PID功能詳細(xì)講解及PWM波的產(chǎn)生和PWM波形生成原理

1、PID 功能詳解一、PID控制簡介PID（ Proportional Integral Derivative） 控制是最早發(fā)展起來的控制策略 之一，由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制，尤 其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制， 簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)，它實(shí)際上是一種算法。PID控制器問世至今已有 近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控 制的主要技術(shù)之一。 當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握， 或得不到精確的數(shù) 學(xué)模型 時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系

2、統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依 靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定， 這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 即當(dāng)我們不完全了 解一個系統(tǒng) 和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適 合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù) 系統(tǒng)的誤 差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。從信號變換的角度而言， 超前校正、 滯后校正、 滯后超前校正可以總結(jié)為 比例、積分、微分三種運(yùn)算與其組合。PID 調(diào)節(jié)器的適用圍：PID調(diào)節(jié)控制是一個傳統(tǒng)控制方法，它適用于溫度、 壓力、流量、液位等幾乎所有現(xiàn)場，不同的現(xiàn)場，僅僅是 PID 參數(shù)應(yīng)設(shè)置不同， 只要參數(shù)設(shè)置得當(dāng)均可以

3、達(dá)到很好的效果。均可以達(dá)到 0.1%，甚至更高的控制要求。PID控制的不足1. 在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性、時變不確定，難以建立精確的數(shù)學(xué)模 型，常規(guī)的 PID 控制器不能達(dá)到理想的控制效果；2. 在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場中，由于受到參數(shù)整定方法煩雜的困擾，常規(guī)PID控制器參數(shù)往往整定不良、效果欠佳，對運(yùn)行工況的適應(yīng)能力很差。二、PID控制器各校正環(huán)節(jié)任何閉環(huán)控制系統(tǒng)的首要任務(wù)是要穩(wěn)（穩(wěn)定） 、快（快速）、準(zhǔn)（準(zhǔn)確）的響 應(yīng)命令。PID調(diào)整的主要工作就是如何實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)。增大比例系數(shù) P 將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，它的作用于輸出值較快，但不能很好 穩(wěn)定在一個理想的數(shù)值， 不良的結(jié)果是雖較能有效的克服擾動的

4、影響， 但有余差 出現(xiàn)，過大的比例系數(shù)會使 系統(tǒng)有比較大的超調(diào)， 并產(chǎn)生振蕩， 使穩(wěn)定性變壞。 積分能在比例的基礎(chǔ)上消除余差，它能對穩(wěn)定后有累積誤差的系統(tǒng)進(jìn)行誤差修 整，減小穩(wěn)態(tài)誤差。微分具有超前作用，對于具有容量滯后的控制通道，引入微 分參與控制， 在微分項(xiàng)設(shè)置得當(dāng)?shù)那闆r下， 對于提高系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)， 有著 顯著效果，它可以使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，動態(tài)誤差減小。綜上所述，P比例控制系統(tǒng)的響應(yīng)快速性，快速作用于輸出，好比現(xiàn)在(現(xiàn)在就起作用，快)， I 積分控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，消除過去的累積誤差，好比 過 去(清除過去積怨，回到準(zhǔn)確軌道)，D微分控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有超 前控制作用，好比

5、 未來 (放眼未來，未雨綢繆，穩(wěn)定才能發(fā)展) 。當(dāng)然這個結(jié) 論也 不可一概而論，只是想讓初學(xué)者更加快速的理解 PID 的作用。在調(diào)整的時候， 你所要做的任務(wù)就是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)允許的情況下， 在這三個參 數(shù)之間權(quán)衡調(diào)整，達(dá)到最正確控制效果，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)快準(zhǔn)的控制特點(diǎn)。比例控制可快速、與時、按比例調(diào)節(jié)偏差，提高控制靈敏度，但有靜差，控 制精度低。積分控制能消除偏差， 提高控制精度、 改善穩(wěn)態(tài)性能， 但易引起震蕩， 造成超 調(diào)。微分控制是一種超前控制，能調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度、減小超調(diào)量、提高穩(wěn) 定性，但其時間常數(shù)過大會引入干擾、系統(tǒng)沖擊大，過小則調(diào)節(jié)周期長、效果不 顯著。比例、 積分、微分控制相互配合，合理選擇 PI

