計算機測控系統(tǒng)s

1、計算機測量與控制系統(tǒng)（學(xué)時數(shù)：54）參考教材：【1】 陳濤，單片機應(yīng)用及C51程序設(shè)計，機械工業(yè)出版社，2008.【2】 徐愛鈞，智能化測量控制儀表原理與設(shè)計（第二版），北京航空航天大學(xué)出版社，2004?！?】 馬忠梅，單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計（3/4版），北航版，2003/2007?！?】 李剛、林凌，現(xiàn)代測控電路，高等教育出版社，2004?！?】 韓九強、等，現(xiàn)代測控技術(shù)與系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社，2007。課程介紹：本課程是在本科階段學(xué)習(xí)了有關(guān)基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，進一步了解和掌握計算機測量與控制系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計方法與過程，并通過實例分析與實際應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計制作掌握基本的設(shè)計、調(diào)

2、試與操作技能。學(xué)習(xí)的重點有三個方面：第一，深入理解與掌握一種以上的單片機體系結(jié)構(gòu)與基本應(yīng)用技巧（目前以MCS-51兼容機為主），單片機的C語言程序設(shè)計、編程與調(diào)試方法。第二，使用計算機實現(xiàn)基本物理量的測量（例如，電量測量、溫度測量）。第三，使用計算機實現(xiàn)基本物理量的控制（溫度控制）。主要內(nèi)容與安排(18周*3課時)：1緒論，本課程的安排等一般性介紹2. 智能化測控系統(tǒng)中的MCU/MPU，新型MCS-51兼容單片機；電量計算軟件設(shè)計。3. 集成開發(fā)環(huán)境IDE/Keil uVision2/C51編譯器；電量計算軟件設(shè)計。4. 實驗板硬件與功能介紹/安裝與使用/入門程序5. 數(shù)字時鐘程序設(shè)計與調(diào)試6

3、. 同上7. 參數(shù)與操作面板8. 參數(shù)設(shè)置程序設(shè)計9. 機動安排10溫度測量/數(shù)字溫度傳感器DS18B2011. 溫度測量程序設(shè)計12. 溫度控制及其算法13. 溫度控制程序設(shè)計14. 同上15. 超聲波測距的原理與實現(xiàn)16. 超聲波測距（分體式）程序設(shè)計17. 同上18. 機動安排課程設(shè)計題目及要求：1 電量計算程序設(shè)計編寫一個計算交流電有效值、功率與功率因數(shù)的程序。假設(shè)已經(jīng)得到了電流與電壓的采樣數(shù)據(jù)（10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果），零點對應(yīng)采樣值為512。先按照有效值的定義編寫程序，然后進行標(biāo)定。標(biāo)定采用峰-峰值為256的交流信號數(shù)據(jù)，對應(yīng)的電流為10安培，電壓為100伏特。再用直流信號的數(shù)據(jù)進行

4、驗證。進一步對電流與電壓信號進行諧波分析，編寫FFT程序，并用模擬的標(biāo)準(zhǔn)采樣數(shù)據(jù)對結(jié)果進行驗證。2 數(shù)字時鐘系統(tǒng)設(shè)計在給定的硬件系統(tǒng)上實現(xiàn)基本的數(shù)字時鐘功能（含時間設(shè)定功能）。3.參數(shù)設(shè)置程序設(shè)計設(shè)計一個參數(shù)設(shè)置功能的程序。參數(shù)號為0-9，每個參數(shù)的缺省參數(shù)值、上限與下限均由表格給定，2位數(shù)值顯示。發(fā)揮部分：參數(shù)號為0-99，4位數(shù)值顯示，進一步實現(xiàn)參數(shù)的快速設(shè)定與15秒自動退出功能。4超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計針對給定的超聲波測距硬件系統(tǒng)編寫相應(yīng)的軟件，實現(xiàn)基本的測距功能。測量范圍為10-200cm，動態(tài)顯示結(jié)果。發(fā)揮部分（1）：進一步增加測量范圍，提高測量精度。 （2）：實現(xiàn)基于測距原理的超聲波主

5、動目標(biāo)定位。5溫度測量與控制系統(tǒng)針對給定的硬件系統(tǒng)編寫相應(yīng)的軟件，實現(xiàn)基本的溫度測量與顯示功能，測量精度為0.1度。在此基礎(chǔ)上利用電阻加溫進行溫度控制。利用鍵盤操作實現(xiàn)溫度的設(shè)定（30-100度）。發(fā)揮部分（1）：用不同的方法進行溫度控制，并比較優(yōu)缺點。 （2）：在外界干擾下（小風(fēng)扇吹風(fēng)）能夠盡快達到新的穩(wěn)定點。（3）：開機進入?yún)?shù)設(shè)置，退出后進行溫度控制。實現(xiàn)具有上下限幅、快速改變數(shù)值功能的參數(shù)設(shè)定（設(shè)定參數(shù)范圍為0-800）。設(shè)計報告要求：（1） 任務(wù)可行性分析（所需要的功能如何實現(xiàn)）。（2） 程序結(jié)構(gòu)流程框圖。（3） C語言程序的關(guān)鍵程序段及說明。（4） 總結(jié)（對自己工作的評價、改進與提

6、高的設(shè)想等）。（5） 源程序電子文檔。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計過程與規(guī)范一以產(chǎn)品開發(fā)為目標(biāo)的設(shè)計過程1.技術(shù)可行性分析與論證2.原理設(shè)計/總體規(guī)劃3各個獨立組成部分的設(shè)計4.電路板設(shè)計/調(diào)試（一般需要經(jīng)過多次反復(fù)才能完善）5.軟件/硬件聯(lián)合調(diào)試（也要經(jīng)過若干次反復(fù)修改）6.出樣機/產(chǎn)品試驗（如果試驗無法通過還要進行修改）7.技術(shù)文件匯總/移交生產(chǎn)部門整個過程少則幾個月，多則幾年時間才能完成。二硬件開發(fā)技術(shù)規(guī)范1.安全性（一票否決）2.可靠性（產(chǎn)品試驗）EMC3實用性（標(biāo)準(zhǔn)功能/用戶要求）4.標(biāo)準(zhǔn)化（企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)）三軟件開發(fā)技術(shù)規(guī)范1.合理性（對于系統(tǒng)的各種資源如何充分合理地利用

