【正文】 攝氏度范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)誤差小于20度；1989年，武漢鋁廠鄭恭恒、沈協(xié)和用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)爐溫控制，采BangBang和PID相結(jié)合的算法，達(dá)到升溫速度快，超調(diào)量小的升溫效果；1997年，吉林工業(yè)大學(xué)呂俊偉、王文成、黃海東研制的模糊PI開關(guān)混合控制器用于滲炭爐溫度控制系統(tǒng)，縮短了升溫時(shí)間，大大提高了控制精度最大超調(diào)量小于1度；DESBOROUGH和MILLER在2002年的一次統(tǒng)計(jì)報(bào)告中指出，目前在美國有超過11600個有PID控制器結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)器在工業(yè)控制中應(yīng)用，有一些復(fù)雜的控制律其基本控制也用的PID控制算法，有大部分的反饋回路都是用的PID控制算法。第二，PID參數(shù)較易整定。在一些情況下針對特定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PID控制器控制得很好，但仍不可否認(rèn)PID也有其固有的缺點(diǎn)：PID在控制非線性、時(shí)變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復(fù)雜過程時(shí)，工作地不是太好。各種現(xiàn)代控制技術(shù)的出現(xiàn)并沒有減弱PID控制器的應(yīng)用,相反,新技術(shù)的出現(xiàn)對于PID控制技術(shù)的發(fā)展起了很大的作用。針對這些問題，長期以來，人們一直在尋求PID控制器參數(shù)的自動整定技術(shù)，以適應(yīng)復(fù)雜的工況和高指標(biāo)的控制要求。尤其引人注目是近些年來電氣傳動及機(jī)電控制等非自動儀表傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，又都采用了PID，可以說PID應(yīng)用領(lǐng)域已大為擴(kuò)大。 論文研究的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排在對PID控制的發(fā)展現(xiàn)狀、PID控制器的特點(diǎn)和單片機(jī)的結(jié)構(gòu)等知識的閱讀和了解，設(shè)計(jì)一個基于單片機(jī)的PID控制器。第四章主要是對電路的設(shè)計(jì)，包括電源電路、按鍵電路、顯示電路、AD轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)的復(fù)位和晶振電路。PID控制，實(shí)際中有PI和PD控制。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error）。積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會增大。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例加上微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。PID的缺陷，總體來說就是信號處理太簡單、未能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，具體說來，有四個方面： (1)產(chǎn)生誤差的方式不太合理控制目標(biāo)A在過程中可以“跳變”，但是被 控對象輸出B的變化都有慣性，不可能跳變，要求讓緩變的變量b來 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。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。其輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系為 （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；——控制器的比例放大系數(shù)； ——控制器的積分時(shí)間；——控制器的微分時(shí)間。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。影響穩(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，可以減少靜差動態(tài)性能加快系統(tǒng)速度，但會引起震蕩太小會不穩(wěn)定，太大會影響性能太大和太小都會引起超調(diào)量大，過度時(shí)間長PID 控制器是一個在工業(yè)控制應(yīng)用中常見的反饋回路部件。 PID控制的自整定PID控制器自整定技術(shù)是近2O年來受到工業(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年代中期就開發(fā)研制了相應(yīng)的自整定控制器 。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)自動整定算法。②對于多入多出被控對象，需要研究針對具有顯著耦合的多變量過程的多變量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。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。這種方法需要知道數(shù)學(xué)模型。不同的PID參數(shù)組合，有時(shí)會得到十分相近的控制結(jié)果。 系統(tǒng)的性能要求 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。，成本低。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)PAM、27根I/O線和一個8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。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。尋址范圍64K。國內(nèi)人們使用最廣泛的是MCS51系列單片機(jī)。而日本在單片機(jī)制造業(yè)方面也有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，在積極爭奪家電產(chǎn)品的大客戶。相對過去以剖析、復(fù)制外國產(chǎn)品為主的思路有了相當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。由于單片機(jī)對各行各業(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，也帶動了人類文明的不斷進(jìn)步。（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。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。更不用說家用電器，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。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。 （2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM和特殊功能寄存器SFR。 （6）一個串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。（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。*AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志。 表1 RE0,RE1選擇RS1RS0工作寄存器組片內(nèi)RAM地址00第0組00H07H01第1組08H0FH10第2組10H17H11第3組18H1FH *OV：溢出標(biāo)志。每條指令指行完畢后，都按照累加器A中“1”的 個數(shù)來決定P值，當(dāng)“1”的個數(shù)為奇數(shù)時(shí)，P=1，否則P=0。堆棧指針SP：是用來指示堆棧的起始地址。 單片機(jī)的引腳簡介單片機(jī)的40個引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。 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。 ② VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。 4. I/O線 :80C51共有4個8位并行I/O端口：P0、PPP3口，共32個引腳。 　　，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。為使單片機(jī)能自動完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機(jī)能識別和執(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)先存放在具有存儲功能的部件——存儲器中。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，用一個很簡單的電路就可以輸入一個直流穩(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。這個電路輸入的是220v的交流電，經(jīng)過全橋整流穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的+5v直流電。每次只處理一個按鍵，其間對任何按鍵的 操作對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，而且無論一次按鍵時(shí)間有多長，系統(tǒng)僅執(zhí) 行一次按鍵功能程序。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點(diǎn)是每個按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。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)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個“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極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。它的內(nèi)部是4個數(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?個數(shù)碼管，所以它有4個公共端，加上a~dp，共有12個引腳，下面便是一個共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（共陽的與之相反）。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。（2）置計(jì)數(shù)初值。 AD轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，控制或測量對象的有關(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。A/D轉(zhuǎn)換電路用來把連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字形式，即二進(jìn)制數(shù)。軟件的使用會降低模數(shù)轉(zhuǎn)換過程的速度。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。CH1：模擬輸入通道1，或作為IN+/使用。CLK：時(shí)鐘信號。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。作為單通道模擬信號輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是0—，即（5/256）V。即D/A轉(zhuǎn)換器要能把輸入的數(shù)字量的每一位都按其權(quán)值分別轉(zhuǎn)換成模擬量，然后通過運(yùn)算放大器求和相加。單電源供電，從+5V～+15V均可正常工作。③ /CS ：片選信號，低電平有效。⑦ IOUT1：電流輸出引腳1。DAC轉(zhuǎn) 換特性之一是IOUT1+IOUT2=常數(shù)。外接高精度電壓源，其電壓可正可負(fù)，可 在10V～+10V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，為芯片內(nèi)電阻網(wǎng)絡(luò)提供高精度 基準(zhǔn)電壓。因此，只 要將ILE 接+5V，/CS、/XFER、/WR1和/WR2接地， DAC0832便工作于直通方式。單片機(jī)需發(fā)送兩次寫信號 才可完成一 次完整的D/A轉(zhuǎn)換。復(fù)位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時(shí)，RC電路充電，RST引腳出現(xiàn)正脈沖，提供復(fù)位信號直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號，為了更加可靠，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)，才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。電路如上圖。后臺也可以叫做任務(wù)級。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。③提供軟件調(diào)試功能。仿真的概念其實(shí)使用非常廣，含義就是使用可控的手段來模仿的情況。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。 使用獨(dú)立的Keil仿真器時(shí)，注意事項(xiàng) * ，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。再采用Proteus和Keil 聯(lián)調(diào)來進(jìn)行系統(tǒng)軟件的仿真。圖 主程序流程圖 顯示子程序 共陰極數(shù)碼管是用高電平（“1”）點(diǎn)亮的，要求驅(qū)動功率較大。抖動過程引起電平信號的波動，有可能令CPU誤解為多次按鍵操作，從而引起錯誤處理。如果10ms 之后I/O口不為低電平，則說明是干擾信號，而不是按鍵被按下。增量式PID算法只需保持當(dāng)前時(shí)刻以前三個時(shí)刻的誤差即可。若采用增量算法，與原始值無關(guān)，易于實(shí)現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。由于自己對許多知識不熟悉浪費(fèi)了很多時(shí)間去了解，可能自己掌握知識的多少，本次論文還有很多不盡人意的地方。.《電子器件》， 2006年第03期[13] ，2003修訂版[14] 薛均義、張彥斌、 2003[15] ,2008[16] Bennett S. The Past of PID Controllers. Annual Reviews in Control, 2001,[17] Min Sen chiu。 sbit wei03 = P1^2。 ia。 } main() { while(1) { wei01 = 0。 wei01 = 1。 }}中斷程序中斷時(shí)間500微妙void main(void){ P1=0x00。 EA=1。 void KeyInit(void) { io_key_1 = 1 。 } 根據(jù)按鍵硬件連接定義按鍵鍵值 define KEY_VALUE_1 0x0d define KEY_VALUE_3 0x0b define KEY_VALUE_4 0x07 define KEY_NULL 0x0f 下面我們來編寫按鍵的硬件驅(qū)動程序。 if(io_key_4 == 0)return KEY_VALUE_4 。 sbit io_key_3 = P1^6 。 uchar j=0。j=100。return 0。 //比例常數(shù) Proportional Const double Integral。 //Error[2] } PID。 /*==================================================================================================== Initialize PID Structure PID參數(shù)初始化=====================================================================================================*/ void IncPIDInit(void) { sptrSumError = 0。 //比例常數(shù) Proportional Const sptrIntegral = 0。 //當(dāng)前誤差 iError = sptrSetPoint NextP