【正文】 ************************************This program was produced by theCodeWizardAVR ProfessionalAutomatic Program GeneratorCopyright 19982006 Pavel Haiduc, HP InfoTech .Project : PID實(shí)驗(yàn)Version : Date : 2011323Author : F4CG Company : F4CG Comments: Chip type : ATmega8LProgram type : ApplicationClock frequency : MHzMemory model : SmallExternal SRAM size : 0Data Stack size : 256*****************************************************/include bit ReadU=0。存在的缺陷：雖然本控制系統(tǒng)已經(jīng)制作完成，但還存在一定的缺陷，主要問(wèn)題有：⑴ 由于設(shè)計(jì)過(guò)程中為了簡(jiǎn)化，反饋端的A/D轉(zhuǎn)換直接連接VCC作為基準(zhǔn)電壓，可能造成一定的偏差，但主要是因?yàn)橄到y(tǒng)未加入積分環(huán)節(jié)，因此角度控制還存在一定的誤差，控制精度還有待提高，控制部分中若能加上積分環(huán)節(jié)可消除系統(tǒng)的靜差。目前，整個(gè)控制系統(tǒng)通過(guò)反復(fù)的測(cè)試和調(diào)試，各個(gè)功能部件運(yùn)行良好，基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)和功能要求。角度控制是控制器的核心，其設(shè)計(jì)的好壞，將影響整個(gè)控制器的性能優(yōu)劣。因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)確定硬件沒(méi)有問(wèn)題了，所以，在軟件調(diào)試的時(shí)候可以結(jié)合硬件來(lái)在線調(diào)試，這樣很直觀，而且發(fā)現(xiàn)問(wèn)題也很容易。則應(yīng)該是軟件部分即程序方面的問(wèn)題。單片機(jī)輸出符合要求后，連接上舵機(jī)，觀察舵機(jī)是否在指定位置停住轉(zhuǎn)動(dòng)，若在指定位置左右來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明PD參數(shù)沒(méi)調(diào)好；若舵機(jī)一直轉(zhuǎn)到盡頭停不下來(lái)則說(shuō)明舵機(jī)反饋端斷開(kāi)，或者單片機(jī)讀不到正確的A/D轉(zhuǎn)換值。若輸出電壓大小不符合要求，則說(shuō)明驅(qū)動(dòng)芯片有問(wèn)題。 ⑷ 檢查電源輸入端與公共接地端間有否短路在通電前，還需用萬(wàn)用表檢查電源輸入端與地之間是否存短路，若有則須進(jìn)一步檢查其原因。檢查連線可以直接對(duì)照電路原理圖進(jìn)行，但若電路中布線較多，則可以以元器件（如運(yùn)放、三極管）為中心，依次檢察查其引腳的有關(guān)連線，這樣不僅可以查出錯(cuò)接或少接的線，而且也較易發(fā)現(xiàn)多余的線。利用VB編寫(xiě)的上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)通過(guò)單片機(jī)而對(duì)舵機(jī)進(jìn)行角度控制，并能通過(guò)設(shè)置地址選擇多路舵機(jī)。 程序編寫(xiě)、調(diào)試完畢，執(zhí)行菜單“運(yùn)行/啟動(dòng)”命令或單擊工具欄快捷按鈕“啟動(dòng)”運(yùn)行程序?？丶ㄐ挪襟E：⑴ 加入通信部件，也就是MSComm對(duì)象；⑵ 設(shè)置通信端口號(hào)碼，即Commport屬性；⑶ 設(shè)置通信協(xié)議，即HandShaking屬性；⑷ 設(shè)置傳輸速度等參數(shù)，即Settings屬性；⑸ 設(shè)置其他參數(shù)，若必要時(shí)在加上其他的屬性設(shè)置；⑹ 打開(kāi)通信端口，即PortOpen屬性設(shè)成True。⑿ CommEvent：這是一個(gè)非常重要的屬性。⑽ OutBufferCount：設(shè)置或返回發(fā)送緩沖區(qū)中等待計(jì)算機(jī)發(fā)送的字符數(shù)。⑻ Input：從接收緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)并清空該緩沖區(qū)，該屬性設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)效，運(yùn)行時(shí)只讀。⑹ InBufferSize：設(shè)置或返回接收緩沖區(qū)的大小，缺省值為1024字節(jié)。⑷ InputMode：設(shè)置或返回接收數(shù)據(jù)的類(lèi)型。⑵ Settings：以字符串的形式設(shè)置或返回串口通信參數(shù)。利用MSComm控件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通信的關(guān)鍵是理解并正確設(shè)置MSComm控件眾多屬性和方法。本文的兩個(gè)例子均采用該方式。它不但保留了原先Basic語(yǔ)言的全部功能，而且還增加了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)功能。 