【正文】 ************************************This program was produced by theCodeWizardAVR ProfessionalAutomatic Program GeneratorCopyright 19982006 Pavel Haiduc, HP InfoTech .Project : PID實驗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，主要問題有：⑴ 由于設(shè)計過程中為了簡化，反饋端的A/D轉(zhuǎn)換直接連接VCC作為基準電壓，可能造成一定的偏差，但主要是因為系統(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，整個控制系統(tǒng)通過反復(fù)的測試和調(diào)試，各個功能部件運行良好，基本達到了預(yù)期的設(shè)計目標和功能要求。角度控制是控制器的核心，其設(shè)計的好壞，將影響整個控制器的性能優(yōu)劣。因為前面已經(jīng)確定硬件沒有問題了，所以，在軟件調(diào)試的時候可以結(jié)合硬件來在線調(diào)試，這樣很直觀，而且發(fā)現(xiàn)問題也很容易。則應(yīng)該是軟件部分即程序方面的問題。單片機輸出符合要求后，連接上舵機，觀察舵機是否在指定位置停住轉(zhuǎn)動，若在指定位置左右來回轉(zhuǎn)動，說明PD參數(shù)沒調(diào)好；若舵機一直轉(zhuǎn)到盡頭停不下來則說明舵機反饋端斷開，或者單片機讀不到正確的A/D轉(zhuǎn)換值。若輸出電壓大小不符合要求，則說明驅(qū)動芯片有問題。 ⑷ 檢查電源輸入端與公共接地端間有否短路在通電前，還需用萬用表檢查電源輸入端與地之間是否存短路，若有則須進一步檢查其原因。檢查連線可以直接對照電路原理圖進行，但若電路中布線較多，則可以以元器件（如運放、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接或少接的線，而且也較易發(fā)現(xiàn)多余的線。利用VB編寫的上位機實現(xiàn)了PC機通過單片機而對舵機進行角度控制，并能通過設(shè)置地址選擇多路舵機。 程序編寫、調(diào)試完畢，執(zhí)行菜單“運行/啟動”命令或單擊工具欄快捷按鈕“啟動”運行程序?？丶ㄐ挪襟E：⑴ 加入通信部件，也就是MSComm對象；⑵ 設(shè)置通信端口號碼，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)，若必要時在加上其他的屬性設(shè)置；⑹ 打開通信端口，即PortOpen屬性設(shè)成True。⑿ CommEvent：這是一個非常重要的屬性。⑽ OutBufferCount：設(shè)置或返回發(fā)送緩沖區(qū)中等待計算機發(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)計時無效，運行時只讀。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控件實現(xiàn)計算機通信的關(guān)鍵是理解并正確設(shè)置MSComm控件眾多屬性和方法。本文的兩個例子均采用該方式。它不但保留了原先Basic語言的全部功能，而且還增加了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計功能。 仿真結(jié)果（發(fā)送格式正確） 仿真結(jié)果（發(fā)送格式錯誤） 上位機目前，在許多單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，上、下位機分工明確，作為下位機核心器件的單片機往往只負責(zé)數(shù)據(jù)采集和通信，而上位機通常以基于圖形界面的Windows核心為操作平臺，為便于查詢和保存數(shù)據(jù)，還需要數(shù)據(jù)庫的支持，這種應(yīng)用的核心是數(shù)據(jù)通信，它包括單片機和上位機之間、客戶端和服務(wù)器之間以及客戶端和客戶端之間的通信，而單片機和上位機之間數(shù)據(jù)通信則是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。Kd=“OK”,錯誤即回顯“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“” ：單片機收到此指令后，即將實時角度（即A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果y）發(fā)送到上位機。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、無校驗位，單片機發(fā)送采用查詢方式，接收采用中斷方式。 定時器的詳細說明在第2章。⑷ 合理規(guī)劃程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)，為功能的擴展預(yù)留空間，方便今后系統(tǒng)的功能完善和軟件升級。 主程序設(shè)計要點在論述具體的軟件程序設(shè)計之前，先對軟件設(shè)計的原則、方法等軟件設(shè)計要點作簡要的闡述，這是進行軟件程序設(shè)計的依據(jù)和手段。本章介紹了硬件設(shè)計的總體思路，由于系統(tǒng)硬件比較簡單，只有單片機模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊，制作也較為簡單，然而細節(jié)問題還是不容小視的，一開始由于沒有考慮到兩個模塊的共地問題而作了不少的無用功，因此我深刻的懂得了每一個細節(jié)部分都要細心，要有耐心的道理。該串行接口包括引腳SCK(時鐘信號)、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定時器的輸出比較寄存器OCR1A和OCR1B， OC1A和OC1B輸出PWM信號控制舵機的轉(zhuǎn)動；⑹ 當(dāng)上位機發(fā)送一個命令‘’，單片機即將實時角度（即A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果y）發(fā)送到上位機。EN使能端為高電平時，相應(yīng)端口輸入信號有效；反之，則輸入信號無效。選擇一路I/O口，經(jīng)反向器74HC14分別接IN1和IN2引腳，控制電機的正反轉(zhuǎn)。L293D通過內(nèi)部邏輯生成使能信號。 LG9110管腳定義 LG9110管腳波形圖 應(yīng)用電路 電機驅(qū)動芯片L293D美國德州儀器（Texas Instruments）生產(chǎn)的微型電機驅(qū)動集成電路芯片，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四個引腳，其中T21N、R2OUT與標準的RS232C接口相連。RS232C的全稱是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE) 和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE) 之間的串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”,，MAX232芯片是專門為電腦的RS232標準串口設(shè)計的一款兼容RS232標準的芯片, 。