设计举例皮带配料秤单片机控制系统学习教案

1、会计学1设计设计(shj)举例皮带配料秤单片机控制系举例皮带配料秤单片机控制系统统第一页，共74页。技术要求技术要求 根据现场控制和操作的实际需要，皮带配料根据现场控制和操作的实际需要，皮带配料秤控制器的技术要求有以下几项：秤控制器的技术要求有以下几项：(1) (1) 输入键盘，用以输入流量输入键盘，用以输入流量(liling)(liling)设定值等参设定值等参数和操作命令。数和操作命令。(2) 6(2) 6位的瞬时流量位的瞬时流量(liling)(liling)显示器。显示器。(3) (3) 输出一路输出一路4 420 mA20 mA的滑差电机速度调节信号。的滑差电机速度调节信号。(4)

2、(4) 接受接受0 010 mV10 mV的皮带荷重信号和速度信号。的皮带荷重信号和速度信号。(5) (5) 系统控制误差小于系统控制误差小于1%1%。 第2页/共74页第二页，共74页。总体设计方案总体设计方案 皮带配料秤控制系统的总体设计思想为：皮带输送机投入运行前，皮带配料秤控制系统的总体设计思想为：皮带输送机投入运行前，输送皮带上物料流量的设定值由操作人员在键盘上设定。输送皮带上物料流量的设定值由操作人员在键盘上设定。 系统投入正常运行后，单片机采样皮带荷重信号系统投入正常运行后，单片机采样皮带荷重信号( (通过通过ADC0809)ADC0809)和走和走速信号速信号(T(T法测速法测

3、速) )，将皮带走速信号，将皮带走速信号V(t)V(t)与皮带单位长度上的瞬时重量与皮带单位长度上的瞬时重量P(t)P(t)相乘即可计算出皮带上物料的瞬间流量相乘即可计算出皮带上物料的瞬间流量F(t)F(t)。瞬间流量可通过。瞬间流量可通过6 6个七个七段数码管显示出来，为操作人员提供工艺数据参考。段数码管显示出来，为操作人员提供工艺数据参考。 8031 8031系统再将流量实际值与其设定值进行比较，经增量系统再将流量实际值与其设定值进行比较，经增量PIDPID调节运算调节运算后计算出控制量后计算出控制量ViVi，通过，通过DAC0832DAC0832转换为电流输出信号转换为电流输出信号(4(

4、420 mA)20 mA)，而后，而后(r hu)(r hu)经放大去控制可控硅的导通角，实现调节滑差电机电磁离合器经放大去控制可控硅的导通角，实现调节滑差电机电磁离合器励磁电流的功能，从而调节执行机构滑差电机的转速，使输送皮带上的励磁电流的功能，从而调节执行机构滑差电机的转速，使输送皮带上的物料流量尽可能稳定在设定值附近，并具有良好的静态指标和动态性能。物料流量尽可能稳定在设定值附近，并具有良好的静态指标和动态性能。 第3页/共74页第三页，共74页。硬件设计部分的设计分为以下几部分：硬件设计部分的设计分为以下几部分：(1) (1) 单片机单片机80318031系统的设计。系统的设计。(2)

5、 A/D(2) A/D转换转换(zhunhun)(zhunhun)接口的扩展。接口的扩展。(3) (3) 显示接口的扩展。显示接口的扩展。(4) D/A(4) D/A转换转换(zhunhun)(zhunhun)接口的扩展。接口的扩展。(5) (5) 检测元件的选择。检测元件的选择。(6) (6) 键盘接口的扩展。键盘接口的扩展。 第4页/共74页第四页，共74页。 软件部分的设计主要是针对键的扫描，对数据进行采集并处理，计算出瞬时流量，再进行PID调节，控制可控硅的导通角，从而控制滑差电机(dinj)的转速。可分为以下几个模块：(1) 主程序的设计。(2) 键扫描及显示程序。(3) A/D转换

6、程序。(4) D/A转换程序。(5) PID运算程序。 第5页/共74页第五页，共74页。硬件结构及组成原理硬件结构及组成原理(yunl)(yunl) 1 180318031系统的设计系统的设计 因因80318031片内无程序存储器，故系统采用外接片内无程序存储器，故系统采用外接地址锁存器地址锁存器74LS37374LS373扩展一片扩展一片64 KB64 KB的的2764 EPROM2764 EPROM。它的特点是用户可擦除，可编程，可通过锁存器它的特点是用户可擦除，可编程，可通过锁存器与与80318031直接连接。图直接连接。图6-406-40为为80318031扩展程序存储器扩展程序存储

7、器硬件原理硬件原理(yunl)(yunl)图。图。 第6页/共74页第六页，共74页。图图6-40 6-40 存储器扩展存储器扩展(kuzhn)(kuzhn)原理图原理图 8031PSENP2.0P2.1P2.2P2.3P2.474LS373ALEP0.0P0.7D0D7Q0Q7GOE2764A0A7D0D7EACEOEA8A9A10A11A12第7页/共74页第七页，共74页。 2 2A/DA/D转换接口扩展转换接口扩展(kuzhn)(kuzhn) 在本系统的数据采集过程中，主要有两种需检测在本系统的数据采集过程中，主要有两种需检测的数据，一种是皮带走速信号的数据，一种是皮带走速信号V(t)

