单片机应用技术5软件开发修改PID参数子程序课件.ppt

1、单片机应用技术单片机应用技术第3讲 智能温控装置综合项目项目三项目三 智能温控装置智能温控装置湖北职业技术学院机电工程系湖北职业技术学院机电工程系单片机应用技术单片机应用技术精品课程组精品课程组单片机应用技术单片机应用技术本讲主要内容本讲主要内容4 硬件开发1 设计任务与要求2 总体论证3 系统设计5 软件开发单片机应用技术单片机应用技术1 设计任务与要求设计任务与要求一升水由一升水由1kw的电炉加热的电炉加热,要求水温可以要求水温可以在一定范围内由人工设定在一定范围内由人工设定,并能在环境温并能在环境温度降低时实现自动调整度降低时实现自动调整,以保持设的的温以保持设的的温度基本不变度基本不变

2、.1.1 基本要求基本要求单片机应用技术单片机应用技术1.2 主要性能指标主要性能指标 1.温度设定范围:4090C,最小区分度为1 C 2.控制精度:温度控制的静态误差1 C 3.用十进制数码显示实际水温.4.能打印实际测量值1 设计任务与要求设计任务与要求单片机应用技术单片机应用技术1 设计任务与要求设计任务与要求1.3 扩展功能扩展功能 1.具有通信能力 2.采用适当的控制方法减小系统的调节时间和超调量 3.温度控制的静态误差0.2 C 4.能自动显示水温随时间变化的曲线单片机应用技术单片机应用技术2 总体论证总体论证 1.总体方案确定 2.确定系统功能,性能指标单片机应用技术单片机应用

3、技术2.1 总体方案确定总体方案确定 1.控制方案选择:A 输出开关量控制B 比例控制(P控制)C 比例积分控制(PI控制)D 比例积分加微分控制(PID控制)2.系统组成:本例将单片机为核心构建控制应用系统2 总体论证总体论证单片机应用技术单片机应用技术2.2 确定系统功能确定系统功能,性能指标性能指标 本系统具备的功能:1.可以进行温度设定,并自动调节水温2.可以调整PID控制参数,满足不同的要求3.可以实时显示给定温度与水温实测值4.可以打印给定温度和水温实测值 本系统主要性能指标如下:1.温度设定范围:4090 C,最小区分度为1 C2.温度控制静态误差1 C3.双3位LED数码管显示

4、4.采用微型打印机打印2 总体论证总体论证单片机应用技术单片机应用技术3 系统设计系统设计 1 软,硬件功能划分 2 系统功能划分,指标分配和框图构成单片机应用技术单片机应用技术3 系统设计系统设计3.1 软软,硬件功能划分硬件功能划分 1.速度估算 经计算得到:在不考虑容器热容量和环境温度影响的情况下,用1kw电炉加热1升水并使水温上升1k所需的时间为4.186s,由此可见,对于指令执行时间极其短的单片机系统来说,控制速度几乎没有任何限制.2.软、硬件功能划分 硬件主要功能：温度信号的传感,放大,A/D转换 及输出信号的功率放大.软件主要功能：PID运算,输入信号滤波,大部分 控制过程.单片

5、机应用技术单片机应用技术3 系统设计系统设计3.2系统功能划分系统功能划分,指标分配和框图构成指标分配和框图构成传感器信号放大A/D电炉功率放大单片机基本系统键盘显示微型打印机系统组成方框图系统组成方框图单片机应用技术单片机应用技术VccREF20Vin(-)7lsbDB018DB117Vin(+)6DB216DB315DB414A-GND8DB513DB612msbDB711Vref/29INTR5CLK-R19CS1RD2CLK-IN4WR3ADC0804VR25kR130kAD5813261874OP-07+15VAD590+15V30K-15VR281KVR25K20K10uF+5v1

6、0k150pFP1.0RDWRA8D0D1D2D3D4D5D6D7-15v电 炉BTA12220V+-+10V输入通道硬件线路设计输入通道硬件线路设计4 硬件开发硬件开发4.1硬件电路设计与制作硬件电路设计与制作单片机应用技术单片机应用技术输出通道硬件线路设计输出通道硬件线路设计&7407MOC304125027VCCP1.2BTA12电 炉220V0.01uF1004 硬件开发硬件开发4.1硬件电路设计与制作硬件电路设计与制作单片机应用技术单片机应用技术OUTA027OUTB031OUTA126OUTB130OUTA225OUTB229OUTA324OUTB328DB012BD23DB113

