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摘 要
在材料烧结、热处理等工艺过程中，温度控制是一个非常重要的环节。控制精度直接影响着产品质量的好坏。本文介绍了一种以数字信号处理器DSP为核心的电阻炉温度控制系统。其主要功能是将热电偶(铂铑10——铂)检测到的温度信号经变送器变换,再送入DSP内部进行A/D转换后，与设定的温度不断的进行比较,根据不同的偏差和偏差变化率，利用改进的PID算法计算出控制量。再通过可控硅触发技术，对系统进行控制。本系统可通过键盘操作进行温度设定。八个LED数码管分别显示温度和加热时间。超过警戒温度系统可自动报警。
关键词： 温度控制、改进PID算法、 偏差、 偏差变化率。
Electric resistance furnace temperature control system
abstract
In material burned knot, heat handle etc. craft process, the temperature control is a count for much link.The control accuracy affects the quality of the product quantity directly.This text introduced a kind of with digital signal processor DSP for core of electric resistance furnace temperature control system.Its main function is the temperature signal that thermocouple( platinum rhodium 10 and the platinum ) examine after change to send the machine transformation, then send into DSP inner part proceed the A/ D conversion, with the temperature of the enactment continuously of the proceeding compare, changing the rate with the deviation according to the different deviation, making use of the calculate way of PID of the improvement compute a control deal.Passing again can control the silicon triggers the technique, proceeding the control to the system.This system can pass the keyboard operation proceeds the temperature the enactment.Eight LEDs figures takes care of difference manifestation temperature with heat time.Exceeding to warn temperature system can report to the police automatically.
Key phrase: The temperature control, improvement PID arithmetic, deviation, deviation rate of changes.
目 录
第一章 绪 论. 3
第二章 方案论证. 5
2．1 模拟控制系统.. 5
2．2 以微处理器为核心的控制系统.. 5
2．3 以可编程DSP控制器为核心构成的控制系统.. 6
2．4 DSP芯片型号的选择.. 6
第三章 硬件设计. 8
3．1 系统概述.. 8
3．2 TMS320F240简介.. 8
3．3 前向通道的设计.. 10
3．3．1 温度检测和变送器.. 10
3．3．2 ADC（模拟/数字转换器）.. 11
3．4 TMS320F240的通用定时器.. 14
3．4．1 中断系统.. 14
3．4．2 事件管理器.. 16
3．4．3 通用定时器.. 17
3．5 后向通道的设计.. 18
3．5．1 后向通道电路工作原理.. 19
3．5．2 过零检测电路.. 19
3．5．3 光电隔离.. 20
3．5．4 驱动电路.. 20
3．5．5 调功器电路设计.. 20
3．6 人-机接口.. 21
3．6．1 接口电路的概述.. 21
3．6．2 LED显示.. 21
3．6．3 键盘.. 23
3．6．4 HD7279A简介.. 23
3．6．5 HD7279A的工作原理.. 24
3．6．6 HD7279A在系统中的应用.. 29
3．7 报警装置.. 30
第四章 温度控制算法. 32
4．1 PID算法概述.. 32
4．2 改进PID算法.. 33
4．3 数字PID参数的整定.. 34
第五章 软件设计. 36
5．1 设计概述.. 36
5．2 软件编程语言的选择.. 36
5．3 软件编程的步骤及注意事项.. 36
5．4 主程序.. 37
5．5 GPT1中断服务程序.. 39
5．6 子程序.. 40
结束语. 44
参考文献. 45
附 录. 46
第一章 绪 论
