第11章微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第10章微型機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)前言10.1微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟

10.2微型計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)裝箱系統(tǒng)

10.3

智能型FR1151壓力變送器10.4加熱爐溫度控制系統(tǒng)

通過(guò)前面各章的學(xué)習(xí)，已經(jīng)掌握了微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)I/O接口的擴(kuò)展方法，模擬量輸入/輸出通道的設(shè)計(jì)，常用控制程序的設(shè)計(jì)方法，數(shù)據(jù)處理及非線性補(bǔ)償技術(shù)，PID控制器以及模糊控制方法等。它們是設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)硬件及軟件的基礎(chǔ)。有了這些基礎(chǔ)以后，就可以進(jìn)行微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第10章微型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)微機(jī)控制技術(shù)第10章微型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)10.1微型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及步驟10.2微型計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)裝箱系統(tǒng)10.3智能型FR1151壓力變送器10.4加熱爐溫度控制系統(tǒng)10.1微型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及步驟微型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。包括系統(tǒng)的要求、控制方案的選擇，以及工藝參數(shù)的測(cè)量范圍等；

（2）選擇各參數(shù)檢測(cè)元件及變送器；（3）建立數(shù)學(xué)模型及確定控制算法；

（4）選擇微型機(jī)，并決定是自行設(shè)計(jì)還是購(gòu)買(mǎi)成套設(shè)備；

微機(jī)控制技術(shù)10.1微型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及步驟

（5）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，包括接口電路、邏輯電路及操作面板；

（6）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，包括管理、監(jiān)控程序以及應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)；

（7）系統(tǒng)的調(diào)試及實(shí)驗(yàn)。

微機(jī)控制技術(shù)10.1微型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及步驟10.1.1控制系統(tǒng)總體方案的確定10.1.2微型計(jì)算機(jī)及接口的選擇10.1.3控制算法的選擇10.1.4控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)10.1.5控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)10.1.6Proteus虛擬軟件的應(yīng)用10.1.1控制系統(tǒng)總體方案的確定確定微型機(jī)控制系統(tǒng)總體方案，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要、最關(guān)鍵的一步?？傮w方案好壞，直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的投資、調(diào)節(jié)品質(zhì)及實(shí)施細(xì)則?？傮w方案的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)被控對(duì)象的工藝要求確定。微機(jī)控制技術(shù)10.1.1控制系統(tǒng)總體方案的確定1.確定控制系統(tǒng)方案 根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)，或者是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。如果是閉環(huán)控制系統(tǒng)，則還要求確定整個(gè)系統(tǒng)采用直接數(shù)字控制（DDC），還是采用計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制（SCC），或者采用分布式控制。微機(jī)控制技術(shù)10.1.1控制系統(tǒng)總體方案的確定2.選擇檢測(cè)元件在確定方案的同時(shí)，必須選擇好被測(cè)參數(shù)的測(cè)量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的首要因素。測(cè)量各種參數(shù)的傳感器，如溫度、流量、壓力、液位、成分、位移、重量、速度等，種類(lèi)繁多，規(guī)格各異，因此，需要正確地選擇測(cè)量元件。微機(jī)控制技術(shù)10.1.1控制系統(tǒng)總體方案的確定3.選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是微型計(jì)算機(jī)控制的重要組成部件。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇一方面要與控制算法匹配，另一方面要根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際情況決定。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有以下4種。微機(jī)控制技術(shù)10.1.1控制系統(tǒng)總體方案的確定

(1)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 具有響應(yīng)速度快，與計(jì)算機(jī)接口容易等優(yōu)點(diǎn)，因而成為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如DKJ或DKZ電動(dòng)執(zhí)行器，專(zhuān)門(mén)用來(lái)把輸入的4～20mA直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的轉(zhuǎn)角位移或線位移，以帶動(dòng)風(fēng)門(mén)、擋板、閥門(mén)等動(dòng)作，從而完成自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)。微機(jī)控制技術(shù)10.1.1控制系統(tǒng)總體方案的確定(2)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，使用可靠，維護(hù)容易，防火防爆等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于石油、冶金、電力系統(tǒng)中。 如ZPD-01電氣閥門(mén)定位器，將4～20mA的直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0.02～0.1MPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，從而使閥門(mén)位置能按調(diào)節(jié)信號(hào)實(shí)現(xiàn)正確定位。微機(jī)控制技術(shù)10.1.1控制系統(tǒng)總體方案的確定

(3)由于步進(jìn)電機(jī)可以直接接受數(shù)字量，而且具有速度快，精度高等優(yōu)點(diǎn)。所以，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，用步進(jìn)電機(jī)做執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)逐年增加。如數(shù)控機(jī)床、X-Y記錄儀、高射炮自動(dòng)跟蹤、電子望遠(yuǎn)鏡和大型電子顯微鏡、旋轉(zhuǎn)變壓器、多圈電位器等，都采用步進(jìn)電機(jī)。微機(jī)控制技術(shù)10.1.1控制系統(tǒng)總體方案的確定(4)液壓伺服機(jī)構(gòu)（如油缸和油電機(jī)）將油液的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：①能方便地進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速；②單位重量的輸出功率大，結(jié)構(gòu)緊湊，慣性小，且能傳送大扭矩和較大的推力；③控制和調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、方便、省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和過(guò)載保護(hù)。微機(jī)控制技術(shù)10.1.1控制系統(tǒng)總體方案的確定4.選擇輸入/輸出通道及外圍設(shè)備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)過(guò)程通道通常應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象參數(shù)的多少來(lái)確定，并根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模及要求，配以適當(dāng)?shù)耐鈬O(shè)備，如打印機(jī)、CRT、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、繪圖儀、CDROM等。

微機(jī)控制技術(shù)10.1.1控制系統(tǒng)總體方案的確定5.畫(huà)出整個(gè)系統(tǒng)原理圖前面四部完成以后，結(jié)合工業(yè)流程圖，最后要畫(huà)出一個(gè)完整的控制系統(tǒng)原理圖，其中包括各種傳感器、變送器、外圍設(shè)備、輸入/輸出通道及微型計(jì)算機(jī)。 它是整個(gè)系統(tǒng)的總圖，要求簡(jiǎn)單、清晰、明了。微機(jī)控制技術(shù)10.1.1控制系統(tǒng)總體方案的確定 需要說(shuō)明的是，在確定系統(tǒng)總體方案時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的軟件、硬件功能要做統(tǒng)一的綜合考慮。因?yàn)橐环N功能往往既能由硬件實(shí)現(xiàn)，也可用軟件實(shí)現(xiàn)。到底采用什么方式比較合適，要根據(jù)實(shí)時(shí)性要求及整個(gè)系統(tǒng)的性能/價(jià)格比，加以綜合平衡后確定。一般而言，使用硬件完成速度比較快，可節(jié)省CPU的機(jī)時(shí)，但系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且價(jià)格比較貴。用軟件實(shí)現(xiàn)則比較經(jīng)濟(jì)，但要占用更多的機(jī)時(shí)。微機(jī)控制技術(shù)10.1.1控制系統(tǒng)總體方案的確定 一般的原則是，在機(jī)時(shí)允許的情況下，盡量采用軟件。如果系統(tǒng)控制回路比較多，或者某些軟件設(shè)計(jì)比較困難時(shí)，則可考慮用硬件完成?？傊?，一個(gè)控制系統(tǒng)中，哪些部分用硬件實(shí)現(xiàn)，哪些部件用軟件完成，都要根據(jù)具體情況反復(fù)進(jìn)行分析、比較后確定。 在確定系統(tǒng)的總體方案時(shí)，要與搞工藝的部門(mén)互相配合，并征求現(xiàn)場(chǎng)操作人員的意見(jiàn)后再行設(shè)計(jì)。微機(jī)控制技術(shù)10.1.2微型機(jī)及接口的選擇在總體方案確定之后，首要的任務(wù)是選擇一臺(tái)合適的微型機(jī)。正如第一章所講的，微型機(jī)的種類(lèi)繁多，選擇合適的微型機(jī)是微型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。微型機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常有兩種作法。

