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1、单片机控制系统的设计与调试方法收稿日期:20020716单片机控制系统的设计与调试方法DesignandDebugofSCMControlSystem张家田董秀莲ZHANGJiatian,DONGXiulian(西安石油学院西安710065)(Xi′anPetroleumInstitute,Xi′an,710065,China)摘要:单片机控制技术应用十分广泛,其核心技术是单片机控制系统的设计。介绍了对单片机控制系统的构成、硬件设计、软件设计和系统调试等各环节并进行了讨论,根据工作经验给出了调试方法。关键词:单片机;系统设计;系统调试随着材料科学、工艺技术、计算机技术的发
2、展与方法大致如下:根据系统的要求,首先确定出系统是进步,电路系统向着集成度极高的方向发展。CPU的采用开环系统还是闭环系统,或者是数据处理系统。选生产制造技术,也朝着综合性、技术性、实用性发展。择检测元件,在确定总体方案时,必须首先选择好被如CPU的运算位数从4位、8位⋯⋯到32位机的发测参数的测量元件,它是影响控制系统精度的重要因展,运算速度从8MHz、32MHz⋯⋯到116GHz。可素之一。选择执行机构,执行机构是微型机控制系统以说是日新月异的发展着。其中单片机在控制系统中的重要组成部件之一。执行机构的选择一方面要与控的应用是越来越普遍了。单片机控制系统是以单片机制算
3、法匹配,另一方面要根据被控对象的实际情况确(CPU)为核心部件,扩展一些外部接口和设备,组成定。选择输入ö输出通道及外围设备。选择时应考虑以单片机工业控制机,主要用于工业过程控制。要进行下几个问题:被控对象参数的数量;各输入ö输出通道单片机系统设计首先必须具有一定的硬件基础知识;是串行操作还是并行操作;各通道数据的传递速率;各其次,需要具有一定的软件设计能力,能够根据系统通道数据的字长及选择位数;对显示、打印有何要求;的要求,灵活地设计出所需要的程序;第三,具有综画出整个系统原理图。合运用知识的能力。最后,还必须掌握生产过程的工单片机控制系统中控制算法的选用一般有:艺性能
4、及被测参数的测量方法,以及被控对象的动、静(1)直接数字控制当被控对象的数学模型能够态特性,有时甚至要求给出被控对象的数学模型。确定时,可采用直接数字控制。所谓数学模型就是系单片机系统设计主要包括以下几个方面的内容:统动态特性的数学表达式,它表示系统输入输出及其控制系统总体方案设计,包括系统的要求、控制方案内部状态之间的关系。一般多用实验的方法测出系统的选择,以及工艺参数的测量范围等;选择各参数检的特性曲线,然后再由此曲线确定出其数学模型。现测元件及变送器;建立数学模型及确定控制算法;选在经常采用的方法是计算机仿真及计算机辅助设计,择单片机,并决定是自行设计还是购买成套设
5、备;系由计算机确定出系统的数学模型,因而加快了系统模[1]统硬件设计,包括接口电路,逻辑电路及操作面板;型的建立。当系统模型建立后,即可选定上述某一种系统软件设计,包括管理、监控程序以及应用程序的算法,设计数字控制器,并求出差分方程。计算机的设计,应用系统设计包含有硬件设计与软件设计两部主要任务就是按此差分方程计算并输出控制量,进而[2]分;系统的调试与试验。实现控制。(2)数字化PID控制由于被控对象是复杂的,1单片机控制系统总体方案的设计因此并非所有的系统均可求出数学模型,有些即使可确定单片机控制系统总体方案,是进行系统设计以求出来,但由于被控对象环境的影响,许多参数
6、经常最重要、最关键的一步。总体方案的好坏,直接影响变化,因此很难进行直接数字控制。此时最好选用数字化整个控制系统的性能及实施细则。总体方案的设计主PID(比例积分微分)控制。在PID控制算法中,以位置要是根据被控对象的任务及工艺要求而确定的。设计型和增量型2种PID为基础,根据系统的要求,可对PID4《现代电子技术》2002年第9期总第140期仿真与测试控制进行必要的改进。通过各种组合,可以得到更圆满的开关、继电器系统等。对于那些需要接收模拟量的执控制系统,以满足各种不同控制系统的要求。例如串级行机构,则需要用DöA转化,即把数字量变成模拟量PID就是人们经常采用的控制方
7、法之一。后,再带动执行机构。所谓串级控制就是第一级数字PID的输出不直接(4)开关量的IöO接口设计由于开关量只有2用来控制执行机构,而是作为下一级数字PID的输入种状态“1”或“0”,所以,每个开关量只需一位二进值,并与第二级的给定值进行比较,其偏差作为第二制数表示即可。因为MCS—51系列单片机设有一个级数字PID的控制量。当然,也可以用多级PID嵌套。专用的布尔处理机,因而对于开关量的处理尤为方便。为了提高系统的抗干扰能力,通常采用光电隔离器把2单片机系统硬件设计单片机与外部设备隔开。尽管单片机集成度高,内部含有IöO控
