DZ248電阻爐溫度的控制

DZ248電阻爐溫度的控制,dz248,電阻爐,溫度,控制,節(jié)制 1摘要[英文][中文]2目錄第一章 緒 論第二章 方案論證第三章 硬件電路3．1 溫度檢測(cè)和變送器3．2 溫度控制電路3．2．1 DSP 及其片上外設(shè)3．2．2 采集電路3．2．3 觸發(fā)電路3．2．4 過(guò)零同步脈沖的產(chǎn)生3．3 接口電路（人——機(jī)接口）第四章 溫度控制的算法第五章 軟件設(shè)計(jì)3第一章 緒 論在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、機(jī)械制造和食品加工等領(lǐng)域中，都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制，采用數(shù)字量對(duì)它們進(jìn)行控制，控制方便、簡(jiǎn)單、靈活，而且可以提高被控溫度的指標(biāo)，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制異突起，發(fā)展迅速。依靠一定的硬件基礎(chǔ)，針對(duì)特定的控制目的，實(shí)現(xiàn)一個(gè)高可靠性，高效率的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，是現(xiàn)代工業(yè)和社會(huì)發(fā)展的迫切需要。當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，微電子技術(shù)的推動(dòng)，使這一需求得以實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等，都是這個(gè)大家庭中的一員。和單片機(jī)相比，DSP 具有較大的存儲(chǔ)器容量，更豐富的，功能強(qiáng)大的片上外設(shè)等等?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，我們采用數(shù)字信號(hào)處理器，即：DSP 控制器。我們通常所說(shuō)的 DSP 有兩個(gè)含義：其一是 Digital Signal Processing 的簡(jiǎn)稱，是指數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，它不僅涉及許多學(xué)科，還廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。特別在 20 世紀(jì) 60 年代，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的理論和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展；DSP 的第二個(gè)含義是 Digital Signal Processor 的簡(jiǎn)稱，即數(shù)字信號(hào)處理器（也稱為 DSP 芯片） ，它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器。它是一種適合于數(shù)字信號(hào)處理的高性能微處理器。數(shù)字信號(hào)處理器已成為數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用之間的橋梁，并進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，也極大地拓展了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。DSP 芯片，即數(shù)字信號(hào)處理器，是一種特別適合于數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求，DSP 芯片一般具有如下特點(diǎn)：（1）在一個(gè)指令周期內(nèi)完成一次乘法和一次加法運(yùn)算。（2）程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分開(kāi)，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)。（3）片內(nèi)具有快速 RAM，通常可通過(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線進(jìn)行訪問(wèn)。（4）具有低開(kāi)銷或無(wú)開(kāi)銷執(zhí)行循環(huán)及跳轉(zhuǎn)操作的硬件支持。（5）快速的中斷處理和硬件 I/O 支持。（6）在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器。（7）可以并執(zhí)行多個(gè)操作。（8）支持流水線操作，不同操作階段可以重疊執(zhí)行。自 1982 年美國(guó)德州儀器（TI）公司推出通用可編程 DSP 芯片以來(lái)，DSP 技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在 DSP 技術(shù)與 DSP 芯片的相互幫助下，在計(jì)算機(jī)與微電子技術(shù)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)上，DSP 芯片性能已得到了極大的提高。作為實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的硬件核心，DSP 的應(yīng)用領(lǐng)域取得了不斷的拓展。DSP 芯片已經(jīng)深入到我們的工作與生活中，無(wú)論是在計(jì)算機(jī)外設(shè)、通信、工業(yè)控制、航空航天、精密儀器，還是在家用電器，如 CD 機(jī)、變頻空調(diào)器、MP3 播放器、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備中，都有DSP 芯片的身影。第二章 方案論證縱觀設(shè)計(jì)題目要求，電阻爐溫度控制是采集模擬量——溫度，然后進(jìn)行控制。控制的方法很多：（1）以模擬電路硬接線方式建立的控制系統(tǒng)。（2）以微處理器為核心的控制系統(tǒng)。（3）用可編程 DSP 控制器為核心構(gòu)成的控制系統(tǒng)。41．模擬控制系統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)一般采用運(yùn)算放大器等分立元件以硬接線方式構(gòu)成，但這種系統(tǒng)很難應(yīng)用于一些功能要求比較高的場(chǎng)合。2．以微處理器為核心的控制系統(tǒng)這里的微處理器實(shí)際上是指以 MCS——51、MCS——96 等為代表的 8 位或 16位單片機(jī)。以微處理器為控制器，所構(gòu)成的控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）使電路更簡(jiǎn)單。模擬電路為了實(shí)現(xiàn)邏輯控制需要許多分立電子元件，從而使電路變得復(fù)雜。采用微處理器后，絕大多數(shù)控制邏輯可采用軟件實(shí)現(xiàn)。（2）可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法。微處理器具有更強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度快、精度高、具有較大容量的存儲(chǔ)器（128KB RAM，8051 有 4KB ROM，8751 有 4KB EPROM，8031 無(wú) ROM 或 EPROM。使用時(shí)往往外括 ROM） ，因此有能力實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法。（3）靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)。微處理器的控制方式主要由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，若需要修改，一般不必修改控制系統(tǒng)的硬件電路，只對(duì)軟件修改即可。（4）無(wú)零點(diǎn)漂移，控制精度高。（5）可提供人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作。在一些性能要求不是很高的場(chǎng)合，現(xiàn)在普遍采用單片機(jī)作為控制器。然而，由于微處理器一般采用馮——諾依曼總線結(jié)構(gòu)，處理器的速度有限，處理能力也有限；另外單片機(jī)系統(tǒng)比較復(fù)雜，軟件編程的難度較大。同時(shí)，一般單片機(jī)的集成度較低，片上不具備控制系統(tǒng)所需要的專用外設(shè)，如 PWM 產(chǎn)生電路等。因此，基于微處理器構(gòu)成的系統(tǒng)仍然需要較多的元器件，這增加了系統(tǒng)電路板的復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)的可靠性，也難以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制算法，如預(yù)測(cè)控制、模糊控制等。由于技術(shù)的發(fā)展，新的單片機(jī)無(wú)論從制造工藝上，還是性能、功能上都有了極大的改進(jìn)。新單片機(jī)（如 C8051Fxxx 系列、AVR 系列等）的工作頻率一般在20MHZ 以上，采用流水線技術(shù)，片內(nèi)集成大量存儲(chǔ)單元和功能外設(shè)，有的單片機(jī)內(nèi)部甚至集成了 DSP 核，這些措施都使單片機(jī)的性能得到了很大提高，可以較好地滿足高性能控制系統(tǒng)的需要。然而。與同樣性能的 DSP 控制器相比，這些微處理器的價(jià)格往往比較昂貴。3．以可編程 DSP 控制器為核心構(gòu)成的控制系統(tǒng)。為滿足世界范圍內(nèi)控制系統(tǒng)的需要，TI 公司推出了 TMS320x24x 系列 DSP 控制器。x24x 系列 DSP 控制器將一個(gè)高性能的 DSP 核，大容量的片上存儲(chǔ)器（片內(nèi)的數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器可達(dá)上百千字）和專用的運(yùn)動(dòng)控制外設(shè)電路（PWM 產(chǎn)生電路、可編程死區(qū)、SSVPWM 產(chǎn)生電路、捕獲單元等）以及其他功能的外設(shè)電路（16 通道A/D 轉(zhuǎn)換單元、串行通信接口、CAN 控制器模塊等）集成在單芯片上，保持了傳統(tǒng)微處理器可編程、集成度高、靈活性/適應(yīng)性好、升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，其內(nèi)部的DSP 核可提供更高的運(yùn)算速度、運(yùn)算精度和處理大量數(shù)據(jù)運(yùn)算的能力。x24x 系列 DSP 控制器采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，分別用獨(dú)立的總線來(lái)訪問(wèn)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，配合片內(nèi)的硬件乘法器，指令的流水線操作和優(yōu)化的指令集。DSP 控制器的控制算法如 Kalman 濾波、模糊控制、神經(jīng)元控制等?；?DSP 控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)單片系統(tǒng)，因?yàn)檎麄€(gè)控制所需的各種功能都可由 DSP 控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，可大幅度縮小目標(biāo)系統(tǒng)的體積，減小外部元器件的個(gè)數(shù)，增加系統(tǒng)的可靠性。另外，由于各種功能都通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，目標(biāo)系統(tǒng)升級(jí)容易，擴(kuò)展性、維護(hù)性都很好。同時(shí)，DSP 控制器的高性能使5最終系統(tǒng)既可滿足要求比較低的系統(tǒng)，更可以滿足對(duì)系統(tǒng)性能和精度要求較高的場(chǎng)合的需要。通過(guò)上面各種方法的比較，我們選擇可編程 DSP 控制器為主控制器來(lái)組成控制系統(tǒng)。第三章 硬件電路3．1 TMS320F240 簡(jiǎn)介 TMS320F24X 系列是美國(guó) TI 公司推出的高性能 16 位定點(diǎn) DSP，專門為電機(jī)控制和其它數(shù)字控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的新一代數(shù)字信號(hào)處理器。它不僅擁有數(shù)字信號(hào)處理器的一般特點(diǎn)，還增加了片內(nèi)外設(shè)，有強(qiáng)大的處理能力。TMS320F240 是其中典型的一種。TMS320F240 主要由 CPU、存儲(chǔ)器和片上外設(shè)三部分組成，其主要特點(diǎn)如下：（1）采用改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，具有分離的程序總線和數(shù)據(jù)總線，使用四級(jí)流水線作業(yè)，并且允許數(shù)據(jù)在程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間之間傳輸，從而提高了運(yùn)行速度和編程的靈活性。（2）指令執(zhí)行速度為 20MIPS，幾乎所有的指令都可以在 50ns 的單周期內(nèi)執(zhí)行完畢。（3）CPU 內(nèi)含有 32 位中央算術(shù)邏輯單元、32 位累加器、16 位﹡16 位并行硬件乘法器，并帶有 32 位結(jié)果寄存器、3 個(gè)定標(biāo)移位器和 8 個(gè)輔助寄存器。（4）片內(nèi)有 16K 字的 Flash EEPROM，544 字的 DARAM，存儲(chǔ)器最大可尋址空間為 224K 字（64K 字程序空間，64K 字?jǐn)?shù)據(jù)空間，64K 字 I/O 空間，32K 字全局空間）。且?guī)в熊浖却隣顟B(tài)產(chǎn)生器的外部存儲(chǔ)器接口，可實(shí)現(xiàn)與各種類型外部存儲(chǔ)器的接口。（5）雙 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，共 16 位輸入通道，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 6μs。（6）片上還集成了事件管理器（含有 3 個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)捕獲單元等） 、28 個(gè)可編程復(fù)用 I/O 引腳、鎖相環(huán)時(shí)鐘發(fā)生器、具有實(shí)時(shí)中斷的看門狗電路、串行通訊接口、串行外設(shè)接口等功能外設(shè)。