7、）2.實用性（標(biāo)準(zhǔn)功能/用戶要求/市場導(dǎo)向）3可靠性（評判標(biāo)準(zhǔn)）4.標(biāo)準(zhǔn)化（軟件標(biāo)準(zhǔn)）其中，合理利用系統(tǒng)資源需要有對于系統(tǒng)各種功能的全面了解與使用經(jīng)驗的積累。就CPU系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的資源包括：運行時間、存儲器、中斷以及所具有的各種功能模塊（定時器/計數(shù)器、串行接口SPI、并行接口PPI、通信接口、信號控制接口、A/D與D/A接口等）。舉例來說，一個超聲波測量距離的程序設(shè)計，可以不使用任何其它資源，完全利用程序的查詢功能實現(xiàn)。但是單片機本身已有的資源不用就明顯是不合理的。一般來說，中斷是計算機測控系統(tǒng)的重要資源，一個應(yīng)用系統(tǒng)沒有使用中斷就不是一個好的程序（除非很簡單的程序）。但是，過多地使用某一

8、種資源肯定也是不合理的。例如，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用了3個以上的中斷就很難保證系統(tǒng)的可靠性。軟件設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化也是非常重要的方面，特別是對于大型和復(fù)雜程序的設(shè)計。為了保證程序的維護性，必須遵循相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，包括流程框圖和程序的注釋。很多人并不重視這方面的工作，實際上會對以后的工作造成很大影響。流程框圖的繪制應(yīng)該是由粗到細，逐步細化，直到能夠轉(zhuǎn)化為程序（指令）。四典型實例實際上軟件流程框圖中只有兩個基本元素：過程與分支。其余的元素都是些輔助元素（如入口、出口、返回等）和組合元素（如循環(huán)、散轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)等）。一個過程可以是一條語句（操作），也可以是多條語句直至一個很大的子程序。例如一個初始化過程，

9、可以是：x=0;/參數(shù)初始化也可以是：TMOD=0x01;/定時器T0初始化TL=0x00;/定時器T0計數(shù)初值TH=0xcc;還可以是：display();/調(diào)用顯示子程序如此等等。分支是由判斷語句和相應(yīng)的操作共同組成的，其結(jié)構(gòu)如下：if(條件)過程（操作）一；else過程（操作）二；有時語句中無else過程（操作）二；這實際是簡化的分支。多個分支語句連續(xù)使用，就形成了散轉(zhuǎn)。為了簡化編程，使用switch語句，實際上最終的機器語言是一樣的。各種循環(huán)語句最終也還是利用分支語句實現(xiàn)的。入口以下是動態(tài)顯示程序的框圖和相應(yīng)的C語言程序。voiddisplay();重新設(shè)置初值TH0=0xee;/5m

10、STL0=0x00;if(dpt<3) dpt+;顯示指針處理else dpt=0;/動態(tài)顯示計數(shù)器P0 = tabdpbufdpt;輸出顯示內(nèi)容顯示第0位dpt = 0？if(dpt=0)dp1 = dp2 = dp3 = 1;dp0 = 0;dpt = 1？if(dpt=1顯示第1位)dp0 = dp2 = dp3 = 1;dp1 = 0;dpt = 2？顯示第2位if(dpt=2)dp0 = dp1 = dp3 = 1;dp2 = 0;顯示第3位else dp0 = dp1 = dp2 = 1;dp3 = 0;出口其中的入口與出口所對應(yīng)的就是函數(shù)名與括號。多重分支語句也可以用swi

11、tch語句代替，使程序更為簡潔：switch(dpt)case 0:dp1 = dp2 = dp3 = 1;dp0=0;break;case 1:dp0 = dp2 = dp3 = 1;dp1=0;break;case 2:dp0 = dp1 = dp3 = 1;dp2=0;break;case 3:dp0 = dp1 = dp2 = 1;dp3=0;從事計算機開發(fā)的人需要有一定的悟性（基礎(chǔ)反倒不是問題），更需要有“三心”：細心- 一絲不茍；耐心- 孜孜不倦；恒心- 持之以恒（積累）。有志者事竟成，大家共勉！嵌入式系統(tǒng)設(shè)計電量計算程序設(shè)計一技術(shù)要求：利用單片機進行基本的電量計算（電流與電壓的有

12、效值、功率與功率因數(shù)，進一步再深入進行諧波分析）。假設(shè)已經(jīng)得到電流與電壓的10位A/D采樣數(shù)據(jù)DI32和DV32。計算SI、SV、SW、SP以及PHAI（所有結(jié)果用16位整數(shù)表示，功率因數(shù)放大100倍）二功能實現(xiàn)：首先給出有關(guān)的公式如下：有效值計算：；視在功率：S=I×V；有功功率：；功率因數(shù)：；注意一般情況下。然后對上面的公式進行離散化，得到離散化的計算公式。；由于最后的計算結(jié)果涉及到電路和傳感器的增益，因此可以將所有的系數(shù)歸并后再統(tǒng)一進行標(biāo)定處理。系數(shù)KP與KI、KV之間具有一定關(guān)系。三軟件設(shè)計：這一類的程序顯然應(yīng)該利用循環(huán)語句實現(xiàn)，具體形式為：for(k=0;k<T;k+

