第7章 直接数字控制系统.ppt

第七章直接数字控制系统设计 第一节系统设计原则与步骤 一般来说 设计计算机控制系统时都需要遵循可靠性高 操作性好 实时性强 通用性好 经济效益高基本原则 1 可靠性高首先要选用高性能 高可靠性的工业控制计算机 保证在恶劣的工业环境下 仍能正常运行 其次是设计可靠的控制方案 并具有各种安全保护措施 比如报警 事故预测 事故处理 不间断电源等 同时 为了保证计算机控制系统安全可靠 通常要设计后备装置 对于一般的控制回路 选用手动操作为后备 对于较重要的控制场合 常采用双机系统作为控制系统的核心控制器 一 计算机控制系统的设计原则 一般的方式有 1 备份工作方式 即一台投入运行 另一台作为系统的备份机 当投入运行的微机出现故障时 由专用切换装置 过程控制 将备份机自动投入运行 接替出故障的主机 使系统照常运行 出现故障的微机修复后 则作为备份机使用 2 主从工作方式 即两台微机同时投入运行 一台担任主要工作 另一台担任从属工作 当担任主要工作的主机发生故障时 由担任从属工作的从属机接替主机的工作 保证系统的继续运行 3 双工工作方式 在这种系统中 两台主机同时投入系统运行 在任何一个时刻 都同步执行同一个任务 并将结果送到一个专门的装置进行核对 如两台机器输出结果相符 说明两台主机都属正常 允许将结果输出到被控对象或设备 如核对结果有异 就封锁输出 通知两台主机对上一处理结果重复运行 然后再次核对 如经几次核对操作后结果仍不相符 则说明其中一台发生故障 这时 需调用诊断程序确定故障所在的机器位置 并将诊断出有故障的主机从系统中切换下来 让另一台主机继续执行控制任务 4 分布式控制方案 即分级分布式控制方式 其实质是智能控制单元分别控制各被控对象 由上一级计算机进行监视和管理 当某一台智能控制单元出现故障时 其影响仅限于出故障单元所涉及的局部范围内 而它的控制任务可由上位机来承担 如上位机也出现故障 则各智能控制单元仍可维持对各被控对象的控制 所以大大提高了整个系统的可靠性 2 操作性好操作性包括使用方便和维修容易两个含义 操作方便表现在操作简单 直观形象 便于掌握 并不强求操作人员要掌握计算机知识才能操作 既要体现操作的先进性 又要兼顾原有的操作习惯 例如 操作人员已习惯了常规控制仪表的面板操作 而在CRT画面上就可以设计成回路操作显示画面 维修方便体现在易于查找故障 易于排除故障 采用标准的功能模板式结构 便于更换故障模板 并在功能模板上安装工作状态指示灯和监测点 便于维修人员检查 另外配置诊断程序 用来查找故障 3 实时性强工业控制计算机机的实时性 表现在对内部和外部事件能及时地响应 并做出相应的处理 不丢失信息 不延误操作 计算机处理的事件一般分为两类 一类是定时事件 如数据的定时采集 运算控制等 另一类是随机事件 如事故 报警等 对于定时事件 系统设置时钟 保证定时处理 对于随机事件 系统设置中断 并根据故障的轻重缓急 预先分配中断级别 一旦事故发生 保证优先处理紧急故障 4 通用性好计算机控制的对象千变万化 一个工业控制系统一般可同时控制多台设备或控制对象 系统设计时应考虑能适应不同的设备和不同的控制对象 当设备或控制对象有所变更时 通用性好的系统一般稍作更改就可适应 并采用积木式结构 按照控制要求灵活构成系统 并能灵活地进行扩充 其次 系统设计时 各设计指标要留有一定的余量 如输入输出通道 内存容量 电源功率等均事先留有一定的余量 则为日后系统的扩充创造了有利的条件 工业控制计算机的通用灵活性体现在两方面 一是硬件模板设计采用标准总线结构 如PC总线 配置各种通用的功能模板 以便在扩充功能时 只需增加功能模板就能实现 二是软件模块或控制算法采用标准模块结构 