智能温度控制仪表设计.doc

景德镇陶学院本科毕业设计（论文） 目录1绪论211 课题的背景和意义212 国内外研究现状及存在的问题213 本课题的工作重点42 温度仪表的总体设计方案621 功能指标622 功能需求分析623 方案设计7231 方案（1）采用单CPU设计7232 方案（2）采用双CPU设计7233 方案（3）采用双CPU设计724 方案选择725 系统设计83 温度控制方法及算法931温度的控制原理93. 2 控制算法与数字滤波104 硬件设计1641 芯片介绍16411 ADuC812单片机的特点16412 philips P89C51单片机的特点29413 TG12864B的特点3242 系统电路设计38421 硬件原理图设计38422 电源电路39423 A/D采集电路40424 LCD显示驱动电路41425 RS-232接口与modbus通讯协议4243 硬件系统设备抗干扰分析435 软件设计4651 软件的结构思路4652 软件流程4753 部分程序功能模块分析及实现52531 主控制模块52532 显示模块58533 头文件模块636系统调试6661 硬件调试6662 软件调试6863 系统调试过程遇到的问题6964 对加热炉进行温度控制试验697.结论708.参考文献711绪论11 课题的背景和意义 仪器仪表应用领域广泛,覆盖了工业、农业、交通、科技、环保、国防、文教卫生、人民生活等各方面,在国民经济建设各行各业的运行过程中承担着把关者和指导者的任务.随着科学技术的发展,对各种仪器仪表的要求也越来越高.高精度温度控制仪表在工业生产的应用也越来越占有重要位量.工业上测量温度常采用热电偶和电阻温度计.热电偶是由两种不同成份的金属丝组成,由于测量点的冷端间的温度差引起能用毫伏计测量出的热电势,是基于温度的热电势的变化来测量温度的,因此对材料的热稳性要求是很严格的.高精度温度控制仪表能够精确测量,实时控制,合理整定被控对象,通过PID算法达到最优水准.今天,世界正从工业化机械化时代进入信息化时代.这个时代的特征是以计算机为核心延伸人的大脑功能,起着扩展人脑力劳动的作用,使人类正在走出机械化过程,进入以物质手段扩展人的感官神经系统及脑力智力的时代.这时,仪器的作用主要是获取信息,作为智能行动的依据 目前国内外的仪表普遍采用EDA（电子设计自动化）、CAM（计算机辅助制造）、CA（计算机辅助测试）、DSP（数字信号处理）、ASIC（专用集成电路）及SMT（表面贴装技术）等 在重视高档仪器开发的同时，注重高新技术和量大面广的产品开发与生产。注重系统集成，不仅着眼于单机，更注重系统、产品软化，随着各类仪器装上了CPU，实现了数字化后，软件上投入了巨大的人力、财力，今后的仪器归纳成一个简单的公式：仪器=AD/DA+CPU+软件，AD芯片将模拟信号变成数字信号，再经过软件处理变换后用DA输出。 从技术驱动转为市场驱动，从一味追求高精尖转为恰到好处。开发一项成功产品的准则是，用户有明确的需求；能用最短的开发时间投放市场；功能与性能要恰到好处；产品开发准则的另一变化是收缩方向，集中优势。 生产过程采用自动测试系统。目前多以GP-IB仪器组建自动测试系统，生产线上一个个大的测试柜，快速地进行自动测试、统计、分析、打印出结果。 目前以PLC为基础的DCS发展很快，PLC与DCS相互渗透、相互融合、相互竞争，已成为当前工业控制系统的发展趋势。因此基于这种考虑研究基于单回路智能温度控制仪表开发在人们获取信息的应用则具有十分重要的意义 12 国内外研究现状及存在的问题由于仪器仪表原隶属于机械工业,一直以来都没有明确的概念。现代的仪器仪表应当界定为测量、控制仪器仪表与系统、科学仪器、医疗仪器，及其相关的传感器、元器件和材料。我国现有各类仪器仪表企业6千多家，职工总数88万人。其中：（1）工业过程检测、控制仪器仪表与系统生产企业2000多家，销售额约占50%；（2）科学仪器生产企业约1500家，销售额占总销售额25%；（3）医疗仪器生产企业约1200家，销售额占少部分与医疗仪器生产企业的销售额大致相等；（4）其他各类测量仪器仪表及元器件材料等生产企业近1000家，销售额约200亿元。我国仪器仪表已经形成门类品种比较齐全，具有一定技术基础和生产规模的工业体系，成为亚洲除日本以外第二大仪器仪表生产国。