13、) /累加計算程序中需要仔細考慮變量的類型定義，這是初學(xué)者最容易出現(xiàn)的問題。從應(yīng)用的角度考慮，應(yīng)該盡量不使用浮點計算。而定點數(shù)計算很容易出現(xiàn)類型轉(zhuǎn)換信息丟失與數(shù)值溢出問題。將計算程序?qū)懗珊瘮?shù)形式，以便主程序調(diào)用。四程序調(diào)試：熟悉利用調(diào)試工具觀察計算結(jié)果及排查軟件錯誤的方法。程序的調(diào)試是任何軟件設(shè)計不可避免的過程。具體又分為純軟件調(diào)試和軟件與硬件的聯(lián)合調(diào)試。純軟件的調(diào)試不涉及硬件，主要是解決程序本身的正確性。程序編寫完成后，一般可以用一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行結(jié)果的驗證。驗證數(shù)據(jù)要足夠多且具有代表性，例如電量計算應(yīng)該有不同的采樣數(shù)據(jù)大小，而且應(yīng)該包含特殊情況（例如恒定的直流信號）。即使驗證數(shù)據(jù)計算正確，仍

14、然可能出現(xiàn)意想不到的問題。軟件與硬件的聯(lián)合調(diào)試是在純軟件調(diào)試后進行的，主要是解決系統(tǒng)整體的功能正確性與協(xié)調(diào)一致性。其中的難度和復(fù)雜性遠遠高于純軟件的調(diào)試，將在以后的課題中進一步深入。% 用MATLAB編寫的有效值計算程序，用于驗證程序的正確性與確定比例系數(shù)clear;A=128;t = 0:2*pi/32:2*pi-pi/16; %32點采樣數(shù)據(jù)ua = A*sin(t); %產(chǎn)生正弦波形sgm = sum(ua.*ua); %計算平方和rms = sqrt(sgm/32);%計算有效值disp(sgm);disp(rms); %sgm=262144;rms=90.5097%F=fft(ua)

15、;%F(1)= -0.0000 - 2.0480i/33點DFT計算程序-/離散傅里葉變換的計算公式：;/分離實部與虛部后有：；k=0,1,2,32/；k=0,1,2,32/為了計算方便，將正弦余弦數(shù)值事先做成一張表，其中的數(shù)值放大1000倍。intSINTAB33=1000,982,;intCOSTAB33=0,189,;/-void DFT33(int DR,long DY)Uint16k,n,t;/實部放在DY0-DY15中;for(k=0;k<16;k+)/虛部放在DY16-DY31中;DYk=0;DYk+16=0;for(n=0;n<33;n+)t = n*k;while

16、(t >= 33)t -= 33;DYk += (long)DRn*COSTABt;DYk+16 -= (long)DRn*SINTABt;DYk=DYk/16500;/正弦余弦表系數(shù)及采樣點系數(shù)DYk+16=DYk+16/16500;DY32=sqrt(DY1*DY1+DY17*DY17);/基波幅值/-嵌入式系統(tǒng)設(shè)計數(shù)字時鐘設(shè)計（動態(tài)顯示）一 技術(shù)要求：利用單片機實驗箱實現(xiàn)數(shù)字時鐘顯示分：秒的數(shù)值。進一步利用鍵盤實現(xiàn)時鐘的設(shè)定功能（只使用4個建即可實現(xiàn)設(shè)定，即：設(shè)定/返回，分/秒切換，增量和減量。設(shè)定時相應(yīng)的內(nèi)容閃動顯示）。二 功能實現(xiàn)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：利用單片機的定時器中斷實現(xiàn)5毫秒的定

17、時（動態(tài)顯示處理），再利用軟件對5毫秒定時進行計數(shù)。計數(shù)值為TCT，滿200時即為1秒，秒計數(shù)器SCT加1,同時TCT清零。滿60秒則分計數(shù)器MCT加1，同時秒計數(shù)器清零。秒計數(shù)器改變同時刷新顯示。三 硬件設(shè)計：見實驗指導(dǎo)書電路圖。四 軟件設(shè)計：主程序初始化后即進入等待循環(huán)，所有時鐘的處理均在定時器中斷中完成。動態(tài)顯示頻率為5*4=20毫秒（50Hz），這是比較合適的頻率。每次定時中斷需要更新顯示位，因此需要設(shè)置一個顯示位計數(shù)器（0-3）。LED數(shù)碼管顯示需要使用字模查表的方法實現(xiàn)。先建立一個字模表：codeuchar tab=0x18, ;定時器中斷函數(shù)需要使用中斷函數(shù)的說明，具體內(nèi)容見教材

18、108頁。void timer0(void) interrupt 1/<using 1>參考程序流程框圖見附圖。五 系統(tǒng)調(diào)試：利用系統(tǒng)提供的調(diào)試工具實現(xiàn)所需要的功能。具體程序可以參考教材中的例子(實驗Y2與Y3)。無設(shè)置功能的程序流程框圖：入口開始動態(tài)顯示處理TCT+1時鐘初始化TCT>=200？定時器初始化SCT+1,TCT=0原地踏步（停機）SCT>=60？MCT+1,SCT=0MCT>=60？MCT=0返回程序中的一些細節(jié)需要仔細分析和調(diào)試。程序的功能越多，發(fā)生問題（bug）的幾率也越高，因此需要通過調(diào)試發(fā)現(xiàn)和解決問題（Debug）。開始增加設(shè)置功能的程序流

19、程框圖：時鐘初始化定時器初始化鍵按下？鍵抖動處理設(shè)置？設(shè)置切換為了實現(xiàn)時鐘設(shè)置功能，需要設(shè)置若干標(biāo)志：設(shè)置/運行標(biāo)志，分/秒設(shè)置標(biāo)志，分/秒切換？切換操作以及閃爍顯示的標(biāo)志（位變量set,ms,df）為了簡化程序設(shè)計，在定時中斷服務(wù)程序增量？中利用設(shè)置/運行標(biāo)志實現(xiàn)分支處理。增量操作當(dāng)該標(biāo)志為0時，進行正常的時鐘計數(shù)處理。減量？當(dāng)該標(biāo)志為1時，利用原來的5毫秒計數(shù)器實現(xiàn)0.5秒閃爍處理。減量操作入口中斷服務(wù)程序流程框圖如下：動態(tài)顯示處理設(shè)置？設(shè)置閃爍顯示正常時鐘顯示TCT+1TCT=0，切換dfTCT+1TCT>=200？TCT>=100？返回SCT+1,TCT=0分/秒？MCT+

