基于单片机的电阻炉温度控制系统设计 (2)

基于单片机的电阻炉温度控制系统设计摘要：主要以 51 系列单片机为核心对电阻炉炉温进行控制，使其温度稳定在某一个值上。最高温度为 1000,并且有键盘输入给定温度值,由 LED 数码管显示温度值的功能.关键词:单片机;电阻炉;温度控制2The design of temperature control system of the resistance furnace based on single chip microcomputer Abstract: Mainly with 51 series single chip microcomputer for the unit of nucleus heats to the control of The resistance furnace, the tallest temperature is 1000. And the temperature of keyboard input is constant, LED digitron displays the function of temperature point.Key words: single chip microcomputer; the resistance furnace; temperature control system3目 录第 1 章 引言.31.1 课题背景及研究意义.31.2 计算机在热处理炉炉温控制中的应用.3第 2 章 系统硬件设计.82.1 温度检测及变送器.82.2 控制机构.92.3 A/D 转换电路.102.4 温度控制电路.142.5 部分接口电路.16第 3 章 温度控制的算法和程序.183.1 温度控制的算法.183.2 温度控制的程序.20第 4 章 对于抗干扰的探究.344.1 抗干扰的措施.34结束语.35致谢.36参考文献.37附录 1 电路图.38附录 2 英文专业文摘及翻译.394第一章 引言1.1 课题背景及研究意义近几年来，在我国以信息化带动的工业化正在蓬勃发展，温度已成为工业对象控制中一种重要的参数，特别是在冶金、化工、机械等各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。由于炉子的种类及原理不同，因此所采用的加热方法及燃料也不同，如煤气、天然气、油电等。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，选用的燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等；控制方案有直接数字控制（DDC） ，推断控制，预测控制，模糊控制（Fuzzy） ，专家控制 (Expert Control)，鲁棒控制（ Robust Control） ，推理控制等。随着工业技术的不断发展，传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID 控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。单片微型计算机的功能不断的增强，为先进的控制算法提供的载体，许多高性能的新型机种应运而生。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化领域和其他测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中成为必不可少的器件。在温度控制系统中，单片机更是起到了不可替代的核心作用。像用于热处理的加热炉、用于融化金属的坩锅电阻炉等类似工业用加热炉中都可以广泛应用，随着生产的发展，在工业中，一些设备对温度的控制要求越来越高，而本文则以单片机为核心、PID 算法为控制方式而设计的电阻炉温度控制系统。1.2 计算机在炉温控制中的应用以前，人们是通过模拟仪表对炉温进行控制，采用人工手动操作，依据个人的工作经验和控制系统返回的数据来调节相应的设备，控制效果不太理想，生产也不稳定。到了 50 年代，随着计算机的出现，人们开始在工厂、实验室或其它测试环境中用计算机进行数据采集和处理。此时的计算机只起到 “离线”的应用，且计算机与过程装置之间没有任何物理上的连接。随着计算机技术的进一步发展，提供了计算机与过程装置之间的接口，人们开始用直接连接方法，使计算机与变送器和执行部件之间的信号双向传递无需人工干涉。1962 年，英国帝国工业公司安装了 Ferranti Argus 计算机控制5系统，替代全部模拟控制仪表，即模拟技术由数字技术代替，而系统功能保持不变，计算机控制系统应用真正开始，经历多年研究和改进，到 70 年代中期进入了集散控制系统的发展时期，炉温控制也随之进步，方式不断更新，算法也不断深入 技术日益成熟。