“九五”以来，我国仪器仪表工业总的形势是向前发展的。主要表现在：（1） 仪器仪表行业销售收入以年平均增长率8%不断递增，科学仪器发展迅速，达到年销售平均增长率超过25%；（2） 仪器仪表产品在微型化、集成化、智能化、总线化等发展方向上紧跟国际发展的步伐，涌现出一批技术先进的新型产品，黑体空腔式钢水连续测温仪、微波等离子体炬光谱仪、柔性控制系统、超声聚焦刀等项产品技术上领先国际水平；（3） 仪器仪表产品出口创汇有了明显增长。1999年我国仪器仪表产品出口创汇比1998年增长12%。出口产品中已经饮食有技术含量较高的气相色谱仪和精密天平等。数字万用表出口占据世界市场70%以上的份额。出口国家不只限定在亚洲、非洲，许多产品已经进入欧美市场；（4） 一批具有相当规模和发展前景的民营企业的崛起，是我国仪器仪表产业发展的新兴力量。这批企业中，有从事自动化系统集成的高新技术公司，如浙大中控、德维森公司等；有已经形成现代化生产规模，产品打入国际市场的华立集团、舜禹集团，普析公司、天美公司、华谊公司等。它们的崛起对我国仪器仪表产业的发展已经产生并将继续产生巨大的推动和影响。应当清醒地看到，虽然我国仪器仪表工业有了一定的发展，但远远不能满足国民经济、科学研究、国防建设以及社会生活等各个方面日益增长的迫切需求。我国仪器仪表产品，绝大部分属于中低档技术水平，而且可靠性、稳定性等关键性指标尚未全部达到要求。高档、大型仪器设备几乎全部依赖进口，中档产品以及许多关键零部件，国外公司同样占有国内市场60%以上的份额。据海关统计，除去随成套工程项目配套引起的仪器仪表不计，每年进口各类仪器仪表总额接近我国仪器仪表工业总产值50%。此外，在6000多家企业中，年销售收入超过1000万元的不足1000家，全行业经济效益低下。更为严重的是，低水平重复生产异常突出。无论是工业自动化仪表或是科学仪器，几乎每一个主要产品都有几十家甚至几百家企业重复生产，乃至产品的型号规格都完全相同。比如，全国有近百家企业重复生产涡街流量计，有80多家企业重复生产气相色谱仪，有300多家企业重复生产热电偶，等等。其产品的技术水平多只相当国际80年代初期水平，而且产品质量全面过关的却微乎其微。又比如，浙江华立集团和三星集团年产电能表的生产能力，已经基本满足国内市场的需求，而同时在浙江省还有40多家，其他省市上百家企业继续生产电能表，出现严重的供大于求的现象。低水平重复生产肆意扩展，对我国仪器仪表工业的发展造成了极大的危害：第一，低水平重复生产，耗费了大量人力、物力和财力，导致我国仪器仪表工业的发展不能集中优势力量，捏紧拳头，生产能力极度放空，难以摆脱长期分散落后的局面；第二，大量低水平重复生产，破坏了市场竞争的有效秩序，导致出现不公平竞争和暗箱操作等各种丑陋现象，致使许多企业不能集中力量提高产品质量和发展生产； 第三，低水平重复生产的结果，必然出现大量产品质量低劣，给用户造成恶劣的影响，使民族仪器仪表工业的发展受到沉重的打击。更令人吃惊的是，电能表大量重复生产的结果，在两网改造过程中已经有大约4000万只不合格产品进入了电网，其后果不堪设想。这就是我国仪器仪表工业大致的现状。13 本课题的工作重点本课题主要研究用单片机实现带PID调节的液晶显示温度控制仪表。主要有以下三个工作重点：u PID算法的处理，PID控制器的参数整定。u LCD驱动显示的调试。u 双CPU之间的通讯协议modbus。经过对温度控制仪表的反复调试研究，最终采用ADI公司的ADuC812和PHILIPS公司的P89C51单片机作为主控芯片，采用温度传感器检测方法，辅之以精确外围电路检测与控制，实现了一台具有液晶显示、通讯、对温度进行实时控制等功能的智能温度仪表。2 温度仪表的总体设计方案21 功能指标 1温度控制范围：251300度； 2温度测量误差为：1度；3. 通信接口：RS232；4. 温度超调量：1%;5. 温度波动： 1度；6. 适用于冷态到高温的全自动控制；7. 显示控温时的实际温度和恒温时间；8. 可实现手/自动的无扰动切换；9. 友好的人机界面；10 可靠性好，寿命长。22 功能需求分析 温度控制器实际上是以单片机控制为核心，根据设定目标温度值进行自动或手动调节的温度控制系统，主要包括温度检测、温度控制、参数显示、报警指示等部分。