8、V(t)，另一种是运行中，另一种是运行中皮带单位长度上的瞬时重量皮带单位长度上的瞬时重量P(t)P(t)，两者的乘积为此时，两者的乘积为此时的瞬时流量的瞬时流量F(t)F(t)，即，即: :F(t)F(t)P(t)P(t)V(t)V(t)。第8页/共74页第八页，共74页。 单位长度皮带上的瞬时重量(皮带荷重信号)采集方法如下： (1) 由荷重传感器测出瞬时变化的应变情况，并转化为电压信号以010 mV输出。 (2) 经过放大器变为标准电压05 V，送入A/D转换器ADC0809输入电路IN0(A/D转换器的0通道)。 (3) 经A/D转换器把模拟量转换为8位数字量送入8031的P0口。 (4

9、) 在8031中进行数据的处理(chl)就得到了单位长度上皮带的瞬时重量。 第9页/共74页第九页，共74页。图图6-41 6-41 重量重量(zhngling)(zhngling)采集电路原理图采集电路原理图 74LS74ADDCADC0809ADDBADDACLKQ1CK1D0D7IN08031ALEP0.0P0.7IN7STARTALEOEEOCD1Q11WR1RDP2.71INT05 VREF()REF()R3R2R1R1R210 V荷重传感器W放大第10页/共74页第十页，共74页。 ADC0809ADC0809的工作过程如下：的工作过程如下： (1) (1) 置置P2.7P2.7为

10、为0 0，选中，选中ADC0809ADC0809。 (2) (2) 再用输出指令启动再用输出指令启动A/DA/D转换开始转换开始(WR(WR0)0)。 (3) (3) 判断判断EOC(EOC(转换结束标记转换结束标记) )是否为是否为1 1，若为，若为1 1，则，则转换结束。转换结束。 (4) (4) 转换结束后，用读信号转换结束后，用读信号(RD(RD0)0)控制三态门控制三态门( (在在ADC0809ADC0809内部内部) )，将转换结果读入，将转换结果读入80318031，存入相应数据，存入相应数据缓冲区缓冲区。 第11页/共74页第十一页，共74页。 3荷重传感器原理 本系统选用的荷

11、重传感器属于应变式压力计，其原理是用应变片直接测量弹性元件的应变，实现间接测量压力。这种方法(fngf)弹性元件变形极小，可以测量高频率变化的压力。 应变元件实际是一个测力应变筒，被测压力经膜片转换成相应大小的力，再传给应变筒。应变筒受压缩变形，沿轴向贴的应变片受压阻值变小，沿周向贴的应变片受拉阻值增大，组成应变电桥即可得到输出电压值，从而测出压力值的大小。应变传感器结构图见图6-42。 第12页/共74页第十二页，共74页。图图6-42 6-42 应变应变(yngbin)(yngbin)传感器结构图传感器结构图 R1R3R2R4F(b ) 内部结构F膜片(a ) 外型结构应变片应变筒第13页

12、/共74页第十三页，共74页。图图6-43 6-43 荷重荷重(hzhng)(hzhng)传感器输出全桥电路传感器输出全桥电路VVSCR1R2R3R4第14页/共74页第十四页，共74页。 测量荷重传感器原理采用全桥，其中输出电压测量荷重传感器原理采用全桥，其中输出电压VSCVSCV VR1/R1R1/R1。 全桥中的全桥中的R1R1、R2R2、R3R3、R4R4阻值均相等。阻值均相等。 R1 R1为应变片测力为应变片测力(c l)(c l)时变化的阻值，它反映了时变化的阻值，它反映了所测压力的大小与输出电压所测压力的大小与输出电压VscVsc的关系的关系( (成正比成正比) )。本设计使。本

13、设计使用全桥的目的在于：当用全桥的目的在于：当R1R1R2R2R3R3R4R4时时, ,电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度最高，并消除了非线性误差，也起到了补偿作用。最高，并消除了非线性误差，也起到了补偿作用。 荷重传感器全桥输出原理图如图荷重传感器全桥输出原理图如图6-436-43所示。所示。 第15页/共74页第十五页，共74页。 4 4皮带走速的测量皮带走速的测量 皮带走速的测量方法如下：皮带走速的测量方法如下： (1) (1) 由测速传感器输出的信号，其频率为皮带走速的线由测速传感器输出的信号，其频率为皮带走速的线性函数，该频率由光码盘检测回路获得。性函数，该频率由光码盘检测回路获得。 (2

14、) (2) 该输出信号通过衰减送给比较器整形变成标准脉冲，该输出信号通过衰减送给比较器整形变成标准脉冲，光电隔离后，输入到光电隔离后，输入到74LS7474LS74分频，分频，74LS7474LS74的的Q1Q1输出方波接输出方波接80318031的的INT1INT1。 (3) (3) 由由80318031的定时器的定时器T1T1测出方波的周期，测出方波的周期，T1T1选用门控方选用门控方式定时计数，式定时计数，Q1Q1输出高电平时输出高电平时T1T1计数，计数，Q1Q1输出低电平时输出低电平时T1T1停止停止计数，然后读出计数，然后读出T1T1的计数值的计数值m m。 (4) (4) 由公式

