【正文】 這樣，當(dāng) ALE高電平時(shí) 74LS373直通，使 P3口輸出的低 8位地址和 P4口輸出的高位地址同時(shí)到達(dá)外部程序存貯器的地址線(xiàn)；而當(dāng) ALE降為低電平時(shí)， P3口低 8位地址被 74LS373鎖存保持，使外部程序存貯器的低 8位地址信息維持不變， P3口讀到可靠的信息。 地址鎖存器 74LS373 的應(yīng)用 74LS373是常用的地址鎖存器芯片，它實(shí)質(zhì) 上 是一個(gè)帶三態(tài)緩沖輸出的 8D觸發(fā)器 。在模式 0 中，該腳用來(lái)作數(shù)據(jù)輸入或數(shù)據(jù)輸出。 頻率為 1/2XTAL1，占空比為 50%； RD ：對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀信號(hào)輸出 。 變低時(shí)鎖存地址，并把它從地址 /數(shù)據(jù)總線(xiàn)分離開(kāi)； EA ：存儲(chǔ)器選擇輸入。16 位除法運(yùn)算（ ）。 看 門(mén) 狗（ M A X 7 0 5 ）單 片 機(jī)（ 8 0 C 1 9 6 K B ）平 滑 濾 波 V / I 轉(zhuǎn) 換4 4 鍵 盤(pán)顯 示 驅(qū) 動(dòng)（ M A X 7 2 1 9 ）L E D 8通 信 接 口（ M A X 4 8 5 ）P W MP 0 . 0P 1 . 0 ~ P 1 . 7放 大打 印 接 口接 口 卡（ R S 4 8 5 ）被 測(cè) 信 號(hào)（ m V ）4 ~ 2 0 m AP C 機(jī)0 ~ 5 V報(bào) 警P 0 . 1 圖 智能調(diào)節(jié)器硬件電路總體方框圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 18 最小單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 最小單片機(jī)系統(tǒng)就是指能使單片機(jī)工作所需的一些必備 功能 器 件 。 確切 地說(shuō)，在很多情況下其控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)或參數(shù)攝動(dòng)不敏感。 ② 微分先行 PID控制算法 為了避免給定值升降給控制系統(tǒng)帶來(lái)沖擊，如超調(diào)量過(guò)大，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作劇烈，可采用如圖 PID控制方案，它和普通 PID控制的不同之處在于，只對(duì)被控量微分 ， 不對(duì)偏差微分，也就是說(shuō)對(duì)給定值無(wú)微分作用。變速積分的積分項(xiàng)表達(dá)式為 ?????? ?? ??? )()]([)()(10 kekefjeKkukjIi () f 與偏差當(dāng)前值 )(ke 的關(guān)系可以是線(xiàn)性的或高階的，如設(shè)其為 ????????????????BAkeBAkeBA BkeABkekef)(0)()()(1)]([ () 將式 ()代入位置型 PID算式，可得變速積分 PID的完整形式 )]1()([)()]([)()()( 10 ????????? ??? ??? kekeKkekefjeKkeKku DkjIP () 變速積分 PID與普通 PID相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：完全消除了積分飽和現(xiàn)象，大大減少了超調(diào)量，適應(yīng)能力強(qiáng)，參數(shù)整定容易。 當(dāng)偏差值較小時(shí)，采用 PID控制，可保證系統(tǒng)的控制精度；當(dāng)偏差值較大時(shí)，采用 PD控制，可使超調(diào)量大幅度降低。因此，應(yīng)該根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際情況加以選擇。 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)P I D 增 量 式 算 法∫被 控 對(duì) 象r ( k ) e ( k ) u ( t ) y ( t )+△ u ( k )y ( k ) 圖 增量式 PID控制 原理框 圖 根據(jù)位置式 PID控制算法，導(dǎo)出提供增量的 PID控制算法。 (3) 微分環(huán)節(jié) 能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì) （ 變化速率 ） ，并能在偏差信號(hào) 值 變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。