嵌入式系统在温度控制中的应用

1、报告成绩:评阅意见:湖南文理学院芙蓉学院课程设计报告课程名称：嵌入式课程设计专业班级：通信1101班学生姓名：指导教师：完成时间：2021年6月5日评阅教师第一章概述日期嵌入式系统被定义为：以应用为中心，以计算机技术为根底，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、本钱、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。实际上嵌入式系统是计算机的一种应用形式，是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点。 因此它是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断 创新的知识集成系统。特别适合于 要求实时的和多任务的系统。复杂的微机控制系统使

2、用常规的顺序程序设计方法加上中断来实现功能是比拟困难的，主要表达在以下几个方面：(1) .实时性差：由于计算机在处理中断时，一般不允许响应低级和同级中断，为了提高实时性，要求中断处理程序尽量短。但是有许多实时操作的处理比拟复杂，需要较长的CPU执行时间。如果用中断来完成这些处理，那么在处理时，无法响应低级或同级中断。如果采用中断置标志的方法，让主程序来进行处理，那么一方面会增加程序的复杂性，另一方面也难以做到实时处理，因为主程序不可能在执行其它程序时，随时去检查这些标志位而转向不同的处理程序。(2) .难以实现并行操作的相互通信：在功能较强的实时系统中，除了主程序 有时需 要与中断间进行信息交

3、换外，各个并行操作之间有时也需相互通信。这些 用常规方法是 难以实现的。(3) .结构复杂、移植性差、维护困难：单片微机功能的复杂化，使软件越来 越复杂， 特别是为了实现并行操作，需使用大量的中断和标志，使程序结构十分 混乱，难以设计 和调试。同时由于程序采用线性结构，使得程序难于修改或者移 植，因此缺乏灵活性、 通用性和可维护性。第二章系统的设计与实现设计出一个实现对温度进行测量和控制的嵌入式系统。 系统具有对外界两点 温度进 行采集的能力，采集的模拟信号经 A/D 模块转换成相应的数字量，送入微 处理器进行 处理。采集到的每一路温度都要与系统此路温度设定值进行比拟，然 后根据结果调用合 适

4、的控制算法， 并通过控制相应的继电器的占空比实现对温度 的控制、测量、运算处理、 输出控制、显示、通信。为此引出串行通信设计利用 RS-232 串行通信，实现了与 PC 机进行通讯功能和远程加载功能。考虑 到实 际的应用及本钱等因素，选用的主要硬件器件有台湾 Sy nCMO 公司的生产的 SM5964 微控制器，数据采集局部选用了凌特公司 ( Linear Technology) 推出的 20 位无 延迟模数转换器 LTC243Q 串行通讯局部使用 MAX232 芯片，液晶显示屏选用 了北京 精电蓬远显示技术公司生产的 MGLS-12864 嵌入式操作系统选用了源代码 公开的卩 C/OS-II

5、 。选用的开发环境是： Win dows 2000 Server开发工具： Keil C51 7.0 、VC+ 6.0使用的语言是：汇编、 C 语言2.1 系统的硬件设计系统的原理图如图 2-1 所示。主要有键盘输入、数据采集、输出控制、 LCD 显 示、 通信及电源模块等组成。图2-1系统原理框图下面介绍一下主要局部的电路图设计1) .键盘输入电路键盘是一组按键的组合，它是常用的输入设备，可以通过键盘输入数据或者命 令， 实现简单的人机对话。键盘可分为独立联接式和行列式矩阵式两类，每 类按其译码 方式又分为编码式及非编码式两类。设计中使用的是独立联接非编码 式键盘。PO.3/FD3FD.L/

6、FDI£3PO.tVFDO+W1.廻VDDT鑫亠1 2P4.2T2/P1 Q/FADopo42nEX/Pl.i/FALPI 2/FA2UiPI 3/FA3P1 AiFAAL<出3<md 5 6l id图2-2键盘原理图1 Ed占pmdsHX!电路图如图2-2所示:每个按键使用的是一个瞬时接触开关，这种联接方式可以容易被微处理器检测，但由于按键会产生机械抖动，在按键被按下或者抬起的瞬间，一般持续515ms因此设计中要去除键抖动。可以通过硬件双稳态电路或者软件延时来实现，设计中采用延 时20mS实现的对于串键，采用无限处理方法。同时为了防止按一次键而产生屡次处理的情 况键 扫

