（轮机工程专业论文）profibusdp智能化从站的设计.pdf

- 7 t ) 4 p r o fi b u s d p 智能化从站的设计 | j f 摘要 p r o f i b u s 是一种国际化、开发式、不依赖于设备生产厂商的总 线标准。广泛适用于制造业自动化，流程工业自动化和楼宇、交通、 电力等其他领域的自动化。p r o f i b u s d p 用于分布式控制系统的高 速数据传输解决方案，它是经过优化的高速( 可达1 2 m b i t s ) 、廉价的 通信连接，专为自动控制系统和设备级分散i o 之间的通信设计，并 且支持即插即用。p r o f i b u s d p 从站是进行输入和输出信息采集和 发送的外围设备( i 0 设备、驱动器、h m i 、阀门等) 。土l c u (v s s r e s e ta x c sx da _ r a l m o d e t e d y a l ev s s x 肿 x w rv d d x r dv s s rrest口xcrs ) c n 孙 d 嘞醴s p c 3 免功 v d d 娜 a b 0t 妯 a b lv s s a b 2 a b 3a d b 0 a b 4a d b l a b 5a d b 2 a b 6a d b 3 a b 7a d b 4 a b 8a d b 5 a b 9a d b 6 a b l 0a d b 7 图3 2s p c 3 引脚连线与封装 3 2 塑璺篓坚兰! 生蔓型堑竺! l 一 苎三主! 塑! ! ! ! ! ：竺塑垡垡竺些竺竺竺壅墨 图中a = 1 2 9 0 o 2 5 m m ，b = l o o o _ + o 1 0 m m ，c = l o o o _ _ o 1o 咖，d = 1 2 9 0 0 2 5 m m ，h = 0 0 35 0 0 5 r a m ，g = o 8 0 r a m 。 下表为s p c 3 引脚功能堙3 1 描述 c h , 肚t lc 3 2 m o d e ：p o nv d o ic 1 6 5 m o d e ：c s - q n a l c p uf 8 0 c 1 6 5 1 由w n h _ q n w 厄1c 触时m c t o r d a o i v l d e rs e l i j n q t h e 酬酐“d 甜f o r c l k 2 0 u r e e d 3 叩i ，r e du h 惦r m o t o r q hc p u c l ki r r s lc i o c k 叫b i n d u t s w t e m v s s c l o d d u s d i r e d e d 曲2o f4 $ v s t e r n c p u 帕 l o 口05l m ii n t e r r a c e s y s m l ，12 m o t o r “a , n t e c l o i n t e t r u l x c p ui n t e m t + c o n t r 8 0 j ( c p o ) a c l o r e t tb u s lc 3 2m o d e i 田，0 lc 1 6 5r n o d 跏b u s jod a m b u l lc 3 2 d fd m 咖眦b m u 脚h dc p u _ _ f 州 iolc 1 6 s m 州d ，圳o r _ b u s l a m a r “e d oo a “e x c h = n q t i , t a l er o t p r o f i b u s - d p l e o x r e 0 y x o t c k0r e e d v f o r 日m a i c p us v = t e mc p u io“ l 怒= 溢。0 ”“” c p u r n = m o q d b 3 io l 蠹嚣掣。“” 1 8 1 9 io帆 l 嚣：盛。产“。 i 盟：墨“” c p u ，m e r n o 。 1 0 = 堋8 0 c c 弛1 6 6 柏d a t a 出毖嚣恕勰裟涨 s m - m 髹鼎0 嵩，。 c p u ( a 0 c 3 萄 a b q ic 茈m o d e ：岬0 c 1 8 5 m o d ea d mb u lc p uf c l e 5 ) m i n i o n t x dos e p a ls e n d r s 4 8 5 t e n d e r r t s0h s ”dr s 4 8 5 n d f v s s 2 9b“”“ l 舞器嚣i ：黧：。 3 0r x d婚s n m c 3 1瞄 d 山h b 吐 3 2螬 酣陀螺b u s s 憎帅c p u 3 3x c t sbc l w r t os 舯d 咖 0 3s 州喇 f s km o d m 3 4x t e s t 0啼n n m u t td e 帆嘲自x l ( 1 m v d o 3 5n n m u s tb 0 i a c 喇缸e d m v d d 3 6i f c s c 。