用户使用时不需要二次开发 只需按要求选择各种功能模块 灵活地进行控制系统组态 5 经济效益高计算机控制应该带来高的经济效益 系统设计时要考虑性能价格比 要有市场竞争意识 经济效益表现在两个方面 一是系统设计的性能价格比要尽可能的高 二是投入产出比要尽可能的低 由于计算机应用技术发展迅速 新老产品更迭速度很快 硬件价格一直呈周期性下降趋势 因此在满足精度 速度和其它性能要求的前提下 应尽量缩短设计周期 以降低整个系统的开发费用 其它如精度 速度 体积 监控手段 外部配套设备等随不同应用系统会有不同的要求 具体设计时需要综合平衡各种因素进行综合考虑 二计算机控制系统的设计步骤系统工程项目的研制可分为四个阶段 项目的可行性论证阶段 工程项目与控制任务的确定阶段 项目的工程设计阶段 离线仿真和调试阶段 在线调试和运行验收阶段 1 项目可行性论证项目可行性论证流程如图所示 可行性论证主要包括 技术可行性 经费可行性 进度可行性等内容 并形成可行性论证报告 特别要指出 对项目控制尤其是对可测性和可控性应给予充分重视 在对项目进行可行性论证时需要初步进行系统总体方案设计 在条件允许的情况下 总体方案设计时应多做几个方案以便比较 这些方案应能清楚地反映出三大关键问题 技术难点 经费概算 工期 形成可行性论证报告后需要对项目总体设计方案的合理性 经济性 可靠性及可行性进行论证与评审 如果论证评审的结果为可行 便可形成作为系统设计依据的系统总体方案图和设计任务书 以指导具体的系统设计过程 并下达设计任务 如果论证的结果为不可行 则应重新设计系统总体方案进行论证或终止项目 2 项目的工程设计项目的工程设计阶段主要包括组建项目研制小组 系统详细设计 方案论证与评审 硬件和软件的细化设计 硬件和软件的调试 系统的组装 3 离线仿真和调试阶段所谓离线仿真和调试是指在实验室而不是在工业现场进行的仿真和调试 离线仿真和调试试验后 还要进行考机运行 考机的目的是要在连续不停机的运行中暴露问题和解决问题 4 在线调试和运行验收阶段所谓在线调试和运行就是将系统和生产过程联接在一起 进行现场调试和运行 系统运行正常后 再进行一段时间的试运行 即可组织验收 验收是系统项目最终完成的标志 应由用户主持 双方协同进行 验收完毕应形成验收文件存档 第二节DDC系统的组成与特点 直接数字控制 DirectDigitControl 简称为DDC系统 是用一台计算机对被控参数进行检测 再根据设定值和控制算法进行运算 然后输出到执行机构对生产进行控制 使被控参数稳定在给定值上 利用计算机的分时处理功能直接对多个控制回路实现多种形式控制的多功能数字控制系统 在这类系统中 计算机的输出直接作用于控制对象 故称直接数字控制 英文缩写DDC 一 DDC系统的组成 一 DDC系统的特点 定时采样 阶段控制 1 时间上的离散性 连续测量 连续控制 2 A D D A转化精度 12 14位 一个回路 计算机控制系统的工作 采样和数据转化 运算 输出控制 2 分时控制方式 3 人机交互功能 系统中的计算机起着多回路数字调节器的作用 通过组织和编排各种应用程序 可以实现任意的控制算法和各种控制功能 具有很大的灵活性 直接数字控制系统所能完成的各种功能最后都集中到应用软件里 如直控程序 报警程序 操作指导程序 人机联系程序 数据记录程序等 这些程序平时存储在数据库中 使用时再从库里调出 4 灵活性与可靠性高 5 在线实时控制 在线控制指受控对象的全部操作 反馈信息检测和控制信息输出 都是在计算机直接参与下进行的 无需系统管理人员干预 又称联机控制 实时控制是指计算机对于外来信息的处理速度 足以保证在所容许的时间区间内完成对被控对象运动状态的检测和处理 并形成和实施相应的控制 