即 ])()(1)([)(u 0 dt tdeTdtteTteKt DtIP ??? ? () 式中： )()()( tytrte ?? ， PK 為比例增益， IT 為積分時(shí)間常數(shù)， DT 為微分時(shí)間常數(shù)。 控制算法的選擇 智能調(diào)節(jié)器 的核心是控制算法。例如 MCS51， MCS96系列單片機(jī)的時(shí)鐘頻率已擴(kuò)展至 24MHz，其中 MCS96 還具有 16 位乘 16 位和 32 位除以 16 位的除法指令，使運(yùn)算速度大為提高。因此，微處理器的選擇在本設(shè)計(jì)中就顯得尤為重要。 (2) 基本功能 ① 可進(jìn)行多通道、多參數(shù)巡回檢測(cè)； ② 能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理； ③ 提供多種形式的數(shù)據(jù)輸出 ， 可方便地與網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及其 它 設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換； ④ 可作為自動(dòng)控制的信息反饋環(huán)節(jié) ， 把檢測(cè)與控制結(jié)合起來(lái)； ⑤ 可通過(guò)改變程序或采用可編程的方法增減儀器功能和規(guī)模來(lái)適應(yīng)不同的環(huán)境和對(duì)象； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 6 ⑥ 自校準(zhǔn)、自診斷、觸發(fā)電平自動(dòng)調(diào)整、量程自動(dòng)調(diào)整和 各種報(bào)警功能 [3]。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī) ， 單片機(jī)根據(jù) 測(cè)量 值進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理 ， 可將結(jié)果送顯示和打印。 智能調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 智能調(diào)節(jié)器就是一種數(shù)字化的過(guò)程控制儀表，其外表類(lèi)似于一般的盤(pán)裝儀表，而其內(nèi)部是由微處理器（可能是 8 位的 中央處 理器 ： 280， 8085 等，也可能是各種單片機(jī)：內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 4 8051 系列、 8098 系列等）、 RAM、 ROM、模擬量與數(shù)字量 I/O 通道及獨(dú)立的電源等基本單元 組成 的一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。但這些模擬調(diào)節(jié)器都已慢慢 地 被數(shù)字調(diào)節(jié)器及更 先進(jìn) 的智能調(diào)節(jié)器所取代。 模擬 調(diào)節(jié)器的原理圖如 圖 所示 。 首先 ， 人通過(guò)視覺(jué)進(jìn)行檢測(cè) ； 然后 ， 用大腦進(jìn)行判斷和決策 ； 最后 ， 再 由 人手控制。 Regulate。 本 設(shè)計(jì) 以 高性能的 80C196KB 單片機(jī)為核心 ， 輔以必要的外圍器件， 來(lái) 完成 調(diào)節(jié)器的各項(xiàng) 功能 。 同時(shí)，本調(diào)解器還具備了初 步的智能化。 MCU。在生產(chǎn)過(guò)程中，人起到了檢測(cè)儀表、控制器、 執(zhí)行器三大作用。在該 單回路控制系統(tǒng)中，由于擾動(dòng)作用使被控變量偏離給定值，從而產(chǎn)生偏差 si xx ??? () 式中 ? —偏差； ix —測(cè)量值； sx —給定值。 數(shù)字調(diào)節(jié)器 在數(shù)字控制系統(tǒng)中，用數(shù)字調(diào)節(jié)器來(lái)替代模擬調(diào)節(jié)器?？梢哉f(shuō)除控制點(diǎn)的區(qū)別之外，它的功能與現(xiàn)場(chǎng)控制站大同小異。單片機(jī)還可把運(yùn)算結(jié)果與存儲(chǔ)器中存放的設(shè)定值進(jìn)行比較 ， 采用改進(jìn)的 PID 控制算法 ， 向執(zhí)行部件輸出控制信號(hào) ， 以將被測(cè)參數(shù)穩(wěn)定在 設(shè)定值。 