15、由公式n n60f/pm (60f/pm (公式解释见公式解释见6.3.66.3.6节节) )计算电机转计算电机转速，然后查表得转换系数，计算出皮带走速。速，然后查表得转换系数，计算出皮带走速。 第16页/共74页第十六页，共74页。图图6-44 6-44 皮带皮带(p di)(p di)走速测量原理图走速测量原理图 (8031)INT1LM339R2R5VR4LM339R6R7R95 VR8R3CK174LS74Q1D1Q1测速传感器VCR1R10CR0第17页/共74页第十七页，共74页。 5键盘显示接口扩展 系统配有6位共阴极LED显示器，运行时可实时显示瞬时流量。在调试过程中需输入设定

16、值及各种参数(P、I、D、a、b、c、d转换系数)。根据系统的实际需要，采用28键盘，包括09这10个数字键，6个功能键：写入键WR、设定键S、校零键Z、返回(fnhu)键MON、停机键STOP、运行键RUN。 键盘显示器接口电路参见图6-45。 第18页/共74页第十八页，共74页。图图6-45 6-45 键盘键盘(jinpn)(jinpn)显示器接口原理图显示器接口原理图 8031RXDTXDBACLKGNDVcc5 VQ77RUNR1R18R25 Vdp1Q66ZgQ55STOPfQ44MONeQ33SdQ22WRcQ119bQ008aP3.4P3.574LS1647545275452P

17、1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5键盘1111111111111第19页/共74页第十九页，共74页。 LED显示器有静态和动态显示两种方法。静态显示要求外部有锁存器，CPU输出待显示数据后，锁存器将数据保存，直至再送新的显示数据为止。这种方法显示可靠，主要缺点是使用元件多，线路复杂，成本较高。在微机控制系统中，若控制系统时间允许，常采用动态扫描显示。此种方法的优点是线路简单，价格便宜。 动态扫描显示按数据输出方式又可分为并行(bngxng)和串行两种。并行(bngxng)方式一般使用并行(bngxng)接口，如8255或8155的一个端口(如PA口)输出显示码，另一个端口(如PB

18、口)输出位选码。在对显示器要求不是太高的场合，也常采用串行数据输出方式进行动态扫描，这种方式利用8031内部的串行口和某个并行(bngxng)口(如P1口)组成了控制电路。 第20页/共74页第二十页，共74页。 本系统需显示的数据较少，故采用串行动态扫描显示。原理图中74LS164是串行输入并行输出移位寄存器，它与8031的串行口按方式0连接。74LS164接受RXD端串行输出的待显示数据。每输出一个字节，8031内部的硬件自动使SCON寄存器的中断标志TI置位，通过对TI的测试，即可确定一个字节是否发送完毕。这种方式在程序设计时与并行动态扫描编程方法类似，但需要加入如下(rxi)的处理：

19、(1) 对8031的串行口进行初始化编程。 (2) 待显示的数据只要送至串行数据缓冲区，串行口就立刻自动将数据输出。 第21页/共74页第二十一页，共74页。 在硬件电路中，74LS164的功能是进行键扫描时提供列值以及进行LED显示时提供段码。具体形式(xngsh)为： (1) 在键扫描时，74LS164提供列值。整体扫描时，74LS164输出00H；逐列扫描时，74LS164输出为FEH，FDH，FBH，F7H，EFH，DFH，BFH，7FH。 (2) LED显示时，74LS164用于提供段码，控制待显示的数据由8031的串行口提供。 第22页/共74页第二十二页，共74页。 7407是集

20、电极开路高压输出的六缓冲器/驱动器，其功能是对74LS164输出的段码信号进行放大，驱动LED显示，需通过上拉电阻接高电平。LED的位选由8031的P1.0P1.5发出(fch)，经过75452反向驱动器来实现。LED显示器采用共阴极连接，动态显示方式。键扫描处理采取了软件消抖等一系列抗干扰措施。 1) 键盘输入电路 键盘是由若干个按键组成的开关组,当没有一个键按下时，所有行线输出为1；当某个键按下时，该键所在的行线和列线短接，行线的输出由列线的输入电平决定，74LS164可提供键盘的列扫描信号。 第23页/共74页第二十三页，共74页。 2) 键盘信号的识别 本设计采用的是非编码(bin m

21、)式键盘，采用软件方法判别究竟是哪一个键按下。其过程如下： (1) 进行整体扫描，从74LS164输出的列值00H判断P3.4、P3.5是否为0，当为0时表示有键按下。 (2) 当有键按下时，由逐列扫描找出这个键所在的行值，此时74LS164逐次输出所对应的列值为01H、02H、04H、08H、10H、20H、40H、80H。 (3) 由键值所在的行值和列值即可计算出按键所在的位置。因本系统的键盘只有两行，故行值加列值即得键值。其中，第一行的行值为00H，第二行的行值为08H。 第24页/共74页第二十四页，共74页。 3) 键盘消抖的处理 机械按键在闭合(b h)时不会马上稳定接通，在断开时