这个容许时间区间的大小 要根据被控过程的动态特性来决定 对一个快速的被控过程 容许时间区间较小 对慢的被控过程 容许时间区间较大 计算机还应当配有实时时钟和完整的中断系统 并应有相当高的可靠性 以满足实时性要求 一个在线系统不一定是实时系统 但是一个实时系统必定是在线系统 第三节DDC系统的总体设计 设计控制系统的一般步骤 1 整体设计方案 2 硬件设计 3 软件设计 一 确认控制系统要求 1控制回路数的确定和要求2检测回路数的确定和要求3需要显示和打印信号的确定和要求4保护装置的确定和要求5报警信号点的确定和要求6其他需要考虑的特殊要求 要求一般由设计人员与用户共同参与提出 主要包括 二 总体设计内容 总体内容一般包括 控制回路 检测元件 采样周期 计算机选型 控制算法 字长的选择 操作规范 以及系统运行的可靠性 通用性和可扩展性 1 控制回路 要求 回路数 一般不超过10个 输出控制信号形式 电 气 液 2 检测元件 要求 精度高 可选直接数字型 多通道时输出满标值尽量一致 并兼容系统输入量程 二 总体设计内容 总体内容一般包括 控制回路 检测元件 采样周期 计算机选型 控制算法 字长的选择 操作规范 以及系统运行的可靠性 通用性和可扩展性 1 控制回路 要求 回路数 一般不超过10个 输出控制信号形式 电 气 液 2 检测元件 要求 精度高 可选直接数字型 多通道时输出满标值尽量一致 并兼容系统输入量程 3 采样周期 要求 根据经验 综合考虑 4 计算机机型的选择 字长要求 符合精度要求 与数据总线线数相匹配 8位 原则 字长适宜 速度较快 指令丰富 中断功能强 经验 单片机 MCS 51系列8位 微处理器 8086型16位 5 控制算法 要求 能反应控制规律 综合被控对象 性能指标 机型等因素选择尽可能优的算法 6 字长的选择 一般包括 A D D A 算术逻辑部件 A D字长 测量精度 D A字长 A D 2位 算术逻辑部件 A D 4位 7 操作规范 主要内容 操作步骤 用键盘输入信息和修改参数的方法 显示的内容 格式 时间及其含义 打印制表的内容 格式和时间 报警值的确定和报警形式 发生故障的应急处理方法 操作规范是DDC系统实现人机对话的规定形式 是系统软件设计的主要依据 9 系统的造价 8 系统运行的可靠性 通用性 可扩充性 三 结构框图和系统的主要技术指标 技术指标功能 硬件 软件设计的数据依据 结构框图功能 明确计算机与外部设备的关系 规定硬件和软件具体设计的正确方向 根据测量精度确定A D转化器的的位数类型 根据通道数量确定A D芯片的数量和切换开关的路数 1 模拟量输入通道设计 一 输入输出通道设计 第四节DDC系统的硬件设计 注意 1 A D转化器转化精度和传感器一个数量级 比要求的精度高一个数量级 2 一般采用一片A D芯片 模拟量的输入采用切换开关实现 根据控制精度确定D A转化器的的位数 根据通道数量确定D A芯片的数量 2 模拟量输出通道设计 注意 1 D A芯片精度一般比A D低两位 2 一般采用多片D A芯片 注意 以上模板可以选择市场已有的产品 比如MS 1209 32路A D 6路D A 12位 MS 1210 8路D A 12位 等 也可以自行设计 在目前计算机系统中广泛采用的接口器件有 可编程通用并行接口 如8255A 8155等 可编程串行接口 如8251等 显示键盘接口 如8279等 定时器接口 如8253等 多功能输入输出接口 如TMS5501 其中有一个8位并行输入接口 一个8位并行输出接口 一个串行接口和五个定时器电路 通信接口电路 可以是RS 232C RS 422和RS 485或者现场总线通信接口 3 接口电路的设计 二 电源的设计 1 普通直流电源 特点 