慣性，而且 PID運(yùn)算中的I （積分項(xiàng)）具有非常明顯 的延遲效應(yīng)所以不能保留，我們必須把積分項(xiàng)去掉，相反D （微分項(xiàng)）則有很強(qiáng)的預(yù)見性，能夠加快反應(yīng)速度，抑制超調(diào)量，所以積分作用應(yīng)該適當(dāng)加強(qiáng)才能達(dá)到較佳的 控制效果，系統(tǒng)最終選擇PD空制方案。溫度控制實(shí)現(xiàn)通過溫度的PID運(yùn)算，產(chǎn)生結(jié)果fOut，該參數(shù)決定是否加熱，加熱時(shí)間是多長 加熱時(shí)間由主函數(shù)計(jì)算，由Timer B中斷控制。主程序中通過PID Calc函數(shù)得到fOut 參數(shù)，如果該參數(shù)大于“ 0”，則開啟加熱器。IRQ2_TM中斷一直處于允許狀態(tài)，每 進(jìn)入一次IRQ2_TM中斷，fO

24、ut參數(shù)減1,直到fOut=O，停止加熱。如果PID Calc計(jì)算 結(jié)果比較大說明離目標(biāo)溫度相差較大，則加熱時(shí)間比較長，如果計(jì)算結(jié)果比較小，說 明離目標(biāo)溫度相差較小，加熱時(shí)間相對較短。上下位機(jī)的通信程序設(shè)計(jì)下位機(jī)程序設(shè)計(jì)：通信采用UAR接口實(shí)現(xiàn)，下位機(jī)的UAR通信代碼包含UAR初始 化和UAR發(fā)送兩部分。UAR發(fā)送每隔1s執(zhí)行一次，以數(shù)據(jù)包格式發(fā)送：楨頭（0xaa）、 楨尾（0x55），中間兩個(gè)字節(jié)為溫度部分，前一個(gè)字節(jié)為溫度的整數(shù)部分，后一個(gè)字 節(jié)為溫度的小數(shù)部分。上位機(jī)程序設(shè)計(jì)：上位機(jī)接收采用VC可視化編程設(shè)計(jì)，上位機(jī)接收部分程序分為初始化和接收兩部分。對于數(shù)據(jù)接收部分：接收完數(shù)據(jù)首先判斷

25、楨 頭和楨尾是否正確，如果楨頭和楨尾是正確的，則將接收到的中間數(shù)據(jù)還原為溫度值 并傳送給繪圖程序，如果接收到的楨頭和楨尾數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，則不進(jìn)行處理繪圖界面設(shè)計(jì)：繪圖界面包括串行口設(shè)置、功能按鈕、曲線輸出窗口三部分，如 圖4.10所示，在使用時(shí)選擇正確的端口，上下位機(jī)的波特率，數(shù)據(jù)格式要一致。完成 以上操作，點(diǎn)擊連接即可。圖4.10繪圖部分界面PID參數(shù)的整定：由PID控制原理知：比例（P）控制能迅速反應(yīng)誤差，減小穩(wěn)態(tài)誤差; 比例作用的加大，會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分（I）控制的作用，只要系統(tǒng)有偏差存 在，積分作用不斷地積累，輸出控制量以消除誤差；積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大， 甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩

26、。微分（D）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(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。我們想要達(dá)到的目標(biāo)就是：反應(yīng)速度盡可能快，超調(diào)量盡可能的小，穩(wěn)態(tài)誤差趨 近于0。通過測量曲線分析，最終選擇 KP=1.3、KD=2.0注意：PID參數(shù)的整定和加熱器的功率，水的容積有很大關(guān)系，所以在一個(gè)系統(tǒng)下 整定的參數(shù)在另外一個(gè)系統(tǒng)下可能不適用。426語音播放的實(shí)現(xiàn)凌陽SPCE061是16位DS特色單片機(jī)，有很強(qiáng)的信息處理能力，最高時(shí)鐘頻率 可達(dá)49.152MHz具備運(yùn)算速度高等優(yōu)勢。這為語音的播放、錄放、合成及辨識提供 了條件。語音處理大致可分為存儲(chǔ)、解碼處理及