22、也不会一下子断开，而是伴随着一连串的抖动。为保证CPU对按键的一次闭合(b h)仅做一次处理，对抖动信号必须进行消抖处理。本系统采用软件消抖，调用子程序实现延时10 ms，待键闭合(b h)稳定后再次接受键入的信号，此时抖动已经停止，键盘状态有效。 第25页/共74页第二十五页，共74页。 4) 显示器电路 (1) LED显示器工作原理。显示器为七段数码管，需由驱动电路7407(反向器)驱动，并采用共阴极接法。共阴极LED显示器的阴极共地，当某二极管的阳极(yngj)为高电平时，发光二极管点亮。十进制数对应的段码见表6-28。 第26页/共74页第二十六页，共74页。表表6-28 6-28 七

23、段七段LEDLED显示器段码表显示器段码表( (共阴极共阴极(ynj) (ynj) 显示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 段码 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 07H 7DH 7EH 6FH 80H 第27页/共74页第二十七页，共74页。 (2) 显示扫描电路。LED的每一种显示字符对应一个段码，CPU送出这个段码，LED便显示这个段码所对应的字符。在本系统中由移位寄存器74LS164提供需要显示的段码。 当我们需要同时显示多个(du )字符时，可逐次把需要的字符显示在规定的位置上。本系统通过P1.0P1.5口向显示器提供位选码，用于控制各个显示器的接地端。在每点

24、亮一个显示器之后，必须稍停一段时间，使之发光稳定，然后轮流点亮其他的显示器。这样巡回扫描速度较快，每秒可重复多次。虽然在同一时刻只有一个显示器在工作，但利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应，我们看到的都是稳定的多个(du )字符同时显示。这种显示为动态显示，此时，段选码和位选码均由软件控制。 第28页/共74页第二十八页，共74页。 6 6D/AD/A转换接口扩展转换接口扩展 在本系统中，执行机构滑差电机的转速可由经在本系统中，执行机构滑差电机的转速可由经DAC0832DAC0832输输出的控制电流来调节，从而实现对皮带上物料的流量控制。出的控制电流来调节，从而实现对皮带上物料的

25、流量控制。 (1) 8031(1) 8031与与DAC0832DAC0832的连接。由于的连接。由于DAC0832DAC0832内部已设有输内部已设有输入数据寄存器，因而可以直接与单片机的数据总线相连，并作入数据寄存器，因而可以直接与单片机的数据总线相连，并作为单片机的外部数据存储单元。为单片机的外部数据存储单元。DAC0832DAC0832的地址可设为的地址可设为C000HC000H。VccVcc和和ILEILE接接5 V5 V，80318031的的WRWR与与DAC0832DAC0832的的WR1WR1相连，相连，VssVss与、与、WR2WR2、XFERD XFERD 、 GNDGND相

26、连后接地。本系统相连后接地。本系统08320832工作于单缓冲方工作于单缓冲方式，只用输入寄存器锁存数据。式，只用输入寄存器锁存数据。8 8位位DADA寄存器接成直通方式，寄存器接成直通方式，即把即把WR2WR2及及XFERXFER都接地。由都接地。由80318031的的P2.6P2.6选通。选通。D/AD/A转换原理图见转换原理图见图图6-466-46。 第29页/共74页第二十九页，共74页。图图6-46 D/A6-46 D/A转换转换(zhunhun)(zhunhun)原理图原理图 80311P2.6WRCSWR1DGNDVssWR2XFERD7D0P0.0P0.7DAC08325 VA

27、GND15 V15 VIout1VccILERfb接可控硅控制板Iout2第30页/共74页第三十页，共74页。 (2) D/A转换。D/A转换过程如下： 数据采集后送入CPU进行处理，计算出瞬时(shn sh)流量，并与设定值作比较，通过PID调节送出控制变量Vi。 CPU对DAC0832进行一次写操作，把一个数字量直接写入数据寄存器，通过D/A转换，输出模拟量。 DAC0832的两个输出端Iout1和Iout2为电流输出形式，为了提高电流输出能力，提供420 mA的控制电流，输出加上一级功率放大。 输出的控制电流经放大后接可控硅控制板，控制可控硅的导通角，从而调节滑差电机的转速，使物料流量

28、稳定在预期的设定值。 第31页/共74页第三十一页，共74页。7. 7. 报警报警(bo jng)(bo jng)电路电路 图图6-47 6-47 报警报警(bo jng)(bo jng)电路原理图电路原理图 5 VRcRbVC1C2&振荡器1接8031的P1.6第32页/共74页第三十二页，共74页。 报警电路由8031的P1.6触发。当系统工作正常(zhngchng)时，P1.6输出为1，禁止振荡脉冲在与非门输出，扬声器关闭。当检测到异常情况时，P1.6清零，使扬声器发出报警信号。 由于P1口是准双向口，要想将某一位作输出位时，必须先在锁存器中写入“1”。所以应先将P1口置为高电平，使P1

29、.6为1，再经过反向去封闭振荡器。这就是在硬件上加一个反向器的原因。 振荡器可选用石英晶体振荡器或多谐振荡器，产生一个音频范围内的振荡波形，再由放大电路放大，驱动扬声器发音。 皮带配料秤系统硬件结构图如图6-48所示。 第33页/共74页第三十三页，共74页。图图6-48 6-48 硬件硬件(yn jin)(yn jin)原理图原理图 RD8031RXDTXDBACLKGNDVcc 5 VQ77RUNR1R18R2 5 Vdp1Q66Zg1Q55STOPfQ44MONe1Q33Sd1Q22WRc1Q119b1Q008aP3.4P3.574LS164740775452P1.0P1.1P1.2P1