6、D 調(diào)節(jié)器的參數(shù)，即比例 系數(shù)KP、積分時間常數(shù)T i和微分時間常數(shù)T D,可迅速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)的消除偏 差，達(dá)到良好的 控制效果。1. 比例環(huán)節(jié)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號 e(t) ，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生 控制作用，以減小偏差。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差 ( Steady-state error )。P 參數(shù)越小比例作用越強(qiáng)，動態(tài)響應(yīng)越快，消除誤差的能力越強(qiáng)。但實(shí)際系 統(tǒng)是有慣性的，控制輸出變化后，實(shí)際 y(t) 值變化還需等待一段時間才會緩慢 變化。 由于實(shí)際系統(tǒng)是有慣性的，比例作用不宜太強(qiáng)，比例作用太強(qiáng)會引起系 統(tǒng)振蕩不穩(wěn)定。 P 參數(shù)的大小應(yīng)在以上定量計(jì)算的基礎(chǔ)上根

7、據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)情況，現(xiàn) 場調(diào)試決定，通常將P參數(shù)由大向小調(diào)，以能達(dá)到最快響應(yīng)又無超調(diào)(或無大的 超調(diào) ) 為最正確參數(shù)。優(yōu)點(diǎn): 調(diào)整系統(tǒng)的開環(huán)比例系數(shù)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，減低系統(tǒng)的惰性，加快 響應(yīng)速度。缺點(diǎn)：僅用P控制器,過大的開環(huán)比例系數(shù)不僅會使系統(tǒng)的超調(diào)量增大， 而且會使 系統(tǒng)穩(wěn)定裕度變小，甚至不穩(wěn)定。2. 積分環(huán)節(jié)控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。 主要用于消除靜差， 提高 系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù) T,T 越大，積分作用越弱， 反之則越強(qiáng)。為什么要引進(jìn)積分作用？ 比例作用的輸出與誤差的大小成正比，誤差越大，輸出越大，誤差越小，輸出越小，誤差為零，輸出為零。

8、由于沒有誤差時輸出為零，因此比例調(diào)節(jié)不可能 完全消除誤差，不可能使被控的 PV值達(dá)到給定值。必須存在一個穩(wěn)定的誤差， 以維持一個穩(wěn)定的輸出，才能使系統(tǒng)的 PV值保持穩(wěn)定。這就是通常所說的比例 作用是有差調(diào)節(jié)，是有靜差的，加強(qiáng)比例作用只能減少靜差，不能消除靜差(靜差：即靜態(tài)誤差，也稱穩(wěn)態(tài)誤差 ) 。為了消除靜差必須引入積分作用， 積分作用可以消除靜差， 以使被控的 y(t) 值最后與給定值一致。引進(jìn)積分作用的目的也就是為了消除靜差，使 y(t) 值達(dá) 到給定值，并保持一致。積分作用消除靜差的原理是， 只要有誤差存在， 就對誤差進(jìn)行積分， 使輸出 繼續(xù)增大或減小，一直到誤差為零，積分停止，輸出不再

9、變化，系統(tǒng)的 PV值保 持穩(wěn)定， y(t) 值等于 u(t) 值，達(dá)到無差調(diào)節(jié)的效果。但由于實(shí)際系統(tǒng)是有慣性的， 輸出變化后， y(t) 值不會馬上變化， 須等待一 段時間才緩慢變化， 因此積分的快慢必須與實(shí)際系統(tǒng)的慣性相匹配， 慣性大、積 分作 用就應(yīng)該弱，積分時間 I 就應(yīng)該大些，反之而然。如果積分作用太強(qiáng)，積 分輸出變化過快， 就會引起積分過頭的現(xiàn)象， 產(chǎn)生積分超調(diào)和振蕩。 通常 I 參數(shù) 也是由大往 小調(diào)，即積分作用由小往大調(diào)，觀察系統(tǒng)響應(yīng)以能達(dá)到快速消除誤差，達(dá)到給定值，又不引起振蕩為準(zhǔn)對一個自動控制系統(tǒng)， 如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差， 則稱這個控制系統(tǒng) 是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系

10、統(tǒng)( System with Steady-state Error)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差， 在控制器中必須引入 “積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對誤差取決于時間的積分， 隨著時間的增加，積分項(xiàng)會增大。這樣，即便誤差很小，積 分項(xiàng)也會隨著時間 的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。 因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn) 態(tài)誤差。PI控制 器不但保持了積分控制器消除穩(wěn)態(tài)誤差的“記憶功能” ，而且克服了單獨(dú)使用積 分控制消除誤差時反應(yīng)不靈敏的缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：消除穩(wěn)態(tài)誤差。 缺點(diǎn)：積分控制器的加入會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度減小。3. 微分環(huán)節(jié)反映偏差信號的變

