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1、基于单片机的温度控制系统的软件设计与仿真指导老师：牛勇答辩人：王雪萍北方民族大学毕业论文答辩2009年5月20日提纲总体设计方案温度控制器的设计各部分的软件设计仿真结果设计结论致谢总体设计方案系统控制软件包含主程序、显示子程序、A/D转换子程序、键盘子程序、PID数字控制器子程序及纯滞后的smith预估补偿子程序、定时中断子程序（5S采样周期）、PWM子程序、中间值滤波、温度标度的转换、AD采样子程序以及显示程序等几个模块。对于纯滞后系统的smith预估器的数字运算原理在后面会详细介绍。传感器变送器AD转换单片机键盘显示功率元件电阻炉电源
2、PWM用MATLAB仿真来验证控制器的正确性大林算法的离散系统的仿真的方框图如下：用示波器观察其输出波形如下：PID控制系统的方框图如下所示：加有预估器的输出波形：未加预估器的输出波形：式中取整数、T为采样周期。本系统采样周期T为5S，延时时间为20s,所以l=4补偿器转化图史密斯预估器的原理如图所示:smith预估器的数字化设计GP(S)U(k)m(k)C(k)m(k-l)有了纯滞后补偿器的Z传递函数，便可以得到差分方程在计算机上实现在程序中，可以用下列方法得到m(k-l)：再内存中专门设置L个单元存放m(k)的历史数据，每采样一次，把
3、m(k)存于低零号单元前，先把第0号单元的数据后移到1号单元，同时1号单元内的数据到2号单元，依次类推，这样从L单元得到m(k-l)。数字PID控制器的输入信号为：ec(k)=e(k)-c(k)、ec(k)、ec(k-1)、ec(k-2)分别代替e(k)、e(k-1)、e(k-2)，就可得到带smith预估器的PID控制算式smith预估器方框图计算C1*m(K-1)计算b1*U(K-1)计算C1*m(K-1)+b1*U(K-1)给m(K)m(K)-m(K-L)给Q(K)数据迭代预估器子程序流程图由流程图可以编写程序，其中的小数运算转换为
4、整数运算来处理，例如0.9048*m(K-1)可以等效为9048*m(K-1)/1000。程序中其他地方用到小数的地方，处理同上。SMITH:MOVR2,UK_1MOVR3,UK_1+1MOVR6,B1HMOVR7,B1LLCALLNMUL22MOVB1U_1,R3MOVB1U_1+1,R4MOVR2,#00HMOVR3,PKK+1MOVR6,C1HMOVR7,C1LLCALLNMUL22MOVC1P_1,R3MOVC1P_1+1,R4MOVA,B1U_1+1CLRCADDA,C1P_1+1MOVPKK,AMOVA,B1U_1ADDCA,
5、C1P_1ANLA,#0FFHCJNEA,#00H,XIANFU1SJMPSS4SS4:MOVA,PKKCLRCSUBBA,PKK+4MOVDPTR,AMOVR7,DPHMOVR6,DPLMOVR5,#03HMOVR4,#0E8HLCALLDIV1MOVA,R6MOVQSMITH,AMOV2EH,CMOVR2,#4HMOVR0,#PKK+4MOVR1,#PKK+5SS5:MOVA,@R0MOV@R1,ADECR0DECR1DJNZR2,SS5RETXIANFU1:MOVPKK,#0FFHY保护现场N调SMITH调PID定时器赋50MS定时
6、中断返回注:每50MS产生中断AD采样T1中断子程序：1S到没?温度显示温度标度转换数字滤波温度标度变换子程序：控制系统在读入被测模拟信号并转换成数字量后，往往要转换成操作人员所熟悉的物理量。这是因为被测对象的各种数据的量纲与A/D转换的输入值不一样。被测对象的参数经传感器和A/D转换后得到一系列的数码。这些数码值并不等于原来带有量纲的参数值，仅仅对应于参数的大小，故必须把它转换成带有量纲的数值才能显示或打印输出。这种转换就是标度转换。N采样值始址送R0采样次数送R2选通IN0启动ADC延时A/D完成？所有采样结束？返回YNYAD采样子程
7、序：使用T0定时器产生5S定时中断，作为本系统的采样周期。在中断服务程序中启动A/D转换，读入采样数据。由前面章节中所讲的，采样周期选5S控制效果最好。定时器T0采用方式1，定时50ms,50ms的100次即为5S。因为采样可能会因为偶然因素产生误差，为了采样值的精确我们采样三次，然后用中间值滤波对三次采样数据处理，从而可以求得较为精确一点的采样值。定时与滤波在这里不详细叙述。PID调节即比例（proportional）、积分（integral）、微分（derivative）调节是连续控制系统中技术最成熟、应用最广泛的一种调节控制方式。在
8、模拟控制系统中，PID算法的表达式为：数字PID算法将上式离散化，用离散的PID表达式如下：增量式PID表达式如下所示：=通过上述推导，似乎PID控制算法的程序设计并不复杂，只要将给定值与每次
