【正文】 換為相應(yīng)的模擬電平（ 1 0 2 4/2 XVV REFO U T ??? ） ,其輸出極性與參考電壓一致。注意 ,二進(jìn)制最高有效位被導(dǎo)前移入。 LED 的引腳功能和連接方式 LED 數(shù)碼管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 段用于顯示數(shù)字或字符的筆畫， dp 顯示小數(shù)點，筆段及其對應(yīng)引腳排列如圖 （ a） 所示，其中 8 作 為公共端使用，接地或接電源。 （ 3）按結(jié)構(gòu)分 ： 有反射罩式、單條七段式 和 單片集成式。 （ 7） 顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實現(xiàn)紅 、 黃 、 綠 、 藍(lán) 、 橙多色發(fā)光。 （ 5） 響應(yīng)時間：其白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級， LED 燈的響應(yīng)時間為納秒級。其他類型筆畫顯示器最高可達(dá) （ 英寸）甚至達(dá)數(shù)百 mm。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 25 LED 數(shù)碼管及顯示電路 在本設(shè)計中，要通過顯示器 件 顯示出實測值與設(shè)定值 ，因此需要設(shè)計顯示 電路， 在單片機系統(tǒng)中，使用的顯示器 件 主要有 LED(Light Emitting Diode 發(fā)光二極管 )和LCD(液晶顯示器 件 )，這兩種 顯示器 件 成本低廉，配置靈活，與單片機接口簡單。可以看出只有當(dāng)片選 CS 為低電平時 ,串行輸入數(shù)據(jù)才能被移入 16位移位寄存器。 TLC5615 具有如下特點：（ 1） 10 位 CMOS 電壓輸出型 D/A；（ 2） 5V 單電源供電；（ 3） 3 線串行接口；（ 4）高阻抗參考電壓輸入；（ 5） 最大輸出電壓可達(dá)基準(zhǔn)電壓的 2 倍；（ 6）工作溫度范圍內(nèi)，輸出單調(diào)；（ 7）典型建立時間 S；（ 8）內(nèi)部上電復(fù)位；（ 9）低功耗，最大僅 。 因此， 在進(jìn)入這些休眠模式時，建議將 ADEN清零以 降低功耗。噪聲抑制器 [8]可在 ADC降噪模式及空閑模式下使用。而對于ADC由禁止?fàn)顟B(tài)啟動后的第一次 A/D轉(zhuǎn)換，則需要花費 。在轉(zhuǎn)換過程中此位保持為高，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束，然后被硬件清零。 在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，總是在啟動第一次轉(zhuǎn)換前選定通道。 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC 概述 特性：（ 1） 10位精度（ ADC5和 ADC4為 8位轉(zhuǎn)換精度 ）； （ 2） ； （ 3） 177。在不使用 ADC 時，則該引腳應(yīng)直接連接到 VCC上，需要注意 的是端口 PC PC4 的電源是由 VCC 提供。 ? PortD(PD7— PD0)： D 端口是一個 8 位的帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 端口（可位操作）。 ? PortC(PC6— PC0)： C端口是一個 7位的帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O端口（可位操作）。外部引腳定義如下： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 15 圖 ATmega8L 的 PDIP 封裝 引腳圖 ? VCC：（數(shù)字）電源 。 ? 外部（ Peripheral）性能 ： ? 2 個具有比較模式的帶預(yù)分頻的 8 位定時 /計數(shù)器 ； ? 1 個具有可預(yù)分頻的 16 位 定時 /計數(shù)器，具有比較模式和捕捉模式 ； ? 1 個具有獨立振蕩器的異步實時時鐘（ RTC） ； ? 