一般来说，计算机对炉温控制大致采用以四种方式1.计算机采集和处理系统(data acquisition system, DAS)计算机采集和处理系统是以计算机为核心对生产过程进行智能化，全工况开环监视系统。其主要功能包括:信息输入，信息处理，报警处理，人机联系与信息输出等。其系统构成如图 1-1 所示，计算机系统对生产过程的温度参数进行采集，并对信号进行转换，计算机对内部信息进行定期计算和处理。图 11 计算机采样处理系统结构图2 直接数字控制系统(direct digital control, DDC)直接数字控制由计算机直接对生产过程进行控制，计算机取代模拟调节器作为生产过程控制装置，计算机按控制规律进行数值计算，并经过输出通道(D/A)直接控制生产过程。直接数字控制系统实质上是单回路或多回路的数字调节装置，它以工控机为核心，加上过程输入、输出通道，与被控对象一起构成闭环控制系统。它还具有巡回检测的全部功能，可以显示参数值，打印报表，并能进行越限报警和故障自诊。(如图1-2 所示 )被控对象控制仪表检测A/D转换计算机数码 LED 显示事故报警打印机音响灯光报警人6图 12 直接数字控制系统结构图3 计算机监督控制系统(supervisory computer control, SCC)由计算机根据生产过程工艺参数和数学模型，计算出最佳设定值和相应的控制指令，送给模拟调节器或 DDC 计算机，由模拟调节器或 DDC 计算机控制生产过程，使其处于最优工况。其系统框图如 1-3 所示。图 13 计算机监督控制系统结构图7SCC 系统不仅可以进行给定值控制，同时还可以进行顺序控制，最优控制及自适应控制，它是 DAS 和 DDC 系统的综合和发展。SCC 系统按结构分为两种，一种是SCC 加模拟调节器，另一种是 SCC+DDC 控制系统，模拟或 DDC 系统担负第一级控制功能，监督计算机作为的二级控制系统，通过对子回路装置的切除或投入，对子回路状态及控制效果的监视，对最佳设定值进行计算与设置，使生产过程能在协调或最优化的程度上达到要求的性能指标。监督计算机可仅完成最优工况计算，不直接参与过程控制，在有的系统中，它本身也具备直接数字控制功能，当监督计算机发生故障时，直接数字控制或模拟调节器可独立完成操作，而在模拟调节器等发生故障时，则可由监督计算机执行部分功能。4.集散控制系统(distributed control)集散控制即分散控制，信息集中管理的分布控制系统。它是计算机技术，控制技术，通信技术和 CRT 技术相结合的产物。集散控制是以微处理机为核心，把微型计算机，工业控制机，数据通讯系统，显示操作装置，过程通道，模拟仪表等有机的结合起来，采用组合组装式组成系统。为每个被控对象配备一套下位机控制设备，置于现场，用于对每个被控对象的数据采集和控制。总体配备一台 1_控机作为上位机，置于控制室内，对现场每个被控对象进行命令下达，组织和处理数据信息，集中管理整个系统。此种方式能够实现工程系统的最优控制，使生产过程能长期在最佳状态下进行，且具有较高的可靠性，提高了系统的功能和效率，另外它的软件和硬件采用模块化结构，使用维护方便，系统易开发，易扩展，有利于分批投资逐步扩展;如果采用 CRT 操作站会有良好的人机交互接口;数据的高速传输，设备、通信，配线的费用低廉。性能价格比较好。( 其系统框图见图 1-4)近年来，由工控机 (或 PC 机)和多台单片机或 PLC 构成的集散测控系统已广泛用于工业自动化控制中。它既利用了单片机和 PLC 价格低、功能强、可靠性高的优点 构建适宜于工业现场的监控站或下位机，又结合 PC 机丰富的软硬件资源，提供管理功能强大、人机界面友好的操作平台，实现了信息集中管理、过程分散控制的有机结合。8图 14 集散系统控制结构图从温度控制系统的发展来看，以单片机为核心构成的温度控制系统己被国内外许多公司和单位作为研究对象，单片机温度控制装置硬件简单，软件丰富，能方便地实现现代化控制规律和多种功能，性能优良，运行、调试都非常方便，且生产成本低，可加快生产设备的更新换代，己开始受到重视和欢迎。加之近年来，单片机的性能不断提高，而价格却逐年降低，所以单片机温度控制装置将具有广阔的发展和运用前景。9第二章 系统硬件设计温度测控系统硬件结构图如图 21 所示 。图 21 系统硬件结构图 系统的工作过程 ：温度检测及变换电路把温度转换成电压信号，经 AD 转换器转换为数字信号送人 8031 单片机中，并与给定值(对应着所要控制的温度值)进行比较，其偏差被 PID 程序计算出输出控制量，由 P1.3 口输出脉冲信号控制双向可控硅的导通，以实现对电炉输出有效功率的调节。 现对各部分主要电路作介绍。