结构简单 造价低 适用于电压波动小 要求容量小 电源种类小 1 高抗扰性开关电源 注意 与其他供电设备分开供电 配备不简单电源 UPS 特点 电源输入范围广 180 260v 抗干扰能力强 效率高 三 操作面板的设计 主要功能有 输送源程序到存储器 或者通过面板操作来监视程序执行情况 打印 显示中间结果或最终结果 根据工艺要求 修改一些检测点和控制点的参数及给定值 设置报警状态 选择工作方式以及控制回路等 完成系统控制的各种状态切换 完成手动 自动无扰动切换 完成各种画面显示 主要器件 操作器件 显示器件 打印装置 报警装置 四 存储空间的设计 1存储器容量的选择 一般8位DDC系统 ROM 4KB 16KBRAM 256KB 4MB 2存储器空间的分配 ROM 固化程序 监控 回路扩展 功能键服务程序 显示打印和初始化程序 RAM 应用程序和数据 1 应用程序设计的特点 与硬件配置密切相关频繁的端口操作对程序执行时间的限制软件可靠性与抗干扰能力 第五节DDC系统的软件设计 一 软件设计 2 应用程序的分类 控制程序根据系统理论设计所得的控制算法编制的应用程序 以实现对控制系统的控制 数据采集及处理程序A D转换及采样程序 数字滤波程序 线性化处理程序等 巡回检测程序越限报警程序 事故预报程序 画面显示程序等 数据管理程序统计报表程序 产品销售程序 生产调度程序等 3 应用程序设计方法 模块程序设计法由顶向下程序设计法结构程序设计法 一个完整的程序设计过程可以用左图来说明 首先要分析用户的要求 这大约占整个程序设计工作量的10 然后编写程序的说明 这大约也占10 接着进行程序的设计与编码 这大约占30 左右 其中设计与编码几乎各占15 最后进行测试和调试 这要花费整个程序设计工作量的40 以上 4 应用程序设计的语言 机器语言机器指令 编程麻烦 效率很低 汇编语言用助记符编写程序的语言 易读 易记 易修改 实时控制中经常采用 高级语言实时性差 难以满足快速性控制要求 高级语言和汇编语言的混合使用 4 应用程序设计步骤 确定实时控制程序流程图的结构确定控制算法编制程序查错与上机调试形成文件 5 实时控制程序的基本结构 控制周期到 6 设计中减少计算延时的方法 控制算法末端输出控制算法中间输出下一采样时刻输出 控制算法末端输出 采样时刻到 控制算法中间输出 采样时刻到 下一采样时刻输出 采样时刻到 7 编程中应注意的几个问题 尽量用符号表示地址 I O设备 常数或数字参数避免使用容易混淆的字符程序模块不宜过大程序模块需要尽量通用重视程序的易读性 二 数据处理方法 查表法线性化处理标度变换越限报警处理 传感器把生产过程的信号转换成电信号 然后用A D转换器把模拟信号变成数字信号 读入计算机中 对于这样得到的数据 一般要进行一些预处理 其中最基本的处理 1 查表法 顺序查表法即按照顺序从第一项开始逐项查找 直到找到所要查找的关键字为止 计算查表法根据所给的元素通过一定的计算求出元素所对应的数值的地址 对分查表法取数组的中间值进行查找 2 线性化处理 即将非线性关系转化为线性关系 常用的线性化处理方法是线性插值算法 1 铂热电阻的阻值与温度的关系2 热电偶的热电势与温度的关系3 孔板差压与流量的关系4 气体体积流量的非线性补偿 3 标度变换方法 计算机控制系统在读入被测模拟信号并转换成数字量后 往往要转换成操作人员所熟悉的工程值 这是因为被测量对象的各种数据的量纲与A D转换的输入值是不一样的 例如 压力的单位为Pa 流量的单位为m3 h 温度的单位为 等 这些参数经传感器和A D转换后得到一系列的数码 这些数码值并不一定等于原来带有量纲的参数值 它仅仅对应于参数值的大小 故必须把它转换成带有量纲的数值后才能运算 