11、化趨勢， 并能在偏差信號變得太大之前， 在系統(tǒng)中引入一 個有效的早期修正信號， 從而加快系統(tǒng)的動作速度， 減少調(diào)節(jié)時間。 在微分控制 中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。 為什么要引進(jìn)微分作用？前面已經(jīng)分析過， 不論比例調(diào)節(jié)作用， 還是積分調(diào)節(jié)作用都是建立在產(chǎn)生誤 差后才進(jìn)行調(diào)節(jié)以消除誤差， 都是事后調(diào)節(jié)，因此這種調(diào)節(jié)對穩(wěn)態(tài)來說是無差的， 對動態(tài)來說肯定是有差的， 因?yàn)閷τ谪?fù)載變化或給定值變化所產(chǎn)生的擾動， 必須 等待產(chǎn)生誤差以后，然后再來慢慢調(diào)節(jié)予以消除。但一般的控制系統(tǒng)， 不僅對穩(wěn)定控制有要求， 而且對動態(tài)指標(biāo)也有要求， 通 常都要求負(fù)載變化或給定調(diào)整等引起擾

12、動后， 恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)的速度要快， 因此光有 比例和積 分調(diào)節(jié)作用還不能完全滿足要求，必須引入微分作用。比例作用和積 分作用是事后調(diào)節(jié) (即發(fā)生誤差后才進(jìn)行調(diào)節(jié) )，而微分作用則是事前預(yù)防控制， 即一發(fā)現(xiàn) y(t) 有變大或變小的趨勢，馬上就輸出一個阻止其變化的控制信號， 以防止出現(xiàn)過沖或超調(diào)等。D越大，微分作用越強(qiáng)，D越小，微分作用越弱。系統(tǒng)調(diào)試時通常把 D從小往大 調(diào)，具體參數(shù)由試驗(yàn)決定。如：由于給定值調(diào)整或負(fù)載擾動引起 y(t) 變化，比例作用和微分作用一定 等到 y(t) 值變化后才進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且誤差小時，產(chǎn)生的比例和積分調(diào)節(jié)作用也 小， 糾正誤差的能力也小，誤差大時，產(chǎn)生的比例和積分作用

13、才增大。因?yàn)槭?事后調(diào)節(jié)動態(tài)指標(biāo)不會很理想。 而微分作用可以在產(chǎn)生誤差之前一發(fā)現(xiàn)有產(chǎn)生誤 差的趨勢就 開始調(diào)節(jié)，是提前控制，所以與時性更好，可以最大限度地減少動 態(tài)誤差，使整體效果更好。 但微分作用只能作為比例和積分控制的一種補(bǔ)充， 不 能起主導(dǎo)作用，微 分作用不能太強(qiáng)，太強(qiáng)也會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，產(chǎn)生振蕩，微 分作用只能在P和I調(diào)好后再由小往大調(diào)，一點(diǎn)一點(diǎn)試著加上去。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。 其原因是 由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。 解決的方法是使抑制誤差的作用的變化 “超前”， 即在

14、誤差接近零時， 抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。 這就是說， 在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的， 比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值， 而目前需要增加 的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢。這樣，具有比例 +微分的控制器，就 能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán) 重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例 +微分(PD)控制器能改善系 統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。PD控制只在動態(tài)過程中才起作用，對恒定穩(wěn)態(tài)情 況起阻斷作用。因此，微分控制在任何情況下都不能單獨(dú)使用。 優(yōu)點(diǎn)：使系統(tǒng)的響應(yīng)速度變快，超調(diào)減小，振蕩減輕，對動態(tài)過程有“預(yù)測”作 用。在低頻段，主要是

15、PI 控制規(guī)律起作用，提高系統(tǒng)型別，消除或減少穩(wěn)態(tài)誤 差；在中高頻段主要是PD規(guī)律起作用，增大截止頻率和相角裕度，提高響應(yīng)速 度。因此，控制器可以全面地提高系統(tǒng)的控制性能。三、PID控制器的參數(shù)整定PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心容。 它是根據(jù)被控過程的特性 確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。 PID 控制器參數(shù)整定 的方法很多，概括起來有兩大類：1. 理論計(jì)算整定法它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型， 經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。 這種方法所 得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。2. 工程整定方法它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)， 直接在控制系統(tǒng)的試

16、驗(yàn)中進(jìn)行， 且方法簡單、 易于掌 握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。 PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比 例法、 反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)， 然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。 但無論采用哪一種方法所得到的 控制器參數(shù)， 都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨 界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1) 首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2) 僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時 的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3) 在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到 PID 控制