，i n d m 0 毗w l o m w l m c p u ；i 口n 3 7瞄a d d r e 鸽嘶0s y s t e mc p u 3 8 3 4 0 4 1船a d d r e ub u = 9 y = t e mc p u 4 2曲 4 3a d d r mb u t s y l u f n c p u a b o船 表3 3s p c 3 引脚功能表 上表中引脚名称为x 开头的为低电平有效，v d d = + s v ，v s s = g n d ( 接地) ； 输入级别：i 表示c m o s 输入，i ( c s ) 表示s c h m i t 触发c m o s 输入，i ( c p d ) 表 示带下拉的c m o s 输入，i ( t s ) 表示s c h m i t 触发的t t l 电平。 3 s p c 3 的内存分配 3 3 上海交通大学硕士学位论文 第- = - i p r o f i b u s - d p 智能化从站的硬件实现 下表为s p c 3 的1 5 k b 双端口r a y 的地址分配。 s p c 3 内部的锁存器寄存器位于开始的2 1 个地址单元内。有些锁存器寄存 器既能反映s p c 3 的工作状态，又能影响它的工作，当然这些单元要么是只读的、 要么是只写的。用户无权存取的内部工作单元也位于该地址区间。 处理器组织参数位于r a m 中始于1 6 h 的地址空间内。全部的缓冲器结构( 用 于d p s a p s ) 取决于这些组织参数。另外，一般参数设置数据( 站地址，识别号 。 等) 在这些地址区间传送，状态数据也存放在这些地址单元中( 全局控制命令等) 。 a d d r e s sf u n c t i o n 0 0 0 h 鬻l a l ：i i i 籍赣势；j 囊垂i 鬻：摹l i i l l 囊蓑i ；蠹基鬻蔫；i 蘸；蓦l l ；：舞蔫i 萎、jf ，h 、 址、群黝崔i # 硪端群：+ # 嚣鞴；# 嚣搿* 博麓群群嚣爵嚣j t 群 0 1 6 h o r g a n i z a t i o n a l p a r a m e t e r s ( 4 2b y t e s ) 0 4 0 hd p b u f f e r ：d a t al n ( 3 ) 。 d a t a o u t ( 3 ) + d 均n o s t i c s ( 2 ) p a r a m e t e r s e t t i n gd a t a ( 1 ) 5 f f hc o n 哟u r a t i o nd a t a ( 1 ) a u x i l i a r yb u f f e r ( 2 ) s s a - b u f f e r ( 1 ) 图3 4s p c 3 的内存分配 与组织参数设置相关的参数，用户定义缓冲器是位于4 0 h 地址之后。所有的 缓冲器必须开始于段地址( 4 8 字节分段) 。 s p c 3 的全部r a y 被划分为1 9 2 个逻辑段，每个段包含8 个字节，所有的段地 址都是8 的倍数。 4 s p c 3 的时序特性 s p c 3 的时钟脉冲见下表： n o p a r a m e t e rm i nm a x u n i t c l o c k p u l s e 4 8 m h z ： 1c l o c kh i g ht i m e6 2 51 4 6i 3 s 2c l o c kl o wt i m e6 - 2 51 4 6n s 3r i s et i m e4n s 4 f a l it i m e 4 n s c l k 图3 5s p c 3 的时钟时序 3 4 上海交通大学硕士学位论文第三章p r o f i b u 5 一d p 智能化从站的硬件实现 s p c 3 在连接8 0 3 2 同步方式下的时序：s p c 3 在a l e 负跳变时保存低位地址， 在此同时s p c 3 希望在地址总线上达到高位地址。s p c 3 从高位地址总线上产生了 一个片选信号。存取s p c 3 的请求产生于读信号的负跳变和写信号的正跳变。s p c 3 的读写时序分别见图3 6 和图3 7 。 呻z 十一 i 卜o - 1 v a l o ； | 回延三齐 - 一q ) _ _ 一一i 黟 一 卜一黟一 l 一 ，。、 广 图3 6s p c 3 连接8 0 3 2 的读时序 r ：，一 n c 妒，厂 ! ) 二一 一至：一一一 、 ( v a l o yv a l i d 、i 、0 、勇( a a r e s n )刘d m n ) | ：j ：、。n 卜t i 多-1 、，_ 卜t j d 一 l ， 图3 7s p c 3 连接8 0 3 2 的写时序 5 s p c 3 的r s 4 8 5 接口电路 下图为s p c 3 的r s 4 8 5 接口电路。数据传输在r s 4 8 5 工作模式( 即r s 4 8 5 技术) 完成。p r o f i b u s 可用的线路如图3 8 所示。