显示或打印输出 这种转换就是标度变换 标度变换有各种类型 它取决于被测参数的传感器的类型 应根据实际要求来选用适当的标度变换方法 1 线性变换公式2 公式转换法3 其它标度变换法 3 1线性变换公式Y Ymax Ymin X Nmin Nmax Nmin YminY表示参数测量值 Ymax表示参数量程最大值 Ymin表示参数量程最小值 Nmax表示Ymax对应的A D转换后的输入值 Nmin表示量程起点Ymin对应的A D转换后的输入值 X表示测量值Y对应的A D转换值 3 2公式转换法有些传感器测出的数据与实际的参数不是线性关系 它们有着由传感器和测量方法决定的函数关系 并且这些函数关系可用解析式来表示 这时我们可采用直接按解析式来计算 3 3其它标度变换法许多非线性传感器并不象上面讲的流量传感器那样 可以写出一个简单的公式 或者虽然能够写出 但计算相当困难 这时可采用多项式插值法 也可以用线性插值法或查表进行标度变换 4 越限报警处理 越限报警是工业控制过程常见而又实用的一种报警形式 它分为上限报警 下限报警及上下限报警 如果需要判断的报警参数是xn 该参数的上下限约束值分别是xmax和xmin 则上下限报警的物理意义如下 1 上限报警若xn xmax 则上限报警 否则继续执行原定操作 2 下限报警若xn xmin 则下限报警 否则继续执行原定操作 3 上下限报警若xn xmax 则上限报警 否则对下式做判别 xn xmin否 若是则下限报警 否则继续原定操作 根据上述规定 程序可以实现对被控参数y 偏差e以及控制量u进行上下限检查 第六节仪器用温箱温度控制系统 该系统的被控对象为仪器用温箱 被测参数为温箱的温度 测温范围为0 300 误差不超过 0 1 仪器用温箱中的被测气体通过温箱的管状加热交换器加热后 送入仪器中进行测量 为了保证测量条件 温箱或按照预定的升温速率升温 或保持恒定的温度不变 温箱是用电热丝来加热的 一 温度控制系统的组成 仪器用温箱温度控制系统原理图如图1所示 图1仪器用温箱温度控制系统原理图 被测参数温度值由测温元件测量后得到0 5 1V信号 经放大后转换成5 10V的电压信号 经电压 频率变换器LM331变换成频率信号 再经可编程定时器 计数器8253转换成数字信号送入单片机 在CPU中进行数据处理后 一方面送去显示 一方面与键盘输入的设定值进行比较 若低于设定值 则进行PID调节后 输出控制信号 驱动电加热丝加热 达到温度控制的目的 二 温度控制系统的硬件设计 1 温度检测和模拟量输入通道 1 温度检测和放大电路 由于本系统的控制精度要求在0 300 范围内 误差不超过 0 1 的高精度 选用了精度高 性能稳定可靠的测温元件 铂电阻 其测量及放大电路如图所示 在图中 Rt为测温铂电阻 跨接在运算放大器OP07的反馈回路上 使得铂电阻的阻值变化转换成运算放大器的输出电压变化 VREF为一个精密稳压源 输入端的电阻为温度系数很小的精密电阻 在所测的温度范围内 此级运算放大器的电压变化范围为0 5V 1V 此电压送到下一级运放LM358放大后得到5V 10V的电压信号 经检测和放大的模拟信号送A D转换器 2 用V F转换器LM331实现A D转换器 LM331是一种廉价 精密的电压 频率转换专用集成电路 它的主要特点是 V F变化特性为10Hz mV 其非线性误差小 0 01 电源适应能力强 可使用单5V电源 V F的转换范围宽 1Hz 100kHz 温度稳定性好 输出负载能力强 能同时兼容CMOS和TTL逻辑电平 用V F转换器实现A D转换器 需要与频率计数器配合使用 由LM331实现A D转换器的框图如图所示 图中 模拟信号经压 频转换器LM331 把电压信号转化为脉冲信号 