20、1,SCT=0SCT>=60？df=1?df=1?分消隱MCT=0MCT>=60？秒消隱分顯示秒顯示返回單片機應(yīng)用系統(tǒng)軟件的開發(fā)過程與工具單片機應(yīng)用系統(tǒng)軟件的開發(fā)過程大致如下：1. 編寫程序，排除語法錯誤。2. 純軟件調(diào)試（無需仿真器）。3. 與硬件聯(lián)合調(diào)試（需要仿真器）。4. 將程序?qū)懭隒PU。5. 獨立運行測試。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試需要一些開發(fā)環(huán)境與工具的支持，如下圖所示。開發(fā)工作站人機交互設(shè)備調(diào)試工具(仿真器)目標(biāo)板其中，目標(biāo)板就是用戶所設(shè)計的完整的單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路板。用戶在開發(fā)工作站上完成程序的編輯、編譯、軟件仿真等工作，然后將程序下載到調(diào)試工具內(nèi)，由調(diào)試工具操縱目標(biāo)

21、板運行程序。同時將有關(guān)的運行信息傳送到開發(fā)工作站，使用戶能夠看到有關(guān)的運行結(jié)果。經(jīng)過反復(fù)交互，完成DEBUG的過程。調(diào)試工具（仿真器）有低檔簡易型和高檔完整型之分。前者需要占用目標(biāo)板的部分資源，且一般無法對單片機的所有內(nèi)部功能模塊進行完整的仿真。后者則不占用目標(biāo)板的任何資源，且能夠?qū)纹瑱C的運行是實現(xiàn)完整的仿真。正因為如此，后者的成本也要高得多。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進步，許多微處理器已經(jīng)具有了ISP（In System Programming）的功能。在這個功能的支持下，配合一定的軟件，可以使一些微處理器具備簡單仿真器的功能。在這樣的系統(tǒng)中，可以不使用專用的調(diào)試工具完成一般系統(tǒng)的調(diào)試。我

22、們所設(shè)計的單片機實驗系統(tǒng)就是這樣的一個裝置。目標(biāo)板單片機在這個系統(tǒng)中，在單片機的內(nèi)部事先已經(jīng)駐留了一個監(jiān)控軟件（Monitor）。這個監(jiān)控軟件能夠通過通信接口與上級計算機進行通信，接收上級計算機發(fā)出的命令與數(shù)據(jù)（程序），并將單片機中的有關(guān)信息傳送回來。這個監(jiān)控軟件需要占用單片機的存儲器空間，并占用單片機的某些內(nèi)部資源：程序ROM：BLOCK1的0000-0FFFH；BLOCK0的FC00-FFFFH；內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM：8字節(jié)堆棧空間。串行通訊接口SPI及定時器T2。SST系列單片機所具有的看門狗和軟件復(fù)位功能。大家在理解了這個應(yīng)用系統(tǒng)的工作原理后，就應(yīng)該明白一些簡單的操作規(guī)程：在調(diào)試狀態(tài)時必須保

23、證目標(biāo)板的供電與聯(lián)機正常；程序連續(xù)運行時不能在上級計算機上停止程序的運行；等等。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)設(shè)置程序設(shè)計智能化測控系統(tǒng)經(jīng)常需要設(shè)置一些參數(shù)，例如前面的數(shù)字時鐘就需要設(shè)置時間和日期、鬧鐘等。參數(shù)的設(shè)置是通過人機接口實現(xiàn)的，顯示器件為數(shù)碼管或液晶屏。為了減少操作按鍵的數(shù)量，通常采用按鍵復(fù)用以及增量調(diào)整的方法。具體來說，不管多少個參數(shù)需要設(shè)置，通常情況下只要4個按鍵就可以實現(xiàn)。這4個按鍵的功能（名稱）為：設(shè)置/取消、確認/轉(zhuǎn)移、增量、減量。通過一些實例（例如變頻器）可以清楚地了解這4個按鍵是如何配合工作的。參數(shù)設(shè)置程序需要解決幾個方面的問題：第一，正確識別按鍵，包括消除按鍵抖動和重鍵，有時還要

24、識別組合鍵和超時未按鍵（空鍵）。同時，還要兼顧不同操作者的操作習(xí)慣（按鍵速度）。第二，不同的參數(shù)修改時有不同的上下限和缺省值。第三，要能夠快速修改參數(shù)，以便再短時間內(nèi)完成參數(shù)數(shù)值的大范圍變化修改。第四，重要的參數(shù)進入設(shè)置界面需要輸入密碼，參數(shù)修改完成后需要確認操作才能認可。鍵盤處理的程序設(shè)計要根據(jù)具體的應(yīng)用和要求進行。例如一個數(shù)字秒表，啟動和停止秒表的按鍵處理就完全可以由主程序完成，且無需消除抖動處理。前面的數(shù)字時鐘程序鍵盤的處理也比較簡單，可以在主程序中完成。但是由于牽涉到動態(tài)顯示，比較合理的處理方法是由主程序和中斷服務(wù)程序共同完成鍵盤處理的所有功能。而要實現(xiàn)象變頻器這樣復(fù)雜的功能，則需要仔

25、細規(guī)劃和分配主程序與中斷服務(wù)程序的功能，并進行仔細和全面的調(diào)試，才能避免出現(xiàn)不希望的結(jié)果。一基本要求設(shè)計一個參數(shù)設(shè)置功能的程序。參數(shù)號為0-9，每個參數(shù)的缺省參數(shù)值、上限與下限由表格給定（可以如下設(shè)置）。缺省值：為參數(shù)號乘以10+5：5,15,25，；參數(shù)上限：100，110，120，。參數(shù)下限：0，10,20,30，。主程序為數(shù)字時鐘程序。按下設(shè)置鍵后進入設(shè)置狀態(tài)，此時最左位顯示參數(shù)號（帶小數(shù)點），右邊三位顯示參數(shù)值。按下增量及減量鍵后參數(shù)號變化，相應(yīng)的參數(shù)值也隨即顯示出來。按下確認鍵后參數(shù)值閃爍，此時再按下增量及減量鍵則參數(shù)值改變。再次按下確認鍵后參數(shù)修改成功，參數(shù)值停止閃爍。若此時按下設(shè)