3．2 前向通道前向通道是指 TMS320F240 對(duì)被控參數(shù)的輸入通道，包括溫度檢測(cè)元件、 A/D轉(zhuǎn)換等。在工業(yè)控制中，由于被控對(duì)象的參數(shù)常常是非物理量（如溫度等） ，因此如何把它們變?yōu)殡娏坎⒔?jīng)過(guò) A/D 變換而輸入到 TMS320F240 中是每個(gè)應(yīng)用工作者必須考慮的問(wèn)題。3．2．1 溫度檢測(cè)和變送器溫度檢測(cè)元件和變送器的類型選擇和被控溫度及精度等級(jí)有關(guān)。溫度測(cè)量?jī)x表按照測(cè)量方式人為地分為接觸式與非接觸式兩類。所謂接觸式即兩個(gè)物體接觸后，在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)達(dá)到熱平衡（動(dòng)態(tài)平衡） ，此時(shí)兩個(gè)物體溫度相等；非接觸式即選為標(biāo)準(zhǔn)并當(dāng)作溫度計(jì)使用的物體與被測(cè)物體相互不接觸，利用物體的熱輻射（或其它特性） ，通過(guò)對(duì)輻射能量（或亮度）的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。常用工業(yè)溫度計(jì)可分為：接觸式——熱膨脹溫度計(jì)（常用范圍：-200℃——620℃） ，熱電阻溫度計(jì)（常用范圍：-258℃——900℃） ，熱電偶溫度計(jì)(常用范圍：-200℃——1800℃)；非接觸式——熱輻射溫度計(jì)（常用范圍一般非常高） 。根據(jù)溫度需要，所以選擇接觸式溫度計(jì)中的熱電偶。同時(shí)熱電偶測(cè)量溫度范圍廣，可靠性高，自身能產(chǎn)生電壓，不需要外加激勵(lì)電源，使用方便。由測(cè)溫范圍：60℃——1000℃，測(cè)溫精度：1℃，我們選擇華宇儀表線纜廠的鉑銠 10——鉑，代號(hào)WRP，分度號(hào) S，測(cè)溫范圍：長(zhǎng)期 0℃——1300℃ ，短期 0℃——1600℃，一級(jí)允差1℃。而且它具有耐高溫，精度高，物理、化學(xué)性能好，熱電勢(shì)穩(wěn)定性好，高溫下抗氧化性能好的優(yōu)點(diǎn)。同理，根據(jù)被控溫度和精度等級(jí)選擇變送器。由于被測(cè)的溫度量經(jīng)過(guò)溫度檢測(cè)元件的捕捉和轉(zhuǎn)換，其輸出信號(hào)幅度（如電流和電壓等）往往很小，無(wú)法進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。因此，溫度檢測(cè)元件輸出接變送器。變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出的 0mV~9.659mV 變換成 0mA~10mA 范圍內(nèi)的電流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出 0mA~10mA 的 0 電流變換成 0V~5V范圍內(nèi)的電壓。3．2．2 TMS320F240 的 ADC（模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器）TMS320F240 內(nèi)部集成了兩個(gè) 10 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，并帶有內(nèi)部采樣保持電路。共有 16 路模擬輸入通道，每 8 個(gè)通道經(jīng)過(guò)一個(gè) 8 選 1 多路選擇器和一個(gè)采樣保持器（前向通道中采樣保持器的作用主要有兩點(diǎn)：一是能保證輸入模擬量在 A/D 轉(zhuǎn)換期間保持不變，以提高 A/D 轉(zhuǎn)換的精度；二是使某一時(shí)刻各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上的模擬量同時(shí)保持下來(lái)，供控制器分時(shí)加以檢測(cè)和處理，以確保檢測(cè)到的數(shù)字量具有時(shí)間上的一致性。當(dāng)然，對(duì)于緩慢變化的模擬量如溫度，采樣保持器可以不用。但對(duì)于快速變化的模擬量，只有使用采樣保持器才能確保檢測(cè)精度。 ）到 10 位的 ADC，ADC 的轉(zhuǎn)換結(jié)果保存到兩級(jí)先進(jìn)先出的（FIFO）寄存器。每個(gè) ADC 的轉(zhuǎn)換時(shí)間大約 6μs (不同 DSP 會(huì)略有不同，準(zhǔn)確數(shù)據(jù)見(jiàn)各芯片的 data sheet)。A/D 轉(zhuǎn)換的模擬參考電壓VREFHI 和 VREFLO 由外部電源提供，可以接 0~5V 的任何電壓。V CCA 和 VSSA 應(yīng)該分別連到 5V 電源和模擬地。1． ADC 引腳說(shuō)明ADC 模塊有 21 個(gè)引腳可以與外部電路連接。其中 ADCIN0~ADCIN15 為 16 路模擬輸入，V REFHI 和 VREFLO 為模擬參考電壓輸入引腳，V CCA 和 VSSA 為模擬電源引腳，另一引腳步為 ADCSOC 外部啟動(dòng) ADC 轉(zhuǎn)換引腳。ADCIN0~ADCIN7 屬于第一個(gè) ADC，ADCIN8~ADCIN15 屬于第二個(gè) ADC，其中 ADCIN0、ADCIN1、ADCIN8 和 ADCIN9 四個(gè)引腳與數(shù)字I/O（IOPA0、1、3、2）多路復(fù)用，通過(guò)學(xué)習(xí)編程可設(shè)定這 4 個(gè)引腳為數(shù)字 I/O 引腳。這 4 個(gè)引腳的精度低于專用的模擬輸入引腳 ADCIN2~ADCIN7 和ADCIN10~ADCIN15。外部啟動(dòng)引腳 ADCSOC 也與 I/O（IOPC0）多路復(fù)用。2．ADC 操作模式ADC 模塊的功能如下：（1）可以同時(shí)采樣和轉(zhuǎn)換 2 路模擬輸入（每個(gè) ADC 單元各一個(gè)） 。（2）每個(gè) ADC 都可以進(jìn)行單獨(dú)或連續(xù)的采樣/保持和轉(zhuǎn)換操作。（3）兩個(gè) ADC 可以由軟件指令、器件 ADCSOC 引腳電平跳變、每個(gè)通用定時(shí)器的下溢、周期匹配和比較匹配事件和捕獲單元 4 個(gè)來(lái)啟動(dòng) ADC 操作。（4）ADC 控制寄存器的某些位是具有映象寄存器的雙級(jí)緩沖位，對(duì)這些位的寫不影響下在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換，因?yàn)樾聦懭氲闹凳窍冗M(jìn)入映象寄存器而不是直接進(jìn)入工作寄存器，當(dāng)前的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)結(jié)束后，ADC 會(huì)自動(dòng)地將映象寄存器內(nèi)容載入工作寄存器，下一個(gè)轉(zhuǎn)換就由新的配置一決定。（5）轉(zhuǎn)換結(jié)束后，中斷標(biāo)志被置位。如果中斷未被屏蔽且使能，則將產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求。7（6）如果第 3 次轉(zhuǎn)換完成時(shí)，CPU 還沒(méi)有讀 FIFO，那么第 1 次轉(zhuǎn)換的結(jié)束將會(huì)丟失。3．模擬信號(hào)采樣/轉(zhuǎn)換每個(gè) ADC 在 1 個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換預(yù)定標(biāo)時(shí)鐘周期內(nèi)完成輸入的采樣，在 5 個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換預(yù)定標(biāo)時(shí)鐘周期內(nèi)完成轉(zhuǎn)換，所以每個(gè)采樣/轉(zhuǎn)換需要 6 個(gè) ADC 時(shí)鐘周期。ADC模塊結(jié)構(gòu)要求采樣/轉(zhuǎn)換時(shí)間要大于等于 6μs 以保證正確轉(zhuǎn)換。因此，對(duì)所有系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，都必須有 6 個(gè) ADC 時(shí)鐘周期大于等于 6μs，ADC 提供了一個(gè)預(yù)定標(biāo)功能，來(lái)保證無(wú)論 DSP 時(shí)鐘如何變化都不得可以確保 ADC 最佳性能。這樣一來(lái)，通過(guò)學(xué)習(xí)選擇合適的預(yù)定標(biāo)就可以滿足上述要求。預(yù)定標(biāo)值由下式?jīng)Q定：SYSCLK 時(shí)鐘周期 TSYSCLK﹡預(yù)定標(biāo)值 ﹡6＞=6μs 預(yù)定標(biāo)值由 ADC 控制寄存器 ADCTRL2 的其中三位決定，在編程時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的取值和上式的關(guān)系確定預(yù)定標(biāo)值。4．?dāng)?shù)字量輸出ADC 的 10 位數(shù)字量結(jié)束由下面公式近似給出，進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證。數(shù)字量結(jié)果=1023*（輸入模擬電壓-V REFLO）/（V REFHI-VREFLO）每個(gè) ADC 包含一個(gè) 2 級(jí) FIFO 數(shù)字輸出寄存器，該寄存器包含一個(gè)模擬輸入轉(zhuǎn)換后的 10 位數(shù)字量結(jié)果，存放在寄存器的高 10 位，讀 FIFO 時(shí)，低 6 位 D5~D0 始終為零。FIFO 是只讀寄存器，復(fù)位時(shí)被清零。5．雙 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器編程每個(gè) DSP 的單元模塊都有多種功能或多種工作方式，它的功能實(shí)現(xiàn)是由相關(guān)的寄存器和引腳完成。寄存器分為控制類寄存器、狀態(tài)寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。每個(gè)模塊在工作以前，由控制類寄存器對(duì)模塊進(jìn)行初始化編程，設(shè)置其功能或工作方式等。因此，對(duì)于各類寄存器的地址以及格式的了解至關(guān)重要的。ADC 模塊共有 4 個(gè)寄存器，其地址映射在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的 7030H~703FH 之間。1．ADC 寄存器（1）ADC 控制寄存器 1（ADCTRL1）——地址 7032HD15：S。僅用于仿真期間。D15=0 當(dāng) D14=0 時(shí)，立即停止；D15=1 仿真器停止之前，完成本次轉(zhuǎn)換。D14：F。僅用于仿真期間。D14=0 操作由位 D15 確定；D14 =1 仿真器停止時(shí)，ADC 繼續(xù)運(yùn)行。D13：ADCIMSTRAT。ADC 立即開(kāi)始轉(zhuǎn)換。D13=0 無(wú)動(dòng)作；D13=1 立即開(kāi)始轉(zhuǎn)換。D12：ADC2EN。ADC2 的禁止/使能位，該位是映象的?？梢栽谵D(zhuǎn)換進(jìn)行過(guò)程中寫入，不影響 本次轉(zhuǎn)換 ，寫入本位的信息在下一次轉(zhuǎn)換 時(shí)才生效。D12=0： ADC2 禁止（不進(jìn)行采樣、保持和轉(zhuǎn)換，ADCFIFO 內(nèi)容不變） ；D12=1 ADC 被使能。D11：ADC1EN，ADC1 的禁止/使能位，作用與 ADC2EN 一樣。D10：ADCCONRUN。將 ADC 連續(xù)轉(zhuǎn)換設(shè)置位。8D10=0 無(wú)操作；D10=1 連續(xù)轉(zhuǎn)換。D9：ADCINTEN。ADC 中斷允許位。如果該 位被置位，則當(dāng) ADCINTFLAG=1 時(shí)，將產(chǎn)生一次中斷。D8：ADCINTFLAG。ADC 中斷標(biāo)志位。如果該位為 1，表示有中斷發(fā)生。向該 位寫清除本位。D7：ADCEOC。轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志。D7=0 轉(zhuǎn)換結(jié)束D7=1 轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。D6~ D4：ADC2CHSEL 。ADC2 通道選擇。D 6~ D4=000~111 依次選擇通道 8~通道15。D3~ D1：ADC1CHSEL。ADC1 通道選擇。D 3~ D1=000~111 依次選擇通道 0~通道 7。D0：ADCSOC。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)位。D0=0 無(wú)動(dòng)作；D0=1 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。注意：ADC1 或 ADC2 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換以前，必須被使能。（2）ADC 控制寄存器 2（ADCTRL2）——地址 7034HADC 控制寄存器 2 選擇 ADC 輸入時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)、轉(zhuǎn)換模式、仿真操作及ADCFIFO 寄存器的狀態(tài)。D15~ D11、D 8、D 5：保留。讀操作不確定，寫無(wú)效。D10：ADCEVSOC。事件管理模塊啟動(dòng)轉(zhuǎn)換使能位。ADC 的轉(zhuǎn)換操作可以由事件管理比較匹配信號(hào)同步。該位為映象位，可以在任何時(shí)候?qū)懭?，?duì)下次轉(zhuǎn)換有效。D10=0 禁止事件管理模塊啟動(dòng)轉(zhuǎn)換；D10=1 允許事件管理模塊啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。D9：ADCEXTSOC。外部信號(hào)（即 ADCSOC 引腳）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換使能位。 ADC 轉(zhuǎn)換可以由外部信號(hào)的上升沿啟動(dòng)，該位為映象位。D9=0 禁止外部 ADCSOC 引腳啟動(dòng)轉(zhuǎn)換；D9=1 允許 ADCSOC 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。D7~ D6：ADCFIFO1。