3. 串口通信系統(tǒng)需要接收上位機設(shè)置的角度的數(shù)據(jù)，并把下位機的數(shù)據(jù)傳到上位機。圖中柱狀的 TCNT1 表示這是雙邊斜坡操作。 PWM 分辨率位數(shù)可用下式計算：工作于相位修正 PWM 模式時，計數(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 OCR1A 是雙向緩沖的， TOP 值可在運行中得到改變。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位定時器T1來產(chǎn)生兩路PWM信號。也就是說，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)也不會更新，從而保證了轉(zhuǎn)換結(jié)果不丟失。通過設(shè)置 ADCSRA寄存器的 ADEN 即可啟動 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。 A/D轉(zhuǎn)換器特點：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)時間小于門限時間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，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。通過時鐘選擇熔絲位的設(shè)置， PB6 可作為反向振蕩放大器或時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 一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16 位定時器 /計數(shù)器。⑧ 1K 字節(jié)的片內(nèi)SRAM。④ 通過片上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)存儲器。③ 32 個8 位通用工作寄存器。其主要特點如下：⑴ 高性能、低功耗的 8 位 AVR174。 　 ⑷ 有功能強大的定時器/計數(shù)器及通訊接口 　　定時/計數(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，無法用電子顯微鏡看到。 　　其次，AVR單片機耗能低。 　　② 多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快。 　　再次，AVR單片機費用低廉。單片機初學(xué)者只需一條ISP下載線，把編輯、調(diào)試通過的軟件程序直接在線寫入AVR單片機，即可以開發(fā)AVR單片機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各種采用新型結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的單片機的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)在的單片機市場百花齊放。⑵ 僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。 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運算中。加大可以減小系統(tǒng)靜差，但過大的時候，會使系統(tǒng)的動態(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)積分控制能對誤差進行記憶并積分，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、微分計算出控制量進行控制的。它以其結(jié)構(gòu)簡單、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)計就是利用模擬舵機的機械部分，運用單片機和電位器的閉環(huán)系統(tǒng)進行角度控制，主要用到PD控制，采用電位器進行角度檢測，由單片機對其進行處理，輸出PWM脈沖信號控制舵機轉(zhuǎn)動到所設(shè)定的角度。簡單的說就是發(fā)一個控制信號給舵機，經(jīng)過電路板判斷轉(zhuǎn)動方向，再驅(qū)動馬達開始轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由電位器檢測送回信號，判斷是否已經(jīng)達到指定位置。1 舵機控制系統(tǒng)概述舵機，又名伺服電機，主要是由外殼馬達、減速齒輪和電位器構(gòu)成。人工智能的出現(xiàn)和發(fā)展，促進了自動控制向更高的層次，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，但是各個領(lǐng)域?qū)ψ詣涌刂葡到y(tǒng)控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)、定性與自適應(yīng)能力的要求越來越高，被控對象或過程的非線性、時變性、多參數(shù)點的強烈耦合、較大的隨機擾動、各種不確定性以及現(xiàn)場測試手段不完善等，使難以按數(shù)學(xué)方法建立被控對象的精確模型；其次，為了提高控制的性能，整個控制系統(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。于是舵機在機器人關(guān)節(jié)控制和航模轉(zhuǎn)舵控制等需要精確控制而又沒有很高載荷的系統(tǒng)中就顯得十分經(jīng)濟實用，在航空航天儀器、雷達、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。它是一個典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)[1]，減速齒輪組由馬達驅(qū)動，其終端（輸出端）帶動一個線性的比例電位器作位置檢測，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標轉(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比較，產(chǎn)生調(diào)整脈沖，并驅(qū)動馬達正向或反向地轉(zhuǎn)動，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，從而達到使舵機精確定位的目的。其次，舵機馬達能以更高的頻率響應(yīng)控制信號，而且“死區(qū)”（無響應(yīng)區(qū)）變?。环磻?yīng)變得更快；加速和減速時也更迅速、更柔和；運轉(zhuǎn)精度以及舵機鎖位能力也更強。PID控制器作為最早實用化的控制器已有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，實際中也有PI和PD控制。加大可以減小系統(tǒng)靜差，但過大的時候，會使系統(tǒng)的動態(tài)性能變壞，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例控制的缺點是對于具有自平衡的性的被控對象存在靜差。微分控制能對誤差進行微分，得出誤差的變化趨勢，增大微分作用可加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)