計(jì)算機(jī)控制技術(shù)常用控制程序設(shè)計(jì)

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)常用控制程序設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)-常用控制程序設(shè)計(jì)2 硬件組成 測(cè)量溫度的傳感器為熱電偶，由于系統(tǒng)測(cè)量溫度的范圍為0800度，故選用鎳鉻熱電偶，其輸出的mV信號(hào)，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成05V直流信號(hào)，供A/D轉(zhuǎn)換用。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC送IBM計(jì)算機(jī)的IRQ2中斷請(qǐng)求輸入端，以便在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求。選擇那個(gè)通道的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由地址總線A0、A1、A2的狀態(tài)確定。 3.軟件例：試設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)例：試設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求該系統(tǒng)能對(duì)八路模擬信號(hào)（變化頻率要求該系統(tǒng)能對(duì)八路模擬信號(hào)（變化頻率100Hz100Hz）進(jìn)行連續(xù)巡回檢測(cè)，電壓范圍）進(jìn)行連續(xù)巡回檢測(cè)，電

2、壓范圍0V0V10V10V，分辨，分辨率為率為5mV5mV（0.05%0.05%），巡回檢測(cè)周期允許為），巡回檢測(cè)周期允許為1s1s，但為了對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，必須對(duì)每路信，但為了對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，必須對(duì)每路信號(hào)進(jìn)行多次采集。因此，號(hào)進(jìn)行多次采集。因此，A/DA/D轉(zhuǎn)換器選用轉(zhuǎn)換速度較快的轉(zhuǎn)換器選用轉(zhuǎn)換速度較快的AD574AD574。AD574AD574的分辨率的分辨率1212位（），轉(zhuǎn)位（），轉(zhuǎn)換誤差，轉(zhuǎn)換時(shí)間換誤差，轉(zhuǎn)換時(shí)間25s 25s ，輸入電壓的范圍均能符合上述要求。多路模擬開關(guān)選用，輸入電壓的范圍均能符合上述要求。多路模擬開關(guān)選用CD4051CD4051。CD4051

3、CD4051導(dǎo)通電阻為導(dǎo)通電阻為200200，由于采樣保持器的輸入電阻一般在，由于采樣保持器的輸入電阻一般在10M10M以上，所以輸入電壓在以上，所以輸入電壓在CD4051CD4051上的壓降僅為上的壓降僅為0.002%0.002%左右，符合要求。左右，符合要求。CD4051CD4051的開關(guān)漏電流僅為的開關(guān)漏電流僅為0 008nA08nA，當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻，當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻為為10k10k時(shí)，誤差電壓約為時(shí)，誤差電壓約為0.08V 0.08V ，可以忽略不計(jì)。采樣保持器選用，可以忽略不計(jì)。采樣保持器選用LF398LF398，LF398LF398采樣速度采樣速度快，保持性能好，非線性度為士，也符合上述

4、要求。整個(gè)系統(tǒng)采用以快，保持性能好，非線性度為士，也符合上述要求。整個(gè)系統(tǒng)采用以8086CPU8086CPU構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)施控制。來(lái)實(shí)施控制。 3.2.1 概述 由于工業(yè)控制對(duì)象的環(huán)境比較惡劣，干擾源比較多，如環(huán)境溫度、電場(chǎng)及磁場(chǎng)等。因此，為了減少對(duì)采樣值的干擾，提高系統(tǒng)的性能，一般先對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)字濾波，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和調(diào)節(jié)控制。 所謂數(shù)字濾波，是通過(guò)一定的計(jì)算程序?qū)Σ蓸有盘?hào)進(jìn)行平滑加工，提高其有用信號(hào)，消除或減少各種干擾和噪音，以保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性。 一、程序判斷濾波 程序判斷濾波的方法，是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定出兩次采樣輸入信號(hào)可能出現(xiàn)的最大偏差Y，若超過(guò)此偏差值，則表