表明 ADC1 數(shù)據(jù)寄存器 FIFO 的狀態(tài)，在進(jìn)行任何操作前可以存儲(chǔ)兩個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果，但如果第三次轉(zhuǎn)換結(jié)束，那么最早一次的結(jié)果將丟失。D 7~ D6 為映象位。00——FIFO 空；01——FIFO 有一個(gè)數(shù)據(jù)；10——FIFO 有兩個(gè)數(shù)據(jù)；11——FIFO 有兩個(gè)數(shù)據(jù)，而且之前的數(shù)據(jù)至少丟失一個(gè)。D4~ D3：ADCFIFO2。表明 ADC2 數(shù)據(jù)寄存器 FIFO 的狀態(tài)。與 ADCFIFO1 類似。D2~ D0：ADCPSCALE。A/D 轉(zhuǎn)換輸入時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)因子。（3）A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)字輸出寄存器9每個(gè) ADC 包含一個(gè) 2 級(jí) FIFO 數(shù)字輸出寄存器，這為從數(shù)字寄存器中讀出數(shù)據(jù)之前轉(zhuǎn)換兩次提供了靈活性。該寄存器包含一個(gè)模擬輸入轉(zhuǎn)換后的 10 位數(shù)字結(jié)果，存放在寄存器的高 10 位，即 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 D9~ D0，依次存放在 FIFO 的高 10位 D15~ D6 中，讀 FIFO 時(shí)，低 6 位 D5~ D0 始終為零。FIFO 是只讀寄存器，復(fù)位時(shí)被清零。ADCFIFO1 地址為 7036H，ADCFIFO2 地址為 7038H。3.3 后向通道后向通道是 TMS320F240 把處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳送、輸出、控制和調(diào)節(jié)的通道。3．3．1 溫度控制電路TMS320F240 對(duì)溫度的控制是通過(guò)可控硅調(diào)功器電路實(shí)現(xiàn)的。雙向可控硅管和加熱絲串接在交流 220V、50HZ 市電回路。在給定周期 T 內(nèi)，TMS320F240 只要改變可控硅管的接通時(shí)間便可改變加熱絲功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。圖 2 給出了可控硅管在給定周期 T 內(nèi)具有不同接通時(shí)間的情況。顯然，可控硅在給定周期 T 的100%時(shí)間內(nèi)接通時(shí)的功率最大。可控硅接通時(shí)間是通過(guò)可控硅控制板上觸發(fā)脈沖加以控制的，該觸發(fā)脈沖由 TMS320F240 的 IOPB4 引腳上產(chǎn)生的高電平控制，受過(guò)零同步脈沖同步后經(jīng)光耦管 TIL117 和驅(qū)動(dòng)器輸出送到可控硅的控制板上。過(guò)零同步脈沖是一種50HZ交流電壓過(guò)零時(shí)刻的脈沖，可使可控硅在交流電壓正弦波過(guò)零時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通。過(guò)零同步脈沖由過(guò)零觸發(fā)電路產(chǎn)生。電壓比較器LM311用于把50HZ 正弦交流電壓變?yōu)榉讲?。方波的正邊沿和?fù)邊沿分別作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528的兩個(gè)輸入觸發(fā)信號(hào)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528輸出的兩個(gè)窄脈沖經(jīng)二極管和門混合后就可得到對(duì)應(yīng)于門交流220V市電的過(guò)零同步脈沖，此脈沖一方面作為可控硅的觸發(fā)同步脈沖加到溫度控制電路，另一方面還作為計(jì)數(shù)脈沖加到TMS320F240的TMRCLK上。其中，電壓比較器（如LM311）是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒幅與比較的電路，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路，在測(cè)量和控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。輸入電壓是模擬信號(hào)，而輸出電壓是高電平或低電平，用以表示比較的結(jié)果。雙向可控硅相當(dāng)于兩個(gè)可控硅反向并聯(lián)，但只有一個(gè)門極。雙向可控硅的允許電流由有效值表示，允許電流大小不僅與可控硅的額定電流有關(guān)，而且也與溫度有關(guān)，為提高可靠性，一般降額使用，即使用額定值的70%。因?yàn)殡p向可控硅是正反向都可控，所以沒(méi)有反向耐壓?jiǎn)栴}。當(dāng)外加電壓瞬時(shí)超過(guò)阻斷電壓時(shí)，元件變?yōu)閷?dǎo)通工作狀態(tài)，經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后，元件恢復(fù)正常工作，所以一般不必考慮過(guò)電壓保護(hù)，但需加過(guò)流保護(hù)措施。u12．5%t u25% tu50%t10u100%t圖2可控硅調(diào)功器輸出功率與通斷時(shí)間的關(guān)系3．3．2 外圍驅(qū)動(dòng)由于 TMS320F240 的輸出信號(hào)電平很低，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備工作，因此一般采用專門的驅(qū)動(dòng)器，稱為外圍驅(qū)動(dòng)器。外圍驅(qū)動(dòng)器的電路形式和結(jié)構(gòu)一般具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）采用集電極開(kāi)路輸出，以便使輸出高電平近似等于外加電壓，調(diào)節(jié)外加電壓一定程度上可以輸出比較高的電平去滿足負(fù)載要求，而不受邏輯電平的限制；（2）要求輸出晶體管具有比較強(qiáng)的負(fù)載能力，能夠受比較大的電流。3．3．3 電氣隔離在工業(yè)領(lǐng)域中，控制器不僅要對(duì)被對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，輸入被控系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量和模擬量，而且還要把經(jīng)過(guò)處理后的信息以開(kāi)關(guān)量和模擬量形式輸出并控制被控系統(tǒng)工作，這些開(kāi)關(guān)量（如動(dòng)力回路的啟停等）和模擬量（如壓力、溫度和流量傳感器的輸出等等）本身往往就是強(qiáng)電系統(tǒng)。因此，強(qiáng)電路必將會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾?？刂葡到y(tǒng)和強(qiáng)電控制回路的共地是引起干擾的主要原因，因?yàn)閺?qiáng)電控制回路中的電流和電壓往往很大，并會(huì)在強(qiáng)電使用的電器和地之間形成強(qiáng)大的脈動(dòng)干擾。這個(gè)脈動(dòng)干擾必然會(huì)通過(guò)接地不良電阻和電容耦合到主機(jī)回路中。消除這些脈沖干擾的最有效方法是使主機(jī)弱電部分和強(qiáng)電控制回路的地隔開(kāi)，在電氣連接上切斷它們彼此間的耦合通道。因此，隔離器件兩側(cè)必須使用獨(dú)立的電源分開(kāi)供電。我們通常使用的是光電耦合器，它是一種有效的電隔離手段，它價(jià)格低廉，可靠性好，得到廣泛的應(yīng)用。光電耦合器由封裝在一個(gè)管殼內(nèi)的發(fā)光二極管和光敏三極管組成。輸入電流流過(guò)二極管時(shí)使其發(fā)光，照射到光敏三極管上使其導(dǎo)通，完成信號(hào)的光電耦合傳送，它實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出在電氣上的完全隔離。此外，利用光電耦合器還可以起到電平轉(zhuǎn)換的作用。3．3．4 其他電路TMS320F240 的 IOPA0~IOPA3 和 IOPC0~IOPC3 作為 LED 字形碼口；IOPC4~IOPC7 用作 4×4 鍵盤的行掃描口；IOPB5 用來(lái)點(diǎn)亮報(bào)警燈；IOPB0~IOPB3可以控制 LED 的點(diǎn)亮和用作 4×4 鍵盤的列值的讀出口；ADCIN7 和 ADCIN15 為溫度檢測(cè)電路的模擬量輸入端；TMRCLK 用于輸入 50HZ 市電的過(guò)零同步脈沖；IOPB4 用控制與非 M1，由 TMS320F240 通過(guò)軟件控制，M1 輸出經(jīng)過(guò)光耦和驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)控制可控硅的導(dǎo)通和截止，以達(dá)到對(duì)爐溫的調(diào)節(jié)。第四章 人機(jī)接口LED 和鍵盤是人機(jī)對(duì)話的重要設(shè)備。其中 LED 用來(lái)顯示控制過(guò)程和運(yùn)算結(jié)果；鍵盤用于輸入數(shù)據(jù)、代碼和命令。在應(yīng)用系統(tǒng)中，在同時(shí)需要使用鍵盤和顯示器接11口時(shí)，為了節(jié)省 I/O 口線，常常把鍵盤和顯示電路做在一起，構(gòu)成實(shí)用的鍵盤、顯示電路。圖中設(shè)置了 16 個(gè)鍵。LED 顯示器采用共陰極接法。段選碼由 PA 口（IOPA0~IOPA3）和 PC 口的IOPC0~IOPCIOPC3 提供，位選碼由 PB 口的 IOPB0~IOPB3 提供。鍵盤的列輸入由PB 口的 IOPB0~IOPB3 提供，行輸出由 PC 口的 IOPC4~IOPC7 提供。LED 采用動(dòng)態(tài)顯示軟件譯碼，鍵盤采用逐列掃描查詢工作方式。LED 的驅(qū)動(dòng)采用 7407。4．1 LED 顯示采用共陰極 LED 顯示。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，如圖（1） 。錯(cuò)誤 dp g f e d c b a通常的七段 LED 顯示塊中有八個(gè)發(fā)光二極管，因此也被叫做八段顯示器，其中七個(gè)二極管組成一個(gè)七段字型“8” ，另外一個(gè)組成點(diǎn)“.” ，可作為小數(shù)點(diǎn)顯示。七段顯示塊的連接非常容易，只要將一個(gè) 8 位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。8 位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符，其段碼如圖。通常將控制發(fā)光二極管的 8 位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼。共陰極和共陽(yáng)極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)。七段 LED 碼的顯示碼顯示字符 共陰極段選碼共陽(yáng)極段選碼顯示字符 共陰極段選碼共陽(yáng)極段選碼0 3FH C0H C 39H C6H1 06H F9H D 5EH A1H2 5BH A4H E 79H 86H3 4FH B0H F 71H 8EH4 06H F9H P 73H 8CH5 6DH 92H U 3EH C1H6 7DH 82H H 76H 89H7 07H F8H T 31H CEH8 7FH 80H Y 6EH 91H9 6FH 90H 8． FFH 00HA 77H 88H “滅” 00H FFHB 7CH 83H在控制系統(tǒng)中通常使用 LED 顯示塊構(gòu)成 N 位 LED 顯示器，N 位 LED 顯示器有N 根位選線和 8×N 根段選線（這里 N=4） 。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。位選線控制顯示位的亮、暗；段選線控制字符選擇。雖然，LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式，但由于 N 位靜態(tài)顯示器要求有 8×N 根 I/O口線，占用 I/O 資源較多；同時(shí)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)需要大量的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖存，代價(jià)昂貴，12而且電路相對(duì)復(fù)雜，在某些領(lǐng)域可能由于成本的問(wèn)題不能采用。故在位數(shù)較多時(shí)往往采用動(dòng)態(tài)顯示方式，即在多位 LED 顯示時(shí)，將所有位的段選線（數(shù)據(jù)線）并聯(lián)在一起，由一位 8 位的 I/O 控制，而共陰極或共陽(yáng)極點(diǎn)分別由相應(yīng)的 I/O 口線控制。由于所有位的段選碼由一個(gè) I/O 控制，因此，在每個(gè)瞬間，8 位 LED 只可能顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，必須采用掃描顯示方式。即在每一瞬間只使某一位顯示相應(yīng)字符。在此瞬間，段選控制 I/O 口輸出相應(yīng)字符段選碼，位選控制I/O 口在該顯示位送入選通電平（共陰極送低電平，共陽(yáng)極送高電平）以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位顯示該位應(yīng)顯示字符，并保持延時(shí)一段時(shí)間，以造成視覺(jué)暫留效果。4．2 鍵盤接口設(shè)計(jì)鍵盤是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的必要輸入設(shè)備之一，它有獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵兩種方式。獨(dú)立式按鍵電路，每個(gè)按鍵需要獨(dú)占一根 I/O 口線，每根 I/O 口線工作狀態(tài)互之間不會(huì)產(chǎn)生影響。但當(dāng)按鍵較多時(shí)，I/O 口線浪費(fèi)較大，故只在按鍵少時(shí)才采用這種按鍵電路，通常多采用矩陣式鍵盤接口電路（又稱行列式接口電路） 。它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。（1）矩陣鍵盤工作原理按鍵設(shè)置在行、列線的交點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。當(dāng)行線通過(guò)上拉電阻接+5V 時(shí)，被鉗位在高電平狀態(tài)。