根据模式值，可查看相应的参数，如设定温度值、温度上限报警值等，并根据需要可对参数进行修改、保存等。同时本系统还配液晶显示，可以通过启动通信实时显示温度值等，配合构成一套完整的温度监控系统。主要功能如下：1 设定温度显示、实时温度显示2 温度上限报警，温度报警上限值设定3 温度下限报警，温度报警下限值设定4 目标温度值设定5 放大电路放大倍数设定6 P、I、D控制参数的设定7 手动加热设定值8 手动/自动设定9 温度零点标定10 参数保存11 液晶显示23 方案设计231 方案（1）采用单CPU设计此方案采用ADI公司的ADuC812芯片实现整个系统的控制，其温度检测部分电路需外加热电偶进行检测。ADuC812芯片内部有温度传感器、3个定时/计数器、A/D功能、EPROM存储功能，可以对室温进行采集、进行实时计数、参数保存，显示部分由液晶显示。但实现驱动液晶显示比较困难。232 方案（2）采用双CPU设计 此方案采用双CPU进行控制，PHILIPS公司P89C51作为主控芯片，负责整个系统的控制和各项任务的管理。LPC938则负责温度的采集和处理，同时把处理的情况实时传给主控芯片。但LPC938没有片上温度传感器，需外加温度传感器对系统进行温度补偿才能准确计算出所需要的温度。233 方案（3）采用双CPU设计此方案采用双CPU进行控制，ADI公司的ADuC812作为主控芯片，负责整个系统的控制和温度的采集和处理。PHILIPS公司P89C51则负责驱动液晶显示，同时实时显示从主控芯片传送来的数据。24 方案选择方案（1）只用了一块单片机，有片上温度传感器，因此节省器件、电路简单、调试容易、成本较低，但难以驱动液晶显示。方案（2）是一个双CPU系统，采用PHILIPS公司P89C51作为主控芯片，LPC938 作为从机。这样当很多信号同时响应时，两块单片机分工合作，突破了瓶颈现象，使得单片机能够快速、准确采集和处理各种信号。但需外加温度传感器对系统进行温度补偿才能准确计算出所需要的温度。方案（3）是一个双CPU系统，采用ADI公司的ADuC812作为主控芯片，PHILIPS公司P89C51 作为从机。这样当很多信号同时响应时，两块单片机分工合作，突破了瓶颈现象，使得单片机能够快速、准确采集和处理各种信号。此系统结构合理，实时性好，CPU利用率高25 系统设计 按方案（3）设计出来的温度仪表系统如图2.1 此系统采用ADI公司的ADuC812和PHILIPS公司P89C51作为主控芯片。温度控制系统包括实现温度控制的CPUAduC812、温度测量装置（K分度热电偶）、加热元件、温度参数显示、SSR、辅助控制电路等。 LCD用来显示模式值及相应的参数，通过按键可以改变模式值及相应的参数CPU根据检测的温度值对上、下限报警值进行比较，控制报警灯的状态。本系统采用周波控制加热炉的温度。K分度热电偶作为温度传感器，是检测电路的关键部件。传感信号通过放大、滤波等处理，可直接由CPU进行A/D转换，换算为相应的温度测量值。根据测量值和设定值之差，进行PID运算，将计算结果转换为周波数，通过控制SSR通过的周波来控制加热炉的温度。图2.1温度仪表框图图2.2人机界面液晶显示人机界面中心EM液晶显示人机界面中心3 温度控制方法及算法31温度的控制原理对于电热加温的温度控制可以采用移相控制或周波控制方式。移相控制方式是通过改变可控硅的导通角来控制输出电压，从控制加热对象的温度，控制电路相对复杂，但控制精度比较高。周波控制方式的输出电路如图3.1所示，它实际上是通过调节一定时间的循环周期内的供电时间比例来控制加热对象在本周期内获得的电能，从而控制其温度。由于控制加温的时间比例实现起来相对简单，因此周波控制方式在温度控制系统获得了比较广泛的应用。本系统确定采用周波控制方式。VCC+ SSR- R加热元件LN图3.1周波控制输出电路由图3.1可知，CPU的I/O脚输出低电平时，SSR给加热元件接通220V交流电源，加热元件获得电能，温度升高；I/O脚输出高电平时，SSR开路，加热元件两端无电压，停止加热，如温度高于环境室温，则对象的温度开始下降。采用时间比例控制的具体方法是：1 设定一个标准的加温周期T，以T为周期对温度进行采样，获得温度测量值；2 根据设定值和测量值的偏差，进行PID算法；3 将PID的输出转换为SSR的通断时间。