26、置鍵則參數(shù)不修改（取消修改），并返回原來的狀態(tài)（參數(shù)值不閃爍）。再次按下設(shè)置鍵則返回主程序（數(shù)字時鐘）。進一步的功能是實現(xiàn)參數(shù)值的快速修改。在參數(shù)值修改狀態(tài)下，按下增量及減量鍵超過2秒，參數(shù)值要能夠快速變化（連續(xù)加減），直至上限或下限。每次按鍵只要在2秒之內(nèi)，數(shù)值只能變化1。同時，若15秒未按鍵，則自動退出當(dāng)前狀態(tài)，直至返回主程序。再進一步，將參數(shù)號增加到0-99，參數(shù)值的范圍增加到4位數(shù)。進入?yún)?shù)設(shè)置時先顯示“Pr.+參數(shù)號”，按下確認鍵后再顯示參四位參數(shù)數(shù)值（閃爍）?？焖僭鰷p時各位數(shù)變化達到10后，十位數(shù)快速增減；再次達到10后，百位數(shù)快速增減；直至最高位。二系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這個程序的基本結(jié)構(gòu)與數(shù)

27、字時鐘基本相同，只是鍵盤處理需要利用中斷來實現(xiàn)（鍵盤掃描）?？紤]到人手的按鍵操作每秒鐘不會超過10次，因此鍵盤掃描的頻率可以確定為10Hz。兩次鍵盤掃描的間隔為100毫秒，這樣也就順便解決了消除按鍵抖動的問題。為了實現(xiàn)鍵盤掃描的所有功能，必須設(shè)置相應(yīng)的狀態(tài)與變量：1. 狀態(tài)標(biāo)志、指針：運行/設(shè)置/修改。2. 鍵盤處理的輸入與輸出變量，中間暫存變量3. 空鍵與長鍵的識別，必須增加相應(yīng)的鍵盤掃描計數(shù)器。4. 各個按鍵的代碼，空鍵與長鍵也有相應(yīng)的鍵值代碼。程序的設(shè)計分為定時器中斷與主程序兩個部分。鍵盤掃描與識別在中斷服務(wù)程序中完成，然后將鍵值代碼傳送給主程序。主程序根據(jù)鍵值代碼再進行相應(yīng)的操作與處理

28、，這樣兩者相互配合完成參數(shù)設(shè)置的功能。三程序框圖開始主程序流程框圖：時鐘初始化定時器初始化鍵操作？注意：此處是判斷中斷服務(wù)程序是否傳送過來鍵值信息，并非直接判斷按鍵。操作1鍵值1？鍵值2？操作2操作N鍵值N？以上僅僅是粗略的框圖，實際上每個操作還要根據(jù)情況再進行細化。注意在每個操作完成后必須將傳送鍵值的變量清除，否則會重復(fù)執(zhí)行操作。鍵盤掃描程序與動態(tài)顯示時鐘程序統(tǒng)一使用5毫秒的定時器中斷，在100毫秒時執(zhí)行鍵盤掃描即可。在程序中采用的符號定義如下：kin:鍵盤輸入變量，能夠表示所有按鍵狀態(tài)的數(shù)值。kout:鍵盤輸出變量，將識別后的鍵值傳送給主程序。ktmp:中間暫存變量。Kcnt:鍵盤掃描計數(shù)

29、器，用于空鍵與長鍵的識別。按鍵代碼如下：設(shè)置/取消：KSET，確認：KENT，增量：KINC，減量：KDEC，空鍵：KEMP。中斷服務(wù)程序流程框圖如下（僅表示出鍵盤掃描部分，需要仔細分析與理解）：鍵盤處理入口kin=空？無鍵按下YN有鍵按下ktmp=空？ktmp=空？YNY無按鍵Nktmp=kinkcnt=0kcnt+1kcnt+1鍵在2秒內(nèi)松開kout=ktmpktmp=空kcnt=0Kcnt>40?Kcnt>200?Kout=KEMPkcnt=0Y是否+/-?kout=KINC/KDEC;kcnt-1;鍵盤處理出口框圖中長鍵的處理只給出了增量鍵的處理，還有待完善。相應(yīng)的程序請同

30、學(xué)們自己編寫并進行調(diào)試?？焖偌訙p以及位切換的框圖及程序也請同學(xué)們自己完成，鼓勵自己創(chuàng)新！數(shù)據(jù)的掉電存儲 參數(shù)設(shè)置完成后一般都需要存儲在非易失性存儲器中，這種存儲器在掉電后也能長期保持數(shù)據(jù)不變。目前采用較多的是93系列和24系列的產(chǎn)品。1.從簡單的串行轉(zhuǎn)并行接口4094理解時序的概念和基本的編程方法。2.了解93C46的基本命令、時序的組成與編程方法。3.EEPROM的編程需要比較準(zhǔn)確的時序，并且一個操作要在規(guī)定的時間內(nèi)完成，否則芯片內(nèi)部會超時復(fù)位。4.24系列芯片的編程請參考教材。4094操作參考程序如下：void dpout(uchar cnt)uchark;STR=1;STR=1;/重復(fù)操

31、作，增加可靠性并延時for(k=0;k<8;k+)if(cnt&(0x80>>k)DTA=1;else DTA=0;CLK = 1;CLK = 1;CLK = 0;CLK = 0;STR=0;STR=0;關(guān)于單片機的I/O端口單片機的I/O端口用于數(shù)字量的輸入與輸出，但是由于單片機的引腳數(shù)量少，I/O端口都是功能復(fù)用的（即I/O端口有多種功能）。單片機的I/O端口有單向和雙向之分。大部分的I/O端口都是雙向口。而雙向口又分為真雙向口和準(zhǔn)雙向口。MCS-51系列的單片機都是準(zhǔn)雙向口（注意MCS-51單片機的教材中，對于P0口的描述容易造成理解錯誤）。所謂真雙向口與準(zhǔn)雙向