p r o f i b u s 接口【2 3 1 通常为9 针d 型 接插件。其中引脚3 接b 线，引脚4 接r t s ( 请求发送) ，引脚5 接地，引脚6 接电源( 5 v ) ，引脚8 接a 线，其他引脚未用。下图为s p c 3 的r s 4 8 5 接口电路 旺 盯 盯 舳 脒 o 0 旺 盯 盯 帆 a a d x 兰立苎墨：! 垦：堡壁主兰竺笙查 苎三主竺! ! ! 型! 二竺塑丝些坠苎塑竺竺壅墨 图3 8 $ p c 3 的r s 4 8 5 驱动接口 31 2 8 0 0 3 2 单片机 选用i n t e l 公司的8 0 3 2 单片机0 5 ”1 实现控制功能，主要性能 片内2 5 6 字节r a m 。 4 个8 位i o 口。 3 个t 6 位计数器定时器。 1 个串行i o 口。 8 个中断源。 31 3 可编程扩展i 0 芯片8 2 5 5 a 8 2 5 5 a 2 6 2 7 1 是i n t e l 公司生产的通用可编程并行i o 接口芯片，和m c s 一5 1 相 连可为外设提供三个8 位i o 端口，允许采用同步异步和中断方式传送i o 数据。 8 2 5 5 a 的引脚及其功能： 一c s ：片选信号端，低电平时芯片选中； 一r d ：读引脚，低电平时允许输出数据到c p u ； 一w r ：写引脚，低电平时允许c p u 输入数据； v c r ：+ 5 v 电源； g n d ：接地端； a - a 。：地址线，用来选择内部端口； p a 7 - - p a n ：a 口输入输出线，与外设相连； p b ? - - p b 。：b 口输入输出线，与外设相连； p c 7 - - p c 。：cv i 输入输出线，与外设相连： 3 6 上海交通大学硕士学位论文 第三章p r o f i b u s - d p 智能化从站的硬件实现 d t - d 。：三态双向数据线，与微机数据总线连接，用来传送数据； r e s e t ：复位信号端，输入高电平有效，复位后清除所有控制寄存器，所有口均 为输入。 314 g z l 3 8 逐次逼近型a d 转换器a d 7 5 7 4 a d 7 5 7 4 口7 1 是一种与8 位p p 兼容的低成本a d 转换器，它采用逐次逼近技术并 达到1 5 “s 的转换时间。a d 7 5 7 4 被设计成内存映象的输入设备，可与静态r a m 、r o m 或低速存储器相连。a d 7 5 7 4 的数据输出位使用三态逻辑，允许直接连到“p 的数 据总线或系统输入端口。内部时钟、+ 5 v 工作状态、单机比较和接口逻辑、以及 低功耗( 3 0 r o w ) 和快速转换时间使得a d 7 5 7 4 对大多数a d c p 接口应用来说是理 想的芯片。小尺寸( 1 8 脚) 和单片的可靠性使它能在航空电子学、仪器和过程自动 化方面得到广泛应用。 8 位分辨率。 r o m 模式和低速内存接口模式。 线性度7 8 ( b i t s ) 。 单一电源供电( + 5 v ) 。 低功耗( 3 0 m w ) 。 转换速度快( 1 5 “s ) 31 58 位d i a 转换器d a c 0 8 3 2 d a c 0 8 3 2 芯片乜5 2 8 3 具有两个输入数据寄存器和一个8 位d a 转换器，能与m c s - - 5 1 系列单片机直接接口。d a c 0 8 3 2 由8 为输入锁存器、8 位d a 转换器及转换 控制电路构成。其控制引脚可以与微处理器的控制总线直接相连，接收微处理器 的控制。由于d a c 0 8 3 2 是电流输出型d a 转换器，要获得模拟电压输出，必须外 加转换电路。d a c 0 8 3 2 芯片为2 0 引脚，双列直插式封装结构，其主要特性为： 8 位分辨率。 电流稳定时间为l “s 。 可双缓冲、单缓冲或直接数字输入。 只需在满量程下调整线性度。 单一电源供电( + 5 v + 1 8 v ) 。 低功耗( 2 0 r o w ) 。 3 2 智能化从站硬件系统的连接 整个硬件系统由s p c 3 、8 0 3 2 、扩展接口8 2 5 5 a 、外部e p r o m 组成，构成一个 p r o f b u s 智能化执行器从站。系统通过8 2 5 5 a 的p a 接收反馈信号，经过8 0 3 2 运 行p i d 算法，由8 2 5 5 的p b 口输出驱动：同时8 0 3 2 通过s p c 3 使用r s - 4 8 5 与外 界通信，获得数据，调整p i d 参数，使系统实现最优控制。系统连接如下图所示： 。t j j 曩 冉 图3 9 系统核心电路 上图中传感器a d 电路采用了a d 7 5 7 4 芯片，d a 驱动电路采用d a c 0 8 3 2 芯片，2 ke p r o m 采用了2 7 1 6 芯片。具体的电路连接原理图见附录。 图3 1 0p r o f i b u s d p 智能化肼站电路原理图 上图中s p c 3 的引脚x c s ( 片选) 连1 k 电阻接地，表明s p c 3 工作在c 3 2 方 式。