17、器的參數(shù)。PID 調(diào)試一般原則a. 在輸出不振蕩時，增大比例增益 P。b. 在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù) Ti。c. 在輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù) Td。PID 調(diào)試一般步驟a. 確定比例增益 P確定比例增益 P 時，首先去掉 PID 的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)， 一般是令 Ti=0 、Td=0 (具體見 PID 的參數(shù)設(shè)定說明)，使 PID 為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的 最大值的60%70%由0逐漸加大比例增益 P,直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來， 從此時的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時的比例增益P,設(shè)定PID的比例增益P為當(dāng)前值的60%70%比例增益P調(diào)試完成。b. 確定積

18、分時間常數(shù) Ti比例增益P確定后，設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù) Ti的初值，然后逐漸減 小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的Ti，設(shè)定PID的積分時間常數(shù)Ti為當(dāng)前值的150%180%積分時間 常數(shù)Ti調(diào)試完成。c. 確定積分時間常數(shù)Td積分時間常數(shù)Td 一般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定P和Ti的方 法相同，取不振蕩時的30%d. 系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對 PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直至滿足要求。變速積分的基本思想是，設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差大小相對 應(yīng)：偏差越大，積分越慢；反之則越快，有利于提高系統(tǒng)品質(zhì)。PWM波的產(chǎn)生PWh控制方式廣

19、泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，但對脈沖寬度的調(diào)節(jié)一般采用硬件來實(shí)現(xiàn)。如使用PW控制器或在系統(tǒng)中增加 PWM&路1等，則成本高、響應(yīng) 速度慢，而且PWMI制器與系統(tǒng)之間存在兼容問題。另外，控制系統(tǒng)中的信號采 樣通常是由A/D轉(zhuǎn)換器來完成，因此檢測精度要求較高時，調(diào)理電路復(fù)雜，而且 因A/D的位數(shù)高，從而使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)成本居高不下。本文以應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)為例，介紹利用Motorola公司生產(chǎn)的新型單片機(jī)MSP430F41的定時器Time_A設(shè)計(jì)可以用時間量進(jìn)行溫度采樣以與實(shí)現(xiàn)PW調(diào)節(jié)的方法。為了可在使用少量外圍電路的情況下實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的高精度測量和控 制，一方面用時間量采樣，在省去1片A/D的情況下得到

20、12位的高精度；另一方 面在定時中斷完全用軟件實(shí)現(xiàn) PW碉節(jié)，以易于進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信和顯示。該系統(tǒng) 在中斷可以解決波形產(chǎn)生的實(shí)時在線計(jì)算和計(jì)算精度問題，可精確、實(shí)時地計(jì)算設(shè)定頻率下的脈沖寬度。1單片機(jī)MSP430F41與定時器MSP43C系列的單片機(jī) F413在超低功耗和功能集 成上都有一定的特色，可大大減小外圍電路的復(fù)雜性，它的實(shí)時處理能力與各種 外圍模塊使其可應(yīng)用在多個低功耗領(lǐng)域2。MSP430F41用 16位定時器Timer_A 有如下主要功能模塊。(1) 一個可連續(xù)遞增計(jì)數(shù)至預(yù)定值并返回0的計(jì)數(shù)器。(2) 軟件可選擇時鐘源。(3) 5個捕獲/比較寄存器，每個有獨(dú)立的捕獲事件。(4) 5個

21、輸出模塊，支持脈寬調(diào)制的需要。定時器控制寄存器TACTL勺各位可控制Timer_A的配置，并定義16位定時器的基 本操作，可選擇原始頻率或分頻后的輸入時鐘源與 4種工作模式。另外還有清除 功能和溢出中斷控制位。5個捕獲/比較寄存器CCRX勺操作相同，它們通過各自 的控制寄存器CCTLx進(jìn)行配置。2時間量采樣與PWMI制的實(shí)現(xiàn)原理 以應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)為例，介紹用定時 器實(shí)現(xiàn)信號采樣和PWMI制的方法。該溫度控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、溫度測量電路、 負(fù)載驅(qū)動電路與電源控制、低電壓檢測和顯示電路等其他外圍部分。單片機(jī)MSP430F41中用于測量和控制溫度的主要 I/O 口有：P1.0 :輸出50Hz 方