7、描和键处理速度较快而此时键还没释放，在有键按下时，作一次键处 理后还要检测 按下的键是否释放。2D2.数据采集电路本系统实现对两路温度信号的采集，为了节省硬件本钱，在前向通道中采用了多路选择开关，使用了两个多路模拟开关器件CD4052实现信号的差分输入,完成对两路温度信号的轮流采样，然后将信号送入一个公共的模数转换器LTC2430完成模数转换。由微处理器的P1.2、P1.3两引脚实现信道的选择。电路图如图2-3所示:图2-3数据采集原理图对温度的测量使用铂Pt热敏电阻100Q ，使用桥式电路进行测量。铂 电阻是 一种高性能的贵金属热电阻，具有精度高、稳定性好、性能可靠等优点，铂电阻的温度测量范

8、围在-200 C到+850 C之间，在小于200E时，非线性误差 小于0.3%，它的电阻值R 和温度t之间的关系可以近似地表示为：A,B为常数，A为热敏系数 R厂C 测量时采用的是查表法来计算温度值。对于模数转换器LTC2430设计中使其工作在外部时钟驱动模式下，工作状态分为转换Con version 、休眠Sleep和数据输出DataOutput 三个状态。此时它的数Bl据输出波形图如图2-4所示：師 23 BIT 2 SIG 旺曲 即 W B1T<SLEEPOOCOCE?QATAO图2-4 LTC2430数据输出波形图3通信电路本系统所进行的通信是实现与 PC机的通信，选择了 RS2

9、32通信标准。这是 因为 RS232标准是使用最为广泛的通信标准，几乎每一台 PC机上都有两个符合 RS232标准 的串行口，所以采用 RS232标准有利于通用性。由于 PC机使用的是RS232电平，而 SM5964输出是TTL电平，因此选用MAX232解决电平匹配的问 题。图2-5通信电路原理图电路图如图2-5所示：SM5964的串行发送端口 TXD和接收端口 RXD经MAX232芯片进行电平转 换后, 分别与PC机的数据接收端口 RXD和数据发送端口 TXD相连接。SM5964串行通信的发 送端TXD连接到的11引脚，发出的数据信号经过 MAX232芯片转 换后，由0? 5V的TTL 电平

10、变为-12? +12V的RS232电平，从14引脚输出到PC机串行口的第二引脚。按RS232 通信协议规定，PC机串行口的第二引脚为数据输 入端，这样，发出的数据就可被 PC机 接收到。由PC机串行口的发送端TXD PC机串行口的第三引脚传输来的数据，作为 RS232电平的信号输入到MAX232芯片的第13引脚，经过MAX232芯片进行电平转换 后变为TTL电平，再由MAX232的12引脚输出到SM5964串行口的接收端口 RXD。从 而完成数据的双向传输。在设计中，使用了两个发光二极管 D7和D8监视通信的工作状态。4) . LCD!示电路对于LCD MGLS-12864内置HD61202B

11、形液晶显示模块，厂家为其设置了 7条指 令来 完成对它的控制，有两条指令用于显示状态的设置，其余指令用于数据读/写操作，在此不对其进行详细的说明MGLS-1286与微处理器的连接方式有两种：一种是直接访问方式，一种为间接控制方式。直接访问方式就是将液晶显示模块的接口作为存储器或者I/O设备直接挂在计算机总线上，计算机以访问存储器或者I/O设备的方式操作液晶显示模块的工作。 而间接控制方式是计算机通过自身的或者系统中的并行口与液晶显示模块连接，通过对接口的操作到达对液晶显示模块的控制。设计中我米用了间接控制方式，这种方式的特点是电路简单，控制时序有软件实现,可以实现高速计算机与液晶显示模块的接口