3 個 PWM 通道 ，可實現(xiàn)任意小于 16 位 的 相位和頻率可調(diào)的 PWM 脈寬調(diào)制輸出 ； ? TQFP 和 MLF 封裝的 8 通道 ADC，其中 6 個通道為 10 位精度， 2 個通道為8 位精度 ； ? PDIP 封裝的 6 通道的 ADC，其中 4 個通道為 10 位精度 ， 2 個通道為 8 位精度； ? 1 個可編程的異步串行 USART 接口，支持同步、異步以及多機通信自動地內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 14 址識別 ； ? 雙線 CI2 串行接口，支持主 /從、收 /發(fā)四種工作方式，支持自動總線仲裁 ； ? 1 個主 /從、收 /發(fā)的 SPI 同步串行接口 ； ? 帶片內(nèi) RC 振蕩器的可編程看門狗定時器 ； ? 片內(nèi)模擬比較器 。所以對于現(xiàn)在一般的嵌入式控制應(yīng)用， AVR 單片機是一個很好的選擇。 單片機的選型 傳統(tǒng)單片機工藝及設(shè)計水平不高、功耗高、抗干擾性能差、指令周期長、執(zhí)行速度慢，最典型的代表是 C51 單片機。 圖 階躍響應(yīng)曲線 ② 用記錄儀表記錄被調(diào)量在階躍輸入下的整個變化過程曲線，如圖 所示。 （ 2） PID 參數(shù)整定方法 理論計算法 —— 依賴被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型（一般較難做到） 。 （ 4） 控制的回路數(shù) 要求控制的回路 越 多時，相應(yīng)的采樣周期越長，以使每個回路的調(diào)節(jié)算法都有足夠的時間來完成。 2．選擇采樣周期的原則 ―― 采樣定理 最大采樣周期 maxmax 21fT ? 式 （ ）式中 maxf 為信號頻率組分中最高頻率分量。 式 （ ） 稱為位置式 PID 制算法。但是積分作用太強會引起系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，此時又需要引入微分控制。 在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中， PID 控制算法的模擬 表達(dá)式 [12]為： ? ? ?????? ??? ? dt tdeTdtteTteKtu t DIp)()(1)(0 式 （ ） 式中， ??tu 為調(diào)節(jié)器的輸出信號； )(te 為偏差信號，它等于給定量與輸出量之差； pK為比例系數(shù)； IT 為積分時間常數(shù)； DT 為微分時間常數(shù)。 本設(shè)計中所設(shè)計的 智 能調(diào)節(jié)器除了具有一般的調(diào)節(jié)和顯示 功能外，還具有自診斷和報警、抗積分飽和、時鐘顯示、完善的通信等功能。該設(shè)計的智能 數(shù)字 調(diào)節(jié)器除了具有一般調(diào)節(jié)器的功能（調(diào)節(jié)、顯示、 PID 運算等）外，還具有自診斷 和報警 、抗積分飽和 、時鐘顯示、完善的通信 等 功能。嵌入式系統(tǒng)是一種軟硬件可擴充或刪減的專業(yè)計算機系統(tǒng)，它以面向應(yīng)用為主，是將計算機技術(shù)，半導(dǎo)體 技術(shù)和電子技術(shù)以及各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。目前國內(nèi)設(shè)計者已經(jīng)高度重視這一塊，針對智能數(shù)字調(diào)節(jié)器的開發(fā)也進(jìn)入高度發(fā)展時期，相信可以很快改變這一現(xiàn)狀。例如，浙大中控 集團(tuán)開發(fā)的現(xiàn)場總線式智能數(shù)字調(diào)節(jié)器以基于 HART 協(xié)議的現(xiàn)場總線替代傳統(tǒng)的 （ 420） mA變送方式，實現(xiàn)了模擬通訊向數(shù)?；旌贤ㄓ嵎绞降霓D(zhuǎn)變。 總的來說，國外產(chǎn) 品側(cè)重向?qū)ｉT系統(tǒng)和裝置的專用控制站方向發(fā)展，其產(chǎn)品具有以內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 2 下特點： 1)智能 數(shù)字調(diào)節(jié)儀表 已 發(fā)展成為專門用途的控制站。