平時(shí)無(wú)按鍵動(dòng)作時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線如果為低，則行線電平為低；列線電平如果為高，則行線電平亦為高，這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣式鍵盤按鍵是否被按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。（2）按鍵的識(shí)別方法一般采用掃描法，此方法分兩步進(jìn)行：第一步，識(shí)別鍵盤有無(wú)鍵被按下；第二步，如果有鍵被按下，識(shí)別出具體的按鍵。分述如下：識(shí)別鍵盤有無(wú)鍵被按下的方法是：讓所有列線均置為 0 電平，檢查各行線電平是否發(fā)生變化，如果沒(méi)變化，則說(shuō)明沒(méi)有鍵被按下；如果發(fā)生變化，則說(shuō)明有鍵被按下。識(shí)別具體按鍵的方法是（亦稱之為掃描法）：逐列置 0 電平，其余各列置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行電平由高電平變?yōu)?0 電平，則可確定此行此列交叉點(diǎn)處的按鍵被按下。掃描法的特點(diǎn)是逐列掃描查詢。這時(shí)，相應(yīng)的行應(yīng)有上拉電阻接高電平。（3）非編碼鍵盤通常，鍵盤有編碼和非編碼兩種。編碼鍵盤通過(guò)硬件電路產(chǎn)生被按按鍵的鍵碼和一個(gè)選通脈沖。選通脈沖作為 CPU 的中斷請(qǐng)求信號(hào)，以通知 CPU 以中斷方式接收按按鍵的鍵碼。這種鍵盤使用方便，所需程序簡(jiǎn)單，但硬件電路復(fù)雜，常不被微型計(jì)算機(jī)采用。非編碼鍵盤常用按鍵排列成矩陣式的。鍵盤上每鍵都有一個(gè)鍵值，一般采用依次排列的鍵值的方法，這時(shí)的鍵值與鍵號(hào)相一致。采用非編碼鍵盤必須對(duì)所有按鍵進(jìn)行監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)有鍵按下，CPU 應(yīng)通過(guò)程序加以識(shí)別，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)鍵的處理程序，實(shí)現(xiàn)該鍵功能。（4）按鍵開(kāi)關(guān)狀態(tài)的可靠輸入目前，無(wú)論是按鍵或鍵盤都是利用機(jī)械觸點(diǎn)的全、斷作用。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在閉合及斷開(kāi)瞬間均有抖動(dòng)過(guò)程，會(huì)出現(xiàn)一系列負(fù)脈沖。抖動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短，13與開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 5~10ms。按鍵的穩(wěn)定閉合期，由操作人員的按鍵動(dòng)作所確定，一般為十分之幾秒至幾秒時(shí)間。為了保證 CPU 對(duì)鍵的一次閉合，僅作一次鍵輸入處理，必須去除抖動(dòng)影響。通常去抖動(dòng)影響的措施有硬、軟件兩種。這里我們采用軟件除去抖動(dòng)，辦法是在檢測(cè)到不鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè) 10 ms 的延時(shí)程序，然后再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下?tīng)顟B(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響。第五章 溫度控制的算法4．1 PID 算法通常，電阻爐爐溫控制采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出實(shí)測(cè)爐溫對(duì)所需爐溫的偏差值，然后對(duì)偏差值處理而獲得控制信號(hào)去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。在工業(yè)上，偏差控制又稱為“PID 控制” ，即按偏差的比例、積分、微分進(jìn)行控制。這是工業(yè)過(guò)程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制形式，它結(jié)構(gòu)靈活，一般都能收到令人滿意的效果。控制論告訴我們，PID 控制的理想微分方程為：u(t)=Kp[e(t)+1/Ti∫ t0e(t)dt+Td de(t)/dt] ★式中：e(t)=r(t)-y(t) 稱為偏差值，可作為溫度調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，其中 r(t)為給定值，y(t)為被測(cè)變量值； Kp 為比例系數(shù)；T i 積分時(shí)間常數(shù)； Td 為微分時(shí)間常數(shù)；u(t)為調(diào)節(jié)器的輸出控制電壓信號(hào)。因?yàn)椋?jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，故必須將上述數(shù)學(xué)方程表示的模擬 PID 算式離散化，變?yōu)閿?shù)字 PID 算式。若設(shè)溫度的采樣周期為 T，第 n 次采樣得到的輸入偏差為 en，調(diào)節(jié)器輸出為 un。 ，有：u(t)≈u(n)e(t)≈e(n)de(t)/dt=(en-en-1)/T∫ t0e(t)dt=∑e k×T其中：n 為采樣序號(hào)，n=0，1，2，3，……k,……n這樣，★式便可改寫成為：un=Kp [en+1/ Ti×∑e k×T +Td×(en-en-1)/T]式中，u n 是全量值輸出，每次的輸出 值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置（如控制閥門的開(kāi)度）一一對(duì)應(yīng)，所以稱之為位置型 PID 算法。在這種位置型控制算法中，由于算式中存在累加項(xiàng)，因此輸出的控制量 un 不僅與本次偏差有關(guān)，還與過(guò)去歷次采樣偏差有關(guān)，使得 un 產(chǎn)生大幅度變化，這樣會(huì)引起系統(tǒng)沖擊，甚至造成事故。所以在實(shí)際中當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對(duì)值，而是其增量時(shí)，可采用增量型 PID 算法，寫成遞推形式為：un=un-un-114=Kp[en+1/Ti×∑ ek×T+Td×(en-en-1)/T]-Kp[en-1+1/Ti×∑e k×T +Td×(en-1-en-2)/T]= Kp[en-en-1+T/Ti×en+Td/T×(en-2en-1+en-2)]改寫成：u(n)=u(n-1)+Kp｛E(n)-E(n-1)+K IE(n)+KD[E(n)-2E(n-1)+E(n-2)]｝=u(n-1)+PP+PI+PD4．2 數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，除了需要確定 Kp、T i、T d 外，還需要確定系統(tǒng)的采樣周期 T。通常采用的方法有三種：擴(kuò)充臨界比例度法、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法和試湊法。其中，用擴(kuò)充臨界比例度法整定 PID 參數(shù)不需要事先知道對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，是直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行的。如果已經(jīng)知道系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性曲線，那么就可以采用擴(kuò)充響應(yīng)曲線法來(lái)整定 PID 參數(shù)。這兩種方法特別適用于一階滯后環(huán)節(jié)的被控對(duì)象。另外，由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程錯(cuò)綜復(fù)雜，參數(shù)千變?nèi)f化，因此并不是所有的數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器都有能用上面的兩種方法，所以目前應(yīng)用最多的還是試湊法。試湊法是從一組初始 PID 參數(shù)出發(fā)，經(jīng)過(guò)閉環(huán)試驗(yàn)，再根據(jù)各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)品質(zhì)的定性影響，反復(fù)試湊，不斷修改參數(shù)，直到獲得滿意的控制效果為止。表 1 是 PID 參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)選擇范圍。為了減少參數(shù)試湊的盲目性，初始 PID 參數(shù)可按表 1 選取，然后再按如下步驟試湊。表 1被調(diào)量 特 點(diǎn) Kp Ti Td溫 度 滯后大，用微分1．6~5 3~10 0．5~3壓 力滯后一般不大，不用微分1．4~3．5 0．4~3液 位若允許有靜差，可不用積分和微分1．25~5流 量時(shí)間常數(shù)小，有噪聲，故Kp較小，T i 較短，不用微分1~2．5 0．1~1（1）只采用比例控制，K p 由小變大，若響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)、靜差已達(dá)到要求，只采用比例調(diào)節(jié)。（2）若靜差不滿足，則加入積分控制，將 Kp 減小，例如取 0。8K p 代替Kp，T i 由大到小，反復(fù)測(cè)試多組的 Kp 和 Ti 值，從中確定合適的參數(shù)。（3）若動(dòng)特性不滿足，比如超調(diào)量過(guò)大，或調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則加入微分控制，Td 由小到大，逐步湊多組 PID 參數(shù)，從中找出一組最佳調(diào)節(jié)參數(shù)。15這一個(gè)裝置包含六個(gè)獨(dú)立的門,每個(gè) DM 7407都有緩沖功能。 這種設(shè)備輸出為了適當(dāng)?shù)倪壿嫴僮餍枰獠可侠娮?。SN7407這些單塊集成的TTL hex 緩沖/ 驅(qū)動(dòng)器高電壓為高級(jí)電路( 如 MOS), 或驅(qū)動(dòng)高電流負(fù)載( 如燈或繼電器),也可驅(qū)動(dòng)TTL 輸入。。MC14528B 是雙邊單穩(wěn)多諧振動(dòng)器，無(wú)論上升沿還是下降沿它都可能被觸發(fā)，而且輸出一個(gè)寬脈沖。16參考文獻(xiàn)1．韓安太，劉峙飛，黃海。DSP 控制器原理及其在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。北京：清華大學(xué)出版社，2003。2．寧改娣，楊拴科。DSP 控制器原理及應(yīng)用。北京：科技出版社，2002。3．胡漢才。單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。北京：清華大學(xué)出版社，2002。4．何立民。MCS——51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)。北京航空航天大學(xué)出版社出版，1990。5．閻石。數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版） 。北京：高等教育出版社，1998，12（2001重?。?。6．何希才，江云霞。現(xiàn)代電力電子技術(shù)。北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1996，7。7．游泊坤， 詹寶 。溫度測(cè)量?jī)x表。北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版，1982。1Abstractthe topic of This design :The control of the temperature of the electric resistance stove.Adopt platinum rhodium 10 ——platinum to collect the temperature signal, the calculation of PID calculates the temperature error margin, then carried out by the controller of DSP.This kind of electric circuit struction is simple and varible.The slice of DSP , here what we select is TMS320F240 of the company of TI.It is based on a modify Harvard architecture,which supports separate bus structures for data space and program space,As well as good performance of peripheral on chip.Such as:including two A/Dthe inner part adopts the kind keeps machine of 16 roads 10 of As/ D conversion machine mold piece, a correspondence connects a mold piece, a line establishes to connect outside a mold piece manages machine( EV) etc. with the affairs.TMS320F240 to the control of the temperature is to pass to can control the 硅 adjust what the electric circuit of 功 realizes.Can control the 硅 trigger the signal be led by TMS320F240 T2PWM/ T2CMP/ IOPB4 feet offering of, over synchronous pulse in zero from trigger the electric circuit creation over the zero.Person's machine connects a people's adoption the CPU settles scan the keyboard method, the LED development shows, toing attain to the temperature the solid hour examines, solid the purpose that hour control.