脉冲信号送到计算机的计数器 定时器的端口 同时启动频率计数器和定时器 频率计数器用V F转换器输出的频率信号作为计数脉冲 定时器采用基准频率作为定时脉冲 当定时结束时 定时器产生输出信号使频率计数器停止计数 这样计数器的计数值与频率之间的关系是 而 因此 式中 D 计数值 T 计数时间 Ds 定时计数器计数初值 fs 基准频率 f LM331的输出频率 在本系统中用LM331实现A D转换器的电路如图2和4所示 在图2中 模拟信号经积分电路积分处理后 在INPUT端 7引脚 变成与输入电压成正比的稳定电流输入 通过LM331芯片进行V F转换后 变成与电压成正比的频率信号 FOUT端 3引脚 输出的频率信号送到计算机的计数 定时端口 计算机对频率信号进行采集 处理 存储 从而实现模拟信号到数字信号的转换 图4频率信号转换成数字信号的电路图 在图4中 8253是可编程间隔定时器 计数器芯片 用来将LM331的输出频率信号转换成数字信号 并送至单片机 A D转换器框图中的定时器和频率计数器由8253和D触发器共同完成 它们的作用有 定时器定时1s时间间隔 选用8253芯片的计数器2和计数器1串联得到 它的计数脉冲由80C51的晶振频率经分频后送入 分频器的输出连接至8253的CLK2端 计数器由8253芯片的计数器0来实现 即LM331的V F输出脉冲端连接至8253芯片的CLK0端 为保证1s的精确定时 采用了由软件发出选通 硬件关闭的办法 3个计数器的门控位均连在一起 以保证准确地同步 测量时 先由80C51发出一条输出指令 地址译码器74LS139译码 使2有效 将74LS74的Q2端置为高电平 为向申请中断作准备 然后80C51再发出一条输出指令 地址译码器74LS139译码 使2有效 将74LS74的Q1端置为高电平 开始定时 同时对V F输出脉冲计数 当定时时间到 8253的OUT1有效 此信号作为两个D触发器的CP信号 其中一个D触发器的输出令GATE信号变低 停止计数 另一个D触发器的输出连接至80C51的端 表示测量完成 向80C51申请中断 2 键盘与显示电路 键盘用以设定给定温度 显示器用来显示当前温箱的温度值 其具体连接情况如图5所示 图5键盘与显示电路 图5中 LED采用共阴极方式 动态扫描方式 键盘采用中断的工作方式 采用定时器T0作为外部中断源 设置T0工作在方式2 自动恢复常数 外部计数方式 定时器TH0 TL0初值均为0FFH 3 可控硅 SCR 过零触发电路与输出控制 该系统采用数字实现SCR过零控制 它主要解决以下两个问题 要能实现工频电压的正负过零检测 并在过零时产生脉冲信号 过零脉冲信号必须受单片机输出控制信息控制 从而控制SCR过零触发脉冲的个数 数字实现SCR的过零控制示意图如图6所示 由图可见 过零脉冲控制电平信号的宽度与单片机输出控制信号成正比关系 图6数字实现SCR过零控制信号关系示意图 数字实现SCR过零控制的硬件电路如图7所示 图7数字实现SCR过零控制硬件接口电路图 它由缓冲放大器U1 电压比较器U2A U2B U2C 单稳态电路与门控电路所组成 其工作原理叙述如下 将幅值为40V的工频电压Usr施加到缓冲放大器U1的输入端 经缓冲后 将其负半周电压削波 这是为了与电压比较器相匹配所必需的 送至电压比较器U2A U2B U2C U2A是电压比较器组成的一个施密特触发器 通过U2A的工频正弦信号被整形成矩形波V2 V2再去触发后一级的单稳态电路 形成一个频率为50Hz 脉宽约为7 s的负脉冲信号 这个信号连至80C51单片机的端 作为工频电压过零的同步信号 这就意味着 只要中断请求信号有效 即工频电压过零时刻到来 U2B U2C组成工频电压的正负过零检测电路 