PID的输出为0%，则SSR接通时间为0，即本周期无输出；如果PID输出为100%，则SSR接通时间为T，即本周期为全输出；如果PID的输出为MV，则SSR的接通时间为T*MV/100，断开时间为T-T*MV/100。3. 2 控制算法与数字滤波 所谓算法是指为了获得某种特定的计算结果而规定的一套详细的计算方法和步骤，可以表示为数学公式或操作流程。常用的算法包括测量算法和控制算法两大类。目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器传感器变送器执行机构输入输出接口。控制器的输出经过输出接口执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器变送器执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。（1）开环控制系统开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 （2）闭环控制系统闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后做出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。 （3）阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的，准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来(Steady-state error)描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差，快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。 （4）PID控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 在模拟系统中,控制器最常用的控制规律是PID控制.PID控制器是一种线形控制器,它根据给定值w与实际输出值y构成控制偏差e, e(t)=r(t)-c(t)将偏差的比例（P）,积分（I）,微分（D）通过线性组合构成控制量,对被控对象进行控制,称为PID控制.其控制规律为：或写成传递函数形式：图3.2 PID控制 PID控制器各环节的作用是：比例环节: 即成比例地反映控制系统的偏差信号,偏差一旦产生,立即产生控制作用,以减少偏差.积分环节: 主要用于消除静差,提高系统的无差度.积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti,Ti越大,积分作用越弱,反之则越强.微分环节: 能反映偏差信号的变化趋势,并能在偏差信号值变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减小调节时间.上图为模拟PID控制系统原理图.在计算机控制系统中,使用的是数字PID控制器,数字PID控制算法又分为位置式PID控制算法和增量式PID控制算法.位置式PID控制算法的缺点是,由于全量输出,所以每次输出均与过去的状态无关,计算时要对偏差进行累加,计算机运算工作量大.而且,因为计算机输出的y对应的是执行机构的实际位置,如果计算机出现故障,y的大幅度变化会引起执行机构位置的大幅度变化,这种情况往往是生产实践中不允许的.鉴于以上考虑,本系统采用增量式控制算法.所谓增量式PID控制算法,是指数字控制器的输出只是控制量的增量.数字PID表达式为：根据推理可得：两式相减,得：增量式控制虽然只是算法上作了一点改进,带来不少好处：（1）由于计算机输出增量,所以误动作时影响小,必要时可用逻辑判断的方法去掉.（2）手动/自动切换时冲击小,便于实现无扰动切换.此外,当计算机发生故障时,由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用,故能仍然保持原值.（3）算式中不需要累加.控制增量的确定仅与最近K次的采样值有关,所以较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果.