32、口的區(qū)別，僅僅是輸出電路的形式不同。真雙向口為雙管電路，而準(zhǔn)雙向口為單管電路。真雙向口在實用前，必須進行初始化定義。對于功能復(fù)用的引腳，先要定義功能，然后再定義輸入與輸出（例如微芯公司的單片機）。準(zhǔn)雙向口即可用于輸入，也可用于輸出，且在使用前一般無需定義。但是準(zhǔn)雙向口在用于輸入時必須先輸出1，這是由于準(zhǔn)雙向口的電路結(jié)構(gòu)造成的。準(zhǔn)雙向口在使用時要注意兩個問題。一是并聯(lián)問題，二是驅(qū)動能力問題。所謂并聯(lián)問題，是指在實際應(yīng)用中不同芯片的準(zhǔn)雙向口可以并聯(lián)。而并聯(lián)的結(jié)果是“與”的關(guān)系，即只要電路中有一個芯片輸出低電平，結(jié)果就為低電平。真雙向口與準(zhǔn)雙向口的驅(qū)動能力有很大的差異。真雙向口的高電平輸出驅(qū)動能力（

33、輸出電流）與低電平驅(qū)動能力（輸入電流）基本相同。而準(zhǔn)雙向口則不然，一般情況下，準(zhǔn)雙向口的高電平輸出驅(qū)動能力（輸出電流）遠遠低電平驅(qū)動能力（輸入電流）。準(zhǔn)雙向口的高電平驅(qū)動能力取決于上拉電阻，而一般情況下這個上拉電阻還是比較大的。MCS-51單片機的I/O端口高電平驅(qū)動能力只有幾毫安，而P0口則根本沒有上拉電阻。所以，用戶需要根據(jù)負載大小外接合適的上拉電阻。在許多實際應(yīng)用中，單片機的引腳都會與各種各樣的芯片連接。詳細了解單片機的引腳性能，對于硬件設(shè)計與軟件編程都是不可缺少的。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計溫度測量與控制系統(tǒng)一、溫度測量溫度測量與與控制在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中非常常見。典型的工業(yè)過程如冶金、化工、機

34、械、輕工等行業(yè)都有應(yīng)用。家用電器中如熱水器、空調(diào)、廚房用具中也具有此項功能。因此溫度測量與控制也成為教學(xué)中的典型內(nèi)容。溫度測量與控制需要有相應(yīng)的檢測元件與執(zhí)行元件，即傳感器與加熱器。傳統(tǒng)的檢測溫度傳感器有：1. 熱電偶。2. 熱敏電阻。3. 半導(dǎo)體溫度敏感元件。4. 遠紅外檢測。5. 特殊檢測器件。采用傳統(tǒng)溫度檢測元件需要對信號進行調(diào)理（放大、濾波、電平變換、A/D轉(zhuǎn)換）才能轉(zhuǎn)換為計算機能夠處理的數(shù)字信號。近年來，出現(xiàn)了一種新型的數(shù)字溫度傳感器。它是將半導(dǎo)體溫度傳感器、放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字調(diào)制與通信接口集成在一個芯片內(nèi)的高性能器件，大大簡化了應(yīng)用電路，因此在實際應(yīng)用中獲得非常廣泛的應(yīng)用

35、。典型的器件就是DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20。DS18B20的應(yīng)用實例已經(jīng)很多，可以從各種途徑找到單片機與DS18B20的接口程序。一旦完成了溫度的測量，接下來就是如何實現(xiàn)溫度控制的問題了。溫度的控制有各種不同的方法，執(zhí)行元件也有不同，其中最為常見的就是電加熱。二、電加熱溫度控制電加熱通過控制電流的大小來實現(xiàn)加熱量的控制。電加熱使用的電源也有幾種不同的種類：直流電源、交流電源和中頻電源。電加熱也有各種不同的控制方法，簡單歸納如下：1. 開關(guān)控制。2. 周波數(shù)控制。3. 導(dǎo)通角控制。4. PWM控制。前兩種屬于間斷控制，后兩種屬于連續(xù)控制。開關(guān)控制是最為簡單的控制形式：當(dāng)溫度低于設(shè)定值時

36、，接通開關(guān)開始加熱；當(dāng)溫度高于設(shè)定值時，斷開開關(guān)停止加熱。系統(tǒng)會通過自然散熱降溫。大多數(shù)家用電器的溫度控制都是采用這種控制形式（冰箱、空調(diào)等）。控制元件甚至可以采用簡單的雙金屬片即可實現(xiàn)。周波控制是在使用交流電源加熱時的一種控制方式，通過控制電源接通的周波數(shù)來實現(xiàn)溫度的控制。這是由于控制交流電的控制元件可以采用雙向可控硅，而可控硅一旦導(dǎo)通就不能自己關(guān)斷，必須靠交流電的過零點關(guān)斷。為了減少電源導(dǎo)通時的沖擊，采用過零點觸發(fā)，因此交流電源的導(dǎo)通時間就是電源周期的整數(shù)倍。由于溫度系統(tǒng)是大慣性系統(tǒng)，采用周波數(shù)控制能夠?qū)崿F(xiàn)對于溫度的高精度控制，在工業(yè)生產(chǎn)中很實用（采用固態(tài)繼電器作為控制元件）。導(dǎo)通角控制是

