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DZ248
电阻炉
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DZ248电阻炉温度的控制,DZ248,电阻炉,温度,控制
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摘要英文中文目录第一章 绪 论第二章 方案论证第三章 硬件电路31 温度检测和变送器32 温度控制电路321 DSP及其片上外设322 采集电路323 触发电路324 过零同步脉冲的产生33 接口电路（人机接口）第四章 温度控制的算法第五章 软件设计第一章 绪 论 在冶金工业、化工生产、机械制造和食品加工等领域中，都需要对各类加热炉、热处理炉和锅炉中的温度进行检测和控制，采用数字量对它们进行控制，控制方便、简单、灵活，而且可以提高被控温度的指标，从而提高产品的质量和数量。因此，随着计算机技术的发展，数字控制异突起，发展迅速。依靠一定的硬件基础，针对特定的控制目的，实现一个高可靠性，高效率的计算机应用系统，是现代工业和社会发展的迫切需要。当代计算机技术的快速发展，微电子技术的推动，使这一需求得以实现。单片机，数字信号处理器（DSP）等，都是这个大家庭中的一员。和单片机相比，DSP具有较大的存储器容量，更丰富的，功能强大的片上外设等等。基于这些优点，我们采用数字信号处理器，即：DSP控制器。我们通常所说的DSP有两个含义：其一是Digital Signal Processing 的简称，是指数字信号处理技术，它不仅涉及许多学科，还广泛应用于多种领域。特别在20世纪60年代，随着计算机和信息技术的迅猛发展，进一步推动了数字信号处理技术的理论和应用领域的发展；DSP的第二个含义是Digital Signal Processor 的简称，即数字信号处理器（也称为DSP芯片），它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度远远超过通用微处理器。它是一种适合于数字信号处理的高性能微处理器。数字信号处理器已成为数字信号处理技术和实际应用之间的桥梁，并进一步促进了数字信号处理技术的发展，也极大地拓展了数字信号处理技术的应用领域。 DSP芯片，即数字信号处理器，是一种特别适合于数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是快速地实现各种数字信号处理算法。 根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下特点：（1）在一个指令周期内完成一次乘法和一次加法运算。（2）程序和数据存储空间分开，可以同时访问指令和数据。（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线进行访问。（4）具有低开销或无开销执行循环及跳转操作的硬件支持。（5）快速的中断处理和硬件I/O支持。（6）在单周期内操作的多个硬件地址产生器。（7）可以并执行多个操作。（8）支持流水线操作，不同操作阶段可以重叠执行。自1982年美国德州仪器（TI）公司推出通用可编程DSP芯片以来，DSP技术取得了突飞猛进的发展。在DSP技术与DSP芯片的相互帮助下，在计算机与微电子技术飞速发展的基础上，DSP芯片性能已得到了极大的提高。作为实现数字信号处理的硬件核心，DSP的应用领域取得了不断的拓展。DSP芯片已经深入到我们的工作与生活中，无论是在计算机外设、通信、工业控制、航空航天、精密仪器，还是在家用电器，如CD机、变频空调器、MP3播放器、数码相机等设备中，都有DSP芯片的身影。第二章 方案论证纵观设计题目要求，电阻炉温度控制是采集模拟量温度，然后进行控制。控制的方法很多：（1）以模拟电路硬接线方式建立的控制系统。（2）以微处理器为核心的控制系统。（3）用可编程DSP控制器为核心构成的控制系统。1模拟控制系统模拟控制系统一般采用运算放大器等分立元件以硬接线方式构成，但这种系统很难应用于一些功能要求比较高的场合。2以微处理器为核心的控制系统这里的微处理器实际上是指以MCS51、MCS96等为代表的8位或16位单片机。以微处理器为控制器，所构成的控制系统有如下优点：（1）使电路更简单。模拟电路为了实现逻辑控制需要许多分立电子元件，从而使电路变得复杂。