右图增量式PID控制算法的程序框图:图3.3 PID计算流程图（4）在编程中,PID还做了一些改进,即在开始时进行积分,进入限制范围后即停止积分.其基本思想是：当控制进入饱和区以后,便不再进行积分项的累加,而只执行削弱积分项的运算.因而,在计算u(k)时,先判断u(k-1)是否已超出限制值.若u(k-1)超出限制值,则只累加负偏差；若u(k-1)未超出限制值,则累加正偏差.这种算法可以避免控制量长时间停留在饱和区. PD电路和PI电路等效图:C2C3R3VO3VO2VO2/mC1R2R1VO2VO1图3.5 PI等效电路图3.4 PD等效电路(5) PID控制器的参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。(6)数字滤波本系统要采样的模拟信号有电压,电流等信号,因为ADuC812单片机内部自带8个通道的12位A/D转换器,故无需再扩展其他的A/D转换芯片.单片机作一次A/D转换需ADCCON1来设定,采用12MHz时为0.2us.转换结果存于A/D结果寄存器中.A/D结果寄存器不能按字读取,必须2个字节分开读.在写程序时应分别读得其高位和低位,然后拼装成完整的结果.因测量信号来自工业现场,而现场往往存在很多干扰源,影响最大的是50Hz的工频干扰.因此,对工频干扰信号的抑制是保证测量准确的重要措施之一.本系统除了在硬件上加了RC滤波器之外,在软件上进一步采用数字滤波方法抑制干扰的产生.数字滤波的方法很多,有程序判断滤波法、中位值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法等等.其中程序判断滤波法是根据应验确定两次采样允许的最大偏差,若先后两次采样值大于最大偏差,则表明本次输入信号是干扰信号,应该丢掉,而且上次采样值作为本次采样值；若小于最大偏差,则本次采样值有效.中位值滤波法就是对某一被测参数连续采样N次,然后把N次采样值按大小排列,取中间值作为本次采样值.中位值能有效地克服因偶然因素引起的波动干扰.算术平均值滤波就是连续取N个值进行采样,然后求出平均值作为采样值.本系统综合以上各种滤波方法,连续采样10个值,然后把这10个值按大小排列,去掉两个最大值,去掉两个最小值,再求剩下的8个值的平均值,将其作为最终的采样值.4 硬件设计41 芯片介绍411 ADuC812单片机的特点ADuC812是美国ADI公司出品的高性能微转换器。有时也把它通俗地称为单片机或微控制器。它具有十分强大的功能。下面就以本次课题所要用ADuC812的功能作以介绍。以下是芯片的引脚图：图4.1 ADuC812引脚 AduC812有9个中断源，分2个中断优先等级，允许实现。由中断优先级寄存器IP 控制各中断源的中断优先级，如果中断源处于同一优先级，则通过内部查询电路决定其响应的先后顺序。AduC812 的中断系统由中断标志（特殊功能寄存器TCON、SCON）、中断允许寄存器IE、中断优先级寄存器IP 及内部查询电路组成。当这些中断源发出中断申请时，CPU 可自动将程序转到相应的中断入口地址（中断向量），这些中断向量是固定的。 表4.1 中 断 源 中 断 入 口 地 址中断中断名称中断矢量地址PSMI电源监视器43HIE0INT0 外部中断03HADCIA/D转换结果33HTF0定时器0溢出0BHIE1外部中断113HTF1定时/计数器11BHI2CI/ISPI串行中断3BHRI/TIUART中断23HTF2/EXF2定时器22BH（1）中断允许寄存器IE在AduC812 中，利用特殊功能寄存器IE 作为中断允许寄存器，IE 的字节地址为A8H，可进行位寻址，IE 的逻辑结构。 表4.2 IE 的逻辑结构位D7D6D5D4D3D2D1D0IEEAEADCET2ESET1EX1ET0EX0位地址AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8HEX0外部中断0 的中断允许位当EX0=0 时，禁止外部中断0 中断；EX0=1 时，允许外部中断0 中断。ET0内部定时/计数器0 的中断允许位当ET0=0 时，禁止内部定时/计数器0 中断；ET0=1 时，允许内部定时/计数器0 中断。