2.1 温度检测和变送器温度检测元件和变送器的类型选择和被控温度及其精度等级有关，选用镍铬一镍铝热电偶作为温度传感器，测量温度范围 01000，相应输出电压为 0mV-41.32mV。变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于将热电偶输出的 0-41.32mV 的电压变化成 0-10Ma 范围内的电流，电流/电压变送器负责将毫伏变送器输出的 0-10mA 电流变换成为 0-5v 范围内的电压。 （ADC0809 的限定电压为 0-5v）为了提高测量精度，变送器可以进行零点迁移。例如：如果温度测量范围为 400-1000，则热电偶输出为 16.4Mv-41.32Mv,毫伏变送器零点迁移后输出 0-10mA 范围内的电流。这样采用 ADC0809 这个 8 位的 A/D 转换器就能是量化温度误差达到正负 2.34以内102.2 控制机构本设计采用8031单片机作为控制机构的核心。8031是一种速度快，功耗大的TTL型8位单片机。它片内无ROM，片内RAM容量为128B，最高频率为24MHz ，小巧，价格便宜，且在中国市场最常见，应用最广泛。8031单片机采用40条引脚双列直插封装（DIP）形式。由于受引脚数目的限制，所以有一些引脚具有第二功能。在单片机的40条引脚中，有两条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，四条控制禾其他电源复用的引脚，32条输入/输出引脚。下面分别说明这些引脚的名称和功能。（1）主电源引脚V cc和V ssVcc：接5V电源。Vss：接电源地。（2）时钟电路引脚XTAL1和XTAL2XTAL1：接外部晶体的一端。在单片机内部，它是反向放大器的输入端，该放大器构成了片内振荡器。在采用外部时钟电路时，对于HMOS单片机，此引脚必须接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反向放大器的输出端，振荡器的频率时晶体振荡频率。如采用外部时钟电路时，对于HMOS单片机，该引脚输入外面时钟脉冲；对于CHMOS单片机，此引脚悬空。（3）控制信号引脚RST/V PD、ALE/PROG、PSEN和EA/V PPRST/VPD复位/备用电源输入端。ALE/PROG：地址锁存使能输出/编程脉冲输入端。PSEN：外部程序库存储器读选通信号。EA/VPP：外部访问允许/编程电源输入端。（4）输入/输出（I/O) 引脚 P0、P1、P2 和P3P0.0P0.7：P0使一个8位双向I/O端口。在访问片外存储器时，它分时提供低8位地址和作8位双向数据总线。P1.01.7：P1口是8位准双向 I/O端口。在EPROM编程和程序验证时，它输入低8位地址。P1口能驱动 4个LSTTL负载。P2.0P2.7：P2口是一个准双向I/O端口。在CPU访问外部存储器时，它输出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证时，它输入高8位地址。P2口可驱动4个LSTTL负载。P3.0P3.7：P3口是八位准双向I/O端口。它是一个复用功能口。作为第一功能使用时，为普通I/O 口，其功能和操作方法与P1相同。作为第二功能使用时，个引脚的定义如表1。实际在使用时，总是先按需要优先选用它的第二功能，剩下不用的才作为第一功能11口线使用。P3 口能驱动4个 LSTTL负载。表1 P3个口线的第二功能表口线 第二功能P3.0 RXD （串行口输入）P3.1 TXD （串行口输出）P3.2 INT0 （外部中断 0输入）P3.3 INT1 （外部中断 1输入）P3.4 T0 (定时器0的外部输入）P3.5 T1 （定时器1的外部输入）P3.6 WR （外部数据存储器“写”信号输出）P3.7 RD （外部数据存储器“读”信号输出） 2.3 A/D转换电路 选用A/D转换器ADC0809.A/D 转换器芯片 ADC0809 简介 8 路模拟信号的分时采集，片内有 8 路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为 100s 左右。图 2-2 ADC0809 引脚图（一） ADC0809 的内部结构ADC0809 的内部逻辑结构图如图 2-3 所示。12图 2-3 ADC0809 内部逻辑结构图中多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用一个 A/D 转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对 A、B、C 3 个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，下图为通道选择表。 