30、.3P1.4P1.5键 盘P1.6报 警 电 路Q1CK1皮 带 走 速 信 号 (方 波 )D1P2.0P2.1P2.2P2.3P2.474LS373ALEP0.0P0.7D0D7Q0Q7G2764A0A7D0D7A8A9A10A11A12DGNDD7D0DAC0832 5 VAGND 15 V 15 VIout1VccILERfb接 可 控 硅控 制 板VssP2.6ADC0809D7D0STARTALEREF( )0EEOCREF( ) 5 VADDAADDBADDCCLK111P2.774LS74D1CK1 Q1IN0接 荷 重 传 感 器 电 路GNDVcc 5 V1Q1INT1IN

31、T0Q1WRWR1XFERWR2EACEPSENOECSOERD11111111Iout2第34页/共74页第三十四页，共74页。控制和测量原理控制和测量原理 输送皮带上物料流量的设定值由操作员在键盘上输送皮带上物料流量的设定值由操作员在键盘上设定，系统投入运行后，单片机采样皮带荷重信号和设定，系统投入运行后，单片机采样皮带荷重信号和走速信号，并计算瞬时流量和输出走速信号，并计算瞬时流量和输出(shch)(shch)控制电流控制电流(4(420 mA)20 mA)，实现对流量的控制。系统闭环控制回路，实现对流量的控制。系统闭环控制回路原理图如图原理图如图6-496-49所示。所示。 第35页/

32、共74页第三十五页，共74页。图图6-49 6-49 系统系统(xtng)(xtng)闭环控制回路原理图闭环控制回路原理图 流量设定值PID调节D / A输出 滑差电机计算荷重F(t)瞬时流量第36页/共74页第三十六页，共74页。1 1瞬时瞬时(shn sh)(shn sh)流量的测量流量的测量 当输送皮带以当输送皮带以V(t)V(t)走带时，皮带上的物料一般为不均走带时，皮带上的物料一般为不均匀分布，瞬时匀分布，瞬时(shn sh)(shn sh)流量为流量为 F(t)P(t)V(t) 式中：式中：P(t)-P(t)-单位单位(dnwi)(dnwi)长度上物料的瞬时重量；长度上物料的瞬时重

33、量； V(t)- V(t)-皮带的瞬时线速度。皮带的瞬时线速度。 第37页/共74页第三十七页，共74页。 本系统中P(t)为荷重传感器电压输出(shch)信号的函数，因为存在着非线性，故可近似由三次多项式表示为 P(t)ax3(t)bx2(t)cx(t)d 式中：P(t)-单位长度上物料的瞬时重量(zhngling)； x(t)-荷重传感器在时刻t输出的电压信号经A/D转换后的数字量； a、b、c、d-线性转换系数。由调试过程中现场测定，可通过键盘输入。 第38页/共74页第三十八页，共74页。从上述从上述(shngsh)(shngsh)公式可推导出瞬时流量公式可推导出瞬时流量F(t)F(t

34、)为为 F(t)ax3(t)bx2(t)cx(t)dV (t) 瞬时流量瞬时流量(liling)(liling)由由5 5位十进制显示，显示形式为精确到小数点后位十进制显示，显示形式为精确到小数点后3 3位。位。 第39页/共74页第三十九页，共74页。 2流量控制 在流量测试的基础上，把流量设定值和实际测试得到的瞬时(shn sh)流量进行比较，计算出误差。采用增量PID调节算法，计算输出到DAC0832的Vi(数字量)，经DAC0832变换为420 mA的电流信号，经过放大后去控制滑差电机的转速。 增量式PID控制算法只需计算增量，当存在计算误差或精度不足时，对控制量计算的影响较小；增量式

35、积分项运算仅与本次偏差有关，不易产生积分饱和，可取得较好的调节效果；在实际系统中，易于实现手动和自动的无扰动切换，故在控制策略的选用中得到了广泛的推广。 第40页/共74页第四十页，共74页。其计算公式如下其计算公式如下(rxi)： ViP(eiIeiD2ei) 式中：式中：Vi输出控制量的增量输出控制量的增量(zn lin)； ei设定值设定值S与本次实际测得的流量值与本次实际测得的流量值Fi之差，之差，eiS-Fi，eiei-ei-1； ei-1上一时刻设定值与实测值之差；上一时刻设定值与实测值之差；2ei(ei-ei-1)(ei-1-ei-2)ei-ei-1;2ei两次误差值的增量两次误

36、差值的增量(zn lin)；P比例系数；比例系数；I积分系数；积分系数；D微分系数。微分系数。 第41页/共74页第四十一页，共74页。输出输出(shch)(shch)控制变量控制变量ViVi的表达式为的表达式为 ViVi-1Vi 式中：式中：Vi-1上一时刻上一时刻(shk)输出的控制输出的控制变量。变量。 第42页/共74页第四十二页，共74页。软件设计 皮带配料秤监控软件从功能上可划分(hu fn)为以下几个模块：(1) 系统初始化。(2) 键扫描及显示。(3) 键输入和键命令处理。 (4) 运行管理程序，包括信号采集、计算瞬时流量及控制输出三部分。 第43页/共74页第四十三页，共74

