【文章內容簡介】 驅動電流在 0～ 100mA 之間可調。由上式可見，最大驅動電流可以通過調節(jié) Rs 的大小來得到，設計靈活性較大。 此外，電路中單片機與計算機間通過 RS232 串行口進行通信，采用的 RS232 收發(fā)器為MAX3232。計算機通過串口可對 LD的初始驅動電流、參考監(jiān)測電壓進行設置，還可以對 PID數字調節(jié)器的比例、積分、微分系數進行設定，這樣可以方便快捷地整定出調節(jié)器的參數。存儲器中存放一些設定參數以及暫存 PID 運算的中間結果 第三章 軟件設計 匯編語言 所謂匯編語言，是指用指令的助記符，符號地址，標號，偽指令等符號書寫程序的語言。匯編語言是一種低級的編程語言，用它編出的 程序使用簡單方便，并且具有反應快速，可以滿足大部分用戶的需求。但是編程的難度較高，要求編程者具有較高的專業(yè)水平。 C 語言 （ 1） C語言是一種相對較簡單的編程語言，對編程者的要求不是太高，它即具有高級語言的優(yōu)點，又具有低級語言的許多特點，但是隨著軟件規(guī)模的增大，用 C 語言編寫程序漸漸有些吃力了。而且灌入單片機后反應不夠快速。 因此，我選擇 C語言作為我本次畢業(yè)設計的編程語言。 （ 2) C 語言的特點 C 語言具有以下特點：①語言簡潔，使用方便靈活。②可移植性好。 C 語言的編譯程序便于移植，從而使在一種機器上使 用的 C語言程序，可以不加修改或稍加修改即可方便地移植到另一種機器上去。③表達能力強。具有豐富地數據結構類型和多種運算符，可以實現各種復雜數據結構地運算。④表達方式靈活。⑤可以進行結構化程序設計。⑥可以直接操作計算機硬件。⑦生成的目標代碼質量高。對于同一問題，用 C 語言編寫的程序生成代碼的效率僅比用匯編語言編寫的程序低 10％－ 20％。 所以對于 PID 算法、中值濾波程序以及主程序采用 C語言編寫。 （ 3) C 語言程序的接口 C51 編譯器提供了與匯編語言程序的接口規(guī)則，按此規(guī)則可以很方便地實現 C 語言程序與匯編語言程序 的相互調用。 實際上 C語言程序與匯編語言程序的相互調用可視為函數的調用，只不過此時函數采用不同語言編寫的而已。 C 語言程序函數和匯編語言函數在相互調用使，可利用 8051 單片畢業(yè)論文 10 機的工作寄存器最多傳遞 3個參數，如圖 所示： 傳遞的參數 char、 1 字節(jié)指針 Int、 2 字節(jié)指針 long、 float 一般指針 第一個參數 R7 R R7 R4~R7 R1,R2,R3 第二個參數 R5 R R5 R4~R7 R1,R2,R3 第三個參數 R3 R R3 無 R1,R2,R3 圖 參數傳遞的工作寄存器選擇 如果在調用時參數無寄存器可用，或是采用了編譯控制指令“ NOREGPARMS” ，則參數的傳遞將發(fā)生在固定的存儲器區(qū)域，該存儲器區(qū)域稱為參數傳遞段，其地址空間取決于編譯時所選擇的存儲器模式。 當 C語言程序與匯編語言程序需要相互調用，并且參數的傳遞發(fā)生在參數傳遞段時，如果傳遞的參數是 char、 int、 long 和 float 類型的數據，則參數傳遞段的首地址將由“？functionname？ BYTE”的公共符號（ PUBLIC）確定，傳遞的參數是 bit類型的數據時，參數傳遞段的首地址由“？ functionname？ BIT”的公共符號 (PUBLIC)確定。所以被傳遞的參數都被放在以首地址開始遞增的存儲器區(qū)域內。 函數的返回值被放在 8051 單片機的寄存器內，如圖 所示： 返回值類型 寄存器 說明 bit 進位位 C (unsigned)char R7 (unsigned)int R6,R7 高位在 R6中，低位在 R7中 (unsigned)long R4~R7 高位在 R4中，低位在 R7中 float R4~R7 32 位 IEEE 格式，指數和符號位在 R7 中 一般指針 R1,R2,R3 R3 放存儲器類型，高位在 R2，低位在 R1 圖 函數返回值所占用的工作寄存器 C51 編譯器提供了一個十分有用的編譯控制指令 SRC，在編寫匯編語言程序函數時可以先按需要用 C語言編寫相應的函數，對該函數單獨采用編譯控制指令 SRC 進行編譯，編譯完成后將產生一個匯編語言源程序。