通過通用的工業(yè)現(xiàn)場總線， 數(shù)字 調(diào) 節(jié)器很容易與各種工業(yè)測控網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，發(fā)揮其獨特的測控功能。到了八十年代初，新型傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖象顯示技術(shù)、現(xiàn)代控制理論得到了廣泛應(yīng)用。 該智能調(diào)節(jié)器的核心是 ATmega8 單片機，還包括 A/D 轉(zhuǎn)換、 D/A 轉(zhuǎn)換、顯示、鍵盤、 報警、 串行通信、 PWM 脈寬調(diào)制等模塊。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 關(guān)鍵 詞 ： 智能調(diào)節(jié)器； AVR 單片機； PID 控制 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） V The Design of Intelligent Regulator Based on SCM AVR Abstract With the automation degree of modernization of industrial production is getting higher and higher, the control level and control precision39。九十年代以來，隨著微處理技術(shù)的不 斷發(fā)展，推動智能 調(diào)節(jié)器性能不斷提升。其中 YS80 系列可編程調(diào)節(jié)器僅 6 年時間銷售量就達(dá) 20 多萬臺。 2)人性化人機界面設(shè)計，可同時顯示多種信息和多種方式。主要數(shù)字調(diào)節(jié)儀表制造商有 ： 上潤精密儀器有限公司、虹潤精密儀器有限公司、廈門宇光電子技術(shù)有限公司、廈門安東電子有限公司等，其年產(chǎn)量均達(dá)到幾萬臺規(guī)模。而隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，調(diào)節(jié)器的功能不斷完善， DCS 系 統(tǒng)的各項功能己經(jīng)可以用通用微型計算機加數(shù)字調(diào)節(jié)器的組合來實現(xiàn)。在 AVR 嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計智能數(shù)字調(diào)節(jié)器，具有功耗小，功能完備、精度高、速度快、存儲容量大和功能可擴展的特點。目前雖有數(shù)字電位器可供選用，但分辨率普遍較低，抽頭數(shù)最高的如 XICOR 公司的 X9110，只有 1024 個抽頭，即 1024 級，不能適應(yīng)某種特殊要求。 調(diào)節(jié)器 控制 理論 [23]經(jīng)歷了古典控制理論 、 現(xiàn)代控制 理論 、智能控制 理論 ， 古典 控制算法又包括模擬 PID 算法和數(shù)字式 PID 算法； 現(xiàn)代控制算法包括最優(yōu)控 制、隨機控制、 自 適應(yīng)控制等；智能 控制算法包括模糊 控制 、神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、仿人智能控制、遺傳算法等 。在 實際應(yīng)用中，根據(jù)受控對象的特性和控制的性能要求，可以靈活地采用不 同的控制組合，構(gòu)成比例 (P)控制器、比例積分 (PI)控制器、比例微分 (PD)控制器或是比 例積分微 分 (PID)控制器。 數(shù)字式 PID 算法 在數(shù)字控制系統(tǒng)中， PID 控制器是通過計算機 PID 控制算法程序?qū)崿F(xiàn)的。 本設(shè)計中就是采用了增量式數(shù)字 PID 算法。在對象變化較快的場合， T 應(yīng)取得較小。計算法由于比較復(fù)雜，特別是被控系統(tǒng)各 個 環(huán)節(jié)時間常數(shù)難以確定，所以工程上用得比較少。 ② 去掉積 分 和 微分作用，逐漸增大比例度系數(shù) PK 直至系統(tǒng)對階躍輸入的響應(yīng)達(dá)到臨界振蕩狀態(tài) (穩(wěn)定邊緣 )，記下此時的臨界比例系數(shù) K 及系統(tǒng)的臨界振蕩周期 KT 。 （ 3） 歸一參數(shù) 定法 令 KTT ? ， KI TT ? ， KD TT ? 。這樣，既提高了指令執(zhí)行速度，克服了瓶頸現(xiàn) 象，增強了功能；又減少了對外設(shè)管理的開銷，相對化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本 。 ATmega8 是一個非常特殊的單片機，它的芯片內(nèi)部集成了較大容量的存儲器和豐富強大的硬件接口電路，具備 AVR 高檔單片機 MEGE 系列的全部性能和特點，但由于采用了小引腳封裝（ PDIP 為 28 和 TQFP/MLF 為 32），所以其價格僅與低檔單片機相當(dāng)，成為具有極高性價比、深受 廣大用戶喜愛的單片機。 ? 工作電壓 ： ? ～ (ATmega8L)； ? ～ (ATmega8)。 B 端口的輸出緩沖器具有雙向（輸出和吸收）大電流的驅(qū)動能力。當(dāng)復(fù)位時，即使系統(tǒng)時鐘還沒有工作， C 口仍呈現(xiàn)三態(tài)。當(dāng)復(fù)位時，即使系統(tǒng)時鐘還沒有工作， D 口仍呈現(xiàn)三態(tài)。它們的電壓由 AVCC 提供。 ADC 輸入通道及參考電源的選擇 通道和參考電源更新需在轉(zhuǎn)換開始前設(shè)置，一旦轉(zhuǎn)換開始，通道和參考電源選擇將被鎖定，以確保 ADC 有足夠的的采樣時間。因為新一次的轉(zhuǎn)換已經(jīng)自動啟動，所以當(dāng)前的轉(zhuǎn)換結(jié)果反映前一次的選擇通道，隨后的轉(zhuǎn)換將反應(yīng)新設(shè)置的通道。在此模式下， ADC將連續(xù)采樣輸入，并更新 ADC的數(shù)據(jù)寄存器；在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，無論 ADC中斷標(biāo)志位 ADIF被置位與否，第一次轉(zhuǎn)換必須通過向 ADCSRA寄存器中的 ADFR位寫“ 1” 來 啟動，第一次轉(zhuǎn)換結(jié)束之后，無論 ADC中斷標(biāo)志位 ADIF是否清零還是置位， ADC將連續(xù)地進(jìn)行逐次比較轉(zhuǎn)換。軟件可以再次將 ADSC置位，將在下一個 ADC時鐘的上升沿開始一次新的轉(zhuǎn)換。一旦 CPU處于暫停狀態(tài)， ADC就開始轉(zhuǎn)換。 圖 ADC噪聲抑制 AVCC引腳連接圖 D/A 輸出通道設(shè)計 模擬量輸出通道主要完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，簡稱 D/A 轉(zhuǎn)換。上電時，內(nèi)部 DAC 寄存器自動歸零。接著 ,CS 的上升沿將16 位移位寄存器的 10位有效數(shù)據(jù)鎖存于 10位 DAC寄存器 ,供 DAC電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換 ； 當(dāng)片選信號 CS 為高電平時 ,串行輸入數(shù)據(jù)不能被移入 16位移位寄存器。 所謂共陽方式是指筆畫顯示器各段發(fā)光管的陽極（即 P 區(qū)）是公共的，而陰極 是 互相隔離 的 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 26 （ 4）從各發(fā)光段電極連接方式分有共陽極和共陰極 兩種。如小電流時為紅色的 LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色。 （ 4） 穩(wěn)定性： 10 萬小時，光衰為初始的 50%。 圖 數(shù)碼管引腳圖 以及共陰共陽接法 LED 顯示器分類 及特點 LED 顯示器分類 如下： （ 1）按字高分：筆畫顯示器 件 字高最小有 1mm（單片集成式多位數(shù)碼管字高一般在 2～ 3mm）。 所以當(dāng) 5~1?iu V，則 20~4?OI mA。 TLC5615 的 操作時序 圖 TLC5615 時序圖