37、页。 1系统初始化 系统初始化主要任务是在程序开始时，对本系统中所用到的各个地址、串行口和定时器1的工作(gngzu)方式进行初始化设定，并对用户地址进行规划。 下面以简表的形式，把需要初始化的单元罗列出来，并对存放的数据及初始化状态逐一做出介绍，见表6-29。 第44页/共74页第四十四页，共74页。表表6-29 6-29 初始化状态表初始化状态表 工作单元 存 放 数 据 初始化状态 38H,39H,3AH ei1(上次实测值与设定值之差) 00H,00H,00H 29H,2AH,2BH ei1(两次误差值之差eiei1) 00H,00H,00H 65H,66H,67H Vi1(上次输出控

38、制变量) 00H,00H,00H 3BH 超限次数 00H 位 地 址 存 放 数 据 初始化状态 3EH 判S键是否按下标志 0(未按) 3DH 判断是否首次按键标志 0(首次) 3FH 判电机是否在中速运行标志 1(中速) 35H 系数P输入标志位 0(未送过) 36H 系数a 输入标志位 0(未送过) 37H 系数c 输入标志位 0(未送过) P1.6 报警标志位 1(禁止报警) P1.7 设定值输入标志位 1(无输入) 第45页/共74页第四十五页，共74页。 2键值扫描及显示 键扫描时，先整体扫描是否有键按下，如果有，再逐列扫描，确定是哪个(n ge)键按下。逐列扫描时，先得出按键所

39、在列，然后经扫描得出行值，行值加列值就得到按键的键值。具体过程为： (1) 进行整体扫描，从74LS164输出00H判断P3.4、P3.5是否为0，当为0时表示有键按下。此时P1.7为1，表示流量设定值还未输入，返回键扫描等待输入。 (2) 当有键按下时，调用子程序实现延时10 ms，消除键抖动。再次整体扫描，进行第二次判断以消除干扰。 第46页/共74页第四十六页，共74页。00HSBUF(整 体 扫 描 )P3.4 0？YP3.5 0？YNP1.7 1？NYN第 一 次 扫 描 吗 ？运 行 管 理 程 序FEHAASBUF(逐 列 扫 描 )P3.4 0？P3.5 0？N8列 扫 描 完

40、 否 ？NYYN下 一 列 输 出 值 送 AY延 时 10 ms，消 抖 处 理计 算 键 值AA-10判 别 功 能 键 或 数 字 键C 1？Y显 示 子 程 序N功 能 键 处 理NY图图6-50 6-50 键扫描键扫描(somio)(somio)程序流程图程序流程图第47页/共74页第四十七页，共74页。 (3) 第二次扫描仍为有键按下时，由逐列扫描找出这个键所在的行值，即按键所在的位置。此时74LS164逐次输出值为FEH，FDH，FBH，F7H，EFH，DFH，BFH，7FH(对应的列值分别为01H，02H，04H，08H，10H，20H，40H，80H)。扫描第一列时由74LS

41、164输出FEH(第一列为低电平)，分别扫描各行，判断P3.4或P3.5是否为0，当为0时表明第一列有键按下，转去计算键值。当第一列没键按下时，再继续(jx)扫描第二列。逐次扫描各列直到找到为0的行输出为止，由按键所在的行值和列值即可计算出按键所在的位置。因本系统的键盘只有两行，故行值加列值即得键值。其中，第一行的行值为00H(P3.40)，第二行的行值为08H(P3.50)。 第48页/共74页第四十八页，共74页。 (4) 当键值大于等于10时，说明按下的是功能(gngnng)键，则通过散转程序转到各自的入口地址，分别实现各自的功能(gngnng)。若键值小于10，则为数字键，调显示子程序

42、显示。 键扫描程序流程图见图6-50。 本系统设计键盘为28键盘，其分布如图6-51所示。 第49页/共74页第四十九页，共74页。图图6-51 6-51 键盘键盘(jinpn)(jinpn)分布图分布图 7654321089WRSMONSTOPZRUN第50页/共74页第五十页，共74页。 3显示子程序 显示子程序是按照动态显示的原理完成的，将需要(xyo)显示的数据以十进制的形式显示在六位数码管上。 显示程序的设计思想是将显示缓冲区中的显示数每次顺序向高位移一位，把刚扫描到按键的键值送给最低位。当第一个键按下时，让程序执行一段除最右边LED显示外其余均熄灭的程序，即给其他缓冲区送一个数，使

43、它查表后得到的段码为00H，则其他数码管不亮，该程序为DISP1。当第二个键按下时，跳过DISP1使显示缓冲区正确移位，即执行DISP2程序。DISP2程序的作用是将每个缓冲区顺序向高位移一次，并把敲入的键送入最低位。 第51页/共74页第五十一页，共74页。图图6-52 6-52 显示方式示意图显示方式示意图 A40H 41H 42H 43H 44H 45H第52页/共74页第五十二页，共74页。4 4键输入和键命令处理键输入和键命令处理 (1) (1) 当按下的键值为当按下的键值为1010时，代表时，代表WRWR键。键。WRWR键的功能为输入流键的功能为输入流量设定值或量设定值或PIDPI