37、采用可控硅控制交流電源導(dǎo)通的角度來調(diào)節(jié)平均電流的大小。在電工學(xué)、電力電子技術(shù)等課程中已經(jīng)有詳細的介紹。導(dǎo)通角控制技術(shù)已經(jīng)很成熟，只是在實際應(yīng)用中容易造成對于電網(wǎng)的諧波干擾，因此今后的應(yīng)用會越來越受到限制。PWM控制是近年來發(fā)展起來的一種新型控制技術(shù)。PWM控制的原理雖然早就有，但是由于控制器件的原因一直沒有大規(guī)模的應(yīng)用。隨著新型電力電子技術(shù)與工藝的發(fā)展，出現(xiàn)了適合PWM控制的新型器件：VMOS、IGBT、GTO等等。這使得PWM技術(shù)的應(yīng)用得以迅速發(fā)展。采用PWM技術(shù)的優(yōu)點是非常明顯的，效率高、控制容易、減少諧波污染等。目前幾乎所有的電力控制系統(tǒng)都盡可能地使用了PWM控制技術(shù)，典型的產(chǎn)品如變頻器

38、、開關(guān)電源等。三、單片機實現(xiàn)PWM控制的方法由于PWM控制的優(yōu)越性，目前很多單片機都具有PWM控制的功能模塊。各種單片機實現(xiàn)PWM控制的原理基本相同，但是在具體編程時會有比較大的差別，必須遵循各自的使用規(guī)定。對于沒有PWM控制功能的單片機，也可以利用軟件和現(xiàn)有的功能模塊實現(xiàn)PWM控制的功能。具體來說由兩種方法：方法一：利用軟件實現(xiàn)PWM功能。先設(shè)置一個軟件計數(shù)器counter，然后編程以一定的速率使counter增量（達到最大后自動歸零，相當(dāng)于輸出一個鋸齒波）。每次完成增量后即將counter的數(shù)值與給定的PWM值進行比較，如果counter大于PWM則輸出低電平，反之則輸出高電平。這樣PWM

39、的數(shù)值越大，輸出高電平的時間就越長。增量的定時可以用軟件實現(xiàn)，也可以用中斷實現(xiàn)。PWM值計數(shù)器PWM輸出信號方法二：利用定時器實現(xiàn)PWM功能。方法一所實現(xiàn)的PWM功能有一個缺點，就是過多占用了計算機的資源，且PWM的載波頻率較低。為此可以采用定時器中斷來產(chǎn)生高效率的PWM信號。對于MCS-51系列的單片機，具體做法是將定時器設(shè)置為方式1并產(chǎn)生中斷，每次中斷時切換輸出信號的電平狀態(tài)，并確定到下一次中斷所需要的定時時間。例如，單片機以1KHz的載波頻率輸出PWM信號，設(shè)單片機的時鐘頻率為12MHz，則可以計算出對于50%占空比的PWM信號，每次定時器中斷的間隔為500微秒，則應(yīng)該裝入的計數(shù)器初值為

40、65536-500 = 65036。如果占空比為10%，則PWM信號輸出高電平的持續(xù)時間為100微秒，相應(yīng)的計數(shù)器初值為65536-100 = 65436。輸出低電平的持續(xù)時間為900微秒，相應(yīng)的計數(shù)器初值為65536-900 = 64636。這樣就能夠根據(jù)給定的PWM值（或占空比0-100）輸出相應(yīng)的PWM信號了。實現(xiàn)這個功能的程序非常簡單，學(xué)生應(yīng)該可以自己完成。四、溫度控制的控制算法由于溫度系統(tǒng)是大慣性系統(tǒng)，有時還會有明顯的滯后現(xiàn)象（純延時），因此在控制理論與實踐中成為一個專門的研究內(nèi)容。目前對于溫度控制系統(tǒng)的控制算法有很多，具有代表性的有：開關(guān)控制、PID控制、Dahlin算法和Smit

41、h預(yù)估控制算法。溫度自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：各種形式的控制器對象輸入（設(shè)定）euy 輸出-傳感器負反饋1. 開關(guān)控制。前面講過開關(guān)控制是最為簡單的控制形式，在對精度要求不高的應(yīng)用中還是可以使用的。此時溫度的變化是震蕩形式的，即溫度在設(shè)置的溫度點附近形成震蕩。如果震蕩很頻繁，會對開關(guān)元件的觸頭造成損害，使其壽命大幅縮減。為此需要加入滯環(huán)（類似施密特觸發(fā)器）。2. PID控制算法與參數(shù)整定。在工程實際中，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)。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

42、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，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(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、微分計算出控制量進行控制的。PID自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖：PID控制器對象輸入（設(shè)定）euy 輸出-傳感器負反饋實際系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該如下圖(有干擾)：干擾對象PID控制器傳感器輸入（設(shè)定）e u +y 實際輸出-負反饋傳感器輸出

43、為簡化可以假設(shè)傳感器的輸出與實際溫度是相同的，即傳感器的傳遞函數(shù)是1。PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系為：u(t)=Kp(e(t)+1/TIe(t)dt+TD*de(t)/dt)式中積分的上下限分別是0和t，因此它的傳遞函數(shù)為：G(s)=U(s)/E(s)=Kp(1+1/(TI*s)+TD*s)其中Kp為比例系數(shù)； TI為積分時間常數(shù)； TD為微分時間常數(shù)。PID是以它的三種糾正算法而命名的，這三種算法是：比例- 控制當(dāng)前，誤差值和一個負常數(shù)P（表示比例）相乘，然后和預(yù)定的值相加。P只是在控制器的輸出和系統(tǒng)的誤差成比例的時候成

44、立。比如說，一個電熱器的控制器的比例尺范圍是10°C，它的預(yù)定值是20°C。那么它在10°C的時候會輸出100%，在15°C的時候會輸出50%，在19°C的時候輸出10，注意在誤差是0的時候，控制器的輸出也是0。積分 - 控制過去，誤差值是過去一段時間的誤差和，然后乘以一個負常數(shù)I，然后和預(yù)定值相加。I從過去的平均誤差值來找到系統(tǒng)的輸出結(jié)果和預(yù)定值的平均誤差。一個簡單的比例系統(tǒng)會振蕩，會在預(yù)定值的附近來回變化，因為系統(tǒng)無法消除多余的糾正。通過加上一個負的平均誤差比例值，平均的系統(tǒng)誤差值就會總是減少。所以，最終這個PID回路系統(tǒng)會在預(yù)定值定下來。