12、。电路图如以下图所示，以P2口作为数据口，P3.3为/CSA,P3.4为/CSB,实现左右两区的显示和切换。P3.5为D/I，P3.6 为R/W P3.7为E,三者产生控制LCDA据与状态的读写等信号。电位器用于显示比照度的调节。电路图如图2-6所示:图2-6显示电路原理图5.输出控制及报警指示电路LCDt 显输出控制电路采用12V直流继电器对外电路进行控制，通过控制继电器的吸合 时间 来实现对温度的控制，继电器是与强电控制电路大电流、高电压联系在 一起，会对应 用系统产生严重干扰，使系统不能正常工作。为了消除干扰，在微 机接口与继电器之间分 别加了光耦，使系统主机局部的地与强电控制电路的地隔

13、 开。当温度超限或者系统出现致命错误时，系统会发出报警指示且实现在示。22系统的软件设计与实现设计总述系统软件是以RTO站平台的，RTOS乍为一种专门为嵌入式微处理器设计的模块化、 高性能的实时操作系统，提供了一种基于开放系统标准的完善的多任务环 境。它作为嵌入 式应用软件的根底和开发平台，是一段嵌入在目标代码中的软件，在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户的应用程序是运行于其上的各个 任务，RTOSB据各个任务的要 求进行资源管理、消息管理、任务调度、异常处理 等工作。图2-7软件体系结构应用程序其它API网络图形I/O内核硬件抽象层系统软件的体系结构如图2-7所示。硬件抽象层HAL把实

14、时内核与硬件隔 离开， 实现了操作系统内核与设备无关，提高了应用系统的可靠性。内核层是一个是实时多任务操作系统RTOS内核。内核层上面是高层驱动和库函数，提供通用的API、I/O管理器。 应用程序层是用户的不同的任务。任务的划分系统中每个任务均有以下三局部组成：应用程序、任务堆栈以及任务控制块。其中只有应用程序被烧入ROM而任务本身那么被置于RAM待系统运行时再予建立。任务堆栈用以存储CPU勺存放器内容。当某任务由运行态变为其它状态时，CP寄存器内容压入相应任务堆栈，反之那么将相应任务堆栈内容置入CP存放器。作为系 统中定义的一个数据结构，任务控制块的内容包括任务堆栈的地址、任务当前状态、任务

15、优先权等。操作系统通过查询任务控制块内容实现对任务的管理。在进行任务划分设计时，要考虑以下问题：1) .任务间的关系：这包括两个方面，一方面是任务间的同步和通信，这可通 过信号 量、邮箱等通信方法实现。另一方面，资源共享，通过信号量或其它方法 实现。我在系统 设计中使用了信号量和中断的开启，实现上述功能。2) .定时或者延时：一个任务可能需要每隔一段时间执行一次操作。如温度 采样计算 任务，在设计中每秒分别对各路温度采样一次，然后进行计算。这种定 时操作可以而且必 须使用操作系统的定时系统来实现。3) .等待操作：在任务程序设计中，应尽量防止使用程序询问方法，而用中断方式来实现等待操作，除非程

16、序执行时间小于任务调度时间。另外为防止发生 意外情况使等待事 件不发生而引起任务无限等待的情况，都加了等待超时处理功 能。根据要实现的功能，我将系统划分为如下 6个任务：按键处理、LCD显示、串行通 信、输出任务、控制运算、信号采集处理。从系统设计方面，可以划分为人机交互模块、串行通信模块、温度测量及控制模块和远程加载模块。系统软件结 构图如图2-8所示。图2-8系统软件架构卩C/OS-II的任务调度是按优先级进行的，根据各任务的实时性要求及重要程度，分别置它们的优先级为 4、5、6、7、8 9。其中0、1、2、3、0S_L0WEST_PRI0-3OS_LOWEST_PRIO-OS_LOWES

17、T_PRIO-OS_LOWEST_PR 这几个优先级保存以被系 统使用。优先级序号越低，任务的优先级越高。任务间的通信和同步是利用信号量和开关中断来实现的。下面对各任务作简要的介绍。1 ? 按键处理任务此任务主要完成键盘扫描工作。 用户可以通过键盘对系统进行控制， 如改变 运行状态、 修改相关的参数等，系统必须做出及时的处理，因此在系统中把它的 优先级设为最高，一 旦有键被按下，系统就能够作出响应完成相应的功能。2A LCD显示任务此任务用于刷新 LCD 显示的工作。系统的运行状态、各路的温度值、 PID 相关 参数大小、各继电器的状态、错误指示及其它各种信息需要及时的通知用户，当 有关的信

