【正文】 設(shè)計（論文 ） 19 位的狀態(tài)。在進(jìn)行加法或減法運(yùn)算時，若低半字節(jié) 向高半字有進(jìn)位或借位， AC=1，否則 AC=0， AC 還作為 BCD 碼運(yùn)算調(diào)整時的判別位。當(dāng)兩個帶符號的單字節(jié)數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，結(jié)果超出 128～ +127 的范圍時， OV=1，表示有溢出，否則 OV=0 表示無溢出。 （ 2）控制器 控制器包括程序計數(shù)器 PC、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據(jù)指針 DPTR、堆棧指針 SP、緩沖器以及定時與控制電路等。 80C51 單片機(jī)的堆棧位于片CY AC F0 RS1 RS0 OV _ P 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 20 內(nèi) RAM 中，而且屬于“上長型”堆棧，復(fù)位后 SP 被初始化為 07H 單元，使得堆棧實際上由 08H 單元開始。 : (1) VCC 芯片電源，接 +5V； (2)VSS 接地端； : XTAL XTAL2 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 (2) PSEN:外 ROM 讀選通信號。 (4) EA/Vpp:內(nèi)外 ROM 選擇 /片內(nèi) EPROM 編程電源。P3 口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。 P1 口 只做 I/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。存儲器是由許多存儲單元（最小的存儲單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個房間的被分配到了唯一一個房間號一樣，每一個存儲單元也必須被分配到唯一的地址號，該地址號稱為存儲單元的地址，這樣只要知道了存儲單元的地址，就可以找到這個存儲單元，其中存儲的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。 它的三個引腳：其中 1 接整流器輸出的正電壓， 2 為公共地也就是負(fù)極，3 是 +5v 電壓。 特點(diǎn)是方便實用，輸出電壓穩(wěn)定最大輸出電流為 1A，電路能帶動一定的負(fù)載。 (3) 準(zhǔn)確輸出按鍵值（或鍵號），以滿足跳轉(zhuǎn)指令的要求。 減確定參數(shù)選擇加X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29R S 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 N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 7/ R D17P 3. 6 / W R16P 3. 5/ T 115U2A T 80 C 5 1R147 kR247 kR347 kR447 k 圖 系統(tǒng)按鍵電路 顯示電路的設(shè)計 本次論文中對于顯示部分，我們用四位數(shù)碼管顯示，一位顯示 PID 三個參數(shù)（可以以 P、 I、 D 顯示），另三位作為數(shù)字顯示，就是三個參數(shù)（比例系數(shù)， 積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)）的設(shè)定數(shù)值，通過按鍵。 單片機(jī)控制系統(tǒng)中，一般可能只需要幾個功能鍵，此時，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。 (2) 有可靠的邏輯處理辦法。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 24 VI1VO3GND2U17 8 0 5C11 0 0 u fC21 0 0 u fT R 1T RA N 2 P 2 SB R 12 W 0 2 G( + ) 圖 7805 的整流電路 2 2 0 v 交 流 電 全 橋 整 流 穩(wěn) 壓7 8 0 5 穩(wěn) 壓5 v 直 流 電 輸 出 圖 整流電路原理圖 變壓器后面是由四個二極管組成的一個橋式整流電路。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 23 4 電路設(shè)計 電源電路設(shè)計 本次論文的電源電路用 7805 穩(wěn)壓電源。 即： 編程脈沖： 30 腳（ ALE/PROG） 編程電壓（ 25V）： 31 腳（ EA/Vpp） 8051 單片機(jī)的工作原理 單片機(jī)自動完成賦予它任務(wù)的過程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設(shè)計人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對應(yīng)著一種基本操作；單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。 ，當(dāng)?shù)刂房偩€。 ② Vpp 功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，施加編程電源 Vpp。 ① RST（ Reset）功能：復(fù)位信號輸入端。 ① ALE 功能：用來鎖存 P0 口送出的低 8 位地址。 數(shù)據(jù)指針寄存器 DRTR：它是一個 16 位的寄存器，由高位字節(jié) DPH 和低位字節(jié) DPL 組成，用來存放 16 位數(shù)據(jù)存儲器的地 址，便于對片外 64kB的數(shù)據(jù) RAM 區(qū)進(jìn)行讀寫操作。 程序計數(shù)器 PC：當(dāng)一條指令按 PC 所指向的地址從程序存儲器中取出之后， PC 的值就會自動增量，即指向下一條指令。 *P：奇偶校驗標(biāo)志。 *RS1 和 RS0：工作寄存器組選擇，如下表所示。在進(jìn)行加法或減法運(yùn)算時，若運(yùn)算結(jié)果的最 高位有進(jìn)位或借位， CY=1，否則 CY=0，在執(zhí)行位操作指令時， CY 作為位累加器。 8051 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 時鐘電路 SFR 和 RAM ROM CPU 定時 /計數(shù)器 并行端口 中斷系統(tǒng) 串行端口 系 統(tǒng) 總 線 時鐘源 T0 T1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 18 圖 單片機(jī)的內(nèi)部組成 8051 單片機(jī)的 CPU CPU就是中央處理器，是單片機(jī)的核心部件，它完成各種運(yùn)算和控制操作， CPU由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。 （ 5）四個 8 位可編程的并行 I/O端口，每個端口既可作輸 入，也可作輸出。 8051 單片機(jī)的基本組成 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 17 圖 8051 單片機(jī)的基本組成 一個 8051 單片機(jī)包含下列部件 （ 1）一個 8 位微處理器 CPU。 