引脚m o d e 接高电平，引脚x i n t m o 接低电平，8 0 c 3 2 和s p c 3 工作在同 步通讯方式下，此时s p c 3 的地址译码器被启动工作，c s 信号由s p c 3 内部产生： 8 位数据总线复用为，其中低8 位的地址总线上的地址由a l e 信号存放在s p c 3 的内部地址锁存器内：引脚a b 8 、a b 9 、a b l 0 接地，引脚a b 7 0 接收p 2 口送 来的高位地址( a b 70 = 0 0 0 0 0 x x x b ) ，在此方式下c s 针( x c s ) 必须连接高电平 簟 上海交通大学硕士学位论文第三章p r o f i b i $ 一d p 智能化从站的硬件实现 ( v d d ) 。s p c 3 的引脚r t s 和引脚t x d 连接到r s 4 8 5 的发送端上，引脚r x d 连接到r s 4 8 5 的接收端。 对于d a c 0 8 3 2 ，采用了单缓冲器方式接口，如图3 1 0 所示：让i l e 引脚接 + 5 v ，i 蒗和i 币于8 0 3 2 的w r 相连接。寄存器选择信号西及数据传送信号 ：丽雨都接p 。由p 。驱动。当p 。选通d a c 0 8 3 2 后，只要i 液输出控制信号， d a c 0 8 3 2 就能完成数据的输入锁存和d a 转换输出。 根据实际需要，在扩展并口8 2 5 5 a 上连接不同的外围电路( a d 、d a 等) ， 能实现执行器、传感器和变送器等多种p r o f i b u s 智能化从站。 上海交通大学硕士学位论文 第四章系统软件设计 第四章系统软件设计 4 1 系统软件设计概要 41 ，1 8 0 3 2 的智能软件设计 系统通常采用智能自整定p i d 算法，实际就是过程参数的自动辨识与常规p i d 算法相结合的控制技术。其中p i d 调节器参数由两个因素决定：一是由从站自身 的控制对象系统决定；其次是主站通过p r o f i b u s 现场总线传输给从站决定的。 以下是主要程序的流程图： 图4 1 主程序流程图 流程图中：r ( k ) 为控制设定值，y ( k ) 为第k 次采样输入， 偏差值，u ( k ) 为第k 次输出。吣q 。和q 2 是p i d 调节器参数。 41 2s p c 3 的通讯软件设计 上海交通大学硕士学 l k - 沦文 第四章系统软件设计 使用8 0 c 3 2 指令m o v x r i ，a 和m o v x d p t r ，a 直接读写s p c 3 的r a m ，主要 完成s p c 3 从站的初始化，主要包括：通知s p c 3 硬件扩展、定义报告事件的i d ( 识 别号) 、定义站地址和可用的缓冲器等程序。 s p c 3 的r a m 分布为： o o o h 0 1 5 h ，处理器参数锁存器寄存器。主要有o o h 一0 3 h ，是中断控制寄 存器。0 4 h 、0 5 h 是状态寄存器。0 6 h 、0 7 h 是方式寄存器0 ，0 8 h 、0 9 h 是方式寄 存器1 。 0 1 6 h 0 3 9 h ，组织参数。存放缓冲器的长度和地址结构信息。 0 4 0 h 以上，d p 缓冲器。例如数据输入输出缓冲器，诊断缓冲器，辅助缓冲 器等。该段内存包含了s p c 3 的服务存取点( s a p 5 5 6 2 ) ，能完成d p 从站和主站的 通讯任务。 4 28 0 3 2 智能软件实现 42 1p i d 算法的数字化与智能参数整定 比例积分微分控制简称是p d ( p r o p o r t i o n a li n t e g r a ld i f f e r e n t i a l ) 2 9 ”j 控制， 它的优点是原理简单，使用方便，鲁棒性强。也就是说，其控制品质对过程特性 的变化灵敏度比较低，调节器参数调整比较容易；具有无余差功能，精度较高； 适应性广，可用于各类工业过程控制，并已商品化。计算机过程控制的基本控制 算法也仍然是p i d 控制，据估计工业控制中p i d 占9 0 以上。 p i d 控制是一种反馈控制。反馈控制回路的方块图如图4 - - l 所示，其中广义 过程特性g o ( s ) 由执行器、过程和传感器、测量装置三部分所组成。图中e ( s ) 为偏差，u ( s ) 为控制器输出。 图4 2 反馈控制回路方块图 理想连续p i d 控制作用可用下式【3 1 1 描述： 呻) = k o 以卅寺胁) 破州。警m 。 ( 4 1 1 ) 式中k 。为比例放大系数( 又称比例增益) ； t 为积分时间： 兰塑苎登苎型= 竺翌苎羔兰兰羔一 苎! 主墨塑丝盐 t 。为微分时间； e ( t ) 为设定值r ( t ) 和测量值y ( t ) 之差； u o 为使偏差趋于零时的稳态控制输出即控制作用的初始稳态值。 理想的p i d 控制器的传递函数为： 勰咆= k o 1 + 去坪】 ( 4 1 2 ) 由于本从站系统的控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值来计 算控制量。