U2B U2C输出经微分电路复合后去驱动后一级的单稳态电路 单稳态电路输出一个频率为100Hz 脉宽约为400 s的正脉冲序列 然后通过门控电路U3去实现SCR的过零触发 80C51单片机设定P1 0位为输出控制电平信号 加至门控电路U3 用以控制SCR过零触发的触发脉冲数 图7中各有关参考点的信号波形如图8所示 图8各参考点的信号波形 三数字控制器的数学模型 1 温箱的数学模型和控制算法的选择 根据实际测量 温箱是一个近似一阶惯性环节 以加热功率为输入 箱内温度为输出 其传递函数可表示为 式中T0 1000s K0 10 由于采样周期远远小于系统时间常数 所以可以应用模拟系统数字PID控制算法进行实时控制 2 PID算法程序 PID算法采用增量式计算 位置式输出 式中 R为温度给定值 为第k次采样值 ek为第k次误差值 T为采样周期 Kp为比例系数 Ti为积分时间 Td为微分时间 四温度控制系统软件设计 1 数据采集程序 1 采样周期定时根据温度的采样周期经验公式 选用采样周期为15s 采样周期定时由50Hz工频过零脉冲申请中断次数累计得到 此功能由外部中断1的中断服务程序来实现 2 启动A D转换在外部中断1的中断服务程序中 若判断采样周期到时 发启动A D转换信号 软件选通8253的触发信号 使8253的计数器工作 3 数据采集当8253定时1s到时 即A D转换结束 此时由中断设备通知80C51 在外部中断0的中断服务程序中对被测的温度数据进行采集 外部中断0的中断服务程序流程图如图9所示 图9外部中断0的中断服务程序流程图 程序清单如下 ORG9000HPUSHACC 保护现场PUSHPSWPUSHDPHPUSHDPLMOVDPTR 2000H 读入数据MOVXA DPTR 先读低8位数据CPLAMOV33H AMOVXA DPTR 再读入高8位数据CPLAMOV32H A CLRCLCALLSUBA 求偏差JB77H INTA1MOVA 2EHORLA 2FHJZINTA1 偏差 0 转INTA1LCALLPID 否则 转PID控制算法LCALLCOVR 将控制量转换成NSJMPINTA2INTA SETBPSW 3 选择内部寄存器组1MOVR2 00H 置N 0 N放在R2 R3内部寄存器中MOVR3 00HCLRPSW 3 INTA2 POPDPL 恢复现场POPDPHPOPPSWPOPACCRETISUBAEQU9800HPIDEQU9910HCOVREQU9A20H 2 输出控制程序 输出控制程序主要完成两个任务 1 识别工频的过零时刻 并在过零时刻开启和关闭控制门 以保证SCR主回路产生整数个正弦全波 2 保证门控电路的打开时间正比于单片机输出控制量 要完成上述任务 首先将单片机输出控制量在主程序中换算成SCR回路中整数正弦全波个数N 由于信号反映工频电压过零时刻 因此只要在外部中断1的中断服务程序中执行下述功能 主程序可以按照运算结果控制量的要求 实现SCR的过零控制 外部中断1的中断服务程序具体实现的功能是 中断时 完成控制门的开启和关闭 即单片机P1 0位置 1 或 0 利用中断服务次数 对控制量N进行计数和判断 即每中断一次 对N进行减1计数 如果N 0 保持控制电平P1 0为 1 继续打开控制门 如果N 0 则使控制电平P1 0复位为 0 使SCR过零触发脉冲不再通过 从而达到按控制量控制的效果 由于本系统的控制方式是一种 调功 方式 对于工频交流电 f 50Hz 电热丝在全导通时的功率为PH 则实际输出功率P将和实际导通次数N成正比 设控制周期为1s 即 将uk变换为N的运算在主程序中运行 外部中断1的中断服务程序流程图如图10所示 图10外部中断1的中断服务程序