图 2-4 通道选择示意图（二） 信号引脚ADC0809 芯片为 28 引脚为双列直插式封装，其引脚排列见图 2-2。对 ADC0809 主要信号引脚的功能说明如下：IN7IN0模拟量输入通道ALE地址锁存允许信号。对应 ALE 上跳沿，A、B、C 地址状态送入地址锁存器中。13START转换启动信号。START 上升沿时，复位 ADC0809；START 下降沿时启动芯片，开始进行 A/D 转换；在 A/D 转换期间，START 应保持 低电平。本信号有时简写为 ST.A、B、C地址线。 通道端口选择线，A 为低地址，C 为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB 和 ADDC。CLK时钟信号。ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为 500KHz 的时钟信号EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7 为最高 OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc +5V 电源。 Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).（三）. 转换数据的传送A/D 转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。A定时传送方式对于一种 A/D 转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809 转换时间为 128s，相当于 6MHz 的 MCS-51 单片机共 64 个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D 转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。B查询方式A/D 转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如 ADC0809 的 EOC 端。因此可以用查询方式，测试 EOC 的状态，即可却只转换是否完成，并接着进行数据传送。C中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE 信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。不管使用上述那种方式，只要一旦确认转换结束，便可通过指令进行数据传送。所用的指令为 MOVX 读指令，则有MOV DPTR , #FE00HMOVX A , DPTR14该指令在送出有效口地址的同时，发出有效信号，使 0809 的输出允许信号 OE 有效，从而打开三态门输出，是转换后的数据通过数据总线送入 A 累加器中。这里需要说明的示，ADC0809 的三个地址端 A、B、C 即可如前所述与地址线相连，也可与数据线相连，例如与 D0D2 相连。这是启动 A/D 转换的指令与上述类似，只不过 A的内容不能为任意数，而必须和所选输入通道号 IN0IN7 相一致。例如当 A、B、C 分别与 D0、D1、D2 相连时，启动 IN7 的 A/D 转换指令如下：MOV DPTR， #FE00H ；送入 0809 的口地址MOV A ，#07H ；D2D1D0=111 选择 IN7 通道MOVX DPTR， A ；启动 A/D 转换（四） MCS-51 单片机与 ADC0809 的接口ADC0809 与 MCS-51 单片机的连接如图 2-5 所示。电路连接主要涉及两个问题。一是 8 路模拟信号通道的选择，二是 A/D 转换完成后转换数据的传送。图 2-5 ADC0809 与 MCS-51 的连接如图 2-6 所示模拟通道选择信号 A、B、C 分别接最低三位地址 A0、A1、A2 即（P0.0、P0.1、P0.2） ，而地址锁存允许信号 ALE 由 P2.0 控制，则 8 路模拟通道的地址为 0FEF8H0FEFFH.此外，通道地址选择以作写选通信号，这一部分电路连接如图2-7 所示。15图 2-6 ADC0809 的部分信号连接 图 2-7 信号的时间配合ADC0809 的 0 通道和变送器的输出端相连，所以从通道 0（IN0）上输入的 0V-+5V范围的模拟电压经 A/D 转换后可由 8031 通过程序从 P0 口输入到它的内部 RAM 单元，在 P2.2=0 和 WR=0 时，8031 可使 ALE 和 START 变为高电平而启动 ADC0809 工作；在 P2.2=0 和 RD=0 时，8031 可以从 ADC0809 接收 A/D 转换后的数字量。