22、波，用于產(chǎn)生三角波。P1.2 :驅(qū)動溫度控制執(zhí)行元件，2kHz方波PW輸出。P2.0 :脈寬捕捉。2.1單片機(jī)端口的中斷設(shè)置 溫度控制系統(tǒng)的50Hz方波輸出、PWM&出和輸入捕 捉都是由定時中斷來實(shí)現(xiàn)。這3個中斷分別由P0 P1和P2口的外圍模塊引起，屬 于外部可屏蔽中斷。初始化時，對這3個I/O 口進(jìn)行中斷設(shè)置，并對Time_A控制 寄存器TACTL設(shè)置，包括輸入信號2分頻、選用輔助時鐘ACLK等。當(dāng)定義完捕獲 /比較寄存器后，重新賦值TACTL啟動定時器，開始連續(xù)遞增計(jì)數(shù)。2.2脈寬捕捉實(shí)現(xiàn)溫度值的采樣 溫度測量電路將溫度值轉(zhuǎn)換為電壓值，同時單 片機(jī)產(chǎn)生的50Hz方波經(jīng)電容充放電電路變換得

23、到同頻率的三角波，其電壓值切 割三角波，從而將溫度值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)寬度的脈沖送入單片機(jī)。波形變化如圖1所示。74 /7-1 H77 通過設(shè)置CCTL)中的模式位，可將對應(yīng)的捕獲/比較寄存器CCR設(shè)定為捕獲模式， 用于時間事件的精確定位。如果在選定的輸入引腳上發(fā)生選定脈沖的觸發(fā)沿，則定時器計(jì)數(shù)的值將被復(fù)制到 CCR)中。根據(jù)這一原理，選定P2.0為輸入引腳，設(shè) 置CCTL為捕獲模式，所測溫度值由模擬量經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換為脈沖后，P2.0捕捉脈沖下降沿，進(jìn)入中斷T2,得到與溫度值一致的單位時間的脈沖數(shù)，存入 CCR2 作進(jìn)一步處理。這樣，系統(tǒng)就在不使用A/D轉(zhuǎn)換器的情況下完成了模數(shù)轉(zhuǎn)換。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的時鐘

24、精確度高，而且時間量是一個相對精度極高的量， 但本系統(tǒng)中用時間量進(jìn)行溫度 米樣可獲得12位的高精度，同時米用50Hz脈沖，可以大大消除工頻干擾。這些 都為進(jìn)行精確的溫度控制提供了必要的條件。2.3 PWM信號生成原理 將捕獲/比較寄存器CCR和 CCR定義為比較模式，它們 的輸出單元OUT0口 OUT分別對應(yīng)單片機(jī)引腳 P1.0 (TAC)和P1.2 (TA1)。進(jìn)入 比較模式后，如果定時器 CCRX勺計(jì)數(shù)值等于比較寄存器x中的值，則比較信號 EQUX俞出到輸出單元OUTX中，同時根據(jù)選定的模式對信號置位、復(fù)位或翻轉(zhuǎn)。其中：設(shè)置EQU將 OUT信號翻轉(zhuǎn)，信號時鐘與定時器時鐘同步，這樣就可以在

25、P1.0引腳上得到50Hz的方波信號；設(shè)置EQU輸出模式為PWMT位/置位。設(shè)定模式下定時中斷的輸出如圖2所示。根據(jù)設(shè)定的PWMT位/置位模式，若CCR1 計(jì)數(shù)器溢出，則EQU將0UT復(fù)位；若CCR計(jì)數(shù)器溢出，則EQU將 OUT置位。 利用CCR0口 CCR計(jì)數(shù)起始點(diǎn)的差值，實(shí)現(xiàn)占空比的變化，從而在P1.2上完成PWM 輸出。系統(tǒng)對占空比的調(diào)節(jié)是通過改變CCR的基數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。定時器時鐘為2MHz CCR和 CCR的計(jì)數(shù)值為1 000時，可獲得2kHz的PW俞出頻率。負(fù)載驅(qū)動 電路將單片機(jī)P1.2引腳輸出的PWMI號放大濾波，用于驅(qū)動大功率的執(zhí)行元件。Ib；(?l 1 i JJI I V M Kf.il h (,HO閃2 st :權(quán)A F世時中即時輸行1加電Q g汁X3軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主程序在主程序中包括系統(tǒng)初始化、定時器的初始化、溫 度采樣值的讀入、負(fù)載驅(qū)動和顯示等。系統(tǒng)進(jìn)行溫度值采樣和PWM輸出均在定時 中斷完成，PWM輸出脈沖的占空比則由PID算法得到。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3 所示。rit . + 中新r