【正文】 80C196KB的 P3口用作數(shù)據(jù)地址復(fù)用總線，其先傳送地址碼的低 8位，而后再傳送 8位的數(shù)據(jù)碼。 27128 有 14 條地址線 A0~A13， 8 條 數(shù)據(jù)輸出線O0~O7， CE 為片選線， OE 為數(shù)據(jù)輸出允許線， PGM 為編程脈沖輸入端， Vpp 為編程電1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAVCCP1.7P1.6P1.5WRRDA 1 5A 1 4A 1 3A 1 2A 1 1A 1 0A9A8D7D6D5D4D3D2D1D0J2 J1GNDVCCACH1GNDPWMHSO.3HSO.2HSO.1HSO.0HSI.3STBWDIGNDALEVPPVCCG N DA L EA0A1A2A3A4A5A6A7A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1 021A 1 123A 1 22A 1 326CE20OE22P G M27V P P1D011D112D213D315D416D517D618D719I C 527 1 28A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A 1 0A 1 1A 1 2A 1 3D0D1D2D3D4D5D6D7A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1 021A 1 123A 1 22C S 120C S 226WE27OE22D011D112D213D315D416D517D618D719I C 662 6 4A0A1A2A3A4A5A6A7A8。這時， ALE鎖存信號為高，地址碼即進入鎖存器，而后 ALE鎖存信號變低，地址碼便被鎖存在鎖存器的輸出端，與 P4口送出的高 8位地址碼組成完整的16位地址碼。在本設(shè)計中用于接 44 矩陣式鍵盤； ~ 和 ~：有 2 種功能： ① 具有開漏輸出特性的雙向口； ② 訪問外部存儲器時，作為系統(tǒng)總線（ AD0~AD15）。在模式 0 中，該腳作串行時鐘輸出用。正常操作時，輸入高電平， RES 腳有內(nèi)部上拉； XTAL1：振蕩器反相器和內(nèi)部實時鐘發(fā)生器的輸入。 80C196KB 的引腳介紹 80C196KB 是 Intel公司的 CHMOS 型 16 位單片機 8XC196XX 系列的一種。 80C196KB 的特點 本設(shè)計所使用的 80C196KB 單片機其主 要性能特點如下： (1) 高性能的 16 位 CPU，主頻 12MHz，采用了寄存器堆運算邏輯部件（ RALU）。由圖可見，被測 電壓 信號 通過放大電路 進行放大 ，變成 0~5V 信號后 ，從 口輸入 到 單片機 80C196KB。當對象 t很大時，常規(guī) PID控制難以適應(yīng)，控制過程嚴重超調(diào)，穩(wěn)定性甚差，可以應(yīng)用 Smith預(yù)估控制， 其原理框圖 如圖 。為了克服這一缺點，同時又要使微分作用有效，可以在 PID控制輸出串入一階慣性環(huán)節(jié)，這就組成了不完全微分 PID調(diào)節(jié)器， 其原理框圖 如圖 。 變速積分 PID較好 地 解決了這一問題 。特別對于溫度、成分等變化緩慢的過程，這一現(xiàn)象更為嚴重。 此外，當計算機發(fā)生故障時，由于輸出通道或執(zhí)行裝置具有信號內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 的鎖存作用，故仍然 能 保持原值； ③ 算式中不需要累加 。 在位置型算法中，由于全量輸出，所以每次輸出均與原來的位置量有關(guān)，計算時要對 e(k)進行累加，容易造成積分飽和，計算機運算工作量很大。 偏差一旦產(chǎn)生，控制 器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。 常規(guī)的 PID控制系統(tǒng) 原理 框圖如圖 ，系統(tǒng)主要由 PID控制器和被控對象組成。相對于 增強型的 MCS51， MCS96 系列單片機內(nèi)還具有 A/D 轉(zhuǎn)換 和 D/A 轉(zhuǎn)換脈寬調(diào)制輸出。目前，微處理器正 向著兩個方向發(fā)展 ： 一是研制功能更 強，速度更快的 16位、 32 位、 64 位高檔微處理器以及與其相配套的存儲器和 I/O 接口芯片 ； 二是在一塊芯片上集成多種功能的電路，構(gòu)成完整的單片微型計算機。自檢一般可分為開機自檢、周期性自檢和鍵控自檢三類 ； (4) 智能儀器內(nèi)含單片機，可充分利用單片機對于數(shù)據(jù)的處理能力，最大限度地消除儀器的 各種 誤差。