選用現(xiàn)成的微型機(jī)系統(tǒng)微機(jī)控制技術(shù)10.1.2微型機(jī)及接口的選擇（1）工業(yè)控制機(jī) 如果系統(tǒng)的任務(wù)比較大，需要的外設(shè)比較多，如打印機(jī)、CRT等，而且設(shè)計(jì)時(shí)間要求比較緊，不妨選用一臺(tái)現(xiàn)成的工業(yè)控制機(jī)，如工業(yè)PC、STD總線工業(yè)控制機(jī)等。這些機(jī)器不僅提供了具有多種裝置的主機(jī)系統(tǒng)板，而且還配備了各種接口板，如多通道模擬量輸入/輸出板，開(kāi)關(guān)量輸入/輸出板，CRT圖形顯示板，擴(kuò)展用RS-232-C，RS-422和RS-485總線接口板，EPROM智能編程板等。微機(jī)控制技術(shù)10.1.2微型機(jī)及接口的選擇 這些系統(tǒng)模塊一般采用PC總線和STD總線。它們具有很強(qiáng)的硬件功能和靈活的I/O擴(kuò)展能力，不但可以構(gòu)成獨(dú)立的工業(yè)控制機(jī)，而且具有較強(qiáng)的開(kāi)發(fā)能力。這些機(jī)器不僅可使用匯編語(yǔ)言，而且可使用高級(jí)語(yǔ)言，如BASIC語(yǔ)言、C語(yǔ)言等。在工業(yè)PC中，還配有專(zhuān)用的組合軟件，給微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的方便。微機(jī)控制技術(shù)10.1.2微型機(jī)及接口的選擇（2）單片機(jī)系統(tǒng) 目前，有一些由單片機(jī)組成的小系統(tǒng)可供選擇。它們大都具有單片機(jī)、存儲(chǔ)器及I/O接口、LED顯示器和小鍵盤(pán)，通常使用匯編語(yǔ)言，再配以各類(lèi)I/O接口板，即可組成簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)。 這種機(jī)器的特點(diǎn)是價(jià)格便宜，常用于小系統(tǒng)或順序控制系統(tǒng)。

微機(jī)控制技術(shù)10.1.2微型機(jī)及接口的選擇2.利用單片機(jī)芯片自行設(shè)計(jì)選擇合適的單片機(jī)芯片，針對(duì)被控對(duì)象的具體任務(wù)，自行開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng),是目前微型機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的方法。這種方法具有針對(duì)性強(qiáng)、投資少、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、靈活等特點(diǎn)。特別是對(duì)于批量生產(chǎn)，更有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。微機(jī)控制技術(shù)10.1.3控制算法的選擇當(dāng)控制系統(tǒng)的總體方案及機(jī)型選定之后，采用什么樣的控制算法才能使系統(tǒng)達(dá)到要求，這是非常關(guān)鍵的問(wèn)題。微機(jī)控制技術(shù)10.1.3控制算法的選擇1.直接數(shù)字控制 當(dāng)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型能夠確定時(shí)，可采用直接數(shù)字控制，如最少拍隨動(dòng)系統(tǒng)，最少拍無(wú)波紋系統(tǒng)，以及大林算法等；設(shè)計(jì)數(shù)字控制器，并求出差分方程。計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)就是按此差分方程計(jì)算出控制量，并輸出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制。微機(jī)控制技術(shù)10.1.3控制算法的選擇2.數(shù)字化PID控制 由于被控對(duì)象是復(fù)雜的，因此并非所有的系統(tǒng)均可求出數(shù)學(xué)模型；有些即使可以求出來(lái)，但由于被控對(duì)象環(huán)境的影響，許多參數(shù)經(jīng)常變化，因此很難進(jìn)行直接數(shù)字控制。此時(shí)最好選用數(shù)字化PID控制。在PID控制算法中，以位置型和增量型兩種PID為基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)的要求，可對(duì)PID控制進(jìn)行必要的改進(jìn)。通過(guò)各種組合，可以得到更圓滿的控制系統(tǒng)，以滿足各種不同控制系統(tǒng)的要求。微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 盡管微型計(jì)算機(jī)集成度高，內(nèi)部包含I/O控制線、ROM、RAM和定時(shí)器，但在組成控制系統(tǒng)時(shí)，擴(kuò)展接口仍是設(shè)計(jì)者經(jīng)常遇到的任務(wù)。擴(kuò)展接口有兩種方案：一種是購(gòu)置成品接口板，如A/D轉(zhuǎn)換接口板、D/A轉(zhuǎn)換接口板、開(kāi)關(guān)量I/O接口板（帶光電隔離器或不帶光電隔離器）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘板、步進(jìn)電機(jī)控制板、可控硅控制板等。擴(kuò)展的接口板數(shù)量及品種視系統(tǒng)而論。這主要適用于工業(yè)PC和STD總線工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)。另一種方案是根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要，選用合適的芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，這主要包括以下幾方面的內(nèi)容。微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1.存儲(chǔ)器擴(kuò)展微型機(jī)系統(tǒng)要擴(kuò)展的存儲(chǔ)器主要有用來(lái)存放程序的EPROM，存放數(shù)據(jù)的E2PROM，存放隨機(jī)采樣數(shù)據(jù)的RAM。用戶(hù)可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.模擬量輸入通道的擴(kuò)展模擬量輸入通道的擴(kuò)展主要有下面兩個(gè)問(wèn)題。（1）數(shù)據(jù)采集通道的結(jié)構(gòu)形式一般微型機(jī)控制系統(tǒng)是多通道系統(tǒng)。因此，選用何種結(jié)構(gòu)形式采集數(shù)據(jù)，是進(jìn)行模擬量輸入通道設(shè)計(jì)首先要考慮的問(wèn)題。多數(shù)系統(tǒng)都采用共享A/D和S/H形式，如圖10-2所示。微機(jī)控制技術(shù)