18、息发生改变时，需要调用此任务更新显示。3. 串行通信任务在设计中，通信任务一方面接收 PC 发来读写命令帧，对其进行分析处理后， 做出 相应的响应，从而实现 PC 机对其进行控制；另一方面也要把相关信息按要求 组成相应的 帧，发送给 PC 机。4. 输出任务此任务完成对各路继电器进行控制， 从而实现温度调节。 根据控制运算任务 决策结果， 负责各继电器占空比的调节。5. 控制运算 此任务是最重要的一环，当任一路温度转换结束后，都会发信号给控制运算 处理任务进行处理，控制运算处理任务接到信号后，对信号分析之后，对要处理 的测量结果进行转 换查表等处理，算出实际温度值， 一方面调用基于时间最优的

19、PID 控制算法加以决策处理， 发信号给输出任务加以控制，另一方面也发信号给 LCD 显示任务更新显示。6?信号的采集处理 此任务采用定时方式对各路温度信号进行采集，负责通道的选择 ,对 LTC2430 转换结 果进行读取，根据设定，取转换结果的前 16 位，用一个无符号整数进行保 存，然后存于各路温度存储区。并发信号给控制运算任务进行转换。2.2.3 人机交互模块的详细设计在实现中人机交互模块包含两局部：键盘输入和LCD 显示。223.1 任务的实现键盘是最重要的一种输入设备。一般在设计应用系统时，需要按键较少时采 用独立式 按键键盘，而在需要按键较多时，采用行列式键盘。但行列式键盘不仅 硬

20、件接线复杂，键 号的判断和识别程序也较为繁琐。在此介绍使用软件将多个按 键功能压缩至 3 个按键上， 该键盘在硬件上使用独立式按键键盘的硬件结构，而在 软件上实现了使用矩阵式键盘的功 能。该键盘不仅在硬件上接口简单，软件实现 也非常容易。其实现原理是：对于矩阵式键盘，如果它有 3 行 4 列，那么可以构成一个 3 4 键 盘，共 有 12 个功能键。在设计的键盘中，行线使用一个按键实现，行线数由该键 的按键次数确 定，列线那么由其它几个按键提供。假设一个键盘使用3 个按键， 3 个按键中 1 个用于提供行线，设置其它 2 个键的功能，当该键按键次数为 1 时，其 它 2 个键 为 P11、P1

21、2 功能，而当该键按键次数为 2 时，其它 2 个键为 P21 、P22 功能，当该键按 键次数为 3 时，其它 2 个键又为 P31 、P32 功能，根据此原理，使 用 3 个按键可以实现 N 行 2 列共 N2 个键的功能，这里的 N 为用做行线的键即功 能设置键的按键次数。将该键的 按键次数存于一内存单元或存放器中，每按 一次，该单元加 1, 读出该单元内容，就 可知道其它 2 个键处于何种功能。共定义了 8 个功能键：单项选择择键，确认键，数值增加键，数值减少键，左移、 右移、上移、下移键。程序流程图如下图进入时乍巾中断V刈f!L设定TO値井卅动开中断V发按惟闭彳V1返【nA3W(f)

22、吗?二>N加1NkNm礎円? _;>Y4 时钟中断函数根据行数值和按键号, 分析执行处理程序NY 闭合按键释放?二一LCD显示任务只是接收其它任务发来的信号量，经分析判断后刷新相应的显示区其实现简单在此不再表达。233串行通信模块的详细设计串行通信模块是系统设计中的一个重要局部。它要实现与PC机通信，接收PC机发来的命令帧，在确认正确后进行分析执行，并向PC机发送相关信息和数据。通信协议的详细规定见下一章。2.241串口设备驱动程序设计1. 系统串行口工作方式和波特率的计算1).串行口的工作方式串行口的工作方式由串行口控制存放器 SCON来确定。特殊功能存放器 SCON字节地址为9

