第9章单片机应用系统的设计与实例.ppt

1、主编范立南谢子殿副执行主编刘顿尹授远李雪飞，单片微型计算机原理和应用教程第9章单片微型计算机应用系统的修订和实例， 9.1单片微型计算机应用系统的设定修订方法9.2单片微型计算机应用系统的研制过程单片微型计算机应用系统设定修订的一般过程，9.1单片微型计算机应用系统的设定修订方法， 确定总体系统方案可行性调查系统总体方案规划修改方案细分，9.1单片微型计算机应用系统规划修改方法根据系统需要确定使用何种配置，并确定系统中主要电路是最小系统还是扩展系统。 除了单片微型计算机，系统必要的扩张芯片，模拟计程仪电路等。 资源配置能力：各投入产出信号分别使用哪个并行端口、串行口、中断、定时器/计数器等。

2、电路连接：按照上述各步骤完成完整的线路连接图。 9.1单片微型计算机应用系统的设定、修正方法、应用系统的软件设定、修正区分功能模组及调度计程仪程序构造。 例如根据系统的塔斯克，将计程仪程序大致分类为数据收集模块、数据处理模块、非线性补偿模块、警报处理模块、比例转换模块、数据控制、补正算模块、控制支重轮输出模块、故障诊断模块等画出每个计程仪模块的详细程序流程图。 选择高级语言和汇编语言等适当的语言制作计程仪程序。 为了提高计程仪编程速度，尽量采用现有的模块子程序进行制作。 将每个模块网络链接到一个完整的进程中。 9.1单片微型计算机应用系统的调试方法、应用系统的耐干扰作用设定调试电压检测及供电中

3、断保护技术传感器、隔离来自各功能模块部分的干扰作用用于系统筛选零配件的单片机开发和开发工具单片机的开发是综合技能， 需要相关的数学基础知识、阿纳计程仪和数字电子技术基础知识，以及计算机控制技术、智能控制等知识。 开发单片微型计算机是一种实践性很强的技能，只有不断地实践才能掌握，一般需要与计算机相关的开发工具，如计程仪编程板、实验板等。 如果在单片微型计算机学习的初期有指示，就可以办事儿更多，可以避开弯道。 单片微型计算机入门后技能的提高只靠自各儿的勤奋和努力，少数人能帮助。 9.2单片微型计算机应用系统的研制过程单片微型计算机应用系统的调试、运行和维护调试工具硬件调试软件调试运行和维护、9.3

4、单片微型计算机系统应用实例电阻炉温度操纵系统，是众多行业中大量的电热设备， 例如热处理的加热炉、熔化金属的坩埚电阻炉和各种用途的温度箱等，人们用监控单片微型计算机对它们的温度进行控制，不仅具有控制方便、简单、柔软性大等特点，而且可以大幅度提高被控制温度的技术指标，大幅度提高产品品质和数量因此，智能二烯烃的温度控制技术被广泛采用。 为了控制电阻炉的温度，可以采用适于工业控制的由8051单片微型计算机构成的操纵系统。 该系统的被测定残奥仪表为电阻炉的温度，通过以单片微型计算机PID计算出的控制量来控制三端双向可控硅开关元件的开启和关闭，使得加热电源关闭或开启，从而调整电工功率，使电阻炉的温度稳定在

5、设定值。本系统采用零交叉方式，噪声小、去老虎钳动作可靠，同时消除了以往的D/A转换去老虎钳，简化了硬件老虎钳。 1、系统构成和工作原理，图9.2表示电阻炉温度操纵系统的原理图。 图中主要包括8051单片微型计算机、温度检测元件和振荡器、A/D转换器、牛鼻子板和显示电路、温度控制电路和报警电路等几个部分。 8051单片微型计算机内部有4K的plump计程仪内存，空间一盏茶，无需扩展plump内存。 热电偶将检测出的温度变换为mV级的电压信号，在温度发生器中放大后，输送给A/D变换器，变换为数字量，输送给计算机，与设定值进行比较，在PID调节后，输出驱动信号，控制晶体闸流管的开关，达到温度调节的目