摘 要本設(shè)計(jì)題目：電阻爐溫度的控制。采用鉑銠 10——鉑采集溫度信號(hào)，PID 算法計(jì)算溫度誤差，然后由 DSP 控制器執(zhí)行溫度控制。這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活。DSP 芯片，這里我們選擇的是 TI 公司的 TMS320F240。它采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，支持獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和程序總線以及功能強(qiáng)大的片上外設(shè)。如：兩個(gè)帶有內(nèi)部采樣保持器的 16 路 10 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器模塊，串行通信接口（ SCI）模塊，串行外設(shè)接口（SPI ）模塊和事件管理器（EV）等。TMS320F240 對(duì)溫度的控制是通過(guò)可控硅調(diào)功電路實(shí)現(xiàn)的?？煽毓璧挠|發(fā)信號(hào)由 TMS320F240 的 T2PWM/T2CMP/IOPB4 引腳提供的，過(guò)零同步脈沖由過(guò)零觸發(fā)電路產(chǎn)生。2人機(jī)接口采用 CPU 定時(shí)掃描鍵盤方式，LED 動(dòng)態(tài)顯示，以達(dá)到對(duì)溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)時(shí)控制的目的。關(guān)鍵詞：DSP PID 控制算法3目 錄第一章 緒 論 4第二章 方案論證 5第三章 硬件電路 63．1 TMS320F240 簡(jiǎn)介 3．2 前向通道 3．2．1 溫度檢測(cè)和變送器 3．2．2 TMS320F240 的 ADC（模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器） 3．3 后向通道 3．3．1 溫度控制電路 3．3．2 外圍驅(qū)動(dòng) 3．3．3 電氣隔離 第四章 人機(jī)接口 4．1 其他電路的概述 4．2 鍵盤、顯示電路 4．2．1 LED 顯示 4．2．2 鍵盤接口設(shè)計(jì) 第五章 溫度控制的算法 5．1 PID 算法 5．2 數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定 第六章 軟件設(shè)計(jì) 4第一章 緒 論在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、機(jī)械制造和食品加工等領(lǐng)域中，都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制，采用數(shù)字量對(duì)它們進(jìn)行控制，控制方便、簡(jiǎn)單、靈活，而且可以提高被控溫度的指標(biāo)，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制異突起，發(fā)展迅速。依靠一定的硬件基礎(chǔ)，針對(duì)特定的控制目的，實(shí)現(xiàn)一個(gè)高可靠性，高效率的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，是現(xiàn)代工業(yè)和社會(huì)發(fā)展的迫切需要。當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，微電子技術(shù)的推動(dòng)，使這一需求得以實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等，都是這個(gè)大家庭中的一員。和單片機(jī)相比，DSP 具有較大的存儲(chǔ)器容量，更豐富的，功能強(qiáng)大的片上外設(shè)等等?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，我們采用數(shù)字信號(hào)處理器，即：DSP 控制器。我們通常所說(shuō)的 DSP 有兩個(gè)含義：其一是 Digital Signal Processing 的簡(jiǎn)稱，是指數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，它不僅涉及許多學(xué)科，還廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。特別在 20 世紀(jì) 60 年代，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的理論和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展；DSP 的第二個(gè)含義是 Digital Signal Processor 的簡(jiǎn)稱，即數(shù)字信號(hào)處理器（也稱為 DSP 芯片） ，它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器。它是一種適合于數(shù)字信號(hào)處理的高性能微處理器。數(shù)字信號(hào)處理器已成為數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用之間的橋梁，并進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，也極大地拓展了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。DSP 芯片，即數(shù)字信號(hào)處理器，是一種特別適合于數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求，DSP 芯片一般具有如下特點(diǎn)：（1）在一個(gè)指令周期內(nèi)完成一次乘法和一次加法運(yùn)算。（2）程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分開(kāi)，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)。（3）片內(nèi)具有快速 RAM，通常可通過(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線進(jìn)行訪問(wèn)。（4）具有低開(kāi)銷或無(wú)開(kāi)銷執(zhí)行循環(huán)及跳轉(zhuǎn)操作的硬件支持。（5）快速的中斷處理和硬件 I/O 支持。（6）在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器。（7）可以并執(zhí)行多個(gè)操作。（8）支持流水線操作，不同操作階段可以重疊執(zhí)行。自 1982 年美國(guó)德州儀器（TI）公司推出通用可編程 DSP 芯片以來(lái)，DSP 技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在 DSP 技術(shù)與 DSP 芯片的相互幫助下，在計(jì)算機(jī)與微電子技術(shù)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)上，DSP 芯片性能已得到了極大的提高。作為實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的硬件核心，DSP 的應(yīng)用領(lǐng)域取得了不斷的拓展。DSP 芯片已經(jīng)深入到我們的5工作與生活中，無(wú)論是在計(jì)算機(jī)外設(shè)、通信、工業(yè)控制、航空航天、精密儀器，還是在家用電器，如 CD 機(jī)、變頻空調(diào)器、MP3 播放器、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備中，都有DSP 芯片的身影。6第二章 方案論證縱觀設(shè)計(jì)題目要求，電阻爐溫度控制是采集模擬量——溫度，然后進(jìn)行控制?？刂频姆椒ê芏啵海?）以模擬電路硬接線方式建立的控制系統(tǒng)。（2）以微處理器為核心的控制系統(tǒng)。（3）用可編程 DSP 控制器為核心構(gòu)成的控制系統(tǒng)。1．模擬控制系統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)一般采用運(yùn)算放大器等分立元件以硬接線方式構(gòu)成，但這種系統(tǒng)很難應(yīng)用于一些功能要求比較高的場(chǎng)合。2．以微處理器為核心的控制系統(tǒng)這里的微處理器實(shí)際上是指以 MCS——51、MCS——96 等為代表的 8 位或 16位單片機(jī)。以微處理器為控制器，所構(gòu)成的控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）使電路更簡(jiǎn)單。模擬電路為了實(shí)現(xiàn)邏輯控制需要許多分立電子元件，從而使電路變得復(fù)雜。采用微處理器后，絕大多數(shù)控制邏輯可采用軟件實(shí)現(xiàn)。（2）可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法。微處理器具有更強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度快、精度高、具有較大容量的存儲(chǔ)器（128KB RAM，8051 有 4KB ROM，8751 有 4KB EPROM，8031 無(wú) ROM 或 EPROM。使用時(shí)往往外括 ROM） ，因此有能力實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法。（3）靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)。微處理器的控制方式主要由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，若需要修改，一般不必修改控制系統(tǒng)的硬件電路，只對(duì)軟件修改即可。（4）無(wú)零點(diǎn)漂移，控制精度高。（5）可提供人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作。在一些性能要求不是很高的場(chǎng)合，現(xiàn)在普遍采用單片機(jī)作為控制器。然而，由于微處理器一般采用馮——諾依曼總線結(jié)構(gòu)，處理器的速度有限，處理能力也有限；另外單片機(jī)系統(tǒng)比較復(fù)雜，軟件編程的難度較大。同時(shí)，一般單片機(jī)的集成度較低，片上不具備控制系統(tǒng)所需要的專用外設(shè)，如 PWM 產(chǎn)生電路等。因此，基于微處理器構(gòu)成的系統(tǒng)仍然需要較多的元器件，這增加了系統(tǒng)電路板的復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)的可靠性，也難以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制算法，如預(yù)測(cè)控制、模糊控制等。由于技術(shù)的發(fā)展，新的單片機(jī)無(wú)論從制造工藝上，還是性能、功能上都有了極大的改進(jìn)。新單片機(jī)（如 C8051Fxxx 系列、AVR 系列等）的工作頻率一般在20MHZ 以上，采用流水線技術(shù)，片內(nèi)集成大量存儲(chǔ)單元和功能外設(shè)，有的單片機(jī)內(nèi)部甚至集成了 DSP 核，這些措施都使單片機(jī)的性能得到了很大提高，可以較好地滿足高性能控制系統(tǒng)的需要。然而。與同樣性能的 DSP 控制器相比，這些微處理器的7價(jià)格往往比較昂貴。3．以可編程 DSP 控制器為核心構(gòu)成的控制系統(tǒng)。為滿足世界范圍內(nèi)控制系統(tǒng)的需要，TI 公司推出了 TMS320x24x 系列 DSP 控制器。x24x 系列 DSP 控制器將一個(gè)高性能的 DSP 核，大容量的片上存儲(chǔ)器（片內(nèi)的數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器可達(dá)上百千字）和專用的運(yùn)動(dòng)控制外設(shè)電路（PWM 產(chǎn)生電路、可編程死區(qū)、SSVPWM 產(chǎn)生電路、捕獲單元等）以及其他功能的外設(shè)電路（16 通道A/D 轉(zhuǎn)換單元、串行通信接口、CAN 控制器模塊等）集成在單芯片上，保持了傳統(tǒng)微處理器可編程、集成度高、靈活性/適應(yīng)性好、升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，其內(nèi)部的DSP 核可提供更高的運(yùn)算速度、運(yùn)算精度和處理大量數(shù)據(jù)運(yùn)算的能力。x24x 系列 DSP 控制器采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，分別用獨(dú)立的總線來(lái)訪問(wèn)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，配合片內(nèi)的硬件乘法器，指令的流水線操作和優(yōu)化的指令集。DSP 控制器的控制算法如 Kalman 濾波、模糊控制、神經(jīng)元控制等。基于 DSP 控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)單片系統(tǒng)，因?yàn)檎麄€(gè)控制所需的各種功能都可由 DSP 控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，可大幅度縮小目標(biāo)系統(tǒng)的體積，減小外部元器件的個(gè)數(shù)，增加系統(tǒng)的可靠性。另外，由于各種功能都通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，目標(biāo)系統(tǒng)升級(jí)容易，擴(kuò)展性、維護(hù)性都很好。同時(shí)，DSP 控制器的高性能使最終系統(tǒng)既可滿足要求比較低的系統(tǒng)，更可以滿足對(duì)系統(tǒng)性能和精度要求較高的場(chǎng)合的需要。通過(guò)上面各種方法的比較，我們選擇可編程 DSP 控制器為主控制器來(lái)組成控制系統(tǒng)。8第三章 硬件電路3．1 TMS320F240 簡(jiǎn)介TMS320F24X 系列是美國(guó) TI 公司推出的高性能 16 位定點(diǎn) DSP，專門為電機(jī)控制和其它數(shù)字控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的新一代數(shù)字信號(hào)處理器。