圖10-2分時(shí)采樣、分時(shí)轉(zhuǎn)換型多路模擬量輸入通道微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在這一系統(tǒng)中，被測(cè)參數(shù)經(jīng)多路開(kāi)關(guān)一個(gè)一個(gè)地被切換到S/H和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。由于各參數(shù)是串行輸入的，所以轉(zhuǎn)換時(shí)間比較長(zhǎng)，但它最大的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件開(kāi)銷(xiāo)，這是目前微型機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種模擬量輸入通道結(jié)構(gòu)形式。但是，當(dāng)被測(cè)參數(shù)為幾個(gè)相關(guān)量時(shí)，則需選用多路S/H，共享A/D形式，如圖10-3所示，微機(jī)控制技術(shù)

圖10-3同時(shí)采樣、分時(shí)轉(zhuǎn)換型多路模擬量輸入通道微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)該電路與圖10-2相比，每個(gè)模擬量輸入通道增加一個(gè)S/H，其目的是可以采樣同一時(shí)刻的各個(gè)參數(shù)，以便進(jìn)行比較。微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)(2)

A/D轉(zhuǎn)換器的選擇設(shè)計(jì)時(shí)一定要根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際要求選擇A/D轉(zhuǎn)換器。在滿足系統(tǒng)要求的前提下，盡量選用位數(shù)比較低的A/D轉(zhuǎn)換器。微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.輸出通道的擴(kuò)展模擬量輸出通道是微型機(jī)控制系統(tǒng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)（或控制設(shè)備）連接的紐帶和橋梁。設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)被控對(duì)象的通道數(shù)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類(lèi)型進(jìn)行選擇。對(duì)于那些可直接接受數(shù)字量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可由微型機(jī)直接輸出數(shù)字量，如步進(jìn)電機(jī)或開(kāi)關(guān)、繼電器系統(tǒng)等。微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 對(duì)于那些需要接收模擬量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電動(dòng)、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓伺服機(jī)構(gòu)閥等），則需要用D/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)字量變成模擬量后，再帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。和輸入通道一樣，輸出通道的設(shè)計(jì)也有兩個(gè)方面的問(wèn)題需要考慮。微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（1）輸出通道的連接方式模擬量輸出通道除了可靠性和精度外，還必須使輸出具有保持功能，以保證被控對(duì)象可靠地工作。保持器的主要作用是在新的信號(hào)到來(lái)之前，使本次控制信號(hào)保持不變。保持器有兩種，一種是數(shù)字保持器(鎖存器），一種是模擬保持器。因此，模擬量輸出通道有兩種結(jié)構(gòu)形式。微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

①每個(gè)通道設(shè)置一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器形式這種結(jié)構(gòu)形式，如圖10-4所示。在圖10-4中，每一個(gè)通道設(shè)置一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，這是一種數(shù)字保持的方案。其優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、速度快，即使某一路出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響其他通路的工作。但它使用D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)量較多。微機(jī)控制技術(shù)圖10-4每通道一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器原理框圖微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

②多通道共享D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)形式此種結(jié)構(gòu)形式，如圖10-5所示。在這種結(jié)構(gòu)中，由于共用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，各通道必須分時(shí)進(jìn)行工作，因而必須在每一個(gè)通道加上一個(gè)采樣/保持器。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是可節(jié)省價(jià)格比較昂貴的D/A轉(zhuǎn)換器，但實(shí)時(shí)性及可靠性比較差，所以只適用于通道數(shù)比較少且轉(zhuǎn)換速度要求不太高的場(chǎng)合，或者采用高精度D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)。微機(jī)控制技術(shù)圖10-5多通道共享D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)形式原理圖微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（2）D/A轉(zhuǎn)換器的選擇當(dāng)系統(tǒng)中D/A轉(zhuǎn)換器的輸出只作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)時(shí)，相對(duì)來(lái)講，精度要求不高，所以一般選用8位D/A轉(zhuǎn)換器即可。但是，如果D/A轉(zhuǎn)換器的輸出用作顯示、X-Y記錄、或位置控制時(shí)，由于精度要求比較高，所以需選用10位、12位或更高位數(shù)的D/A轉(zhuǎn)換器。微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4．開(kāi)關(guān)量I/O接口設(shè)計(jì)在微型機(jī)控制系統(tǒng)中，除了模擬量輸入/輸出通道外，經(jīng)常遇到的還有開(kāi)關(guān)量I/O接口。由于開(kāi)關(guān)量只有兩種狀態(tài)“1”或“0”，所以，每個(gè)開(kāi)關(guān)量只需一位二進(jìn)制數(shù)表示即可。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，通常采用光電隔離器把微型機(jī)與外部設(shè)備隔開(kāi)，如圖10-6所示。微機(jī)控制技術(shù)

圖10-6采用光電隔離器的I/O接口電路微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5．操作面板操作面板也叫操作臺(tái)，它是人機(jī)對(duì)話的紐帶。操作面板根據(jù)具體情況，可大可小，大到可以是一個(gè)龐大的操作臺(tái)，小到只有幾個(gè)功能鍵和開(kāi)關(guān)。在智能儀器中，操作面板都比較小，一般都需要自己設(shè)計(jì)。微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)操作面板的主要功能有：（1）輸送源程序到存儲(chǔ)器，或者通過(guò)面板操作來(lái)監(jiān)視程序執(zhí)行情況；（2）打印、顯示中間結(jié)果或最終結(jié)果；（3）根據(jù)工藝要求，修改一些檢測(cè)點(diǎn)和控制點(diǎn)的參數(shù)及給定值；微機(jī)控制技術(shù)（4）設(shè)置報(bào)警狀態(tài)，選擇工作方式以及控制回路等；（5）完成手動(dòng)—自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換；（6）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作；（7）完成各種畫(huà)面顯示。微機(jī)控制技術(shù)10.1.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)為了完成上述功能，操作臺(tái)上必須設(shè)置一些按鍵或開(kāi)關(guān)，并通過(guò)接口與主機(jī)相連。此外，操作臺(tái)上還需要報(bào)警及顯示設(shè)備等。一般情況下，為便于現(xiàn)場(chǎng)操作人員操作，微型機(jī)控制系統(tǒng)都要設(shè)計(jì)一個(gè)操作面板。微機(jī)控制技術(shù)10.1.5控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)微型機(jī)控制系統(tǒng)軟件分系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類(lèi)，詳見(jiàn)表1-1。系統(tǒng)軟件一般不用自己設(shè)計(jì)；應(yīng)用軟件一般都得自己設(shè)計(jì)。由于設(shè)計(jì)所需要的大部分軟件在前幾章中已經(jīng)講述過(guò)，這里不再贅述。下邊只對(duì)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)提出幾項(xiàng)要求。微機(jī)控制技術(shù)10.1.5控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1.控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用軟件的要求（1）實(shí)時(shí)性（2）靈活性和通用性（3）可靠性微機(jī)控制技術(shù)10.1.5控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（1）實(shí)時(shí)性 由于工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)是實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，所以對(duì)應(yīng)用軟件的執(zhí)行速度都有一定的要求，即能夠在被控對(duì)象允許的時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制、計(jì)算和處理。換言之，要求整個(gè)應(yīng)用軟件必須在一個(gè)采樣周期內(nèi)處理完畢。所以一般都采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)應(yīng)用軟件。但是，對(duì)于那些計(jì)算工作量比較大的系統(tǒng)，也可以采用高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合使用的辦法。微機(jī)控制技術(shù)10.1.5控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（2）靈活性和通用性 在應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省內(nèi)存和具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，通常要求有一定的靈活性和通用性。為此，可以采用模塊結(jié)構(gòu)，盡量將共用的程序編寫(xiě)成子程序，如算術(shù)和邏輯運(yùn)算程序、A/D與D/A轉(zhuǎn)換程序、延時(shí)程序、PID運(yùn)算程序、數(shù)字濾波程序、標(biāo)度變換程序、報(bào)警程序等。微機(jī)控制技術(shù)10.1.5控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)人員的任務(wù)就是把這些具有一定功能的子程序（或中斷服務(wù)程序）進(jìn)行排列組合，使其成為一個(gè)完成特定任務(wù)的應(yīng)用程序。微機(jī)控制技術(shù)10.1.5控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（3）可靠性在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的可靠性是至關(guān)重要的，它是系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本保障。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性一方面取決于其硬件組成，另一方面也取決于其軟件結(jié)構(gòu)。為保證系統(tǒng)軟件的可靠性，通常設(shè)計(jì)一個(gè)診斷程序，定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷；也可以設(shè)計(jì)軟件陷阱，防止程序失控。近年來(lái)廣泛采用的watchdog方法，便是增加系統(tǒng)軟件可靠性的有效方法之一。有關(guān)這方面的詳細(xì)內(nèi)容，可參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[1]。微機(jī)控制技術(shù)10.1.5控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3．軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程 軟件開(kāi)發(fā)大體包括以下幾個(gè)方面。