6、的。 检测出的实际值与设定值相比越受到限制，就越会发生警报信号。 1 .系统结构和工作原理，图9.2电阻炉温度操纵系统原理图，1 .系统结构和工作原理，(1)温度检测元件、振荡器温度检测元件和振荡器的类型选择与受控温度和精度等级有关。 01000范围内的温度可选择镍铬/镍铝热电偶，其输出电压为041.32mV。 因为该信号比较小，所以需要振荡器变换成A/D变换器所需的电压范围。 变送器由毫伏特变送器和电流/电压变送器组成。 毫伏特振荡器用于将热电偶输出的041.32mV转换为010ma范围内的电流。电流/电压振荡器用于将毫伏特振荡器输出的010mA电流转换为05V范围内的电压。 为了提高测量精

7、度，所述振荡器可以执行零移位。 例如，温度测量范围为4001000时，热电偶输出为16.441.32mV，毫伏特信号发生器零偏移后输出010mA范围的电流。 以此方式，通过采用8二进制位A/D转换器，量化温度误差可以被设置在2.34以内。 1 .系统构成和工作原理；(2) A/D电路变换ADC0809是测温电路的输入接口。 ADC0809的IN0与发送器输出端子连接，因此P0.20.0=000时，选择IN0通道。 P2.1=0时，启动A/D转换器。 EOC引脚与8051单片微型计算机的P1.3引脚相连，转换中EOC=0，转换结束时EOC=1，通过查询方式完成D/A转换后，将转换后的数字量读入单

8、片微型计算机。 (3)牛鼻子板/显示电路的扩展板8051单片微型计算机通过残奥并行接口8255扩展了牛鼻子板/显示电路，从图9.2可以看出，当P2.7=0时，选择8255个芯片，具有8255个PA通讯端口、PB通讯端口、 PC通讯端口和特罗尔通讯端口的地址分别为7FFCH，1 .系统构成和工作原理，(4)过零电路过零同步脉冲是50Hz交流电压过零时刻的脉冲，能够在交流电压正弦波过零时使晶体闸流管导通。 过零同步脉冲源自过零触发电路，其更详细的电路原理如图9.3所示。 在图中，电压比较仪LM311用于将50Hz的正弦交流电压变换为方形波。 方波的上升沿和下降沿分别作为两个单稳定触发器的输入触发器

9、信号，单稳定触发器输出的两个窄脉冲通过二极管或男同性恋进行混合时，得到与交流220V商用对应的过零同步脉冲，该脉冲作为晶体闸流管的触发同步脉冲施加到温度控制电路。 图9.4示出了电源正弦交流电信号u和过零同步脉冲uo之间的关系。 1 .系统结构和工作原理，图9.3过零电路，1 .系统结构和工作原理，图9.4正弦交流电信号u和过零同步脉冲uo的关系，1 .系统结构和工作原理，(5)通过温度控制执行电路8051单片微型计算机进行的温度控制是通过晶体闸流管进行的调整三端双向可控硅和加热器与交流220V，50Hz交流电网电路串联在预定周期t中，8051个单片微型计算机仅需要改变可控硅的接通时间，就可以

10、改变加热器合十礼层的功率以实现温度调节的目的。 可以由晶体闸流管男同性恋上的触发脉冲来控制晶体闸流管的导通时间。该触发脉冲是8051单片微型计算机用软件向P1.4端子输出的信号，该时间的长度在PID运算后调整控制量来完成，经过零同步脉冲同步后经由光电耦合器和驱动器向晶体闸流管的控制极输出，实现调整的目的。 调整控制信号的关系在图9.5中示出。 1、系统结构和工作原理、图9.5调整控制信号关系示意图、1、系统结构和工作原理、(6)报警电路8051单片微型计算机的P1.0P1.2端可用于报警，与报警电路连接。 采用什么样的警报，可由设定修正者根据需要来选定。 2 .温度控制的算法和计程仪程序；(1