它不僅擁有數(shù)字信號(hào)處理器的一般特點(diǎn)，還增加了片內(nèi)外設(shè)，有強(qiáng)大的處理能力。TMS320F240 是其中典型的一種。TMS320F240 主要由 CPU、存儲(chǔ)器和片上外設(shè)三部分組成，其主要特點(diǎn)如下：（1）采用改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，具有分離的程序總線和數(shù)據(jù)總線，使用四級(jí)流水線作業(yè)，并且允許數(shù)據(jù)在程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間之間傳輸，從而提高了運(yùn)行速度和編程的靈活性。（2）指令執(zhí)行速度為 20MIPS，幾乎所有的指令都可以在 50ns 的單周期內(nèi)執(zhí)行完畢。（3）CPU 內(nèi)含有 32 位中央算術(shù)邏輯單元、32 位累加器、16 位×16 位并行硬件乘法器，并帶有 32位結(jié)果寄存器、3 個(gè)定標(biāo)移位器和 8個(gè)輔助寄存器。（4）片內(nèi)有 16K 字的 Flash EEPROM，544 字的 DARAM，存儲(chǔ)器最大可尋址空間為 224K 字（64K 字程序空間，64K 字?jǐn)?shù)據(jù)空間，64K 字 I/O 空間，32K 字全局空間）。且?guī)в熊浖却隣顟B(tài)產(chǎn)生器的外部存儲(chǔ)器接口，可實(shí)現(xiàn)與各種類型外部存儲(chǔ)器的接口。（5）雙 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，共 16 位輸入通道，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 6μs。（6）片上還集成了事件管理器（含有 3 個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)捕獲單元等） 、28 個(gè)可編程復(fù)用 I/O 引腳、鎖相環(huán)時(shí)鐘發(fā)生器、具有實(shí)時(shí)中斷的看門狗電路、串行通訊接口、串行外設(shè)接口等功能外設(shè)。3．2 前向通道前向通道是指 TMS320F240 對(duì)被控參數(shù)的輸入通道，包括溫度檢測(cè)元件、 A/D轉(zhuǎn)換等。在工業(yè)控制中，由于被控對(duì)象的參數(shù)常常是非物理量（如溫度等） ，因此如何把它們變?yōu)殡娏坎⒔?jīng)過(guò) A/D 變換而輸入到 TMS320F240 中是每個(gè)應(yīng)用工作者必須考慮的問(wèn)題。3．2．1 溫度檢測(cè)和變送器溫度檢測(cè)元件和變送器的類型選擇和被控溫度及精度等級(jí)有關(guān)。溫度測(cè)量?jī)x表按照測(cè)量方式人為地分為接觸式與非接觸式兩類。所謂接觸式即兩個(gè)物體接觸后，在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)達(dá)到熱平衡（動(dòng)態(tài)平衡） ，此時(shí)兩個(gè)物體溫度相等；非接觸式即選為標(biāo)準(zhǔn)并當(dāng)作溫度計(jì)使用的物體與被測(cè)物體相互不接觸，利用物體的熱輻射（或其它特性） ，通過(guò)對(duì)輻射能量（或亮度）的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。常用工業(yè)9溫度計(jì)可分為：接觸式——熱膨脹溫度計(jì)（常用范圍：-200℃——620℃） ，熱電阻溫度計(jì)（常用范圍：-258℃——900℃） ，熱電偶溫度計(jì)(常用范圍：-200℃——1800℃)；非接觸式——熱輻射溫度計(jì)（常用范圍一般非常高） 。根據(jù)溫度需要，所以選擇接觸式溫度計(jì)中的熱電偶。同時(shí)熱電偶測(cè)量溫度范圍廣，可靠性高，自身能產(chǎn)生電壓，不需要外加激勵(lì)電源，使用方便。由測(cè)溫范圍：0℃——1000℃，測(cè)溫精度：1℃，我們選擇華宇儀表線纜廠的鉑銠 10——鉑，代號(hào)WRP，分度號(hào) S，測(cè)溫范圍：長(zhǎng)期 0℃——1300℃ ，短期 0℃——1600℃，一級(jí)允差1℃。而且它具有耐高溫，精度高，物理、化學(xué)性能好，熱電勢(shì)穩(wěn)定性好，高溫下抗氧化性能好的優(yōu)點(diǎn)。同理，根據(jù)被控溫度和精度等級(jí)選擇變送器。由于被測(cè)的溫度量經(jīng)過(guò)溫度檢測(cè)元件的捕捉和轉(zhuǎn)換，其輸出信號(hào)幅度（如電流和電壓等）往往很小，無(wú)法進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。因此，溫度檢測(cè)元件輸出接變送器。變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出的 0mV~9.659mV 變換成 0mA~10mA 范圍內(nèi)的電流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出 0mA~10mA 的 0 電流變換成 0V~5V范圍內(nèi)的電壓。3．2．2 TMS320F240 的 ADC（模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器）TMS320F240 內(nèi)部集成了兩個(gè) 10 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，并帶有內(nèi)部采樣保持電路。共有 16 路模擬輸入通道，每 8 個(gè)通道經(jīng)過(guò)一個(gè) 8 選 1 多路選擇器和一個(gè)采樣保持器（前向通道中采樣保持器的作用主要有兩點(diǎn)：一是能保證輸入模擬量在 A/D 轉(zhuǎn)換期間保持不變，以提高 A/D 轉(zhuǎn)換的精度；二是使某一時(shí)刻各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上的模擬量同時(shí)保持下來(lái)，供控制器分時(shí)加以檢測(cè)和處理，以確保檢測(cè)到的數(shù)字量具有時(shí)間上的一致性。當(dāng)然，對(duì)于緩慢變化的模擬量如溫度，采樣保持器可以不用。但對(duì)于快速變化的模擬量，只有使用采樣保持器才能確保檢測(cè)精度。 ）到 10 位的 ADC，ADC 的轉(zhuǎn)換結(jié)果保存到兩級(jí)先進(jìn)先出的（FIFO）寄存器。每個(gè) ADC 的轉(zhuǎn)換時(shí)間大約 6μs (不同 DSP 會(huì)略有不同，準(zhǔn)確數(shù)據(jù)見(jiàn)各芯片的 data sheet)。A/D 轉(zhuǎn)換的模擬參考電壓VREFHI 和 VREFLO 由外部電源提供，可以接 0~5V 的任何電壓。V CCA 和 VSSA 應(yīng)該分別連到 5V 電源和模擬地。1．ADC 引腳說(shuō)明ADC 模塊有 21 個(gè)引腳可以與外部電路連接。其中 ADCIN0~ADCIN15 為 16 路模擬輸入，V REFHI 和 VREFLO 為模擬參考電壓輸入引腳，V CCA 和 VSSA 為模擬電源引腳，另一引腳步為 ADCSOC 外部啟動(dòng) ADC 轉(zhuǎn)換引腳。ADCIN0~ADCIN7 屬于第一個(gè) ADC，ADCIN8~ADCIN15 屬于第二個(gè) ADC，其中 ADCIN0、ADCIN1、ADCIN8 和 ADCIN9 四個(gè)引腳與數(shù)字I/O（IOPA0、1、3、2）多路復(fù)用，通過(guò)學(xué)習(xí)編程可設(shè)定這 4 個(gè)引腳為數(shù)字 I/O 引腳。這 4 個(gè)引腳的精度低于專用的模擬輸入引腳 ADCIN2~ADCIN7 和10ADCIN10~ADCIN15。外部啟動(dòng)引腳 ADCSOC 也與 I/O（IOPC0）多路復(fù)用。2．ADC 操作模式ADC 模塊的功能如下：（1）可以同時(shí)采樣和轉(zhuǎn)換 2 路模擬輸入（每個(gè) ADC 單元各一個(gè)） 。（2）每個(gè) ADC 都可以進(jìn)行單獨(dú)或連續(xù)的采樣/保持和轉(zhuǎn)換操作。（3）兩個(gè) ADC 可以由軟件指令、器件 ADCSOC 引腳電平跳變、每個(gè)通用定時(shí)器的下溢、周期匹配和比較匹配事件和捕獲單元 4 個(gè)來(lái)啟動(dòng) ADC 操作。（4）ADC 控制寄存器的某些位是具有映象寄存器的雙級(jí)緩沖位，對(duì)這些位的寫不影響下在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換，因?yàn)樾聦懭氲闹凳窍冗M(jìn)入映象寄存器而不是直接進(jìn)入工作寄存器，當(dāng)前的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)結(jié)束后，ADC 會(huì)自動(dòng)地將映象寄存器內(nèi)容載入工作寄存器，下一個(gè)轉(zhuǎn)換就由新的配置一決定。（5）轉(zhuǎn)換結(jié)束后，中斷標(biāo)志被置位。如果中斷未被屏蔽且使能，則將產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求。（6）如果第 3 次轉(zhuǎn)換完成時(shí)，CPU 還沒(méi)有讀 FIFO，那么第 1 次轉(zhuǎn)換的結(jié)束將會(huì)丟失。3．模擬信號(hào)采樣/轉(zhuǎn)換每個(gè) ADC 在 1 個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換預(yù)定標(biāo)時(shí)鐘周期內(nèi)完成輸入的采樣，在 5 個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換預(yù)定標(biāo)時(shí)鐘周期內(nèi)完成轉(zhuǎn)換，所以每個(gè)采樣/轉(zhuǎn)換需要 6 個(gè) ADC 時(shí)鐘周期。ADC模塊結(jié)構(gòu)要求采樣/轉(zhuǎn)換時(shí)間要大于等于 6μs 以保證正確轉(zhuǎn)換。因此，對(duì)所有系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，都必須有 6 個(gè) ADC 時(shí)鐘周期大于等于 6μs，ADC 提供了一個(gè)預(yù)定標(biāo)功能，來(lái)保證無(wú)論 DSP 時(shí)鐘如何變化都不得可以確保 ADC 最佳性能。這樣一來(lái)，通過(guò)學(xué)習(xí)選擇合適的預(yù)定標(biāo)就可以滿足上述要求。預(yù)定標(biāo)值由下式?jīng)Q定：SYSCLK 時(shí)鐘周期 TSYSCLK×預(yù)定標(biāo)值 ×6＞=6μs預(yù)定標(biāo)值由 ADC 控制寄存器 ADCTRL2 的其中三位決定，在編程時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的取值和上式的關(guān)系確定預(yù)定標(biāo)值。4．?dāng)?shù)字量輸出ADC 的 10 位數(shù)字量結(jié)束由下面公式近似給出，進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證。數(shù)字量結(jié)果=1023×（輸入模擬電壓-V REFLO）/（V REFHI-VREFLO）每個(gè) ADC 包含一個(gè) 2 級(jí) FIFO 數(shù)字輸出寄存器，該寄存器包含一個(gè)模擬輸入轉(zhuǎn)換后的 10 位數(shù)字量結(jié)果，存放在寄存器的高 10 位，讀 FIFO 時(shí)，低 6 位 D5~D0始終為零。FIFO 是只讀寄存器，復(fù)位時(shí)被清零。5．雙 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器編程11每個(gè) DSP 的單元模塊都有多種功能或多種工作方式，它的功能實(shí)現(xiàn)是由相關(guān)的寄存器和引腳完成。寄存器分為控制類寄存器、狀態(tài)寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。每個(gè)模塊在工作以前，由控制類寄存器對(duì)模塊進(jìn)行初始化編程，設(shè)置其功能或工作方式等。因此，對(duì)于各類寄存器的地址以及格式的了解至關(guān)重要的。ADC 模塊共有 4 個(gè)寄存器，其地址映射在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的 7030H~703FH 之間。1．ADC 寄存器（1）ADC 控制寄存器 1（ADCTRL1）——地址 7032HD15：S。僅用于仿真期間。D15=0 當(dāng) D14=0 時(shí)，立即停止；D15=1 仿真器停止之前，完成本次轉(zhuǎn)換。D14：F。僅用于仿真期間。D14=0 操作由位 D15 確定；D14 =1 仿真器停止時(shí)，ADC 繼續(xù)運(yùn)行。D13：ADCIMSTRAT。ADC 立即開(kāi)始轉(zhuǎn)換。D13=0 無(wú)動(dòng)作；D13=1 立即開(kāi)始轉(zhuǎn)換。D12：ADC2EN。ADC2 的禁止/使能位，該位是映象的?？梢栽谵D(zhuǎn)換進(jìn)行過(guò)程中寫入，不影響 本次轉(zhuǎn)換 ，寫入本位的信息在下一次轉(zhuǎn)換 時(shí)才生效。D12=0：ADC2 禁止（不進(jìn)行采樣、保持和轉(zhuǎn)換， ADCFIFO 內(nèi)容不變） ；D12=1 ADC 被使能。D11：ADC1EN，ADC1 的禁止/使能位，作用與 ADC2EN 一樣。D10：ADCCONRUN。將 ADC 連續(xù)轉(zhuǎn)換設(shè)置位。D10=0 無(wú)操作；D10=1 連續(xù)轉(zhuǎn)換。D9：ADCINTEN 。ADC 中斷允許位。如果該 位被置位，則當(dāng) ADCINTFLAG=1 時(shí)，將產(chǎn)生一次中斷。D8：ADCINTFLAG。ADC 中斷標(biāo)志位。如果該位為 1，表示有中斷發(fā)生。向該 位寫清除本位。D7：ADCEOC。轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志。D7=0 轉(zhuǎn)換結(jié)束D7=1 轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。D6~ D4：ADC2CHSEL 。ADC2 通道選擇。D 6~ D4=000~111 依次選擇通道 8~通道15。D3~ D1：ADC1CHSEL 。ADC1 通道選擇。D 3~ D1=000~111 依次選擇通道 0~通道7。12D0：ADCSOC。