然后再對這樣產生的匯編語言子程序作一些必要的調整和修改，即可很方便地完成匯編語言子程序地編寫，而編寫過程中各種段的安排全部由C51 編譯器自動完成，從 而大大提高匯編語言程序的編寫效率。 PID 控制理論 簡介 PID 調節(jié)是 Proportional（比例）、 Integral（積分）、 Differential（微分）三者的縮寫，其控制算法簡單，結構改變靈活，技術成熟，適應性強，可靠性高，在控制工程中得到了廣泛的應用。 （ 1）比例控制作用 比例控制作用是指控制器的輸出與輸入偏差信號成比例。其算法為： m(t)=Kpe(t)。比例控制器實際上是一個可調增益的放大器。 畢業(yè)論文 11 （ 2）積分控制作用 積分控制算法為 : ?? dtteKtmI )()(。積分控制作用，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差。但是它有滯后現象，系統(tǒng)響應速度變慢，超調量增大，并可能產生振蕩，必須與比例環(huán)節(jié)一起使用。 （ 3）微分控制作用 微分控制作用的算法為：dttdeKtm D )()( ?。微分控制作用不能單獨使用，必須與其它控制作用相結合。 （ 4）比例－積分－微分（ PID）控制作用 它表示將系統(tǒng)的偏差的比例－積分－微分線性組合構成控制作用。模擬 PID 的控制算法為：dt tdeKdtteKteKtm DIP )()()()( ??? ?。 圖 PID 控制系統(tǒng)原理方框圖 在 PID三種作用中，比例作用可對偏差做出及時響應；積分作用主要用來消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性；微分作用主要用來減少超調，克服震蕩，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定，加快系統(tǒng)的動作速度，減少超調時間，用來改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。若能將三種作用的強度配合適當，可以使控制器快速，平穩(wěn)，準確，從而獲得滿意的控制效果。在實際應用中，根據被控對象的特性和要求，可靈活地 改變 PID 的結構，取其中的一部分環(huán)節(jié)構成控制規(guī)律。 參數的整定方法 擴充臨界比例度法是簡易工程整定方法之一。它是基于模擬調節(jié)器中使用的臨界比例度法的一種 PID數字調節(jié)器參數整定方法。用這種方法整定 T、 KP、 TI和 TD的步驟如下： (1) 選擇一個足夠短的采樣周期 Tmin。 (2) 求出臨界比例度δ u 和臨界振蕩周期 Tu。具體方法是，將上述采樣周期 Tmin 輸入數字控制系統(tǒng)中，并只有比例控制，逐漸縮小比例度，直到系統(tǒng)產生等幅振蕩。此時的比例度即為臨界比例度δ u，相應的振蕩周期稱為臨界振蕩周期 Tu。 (3) 選擇控制度。所謂控制度，即是以模擬調節(jié)器為基準，將數字控制系統(tǒng)的控制效果與模擬調節(jié)器相比較，其評價函數通常用 ??0 2 )( dttE（誤差平方積分）表示。 (4) 根據控制度，查表計算 T、 KP、 KI和 KD值 (5) 按照上面的方法求得的參數，加到系統(tǒng)中運行，觀察控制效果，在適當調整參數，直至獲得滿意的控制效果。 此外， PID 的參數整定方法還有擴充響應曲線法、歸一參數整定法以及優(yōu)選法等。這里就不詳細介紹了。 程序框圖 本程序首先對監(jiān)測電流、電壓值進行設置，然后再設置 PID 的調 節(jié)參數，與采集到的實際檢測的電流電壓值進行 PID 判斷，如果設置的電流、電壓值在 PID 調節(jié)參數范圍內的畢業(yè)論文 12 話那就穩(wěn)定輸出，如果不在范圍內的話再根據相關電路重新設置新的電流、電壓值。程序框圖見圖 ，（源程序見附錄二） 圖 程序框圖 開始 設置初始監(jiān)測電流、電壓 設置 PID 調節(jié)參數