采用微处理器后，绝大多数控制逻辑可采用软件实现。（2）可以实现较复杂的控制算法。微处理器具有更强的逻辑功能，运算速度快、精度高、具有较大容量的存储器（128KB RAM，8051有4KB ROM，8751有4KB EPROM，8031无ROM或EPROM。使用时往往外括ROM），因此有能力实现较复杂的控制算法。（3）灵活性和适应性强。微处理器的控制方式主要由软件来实现，若需要修改，一般不必修改控制系统的硬件电路，只对软件修改即可。（4）无零点漂移，控制精度高。（5）可提供人机界面，实现多机联网工作。在一些性能要求不是很高的场合，现在普遍采用单片机作为控制器。然而，由于微处理器一般采用冯诺依曼总线结构，处理器的速度有限，处理能力也有限；另外单片机系统比较复杂，软件编程的难度较大。同时，一般单片机的集成度较低，片上不具备控制系统所需要的专用外设，如PWM产生电路等。因此，基于微处理器构成的系统仍然需要较多的元器件，这增加了系统电路板的复杂性，降低了系统的可靠性，也难以实现先进控制算法，如预测控制、模糊控制等。由于技术的发展，新的单片机无论从制造工艺上，还是性能、功能上都有了极大的改进。新单片机（如C8051Fxxx系列、AVR系列等）的工作频率一般在20MHZ以上，采用流水线技术，片内集成大量存储单元和功能外设，有的单片机内部甚至集成了DSP核，这些措施都使单片机的性能得到了很大提高，可以较好地满足高性能控制系统的需要。然而。与同样性能的DSP控制器相比，这些微处理器的价格往往比较昂贵。3以可编程DSP控制器为核心构成的控制系统。为满足世界范围内控制系统的需要，TI公司推出了TMS320x24x系列DSP控制器。x24x系列DSP控制器将一个高性能的DSP核，大容量的片上存储器（片内的数据和程序存储器可达上百千字）和专用的运动控制外设电路（PWM产生电路、可编程死区、SSVPWM产生电路、捕获单元等）以及其他功能的外设电路（16通道A/D转换单元、串行通信接口、CAN控制器模块等）集成在单芯片上，保持了传统微处理器可编程、集成度高、灵活性/适应性好、升级方便等优点；同时，其内部的DSP核可提供更高的运算速度、运算精度和处理大量数据运算的能力。x24x系列DSP控制器采用改进的哈佛结构，分别用独立的总线来访问程序和数据存储空间，配合片内的硬件乘法器，指令的流水线操作和优化的指令集。DSP控制器的控制算法如Kalman滤波、模糊控制、神经元控制等。基于DSP控制器构成的控制系统实际上是一个单片系统，因为整个控制所需的各种功能都可由DSP控制器来实现。因此，可大幅度缩小目标系统的体积，减小外部元器件的个数，增加系统的可靠性。另外，由于各种功能都通过软件编程来实现，因此，目标系统升级容易，扩展性、维护性都很好。同时，DSP控制器的高性能使最终系统既可满足要求比较低的系统，更可以满足对系统性能和精度要求较高的场合的需要。通过上面各种方法的比较，我们选择可编程DSP控制器为主控制器来组成控制系统。第三章 硬件电路31 TMS320F240简介TMS320F24X系列是美国TI公司推出的高性能16位定点DSP，专门为电机控制和其它数字控制系统而设计的新一代数字信号处理器。它不仅拥有数字信号处理器的一般特点，还增加了片内外设，有强大的处理能力。TMS320F240是其中典型的一种。TMS320F240主要由CPU、存储器和片上外设三部分组成，其主要特点如下：（1）采用改进型哈佛结构，具有分离的程序总线和数据总线，使用四级流水线作业，并且允许数据在程序存储空间和数据存储空间之间传输，从而提高了运行速度和编程的灵活性。（2）指令执行速度为20MIPS，几乎所有的指令都可以在50ns的单周期内执行完毕。（3）CPU内含有32位中央算术逻辑单元、32位累加器、16位16位并行硬件乘法器，并带有32位结果寄存器、3个定标移位器和8个辅助寄存器。（4）片内有16K字的Flash EEPROM，544字的DARAM，存储器最大可寻址空间为224K字（64K字程序空间，64K字数据空间，64K字I/O空间，32K字全局空间）。且带有软件等待状态产生器的外部存储器接口，可实现与各种类型外部存储器的接口。（5）双10位A/D转换器，共16位输入通道，转换时间为6s。（6）片上还集成了事件管理器（含有3个定时/计数器，4个捕获单元等）、28个可编程复用I/O引脚、锁相环时钟发生器、具有实时中断的看门狗电路、串行通讯接口、串行外设接口等功能外设。