11、)温度控制的算法通常采用电阻炉温控制的纠偏控制法。 纠偏控制的原理是，首先求出实测炉温相对于所需炉温的偏差值，然后处理偏差值得到控制信号调节电阻炉的加热电力，实现炉温的控制。 在工业上，纠偏控制也被称为PID控制。 模拟PID控制的理想差分方程是，(9-1)、式中，e(t)=r(t)-y(t )是调温器的控制量，一般是规定值与此次的采样值(即输出反馈值)之差，其中，r(t )是规定值，y(t )是被测定变量值。 u(t )是调节器的输出信号，kp是比例系数Ti是积分时间常数，Td是微分时间常数。 2 .温度控制的算法和计程仪程序，在设温度的抽样时间为t、设第n次采样得到的输入偏差为en、设调节

12、器输出为un时，(9-1)式能够改写为、(9-2)的u(n-1)n-1次输出值E(n)n次的测定值和设定温度PID运算的变量(控制量)即E(n-1)n-1次的测定值与设定温度值的偏差E(n-2)n-2次测定值与设定温度值的偏差KP比例系数KI积分系数； KD微分系数，t抽样时间。 2、温度控制的算法和程序计程仪，(2)温度控制计程仪程序本机软件采用模块结构，分为以下部分。 主计程仪程序主计程仪程序是本系统的监视屏计程仪程序，用户可以通过监视屏程序监视系统的工作。 在计程仪程序的执行中，必须首先初始化系统。 为了简单，本计程仪程序只提供标志、暂时用户针织面料和显示缓冲器的清除、T0初始化、导通中

13、断、温度显示和牛鼻子板扫描等程序计程仪程序。 其对应的分块图在图9.6中示出。 2 .温度控制的算法和程序计程仪，图9.6主计程仪程序程序流程图，2 .温度控制的算法和程序计程仪，(2) T0中断处理程序计程仪，T0中断处理程序是温度控制系统的主体程序，A/D转换的启动，采样数据的读入，数字滤波器在超时和输出到P1.4端子的同步触发脉冲宽度由T1计数器的向上溢出中断控制，并且8051在等待T1向上溢出中断的时间(形成P1.4输出脉冲掌门人宽度)处，将该采样值转换为显示值，并且将显示值存储在显示缓冲器中以调用色温显示计程仪程序。 从8051中断服务程序返回后，可以返回现场返回主计程仪程序，等待下

14、一个T0中断。 2 .温度控制的算法和程序计程仪，T0中断处理程序也需要一系列的子程序。 例如，采样温度值的子例程、数字过滤烟嘴子例程、限制处理子例程、PID计算子例程、比例转换子例程、牛鼻子板扫描子例程、温度显示子例程等。 T0中断服务计程仪程序的程序流程图如图9.7所示。 为了简化堆计程仪项设置修改，将每个功能模块修改为一个模块格式。 本计程仪程序的基本思想是对IN0信道的信号进行5次采样，然后对该信号进行数字滤波、超限警报、PID校正运算等一系列处理。 子程序将替换堆计程仪中的每个模块。 因此，在中断服务程序中，只需依次调用各功能模块的子程序即可，程序计程仪程序的可读性高。 以下是一些常

15、见的模块。2 .温度控制的算法和程序计程仪，图9.7 T0中断服务计程仪程序程序流程图，2 .温度控制的算法和程序计程仪，数据采集模块数据采集计程仪程序的主要任务是对炉温仪表进行5次采样，并将它们存储在内部RAM指定单元30H39H。 本系统以查询方式进行采样。 计程仪柱的程序流程图如图9.8所示。图9.8采样子例程的程序流程图、2 .超过温度控制的算法和程序、警报模块，将温度的上限和下限分别保存在内部RAM3EH、3FH用户针织面料中，将警报标志针织面料设为20H。 将采样值过滤后保存在3AH用户针织面料中。 越限警报子程序的程序流程图如图9.9所示。图9.9逾越警报子例程程序流程图、2 .温度控制的算