對于明確的應(yīng)用對象，選擇功能過少的單片機(jī)，會無法完成控制任務(wù)，中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 16 達(dá)不到要求；選擇功能過強(qiáng)的單片機(jī)，則會造成資源浪費(fèi)，使產(chǎn)品的性能價格比下降。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已經(jīng)開始使用RISC 流水線和 DSP 等技術(shù)。 (2) 體積小、價格低、易于產(chǎn)品化 應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、安裝簡單方便、接插件減少。競爭的結(jié)果是為單片機(jī)應(yīng)用工程師提供更廣闊的選擇空間，而最終受益的是單片機(jī)產(chǎn)品的消費(fèi)者。這么多種單片機(jī)能進(jìn)入中國市場，這就說明了我們的應(yīng)用工程師已經(jīng)能夠綜合各類單片機(jī)的性能、價格等方面的一些因素，并結(jié)合實用對象進(jìn)行 選擇。 總體上看，美國著名公司的單片機(jī)技術(shù)仍處于領(lǐng)先的地位，特別是在高端產(chǎn)品方面，高性能的新穎的單片機(jī)不斷的推出?！拔⒖刂破鳌钡姆Q謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。芯片內(nèi)集成： 16 位 CPU、8K 字節(jié) ROM、 232 字節(jié) RAM、 5 個 8 位并口、 1 個全雙工串行口、 2 個 16位定時 /計數(shù)器。尋址范圍 64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。 單片機(jī)的發(fā)展過程 （ 1） 單芯片微機(jī)的形成階段 Intel 公司在 1976 年推出了 MCS48 系列單片機(jī)。 ，結(jié)構(gòu)簡單，易于維修。 設(shè)計四個按鍵，第一個控制 PID 參數(shù)，第二個實現(xiàn)加功能鍵，第三個實現(xiàn)減功能鍵 ，最后一個作為確定鍵，再做四位的數(shù)碼管顯示電路，一位顯示 PID 三個參數(shù)（可以以 P、 I、 D 顯示），另三位作為數(shù)字顯示，就是三個參數(shù)（比例系數(shù)，積分 時間常數(shù)、微分時間常數(shù)）的設(shè)定數(shù)值，通過按鍵來修改這些數(shù)值。 幾種整定方法的比較： 整定方法 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) 反應(yīng)曲線法 方法簡單 系統(tǒng)開環(huán)，被調(diào)量變化較大，影響生產(chǎn) 穩(wěn)定邊界法 系統(tǒng)閉環(huán) 會出現(xiàn)被調(diào)量等幅振蕩 衰減曲線法 系統(tǒng)閉環(huán)，安全 實驗費(fèi)時 經(jīng)驗法 系統(tǒng)閉環(huán)，不需計算 需要經(jīng)驗 注意： 同一個系統(tǒng)，最佳整定參數(shù)可能不是唯一的。 PID 控制參數(shù)的整定方法 分類 理論計算整定方法：對數(shù)頻率特性法、根軌跡法。只能 通過控制器參數(shù)的工程整定，來調(diào)整控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制質(zhì)量。 從目前 PID 參數(shù)整定方法的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，以下幾個方面將是今后一段時間內(nèi)研究和實踐的重點(diǎn)： ①對于單入單出被控對象，需要研究針對不穩(wěn)定對象或被控過程存在較大干擾情況下的 PID 參數(shù)整定方法，使其在初始化、抗干擾和魯棒性能方面進(jìn)一步增強(qiáng)，使用最少量的過程信息及較簡單的操作就能較好地完成整定。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和自整定技術(shù)的成熟， El 前有關(guān)自動整定控制器的商業(yè)化產(chǎn)品已大量涌現(xiàn)，其中比較著名的如 Foxboro 公司的 ExACT 系列、 First Control 的 M R0CONTROLLER 系列、 Leed ＆ Northrop 的 Electromax V 系列、 SattControl 的 ECA40 系 、 Honeywell 公司的 RPID、 ControlSoft 公司中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 10 INTUNE 等 ?？梢酝ㄟ^數(shù)學(xué)的方法證明，在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過程反復(fù)的情況下，一個 PID 反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。被控物理量在發(fā)生變化后很難恢復(fù)，首先加大比例增益 P，如果恢復(fù)較慢，可以適當(dāng)?shù)臏p小積分時間 I，還可以加大微分時間 D?？梢詼p少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。 I 因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無差 .消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。 優(yōu)點(diǎn)： 1. 技術(shù)成熟 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 8 2. 易被人們熟悉和掌握 3. 不需要建立數(shù)學(xué)模型 4. 控制效果好 5. 魯棒性 PID 控制器是一種線性的控制器，它根據(jù)給定值 r(t)和實際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差： e(t)=r(t)c(t) (21) 將偏差的比例（ P）、積分（ I）、微分 (D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)行控制，故稱 PID 控制器。 (4)線性組合不一定是最好的組合方式 PID 控制器給出的控制量是誤差的現(xiàn)在、過去、將來 三者的線性組 合。而隨著科技的進(jìn)步和對控制品質(zhì)要求的提高，經(jīng)典 PID 控制技術(shù)的缺陷越來越凸現(xiàn)出來。這就是說，在控制器中僅僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例加上微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。 微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 6 2 PID 控制 PID 控制的特點(diǎn)和原理 在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。第三章主要是 整個論