45、導(dǎo)數(shù) - 控制將來，計算誤差的一階導(dǎo)數(shù)，并和一個負常數(shù)D相乘，最后和預(yù)定值相加。這個導(dǎo)數(shù)的控制會對系統(tǒng)的改變作出反應(yīng)。導(dǎo)數(shù)的結(jié)果越大，那么控制系統(tǒng)就對輸出結(jié)果作出更快速的反應(yīng)。這個D參數(shù)也是PID被稱為可預(yù)測的控制器的原因。D參數(shù)對減少控制器短期的改變很有幫助。一些實際中的速度緩慢的系統(tǒng)可以不需要D參數(shù)。用更專業(yè)的話來講，一個PID控制器可以被稱作一個在頻域系統(tǒng)的濾波器。這一點在計算它是否會最終達到穩(wěn)定時很有用。如果數(shù)值挑選不當(dāng)，控制系統(tǒng)的輸入值會反復(fù)振蕩，這導(dǎo)致系統(tǒng)可能永遠無法達到預(yù)設(shè)值（例如比例系數(shù)太大時就是如此，用自動控制的術(shù)語來說就是不穩(wěn)定）。PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心

46、內(nèi)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：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。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，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際

47、運行中進行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行 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（一般為對象純延時時間的十分之一以下）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)Ks和臨界振蕩周期Tk；(3)選擇控制度。所謂控制度就是以模擬調(diào)節(jié)器為基準(zhǔn)，用數(shù)字控制器進行控制的控制效果。例如，當(dāng)控制度為1時，就是指數(shù)字控制器與模擬控制器的控制效果一樣；控制度為2時，則數(shù)字控制器的控制效果僅為模擬控制器的一半。(4)在一定的控制度下通過查表得到PID控制器的參數(shù)。控制度控制規(guī)律TKpTiTd1.05PI

48、0.03 Tk0.53/Ks0.88 TkPID0.014 Tk0.63/Ks0.49 Tk0.14 Tk1.2PI0.05 Tk0.49/Ks0.91 TkPID0.043 Tk0.47/Ks0.47 Tk0.16 Tk1.5PI0.14 Tk0.42/Ks0.99 TkPID0.09 Tk0.34/Ks0.43 Tk0.20 Tk2.0PI0.22 Tk0.36/Ks1.05 TkPID0.16 Tk0.27/Ks0.40 Tk0.22 Tk*Kp所對應(yīng)的應(yīng)該是控制量的大小（PWM占空比0-100%）。在實際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個經(jīng)驗值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。對于溫度系統(tǒng)：P（%）20

49、-60，I（分）3-10，D（分）0.53對于流量系統(tǒng)：P（%）40-100，I（分）0.11對于壓力系統(tǒng)：P（%）30-70，I（分）0.43對于液位系統(tǒng)：P（%）20-80，I（分）15在編寫PID控制程序時，還要對控制問題進行具體分析，確定具體的控制過程和數(shù)據(jù)范圍。對于我們所控制的溫度系統(tǒng)，實際上要分為三段進行控制：全開；溫度低于規(guī)定值u = PWM(PID)控制；溫度低于設(shè)定值，但在規(guī)定值內(nèi)關(guān)閉；高于設(shè)定值，自然降溫上面所說的規(guī)定值是根據(jù)具體應(yīng)用和實際經(jīng)驗設(shè)計的。例如我們可以在溫度低于設(shè)定值5度的范圍內(nèi)進行PID控制。低于設(shè)定值5度以下時直接進行全開控制。在具體實施PID控制時還有所謂

50、的位置型和增量型算法。兩者在本質(zhì)上是相同的，只是在實際應(yīng)用時，增量法的計算量?。ú挥糜嬎憷奂雍停?，抗干擾能力強，因此更為實用。位置型算法：增量型算法：在編寫控制程序時要先進行數(shù)據(jù)核算。數(shù)據(jù)核算的目的在于根據(jù)實際的傳感器輸出數(shù)據(jù)范圍確定合理的控制比例系數(shù)，以使系統(tǒng)在最大誤差時正好能夠具有最大的控制輸出。例如，我們?nèi)绻?guī)定在溫度低于設(shè)定值5度的范圍內(nèi)進行PID控制，則最大的溫度誤差就是5。但是如果我們要求控制精度達到0.1度，則溫度值也應(yīng)該取1位小數(shù)。這樣最大溫度誤差值就是50（注意在單片機中盡量不使用浮點數(shù)）。如果比例控制的系數(shù)取值范圍為0-100，則最大的計算控制量就可達5000。如果PWM控

51、制量的取值范圍為0-255（這樣便于增量操作），則在程序中就需要將計算控制量除以5000/255=19.6，然后再作為PWM控制量輸出。對于微分控制和積分控制，也需要采用同樣的方法。由于微分，特別是積分容易出現(xiàn)飽和，在實際處理時還必須進行限幅處理。在實際應(yīng)用中會有3個計算控制量，即比例控制量、微分控制量和積分控制量。這三個量可以相互疊加（同號），也可以相互抵消（異號）。為了避免出現(xiàn)超過最大允許值的情形出現(xiàn)，通常要對最后的計算輸出量再進行限幅處理。最后，首次進入PID控制時需要對有關(guān)變量（累加和、前次誤差值）進行初始化，一般情況下是清零。由于我們進行的是單邊控制，一旦溫度達到設(shè)定值就關(guān)閉加熱電源。溫度降低后再次啟動PID控制時也需要重新進行初始化（此處保留以前的數(shù)據(jù)是不合理的）。例題：設(shè)定溫度為60度，T=0.2秒，Kp=0.47，Ti=2.35秒，Td=0.8秒。對于如下的采樣數(shù)據(jù)序列，計算采用增量型PID控制算法的控制輸出序列。解題：先計算系數(shù)Q0=4.81，Q1=8.44和Q2=3.72，再計算控制量增量。序列k0123456789采樣s55.656.056.256.656.957.257.758.258.859.6誤差e4440383431282318124u212-1787u=u0+312134141其中誤差放大了10倍，最后一行的控制輸出