44、D调节及线性公式中的系数调节及线性公式中的系数(P(P、I I、D D、a a、b b、c c、d)d)。 流量设定值是一个两位数，流量设定值是一个两位数，P P、I I、D D、a a、b b、c c、d d转速系数是转速系数是4 4位数，其格式为前两位是整数位数，其格式为前两位是整数(zhngsh)(zhngsh)位，后两位是小数位。位，后两位是小数位。在输入设定值时，应先保证在输入设定值时，应先保证S S键键( (设定键设定键) )已按下，此时输入的两已按下，此时输入的两位数为设定值的两个单字节位数为设定值的两个单字节BCDBCD码，再将其压缩为一个字节的压码，再将其压缩为一个字节的压缩

45、缩BCDBCD码，存入内存缓冲区设定值单元以备计算时使用。在输入码，存入内存缓冲区设定值单元以备计算时使用。在输入系数时，应按照系数时，应按照P P、I I、D D、a a、b b、c c、d d转速系数的顺序依次送入转速系数的顺序依次送入相对应的数。同理，也应将相对应的数。同理，也应将4 4位数据压缩为两个字节的压缩位数据压缩为两个字节的压缩BCDBCD码码备用。备用。WRWR键处理流程图见图键处理流程图见图6-536-53。 第53页/共74页第五十三页，共74页。图图6-53 WR6-53 WR键处理键处理(chl)(chl)流程图流程图 开始S键是否按下？NY压缩40H、41H单元内容

46、送设定值单元清标志位压缩40H、41H、42H、43H单元内容，顺序送P、I、D、a、b、c、d及转速系数跳回键扫描第54页/共74页第五十四页，共74页。 (2) (2) 当键值为当键值为1111时，代表时，代表(dibio)S(dibio)S键。键。S S键是用户设定键是用户设定流量的专用键。按下此键流量设定值先显示出来，如需要改变流量的专用键。按下此键流量设定值先显示出来，如需要改变设定值，则用键盘敲入相应的数字键，随后按下设定值，则用键盘敲入相应的数字键，随后按下WRWR键即可。键即可。S S键处理流程图见图键处理流程图见图6-546-54。 第55页/共74页第五十五页，共74页。开

47、始49H(设定值)A取设定值的高4位，放入A的低4位调显示取设定值的低4位，放入A的低4位调显示置标志位3DH0，置标志位3EH1跳回键扫描图图6-54 S6-54 S键处理键处理(chl)(chl)流程图流程图第56页/共74页第五十六页，共74页。 (3) 当键值为12时，执行退出键MON。按下该键后，6个LED中最右边的显示器显示提示符“P”，其他5个显示器全熄灭。然后返回键扫描程序，这样就可以退出命令状态，执行清标志位功能，等待新命令的输入。 在调试过程中，MON键用得非常频繁(pnfn)，修改参数或输入命令键出错时可按MON键退回到初始状态。 第57页/共74页第五十七页，共74页。

48、 (4) 当键值为13时，执行停机键STOP。STOP键的功能是当系统处于运行状态时，按下该键，使系统停止工作。在本设计中，DAC0832的片选信号是由P2.6端输出(shch)并接反向器后引入的，DAC0832的地址为C000H。将00H送DAC 0832，则D/A转换后的模拟量为0，电机就停止转动，起到了STOP键的功能。停机后系统仍要跳回到键扫描程序，为下次投入运行做准备。 第58页/共74页第五十八页，共74页。 (5) 当键值为15时，执行Z键。Z键是校零键，它是测试输送皮带自重的专用键。按下此键，先启动输送皮带空转运动，然后启动A/D转换器对荷重传感器的输出信号(xnho)进行转换

49、，取若干次结果的平均值作为皮带的自重，写入相应单元保存。在正式运行中，荷重传感器输出的是毛重信号(xnho)，计算时应扣除皮带自重。 Z键散转处理程序的设计步骤如下： 数据采集。按下Z键后，CPU为DAC0832转换器送入80H的数字量输出，滑差电机以中速运转(3FH1)。随后启动ADC0809，用通道0(ADDA、ADDB、ADDC均接地选通)对荷重信号(xnho)(此时为皮带自重，不传送任何物料)进行采集。 第59页/共74页第五十九页，共74页。 数字滤波。当A/D转换结束后(EOC1)，读取转换结果并存于30H单元，再执行(zhxng)上述过程一遍，将第二次的转换结果并存于31H单元，

50、而后相加求平价值送32H单元。 高速下的数据采集与数字滤波。将CPU的数字量输出升高为E0H送入DAC0832，滑差电机以高速运转(3FH0)。重复中速下的两次采集过程，同样求出平均值。最后将两种速度下得到的两个平均值再次按平均值滤波进行计算，结果送30H单元。这个数据作为皮带的自重值，在以后的运算中每测一次荷重信号，转换为数字量以后，都应减去30H单元的皮带自重才得到真实的物料重量。这样的结果才能参与数字运算，才能满足系统的精度指标。 第60页/共74页第六十页，共74页。图图6-55 Z6-55 Z键处理键处理(chl)(chl)流程图流程图 开始设3FH1给DAC0832送数字量80H，