5、明該輸入信號(hào)是干擾信號(hào)，應(yīng)該去掉，若小于此偏差值，可將信號(hào)作為本次采樣值。 程序判斷濾波既照顧了采樣的實(shí)時(shí)性，又照顧了不采樣時(shí)的連續(xù)性，是一種折中的方法，可用于變化較慢的參數(shù)，如溫度、液位等，可克服由于隨機(jī)干擾和誤檢測(cè)或者變送器不穩(wěn)定而引起采樣信號(hào)的嚴(yán)重失真。 程序判斷濾波分為限幅濾波和限速濾波兩種。3.2.2 數(shù)字濾波方法 2. 限速濾波 設(shè)順序采樣時(shí)刻t1、t2、t3所采集的參數(shù)分別為y1、y2、y3，則當(dāng)| y2-y1|Y, 則y2輸入計(jì)算機(jī)，| y2-y1| Y, 則y2不采用，但仍保留，再繼續(xù)采樣一次，得y3。| y3-y2|Y，則y3輸入計(jì)算機(jī)，| y3-y2| Y，則?。▂2 +

6、y3）/ 2輸入計(jì)算機(jī)。1. 限幅濾波 |Yn-Yn-1|Y, 則Yn = Yn，取本次采樣值 |Yn-Yn-1| Y, 則Yn = Yn -1，舍本次采樣值，取上次采樣值二、中值濾波 所謂中值濾波就是對(duì)某一個(gè)被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣n次（一般 n 取奇數(shù),數(shù)值不宜太大，取35即可），然后把n次的采樣值從小到大（或從大到?。┡抨?duì)，再取中間值作為本次采樣值。采用本程序?yàn)V波，對(duì)于去掉脈動(dòng)性質(zhì)的干擾比較有效，但對(duì)快速變化過(guò)程的參數(shù)（如流量）則不宜采用。 三、算術(shù)平均濾波 該方法是把n次采樣值相加（通常流量取12次，壓力取4次 ），然后取其算術(shù)平均值，即：nixnY11 本方法主要適用于對(duì)壓力、流量等周期脈動(dòng)

7、值的采樣，但對(duì)脈沖性干擾的平滑尚不理想。四、加權(quán)平均濾波將各采樣值取不同的比例，然后再相加五、一階滯后濾波 為提高對(duì)于慢速隨機(jī)變化過(guò)程的采樣效果，可采用動(dòng)態(tài)濾波方法，即一階滯后濾波方法，其表達(dá)式為： 1)1 (nnnYXY六、復(fù)合濾波程序 把兩種以上的濾波方法結(jié)合起來(lái)使用。如把中值濾波程序和算數(shù)平均值濾波兩種結(jié)合起來(lái)，把n個(gè)采樣值首先按大小排序，然后分別去掉k個(gè)最大值和最小值，再把剩下的值加起來(lái)，最后取平均值。即 1. 濾波效果 a. 對(duì)于變化比較慢的參數(shù)如溫度，可選用程序判斷濾波以及一階滯后濾波方法比較好; b.對(duì)于變化比較快的脈沖參數(shù)，如壓力、流量等，則可選用算術(shù)平均和加權(quán)平均濾波方法;

8、c.對(duì)于要求比較高的系統(tǒng)可選用復(fù)合濾波方法。 d.在算術(shù)平均濾波和加權(quán)平均濾波中，其濾波效果與所選擇的次數(shù)n有關(guān)，n越大，則效果越好，但花費(fèi)時(shí)間也越長(zhǎng)。2. 濾波時(shí)間 在考慮濾波效果的前提下，盡量采用執(zhí)行時(shí)間比較短的程序，如果時(shí)間允許，則可采用更好的復(fù)合濾波程序。3. 注意，并不是在任何一個(gè)系統(tǒng)中都需要進(jìn)行數(shù)字濾波!七、各種濾波方法的比較3.2.3 數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì) 用復(fù)合濾波方法將上節(jié)中1號(hào)退火爐的5個(gè)溫度采樣值（起始存放地址為7000H：0）進(jìn)行濾波，并存入SAMP單元。程序設(shè)計(jì) 1. 將5個(gè)數(shù)據(jù)從小到大排序， 2. 去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值， 3. 求剩下3個(gè)數(shù)的算術(shù)平均值。 DOSS

9、EG；采用DOS簡(jiǎn)化段定義.MODELMIDUM.DATASAMP DB0；定義濾波結(jié)果單元CNT = 5；共5個(gè)數(shù).CODESTART: MOVAX,7000H；指向采樣數(shù)據(jù)段 MOVDS,AX MOVBX,CNT-1；置外循環(huán)次數(shù)LP1: MOVSI,0；指向采樣數(shù)據(jù)首地址 MOVCX,BX；置內(nèi)循環(huán)次數(shù)LP2: MOVAL,SI；相鄰兩數(shù)據(jù)比較 CMPAL,SI+1 JBBIG；大于轉(zhuǎn)BIG XCHGAL,SI+1；小于兩數(shù)交換 XCHGAL,SIBIG: INCSI；調(diào)整指針 LOOPLP2；本輪未比較完轉(zhuǎn)LP2 DECBXJNZLP1；未全部比較完轉(zhuǎn)LP1 MOVCX,CNT-2；去