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)位。D0=0 無(wú)動(dòng)作；D0=1 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。注意：ADC1 或 ADC2 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換以前，必須被使能。（2）ADC 控制寄存器 2（ADCTRL2）——地址 7034HADC 控制寄存器 2 選擇 ADC 輸入時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)、轉(zhuǎn)換模式、仿真操作及ADCFIFO 寄存器的狀態(tài)。D15~ D11、D 8、D 5：保留。讀操作不確定，寫無(wú)效。D10：ADCEVSOC。事件管理模塊啟動(dòng)轉(zhuǎn)換使能位。ADC 的轉(zhuǎn)換操作可以由事件管理比較匹配信號(hào)同步。該位為映象位，可以在任何時(shí)候?qū)懭?，?duì)下次轉(zhuǎn)換有效。D10=0 禁止事件管理模塊啟動(dòng)轉(zhuǎn)換；D10=1 允許事件管理模塊啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。D9：ADCEXTSOC。外部信號(hào)（即 ADCSOC 引腳）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換使能位。ADC 轉(zhuǎn)換可以由外部信號(hào)的上升沿啟動(dòng)，該位為映象位。D9=0 禁止外部 ADCSOC 引腳啟動(dòng)轉(zhuǎn)換；D9=1 允許 ADCSOC 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。D7~ D6：ADCFIFO1。表明 ADC1 數(shù)據(jù)寄存器 FIFO 的狀態(tài)，在進(jìn)行任何操作前可以存儲(chǔ)兩個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果，但如果第三次轉(zhuǎn)換結(jié)束，那么最早一次的結(jié)果將丟失。D 7~ D6為映象位。00——FIFO 空；01——FIFO 有一個(gè)數(shù)據(jù)；10——FIFO 有兩個(gè)數(shù)據(jù)；11——FIFO 有兩個(gè)數(shù)據(jù)，而且之前的數(shù)據(jù)至少丟失一個(gè)。D4~ D3：ADCFIFO2 。表明 ADC2 數(shù)據(jù)寄存器 FIFO 的狀態(tài)。與 ADCFIFO1 類似。D2~ D0：ADCPSCALE。A/D 轉(zhuǎn)換輸入時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)因子。（3）A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)字輸出寄存器每個(gè) ADC 包含一個(gè) 2 級(jí) FIFO 數(shù)字輸出寄存器，這為從數(shù)字寄存器中讀出數(shù)據(jù)之前轉(zhuǎn)換兩次提供了靈活性。該寄存器包含一個(gè)模擬輸入轉(zhuǎn)換后的 10 位數(shù)字結(jié)果，存放在寄存器的高 10 位，即 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 D9~ D0，依次存放在 FIFO 的高 10位 D15~ D6中，讀 FIFO 時(shí)，低 6 位 D5~ D0始終為零。FIFO 是只讀寄存器，復(fù)位時(shí)被清零。ADCFIFO1 地址為 7036H，ADCFIFO2 地址為 7038H。3．3 后向通道后向通道是 TMS320F240 把處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳送、輸出、控制和調(diào)節(jié)的13通道。3．3．1 溫度控制電路TMS320F240 對(duì)溫度的控制是通過(guò)可控硅調(diào)功器電路實(shí)現(xiàn)的。雙向可控硅管和加熱絲串接在交流 220V、50HZ 市電回路。在給定周期 T 內(nèi)，TMS320F240 只要改變可控硅管的接通時(shí)間便可改變加熱絲功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。圖 2 給出了可控硅管在給定周期 T 內(nèi)具有不同接通時(shí)間的情況。顯然，可控硅在給定周期 T 的100%時(shí)間內(nèi)接通時(shí)的功率最大?？煽毓杞油〞r(shí)間是通過(guò)可控硅控制板上觸發(fā)脈沖加以控制的，該觸發(fā)脈沖由 TMS320F240 的 IOPB4 引腳上產(chǎn)生的高電平控制，受過(guò)零同步脈沖同步后經(jīng)光耦管 TIL117 和驅(qū)動(dòng)器輸出送到可控硅的控制板上。過(guò)零同步脈沖是一種50HZ交流電壓過(guò)零時(shí)刻的脈沖，可使可控硅在交流電壓正弦波過(guò)零時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通。過(guò)零同步脈沖由過(guò)零觸發(fā)電路產(chǎn)生。電壓比較器LM311用于把50HZ 正弦交流電壓變?yōu)榉讲?。方波的正邊沿和?fù)邊沿分別作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528的兩個(gè)輸入觸發(fā)信號(hào)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528輸出的兩個(gè)窄脈沖經(jīng)二極管或門混合后就可得到對(duì)應(yīng)于門交流220V市電的過(guò)零同步脈沖，此脈沖一方面作為可控硅的觸發(fā)同步脈沖加到溫度控制電路，另一方面還作為計(jì)數(shù)脈沖加到TMS320F240的TMRCLK上。其中，電壓比較器（如LM311）是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒幅與比較的電路，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路，在測(cè)量和控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。輸入電壓是模擬信號(hào)，而輸出電壓是高電平或低電平，用以表示比較的結(jié)果。雙向可控硅相當(dāng)于兩個(gè)可控硅反向并聯(lián)，但只有一個(gè)門極。雙向可控硅的允許電流由有效值表示，允許電流大小不僅與可控硅的額定電流有關(guān)，而且也與溫度有關(guān)，為提高可靠性，一般降額使用，即使用額定值的70%。因?yàn)殡p向可控硅是正反向都可控，所以沒(méi)有反向耐壓?jiǎn)栴}。當(dāng)外加電壓瞬時(shí)超過(guò)阻斷電壓時(shí)，元件變?yōu)閷?dǎo)通工作狀態(tài)，經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后，元件恢復(fù)正常工作，所以一般不必考慮過(guò)電壓保護(hù)，但需加過(guò)流保護(hù)措施。u12．5%u t25%tu50%14tu100%t圖2可控硅調(diào)功器輸出功率與通斷時(shí)間的關(guān)系3．3．2 外圍驅(qū)動(dòng)由于 TMS320F240 的輸出信號(hào)電平很低，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備工作，因此一般采用專門的驅(qū)動(dòng)器，稱為外圍驅(qū)動(dòng)器。外圍驅(qū)動(dòng)器的電路形式和結(jié)構(gòu)一般具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）采用集電極開(kāi)路輸出，以便使輸出高電平近似等于外加電壓，調(diào)節(jié)外加電壓一定程度上可以輸出比較高的電平去滿足負(fù)載要求，而不受邏輯電平的限制；（2）要求輸出晶體管具有比較強(qiáng)的負(fù)載能力，能夠受比較大的電流。3．3．3 電氣隔離在工業(yè)領(lǐng)域中，控制器不僅要對(duì)被對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，輸入被控系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量和模擬量，而且還要把經(jīng)過(guò)處理后的信息以開(kāi)關(guān)量和模擬量形式輸出并控制被控系統(tǒng)工作，這些開(kāi)關(guān)量（如動(dòng)力回路的啟停等）和模擬量（如壓力、溫度和流量傳感器的輸出等等）本身往往就是強(qiáng)電系統(tǒng)。因此，強(qiáng)電路必將會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。控制系統(tǒng)和強(qiáng)電控制回路的共地是引起干擾的主要原因，因?yàn)閺?qiáng)電控制回路中的電流和電壓往往很大，并會(huì)在強(qiáng)電使用的電器和地之間形成強(qiáng)大的脈動(dòng)干擾。這個(gè)脈動(dòng)干擾必然會(huì)通過(guò)接地不良電阻和電容耦合到主機(jī)回路中。消除這些脈沖干擾的最有效方法是使主機(jī)弱電部分和強(qiáng)電控制回路的地隔開(kāi)，在電氣連接上切斷它們彼此間的耦合通道。因此，隔離器件兩側(cè)必須使用獨(dú)立的電源分開(kāi)供電。我們通常使用的是光電耦合器，它是一種有效的電隔離手段，它價(jià)格低廉，可靠性好，得到廣泛的應(yīng)用。光電耦合器由封裝在一個(gè)管殼內(nèi)的發(fā)光二極管和光敏三極管組成。輸入電流流過(guò)二極管時(shí)使其發(fā)光，照射到光敏三極管上使其導(dǎo)通，完成信號(hào)的光電耦合傳送，它實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出在電氣上的完全隔離。此外，利用光電耦合器還可以起到電平轉(zhuǎn)換的作用。這一個(gè)裝置包含六個(gè)獨(dú)立的門,每個(gè) DM 7407都有緩沖功能。 這種設(shè)備輸出為了適當(dāng)?shù)倪壿嫴僮餍枰獠可侠娮琛N7407這些單塊集成的TTL hex 緩沖/ 驅(qū)動(dòng)器高電壓為高級(jí)電路( 如 MOS), 或驅(qū)動(dòng)15高電流負(fù)載( 如燈或繼電器),也可驅(qū)動(dòng)TTL 輸入。。MC14528B 是雙邊單穩(wěn)多諧振動(dòng)器，無(wú)論上升沿還是下降沿它都可能被觸發(fā)，而且輸出一個(gè)寬脈沖第四章 人機(jī)接口4．1 其他電路的概述TMS320F240 的 IOPA0~IOPA3 和 IOPC0~IOPC3 作為 LED 字形碼口；IOPC4~IOPC7 用作 4×4 鍵盤的行掃描口；IOPB5 用來(lái)點(diǎn)亮報(bào)警燈；IOPB0~IOPB3可以控制 LED 的點(diǎn)亮和用作 4×4 鍵盤的列值的讀入口；ADCIN7 和 ADCIN15 為溫度檢測(cè)電路的模擬量輸入端；TMRCLK 用于輸入 50HZ 市電的過(guò)零同步脈沖；IOPB4 用控制與非 M1，由 TMS320F240 通過(guò)軟件控制，M1 輸出經(jīng)過(guò)光耦和驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)控制可控硅的導(dǎo)通和截止，以達(dá)到對(duì)爐溫的調(diào)節(jié)。4．2 鍵盤、顯示電路LED 和鍵盤是人機(jī)對(duì)話的重要設(shè)備。其中 LED 用來(lái)顯示控制過(guò)程和運(yùn)算結(jié)果；鍵盤用于輸入數(shù)據(jù)、代碼和命令。在應(yīng)用系統(tǒng)中，在同時(shí)需要使用鍵盤和顯示器接口時(shí)，為了節(jié)省 I/O 口線，常常把鍵盤和顯示電路做在一起，構(gòu)成實(shí)用的鍵盤、顯示電路。圖中設(shè)置了 16 個(gè)鍵。LED 顯示器采用共陰極接法。段選碼由 PA 口（IOPA0~IOPA3）和 PC 口的IOPC0~IOPCIOPC3 提供，位選碼由 PB 口的 IOPB0~IOPB3 提供。鍵盤的列輸入由PB 口的 IOPB0~IOPB3 提供，行輸出由 PC 口的 IOPC4~IOPC7 提供。LED 采用動(dòng)態(tài)顯示軟件譯碼，鍵盤采用逐列掃描查詢工作方式。LED 的驅(qū)動(dòng)采用 7407。4．2．1 LED 顯示采用共陰極 LED 顯示。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，如圖（1） 。16錯(cuò)誤 dp g f e d c b a通常的七段 LED 顯示塊中有八個(gè)發(fā)光二極管，因此也被叫做八段顯示器，其中七個(gè)二極管組成一個(gè)七段字型“8” ，另外一個(gè)組成點(diǎn)“.” ，可作為小數(shù)點(diǎn)顯示。七段顯示塊的連接非常容易，只要將一個(gè) 8 位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。8 位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符，其段碼如圖。通常將控制發(fā)光二極管的 8 位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼。共陰極和共陽(yáng)極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)。七段 LED 碼的顯示碼顯示字符 共陰極段選碼共陽(yáng)極段選碼顯示字符 共陰極段選碼共陽(yáng)極段選碼0 3FH C0H C 39H C6H1 06H F9H D 5EH A1H2 5BH A4H E 79H 86H3 4FH B0H F 71H 8EH4 06H F9H P 73H 8CH5 6DH 92H U 3EH C1H6 7DH 82H H 76H 89H7 07H F8H T 31H CEH8 7FH 80H Y 6EH 91H9 6FH 90H 8． FFH 00HA 77H 88H “滅” 00H FFHB 7CH 83H在控制系統(tǒng)中通常使用 LED 顯示塊構(gòu)成 N 位 LED 顯示器，N 位 LED 顯示器有N 根位選線和 8×N 根段選線（這里 N=4） 。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。位選線控制顯示位的亮、暗；段選線控制字符選擇。