（1）劃分功能模塊及安排程序結(jié)構(gòu)。例如，根據(jù)系統(tǒng)的任務(wù)，將程序大致劃分成數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、非線性補(bǔ)償模塊、報(bào)警處理模塊、標(biāo)度變換模塊、數(shù)字控制計(jì)算模塊、控制器輸出模塊、故障診斷模塊等，并規(guī)定每個(gè)模塊的任務(wù)及其相互間的關(guān)系。

微機(jī)控制技術(shù)10.1.5控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（2）畫(huà)出各程序模塊詳細(xì)流程圖。

（3）選擇合適的語(yǔ)言（如高級(jí)語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言）編寫(xiě)程序。編寫(xiě)時(shí)盡量采用現(xiàn)有子程序，以提高程序設(shè)計(jì)速度。

（4）將各個(gè)模塊連結(jié)成一個(gè)完整的程序。微機(jī)控制技術(shù)10.1.6PRODEUS仿真軟件簡(jiǎn)介

1.PRODEUS仿真軟件功能圖10.7Proteus的功能分布圖10.1.6PRODEUS仿真軟件簡(jiǎn)介1.智能原理圖輸入系統(tǒng)——SIS，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的基本平臺(tái)。2.高級(jí)PCB布線編輯軟件——ARES在Proteus中，從原理圖設(shè)計(jì)、單片機(jī)編程、系統(tǒng)仿真到PCB設(shè)計(jì)一氣呵成，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。3.Proteus產(chǎn)生的文件.EXE.DBK.BMP.DSN.PWI可執(zhí)行文件原理圖圖10.8Proteus設(shè)計(jì)流程

10.2微型計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)裝箱系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)、包裝。如果用人工完成不但麻煩，而且效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。隨著微型計(jì)算機(jī)控制的普及，特別是單片機(jī)的應(yīng)用，給該類(lèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的方便。在這一節(jié)里，將介紹單片機(jī)控制包裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，主要講述順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法以及電機(jī)控制的應(yīng)用。該系統(tǒng)可用于諸如啤酒、飲料等連續(xù)包裝生產(chǎn)線上。微機(jī)控制技術(shù)10.2微型計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)裝箱系統(tǒng)10.2.1自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的原理10.2.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)10.2.1自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的原理

圖10.9產(chǎn)品自動(dòng)裝箱系統(tǒng)的原理圖微機(jī)控制技術(shù)10.2.1自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的原理如圖10.9所示，系統(tǒng)有兩個(gè)傳送帶，即包裝箱傳送帶1和產(chǎn)品傳送帶2。包裝箱傳送帶1用來(lái)傳送產(chǎn)品包裝箱，其功能是把已經(jīng)裝滿的包裝箱運(yùn)走，并用一只空箱來(lái)代替。為使空箱恰好對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)品傳送帶的末端，使傳來(lái)的產(chǎn)品剛好落入箱中，在包裝箱傳送帶1的中間裝一光電控制器1，用以檢測(cè)包裝箱是否到位。產(chǎn)品傳送帶2將產(chǎn)品從生產(chǎn)車(chē)間傳送到包裝箱。當(dāng)某一產(chǎn)品被送到傳送帶的末端，會(huì)自動(dòng)落入箱內(nèi)，并由檢測(cè)器2轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖。微機(jī)控制技術(shù)10.2.1自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的原理產(chǎn)品計(jì)數(shù)可以由硬件完成（如MCS-51系列單片機(jī)中的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器），也可以用軟件來(lái)完成。本系統(tǒng)采用軟件計(jì)數(shù)方法。微機(jī)控制技術(shù)10.2.1自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的原理系統(tǒng)工作步驟如下：

（1）用鍵盤(pán)設(shè)置每個(gè)包裝箱所需存放的零件數(shù)量以及每批產(chǎn)品的箱數(shù)，并分別存放在PARTS和BOXES單元中。

（2）接通電源，使傳送帶1的驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)包裝箱前行。通過(guò)檢測(cè)光電傳感器1的狀態(tài)，判斷傳送帶1上的包裝箱是否到位。（3）當(dāng)包裝箱運(yùn)行到檢測(cè)器1的光源和光傳感器的中間時(shí)，關(guān)斷電機(jī)電源，使傳送帶1停止運(yùn)動(dòng)，等待產(chǎn)品裝箱。微機(jī)控制技術(shù)10.2.1自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的原理

（4）啟動(dòng)傳送帶2的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使產(chǎn)品沿傳送帶向前運(yùn)動(dòng)，并裝入箱內(nèi)。

（5）當(dāng)產(chǎn)品一個(gè)一個(gè)地落下時(shí)，將產(chǎn)生一系列脈沖信號(hào)，用檢測(cè)器2檢測(cè)從檢測(cè)器2來(lái)的輸出脈沖，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并不斷地與存放在PARTS單元中的給定值進(jìn)行比較。（6）當(dāng)零件數(shù)值未達(dá)到給定值時(shí)，控制傳送帶2繼續(xù)運(yùn)動(dòng)（裝入產(chǎn)品）；直到零件個(gè)數(shù)與給定值相等時(shí)，停止傳送帶2，不再裝入零件。微機(jī)控制技術(shù)10.2.1自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的原理