32 前向通道前向通道是指TMS320F240对被控参数的输入通道，包括温度检测元件、A/D转换等。在工业控制中，由于被控对象的参数常常是非物理量（如温度等），因此如何把它们变为电量并经过A/D变换而输入到TMS320F240中是每个应用工作者必须考虑的问题。321 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精度等级有关。 温度测量仪表按照测量方式人为地分为接触式与非接触式两类。所谓接触式即两个物体接触后，在足够长的时间内达到热平衡（动态平衡），此时两个物体温度相等；非接触式即选为标准并当作温度计使用的物体与被测物体相互不接触，利用物体的热辐射（或其它特性），通过对辐射能量（或亮度）的检测实现测温。常用工业温度计可分为：接触式热膨胀温度计（常用范围：-200620），热电阻温度计（常用范围：-258900），热电偶温度计(常用范围：-2001800)；非接触式热辐射温度计（常用范围一般非常高）。根据温度需要，所以选择接触式温度计中的热电偶。同时热电偶测量温度范围广，可靠性高，自身能产生电压，不需要外加激励电源，使用方便。由测温范围：01000，测温精度：1，我们选择华宇仪表线缆厂的铂铑10铂，代号WRP，分度号S，测温范围：长期01300，短期01600，一级允差1。而且它具有耐高温，精度高，物理、化学性能好，热电势稳定性好，高温下抗氧化性能好的优点。 同理，根据被控温度和精度等级选择变送器。由于被测的温度量经过温度检测元件的捕捉和转换，其输出信号幅度（如电流和电压等）往往很小，无法进行A/D转换。因此，温度检测元件输出接变送器。变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的0mV9.659mV变换成0mA10mA范围内的电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出0mA10mA的0电流变换成0V5V范围内的电压。322 TMS320F240的ADC（模拟/数字转换器）TMS320F240内部集成了两个10位的A/D转换器，并带有内部采样保持电路。共有16路模拟输入通道，每8个通道经过一个8选1多路选择器和一个采样保持器（前向通道中采样保持器的作用主要有两点：一是能保证输入模拟量在A/D转换期间保持不变，以提高A/D转换的精度；二是使某一时刻各个检测点上的模拟量同时保持下来，供控制器分时加以检测和处理，以确保检测到的数字量具有时间上的一致性。当然，对于缓慢变化的模拟量如温度，采样保持器可以不用。但对于快速变化的模拟量，只有使用采样保持器才能确保检测精度。）到10位的ADC，ADC的转换结果保存到两级先进先出的（FIFO）寄存器。每个ADC的转换时间大约6s (不同DSP会略有不同，准确数据见各芯片的data sheet)。A/D转换的模拟参考电压VREFHI和VREFLO由外部电源提供，可以接05V的任何电压。VCCA和VSSA应该分别连到5V电源和模拟地。1 ADC引脚说明ADC模块有21个引脚可以与外部电路连接。其中ADCIN0ADCIN15为16路模拟输入，VREFHI和VREFLO为模拟参考电压输入引脚，VCCA和VSSA为模拟电源引脚，另一引脚步为ADCSOC外部启动ADC转换引脚。ADCIN0ADCIN7属于第一个ADC，ADCIN8ADCIN15属于第二个ADC，其中ADCIN0、ADCIN1、ADCIN8和ADCIN9四个引脚与数字I/O（IOPA0、1、3、2）多路复用，通过学习编程可设定这4个引脚为数字I/O引脚。这4个引脚的精度低于专用的模拟输入引脚ADCIN2ADCIN7和ADCIN10ADCIN15。外部启动引脚ADCSOC也与I/O（IOPC0）多路复用。2ADC操作模式ADC模块的功能如下：（1）可以同时采样和转换2路模拟输入（每个ADC单元各一个）。（2）每个ADC都可以进行单独或连续的采样/保持和转换操作。（3）两个ADC可以由软件指令、器件ADCSOC引脚电平跳变、每个通用定时器的下溢、周期匹配和比较匹配事件和捕获单元4个来启动ADC操作。（4）ADC控制寄存器的某些位是具有映象寄存器的双级缓冲位，对这些位的写不影响下在进行的转换，因为新写入的值是先进入映象寄存器而不是直接进入工作寄存器，当前的转换开关结束后，ADC会自动地将映象寄存器内容载入工作寄存器，下一个转换就由新的配置一决定。（5）转换结束后，中断标志被置位。