雖然，LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式，但由于 N 位靜態(tài)顯示器要求有 8×N 根 I/O17口線，占用 I/O 資源較多；同時(shí)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)需要大量的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖存，代價(jià)昂貴，而且電路相對(duì)復(fù)雜，在某些領(lǐng)域可能由于成本的問(wèn)題不能采用。故在位數(shù)較多時(shí)往往采用動(dòng)態(tài)顯示方式，即在多位 LED 顯示時(shí)，將所有位的段選線（數(shù)據(jù)線）并聯(lián)在一起，由一位 8 位的 I/O 控制，而共陰極或共陽(yáng)極點(diǎn)分別由相應(yīng)的 I/O 口線控制。由于所有位的段選碼由一個(gè) I/O 控制，因此，在每個(gè)瞬間，8 位 LED 只可能顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，必須采用掃描顯示方式。即在每一瞬間只使某一位顯示相應(yīng)字符。在此瞬間，段選控制 I/O 口輸出相應(yīng)字符段選碼，位選控制I/O 口在該顯示位送入選通電平（共陰極送低電平，共陽(yáng)極送高電平）以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位顯示該位應(yīng)顯示字符，并保持延時(shí)一段時(shí)間，以造成視覺(jué)暫留效果。4．2．2 鍵盤接口設(shè)計(jì)鍵盤是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的必要輸入設(shè)備之一，它有獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵兩種方式。獨(dú)立式按鍵電路，每個(gè)按鍵需要獨(dú)占一根 I/O 口線，每根 I/O 口線工作狀態(tài)互之間不會(huì)產(chǎn)生影響。但當(dāng)按鍵較多時(shí)，I/O 口線浪費(fèi)較大，故只在按鍵少時(shí)才采用這種按鍵電路，通常多采用矩陣式鍵盤接口電路（又稱行列式接口電路） 。它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。（1）矩陣鍵盤工作原理按鍵設(shè)置在行、列線的交點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。當(dāng)行線通過(guò)上拉電阻接+5V 時(shí)，被鉗位在高電平狀態(tài)。平時(shí)無(wú)按鍵動(dòng)作時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線如果為低，則行線電平為低；列線電平如果為高，則行線電平亦為高，這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣式鍵盤按鍵是否被按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。（2）按鍵的識(shí)別方法一般采用掃描法，此方法分兩步進(jìn)行：第一步，識(shí)別鍵盤有無(wú)鍵被按下；第二步，如果有鍵被按下，識(shí)別出具體的按鍵。分述如下：識(shí)別鍵盤有無(wú)鍵被按下的方法是：讓所有列線均置為 0 電平，檢查各行線電平是否發(fā)生變化，如果沒(méi)變化，則說(shuō)明沒(méi)有鍵被按下；如果發(fā)生變化，則說(shuō)明有鍵被按下。識(shí)別具體按鍵的方法是（亦稱之為掃描法）：逐列置 0 電平，其余各列置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行電平由高電平變?yōu)?0 電平，則可確定此行此列交叉點(diǎn)處的按鍵被按下。掃描法的特點(diǎn)是逐列掃描查詢。這時(shí)，相應(yīng)的行應(yīng)有上拉電阻接高電平。（3）非編碼鍵盤18通常，鍵盤有編碼和非編碼兩種。編碼鍵盤通過(guò)硬件電路產(chǎn)生被按按鍵的鍵碼和一個(gè)選通脈沖。選通脈沖作為 CPU 的中斷請(qǐng)求信號(hào)，以通知 CPU 以中斷方式接收按按鍵的鍵碼。這種鍵盤使用方便，所需程序簡(jiǎn)單，但硬件電路復(fù)雜，常不被微型計(jì)算機(jī)采用。非編碼鍵盤常用按鍵排列成矩陣式的。鍵盤上每鍵都有一個(gè)鍵值，一般采用依次排列的鍵值的方法，這時(shí)的鍵值與鍵號(hào)相一致。采用非編碼鍵盤必須對(duì)所有按鍵進(jìn)行監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)有鍵按下，CPU 應(yīng)通過(guò)程序加以識(shí)別，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)鍵的處理程序，實(shí)現(xiàn)該鍵功能。（4）按鍵開(kāi)關(guān)狀態(tài)的可靠輸入目前，無(wú)論是按鍵或鍵盤都是利用機(jī)械觸點(diǎn)的全、斷作用。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在閉合及斷開(kāi)瞬間均有抖動(dòng)過(guò)程，會(huì)出現(xiàn)一系列負(fù)脈沖。抖動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短，與開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 5~10ms。按鍵的穩(wěn)定閉合期，由操作人員的按鍵動(dòng)作所確定，一般為十分之幾秒至幾秒時(shí)間。為了保證 CPU 對(duì)鍵的一次閉合，僅作一次鍵輸入處理，必須去除抖動(dòng)影響。通常去抖動(dòng)影響的措施有硬、軟件兩種。這里我們采用軟件除去抖動(dòng)，辦法是在檢測(cè)到不鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè) 10 ms 的延時(shí)程序，然后再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下?tīng)顟B(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響。19第五章 溫度控制的算法5．1 PID 算法通常，電阻爐爐溫控制采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出實(shí)測(cè)爐溫對(duì)所需爐溫的偏差值，然后對(duì)偏差值處理而獲得控制信號(hào)去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。在工業(yè)上，偏差控制又稱為“PID 控制” ，即按偏差的比例、積分、微分進(jìn)行控制。這是工業(yè)過(guò)程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制形式，它結(jié)構(gòu)靈活，一般都能收到令人滿意的效果?？刂普摳嬖V我們，PID 控制的理想微分方程為：u(t)=Kp[e(t)+1/Ti×∫ t0e(t)dt+Td× de(t)/dt] (5_1)式式中：e(t)=r(t)-y(t) 稱為偏差值，可作為溫度調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，其中 r(t)為給定值，y(t)為被測(cè)變量值； Kp為比例系數(shù)；T i 積分時(shí)間常數(shù)； Td為微分時(shí)間常數(shù)；u(t)為調(diào)節(jié)器的輸出控制電壓信號(hào)。因?yàn)?，?jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，故必須將上述數(shù)學(xué)方程表示的模擬 PID 算式離散化，變?yōu)閿?shù)字 PID 算式。若設(shè)溫度的采樣周期為 T，第 n 次采樣得到的輸入偏差為 en，調(diào)節(jié)器輸出為 un。 ，有：u(t)≈u(n)e(t)≈e(n)de(t)/dt=(en-en-1)/T∫ t0e(t)dt=∑e k×T其中：n 為采樣序號(hào)，n=0，1，2，3，……k,……n這樣，(5_1)式便可改寫成為：20un=Kp [en+1/ Ti×∑e k×T +Td×(en-en-1)/T]式中，u n是全量值輸出，每次的輸出 值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置（如控制閥門的開(kāi)度）一一對(duì)應(yīng)，所以稱之為位置型 PID 算法。在這種位置型控制算法中，由于算式中存在累加項(xiàng)，因此輸出的控制量 un不僅與本次偏差有關(guān)，還與過(guò)去歷次采樣偏差有關(guān)，使得 un產(chǎn)生大幅度變化，這樣會(huì)引起系統(tǒng)沖擊，甚至造成事故。所以在實(shí)際中當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對(duì)值，而是其增量時(shí)，可采用增量型 PID 算法，寫成遞推形式為：un=un-un-1=Kp[en+1/Ti×∑ ek×T+Td×(en-en-1)/T]-Kp[en-1+1/Ti×∑e k×T +Td×(en-1-en-2)/T]= Kp[en-en-1+T/Ti×en+Td/T×(en-2en-1+en-2)]改寫成：u(n)=u(n-1)+Kp｛E(n)-E(n-1)+K IE(n)+KD[E(n)-2E(n-1)+E(n-2)]｝=u(n-1)+PP+PI+PD5．2 數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，除了需要確定 Kp、T i、T d外，還需要確定系統(tǒng)的采樣周期 T。通常采用的方法有三種：擴(kuò)充臨界比例度法、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法和試湊法。其中，用擴(kuò)充臨界比例度法整定 PID 參數(shù)不需要事先知道對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，是直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行的。如果已經(jīng)知道系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性曲線，那么就可以采用擴(kuò)充響應(yīng)曲線法來(lái)整定 PID 參數(shù)。這兩種方法特別適用于一階滯后環(huán)節(jié)的被控對(duì)象。另外，由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程錯(cuò)綜復(fù)雜，參數(shù)千變?nèi)f化，因此并不是所有的數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器都有能用上面的兩種方法，所以目前應(yīng)用最多的還是試湊法。試湊法是從一組初始 PID 參數(shù)出發(fā)，經(jīng)過(guò)閉環(huán)試驗(yàn)，再根據(jù)各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)品質(zhì)的定性影響，反復(fù)試湊，不斷修改參數(shù)，直到獲得滿意的控制效果為止。表 1 是 PID 參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)選擇范圍。為了減少參數(shù)試湊的盲目性，初始 PID 參數(shù)可按表 1 選取，然后再按如下步驟試湊。表 1被調(diào)量 特 點(diǎn) Kp Ti Td溫 度 滯后大，用微分1．6~5 3~10 0．5~3壓 力滯后一般不大，不用微分1．4~3．5 0．4~3液 位若允許有靜差，可不用積分和1．25~521微分流 量時(shí)間常數(shù)小，有噪聲，故Kp較小，T i 較短，不用微分1~2．5 0．1~1（1）只采用比例控制，K p由小變大，若響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)、靜差已達(dá)到要求，只采用比例調(diào)節(jié)。（2）若靜差不滿足，則加入積分控制，將 Kp減小，例如取 0。8K p代替Kp，T i 由大到小，反復(fù)測(cè)試多組的 Kp和 Ti 值，從中確定合適的參數(shù)。（3）若動(dòng)特性不滿足，比如超調(diào)量過(guò)大，或調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則加入微分控制，Td由小到大，逐步湊多組 PID 參數(shù)，從中找出一組最佳調(diào)節(jié)參數(shù)。第六章 軟件設(shè)計(jì)22結(jié)束語(yǔ)星移斗轉(zhuǎn)，白駒過(guò)隙。一轉(zhuǎn)眼，畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲了，剛開(kāi)始設(shè)計(jì)那一刻，仿佛還在昨天。記得那個(gè)時(shí)候，自己對(duì)設(shè)計(jì)題目的了解猶如一張白紙，尤其用 DSP 芯片，一個(gè)自己根本沒(méi)接觸過(guò)的芯片進(jìn)行控制，就更讓我畏步。但幾個(gè)月過(guò)去了，我不但自學(xué)了 DSP 控制器，對(duì)它了解很多，而且也學(xué)會(huì)了 C 語(yǔ)言編程，熟練地掌握了Office，Protel 畫圖?？傊?，畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我受益菲淺。它教會(huì)我把大學(xué)四年的所學(xué)，融會(huì)貫通，靈活掌握；它還讓我領(lǐng)會(huì)到一個(gè)人做事是沒(méi)底線的，只要你有恒心，有毅力，你一定會(huì)如愿以償。23參考文獻(xiàn)1．韓安太，劉峙飛，黃海。DSP 控制器原理及其在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。北京：清華大學(xué)出版社，2003。2．寧改娣，楊拴科。DSP 控制器原理及應(yīng)用。北京：科技出版社，2002。3．胡漢才。單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。北京：清華大學(xué)出版社，2002。4．何立民。MCS——51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)。北京航空航天大學(xué)出版社出版，1990。5．閻石。數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版） 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