因此，在计算机控制系统中，必须首先对式( 4 1 2 ) 3 1 1 进行离散化处 理，用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程。此时积分项和微分项可用 求和及增量式表示： j o , ( o d t = 杰。( ，) f = 7 壹e ( ，) ( 4 1 3 ) j 2 u，o u 生盟。e ( k ) - e ( k - 1 ) ：e ( k ) - e ( k - 1 ) d f出t ( 4 i 4 ) 将式( 41 3 ) 3 1 3 和式( 41 4 ) 3 1 1 代入式( 41 1 ) 中，则可以得到离散的p i d 表 达式： tp 个 ”( 后) = 疋p ) + 争p o ) + 等p ( 埘一e 一1 ) 】) ( 4 1 5 ) 0 式中，t = t 一采样周期，必须使t 足够小，才能保证系统有一定的精度； e ( k ) 一第k 次采样时的偏差值； e ( k 1 ) 一第k 1 次采样时的偏差值； k 一采样序号，k = o ，1 ，2 ； u ( k ) 一第k 次采样时控制器的输出。 由于式( 4 15 ) 的输出值与实际从站的输出位置一对应，因此，通常把式 ( 415 ) 称为位置型p i d 的位置控制算式。 由式( 4 15 ) 可以得到结论，要想计算u ( k ) ，不仅需要本次于上次的偏差信 k 号e ( k ) $ t ae ( k - 1 ) ，而且还要在积分项把历次的偏差信号娟) 进行相加，即e ( ) 。 1 = 0 这样，不仅计算烦琐，而且为保存e ( j ) 还要占用很多内存。因此，用式( 4 1 5 ) b ，1 直接进行控制不方便。为此，可以作以下改动。 根据递推原理，可写出k 1 次的p i d 输出表达式： 7 1 丝7 “( j i 一1 ) = k 。p ( 七一1 ) + 号8 u ) + 等 e ( 七一1 ) 一p ( 七一2 ) 】) ( 4 1 6 ) o i1 = 0 1 用式( 415 ) 减去式( 4 16 ) ，可得： u ( k ) = “( 七一1 ) + 足。 p ( 后) 一e ( k 1 ) + k ，p ( 七) + k d p ( 豇) 一2 e ( k 1 ) + e ( k 一2 ) ( 4 1 7 ) t 兰兰茎型堡主兰竺笙墨 苎! 主墨竺鉴竺堡苎 式中，k ，= k 。百t 一积分系数； 髟= 足。一微分系数。 1d 由式( 4l 7 ) 可知，要计算第k 次输出值u ( k ) ，只需知道u ( k - 1 ) ，e ( k ) ，e ( k 1 ) ， e ( k 2 ) 即可。 在很多控制系统中，由于执行机构是采用步进电机或多圈电位器进行控制的， 所以，只要给出一个增量信号即可。因此把式( 41 7 ) 两边都减去u ( k 1 ) ，得到： “( 后) = k p ( 七) 一e ( k 1 ) 】+ k ，e ( k ) + 足d b ( 七) 一2 e ( k 一1 ) + e ( k 一2 ) 】( 4 1 8 ) 式( 41 8 ) 中表示第k 次输出的增量值u ( k ) ，等于第k 次输出值u ( k ) 与第k _ 1 次输出值u ( k 1 ) 的差值，即在第k 1 次输出的基础上增加( 或减少) 的量，所以 式( 4 18 ) 叫做增量型p i d 控制算式。 从站的智能化就体现在它p i d 过程参数的自适应性上。我们让从站的p i e ) 过 程参数的整定工作由主站完成，这样有两个好处：一、减轻从站负担；二、主站 可以从整个系统出发，使参数最优化。过程参数通过主站传送给从站。主站过程 参数的智能识别算法见文献 3 0 3l 】。 42 2p i d 算法程序设计 用8 0 5 1 系列汇编语言进行p i d 程序设计有两种计算方法，一种是用定点运算， 另一种为浮点运算。定点运算速度比较快，但精度低；而浮点运算精度高，运算 比较慢。本从站采用浮点运算。 由式( 428 ) 可知，增量型p i d 算式为： a u ( k ) = k p ( 尼) 一e ( k 一1 ) 】+ 墨e ( k ) + k “e ( 七) 一2 e ( 七一1 ) + e ( k 一2 ) 】 设“。( 后) = k g ( 七) 一e ( k 一1 ) “。( k ) = k d e ( 七) 一2 e ( k 一1 ) + e ( j | 一2 ) 因此可以得到： 式( 4 2 9 ) 为离散化的增量型p i d 编程表达式。当系数k 、k 、k 求出后， 分别存放在指定的8 0 3 2 的片内r a m 单元中，详见表4 3 。并在初始化程序中 将e ( k 1 ) 、e ( k 2 ) 、u 。( k ) 单元清零，而后即可运行增量型p i d 子程序。 鲁 上海交通大学硕士学位论文 第日章系统软件设计 存储单元名称存储单元地址存放的数据 c o e f u r4 0 h r ( k ) c o e f k c4 3 h k 。 