（7）再次啟動(dòng)傳送帶1，使裝滿零件的箱體繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，并把存放箱子數(shù)的內(nèi)存單元加1，然后再與給定的產(chǎn)品箱數(shù)進(jìn)行比較。如果箱數(shù)不夠，則帶動(dòng)下一個(gè)空箱到達(dá)指定位置，繼續(xù)上述過(guò)程。直到產(chǎn)品箱數(shù)與給定值相等，停止裝箱過(guò)程，等待新的操作命令。微機(jī)控制技術(shù)10.2.1自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的原理只要傳送帶2上的零件和傳送帶1上的箱子足夠多，這個(gè)過(guò)程可以連續(xù)不斷地進(jìn)行下去。這就是產(chǎn)品自動(dòng)包裝生產(chǎn)線的流程。必要時(shí)操作人員可以隨時(shí)通過(guò)停止（STOP）鍵停止傳送帶運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)鍵盤(pán)重新設(shè)置給定值，然后再啟動(dòng)。微機(jī)控制技術(shù)10.2.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)針對(duì)上述任務(wù)，采用8031單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)最小系統(tǒng)。為了讀鍵盤(pán)給定值及完成檢測(cè)和控制，系統(tǒng)中擴(kuò)展一片8255A可編程接口及程序存儲(chǔ)器EPROM2764。其原理系統(tǒng)圖，如圖10.8所示。如圖10.10中所示，8031，74LS373，2764組成最小系統(tǒng)。8031通過(guò)8255A的PB口實(shí)現(xiàn)給定值或零件計(jì)數(shù)顯示。PA口讀入鍵盤(pán)的給定值，PC口高4位設(shè)為輸入方式，用于檢測(cè)光電管和START，STOP兩個(gè)鍵的狀態(tài)。PC口低4位設(shè)為輸出方式；其中PC0控制傳送帶1的動(dòng)力電機(jī)；PC1控制傳送帶2的動(dòng)力電機(jī)。微機(jī)控制技術(shù)10.2.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)為了提高系統(tǒng)的可靠性及減少誤操作，用PC2，PC3兩條I/O線控制兩個(gè)狀態(tài)指示燈，V1為紅色，V2為綠色；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，如沒(méi)有設(shè)置給定值時(shí)，啟動(dòng)START鍵，則V1燈亮，提醒操作者注意，需重新設(shè)置參數(shù)后再啟動(dòng)。如果系統(tǒng)操作運(yùn)行正常，則綠燈V2亮。下面介紹給定值電路及控制電路。關(guān)于顯示電路請(qǐng)參閱本書(shū)第3章3.2節(jié)。微機(jī)控制技術(shù)10.2.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1.給定值電路如圖10.10所示，8255A為給定值輸入接口。為了使系統(tǒng)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)了一個(gè)由二極管矩陣組成的編碼鍵盤(pán)，如圖10.11所示。微機(jī)控制技術(shù)圖10.10包裝系統(tǒng)控制原理圖

微機(jī)控制技術(shù)10.2.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)鍵盤(pán)輸出信號(hào)D，C，B，A（BCD碼）分別接到8255A的A口PA3～PA0，鍵選通信號(hào)KEYSTROBE（高電平有效），經(jīng)反向器接到8031的INT0管腳。當(dāng)某一個(gè)鍵按下時(shí)，KEYSTROBE為高電平，經(jīng)反相后的下降沿向8031申請(qǐng)中斷。8031響應(yīng)后，讀入BCD碼值，作為給定值，并送顯示。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)只有3位顯示，所以最多只能給定999。輸入順序?yàn)閺淖罡呶唬ò傥粩?shù)）開(kāi)始。微機(jī)控制技術(shù)圖10.11編碼鍵盤(pán)原理圖

微機(jī)控制技術(shù)10.2.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)當(dāng)鍵未按下時(shí)，所有輸出端均為高電平。當(dāng)有鍵按下后該鍵的BCD碼將出現(xiàn)在輸出線上。例如，按下“7”鍵時(shí)，與鍵“7”相連的一個(gè)二極管導(dǎo)通，所以D線上為低電平，A、B、C仍為高電平，因此輸出編碼為0111，其余依次類(lèi)推。當(dāng)任何一個(gè)鍵按下時(shí)，四輸入與非門(mén)7420產(chǎn)生一個(gè)高電平選通信號(hào)KEYSTROBE，此信號(hào)經(jīng)反相器后向8031申請(qǐng)中斷。微機(jī)控制技術(shù)10.2.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.控制電路包裝系統(tǒng)控制電路主要有兩部分：一是信號(hào)檢測(cè)，光電檢測(cè)器1判斷包裝箱是否到位，光電檢測(cè)器2用于裝箱零件計(jì)數(shù)；再一部分就是傳送帶電機(jī)控制。檢測(cè)部分比較簡(jiǎn)單，就不再詳述。下邊主要介紹一下電機(jī)控制電路微機(jī)控制技術(shù)10.2.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)為了提高抗干擾能力，系統(tǒng)采用了光電隔離技術(shù)。電機(jī)可以采用多種方法控制，如固態(tài)繼電器（SSR）、可控硅（SCR）及大功率場(chǎng)效應(yīng)管等，詳見(jiàn)本書(shū)第4章4.2節(jié)。本系統(tǒng)采用固態(tài)繼電器（SSR1和SSR2），其控制電路原理如圖10.12所示。微機(jī)控制技術(shù)10.2.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖10.12所示，8255A的PC0控制傳送帶1的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，PC1控制傳送帶2的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)按下啟動(dòng)鍵（START）后，使PC0輸出高電平，經(jīng)反相后變?yōu)榈碗娖剑涣鞴虘B(tài)繼電器（SSR1）發(fā)光二極管亮，因而使得SSR1導(dǎo)通，交流電機(jī)通電，使傳送帶1帶動(dòng)包裝箱一起運(yùn)動(dòng)。當(dāng)包裝箱行至光源與光電檢測(cè)器1之間時(shí)，光被擋住，使光電傳感器輸出為高電平。當(dāng)微型機(jī)檢測(cè)到此高電平后，PC0輸出低電平，傳送帶1電機(jī)停止。并同時(shí)使傳送帶2電機(jī)通電（PC1輸出高電平），帶動(dòng)零件運(yùn)動(dòng)，使零件落入包裝箱內(nèi)。微機(jī)控制技術(shù)10.2.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 每當(dāng)零件經(jīng)過(guò)檢測(cè)器2的光源與光電傳感器之間時(shí)，光電傳感器輸出高電平。當(dāng)微型機(jī)檢測(cè)到此信號(hào)后在計(jì)數(shù)器中加1，并送顯示。然后再與給定的零件值進(jìn)行比較。如果計(jì)數(shù)值小于給定值，則繼續(xù)計(jì)數(shù)；一旦計(jì)數(shù)值等于給定值，則停止計(jì)數(shù)；此時(shí)關(guān)斷傳送帶2的電源，并接通傳送帶1的電源，讓裝滿零件的箱子移開(kāi)，同時(shí)帶動(dòng)下一個(gè)空箱到位，并重復(fù)上述過(guò)程。微機(jī)控制技術(shù)圖10.12電機(jī)控制電路微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)通過(guò)上述分析可知，本系統(tǒng)鍵盤(pán)的作用主要是輸入給定值。當(dāng)給定值設(shè)定后，在包裝過(guò)程中就不再改動(dòng)。因此為了提高實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)通過(guò)中斷方式（INT0）做鍵盤(pán)處理。對(duì)包裝箱是否到位及零件計(jì)數(shù)，則采用查詢(xún)方法，起主程序框圖，如圖10.13所示。微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中斷服務(wù)程序主要用來(lái)設(shè)定給定值，當(dāng)給定鍵盤(pán)有鍵按下時(shí)，KEYSTROBE輸出高電平，經(jīng)反相器后向8031申請(qǐng)中斷。在中斷服務(wù)程序中，讀入該鍵盤(pán)給定值，一方面存入相應(yīng)的給定單元（PORTS或BOXES），另一方面送去顯示，以便操作者檢查輸入的給定值是否正確。微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本程序輸入的順序是先輸入包裝箱數(shù)（3位，最大值為999，按百位、十位、個(gè)位順序輸入），然后再輸入每箱裝的零件數(shù)（3位，最大值為999，輸入順序同包裝箱）。完成上述任務(wù)的中斷服務(wù)程序流程如圖10.14所示。微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 為了設(shè)計(jì)如圖10.13和10.14所示的程序，首先需設(shè)置有關(guān)內(nèi)存單元。這里用8031內(nèi)部RAM的20H單元的00H～03H四位分別代表電機(jī)1、電機(jī)2、報(bào)警和正常運(yùn)行標(biāo)志單元；用21H單位的08H和09H兩位作為零件及包裝箱計(jì)數(shù)標(biāo)志單元。當(dāng)計(jì)數(shù)值等于給定值時(shí)，則此兩位標(biāo)志單元置1，否則為0。微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 一旦此標(biāo)志單元為1，則停止計(jì)數(shù)，把裝滿的包裝箱運(yùn)走并重新運(yùn)來(lái)一個(gè)空箱；若包裝箱數(shù)已夠，則重新開(kāi)始下一輪包裝生產(chǎn)控制過(guò)程。如果計(jì)數(shù)單元超過(guò)給定值，將產(chǎn)生報(bào)警，告知操作人員計(jì)數(shù)有誤，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停下來(lái)，等待操作人員處理。該系統(tǒng)內(nèi)存單元分配如圖10.15所示。微機(jī)控制技術(shù)圖10.13包裝控制系統(tǒng)主程序框圖圖10.14輸入給定值中斷服務(wù)程序