51、滑差电机中速运行启动0832启动0809转换两次了吗？NY计算平均值3FH0？YN数字量改为80H，滑差电机高速运行，令3FH0再次计算平均值跳回键扫描第61页/共74页第六十一页，共74页。 (6) (6) 当键值为当键值为1414时，执行运行键时，执行运行键RUNRUN，即配料系统在按下，即配料系统在按下RUNRUN键后键后进入运行状态。在本系统中，首先进入运行状态。在本系统中，首先(shuxin)(shuxin)要判别是否已输入过要判别是否已输入过设定值，若没有输入过，则应跳回键扫描。如果设定值已经输入，设定值，若没有输入过，则应跳回键扫描。如果设定值已经输入，则转去执行本系统的核心环节

52、则转去执行本系统的核心环节-运行管理程序。运行管理程序。 第62页/共74页第六十二页，共74页。5 5运行运行(ynxng)(ynxng)管理程序管理程序 (1) 采样程序。本系统采样周期为2 s，用延时程序实现。因该系统任务单一，CPU只需顺序进行采样、计算、控制输出、显示等任务，各任务之间无时序上的冲突(chngt)，故不用采用中断处理。采样程序工作过程如下： 启动ADC0809将荷重信号转换为数字量，再减去执行Z键后所得到的皮带自重，将其(皮带单位长度上的瞬时重量P(t)存入固定单元，为后面计算F(t)做准备。 第63页/共74页第六十三页，共74页。 让定时器让定时器1 1选用门控方

53、式计数。将选用门控方式计数。将TMODTMOD的最高位的最高位GATEGATE置置1 1，这样当这样当TR1TR1为为1(1(开定时器开定时器1)1)时，定时器的起停将由时，定时器的起停将由INT1INT1控制：当控制：当INT1INT1为高电平时启动计数，为低电平时停止计数。根据定时器为高电平时启动计数，为低电平时停止计数。根据定时器中的值可计算中的值可计算INT1INT1引脚上出现的正脉冲宽度。这一正脉冲宽度引脚上出现的正脉冲宽度。这一正脉冲宽度与我们所检测的走速是相关的，这是与我们所检测的走速是相关的，这是T T法测速原理计算线速度的法测速原理计算线速度的典型应用。所谓典型应用。所谓T

54、T法测速，是利用脉冲发生器两个输出脉冲之间法测速，是利用脉冲发生器两个输出脉冲之间的间隔时间来计算转速的一种测速方法。用一个计数器对已知的间隔时间来计算转速的一种测速方法。用一个计数器对已知频率的时钟脉冲进行计数，利用时钟频率和计数值可以求出时频率的时钟脉冲进行计数，利用时钟频率和计数值可以求出时间，继而算出转速的测量值。在计算时，用公式间，继而算出转速的测量值。在计算时，用公式n n60f/pm60f/pm计算计算转速。其中转速。其中f f为频率，为频率，p p为脉冲发生器每秒输出的脉冲数，在本为脉冲发生器每秒输出的脉冲数，在本系统中系统中f f500 kHz500 kHz，p p60060

55、0；m m为计数器为计数器1 1测出的机器周期数，测出的机器周期数，即门控方式下的正脉冲宽度，将其代入公式即可算出转速。再即门控方式下的正脉冲宽度，将其代入公式即可算出转速。再将转速乘以一个已查好的转速系数，即可求出皮带的线速度。将转速乘以一个已查好的转速系数，即可求出皮带的线速度。第64页/共74页第六十四页，共74页。 在进行程序设计(chn x sh j)时，定时器1以方式1(16位计数器模式)工作，则定时器方式选择寄存器TMOD中的M1M001B，T法测速时采用门控方式，GATE1。故TMOD10010000B，即在初始化时TMOD将置为90H。 第65页/共74页第六十五页，共74页

56、。 (2) 数制转换程序。由于计算过程中出现了三次方，加上PID调节精度要求较高，因而编程软件计算过程中均采用三字节浮点数。本系统数据转换的难点和重点在于调试中各个(gg)系数的转换，由于当初敲入P、I、D、a、b、c、d 转换系数时是以两个字节的压缩BCD码存放的，规定第一字节存整数，第二字节存小数，但实际的系数是4位十进制数，所以要转换为三字节浮点数。其转换过程如下: 将双字节压缩BCD码转换为4个单字节BCD码，并扩大100倍，即把两个字节全看作整数。 第66页/共74页第六十六页，共74页。 调用4位十进制整数转换(zhunhun)成二进制整数的子程序，将数据转换(zhunhun)为二进制形式。 调用双字节整数(二进制数)转换(zhunhun)为三字节浮点数的子程序，将数据转换(zhunhun)为三字节浮点数形式。 用浮点数除法子程序除以100(同样要化为浮点数)，即可得到所需的浮点数。 第67页/共74页第六十七页，共74页。 (3) 计算过程。本设计的计算主要有两部分：一是计算瞬时流量，二是通过PID调节程序计算输