c o e f 4 6 hk t c o e n ( d4 9 hk d b i a s e 04 9 he ( k ) b i a s e l4 c he ( k - 1 ) b i a s e 24 f he ( k 2 ) b i a s e u c 5 2 h u 。 m i d d l e l 5 5 h中间结果 m i d d l e 2 5 8 h中间结果 m i d d l e 35 b h中间结果 b i a p i d 5 e hu 0 【) 增量型p i e ) 运算子程序流程图，如图4 4 所示： p i d 控制子程序( 增量型) 入口 + 读入r 和y ( k ) 0 计算e o ( ) t r ( k ) y ( k ) 0 计算u 。( k ) ；l ( c e ( k ) - e ( k - 1 ) 】 士 计算u 。o ) = l ( 1 e ( k ) 士 计算u d ( k ) - g l e ( k ) - 2 e 0 , - 1 ) + 2 e t k - 2 ) l 0 a u f k ) = u 。( k ) + u i ( 1 【) + u d ( k ) 0 e ( k - 2 ) , - - e ( k - 1 ) , e ( k - 1 ) i e ( k ) 士 p i d 控制子程序返回出口 图6 - - 4p i d 控制子程序流程图 、? j 矗蠢蕊蕊螽交蠡应。 4 4 兰i 型奎兰壁主兰! 丝圭 苎! 主墨苎整竺兰盐 根据以上的流程图可写出如下的增量型p i d 浮点运算程序： o r g1 0 0 0 h p i c i n cm o vr 1 棚) 虹a m o vr 0 ，# c o e f u r l c a l lf s u b m o vr l ，# b i a s e o l c a l lf s t r m o vr - 0 ，# b i a s e 0 m o vr 1 ，# b i a s e l l c a l lf s u b m o vr l ，# 匝d d l e l l c a l lf s t r m o vr 0 ，# c o e f k c l c a l lf n ， m o vr d ，# 田d d l e 2 l c a l lf s t r m o vr o ，# c o e f m o vr 1 ，# b i a s e o l c a l lf 缸， m o vr 1 ，# d d l e 3 l c a l lf s t r m o vr 0 ，# b i a s e u c l c a l lf a d d m o vr 1 ，# 叨d d l e 2 l c a l lf s t r m o vr o ，# 匝d d l e l m o vr l ，# b i a s e l l c a l lf s u b m o vr i ，# 叩d d l e 3 l c a l lf s t r m o vr o ，# b i a s e 2 l c a l lf a d d m o vr 1 ，# 田) d l e 3 l c a l lf s t r m o vr o ，# c o e f k d l c a l lf h 砸i ， m o vr 1 ，# d d l e l l c a l lf s t r m o vi ，# 田d d l e 2 l c a l lf a d d m o vr l ，# b i a p i d 计算e ( k ) = r ( k ) 一y ( k ) b i a s e o = e ( k ) 计算e ( k ) - - e ( k - 1 ) m i d d l e l = e ( k ) - - e ( k - 1 ) 计算u 。( k ) = k e ( k ) - - e ( k - 1 ) 】 m i d d l e 2 = u 。( k ) 计算u 。( k ) = l ( i e ( k ) ；保存u i ( k ) ；计算u c ( k ) + u i ( k ) ；m i d d l e 2 = u o ( k ) + u 。( k ) ；计算e ( k ) - - 2 e ( k - 1 ) 计算e ( k ) - - 2 e ( k - 1 ) + e ( k - 2 ) 计算i q e ( k ) - - 2 e ( k - 1 ) + e ( k 2 ) 】 计算u ( k ) = u c ( 1 ( ) + u i ( k ) + u d ( k ) 保存u ( k ) - 4 5 - 圭查茎兰垄兰竺主竺竺丝查 墨! 主墨燮竺堡兰 l c a l lf s t r m o vr 0 ，# b i a p i d ；将p i d 三字节浮点数转换为 l c a l lf i n t ；双字节整数r 2 r 3 m o v5 2 h ，4 f h ；e ( k 2 1 = e ( k - 1 ) m o v5 3 h ，5 0 h m o v5 4 h ，5 1 h m o v4 f h ，4 c h ；e ( k 一1 ) = e ( k ) m o v5 0 h ，4 d h m o v5 1 h ，4 e h r e t d a 工a e q u 3 0 h 以上程序中的f a d d 为浮点加法子程序；f s u b 为浮点减法子程序；f m u l 为浮点相乘子程序；f s t r 为浮点赋值子程序；f i n t 为浮点转换整数子程序。