智能調(diào)節(jié)器的優(yōu)越性 智能儀器與傳統(tǒng)儀表相比較： (1) 傳統(tǒng)測(cè)控儀表對(duì)于輸入信號(hào)的測(cè)量準(zhǔn)確性完全取決于儀表內(nèi)部各功能部件的精密性和穩(wěn)定性，在其內(nèi)部某些部件發(fā)生故障時(shí)仍進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果的正確性不能 保證。 微 處理器的選擇要從價(jià)格、字長(zhǎng)、輸入 /輸出的執(zhí)行速度、編程的靈活性 、尋址能力、中斷功能、直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（ DMA）能力、配套的外圍電路芯片是否豐富以及相應(yīng)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是否具備等多方面進(jìn)行綜合考慮。單片機(jī)具有較強(qiáng)的控制功能?；镜?控制 算法有 ：程序控制和順序控制； PID控制；直接數(shù)字控制；最優(yōu)控制；模糊控制；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，使用比較普遍的也是 PID控制策略。 PID 控制算法及特點(diǎn) PID 控制器的兩種主要算法 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 10 PID控制器主要有兩種算法，位置 式算法和增量式算法，下面分別討論兩種算法的特點(diǎn)。 根據(jù)遞推原理可得 )]2()1([)()1()1( 10 ???????? ??? kekeKjeKkeKku DkjIP () )]1()([)()( )]2()1(2)([)()]1()([)( ???????? ?????????? kekeKkeKkeK kekekeKkeKkekeKku DIP DIP () )2()1()()( ?????? kCekBekAeku () 其中： )1(TTTTKA DIP ???， )21( TTKB DP ??， TTKC DP? 。一般認(rèn)為，在以晶閘管或伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行器件，或?qū)刂凭纫筝^高的系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)采用位置型控制算法，而在以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或多圈電位器作執(zhí)行器件的系統(tǒng)中，則應(yīng)采用增量型控制算法。 ② 變速積分的 PID算式 在普通的 PID控制算法中，由于積分系數(shù) IK 是常數(shù)，所以，在整個(gè)控制過(guò)程中，積分增量不變。 ③ 遇限 削 弱積分 PID控制算法 該算法的基本思想是：當(dāng)控制進(jìn)入飽和區(qū)以后，便不再進(jìn)行積分項(xiàng)的累加，而只執(zhí)行削弱積分的運(yùn)算 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 15 被 控 對(duì) 象R ( s ) E ( s )Y ( s )+U ( s ))11( sTK IP ? sT D?1 圖 微分先行 PID控制 原理 框圖 其控制算式為 )]1()([)]2()1(2)([)()]1()([)(?????????????kekeTTKkekekeTTKkeTTKkekeKkuIDPDPIPP () 該算法先對(duì)輸出量微分 。 但從另一方面來(lái)講，控制算法的普適性也反映了 PID控制器在控制品質(zhì)上的局限性。 在本設(shè)計(jì)中 主要包括單片機(jī) 芯片 80C196KB、地址鎖存器 74LS37程序存儲(chǔ)器 2712靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264 及譯碼器 74LS138。許多指令既可用于雙操作數(shù)，也可用于三操作數(shù)，大大提高了指令效率，平均指令執(zhí)行時(shí)間為 1μs~2μs； (7) 可使用面向工業(yè)控制的高級(jí)語(yǔ)言 。 EA =1 時(shí)，訪問(wèn) 20xxH~3FFFH 存儲(chǔ)器單元，指向片內(nèi)EPROM/ROM。 只有在讀外部存儲(chǔ)器期間 RD 是低電平； WRL/WR ：對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀和寫(xiě)低位字節(jié)輸出。該腳也可作輸入口； PWM/：把 置 1， 腳就作 PWM 的輸出了。在單片機(jī)系統(tǒng)中為了擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，通常需要一塊 74LS373芯片。 