也就是说ADC0809 可以视为 8031 的一个外部 RAM 单元，地址为 03F8H（地址重复范围很大） ，因此，8031 执行如下程序可以启动 ADC0809 工作。 MOV DPTR， #03F8HMOVX DPTR,A若 8031 执行下列程序：MOV DPTR， #03F8HMOVX A，DPTR则可以从 ADC0809 输入 A/D 转换后的数字量2.4 温度控制电路8031对温度的控制是通过可控硅调功器电路实现的。如图2-8所示。双向可控硅管和加热丝串接在交流220V、50H Z交流市电回路。在给定周期T内，8031只要改变可控硅16管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。图2-8示出了可控硅管在给定周期T内具有不同接通时间的情况。显然，可控硅在给定周期T的100时间内接通时的功率最大。U12.5 tu25%tu50%tu100 t 图28可控硅调功器输出功率和通断时间的关系可控硅接通时间可以通过可控硅控制硅控制极上触发脉冲控制。该触发脉冲由8031用软件在P 1.3引脚上产生，受过零同步脉冲同步后经光耦管和驱动器输出送到可控硅的控制极上。过零同步脉冲是一种50Hz交流电压过零时刻的脉冲，可使可控硅在交流电压正弦渡过零时触发通导。过零同步脉冲由过零触发电路产生，更为详细的电路原理图如图5所示。图中，电压比较器LM311用于把50Hz正弦交流电压变成方波。方波的正边沿和负边沿分别作为两个单稳态触发器的输入触发信号，单稳态触发器输出的两个窄脉冲经二极管或门混合后就可得到对应于交流220V市电的过零同步脉冲。此脉冲一方面作为可控硅的触发同步脉冲加到温度控制电路，另一方面作为计数脉冲加到8031的T0和17T1端。112233445566D DC CB BA ATitleNumber RevisionSizeBDate: 2007-5-23 Sheet of File: D:protel与与Sheet1.SCHDOC Drawn By:LM311+5VMC14528411 Q1Q2C?+5V74LS00P1.3220V+12V+5V图29 过零触发电路2.5 部分接口电路8031的接口电路有8155、2731和ADC0809等芯片。8155用于键盘/LED显示器接口，2732可以作为8031的外部ROM存储器，ADC0809为温度测量电路的输入接口。由图26可见，在P2.0=0P2.1=0时，8155选中它内部的RAM工作；在P2.01和P2.20时，8155 选中片内三个 I/O端口。相应地址分配为：0000H00FFH 8155内部RAM0100H 命令/状态口0101H A口0102H B口0103H C口0104H 定时器低8位口0105H 定时器高8位口2732是4KB EPROM型器件。8031的P SEN和2732 的OE相接，P2.4和CE相连，故2732的地址空间为：0000H0FFFHP1.0-P1.2引脚用于报警，可以和报警电路相连。18图210 显示器和键盘电路PBPBPBPB01234567PAPAPAPA01234567abcdefdp1AAAAA26345781AAAAA26345786134578YYYY26134578YYYY2 g+5V+5V RESETCEIO/MWRRDALEPALERDWRPPBIC87185.1K 4+5V+5V10 8+5VVCVCGGNDG81502.72.0020 F1K8031 1BIC8788023PCPCDD70 1 2 3 4 5 6 78 9 101 12 1314151617 18 1920 212 2324 25262728 29303119第三章 温度控制的算法和程序3.1 温度控制的算法温度控制系统要求较高时，常常采样有源校正环节。有源校正环节一般是有运算放大器和电阻、电容组成的反馈网络连节而成，被广泛地用于工程控制系统中，常常被称为调节器。其中，按偏差的比例（proportional） 、积分（Integral ）和微分（Derivative）进行控制的PID调节器是应用最为广泛的一种调节器。PID调节器已经形成了典型结构，其参数整定方便，结构改变灵活（P 、PI 、PD、PID等） ，在许多工业过程控制中获得良好的效果。对于那些数学模型不易精确求得、参数变化较大的被控对象，采样PID调节器也往往能得到满意的控制效果。PID控制在经典控制理论中技术成熟，自20世纪30年代末出现模拟式PID调节器，自今仍在非常广泛的应用。