如果中断未被屏蔽且使能，则将产生一个中断请求。（6）如果第3次转换完成时，CPU还没有读FIFO，那么第1次转换的结束将会丢失。3模拟信号采样/转换每个ADC在1个A/D转换预定标时钟周期内完成输入的采样，在5个A/D转换预定标时钟周期内完成转换，所以每个采样/转换需要6个ADC时钟周期。ADC模块结构要求采样/转换时间要大于等于6s以保证正确转换。因此，对所有系统时钟频率，都必须有6个ADC时钟周期大于等于6s，ADC提供了一个预定标功能，来保证无论DSP时钟如何变化都不得可以确保ADC最佳性能。这样一来，通过学习选择合适的预定标就可以满足上述要求。预定标值由下式决定： SYSCLK时钟周期TSYSCLK预定标值6=6s 预定标值由ADC控制寄存器ADCTRL2的其中三位决定，在编程时，应根据系统时钟周期的取值和上式的关系确定预定标值。4数字量输出ADC的10位数字量结束由下面公式近似给出，进行结果验证。 数字量结果=1023*（输入模拟电压-VREFLO）/（VREFHI-VREFLO）每个ADC包含一个2级FIFO数字输出寄存器，该寄存器包含一个模拟输入转换后的10位数字量结果，存放在寄存器的高10位，读FIFO时，低6位D5D0始终为零。FIFO是只读寄存器，复位时被清零。5双10位A/D转换器编程每个DSP的单元模块都有多种功能或多种工作方式，它的功能实现是由相关的寄存器和引脚完成。寄存器分为控制类寄存器、状态寄存器和数据寄存器。每个模块在工作以前，由控制类寄存器对模块进行初始化编程，设置其功能或工作方式等。因此，对于各类寄存器的地址以及格式的了解至关重要的。ADC模块共有4个寄存器，其地址映射在数据存储器空间的7030H703FH之间。1 ADC寄存器（1）ADC控制寄存器1（ADCTRL1）地址7032HD15：S。仅用于仿真期间。D15=0 当D14=0时，立即停止； D15=1 仿真器停止之前，完成本次转换。D14：F。仅用于仿真期间。 D14=0 操作由位D15确定；D14 =1 仿真器停止时，ADC继续运行。D13：ADCIMSTRAT。ADC立即开始转换。D13=0 无动作；D13=1立即开始转换。D12：ADC2EN。ADC2的禁止/使能位，该位是映象的。可以在转换进行过程中写入，不影响 本次转换 ，写入本位的信息在下一次转换 时才生效。D12=0：ADC2禁止（不进行采样、保持和转换，ADCFIFO内容不变）；D12=1 ADC被使能。D11：ADC1EN，ADC1的禁止/使能位，作用与ADC2EN一样。D10：ADCCONRUN。将ADC连续转换设置位。D10=0 无操作；D10=1 连续转换。D9：ADCINTEN。ADC中断允许位。如果该 位被置位，则当ADCINTFLAG=1时，将产生一次中断。D8：ADCINTFLAG。ADC中断标志位。如果该位为1，表示有中断发生。向该 位写清除本位。D7：ADCEOC。转换结束标志。D7=0 转换结束D7=1转换正在进行。D6 D4：ADC2CHSEL。ADC2通道选择。D6 D4=000111依次选择通道8通道15。D3 D1：ADC1CHSEL。ADC1通道选择。D3 D1=000111依次选择通道0通道7。D0：ADCSOC。转换启动位。D0=0 无动作；D0=1 启动转换。注意：ADC1或ADC2进行A/D转换以前，必须被使能。（2）ADC控制寄存器2（ADCTRL2）地址7034HADC控制寄存器2选择ADC输入时钟预定标、转换模式、仿真操作及ADCFIFO寄存器的状态。D15 D11、D8、D5：保留。读操作不确定，写无效。D10：ADCEVSOC。事件管理模块启动转换使能位。ADC的转换操作可以由事件管理比较匹配信号同步。该位为映象位，可以在任何时候写入，对下次转换有效。 D10=0 禁止事件管理模块启动转换；D10=1 允许事件管理模块启动转换。D9：ADCEXTSOC。外部信号（即ADCSOC引脚）启动转换使能位。ADC转换可以由外部信号的上升沿启动，该位为映象位。 D9=0 禁止外部ADCSOC引脚启动转换；D9=1 允许ADCSOC启动转换。D7 D6：ADCFIFO1。表明ADC1数据寄存器FIFO的状态，在进行任何操作前可以存储两个转换结果，但如果第三次转换结束，那么最早一次的结果将丢失。D7 D6为映象位。00FIFO空；01FIFO有一个数据；10FIFO有两个数据；11FIFO有两个数据，而且之前的数据至少丢失一个。D4 D3：ADCFIFO2。