微機(jī)控制技術(shù)圖10.15系統(tǒng)內(nèi)存單元分配微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ORG0000H AJMPMAIN ORG0003H AJMPINT0LED1 EQU 22H ；零件計(jì)數(shù)單元（百位）LED2 EQU 23H ；（十位）LED3 EQU 24H ；（個(gè)位）BOX1 EQU 25H ；包裝箱計(jì)數(shù)單元（百位）BOX2 EQU 26H ；（十位）BOX3 EQU 27H ；（個(gè)位）BOXES EQU 28H ；包裝箱給定值首地址根據(jù)圖10.11～圖10.13所示可編寫(xiě)出該系統(tǒng)控制程序如下：微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)PARTS： EQU 2BH ；零件給定值首地址PRECNT EQU 2EH ；給定值次數(shù)計(jì)數(shù)單元LEDADD1 EQU 8400H ；百位數(shù)顯示位地址LEDADD2 EQU 8800H ；十位數(shù)顯示位地址LEDADD3 EQU 8C00H ；個(gè)位數(shù)顯示位地址BUFF EQU 2FH ；緩沖單元 ORG0100H；控制主程序微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)MAIN： MOVSP，#50H ；設(shè)堆棧指針 MOVR0，#22H ；8031數(shù)據(jù)區(qū)首地址 MOV A，#00H MOV R1，#0DH ；計(jì)數(shù)器初值CLRZERO: MOV @R0，A ；清計(jì)數(shù)、給定值單元 INC R0 DJNZ R1，CLRZERO MOV 20H，#00H ；清控制單元 MOV 21H，#00H MOV DPTR，#8003H ；8255初始化微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

MOV A，#98H ；8255控制字 MOVX @DPTR，A SETB IT0 ；設(shè)置邊沿觸發(fā)方式 SETB EX0 ；設(shè)置中斷方式0 SETB EA ；開(kāi)中斷 MOV R0，#BOXESMOV DPTR，#LEDADD1 ；保護(hù)顯示位地址 PUSH DPH PUSH DPL微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)WAIT：MOVA，PRECNT ；等待設(shè)置給定參數(shù) CJNE A，#06H，WAIT ；判是否輸入完給定值WORK：SETB00H ；設(shè)置啟動(dòng)傳送帶電機(jī)位 SETB 03H ；設(shè)置工作正常指示燈位 MOV A，20H ；啟動(dòng)電機(jī)1和正常指示燈 MOV DPTR，#8002H MOVX @DPTR，A微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)LOOP1：MOVX A，@DPTR JNB ACC7，LOOP1 ；判包裝箱是否到位 MOV LED1，#00H ；清零件計(jì)數(shù)單元 MOV LED2，#00HMOV LED3，#00H LCALL DISPLAY ；顯示零件數(shù) CLR 00H ；停包裝箱傳送帶電機(jī)位 SETB 01H ；設(shè)置啟動(dòng)零件傳送電機(jī)位 MOVA，20H ；啟動(dòng)零件傳送電機(jī) MOV DPTR，#8002H MOVX@DPTR，A微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)LOOP2：MOV DPTR，#8002H MOVX A，@DPTR JNB ACC6，LOOP2 ；判是否有零件 JNB ACC4，STOP ；判是否按下停止鍵 LCALL PARTADD1 ；零件加1 LCALL DISPLAY ；顯示已裝入的零件數(shù) LCALL PARTCOMP ；與給定值比較 JB 08H，STOPM；已裝滿 AJMP LOOP2 ；未裝滿，繼續(xù)等待裝入微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)STOPM：LCALL BOXADD1 ；包裝箱數(shù)加1 LCALL BOXCOMP ；看是否已裝夠箱數(shù) JB 09H，F(xiàn)INISH ；如果箱數(shù)已裝夠，則結(jié)束 LJMP WORK ；否則將繼續(xù)換新箱包裝FINISH：CLR00H ；全裝完，不用重新設(shè)參數(shù)， ；即可繼續(xù)包裝 CLR 01H MOVA，20H MOVX@DPTR，A MOV BOX1，#00H ；包裝箱計(jì)數(shù)單元清零 MOV BOX2，#00H MOV BOX3，#00H微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)LOOP3：MOVDPTR，#8002H ；判是否重新啟動(dòng) MOVXA，@DPTR JB ACC5，LOOP3 LJMP WORK ；再進(jìn)行下一輪包裝；停止鍵處理程序STOP：CLR 00H ；停傳送帶電機(jī) CLR 01H MOV A，20H MOVX@DPTR，A LJMP MAIN ；轉(zhuǎn)到主程序，等待重新輸入新的 ；給定值微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；中斷服務(wù)子程序，設(shè)置給定值INT0：MOV DPTR，#8000H ；讀入給定值 MOVXA，@DPTR MOV @R0，A MOV DPTR，#8001H ；送8255B口 MOVX@DPTR，A POP 2FH ；保護(hù)斷點(diǎn) POP 30H POP DPL ；取出顯示位地址 POP DPH MOVX@DPTR，A ；顯示給定值 微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) MOV A，DPH ADD A，#04H ；求下一個(gè)顯示位地址 MOV DPH，A PUSH DPH ；保護(hù)下一位顯示地址 PUSH DPL PUSH 30H ；恢復(fù)斷點(diǎn) PUSH 2FH INC R0 ；計(jì)算下一給定值地址 INC PRECNT ；設(shè)置參數(shù)計(jì)數(shù) RETI微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；顯示零件數(shù)子程序