EX1外部中断1 的中断允许位当EX1=0 时，禁止外部中断1 中断；EX1=1 时，允许外部中断1 中断。ES片内串口的中断允许位当ES=0 时，禁止片内串口中断；ES=1 时，允许片内串口中断。ET2同ET0同ET0EADCAD中断允许位EADC=1时, 允许AD中断;EADC=0时, 禁止AD中断EA中断允许总控位当EA=0 时，CPU 禁止中断，即CPU 关中断；EA=1 时，CPU 允许中断，即CPU 开中断。EA 称为总允许。 表4.3中断允许位 根据实验的需要，要设置IE各功能，我们分析到IE有两级中断嵌套即通过EA实现一级中断允许总控位，然后再依据需要分别启动各中断的标志位。在这种情况下，我们分步设置IE来实现各中断的需要。在这里我们要用到外部中断0、定时器0中断、ADC中断、串口中断。EA = 1;ET0 = 1;EADC= 1;ES = 1;EX0 =1;（2） 中断优先级寄存器IPAduC812的中断系统具有两个中断优先级，通过特殊功能寄存器IP 来进行设置，IP 的字节地址是0B8H，可进行位寻址。表4.4中断优先级寄存器IP位D7D6D5D4D3D2D1D0IPPSIPADCPT2PSPT1 PX1PT0PX0位地址BFHBEHBDHBCHBBHBAHB9HB8H在这里我们将默认系统的中断优先级，编写的程序中没给出相应的语句。（3）中断的触发方式在中断系统中，可通过特殊功能寄存器TCON 来进行控制。特殊功能寄存器TCON 的字节地址是88H，可进行位寻址 表4.5 TCON的逻辑结构 位D7D6D5D4D3D2D1D0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H表4.6 TCON 各位的功能 IT0外部中断0 的触发方式控制位。当IT0=1 时，外部中断0 采用边沿触发方式（采用从1 到0 的负跳变）;当IT0=0 时，外部中断0 采用电平触发方式IE0外部中断0 采用边沿触发方式时的中断申请标志位IE0=1 表示外部中断0 有中断申请，IT1外部中断1 的触发方式控制位作用与IT0 相同IE1外部中断1 采用边沿触发方式时的中断申请标志位作用与IE0 相同TF0片内定时/计数器0 溢出中断请求位当定时/计数器0产生溢出时，TF0被置位，向CPU 发出中断申请。TF1片内定时/计数器1 溢出中断请求位当定时/计数器1产生溢出时，TF1被置位，向CPU 发出中断申请（4）中断系统步骤中断程序的结构与CPU 对中断的处理过程密切相关，中断程序通常分主程序和中断服务程序两部分。（1）主程序1）主程序的起始地址 AduC812 系列单片机复位后，（PC）=0000H，在编写程序时一般在0000H放置一条长跳转指令。主程序则以跳转的目的地址作为起始地址。2）初始化 所谓初始化，就是将要使用到的AduC812 单片机的内部部件或扩展芯片的初始工作状态进行设定。单片机复位后，特殊功能寄存器IE、IP 的内容为00H，所以必须对其进行初始化编程，开放中断，设定优先级。（2）中断服务程序1）中断服务程序的起始地址 当CPU 接到中断申请并响应后，CPU 把PC 的当前值压入堆栈进行保护，并转入相应的中断服务程序入口处执行。AduC812 单片机的中断系统对五个中断源分别规定了固定的中断入口地址，但这些地址之间相距只有8 个字节，如果中断服务程序的指令代码少于8个字节，则可从相应的入口地址开始直接编写中断服务程序；如果中断服务程序的代码多于8个字节，则必须在入口处写一条跳转指令，以跳转指令的目标地址作为中断服务程序的起始地址。2）中断服务程序的内容A 视需要确定是否保护现场；B 及时清除那些不能被硬件自动清除的中断标志，以免产生误中断；C 中断服务程序中的压栈（PUSH）指令和弹栈（POP）指令必须成对使用，以保证返回正确的断D 主程序与中断服务程序之间的参数传递方式和主程序与子程序之间的参数传递方式一致。（5）定时器/计数器及其应用AduC812 单片机内有两个16 位定时器/计数器，分别为定时器0（T0）和定时器1（T1）。它们都其有定时器和计数功能，可用作定时控制、精确延时，以及对外部事件的计数和控制，其中T1 还可以作为串行口的波特率发生器。16 位定时器/计数器的核心部分是一个加1 计数器，定时在本质上也是计数，即对基准时间计数。