10、掉最大最小值并求和存AX LEASI,1 MOVAX,0MOVBH,0LP3:MOVBL,SIADDAX,BXINCSILOOPLP3MOVCL,CNT-2；求平均值存CLDIVCLMOVCL,ALMOVAX,DATA；存入SAMP單元MOVDS,AXMOVSAMP,CLMOVAX,4C00H；程序結(jié)束返回DOSINT21HENDSTART3.3 標(biāo)度變換程序 被測(cè)量 - 05V - 00FF溫度、壓力等傳感器，變送器A/D 把輸入計(jì)算機(jī)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成不同的量綱，以便操作人員進(jìn)行監(jiān)視和管理生產(chǎn)，就是所謂的標(biāo)度變換 3.3.1 線性標(biāo)度變換 如果被測(cè)參數(shù)的起點(diǎn)A0（輸入信號(hào)為0）所對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)

11、換值為0，即N0=0，這樣式（3-6）化簡(jiǎn)為: 【例】某熱處理爐溫度測(cè)量?jī)x表的量程為200800C，在某一時(shí)刻計(jì)算機(jī)采樣并經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字量為CDH，求此時(shí)的溫度是多少？（設(shè)該儀表的量程是線性的）。 解：A0=200C，Am=800C，Nx=CDH=（205）D，Nm=FFH=（255）D。所以此時(shí)的溫度為 標(biāo)度變換程序 DOSSEG；采用DOS簡(jiǎn)化段定義.MODEL SMALL.STACK 100H.DATAAM DW 800；測(cè)量?jī)x表上限A0 DW 200；測(cè)量?jī)x表下限NM DW 255；A/D轉(zhuǎn)換上限N0 DW 0；A/D轉(zhuǎn)換下限NX DW 205；實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換值MX DW ? ；實(shí)

12、際溫度.CODESTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AX,AM；計(jì)算Am-A0 SUB AX,A0 MOV BX,NX；計(jì)算Nx-N0 SUB BX,N0 MUL BX；計(jì)算(Am-A0)*( Nx-N0) MOV BX,NM；計(jì)算Nm-N0 SUB BX,N0 DIV BX；計(jì)算(Am-A0)*( Nx-N0)/( Nm-N0) ADD AX,A0；計(jì)算(Am-A0)*( Nx-N0)/( Nm-N0)+ A0 CALLHEX_BCD；調(diào)二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制子程序MOV MX,AX；存標(biāo)度變換結(jié)果MOVAX,4C00HINT21HHEX_BCD PROCNEAR MO

13、V DX,AX SUB AX,AX MOV CX,16LP: ADD DX,DX ADC AL,AL DAA XCHG AH,AL ADC AL,AL DAA XCHG AH,AL LOOP LP RET HEX_BCD ENDP END START 3.3.2 非線性參數(shù)標(biāo)度變換 例: 壓差流量計(jì)，其流量與差壓的公式為 所得的流量測(cè)量的標(biāo)度變換公式： 對(duì)于流量測(cè)量?jī)x表，一般下限均取零，此時(shí)G0=0，N0=0: 整數(shù)開方的計(jì)算方法 令被開方數(shù)N = n2，則被開方數(shù)的近似計(jì)算公式 :3.3.3 非線性補(bǔ)償 1. 線性插值法 2. 非線性補(bǔ)償應(yīng)用舉例 線性化處理程序 DATASEGMENTKDW

14、K1,K2,K3,K4；為保證精度，各段斜率擴(kuò)大10倍存儲(chǔ)VDWV1,V2,V3,V4TDWTD,TC,TB,TASAMPDB?TMPDW?DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,DATAMOVDX,AXMOVAL,SAMP; AX=ViMOVAH,0CMPAX,V4; ViV4轉(zhuǎn)N5JAEN5CMPAX,V3 ; ViV3轉(zhuǎn)N4JAEN4CMPAX,V2 ; ViV2轉(zhuǎn)N3JAEN3CMPAX,V1 ; ViV1轉(zhuǎn)N2JAEN2N1:MOVCX,K1 ; ViV1，計(jì)算K1ViMULCXMOVCX,10;計(jì)算結(jié)果縮小10倍DIV