仿真結(jié)果（發(fā)送格式正確） 仿真結(jié)果（發(fā)送格式錯(cuò)誤） 上位機(jī)目前，在許多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，上、下位機(jī)分工明確，作為下位機(jī)核心器件的單片機(jī)往往只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和通信，而上位機(jī)通常以基于圖形界面的Windows核心為操作平臺(tái)，為便于查詢和保存數(shù)據(jù)，還需要數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，這種應(yīng)用的核心是數(shù)據(jù)通信，它包括單片機(jī)和上位機(jī)之間、客戶端和服務(wù)器之間以及客戶端和客戶端之間的通信，而單片機(jī)和上位機(jī)之間數(shù)據(jù)通信則是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。Kd=“OK”,錯(cuò)誤即回顯“Error”。0xff。 OCR1AL=uamp。 //靜態(tài)變量 asm(sei) TCNT0=50。 //位置型PD算法 if(us2500) us=2500。 y=read_adc(3)。 發(fā)送控制量指令“” ：?jiǎn)纹瑱C(jī)收到此指令后，即將實(shí)時(shí)角度（即A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果y）發(fā)送到上位機(jī)。⑷ 串口通信子程序，將串口初始化為：波特率9600、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無(wú)校驗(yàn)位，單片機(jī)發(fā)送采用查詢方式，接收采用中斷方式。 定時(shí)器的詳細(xì)說(shuō)明在第2章。⑷ 合理規(guī)劃程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，為功能的擴(kuò)展預(yù)留空間，方便今后系統(tǒng)的功能完善和軟件升級(jí)。 主程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)在論述具體的軟件程序設(shè)計(jì)之前，先對(duì)軟件設(shè)計(jì)的原則、方法等軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)作簡(jiǎn)要的闡述，這是進(jìn)行軟件程序設(shè)計(jì)的依據(jù)和手段。本章介紹了硬件設(shè)計(jì)的總體思路，由于系統(tǒng)硬件比較簡(jiǎn)單，只有單片機(jī)模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊，制作也較為簡(jiǎn)單，然而細(xì)節(jié)問(wèn)題還是不容小視的，一開(kāi)始由于沒(méi)有考慮到兩個(gè)模塊的共地問(wèn)題而作了不少的無(wú)用功，因此我深刻的懂得了每一個(gè)細(xì)節(jié)部分都要細(xì)心，要有耐心的道理。該串行接口包括引腳SCK(時(shí)鐘信號(hào))、MOSI(輸入)、和MISO(輸出)。⑷ 求r與y的差值作為PD的控制值；⑸ 將PD控制的結(jié)果u送到T1定時(shí)器的輸出比較寄存器OCR1A和OCR1B， OC1A和OC1B輸出PWM信號(hào)控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；⑹ 當(dāng)上位機(jī)發(fā)送一個(gè)命令‘’，單片機(jī)即將實(shí)時(shí)角度（即A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果y）發(fā)送到上位機(jī)。EN使能端為高電平時(shí)，相應(yīng)端口輸入信號(hào)有效；反之，則輸入信號(hào)無(wú)效。選擇一路I/O口，經(jīng)反向器74HC14分別接IN1和IN2引腳，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。L293D通過(guò)內(nèi)部邏輯生成使能信號(hào)。 LG9110管腳定義 LG9110管腳波形圖 應(yīng)用電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L293D美國(guó)德州儀器（Texas Instruments）生產(chǎn)的微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路芯片，支持Vcc ~36V，最大輸出電流為1A。在異步傳送方式中，字符是按幀格式進(jìn)行發(fā)送的。宜選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯片。 MAX232芯片引腳描述及其應(yīng)用： MAX232芯片引腳圖本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送引腳選用的是T21N,R21N,R2OUT,T2OUT四個(gè)引腳，其中T21N、R2OUT與標(biāo)準(zhǔn)的RS232C接口相連。