今天，随着计算机技术的迅速发展，用计算机算法代替模拟式PID 调节器，实现数字PID控制，使其控制作用更灵活、更易于改进和完善。通常，电阻炉炉温控制采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实现对炉温的控制。控制论告诉我们，PID控制的理想微分方程为：1()()()()0tdetUtKeTpi（3.1）式中，e(t)=r(t)-y(t) 称为偏差值，可作为温度调节器的输入信号，其中r(t)为给定值，y(t)为被测变量值；Kp为比例系数；T d为积分时间常数；u(t)为调节器的输出控制电压信号。但计算机只能处理数学信号，故上述数学方程必须加以变换。若设温度的采样周期为T，第 n次采样得到的输入偏差为e n,调节器输出为U n，则有：（微分用差分代替）1()dt(积分用求和代替）0()nKte20这样，式（3.1）便可改写为： 101nnnpkdKieUeT（3.2）写成递推形式为：(2)11eeenpnni0( kdiT1112()npnnniUKee改写成： ()()()()21PIDIDEKEn（3.3）3.2 温度控制程序温度控制程序的设计应考虑如下问题：（1）键盘扫描，键码识别和温度显示；（2）炉温采样，数字滤波；（3)数据处理时把所有数按定点纯小数补码形式转换，然后把8位温度采样值、U min和U max都变成16位参加运算，运算结果取8位有效值；（4）越限报警和处理；（5）PID计算，温度表度转换。通常，符合上述功能的温度控制程序由主程序和T 0中断服务程序组成，现分述如下：21（1）主程序主程序应包括8031本身的初始化等等。为简化起见，本程序只给出有关标志，暂存单元和显示缓冲区清零、T 0初始化、开CPU中断。温度显示和键盘扫描等程序。相应程序框图如同34所示。程序清单为：ORG 0100HDISM0 DATA 78HDISM1 DATA 79H DISM2 DATA 7AHDISM3 DATA 7BHDISM4 DATA 7CH 图31 T1 中断服务程序DISM5 DATA 7DHMOVE SP, #50H ; 50H送SPCLR 5EH ; 清本次越限标志CLR 5FH ; 清上次越限标志CLR A ; 清累加器AMOV 2FH, A ; MOV 30H, A ; MOV 3BH, A ; MOV 3CH, A ; 清暂存单元MOV 3DH, A ;MOV 3EH, A ;MOV 44H, A ;图32 主程序流程图MOV DISM0, A ; MOV DISM1, A ; MOV DISM2, A ;MOV DISM3, A ; 清显示缓冲区MOV DISM4, A ; MOV DISM5, A ;MOV TMOD, #56H ; 设T0为计数器方式2；T1为方式1MOV TL0, #06H; T0赋初值 MOV TH0, #06H;CLR PT0 ; 令T0为低中断优先级 设定堆栈指针清标志和暂存单元清显示缓冲器区T0 初始开 CPU中断扫描键盘温度显示T1 中断程序清标志 D5H停止输出返回22SETB TR0 ; 启动T0工作 SETB ET0 ; 允许T0中断SETB EA ; 开CPU中断LOOP: ACALL DISPLY ; 调用显示程序ACALL SCAN ; 调用扫描程序AJMP LOOP ; 等待中断（2） T0中断服务程序CT0T0中断服务程序是温度控制系统的主体程序，用于启动A/D 转换，读入采样数据、数字滤波、越限温度报警和越限处理、PID计算和输出可控硅的同步触发脉冲等。P1.3引脚上输出的该同步触发脉冲宽度由T1计算器的溢出中断控制， 8031利用T1 溢出中断空隙时间（形成P1.3 输出脉冲顶宽）完成把本次采样值转换成显示值而放入显示缓冲区和调用温度显示程序。8031从T1中断服务程序返回后便可恢复现场和返回主程序，以等待下次T0中断。在T0 中断服务程序中，还需要用到一系列子程序。例如：采样温度值的子程序、数字滤波子程序、越限处理程序、PID计算程序、标度转换程序和温度显示程序。在PID计算程序中，也需要用到双字节家法子程序、双字节带符号数乘法子程序等。T0中断服务程序框图如图3-3所示。23YNYN NYN NYNYYN图33 T0中断服务程序流程图CPU内部RAM 中有关参数的分配列出如图 34。相应程序清单为：ORG 000BHAJMP CT0CT0: PUSH ACC ;保护现场保护现场Ui(K)=Umax?采样炉温数字滤波boUi(K） Umax?清上次越限标志返回恢复现场温度显示温度标度转换初始化从 P1.3 输出求补计算 PID求补取最大 PID 值输出下限报警越限计算器加 1Ui(K)=Umin?Ui(K）Umax?上次越限越限 N 次？（D5H）1？