每一个定时器分别由两个8 位的寄存器组成，T0 由TH0 和TL0 组成，T1 由TH1 和TL1 组成。这两个寄存器用来存放定时或计数的初值。当C/T =0，工作在定时方式，多路转换开关接通内部时基脉冲，是对机器周期进行计数，所计的数值乘以机器周期就是所需要的定时时间；当C/T =1 时，多路转换开关与T0（或T1）引脚接通，对外部输入信号进行计数，所计数据保存在计数器中。外部输入信号的高低电平保持时间最少应大于两个机器周期，这是电路设计所要求的。定时器/计数器的两种工作方式的设定是通过对定时器工作方式寄存器TMOD 的设置来决定的。定时器计数器的启动、停止及溢出等情况，由定时器控制寄存器TCON 控制。定时器/计数器的初始化定时器/计数器是一种可编程部件，在其工作之前必须将控制命令字写入其方式寄存器TMOD 和控制寄存器TCON，以确定其工作方式。这一过程称为定时器/计数器的初始化。1）工作方式寄存器TMODTMOD 用于控制T0 和T1 的工作方式。其格式如下：表4.7TMOD（89H）D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0表4.8 M1、M0的工作方式控制位，构成4 种工作方式0 0 013位计数器0 1 116位计数器1 0 28 位自动重装入计数器1 13T0 分为两个8 位计数器 A C/T ：计数/定时工作方式选择位。C/T 0，设置为定时工作方式。C/T 1，设置为计数工作方式。B GATE：门控位GATE0，只要用软件对TR0（或TR1）置1 就启动定时器T0（或T1）。GATE1，只有在INTX 引脚为1，且用软件对TR0（或TR1）置1 才能启动定时器T0（或T1）。TMOD 所有位复位后都清0。TMOD不能位寻址，只能用字节方式设置工作方式。2）控制寄存器TCONTCON 用于控制定时器/计数器的启动、停止以及反映定时器/计数器的溢出和中断情况，其格式如下表4.9、4.10。 表4.9位D7D6D5D4D3D2D1D0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 表4.10TF1定时器T1 溢出标志位当T1 溢出时，由硬件自动置1，并向CPU 申请中断，CPU 响应中断后，又由硬件清0，TF1 也可由软件清0TR1：定时器T1 运行控制位可由软件置1 或清0 来启动或停止T1。用指令SETB TR1: 使TR1 置1，CLR TR1 清0。TF0定时器T0 溢出标志位功能与TF1 相同TR0定时器T0 运行控制位功能与TR1 相同 表4.11 定时器/计数器的工作方式GATEC/TM1M0GATEC/TM0M0AduC812 单片机的两个16 位定时器/计数器具有定时和计数两种功能，每种功能都包括了4 种工作方式，除了工作方式3 以外，其它3 种工作方式的基本原理都是一样的。用户通过对TMOD 的初始化编程来选择定时器/计数器的功能和工作方式，通过把计数初值写入TH 和TL 中来控制计数长度，通过对TCON 中相应位进行置位或清0 来实现启动定时器工作或停止计数。 表4.12定时器的工作方式工作方式0 当M1 M0 为00 时，定时器/计数器工作在方式0，它是一个8 位的计数器。工作在定时方式当时C/T =0 时，定时器T0 工作在定时方式。对机器周期进行加1 计数，其定时时间为：T=（213T0 初值）机器周期工作在计数方式当C/T 1 时，定时器T0 工作在计数方式。13 位计数器对外部输入信号进行加1 计数。工作方式1当M1M0 为01 时，定时器/计数器T0 工作方式1 的定时时间为：T（216T0 初值）机器周期工作在计数方式工作方式1 是16 位计数器。当M1M0 为10 时，工作在方式2，16 位的计数器分成两个独立的8 位计数器TH0和TL01工作方式2 的定时时间为：t(2 8T0 初值)机器周期2 工作方式2 与工作方式0、方式1 的区别在于工作方式2 为8 为计数器。当M1M0 为11 时，定时器/计数器工作在方式3一般情况下，当定时器用作串行口波特率发生器时，T0 才设置为工作方式3。此时应用定时器/计数器时。（6）AD/DA转换在模数和数模的转换中，AduC812不是像其它芯片一样外设专门用来模数和数模转换的AD/DA转换器。