在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工等领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行监测和控制，采用数字量对它们进行控制，控制方便、简单、灵活，而且可以提高被控温度的指标，从而提高产品的质量和数量。因此，随着计算机技术的发展，数字控制异军突起，发展迅速。依靠一定的硬件基础，针对特定的控制目的，实现一个高可靠性，高效率的计算机应用系统，是现代工业和社会发展的迫切需要。当代计算机技术的快速发展，微电子技术的推动，使这一需求得以实现。单片机，数字信号处理器（DSP）等，都是这个大家庭中的一员。和单片机相比，DSP不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。基于这些优点，我们采用DSP来对它们进行控制，因此，DSP对温度的控制是一个工业生产中经常会遇到的问题。
我们通常所说的DSP有两个含义：其一是Digital Signal Processing 的简称，是指数字信号处理技术，它不仅涉及许多学科，还广泛应用于多种领域。特别在20世纪60年代，随着计算机和信息技术的迅猛发展，进一步推动了数字信号处理技术的理论和应用领域的发展；DSP的第二个含义是Digital Signal Processor 的简称，即数字信号处理器（也称为DSP芯片），它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度远远超过通用微处理器。它是一种适合于数字信号处理的高性能微处理器。数字信号处理器已成为数字信号处理技术和实际应用之间的桥梁，并进一步促进了数字信号处理技术的发展，也极大地拓展了数字信号处理技术的应用领域。
DSP芯片，即数字信号处理器，是一种特别适合于数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是快速地实现各种数字信号处理算法。
根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下特点：
（1）在一个指令周期内完成一次乘法和一次加法运算。
（2）程序和数据存储空间分开，可以同时访问指令和数据。
（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线进行访问。
（4）具有低开销或无开销执行循环及跳转操作的硬件支持。
（5）快速的中断处理和硬件I/O支持。
（6）在单周期内操作的多个硬件地址产生器。
（7）可以并执行多个操作。
（8）支持流水线操作，不同操作阶段可以重叠执行。
自1982年美国德州仪器（TI）公司推出通用可编程DSP芯片以来，DSP技术取得了突飞猛进的发展。在DSP技术与DSP芯片的相互帮助下，在计算机与微电子技术飞速发展的基础上，DSP芯片性能已得到了极大的提高。作为实现数字信号处理的硬件核心，DSP的应用领域取得了不断的拓展。DSP芯片已经深入到我们的工作与生活中，无论是在计算机外设、通信、工业控制、航空航天、精密仪器，还是在家用电器，如CD机、变频空调器、MP3播放器、数码相机等设备中，都有DSP芯片的身影。
第二章 方案论证
设计要求：以DSP为主控制器，对电阻炉的温度进行监测和控制。
技术参数：测温范围：0℃～1000℃；
测温精度：1℃；
保温精度：1.5℃。
纵观设计题目要求，电阻炉温度控制是采集模拟量——温度，然后对温度进行控制。控制的方法很多：
（1）以模拟电路硬接线方式建立的控制系统。
（2）以微处理器为核心的控制系统。
（3）用可编程DSP控制器为核心构成的控制系统。
2．1 模拟控制系统
模拟控制系统一般采用运算放大器等分立元件以硬接线方式构成，但这种系统很难应用于一些功能要求比较高的场合。
2．2 以微处理器为核心的控制系统
这里的微处理器实际上是指以MCS-51、MCS-96等为代表的8位或16位单片机。以微处理器为控制器，所构成的控制系统有如下优点：
（1）使电路更简单。模拟电路为了实现逻辑控制需要许多分立电子元件，从而使电路变得复杂。采用微处理器后，绝大多数控制逻辑可采用软件实现。
（2）可以实现较复杂的控制算法。微处理器具有更强的逻辑功能，运算速度快、精度高、具有较大容量的存储器（128KB RAM，8051有4KB ROM，8751有4KB EPROM，8031无ROM或EPROM。使用时往往外括ROM），因此有能力实现较复杂的控制算法。
（3）灵活性和适应性强。微处理器的控制方式主要由软件来实现，若需要修改，一般不必修改控制系统的硬件电路，只对软件修改即可。
（4）无零点漂移，控制精度高。
（5）可提供人机界面，实现多机联网工作。
在一些性能要求不是很高的场合，现在普遍采用单片机作为控制器。然而，由于微处理器一般采用冯——诺依曼总线结构，处理器的速度有限，处理能力也有限；另外单片机系统比较复杂，软件编程的难度较大。同时，一般单片机的集成度较低，片上不具备控制系统所需要的专用外设，如PWM产生电路等。因此，基于微处理器构成的系统仍然需要较多的元器件，这增加了系统电路板的复杂性，降低了系统的可靠性，也难以实现先进控制算法，如预测控制、模糊控制等。
由于技术的发展，新的单片机无论从制造工艺上，还是性能、功能上都有了极大的改进。新单片机（如C8051Fxxx系列、AVR系列等）的工作频率一般在20MHz以上，采用流水线技术，片内集成大量存储单元和功能外设，有的单片机内部甚至集成了DSP核，这些措施都使单片机的性能得到了很大提高，可以较好地满足高性能控制系统的需要。然而。与同样性能的DSP控制器相比，这些微处理器的价格往往比较昂贵。