DISPLAY：MOVA，LED1 ；取百位數(shù) MOV DPTR，#SEGTBL MOVC A，@A+DPTR ；取顯示碼 MOV DPTR，#8001H ；送顯示數(shù)據(jù)到B口 MOVX @DPTR，A MOV DPTR，#LEDADD1 ；顯示百位 MOVX @DPTR，A MOV A，LED2 ；取十位數(shù) MOV DPTR，#SEGTBL MOVCA，@A+DPTR MOV DPTR，#8001H微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

MOVX @DPTR，A MOV DPTR，#LEDADD2 ；顯示十位 MOVX @DPTR，A MOV A，LED3 ；取個(gè)位數(shù) MOV DPTR，#SEGTBL MOVCA，@A+DPTR MOV DPTR，#8001H MOVX@DPTR，A MOV DPTR，#LEDADD3 ；顯示個(gè)位 MOVX @DPTR，A RET微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

SEGTBL: DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH， 7DH，07H，7FH，67H MOVR0，#LED3 PARTADD1：MOVR0，#LED3 ；零件數(shù)加1子程序 MOV A，@R0 ADD A，#01H DA A JB 24H，ADD2 MOV@R0，A RET微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)ADD2：CLR 24H DEC R0 MOV A，@R0 ADD A，#01H DA A MOV @R0，A JB 1CH,ADD3 RETADD3：CLR 1CH DEC R0 MOV A，@R0 ADD A，#01H DA A MOV @R0，A JB 14H,ADD4 RET微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)ADD4：CLR 14H MOV R0，#00H RET；零件數(shù)比較子程序PARTCOMP：MOV R0，#PARTS ；給定零件數(shù)地址 MOV R1，#LED1 ；零件計(jì)數(shù)單元首地址 MOV R2，#03HCOMP1： MOV A，@R0 MOV BUFF，@R1 CJNE A，BUFF，COMP2 INC R0 INC R1 DJNZ R2，COMP1微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) SETB 08H ；已裝滿，置裝滿標(biāo)志 RETCOMP3： CLR 08H RETCOMP2： JNC COMP3 LJMP ALARM；包裝箱計(jì)數(shù)比較子程序BOXCOMP： RET ；（略）；包裝箱加1子程序BOXADD1： RET ；（略）；報(bào)警處理子程序微機(jī)控制技術(shù)10.2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)ALARM： SETB 02H CLR 00H CLR 01H CLR 03H MOV A，20H MOV DPTR，#8002H MOVX @DPTR，A LJMP MAIN微機(jī)控制技術(shù)10.3智能型FR1151壓力變送器本項(xiàng)目是作者研發(fā)的天津市自然科學(xué)基金項(xiàng)目，并獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)為199311.

本發(fā)明的最大亮點(diǎn)是把壓力直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)處理。從而省掉價(jià)值昂貴的A/D轉(zhuǎn)換器。10.3智能型FR1151壓力變送器10.3.1FR1151壓力變送器的組成原理10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 10.3.3FFR1151系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)10.3.1FR1151壓力變送器的組成原理圖10.16FR1151壓力變速器原理框圖

10.3.1FR1151壓力變送器的組成原理1.數(shù)據(jù)采集壓力變化→電容C1的變化→多諧振蕩電路充、放電時(shí)間（T)→頻率(f)將方波(f)送入單片機(jī)89C51的T0計(jì)數(shù)器，利用89C51中T1作為定時(shí)器。當(dāng)被測(cè)的脈沖上升沿來(lái)臨時(shí)，T0開(kāi)始計(jì)數(shù)，同時(shí)T1定時(shí)開(kāi)始。當(dāng)T1時(shí)間到時(shí)，T0停止計(jì)數(shù)，然后由微型機(jī)讀取計(jì)數(shù)器記錄時(shí)鐘脈沖，求得t時(shí)間內(nèi)所記錄的脈沖的個(gè)數(shù)N，再根據(jù)標(biāo)度變換公式求出壓力值P(C)。10.3.1FR1151壓力變送器的組成原理2.其他電路 （1）LCD顯示壓力變送器的工作狀態(tài)和量程。 （2）E2PROM外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。使用的是I2C總線串行E2PROM24C01。 （3）D/A轉(zhuǎn)化器輸出4~20mA的電流輸出，串行輸入。 （4）鍵盤(pán)可代替RF1151的手操器，用來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)完成量程的設(shè)置與操作。10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1．多諧振蕩器10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)由圖10.18的波形求得電容C的充電時(shí)間T1和放電時(shí)間T2各為故電路的振蕩周期為10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)振蕩頻率為:兩10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)組實(shí)驗(yàn):

圖10.19C1與C2與f變化曲線

（1）判斷C2帶來(lái)的頻率f的變化大于C1。

10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)（2）將R2設(shè)計(jì)為一滑線變阻器，確定一個(gè)最佳的R2，使得f的變化范圍最大。如圖10.20所示。10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)頻率f0的大小直接影響到量程頻率的變化范圍，（1）f0越大，其頻率的變化范圍也大。（2）當(dāng)f0=110KHz，變化范圍8~10K。（3）單片機(jī)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)誤差小于1Hz,由此可計(jì)算出這種數(shù)字傳感器的精度可達(dá)±0.000125~0.0001。10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2．LCD顯示電路（1）HD61202簡(jiǎn)介HD61202是一種帶有列驅(qū)動(dòng)輸出的液晶顯示控制器，它可以與行驅(qū)動(dòng)器HD61203配合使用，組成液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。（2）MGLS-12864液晶模塊電路特點(diǎn)在MGLS-12864中，兩片HD61202的ADC均接高電平，RST也接高電平。/CSA，/CSB=01時(shí)選通號(hào)片；/CSA，/CSB=10時(shí)選通號(hào)片。

10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) （3）MGLS-12864與8051系列CPU的連接10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3．鍵盤(pán)接口電路（1）K1——加1鍵（2）K2——減1鍵（3）K3——確認(rèn)鍵圖10.23鍵盤(pán)處理流程圖