表明ADC2数据寄存器FIFO的状态。与ADCFIFO1类似。D2 D0：ADCPSCALE。A/D转换输入时钟预定标因子。（3）A/D转换数字输出寄存器每个ADC包含一个2级FIFO数字输出寄存器，这为从数字寄存器中读出数据之前转换两次提供了灵活性。该寄存器包含一个模拟输入转换后的10位数字结果，存放在寄存器的高10位，即10位A/D转换结果D9 D0，依次存放在FIFO的高10位D15 D6中，读FIFO时，低6位D5 D0始终为零。FIFO是只读寄存器，复位时被清零。ADCFIFO1地址为7036H，ADCFIFO2地址为7038H。3.3 后向通道后向通道是TMS320F240把处理后的数字信号进行传送、输出、控制和调节的通道。331 温度控制电路TMS320F240对温度的控制是通过可控硅调功器电路实现的。双向可控硅管和加热丝串接在交流220V、50HZ市电回路。在给定周期T内，TMS320F240只要改变可控硅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给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。可控硅接通时间是通过可控硅控制板上触发脉冲加以控制的，该触发脉冲由TMS320F240的 IOPB4引脚上产生的高电平控制，受过零同步脉冲同步后经光耦管TIL117和驱动器输出送到可控硅的控制板上。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波过零时触发导通。过零同步脉冲由过零触发电路产生。电压比较器LM311用于把50HZ正弦交流电压变为方波。方波的正边沿和负边沿分别作为单稳态触发器MC14528的两个输入触发信号，单稳态触发器MC14528输出的两个窄脉冲经二极管和门混合后就可得到对应于门交流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，另一方面还作为计数脉冲加到TMS320F240的TMRCLK上。其中，电压比较器（如LM311）是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路，在测量和控制中有着相当广泛的应用。输入电压是模拟信号，而输出电压是高电平或低电平，用以表示比较的结果。双向可控硅相当于两个可控硅反向并联，但只有一个门极。双向可控硅的允许电流由有效值表示，允许电流大小不仅与可控硅的额定电流有关，而且也与温度有关，为提高可靠性，一般降额使用，即使用额定值的70%。因为双向可控硅是正反向都可控，所以没有反向耐压问题。当外加电压瞬时超过阻断电压时，元件变为导通工作状态，经过半个周期后，元件恢复正常工作，所以一般不必考虑过电压保护，但需加过流保护措施。u125%t u 25% tu50%tu100%t图2可控硅调功器输出功率与通断时间的关系332 外围驱动由于TMS320F240的输出信号电平很低，无法直接驱动外围设备工作，因此一般采用专门的驱动器，称为外围驱动器。外围驱动器的电路形式和结构一般具有以下两个特点：（1）采用集电极开路输出，以便使输出高电平近似等于外加电压，调节外加电压一定程度上可以输出比较高的电平去满足负载要求，而不受逻辑电平的限制；（2）要求输出晶体管具有比较强的负载能力，能够受比较大的电流。333 电气隔离在工业领域中，控制器不仅要对被对象进行监测，输入被控系统的开关量和模拟量，而且还要把经过处理后的信息以开关量和模拟量形式输出并控制被控系统工作，这些开关量（如动力回路的启停等）和模拟量（如压力、温度和流量传感器的输出等等）本身往往就是强电系统。因此，强电路必将会对系统产生严重干扰。控制系统和强电控制回路的共地是引起干扰的主要原因，因为强电控制回路中的电流和电压往往很大，并会在强电使用的电器和地之间形成强大的脉动干扰。这个脉动干扰必然会通过接地不良电阻和电容耦合到主机回路中。消除这些脉冲干扰的最有效方法是使主机弱电部分和强电控制回路的地隔开，在电气连接上切断它们彼此间的耦合通道。因此，隔离器件两侧必须使用独立的电源分开供电。我们通常使用的是光电耦合器，它是一种有效的电隔离手段，它价格低廉，可靠性好，得到广泛的应用。光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成。