監(jiān)控程序面向調(diào)節(jié)器的鍵盤和顯示器 ， 幫助實現(xiàn)從鍵盤輸入數(shù)據(jù)或進行功能設(shè)置、控制 ， 完成顯示器對處理后的數(shù)據(jù)以數(shù)字、字符、圖形等形式顯示的任務(wù)；接口管理程序主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、通信等任務(wù)；數(shù)據(jù)處理程序主要完成數(shù)據(jù)濾波、運算、分析等任務(wù)。 若信號的大小與 A/D 轉(zhuǎn)換的輸入范圍不一致 ， 須進行電平轉(zhuǎn)換 ， 必要時要加程控增益放大器對信號分段放大以保證轉(zhuǎn)換精度。 智能調(diào)節(jié)器 微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展 ， 引起了調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的根本性變革。 習(xí)慣上稱 ? 0 為正偏差； ? 0 為負偏差。 隨著微機、微處理器技術(shù)的迅速發(fā)展，把微機、微處理器引入儀表，代替人的分析、判斷、決策功能，充分利用了其運算速度快和邏輯判斷能力強等優(yōu)點，既能完成常規(guī)儀表所實現(xiàn)的自動控制，又能解決常規(guī)調(diào)節(jié)器 只 能 控制一個參數(shù) 而 無法運行較復(fù)雜的信息交換的問題，還可以進行集中控制和集中管理?；趩纹瑱C的智能調(diào)節(jié)器就是這樣一種新型儀表。 關(guān)鍵詞： 智能儀器 ； 調(diào)節(jié)； 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 ） II The Design of Intelligent Regulator Based on MCU Abstract Intelligent instrument is a kind of intelligent measuring and controlling system that bines puter technology and measuring and controlling technology with MCU being its main body. Intelligent instrument has many strongpoints which traditional instrument hasn’t, such as automatic operation, data processing and friendly manmachine conversation function. So, it can be applied widely in all kinds of fields. With the rapid development of microelectronics and information technology, intelligent instrument will develop in micromation, multifunctional and work direction. This design take the highperformance MCU 80C196KB as the core, and auxiliary by necessary periphery ponent, to plete the regulator39。 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目： 基于單片機的智能調(diào)節(jié)器設(shè)計 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） I 基于單片機的智能調(diào)節(jié)器設(shè)計 摘 要 智能儀器就是以單片機為主體，將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合在一起而組成的“智能化測量控制系統(tǒng)”。最后，針對設(shè)計中的問題和不足，提出了一些建議和改進方法。這種新型儀表與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比 ， 其功能特點、集成化程度、智能化程度都有顯著提高 ， 適應(yīng)了時代的發(fā)展。采用模擬或數(shù)字控制器對生產(chǎn)過程的某一或某些 物理 參數(shù)進行自動控制， 稱為 過程控制。 調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律就是指調(diào)節(jié)器的輸出信號與輸入偏差之間隨時間的變化規(guī)律。 