在AduC812中集成了AD转换块包含了8通道12位单电源ADC。其优点是，提供了软件校准子程序，可允许用户在需要时重写工厂编程的校准系数，以便使用户目标系统中端点误差的影响为最小。我们在编写下位机程序时，采用了12位AD转换。下面我们就以设置AD控制字，作以说明。表4.13 Aduc812 的相关寄存器有5 个ADCCON1ADCCON2ADCCON3ADCDATALADCDATAHEFHD8HF5HD9HDAH其中，ADCCON1 、ADCCON2、ADCCON3是用设置控制字的，而ADCDATAL 、ADCDATAH是用提取AD转换的值。表4.14 ADCCON1的位 脚说明0EXC 外部触发使能位EXC=1，允许通过引脚CONVST 为负脉冲来触发A/D 转换，负脉冲最小值为100ns；EXC=0，禁止外部触发1T2C定时器2 溢出触发使能位T2C=1，允许定时器2 溢出作为A/D 转换的触发脉冲；T2C0，禁止定时器2 溢出触发A/D 转换2 3 AQ0 AQ1采集时钟选择位AQ1、AQ0 为00、01、10、11 时对应的跟踪/保持放大器的采集时间分别为1、2、4、8 个时钟4 5CK0 CK1分频比选择位CK1、CK0 为00、01、10、11 时对应的ADC 时钟与主时钟的分频比分别为1、2、4 和867MD0MD1模式选择位MD1、MD0 为00、01、10、11 时对应的ADC 工作模式分别为ADC 掉电、ADC 正常工作、不执行转换周期时ADC 掉电、不执行转换周期时ADC 待机。AD转换是由我们自己依据需要来进行的，不是每时每刻都在作AD转换的工作。在不进行AD/DA转换时间里，我们会让ADUC812芯片作其它工作，所以我们把ADCCON1第一位设置为0；根据实现情况，在采集数据上，不要求很严格，所以依据ADCCON1各控制字所定义的功能，我们可以设置它的模式为：ADCCON1 = 0x64;表4.15 ADC 控制寄存器ADCCON2 的位定义及其说明0123CS0CS1CS2CS3通道选择位CS3 CS2 CS1 CS CS3 CS2 CS1 CS0 0 0 0 0 0 1 1 0 60 0 0 1 1 0 1 1 1 70 0 1 0 2 1 0 0 0 温度传感器 0 0 1 1 3 1 X X X 保留0 1 0 0 4 1 1 1 1 DMA STOP0 1 0 1 54SCONV单次转换控制位软件置SCONV1，则启动1 次A/D 转换，单次转换周期完成后，自动将SCONV 复位成05CCONV连续转换控制位软件置CCONV1，则启动连续转换模式，ADC 自动根据CS3CS0 选择的通道进行连续换。一旦前一个转换周期完成，自动开始下一次转换周期6DMA DMA 模式使能位该位置1，则启动ADC 的DMA 工作模式7ADC中断标志在单次A/D 转换结束，或在DMA 块转换结束时由硬件置位，ADC 在程序转入ADC 中断服务程序子程序时，由硬件自动清除我们设置ADCCON2 = 0，ADCCON2 = 8，其实在初始化中，我们只用到了ADCCON2的选取通道AD转换的作用。因为我们考虑到实际情况，在0.1秒的时间内进行一次实时值的采集，通过片上温度传感器对室温的采集，对本次设计来说，这个频率已经足够了。所以在编写程序中，我们把启动温度采集的标志位放在定时器中，用来更好的控制AD转换器的AD转换。Aduc812 集成了2 路12 位的D/A 转换器，可以将12位数字量转换成0Vref 或0AVDD 的模拟电压。与DAC 控制相关的寄存器有5个，即DAC0L 和DAC0H、DAC1L 和DAC1H、以及DACCON。DAC0L 和DAC0H 分别为DAC 通道0 的低位和高4 位；DAC1L 和DAC1H 分别为DAC 通道1 的低8 位和高4 位。DACCON 为2 路DAC 的控制寄存器。以下我们将介绍控制寄存器DACCON 的各控制字。 表4.16 DACCON 的各控制字0PD0 DAC0 掉电控制位PD0=1，使DAC0 上电；PD0=0，使DAC0 掉电1PD1 DAC1 掉电控制位PD1=1，使DAC1 上电；PD1=0，使DAC1 掉电2SYNC DAC0、DAC1 同步控制位。使SYNC1，先刷新DACxL/DAC