27、 D/A等，見下圖4.11圖4.11凌陽SPCE061A單片機(jī)對語音處理過程放音的編解碼是靠調(diào)用庫函數(shù)完成，凌陽公司提供了豐富的庫函數(shù)，我們只要了 解庫函數(shù)的使用，就能輕松完成語音錄放，不需要我們設(shè)計(jì)硬件電路。凌陽公司提供 了多種音頻編解碼算法及其API函數(shù)庫，即SACM-LIB該庫將A/D、編碼、解碼、存儲(chǔ) 及D/A做成相應(yīng)的模塊，對于每個(gè)模塊都有其使用程序接口 API，設(shè)計(jì)人員只須了解每 個(gè)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能及其參數(shù)的內(nèi)容，然后調(diào)用該 API函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。其 中凌陽壓縮算法中SACM_A2000SACM_S4和SACM_S24主要是用來放音，可用于語音 提示，SPCE061為音頻輸

28、出提供兩個(gè)DAC1道：DAC和DAC2分別由經(jīng)由DAC和DAC2 引腳輸出。DAC勺輸出范圍從0x0000到0xFFFF如果DAC勺輸出數(shù)據(jù)被處理成PCI數(shù)據(jù)， 必須讓DA輸出數(shù)據(jù)的直流電位保持為0x8000，且僅有高10位的數(shù)據(jù)有作用。DAC和 DAC2勺輸出數(shù)據(jù)應(yīng)寫入P_DAC1寫) ($7017)和P_DAC2寫) ($7016)單元。本設(shè)計(jì)采用 DAC輸出。5系統(tǒng)調(diào)試61板上配有凌陽的自行研發(fā)設(shè)計(jì)的16位單片機(jī)開發(fā)環(huán)境IDE。此工具在Windowj環(huán)境 下操作，支持標(biāo)準(zhǔn)C語言和匯編語言，集編譯、編程、鏈接、調(diào)試和仿真于一體，使 用方便簡單易學(xué)。同時(shí)還提供大量的編程函數(shù)庫，大大加快了軟件

29、開發(fā)的進(jìn)程。集成 開發(fā)環(huán)境IDE具有友好的交互界面、下拉菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使編 程、調(diào)試工作方便且高效。此外，它的軟件仿真功能可以在不連接仿真板的情況下模 擬硬件的各項(xiàng)功能來調(diào)試程序。SPCE061片內(nèi)集成了一個(gè)ICE （在線仿真電路）接口，使得對該芯片的編程、仿 真都變得非常方便，而ICE接口不占用芯片上的硬件資源，結(jié)合凌陽科技提供的集成 開發(fā)環(huán)境（卩'nSPIDE）用戶可以利用它對芯片進(jìn)行真實(shí)的仿真；而程序的下載（燒 寫）也是通過該接口進(jìn)行下載。 步驟一：根據(jù)電路連接示意圖連接硬件，并連接下載線（Probe）。步驟二：打開電源。步驟三：啟動(dòng)u' nSP IDE。打開語音控制系統(tǒng)使用程序，編譯、鏈接確認(rèn)沒有錯(cuò)誤 步驟四：下載程序代碼到 61 板上。步驟五：運(yùn)行程序。結(jié)語基于SPCE061的 16位特性、DS功能以及快速的處理能力，使得該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采 集和運(yùn)算處理十分的方便簡單，另外由于IDE支持標(biāo)準(zhǔn)的C語言函數(shù)庫，使得復(fù)雜的數(shù) 學(xué)運(yùn)算變得輕而易舉，大大減小了編程的難度。另外采用VC實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)相互通信，在上位機(jī)可以直接顯示溫度的變化曲線，直接觀察控制的性能，并根據(jù)曲線適當(dāng)?shù)男?改系統(tǒng)的PID參數(shù)，使控制達(dá)到最優(yōu)