數(shù)字調(diào)節(jié)器具有與常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器同樣的外部特性，其輸入 /輸出信號制與 DDZⅢ型電動單元 組合 儀表相同 （ 輸入信號 1~5V，輸出信號 4~20mA）； 保持 了 常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器的操作方式 ， 正反板幾乎相同，其指示表頭和操作鍵盤的布置也相差不大 ； 采用了微計算機及其配套芯片，在不增加任何外電路芯片的情況下，即可通過編制適 當用戶程序，方便 地 增加調(diào)節(jié)器功能 ， 功能價格比 較 高 ； 提供 了 通訊功能 。 單 片 機 系 統(tǒng)信 號 調(diào) 理傳 感 器 控 制 輸 出 圖 智能調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)原理圖 (1) 硬件部分 由于被測 參數(shù) 多為非電量 ， 利用傳感器將測到的非電量轉(zhuǎn)換為電信號 ， 大多數(shù)傳感器產(chǎn)生的信號都很微弱 ， 通常只有 μV或 mV 量級 ， 必須用高輸入阻抗的運算放大器對它們進行放大 ， 使達到一定的幅 值， 還要進行濾波 ， 濾除 各種干擾 信號 。 (2) 軟件部分 主要包括監(jiān)控程序、接口管理程序和數(shù)據(jù)處理程序三大部分。所謂自檢，就是儀器對其自身各主要部 件進行的一種自我檢測過程，目的是檢查各部件的狀態(tài)是否正常，以保證 儀表的正常運行 。因此，我們在設(shè)計新產(chǎn)品時應(yīng)盡量采用新器件以優(yōu)化設(shè)計方案。 例如 MCS51 含有 32 線并行 I/O 接口、兩個 16 位定時 /計數(shù)器、一個全雙工的串行口和一個內(nèi)部 RAM 區(qū)等部件，從而大大簡化了儀器的硬件結(jié)構(gòu)，降低了儀器的造價。 PID 控制 的 基本原理 PID控制器本身是一種基于對 “ 過去 ” 、 “ 現(xiàn)在 ” 和 “ 未來 ” 信息估計的簡單控制算法。 簡單來說， PID控制 器 各校正環(huán)節(jié)的作用如下 ： (1) 比例環(huán)節(jié) 及時成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號 e(t)?，F(xiàn)以一系列的采樣時刻點 kT代表連續(xù)時間 t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可作如下近似變換 kTt? () ??? ?? ?? kjkjt jeTjTeTdtte 000 )()()( () ? ?? ?T TkekTedt tde 1)()( ??? () 將算式 T TkekTe ])1[()( ?? 簡化表示為 T keke )1()( ?? ， 于是得到控制器輸出 ?????? ????? ?? T kekeTjeTTkeKku DkjIP)]1()([)()()(0 () )]1()([)()()( 0 ????? ?? kekeKjeKkeKku DkjIP () 其中： PK 為比例增益， IK 為積分系數(shù)，IPI TTKK ? ， DK 為微分系數(shù)， TTKK DPD ? 。而增量型設(shè)計只與本次的偏差值有關(guān)，與閥門原來的位置無關(guān)，手動 /自動切換時沖擊小，便于實現(xiàn)無擾動切換 。 為了提高控制性能，對積分項可采取以下三條改進措施 ： ① 積分分離 在一般的 PID控制中，當有較大的擾動或大幅度改變給定值時，由于此時有較大的偏差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，故在積分項的作用下，往往會產(chǎn)生較大的超調(diào)和長時間的波動。因此，如何根據(jù)系統(tǒng)的偏差大小改變積分的速度，這對于提高調(diào)節(jié)品質(zhì)是至關(guān)重要的。尤其是微機對每個控制回路輸出時間是短暫的，而驅(qū)動執(zhí)行器動作又需要一定時間，如果輸出較大，在短時間 內(nèi) 執(zhí)行器達不到應(yīng)有的相應(yīng)開度，會使輸出失真。對象的滯后性質(zhì)，會導(dǎo)致控制作用不及時，引起系統(tǒng)超調(diào)和振蕩。 本設(shè)計的硬件電路 總體方框圖 如 圖 所示 。 如導(dǎo)彈制導(dǎo)控制，電子對抗，高性能汽車自動控制，工業(yè)機器人，高性能智能儀器等。 CHMOS 芯片耗電少，除正常工作外還可工作于 2 種節(jié)電方式：待機方式和掉電方式，進一步減少了芯片的功耗。 在此序列中，清除了 PSW，由 2018H 讀得的一個字節(jié)裝入 CCR，并跳轉(zhuǎn)至 2080H 單元，開始執(zhí)行程序。只有在寫外部存儲器期間， WRL/WR 才有效； TXD/：在串行口模式 2和 3中， TXD作為發(fā)送腳， TXD腳的功能靠設(shè)置 來選通。也用作 A/D 轉(zhuǎn)換器 的 輸入，共 8 個通道 ACH0~ACH7與 ~ 共享； ~： 8 位準雙向 I/O 口。為了將地址線和數(shù)據(jù)線分離開來，用了 74LS373鎖存器，其作用是鎖存 P3口送出的低 8位