15、CXJMPDONEN2:SUBAX,V1 ;計(jì)算K2（Vi- V1）+tAMOVCX,K2MULCXMOVCX,10DIVCXADDAX,TAJMPDONEN3:SUBAX,V2 ;計(jì)算K3（Vi- V2）+tBMOVCX,K3MULCXMOVCX,10DIVCXADDAX,TBJMPDONEN4:SUBAX,V3 ;計(jì)算K4（Vi- V3）+ tCMOVCX,K4MULCXMOVCX,10DIVCXADDAX,TCJMPDONEN5:MOVAX,TD;t= tDDONE:MOVTMP,AX ;存線性化結(jié)果MOVAX,4C00HINT21HCODEENDSENDSTART3.4 上、下限報(bào)警程

16、序 報(bào)警程序的設(shè)計(jì)是比較簡(jiǎn)單的，它主要是采用比較法，把采樣并經(jīng)數(shù)字濾波以及標(biāo)度變換后的被測(cè)參數(shù)值與給定的上下限值進(jìn)行比較，如果大于上限或者小于下限，則輸出報(bào)警信號(hào)或進(jìn)行自動(dòng)處理。舉例: 某溫度巡回檢測(cè)系統(tǒng)，共有4個(gè)回路，每個(gè)回路都有一個(gè)上限和下限報(bào)警值，分別為XMAXi和XMINi。 采用順序比較法，即首先取出1#爐的上限報(bào)警值XMAX1進(jìn)行比較，如果X1XMAX1，則轉(zhuǎn)1#爐上限報(bào)警，否則再檢查X1是否小于下限報(bào)警值XMIN1，如果X1 XMIN1則轉(zhuǎn)下限報(bào)警。 1#爐上下限報(bào)警處理完畢或無(wú)報(bào)警，再轉(zhuǎn)2#爐報(bào)警處理，其方法與1#爐相同，如此下去，直到把四個(gè)爐子全部處理完畢，返回主程序。 報(bào)警

17、程序流圖 (圖3-9)DOSSEG；采用DOS簡(jiǎn)化段定義.MODELSMALL.STACK 100H.DATASAMP DB3, 21, 30, 35 ；實(shí)際值A(chǔ)LARM DB10,5,200,15,130,25,40,30；報(bào)警上、下限ALMMOD DB1,2,4,8,16,32,64,128；報(bào)警模型ALMBUF DB0；報(bào)警緩沖區(qū).CODE START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,203H；8255A口方式0輸出 MOV AL,80H OUT DX,AL MOV CX,4；4路報(bào)警 LEA SI,SAMP LEA DI,ALARM LP1: MOV AL,

18、SI；實(shí)際值與報(bào)警上、下限比較 CMP AL,DI JB LP2CALLALM；大于上限，報(bào)警LP2: INC DICMP AL,DIJA LP3 CALLALM；小于下限，報(bào)警 LP3: INC DI INC SI LOOP LP1；四路報(bào)警未完繼續(xù) MOV AX,4C00H INT 21H ALM: PROCNEAR；上、下限報(bào)警處理 MOV AL,DI+8；取報(bào)警模型 OR ALMBUF,AL；并入報(bào)警緩沖區(qū) MOV AL,ALMBUF NOT AL；報(bào)警緩沖區(qū)模型求反 MOV DX,200H；8255A口輸出 OUT DX,AL RET END START 3.5數(shù)碼管顯示程序 3.5

19、.1 LED數(shù)碼管顯示原理 1 圖 3-10 七段數(shù)碼管管腳及內(nèi)部接線圖 2 3 4 5 10 9 8 7 6 a b e f g o.p c d 7 3 2 4 5 8 9 10 (a) BS201(共陰極) a b e f g o.p c d 6.9 11 2 7 8 10 13 1 (b) BS201(共陽(yáng)極) a b c d e f g o.p 1 2 3 4 5 14 13 12 11 10 a b c d e f g o.p 8 7 1.6 3.14 9 6 表3-3 大 寫 字 母 的 七 段 表 示 法 十 六 進(jìn) 制 表 示 字 母 共 陰 極 共 陽(yáng) 極 A 77 08 C