10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)圖10.24顯示的6幅畫(huà)面10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4．D/A轉(zhuǎn)換電路

（1）采用12位串行D/A轉(zhuǎn)換器MAX5352 （2）MAX5253是一個(gè)輸出電壓的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器 （3）最后輸出為4—20mA電流10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)圖10.25D/A轉(zhuǎn)換原理電路圖

接單片機(jī)，模擬SPI總線電壓電流轉(zhuǎn)換器

接執(zhí)行機(jī)構(gòu)10.3.2FFR1151系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)5．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊（1）采用一片24C02串行E2PROM存儲(chǔ)器。（2）采用的是模擬I2C總線技術(shù)。A0，A1，A2全部接Vcc，故該從器件的地址為111模擬I2C總線P1.6–SCLP1.5--SDA10.3.3FR1151系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)功能劃分為7個(gè)模塊。它們是：主程序模塊壓力脈沖自動(dòng)采集模塊；量程的自動(dòng)選擇及線性化處理模塊；鍵盤(pán)處理模塊；顯示模塊；D/A轉(zhuǎn)換模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊10.3.3FR1151系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)1．主程序模塊10.3.3FR1151系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)2．鍵盤(pán)處理模塊只有三個(gè)鍵，但功能很強(qiáng)。采用中斷處理方法。（2）鍵盤(pán)中斷子程序10.3.3FR1151系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPKEYBOARD；鍵盤(pán)中斷入口……MAIN：；主程序………………KEYBOARD:CLREX0；關(guān)中斷 CLREAMOVA,#0FFh MOVP1,A；將P1口置成輸入方式 MOVA,P1；讀p1值A(chǔ)NLA,#07H CJNEA,#07H,ABBB LJMPFINISH10.3.3FR1151系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)ABBB:MOV20H,A MOVR0,#0FFh；延時(shí)10mS，去抖再讀DL1:MOVR1,#0FFHDL2:DJNZR1,DL2 DJNZR0,DL1MOVA,#0FFhMOVP1,A MOVA,P1ANLA,#07H CJNEA,20H,FINISH；判是否有鍵按下20H.0~20H.2為KK1~KK3 MOV20H,A;JBKK1,KEY1；鍵盤(pán)分析，按下為0 LJMPK110.3.3FR1151系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)KEY1:JBKK2,KEY2 LJMPK2KEY2:JBKK3,FINISH;三個(gè)鍵都不是，開(kāi)中斷 LJMPK3FINISH:SETBEX0；開(kāi)中斷 SETBEA RETI；返回……；----------------------------------------------------------------K1:……；K1鍵的服務(wù)子程序……RETI；----------------------------------------------------------------K2:……；K2鍵的服務(wù)子程序……RETI；----------------------------------------------------------------K3:……；K3鍵的服務(wù)子程序……RETI;------------------------------------------------------------------------------10.4加熱爐溫度控制系統(tǒng)溫度是工業(yè)對(duì)象中一種重要的參數(shù)，特別在冶金、化工、機(jī)械各類(lèi)工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等。由于爐子的種類(lèi)不同，因此所采用的加熱方法及燃料也不同，如煤氣、天然氣、油、電等。但是就其控制系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性來(lái)說(shuō)，基本上都屬一階純滯后環(huán)節(jié)，因而在控制算法上亦基本相同。實(shí)踐證明，用微型計(jì)算機(jī)對(duì)爐窯進(jìn)行控制，無(wú)論在提高產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量，節(jié)約能源，還是在改善勞動(dòng)條件等方面都顯示出無(wú)比的優(yōu)越性。本節(jié)主要介紹由89C51單片機(jī)組成的溫度控制系統(tǒng)的組成原理及程序設(shè)計(jì)方法。10.4加熱爐溫度控制系統(tǒng)10.4.1溫度控制系統(tǒng)的組成10.4.2溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)10.4.3數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型10.4.4溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)10.4.5手動(dòng)后援問(wèn)題10.4.1溫度控制系統(tǒng)的組成

8座退火爐→S/H和A/D轉(zhuǎn)換器→數(shù)據(jù)處理→顯示→報(bào)警→控制計(jì)算→輸出控制10.4.1溫度控制系統(tǒng)的組成10.4.2溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.檢測(cè)元件及溫度變送器溫度測(cè)量范圍0～1000℃輸出信號(hào)為0～41.2643mV(鎳鉻－鎳鋁熱電偶)0～1010℃時(shí)對(duì)應(yīng)輸出為0～5V12位A/D轉(zhuǎn)換器采樣分辨度為1010/4096≈0.25℃/LSB2.A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)采樣10.4.2溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)電路特點(diǎn)：帶采樣/保持器，又A/D的STS控制，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行時(shí)，STS輸出為高電平，經(jīng)反相后，變?yōu)榈碗娖?，送到S/H的邏輯控制端（Logic），使S/H處于保持狀態(tài)，此時(shí)即可開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量由8031的數(shù)據(jù)總線分兩次讀到CPU寄存器。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，STS由高電平變?yōu)榈碗娖?，反相后呈高電平，因而使S/H進(jìn)入采樣狀態(tài)。這種方法不必單獨(dú)送S/H控制信號(hào)，所以使系統(tǒng)運(yùn)行速度加快。10.4.2溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.鍵盤(pán)/顯示接口電路鎖存，靜態(tài)，硬件譯碼中斷鍵盤(pán)10.4.2溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.報(bào)警電路Lai=1，LBi=0，綠燈Lai=0，LBi=1，紅燈Lai=1，LBi=1，黃燈Lai=1，LBi=0，熄滅語(yǔ)音芯片

驅(qū)動(dòng)器10.4.2溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)5.譯碼電路控制端00選擇端24=16輸出端10.4.2溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)A15A14A13A12A11A10A9A8A7～A0111100000～00 F000H111100010～01 F100H111100100～02 F200H111100110～03 F300H111101000～04 F400H111101010～05 F500H111101100～06 F600H111101110～07 F700H111110000～08 F800H111110010～09 F900H111110100～010 FA00H111110110～011 FB00H111111000～012 FC00H111111010～013 FD00H10.4.3數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型10.4.3數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型10.4.3數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型PID控制10.4.4溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1.控制系統(tǒng)主程序10.4.4溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；溫度控制系統(tǒng)主程序；微型機(jī)溫度控制系統(tǒng)譯碼器地址分配PCTL8255 EQU 0F103HPC8255 EQU 0F102H；外部RAM地址分配CDATA EQU 00H ；數(shù)據(jù)采集單元首地址FDATA EQU 50H ；數(shù)字濾波后數(shù)據(jù)首地址；內(nèi)部RAM地址分配ALARMAX EQU 00H ；上限報(bào)警標(biāo)志位首地址ALARMIN EQU 08H ；下限報(bào)警標(biāo)志位首地址10.4.4溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ORG0000H LJMPMAIN ORG0003H LJMPINT0 ORG000BH LJMPINTT0