程 序中的p i d 运算是采用三字节浮点数进行运算，每一个数字量均占用三字节r a m 单元，首字节放的是阶码，其中第7 位放浮点数的符号，第6 位放阶码的符号位， 剩下的6 位放阶码值，后两个字节为尾数。 4 2 3输入输出子程序设计 根据硬件系统的连接原理图，a d 7 5 7 4 采用低速内存接口模式，主要优点是： 它允许“p 使用单条指令来完成启动转换、等待和读数据。这种方式下，西和面 是连在一起的。当a d 7 5 7 4 没有被寻址时，西和面输入是高电平，通过对a d 7 5 7 4 地址执行一条存储器读指令启动转换，然后百西西变成低电平使微处理器进入等 待状态。转换完成( 丽是高电平) ，微处理器自动完成读数据。因此设计a d 7 5 7 4 的a 仍转换子程序如下： o r g0 3 0 0 h；程序开始地址 a d ：c l r p 1 l；选中a d 7 5 7 4 s e t bp ，；置位a d 7 5 7 4 的面信号端 c l rp ，；读指令，利用稍后面使a d 7 5 7 4 复位 m o vd p t r ，# 8 f f f h ；将8 2 5 5 a 控制寄存器地址写入数据指针 m o va ，# 9 3 h；将8 2 5 5 a 方式控制字送入a m o v x d p t r a ；9 3 h 送控制字寄存器 l o o p l ：s e t bp ，；置位a d 7 5 7 4 的西信号端 s e t bp ，；置位a d 7 5 7 4 的面信号端 c l r p ，：选中a d 7 5 7 4 ，并启动转换 l 0 0 p ：n o p j n b p 。l o o p；若丽= 1 ( 转换结束) ，否则转l o o p s e t bp ，：置位a d 7 5 7 4 的西信号端 滋l 崩一。如i 藏。蕊涵鍪幽建虢k 、 兰翌墨塑查茎翌主! 竺i 坠一 一 苎! 主墨燮竺堡兰 s e t b p 1 2；置位a d 7 5 7 4 的面信号端 c l r p l l c l r p 。：；读指令，数据输出到p a 口 m o v d p t r ，# 8 f f c h ；a 口地址送数据指针 m o v x a ， d p t k；a 口数据送到8 0 3 2 的累加器a m o v6 1 h ，a ；将a 中的数据保存在6 1 h 中 r e t 根据硬件的电路原理图，d a c 0 8 3 2 采用缓冲同步方式d a 接口。整个输出过 程分两步完成数字量的输入锁存和d a 转换输出。子程序如下： o r g0 3 4 0 h；程序开始地址 d a ：m o v d p t r ，# s f f f h ；将8 2 5 5 a 控制寄存器地址写入数据指针 m o va ，# 9 0 h；将8 2 5 5 a 方式控制字送入a m o v x d p t r ，a ；9 0 h 送控制字寄存器， m o v d p t r ，# 8 f f d h ；b 口地址送数据指针，用基本锁存输出方式 m o va ，6 2 h；把即将输出并存放在6 2 h 中的数字量送到a m o v x d p t r ，a ；8 0 3 2 输出数据送到b 口 c l r p 。；启动d a c 0 8 3 2 ，开始转换模拟量输出 n o p n o p s e t b p 。；关闭d a c 0 8 3 2 转换 r e t 在运行以上的输入子程序后，r a m 中6 1 h 单元得到模拟输入的数字结果( 一 般为传感器数据) ；而在输出子程序中，6 2 h 内存单元则存放将要输出的数字输 出量。 4 3 s p c 3 的通讯软件设计 4 3 1 从站的初始化 从站上电后由8 0 3 2 控制s p c 3 的初始化。整个初始化工作可以分为两步：第 一步，完成从站在“离线( o f f l i n e ) ”状态下的参数设置，包括d p 工作方式的选 择、u a r t 报文结构和是否选择看门狗等：第二步，完成从站的“上线( o n l i n e ) ”， 改变从站的配置和重置看门狗。整个初始化完成后便可以与主站进行通讯和数据 交换。以下是从站上电后的状态流程图。 辜 兰苎璺尘望塑竺生曼兰竺望苎一一 苎! 主墨竺墼竺堡盐 c h k c 幻n o t s e t _ p r m n o t 图4 5d p - 从站的状态机构 s l a v ed i a g g l c f g s l a v e _ d i a g s e tp r m g e tc f a 图中的p o w e r o n ( 上电) 状态：只有在此状态下，从站能从2 类主站接收 s e t s l a v e _ a d d 电文来改变它的地址。