20、 39 46 E 79 06 F 71 0E H 76 09 I 06 79 G 1E 61 L 38 47 O 3F 40 P 73 0C U 3E 41 Y 66 19 表3-2 十 進(jìn) 制 數(shù) 的 七 段 表 示 法 十 六 進(jìn) 制 表 示 十 進(jìn) 制數(shù) 碼 共 陰 極 共 陽(yáng) 極 0 3F 40 1 06 79 2 5B 24 3 4F 30 4 66 19 5 6D 12 6 7D 02 7 07 78 8 7F 00 9 67 18 表3-4 小 寫 字 母 及 特 殊 符 號(hào) 十 六 進(jìn) 制 表 示 字 母 共 陰 極 共 陽(yáng) 極 b 7C 03 c 58 27 d 5E 21

21、h 74 0B n 54 2B o 5C 23 r 50 2F u 1C 63 - 40 3F ? 53 3C 七段數(shù)碼顯示數(shù)字、字母和符號(hào) （a對(duì)應(yīng)最低位，g對(duì)應(yīng)最高位）3.5.2 靜態(tài)顯示 一、軟件查表法用軟件的顯示不需譯碼器,而直接將數(shù)碼管經(jīng)鎖存器和CPU相連。軟件查表法顯示程序 P69二、硬件譯碼法 由硬件譯碼器代替軟件查表求出顯示字?！?6”的輸出顯示程序:MOVAL, 56HMOVDX, 200HOUTDX,AL3.5.3 動(dòng)態(tài)顯示 動(dòng)態(tài)顯示是利用掃描的方法不斷對(duì)每一位LED數(shù)碼管依次進(jìn)行顯示驅(qū)動(dòng)。 優(yōu)點(diǎn)：硬件開銷小、成本低、適合多位LED數(shù)碼管顯示。 缺點(diǎn)：由于掃描占用了大量CP

22、U的時(shí)間，使軟件開銷過(guò)大。 一、共陰LED數(shù)碼管顯示 顯示程序由拆字程序和循環(huán)顯示程序組成。 P70 二、共陽(yáng)LED數(shù)碼管顯示 3.6鍵處理程序 對(duì)非編碼鍵盤主要是用軟件掃描的辦法進(jìn)行編碼。 以88非編碼鍵盤為例： 鍵盤掃描程序的一般先行掃描，即依次使各行為低電平，然后分別讀出列數(shù)據(jù)，并檢查是否有鍵按下，則找出該鍵的位置并計(jì)算其編碼，然后轉(zhuǎn)入該功能鍵的入口程序地址。若無(wú)鍵按下，則進(jìn)行下一步的掃描，直到八行全部檢查完為止，若都無(wú)鍵按下，則返回。 8255連接的鍵盤接口電路 圖中PB0PB7為行掃描鎖存器的輸出，經(jīng)八個(gè)反相器分別與X7X0相連接。列數(shù)據(jù)的讀入由PA0PA7進(jìn)行控制。X，Y的每一個(gè)交

23、點(diǎn)設(shè)置一個(gè)鍵，其編號(hào)1、264。 一、掃描鍵值的確定 1、判斷是否有鍵按下CPU依次使X0X7為低電平，其代碼分別為X0（01H），X1（02H），X2（04H），X3（08H），X4（10H），X5（20H），X6（40H），X7（80H），然后由三態(tài)門讀出列線Y0Y7的值，若無(wú)鍵按下為FFH，否則不等于FFH，由此可判斷是否有鍵按下。 2、求十進(jìn)制鍵值分別設(shè)一個(gè)行值寄存器BL和列值寄存器BH，每掃完一行后，如果此行無(wú)鍵按下，則行寄存器加08，否則不加08而轉(zhuǎn)到求列值。求列值的方法是將列值讀數(shù)右移，每移一次列值寄存器加1，直到有鍵按下為止（低電平表示有鍵按下），最后把行值和列值相加并進(jìn)行DAA修正，即可得到所求鍵值。 二、功能鍵入口地址的確定 對(duì)數(shù)字鍵就是要把該鍵值直接送到顯示緩沖區(qū)進(jìn)行顯示。對(duì)功能鍵則是找到該鍵處理程序入口地址，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行。 64鍵全譯碼鍵掃描程序和功能