【正文】 8 27 26 25 21 22 23 24 VCC EA/Vpp ALE/PROG PSEN 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 22 P3 口有兩個(gè)功能 除了作為 I/O 使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來(lái)設(shè)置，有內(nèi)部 EPROM 的單片機(jī)芯片（例如 8751），為寫(xiě)入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號(hào)也是由信號(hào)引腳的形式提供的。 程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個(gè)部件能 追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計(jì)數(shù)器 PC（包含在 CPU 中），在開(kāi)始執(zhí)行程序時(shí)，給 PC 賦予程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令， PC 在中的內(nèi)容就會(huì)自動(dòng)增加，增加量由本條指令長(zhǎng)度決定，可能是 2或 3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。 圖 7805 穩(wěn)壓電源電路 用 7805 實(shí)現(xiàn)的全橋整流電路 如果輸入端的是 220V的話，那么 N1： N2=1： 。 按鍵電路設(shè)計(jì) 一個(gè)完善的鍵盤控制程序應(yīng)具備如下功能： (1) 檢測(cè)是否有按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機(jī)械 觸點(diǎn)抖動(dòng)的影響。 本次論文是用四個(gè)按鍵控制的，第一個(gè)控制 PID 參數(shù) (控制輸出 P,I,D)，第二個(gè)實(shí)現(xiàn)加功能鍵，第三個(gè)實(shí)現(xiàn)減功能鍵 ，最后一個(gè)作為確定鍵。 數(shù)碼管顯示的原理 數(shù)碼管內(nèi)部由七個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 27 管腳順序 :從數(shù)碼管的正面觀看，以第一腳為起點(diǎn)，管腳的順序是逆時(shí)針?lè)较蚺帕校? 12986 公共腳 Ａ 11 Ｂ 7 C4 D2 E1 F10 G5 DP3 圖 四位一體數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)和引腳圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 28 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115U2A T 8 0 C5 112345678161514131211109R N 1RX 8 圖 單片機(jī)與數(shù)碼管連接圖 圖 4 位數(shù)碼管實(shí)物圖 MCS－ 51 單片機(jī)內(nèi)設(shè)置了兩個(gè)可編程的 16 位定時(shí)器 T0 和 T1，通過(guò)編程，可以設(shè)定為定時(shí)器和外部計(jì)數(shù)方式。定時(shí)器 T0 的中斷入口地址為 000BH， T1 的中斷入口地址為001BH。 （ 4）啟動(dòng)定時(shí)器。完成 A/D 轉(zhuǎn)換的器件即為 A/D 轉(zhuǎn)換器。模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)通過(guò)微機(jī)的輸入通道進(jìn)入微型機(jī)。用于特定用途的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器可按其精度和速度分類。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 30 圖 ADC0832 引腳圖 CS：片選使能，低電平芯片使能。 DI：數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。通常使用頻率為 500KHz 的時(shí)鐘信號(hào)。其內(nèi)部電源輸入與參考電 壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V之間。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 CLK：時(shí)鐘信號(hào)。 CH1：模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用 。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。軟件的使用會(huì)降低模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程的速度。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 用來(lái)把連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字形式，即二進(jìn)制數(shù)。 AD 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，控制或測(cè)量對(duì)象的有關(guān)變量，往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、位移、速度等物理量。 （ 2）置計(jì)數(shù)初值。 定時(shí)器 T0 由特殊功能寄存器 TL0 和 TH0 構(gòu)成，定時(shí)器 T1 由 TH1 和TL1 構(gòu)成，特殊功能寄存器 TMOD 控制定時(shí)器的工作方式， TCON 控制 其運(yùn)行。它的內(nèi)部是 4 個(gè)數(shù)碼管共用 a~dp 這 8 根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因?yàn)槔锩嬗?4 個(gè)數(shù)碼管，所以它有 4 個(gè)公共端，加上 a~dp，共有 12 個(gè)引腳，下面便是一個(gè)共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（共陽(yáng)的與之相反）。 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 26 多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“ 8”可分為1 位、 2 位、 4 位等等數(shù)碼管； 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。 獨(dú)立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根 I/O 口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它 I/O 口線的狀態(tài)。每次只處理一個(gè)按鍵，其間對(duì)任何按鍵的 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 25 操作對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，而且無(wú)論一次按鍵時(shí)間有多長(zhǎng)，系統(tǒng)僅執(zhí) 行一次按鍵功能程序。這個(gè)電路輸入的是 220v 的交流電，經(jīng)過(guò)全橋整流穩(wěn)壓后輸出穩(wěn) 定的 +5v 直流電。 圖 7805 的引腳圖 7805 是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，它使用方便，用一個(gè)很簡(jiǎn)單的電路就可以輸入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源了，它的輸出電壓正好為 +5v，剛好 符合 51 單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓。為使單片機(jī)能自動(dòng)完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問(wèn)題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存 放在具有存儲(chǔ)功能的部件 —— 存儲(chǔ)器中。 ，可做一般的 I/O 使用，但內(nèi)部無(wú)上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。 4. I/O 線 : 80C51 共有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32 個(gè)引腳。 ② VPD 功能：在 Vcc 掉電情況下，接備用電源。 ② PROG 功 能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 單片機(jī)的引腳簡(jiǎn)介 單片機(jī)的 40 個(gè)引腳大致可分為 4 類：電源、時(shí)鐘、控制和 I/O 引腳。 堆棧指針 SP：是用來(lái)指示堆棧的起始地址。每條指令指行完畢后，都按照累加器 A 中“ 1”的 個(gè)數(shù)來(lái)決定 P 值，當(dāng)“ 1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)， P=1，否則 P=0。 表 1 RE0,RE1 選擇 RS1 RS0 工作寄存器組 片內(nèi) RAM 地址 0 0 第 0組 00H07H 0 1 第 1組 08H0FH 1 0 第 2組 10H17H 1 1 第 3組 18H1FH *OV：溢出標(biāo)志。 *AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志。 （ 1） 運(yùn)算器 運(yùn)算器以算術(shù)邏輯單元 ALU為核心，加上累加器 ACC、暫存寄存器 TMP和程序狀態(tài)字寄 存器 PSW 等所組成。 （ 6）一個(gè)串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。 （ 2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 和特殊功能寄存器 SFR。目前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁多，而且在性能方面也各有不同。更不用說(shuō)家用電器，汽車設(shè)備領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域，自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。單片機(jī)的尋址能力也突破 64KB 的限制，有的已可達(dá)到 1MB 和 16MB，片內(nèi)的 ROM 容量可達(dá) 62MB， RAM 容量則可達(dá)2MB。 （ 3） 低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 （ 4） 易擴(kuò)展 單片機(jī)內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行必需的部 件。由于單片機(jī)對(duì)各行各業(yè)都有用，這種電子技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致各行各業(yè)的進(jìn)步，也帶動(dòng)了人類文明的不斷進(jìn) 步。相對(duì)過(guò)去以剖析、復(fù)制外國(guó)產(chǎn)品為主的思路有了相當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。而日本在單片機(jī)制造業(yè)方面也有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，在積極爭(zhēng)奪家電產(chǎn)品的大客戶。 國(guó)內(nèi)人們使用最廣泛的是 MCS51 系列單片機(jī)。尋址范圍 64K。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出。 8 位 CPU、 1K 字節(jié)ROM、 64 字節(jié) PAM、 27 根 I/O 線和一個(gè) 8 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 ，成本低。 系統(tǒng)的 性能要求 PID 三個(gè)參數(shù)數(shù)值 的改變并能保持，直至重新設(shè)定另一參數(shù)值，即能實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)定。不同的 PID 參數(shù)組合，有時(shí)會(huì)得到十分相近的控制結(jié)果。這種方法需要知道數(shù)學(xué)模型。 PID 控制參數(shù)的整定方法 概念 確定調(diào)節(jié)器的比例度δ、積分時(shí)間 TI和微分時(shí)間 TD。 ②對(duì)于多入多出被控對(duì)象，需要研究針對(duì)具有顯著耦合的多變量過(guò)程的多變量 PID 參數(shù) 整定方法，進(jìn)一步完善分散繼電反饋方法，盡可能減少所需先驗(yàn)信息量，使其易于在線整定。而 Fisher Control、 Yokogawa、 Eurotherra 等公司紛紛在各自的工業(yè)控制器系列中也結(jié)合了不同的 PID 參數(shù)自動(dòng)整定算法。 PID 控制的自整定 PID 控制器自整定技術(shù)是近 2O 年來(lái)受到工業(yè)控制界和學(xué)術(shù)理論界廣泛關(guān)注并取得顯著成果的先進(jìn)控制策略，并早在 8O 年代中期就開(kāi)發(fā)研制了相應(yīng)的自整定控制器 。 影響 Kp Ti Td 穩(wěn)態(tài)性能 可以減少靜差，但不能消除 消除靜差，但不能太大 配合比例控制，可以減少靜差 動(dòng)態(tài)性能 加快系統(tǒng)速度，但會(huì)引起震蕩 太小會(huì)不穩(wěn)定，太大會(huì)影響性能 太大和太小都會(huì)引起超調(diào)量大，過(guò)度時(shí)間長(zhǎng) PID 控制器是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見(jiàn)的反饋回路部件 。 微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。 加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。其輸入 e(t)與輸出 u(t)的關(guān)系為 ? ? ? ? ? ? ? ????????? ??? ? dt tdedttetetu t dip TTK 01 （ 22） 式中 u(t)—— 控制器 (也稱調(diào)節(jié)器 )的輸出； e(t)—— 控制器的輸入（常常是設(shè)定值與被控量之差； Kp —— 控制器的比例放大系數(shù)； Ti —— 控制器的積分時(shí)間； Td —— 控制器的微分時(shí)間。大量工程實(shí)踐表明，線性組合不一定是最好的組合方式，能否 在非線性領(lǐng)域找到更加合適的組合方式是值得去探索的。 PID 的缺陷，總體來(lái)說(shuō)就是信號(hào)處理太簡(jiǎn)單、未能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，具體說(shuō)來(lái)，有四個(gè)方面： (1)產(chǎn)生誤差的方式不太合理控制目標(biāo) A 在過(guò)程中可以“跳變”，但是被 控對(duì)象輸出 B 的變化都有慣 性，不可能跳變，要求讓緩變的變量 b 來(lái) 跟蹤能夠跳變的變量 a，初始誤差很大，容易引起超調(diào)，很不合理。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例加上微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 7 的動(dòng)態(tài)特性。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至 失穩(wěn)。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)