程序存儲(chǔ)器 27128 的應(yīng)用 80C196KB 不帶程序存儲(chǔ)器，所以要加外部程序存儲(chǔ)器。 在用 373作地址鎖存器時(shí)， OE接地， LE接單片機(jī)的 ALE信號(hào)， 74LS373的數(shù)據(jù)輸入端 D0~D7接 P3口， 74LS373的數(shù)據(jù)輸出端 Q0~Q7接存儲(chǔ)器的地址線(xiàn) A0~A7。 本設(shè)計(jì)中 80C196KB 單片機(jī)與外圍設(shè)備的連接 在本設(shè)計(jì)中， 80C196KB 單片機(jī)外接 12MHz 晶振的 J J2 與 其 XTAL1 和 XTAL2腳 相連；串行接口芯片 MAX485 接在 單片機(jī)的 TXD 和 RXD 兩個(gè)引腳上；看門(mén)狗 芯片MAX705 的 RES 腳 與 單片機(jī)的 RES 腳相 連， WDI 連在 這個(gè)準(zhǔn)雙向口上；模擬量輸入通道 ACH1 接在 單片機(jī)的 腳上； D/A 轉(zhuǎn)換 結(jié)果從 PWM 腳 （ 即 ） 輸出 ； 44矩陣式鍵盤(pán) 接在 P1 口的 8 條引腳上； P3 和 P4 口引 腳作數(shù)據(jù)總線(xiàn)和地址總線(xiàn)用，與地址鎖存器 74LS37 3 線(xiàn) 8 線(xiàn)譯碼器 74LS13總線(xiàn)收發(fā)器 74LS24程序存儲(chǔ)器 27128及 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 6264 相連，實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)分離以及對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀 /寫(xiě) 等 操作。 RXD 功能靠設(shè)置 來(lái)選通。若不接晶振或諧振電路，該腳應(yīng)浮置； CLKOUT：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸出 。 必須與 VSS保持同電位； ALE/ ADV ：地址鎖存允許或地址有效輸出 。 在 12MHz 頻率輸入下，可實(shí)現(xiàn) 16 位加法運(yùn)算（ 1μs）， 16 位 16 位乘法和 16 位 247。 本設(shè)計(jì)的外圍電路包括： 44 矩陣式鍵盤(pán)；打印機(jī)接口；看門(mén)狗芯片及與上位機(jī)通信的接口芯片等?？偟膩?lái)說(shuō)， PID控制的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面： (1) 原理簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、實(shí)現(xiàn)方便 ， 是一種能夠滿(mǎn)足大多數(shù)實(shí)際需要的基本控制器； (2) 控制器適用于多種截然不同的對(duì)象，算法在結(jié)構(gòu)上具有較強(qiáng)的魯棒性 。 數(shù)字調(diào)節(jié)器輸出的微分作用能在各個(gè)周期里按照偏差變化趨勢(shì)，均勻地輸出，真正起到了微分作用，改善了控制系統(tǒng)的性能。為此，設(shè)置一系數(shù) )]([ kef ，它是 )(ke 的函數(shù)，當(dāng) )(ke 增大時(shí)， f 減小，反之增大。積分分離 PID算法可表示為 ?????? ????? ?? )]1()([)()()( 0 kekeTTjeTTkkeKku DkjIiP () 其中??? ??? %)(0 %)(1 ??je jek i 當(dāng)當(dāng) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 13 該算法的優(yōu)點(diǎn)是：縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間 。 但增量式控制也有不足之處：積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差，溢出的影響大等。 (2) 增量式 PID控制算法 增量式 PID控制算法的 原理框 圖如圖 。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) IT ， IT 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。 比 例積 分微 分被 控 對(duì) 象r ( t ) e ( t ) u ( t ) y ( t )++++