RS232C的全稱(chēng)是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE) 和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE) 之間的串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”,，MAX232芯片是專(zhuān)門(mén)為電腦的RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片, 。3. 串口通信系統(tǒng)需要接收上位機(jī)設(shè)置的角度的數(shù)據(jù)，并把下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)。圖中柱狀的 TCNT1 表示這是雙邊斜坡操作。 PWM 分辨率位數(shù)可用下式計(jì)算：工作于相位修正 PWM 模式時(shí)，計(jì)數(shù)器的數(shù)值一直累加到固定值 0x00FF、 0x01FF、0x03FF (WGM13:0 = 2或3)、ICR1 (WGM13:0 = 10)或OCR1A (WGM13:0 = 11)，然后改變計(jì)數(shù)方向。與單斜坡操作相比，雙斜坡操作可獲得的最大頻率要小。與相位和頻率修正模式類(lèi)似，此模式基于雙斜坡操作。 COM1x1:0 控制 PWM 輸出是否為反極性。但此時(shí) OCR1A 是雙向緩沖的， TOP 值可在運(yùn)行中得到改變。雙緩沖輸出比較寄存器 OCR1A/B 一直與 T/C 的值做比較。本系統(tǒng)采用內(nèi)部16位定時(shí)器T1來(lái)產(chǎn)生兩路PWM信號(hào)。也就是說(shuō)，讀取 ADCL 之后，即使在讀 ADCH 之前又有一次 ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)束，數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)也不會(huì)更新，從而保證了轉(zhuǎn)換結(jié)果不丟失。通過(guò)設(shè)置 ADCSRA寄存器的 ADEN 即可啟動(dòng) ADC。最小值代表GND，最大值代表AREF引腳上的電壓再減去1 LSB。 。單端電壓輸入以 0V (GND) 為基準(zhǔn)。 A/D轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)：⑴ 10 位 精度⑵ LSB 的非線性度⑶ 177。注意，端口C (5..4)為數(shù)字電源， VCC。持續(xù)時(shí)間小于門(mén)限時(shí)間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。⑸ PC6/RESET 若 RSTDISBL 熔絲位編程，PC6作為 I/O 引腳使用。通過(guò)時(shí)鐘選擇熔絲位的設(shè)置， PB6 可作為反向振蕩放大器或時(shí)鐘操作電路的輸入端。 ATmega8L PDIP封裝⑴ VCC 數(shù)字電路的電源。② 空閑模式: mA。 08 MHz (ATmega8L)。② 28引腳PDIP封裝 ,32 引腳TQFP封裝 ,32 引腳 MLF封裝。 ③ 片內(nèi)/片外中斷源。⑩ 面向字節(jié)的兩線接口；片內(nèi)模擬比較器 。⑥ TQFP 與MLF封裝的 8 路ADC。② 一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。⑧ 1K 字節(jié)的片內(nèi)SRAM。④ 通過(guò)片上Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程。⑵ 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。③ 32 個(gè)8 位通用工作寄存器。其主要特點(diǎn)如下：⑴ 高性能、低功耗的 8 位 AVR174。 　 ⑷ 有功能強(qiáng)大的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及通訊接口 　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器T/C有8位和16位,可用作比較器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。它具有不可破解的位加密鎖Lock Bit技術(shù)，保密位單元深藏于芯片內(nèi)部，無(wú)法用電子顯微鏡看到。 　　其次，AVR單片機(jī)耗能低。 　　② 多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快。 　　再次，AVR單片機(jī)費(fèi)用低廉。單片機(jī)初學(xué)者只需一條ISP下載線，把編輯、調(diào)試通過(guò)的軟件程序直接在線寫(xiě)入AVR單片機(jī)，即可以開(kāi)發(fā)AVR單片機(jī)系列中的各種封裝的器件。由于8051本身結(jié)構(gòu)的先天性不足及近年來(lái)各種采用新型結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的單片機(jī)的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)在的單片機(jī)市場(chǎng)百花齊放。⑵ 僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。 增量式PID算法 數(shù)字PID是在模擬PID算法的基礎(chǔ)上，用差分方程式代替連續(xù)方程，所以模擬PID算法中許多行之有效的方法都可以用在數(shù)字PID運(yùn)算中。