w a i t _ p r m 状态：等待参数化完成。w a i t c f g 状态：等待组态完成。d a t a _ e x c h 数据交换状态：从站正式正常工作。若组态 或数据交换不成功，再回到参数化阶段。 由于s p c 3 可独立完成全部p r o f i b u s - - d p 通信功能，所以从站初始化时选择d p m o d e ，即设置方式寄存器o 的位“d pm o d e = l ”，进而使用固化在s p c 3 硬件中的协 议程序。s p c 3 在d pm o d e 方式下有以下服务存取点( s a p s ) 乜3 【2 4 ： d e f a u l ts a p ： 用户数据交换( w r i t e r e a d _ d a t a ) s a p 5 3 ：系统保留 s a p 5 5 ： 设定厦改从站地址( s e ta s l a v ed d r e s s ) s a p 5 6 ： 读输x ( r e a di n p u t s ) s a p 5 7 ： 读输( r e a d o u t p u t s ) s a p 5 8 ： 全局控制命令( g l o b a l _ c o n t r 0 1 ) s a p 5 9 ： 读组态数据( g e tc o n f i g ) s a p 6 0 ： 读诊断数据( s l a v ed i a g n o s i s ) s a p 6 1 ： 设定参数化数据( c h e c k c o n f i g ) s a p 6 2 ：检查组态数据 从站初始化程序设计 1 “离线”参数数据设定。 方式寄存器0 的设定 o r g1 2 0 0 h p o 、v e r o n ：m o va ，0 3 h 。m 。 、。、琏潮i 速掰 孰 ， 上海交通大学硕士学位论文 第四章系统软件设计 一_ _ - _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ - _ _ - _ - _ h - - _ h _ _ - 一 m o vr d ，0 6 h m o v x r 0 ，a m o va ，0 5 h m o v r 0 ，0 7 h 上述指令设定s p c 3 的u 舢玎的起始位和停止位无效；中断低电平有效；最 小延迟时间遵循d p 方式；使用异步通信方式；并使用d pm o d e 和看门狗。 缓冲器结构参数初始化 m o vr o ，1 a h m o v x r 0 ，0 3 h m o vr l o ，1 b h m o v x 国r 0 ，0 8 h m o vr d ，l c h m o v x r 0 ，0 9 h m o vr d ，1 d h m o v x r o ，0 a h m o vr 0 ，1 e h m o v x r 0 ，0 3 h m o vr d ，l f h m o v x 国r 0 ，0 b h m o vr 0 ，2 0 h m o v x r 0 ，o c h m o vr d ，2 l h m o v x r 0 ，0 d h m o vr o ，2 4 h m o v x r 0 ，0 8 h m o vr o ，2 5 h m o v x r 0 ，0 8 h m o vr 0 ，2 6 h m o v x 国r 0 ，0 e h m o vr 0 ，2 7 h m o v x r 0 ，0 f h m o vr o ，2 8 h m o v x r 0 ，0 8 h m o vr d ，2 9 h m o v x r 0 ，0 8 h m o vr 0 ，2 b h m o v x ( 国r 0 ，l o h m o vr o ，2 c h m o v x r 0 ，1 1 h m o vr 0 ，2 d h m o v x r 0 ，0 8 h 设置输出数据缓冲器长度为3 字节 ；设置缓冲器r _ d o u tb u rp t r l 段地址4 0 h 设置缓冲器r _ d o u tb u f p t r 2 段地址4 8 h 设置缓冲器r _ d o u tb u rp t r 3 段地址5 0 h ；设置输入数据缓冲器长度为3 字节 设置缓冲器r d i n b u f p t r l 段地址5 8 h 设置缓冲器r d i nb u fp t r 2 段地址6 0 h ；设置缓冲器r d i nb u fp t r 3 段地址6 8 h 设置rl e nd i a gb u l l 长度为8 字节 设置rl e nd i a g _ b u f 2 长度为8 字节 设置缓冲器r _ d i a gb u f _ p t r i 段地址7 0 h 设置缓冲器r _ d i a g _ b u f _ p t r 2 段地址7 8 h 设置r l e n c n t d b u n 长度为8 字节 设置rl e nc n t r lb u r 2 长度为8 字