上限报警清越限标志恢复现场返回上限处理本次越限标志送5FH 清零 5EH 单元置本次越限标志24PUSH DPL ;保护现场PUSH DPH ;保护现场SETB D5H ;置标志ACALL SAMP ;调用采样子程序ACALL FILTER ;调用数学滤波程序CJNE A,42H,TPL ;若Ui（K）！Umax,则TPL WL: MOV C,5EH ; （5EH）送5FHMOV 5FH,C ;CLR 5EH ;清5EH单元ACALL UPL ;转上限处理程序POP DPH ;POP DPL ;POP ACC ;RETI ;中断返回TPL： JNC TPL1 ;若Ui(K)Umaz,则 TPL1CLR 5FH ;清上次越限标志CJNE A,43H,MTPL ;若Ui(K)!=Umax,则MTPLHAT: SETB P1.1 ;若温度不越限，则令绿灯亮ACALL PID ;调用计算PID子程序MOV A,2FH ;PID值送ACPL A ; 对PID值求补，作为TL1值INC A ;NM: SETB P1.3 ;令P1.3输出高电平脉冲MOV TL1,A ; T1赋初值MOV TH1,#0FFH SETB PT1 ;T1高优先中断SETB TR1 ;启动T1SETB ET1 ;允许T1 中断ACALL TRAST ;调用标度转换程序LOOP: ACALL DISPLY ;显示温度JB D5H,LOOP ;等待T1中断POP DPH ; POP DPL ; 恢复现场POP ACC ;25RETI ;中断返回MTPL: JNC HAT ;若Ui(K)Umin,则HATSETB P1.0 ;否则，越下限声光报警MOV A,45H ;取PID最大值输出CPL A ; 取PID值求补，作为TL1INC A ;AJMP NM ;转NM执行TPL1: SETB 5EH ;若Ui（K）Umax,则5EH单元置位JNB 5FH,WL ;若上次未越限，则转 WLINC 44H ;越限计算器加“1”MOV A,44H ;CLR C ;SUBB A,#N ;越限N 次吗？JNZ WL ;越限小于N次，则 WLSETB P1.2 ;否则，越上限声光报警CLR 5EH ; CLR 5FH ; 清越限标志POP DPH ; POP DPL ; 恢复现场POP ACC ;RETI ;中断返回（2）T1中断服务程序：ORG 001BHAJMP CTA CT1: CLR D5H ;清标志CLR P1.3 ;令P1.3 变为低电平RETI ;中断返回（3）子程序1、采样子程序SAMP:SAMP子程序流程图如图 35所示，子程序清单如下。SAMP: MOV R0, #2CH ;采样值始址送R0SAM1: MOV ADCON,#08H ;启动A/D 转换MOV R3,#20H ;DLY : DJNZ R3,DLY ;延时26ADLOOP:MOV A,ADCON ;读ADCON状态JNB ACC.4,ADLOOP ;等待A/D完成MOV ADCON,#00H ;舍去10位数字量中低 2位MOV A,ADCH ;高8位数字量送存MOV R0,A ;INC R0 ;DJNZ R2,SAM1 ;若采样未完，则SAMIRET ;若采样已完，则返回2AH Ui中间值2BH 标志位*注2CH2DH 三次采样值2EH2FH30H 本次计数值31H32H 给定值33H 34H 给定值35H 36H 给定值37H 38H 给定值39H 3AH 本次计算值3BH 3CH 上次计算值3DH 3EH 上上次计算值42H43H 给定值44H45H图34 内部RAM中有关参数分配图2、数字滤波程序FILTER：数字滤波程序用于滤去来自控制现场对采样值的干扰。数字滤波程序算法颇多，本设计采样中值滤波。中值滤波及只需对2CH、2DH 和2EH 中三次采样值进行比较，取Ui(k)Ui1Ui2Ui3P(K)HP(K)LURHURLKPHKPLK(I)LKI)HK(D)LK(D)HE(K)HE(K）LE(K-1)HE(K-2)LE(K-2)HE(K-2)L UmaxUmin越限计数值PID 最大值27中间值存放到2AH单元内，以作为温度标度转换时使用。图28示出了中值滤波程序框图。NYYNN NYY YN N N YYN Y 图25采样子程序流程图 图26 数学滤波程序流程图相应程序清单为：FILTER:MOV A,2CH ;(2CH)送ACJNE A,2DH,CMP1 ;若（2CH）！（ 2DH） ，则CMP1AJMP CMP2 ;否则，转CMP2CMP1: JNC CMP2 ;若（2CH）（2DH） ，则CMP2XCH A,2DH ; （2CH） （2DH）XCH A,2CH ;CMP2: MOV A,2DH ;(2DH)送ACJNE A,2EH,CMP3 ;若（2DH ）！=(2EH),则CM