7、DB214SL032DB315SL133DB416SL234DB517SL335DB618DB719RL038RL139IRQ4RL21RL32CS22RL45RD10RL56WR11RL67A021RL78CLK3SHIFT36RESET9CNTL/S37U?8279A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U?74LS138FEDCCOMBACOMGHJP?HEADER 10FEDCCOMBACOMGHJP?HEADER 10CS9012CS9012S?SW1S?SW1S?SW1S?SW112A12A100510912467510912467

8、8383VCCGP16D03D14D25D36D47D58D69D710WR12RD13BUSY14CS11D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D71INT0A9A0ALERESETRDWD人机对话通道人机对话通道单片机应用技术单片机应用技术 1.单片机基本系统调试 2.人机通道调试 3.前向通道调试 4.后向通道调试4 硬件开发硬件开发4.2硬件电路的调试硬件电路的调试单片机应用技术单片机应用技术1、单片机基本系统调试、单片机基本系统调试 A 晶振电路 B 复位电路 C 电源4 硬件开发硬件开发4.2硬件电路的调试硬件电路的调试单片机应用技术单片机应用技术人机通道调试

9、人机通道调试 A LED显示 B 键盘输入4 硬件开发硬件开发4.2硬件电路的调试硬件电路的调试单片机应用技术单片机应用技术前向通道调试前向通道调试 A 静态工作点调整 B A/D转换器调试4 硬件开发硬件开发4.2硬件电路的调试硬件电路的调试单片机应用技术单片机应用技术后向通道调试后向通道调试 A 静态调试 B 动态调试4 硬件开发硬件开发4.2硬件电路的调试硬件电路的调试单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发n1 确定输入确定输入/输出关系、数学模型和算法输出关系、数学模型和算法n2 划分程序模块划分程序模块,编写程序流程图编写程序流程图n3 编写程序并翻译成目标程序编写程序并翻

10、译成目标程序n4 软件调试软件调试单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发5.1 确定输入确定输入/输出关系、数学模型和算法输出关系、数学模型和算法 PID控制是应用最普遍的控制规律,技术上最成熟,技术人员也习惯采用.本系统由于采用了单片机,各种PID算法的实现只需更改应用程序而无需对硬件做任何改变,因此可适应于很多工业生产过程.单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发5.2 划分程序模块划分程序模块,编写程序流程图编写程序流程图 1.主程序 2.键盘输入中断服务程序 3.修改PID参数子程序 4.设定温度子程序 5.运行子程序 6.定时中断服务程序 7.水温检测子程序 8.P

11、ID算法子程序 9.脉宽调制输出子程序单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发主程序主程序初始化有键入?输入键值跳转到相应子程序调修改PID参数子程序调设定温度子程序调运行子程序调打印子程序YN单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发键盘输入中断服务程序键盘输入中断服务程序保护现场读入键值设置键入标志返回恢复现场单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发修改修改PID参数子程序参数子程序开始修改KC显示KC存储KC显示K1显示KD返回数字键?确认键?取消键?YYYNNN单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发设定温度子程序设定温度子程序 与修改PID参数子程序类似

12、.单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发运行子程序运行子程序初始化定时时间到?调用水温检测子程序显示实测水温调用PID算法子程序调用脉宽调制输出子程序有键入?取消键?关输出返回NNNYYY单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发定时中断服务程序定时中断服务程序保护现场设置定时已到标志恢复现场返回单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发水温检测子程序水温检测子程序入口启动A/D转换转换完成?读取转换结果返回NY单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发PID算法子程序算法子程序入口调内存中计算计算可控硅导通时间保存中间变量返回单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发脉宽调制输出子程序脉宽调制输出子程序入口P12输出低电平设定延时时间为t(k)延时时间到?P12输出高电平YN返回单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发5.3 编写程序并翻译成目标程序编写程序并翻译成目标程序 将上述程序流程图依次细化,并将各程序模块连接起来就可组成一个完整的程序.单片机应用技术单片机应用技术5 软件开发软件开发5.4 软件调试软件调试 1.测试程序输入条件或设定程序输入条件 2.以单步,断点或跟踪方式运行程序.3.检查程序运行结果 4.运行结果不正确时查找原因,修改程序,重复上述过程.