23、8H,可以位寻址。通过对 SCON.7和SCON.6 4行设置可以确定串行口 的工作方式，它有四种工作方式，如表 2- 1所示。表2- 1串行口工作方式SM0(SCON.7 )SM1(SCON.6)方式功能说明000移位存放器方式用于I/O 口扩展0118位UART波特率可变T1溢出率/N1029 位 UART 波特率为 fosc/64 或 fosc/321139位UART波特率可变T1溢出率/NSCON吉构如图2-9所示图2-9串行口控制字存放器 SCON2.波特率的计算串行口工作在方式0和方式2时，其波特率为固定值。工作在方式 1和方式3时波 特率可变，与溢出率有关，设计中常用定时/计数器

24、1作为波特率发生器。计数 器的工作 模式共有4种，模式0?模式3, 但是当串行口选择工作模式1时，计数器 必须工作在模 式2,自动载入计数模式，在模式2的计时下，使用的计数器存放器 为推理，而TH狈U 是在做自动载入计时值的设定。波特率的计算公式为：波特率=z工作振荡频率2-1 3212 讨 256 TH1设计时我们是先定出波特率再求 TH1的值，将上式加以整理可得：TH1 =256- 2 %工作振荡频率2-2384波特率在设计中，串行口(工作在)工作方式1且允许接收，通过语句 SCON=0x50来实现。计数器工作在模式2能够自动载入计数值，通过语句 TMOD=TMOD|Ox来0实 现。为便于

25、使用，我设计了初始化串行口函数 void Uart_I nit (INT16U mclk, INT16U baud)， 利用此函数可根据系统工作频率和设定波特率完成串行口的初始化。2. 串行口输入输出驱动设计采用异步通信时，如波特率为1200,那么每传送一个字符约需10ms所以串行口的接收和发送应采用中断方式来实现，否那么会浪费大量的CPU时间。为了可靠的接收和发送数据，专门设定了接收和发送缓冲区，在具体实现时，缓冲区采用环形缓冲区，它的大小按照任务的执行时间、通信速率和报文长短来定，一般为2-10所示16至255字节，在系统中其值设为30。1).串行口输入程序和串行口输入中断流程图如图1否从

26、输入缓冲区读一个字符置等待标志11F开中断使任务处于等待状态1r1(返回j进行任务调度丄读入串行口数据并写入输入缓冲区恢复现场关中断/串行口输入>2).串行口输出程序和串行口输出中断程序流程图如图2-11所示<7!置!渝岀绍中公-4匕上丄!t从输出f 屮:符f行口发送i亥字符1f允许串行口输出申断刖f任务调度从输出缓冲区中i 读出个字符Jr 从串行口发送该字符ILr - #- r观场V匕串行口输出中断返冋图2-11串行口输出程序和串行口输出中断程序流程图3. 任务调用接口在应用程序设计中，只需分别调用函数Uart_lnit() 、Uart_SendStr()、Uart_Getch(

27、)、Uart_Sendch()等函数接口，即可完成对串口的操作，实现数据的输入和输出。4.342串行通信应用程序的设计在系统中串行通行程序是专门用于接收PC机发送来的读写命令，根据命令的不同，完成不同的操作，既可以对系统当前的运行状态或参数进行改变，也可以把PC机需要的数据信息打包发送。在设计中，为简单起见，系统作为从机，只能被动接收PC机发来命令，对命令帧分析处理之后执行，可以改变系统当前的运行方式和参数。当需要向PC激发信息时，它要按要求把相关信息组帧发送，如当前继电器状态、第一路温度值、第二路 温度值等。关于帧的类型和组帧格式，详细内容在下一章中论述。它的流程图如图4-12所示。串口数据

28、到并接收完毕*发送带有数摇的响应値退岀通信w报告发.迖正响应帧图2-12串行通信流程图温度测量及控制模块详细设计数据信号的采集处理是把实际过程中的模拟量、开关量以及其它信息量通过相关的方式送入计算机，再由计算机进行存储和进一步的处理如计算、显示、控制等0模拟量的采集是将模拟量转换成数字量并送入计算机。然后调用处理算法将这些数字量存储并进行二次计算处理，一方面要输出显示便于观察，另一方面调用相关的控制模块，对被测对象进行控制。控制模块通常采用合理的控制算法，对被控对象进行控制，使其满足用户的要求。此模块完成对温度信号的采集处理、控制运算和输出控制功能，是最重要的一个模块。系统要实现对两路温度进行