输入电流流过二极管时使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它实现了输入和输出在电气上的完全隔离。此外，利用光电耦合器还可以起到电平转换的作用。334 其他电路 TMS320F240的IOPA0IOPA3和IOPC0IOPC3作为LED字形码口；IOPC4IOPC7用作44键盘的行扫描口；IOPB5用来点亮报警灯；IOPB0IOPB3可以控制LED的点亮和用作44键盘的列值的读出口；ADCIN7和ADCIN15为温度检测电路的模拟量输入端；TMRCLK用于输入50HZ市电的过零同步脉冲；IOPB4用控制与非M1，由TMS320F240通过软件控制，M1输出经过光耦和驱动电路产生的触发信号控制可控硅的导通和截止，以达到对炉温的调节。第四章 人机接口LED和键盘是人机对话的重要设备。其中LED用来显示控制过程和运算结果；键盘用于输入数据、代码和命令。在应用系统中，在同时需要使用键盘和显示器接口时，为了节省I/O口线，常常把键盘和显示电路做在一起，构成实用的键盘、显示电路。图中设置了16个键。LED显示器采用共阴极接法。段选码由PA口（IOPA0IOPA3）和PC口的IOPC0IOPCIOPC3提供，位选码由PB口的IOPB0IOPB3提供。键盘的列输入由PB口的IOPB0IOPB3提供，行输出由PC口的IOPC4IOPC7提供。LED采用动态显示软件译码，键盘采用逐列扫描查询工作方式。LED的驱动采用7407。41 LED显示采用共阴极LED显示。共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，如图（1）。错误dp g f e d c b a通常的七段LED显示块中有八个发光二极管，因此也被叫做八段显示器，其中七个二极管组成一个七段字型“8”，另外一个组成点“.”，可作为小数点显示。七段显示块的连接非常容易，只要将一个8位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符，其段码如图。通常将控制发光二极管的8位字节数据称为段选码。共阴极和共阳极的段选码互为补数。七段LED码的显示码显示字符共阴极段选码共阳极段选码显示字符共阴极段选码共阳极段选码03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH406HF9HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HH76H89H707HF8HT31HCEH87FH80HY6EH91H96FH90H8FFH00HA77H88H“灭”00HFFHB7CH83H在控制系统中通常使用LED显示块构成N位LED显示器，N位LED显示器有N根位选线和8N根段选线（这里N=4）。根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。位选线控制显示位的亮、暗；段选线控制字符选择。虽然，LED显示器有静态显示和动态显示两种方式，但由于N位静态显示器要求有8N根I/O口线，占用I/O资源较多；同时静态驱动需要大量的硬件来实现锁存，代价昂贵，而且电路相对复杂，在某些领域可能由于成本的问题不能采用。故在位数较多时往往采用动态显示方式，即在多位LED显示时，将所有位的段选线（数据线）并联在一起，由一位8位的I/O控制，而共阴极或共阳极点分别由相应的I/O口线控制。由于所有位的段选码由一个I/O控制，因此，在每个瞬间，8位LED只可能显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，必须采用扫描显示方式。即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间，段选控制I/O口输出相应字符段选码，位选控制I/O口在该显示位送入选通电平（共阴极送低电平，共阳极送高电平）以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位显示该位应显示字符，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果。42 键盘接口设计键盘是实现人机对话的必要输入设备之一，它有独立式按键和矩阵式按键两种方式。独立式按键电路，每个按键需要独占一根I/O口线，每根I/O口线工作状态互之间不会产生影响。