加大可以減小系統(tǒng)靜差，但過(guò)大的時(shí)候，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能變壞，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。 PID控制系統(tǒng)原理圖 (11) (12)積分控制能對(duì)誤差進(jìn)行記憶并積分，有利于消除靜差。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。本設(shè)計(jì)就是利用模擬舵機(jī)的機(jī)械部分，運(yùn)用單片機(jī)和電位器的閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行角度控制，主要用到PD控制，采用電位器進(jìn)行角度檢測(cè)，由單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理，輸出PWM脈沖信號(hào)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到所設(shè)定的角度。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是發(fā)一個(gè)控制信號(hào)給舵機(jī)，經(jīng)過(guò)電路板判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再驅(qū)動(dòng)馬達(dá)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過(guò)減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由電位器檢測(cè)送回信號(hào)，判斷是否已經(jīng)達(dá)到指定位置。1 舵機(jī)控制系統(tǒng)概述舵機(jī)，又名伺服電機(jī)，主要是由外殼馬達(dá)、減速齒輪和電位器構(gòu)成。人工智能的出現(xiàn)和發(fā)展，促進(jìn)了自動(dòng)控制向更高的層次，即智能控制發(fā)展。首先，這些控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析都是建立在精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上的，但是各個(gè)領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)控制系統(tǒng)控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)、定性與自適應(yīng)能力的要求越來(lái)越高，被控對(duì)象或過(guò)程的非線性、時(shí)變性、多參數(shù)點(diǎn)的強(qiáng)烈耦合、較大的隨機(jī)擾動(dòng)、各種不確定性以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試手段不完善等，使難以按數(shù)學(xué)方法建立被控對(duì)象的精確模型；其次，為了提高控制的性能，整個(gè)控制系統(tǒng)變得極其復(fù)雜，增加了設(shè)備的投資，降低了系統(tǒng)的可靠性。于是舵機(jī)在機(jī)器人關(guān)節(jié)控制和航模轉(zhuǎn)舵控制等需要精確控制而又沒(méi)有很高載荷的系統(tǒng)中就顯得十分經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在航空航天儀器、雷達(dá)、導(dǎo)彈、智能自適應(yīng)儀器、各種武器電子和抗惡劣環(huán)境電子等系統(tǒng)中也得到廣泛應(yīng)用。它是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)[1]，減速齒輪組由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，其終端（輸出端）帶動(dòng)一個(gè)線性的比例電位器作位置檢測(cè)，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號(hào)比較，產(chǎn)生調(diào)整脈沖，并驅(qū)動(dòng)馬達(dá)正向或反向地轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令調(diào)整脈沖趨于為0，從而達(dá)到使舵機(jī)精確定位的目的。其次，舵機(jī)馬達(dá)能以更高的頻率響應(yīng)控制信號(hào)，而且“死區(qū)”（無(wú)響應(yīng)區(qū)）變小；反應(yīng)變得更快；加速和減速時(shí)也更迅速、更柔和；運(yùn)轉(zhuǎn)精度以及舵機(jī)鎖位能力也更強(qiáng)。PID控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。加大可以減小系統(tǒng)靜差，但過(guò)大的時(shí)候，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能變壞，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例控制的缺點(diǎn)是對(duì)于具有自平衡的性的被控對(duì)象存在靜差。微分控制能對(duì)誤差進(jìn)行微分，得出誤差的變化趨勢(shì)，增大微分作用可加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)