29、采集控制，其电路图见图4-3。温度信号经两个模拟转换开关CD4052之后，以差分式输入模拟转换器 LTC2430的输入端子，转换 后的数字量送入微控制器SM5964从而完成信号的采集。由于20位模数转换器LTC2430采用了专有的无延迟Delta Sigma结构，消除 了数字滤波器的接续时间，使每次转换均有效，只要将其转换结果进行正确的读出即可。 其数据输出格式如图4-4所示，当最高位EOC为低电平时，表示本次转换完成可以读取结果。对于温度的计算，采用了查表法。获得LTC2430转换结果之后，通过线性插值及标度变换之后，可以计算出当前的实际温度值。以上的采集处理过程相应容易实现，在此模块中，主

30、要是控制局部软件的设计，设计中采用了时间最优控制和PID算法相结合的控制方法，取得很好的效果，其实现如下。1) .控制算法在工业过程控制中，应用最广泛的控制方法应该是PID控制，它是按偏差的比例(P)、积分和微分(D)组合而成的控制规律。比例控制简单易行，积分的加入能消除静差，微分能提高，改善系统的动态性能。采用了数字PID的方式进行调节，其框图如图4-13所示。图4-13 PID控制框图下面是增量式PID控制算法公式。为了抑制饱和效应的发生，控制系统采用了积分别离式的PID控制算法。TTd=Uk-Uku = Kek-ek4ekd(e“2ez )(4-3)TiT即：Uk =Uki : u =U

31、k4 Kp( Q -e<4) K iek Kd(q -2q< eA)(4-4)在上式中，T为系统采样周期，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数 温度变化是个慢过程，如单纯采用 PID 控制，当有较大扰动或大幅度改变给 定值时，会产生较大的偏差，此时在积分项的作用下，往往会产生较大的超调和 长时间 的波动。因此在系统中又采用了 PID 算法与时间最优控制相结合的控制方 式。时间最优控制是 Pontryagin 于 1956 年提出的一种最优控制方法。它是研究满 足约 束条件下获得允许控制的方法，也叫最大值原理。用最大值原理可以设计出

32、控制变量只 在|u(t)|< 1范围内取值的时间最优控制系统。而在工程上控制变量只取± 1 两个状态，而且依照一定的法那么加以切换，使系统从一个初始状态转到另一 个状 态所经历的过渡时间最短，这种类型的最优切换系统，称为开关控制(Bang-Bang) 系统,即:当 ek 0 时，U K Umax o当 ek -0 时， g = 0。Uk为t = kT时控制器的输出，Umax为系统的最大输出，e(k)为温度测量值与给 定值之 差，当偏差大于零时，控制器输出最大值，控制对象加热 ?当偏差小于等 于零时，控制器 输出 0, 停止加热 ?这种算法具有控制简单、实现方便等优点，但当偏差接

33、近零时，系统容易发生振荡 ?因此，采用PID 算法与时间最优控制相结合的双模控制方式，控制规律为 ：ek | 王名时，采用时间最优控制ek卩名时，采用PID控制规定一阈值 & (偏差区域 ) ，当偏差大于 &时，实行时间最优控制，即 Bang- Bang g 制；而在阈值 &以内，实行 PID 控制?这样，既可以发挥 Bang-Bang g 制快 速消除大偏差 的优点，又能发挥 PID 控制精度高，超调小的优点，从而使静态、动 态性能指标较为理 想.2) .参数的整定数字 PID 调节器参数的整定是根据控制对象对控制性能的要求， 调整调节器 的参数， 使控制过程满足要求