但当按键较多时，I/O口线浪费较大，故只在按键少时才采用这种按键电路，通常多采用矩阵式键盘接口电路（又称行列式接口电路）。它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。（1）矩阵键盘工作原理按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。当行线通过上拉电阻接+5V时，被钳位在高电平状态。平时无按键动作时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。列线如果为低，则行线电平为低；列线电平如果为高，则行线电平亦为高，这一点是识别矩阵式键盘按键是否被按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。（2）按键的识别方法一般采用扫描法，此方法分两步进行：第一步，识别键盘有无键被按下；第二步，如果有键被按下，识别出具体的按键。分述如下：识别键盘有无键被按下的方法是：让所有列线均置为0电平，检查各行线电平是否发生变化，如果没变化，则说明没有键被按下；如果发生变化，则说明有键被按下。识别具体按键的方法是（亦称之为扫描法）：逐列置0电平，其余各列置为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行电平由高电平变为0电平，则可确定此行此列交叉点处的按键被按下。扫描法的特点是逐列扫描查询。这时，相应的行应有上拉电阻接高电平。（3）非编码键盘通常，键盘有编码和非编码两种。编码键盘通过硬件电路产生被按按键的键码和一个选通脉冲。选通脉冲作为CPU的中断请求信号，以通知CPU以中断方式接收按按键的键码。这种键盘使用方便，所需程序简单，但硬件电路复杂，常不被微型计算机采用。非编码键盘常用按键排列成矩阵式的。键盘上每键都有一个键值，一般采用依次排列的键值的方法，这时的键值与键号相一致。采用非编码键盘必须对所有按键进行监视，一旦发现有键按下，CPU应通过程序加以识别，并转入相应键的处理程序，实现该键功能。（4）按键开关状态的可靠输入目前，无论是按键或键盘都是利用机械触点的全、断作用。由于机械触点的弹性作用，在闭合及断开瞬间均有抖动过程，会出现一系列负脉冲。抖动时间长短，与开关的机械特性有关，一般为510ms。按键的稳定闭合期，由操作人员的按键动作所确定，一般为十分之几秒至几秒时间。为了保证CPU对键的一次闭合，仅作一次键输入处理，必须去除抖动影响。通常去抖动影响的措施有硬、软件两种。这里我们采用软件除去抖动，办法是在检测到不键按下时，执行一个10 ms的延时程序，然后再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动影响。第五章 温度控制的算法41 PID算法通常，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。在工业上，偏差控制又称为“PID控制”，即按偏差的比例、积分、微分进行控制。这是工业过程控制中应用最广泛的一种控制形式，它结构灵活，一般都能收到令人满意的效果。控制论告诉我们，PID控制的理想微分方程为： u(t)=Kpe(t)+1/Tit0e(t)dt+Td de(t)/dt 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；Ti积分时间常数；Td为微分时间常数；u(t)为调节器的输出控制电压信号。因为，计算机只能处理数字信号，故必须将上述数学方程表示的模拟PID算式离散化，变为数字PID算式。若设温度的采样周期为T，第n次采样得到的输入偏差为en，调节器输出为un。，有：u(t)u(n)e(t)e(n)de(t)/dt=(en-en-1)/Tt0e(t)dt=ekT其中：n为采样序号，n=0，1，2，3，k,n这样，式便可改写成为： un=Kp en+1/ TiekT +Td(en-en-1)/T式中，un是全量值输出，每次的输出 值都与执行机构的位置（如控制阀门的开度）一一对应，所以称之为位置型PID算法。在这种位置型控制算法中，由于算式中存在累加项，因此输出的控制量un不仅与本次偏差有关，还与过去历次采样偏差有关，使得un产生大幅度变化，这样会引起系统冲击，甚至造成事故。
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