34、。在系统采样周期确定的情况下，需要调整的参数有比例系数K、积分时间常数T和微分时间常数Td。它们分别对控制性能的影响 如下:比例系数Kp :它控制着系统调整的反响速度，减少静差，如Kp太小，系统 动作缓慢， Kp 加大，可以使系统动作灵敏，调节速度加快。但Kp 偏大，可 能使系统震荡次数增多，调节时间加长。Kp过大，可使系统不稳定。积分时间常数 T: PID调节中的的积分项主要作用是消除静差。 Ti减少时，积分项作用增大， 系统调节速度加快，但易使系统趋于不稳定，震荡次数较多。Ti增大，积分项对系统性能的影响减少，跟踪速度减慢。当Ti适宜时，过渡度特性比拟理想。微分时间常数Td :微分控制可以

35、改善调节的动态特性， 如减少超调量，缩 短 调节时间。当Td偏大或者偏小时，超调量和调节时间都会增大，只有当 Td适宜 时，才能得到比拟满意的结果。在做 PID 参数整定时，首先根据系统要求应选择适宜的采样周期，采样周期 确定之 后，比例系数Kp、积分时间常数T和微分时间常数Td的整定可以根据一定 的算法，比 如扩充临界比例系数法、扩充响应曲线法以及PID 归一化参数整定法来设定。但是在现场系统不允许振荡或外加扰动信号，以上方法在现场不能使用。实际上在现场主要根据经验整定参数，应遵循以下规那么:在进行 pID 参数调节时，调节幅度要小；在调节时，需要各参数协同调节；系统反映温度变化速度慢，可调

36、大比例系数Kp,增大微分时间常数Td，减少积分时间常数 Ti ；有振荡现象时，可减少比例系数 Kp,减少微分时间常数Td。对于£确实定，可根据具体情况来确定。3.程序流程图在设计中， &为 2。程序流程图如图 4-14 所示YITk > Tmax?1,上限报警处理i_=_M_=J(_I* ITk < Tmin?NXe =Tk -TO程序返回图2-14温度控制流程图226远程加载程序的设计此功能模块就是利用"在系统编程"In-System Programming，简称ISP技术，可以实现对系统进行在线升级。所谓“在系统编程技术是指在用户设计的微控

37、制器系统中为配置新的系统功能而对器件进行重新编程，并在线地将程序代码固件下载到程序存储器中的一种编程技术。它的出现是对传统编程方法的重大突破。在设计中，PC机利用串口向系统发送各种命令，如片擦除、页擦除、编程等 命令， 系统正确接收之后分析执行，从而完成加载升级功能。其详细设计如下。1相关存放器简介本设计中选用了 SynCMC公司的SM596作为主控制器，利用串口即可方便地实 现 ISP功能，SM596处理器是以80C52为内核，芯片有64KB Flash存储器，其中可用于 实现ISP功能的程序空间为N 512字节N=0, 1,，8 ，为实现ISP功能，专门设计了 5个专用特殊功能存放器。分别

38、如下：系统控制存放器(SCONJFBFHWDRRRRRISPEOMEALE1SCON的位2 (ISPE )是ISP功能的使能位，该位置置1使能ISP功能，置0禁止ISP功能。这可以防止由于软件设计失误而造成的芯片擦除操作。FLASH空制存放器(FCR,F7HSTARTRRRRRF1F0START ISP功能起始位，置1时，执行由位1、位0 ( F1、F0)所制定的ISP 功能。置0时，空操作。STAR位被置1 后, SM596内部硬件电路会锁存地址和数据总线， 并保持住PC指 针直到STAR位置0。不必对此位的状态进行查询。位F1、F0: ISP功能选择位如下所示F 1:0ISP功能00字节编

39、程01片保护10页擦除11片擦除FLASH高位地址存放器(FAH ,F4H )和低位地址存放器(FAL, F5H)FAH & FAL为ISP功能提供16位的FLAS地址。FLASH数据存放器(FDAT, F6H)FDAT存放器为ISP功能提供8位数据。2) 协议的约定PC机侧的详细情况见下一章。在实现中，系统只是根据PC机发来命令执行相 应 的功能，根据命令执行情况向 PC机返回执行结果执行成功还是失败，当执 行成功 时向PC机发送AAH命令，当执行失败时，向PC机发送55H,通知PC机重新 执行。功能命令校验和命令执行成功AAH56H执行命令失败55HABH3程序设计系统工作转到ISP功能状态时，首先对串口进行初始化，然后接收PC机发来的