【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 5V177。10% 3VEE液晶驅(qū)動(dòng)電壓保證VDDVEE=4RS寄存器選擇信號(hào) H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器 5R/W讀/寫(xiě)信號(hào)H:讀 L:寫(xiě) 6E片選信號(hào) 下降沿觸發(fā),鎖存數(shù)據(jù)714DB0DB7數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)傳輸 LCD1602的顯示地址上表為L(zhǎng)CD1602的16列2行的顯示地址，針對(duì)這顯示地址，設(shè)計(jì)者可通過(guò)Kiel對(duì)應(yīng)編寫(xiě)顯示代碼，就可以將要顯示的字符在顯示屏上顯示。 LCD1602基本技術(shù)LCD1602液晶顯示的主要功能有40通道點(diǎn)陣LCD驅(qū)動(dòng)；可選擇當(dāng)作行驅(qū)動(dòng)或列驅(qū)動(dòng)；輸入/輸出信號(hào)：輸出，能產(chǎn)生202個(gè)LCD驅(qū)動(dòng)波形；輸入，接受控制器送出的串行數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，偏壓(V1V6)；通過(guò)單片機(jī)控制將所測(cè)的頻率信號(hào)讀數(shù)顯示出來(lái)。 LCD1602極限參數(shù)表名稱符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)值單位MINTYPEMAX電路電源VDDVSSVLCD驅(qū)動(dòng)電壓VDDVEEVDD+ V輸入電壓VINVDD+V靜電電壓100V工作溫度20+70176。C儲(chǔ)存溫度30+80176。C 主控電路本設(shè)計(jì)的主控電路為89C51系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)，它是本系統(tǒng)的核心部件。主要處理采樣電路所采集的數(shù)據(jù)和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路所要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)按鍵掃描執(zhí)行電壓值加減。在采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，單片機(jī)要通過(guò)補(bǔ)償來(lái)保證輸出電壓的恒定。 51系列單片機(jī)的介紹STC89C52是宏晶公司的產(chǎn)品，并兼容MCS51微控制器，8K字節(jié)FLASH存貯器支持在系統(tǒng)編程ISP1000次擦寫(xiě)周期，512字節(jié)片內(nèi)RAM，2KBE2PROM的數(shù)據(jù)FLASH，全靜態(tài)時(shí)鐘0Hz到33MHz，三級(jí)程序加密，32個(gè)可編程IO口，2/3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6/8個(gè)中斷源，全雙工UART，低功耗支持Idle和Powerdown模式， Powerdown模式支持中斷喚醒，看門(mén)狗定時(shí)器，雙數(shù)據(jù)指針，上電復(fù)位標(biāo)志。 STC89C52RC內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖P0至P3：4個(gè)8位雙向輸入輸出端口，每個(gè)端口都有鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。4個(gè)端口都可以做輸入輸出口使用，其中，P0和P2通常用于對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪問(wèn)。在這種方式下，把P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用，分時(shí)輸出外部存儲(chǔ)器的地址和傳送8位數(shù)據(jù)。當(dāng)擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器的地址為16位時(shí)，P2口作為地址總線的高8位地址使用。其中P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 單片機(jī)的引腳結(jié)構(gòu)圖P3口也可作為STC89C52的一些特殊功能口，： P3口特殊功能口管腳備選功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INT0（外部中斷0）/INT1（外部中斷1）T0（記時(shí)器0外部輸入）T1（記時(shí)器1外部輸入）/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)， EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。其余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 主控電路本設(shè)計(jì)的主控電路為89C51系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)，它是本系統(tǒng)的核心部件。89C51主要執(zhí)行是發(fā)出控制命令和處理數(shù)據(jù)，其處理的數(shù)據(jù)來(lái)自AD7896芯片的采樣電路，將采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后一路送到LCD1602顯示屏上顯示。另一路通過(guò)單片機(jī)送至MAX531進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換與電源輸出端構(gòu)成閉環(huán)反饋。從而保證了輸出電壓的恒定，主控電路同時(shí)兼顧輸出電壓的調(diào)節(jié)。 主控電路圖 本節(jié)小結(jié)本章主要對(duì)實(shí)驗(yàn)室用數(shù)控低壓恒壓源系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。本設(shè)計(jì)主要是采用STC89C52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心部件。利用按鍵掃描來(lái)調(diào)節(jié)電壓的輸出值。同時(shí)具有對(duì)電壓的檢測(cè)和監(jiān)控功能。本設(shè)計(jì)是通過(guò)AD7896將信號(hào)采集間接執(zhí)行單片機(jī)采樣，通過(guò)編寫(xiě)代碼將電壓值在LCD1602顯示屏上實(shí)現(xiàn)。另外，還采用MAX531將電壓值的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量與電壓的輸出端過(guò)程，通過(guò)閉環(huán)PID調(diào)壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)。保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)的各個(gè)功能模塊構(gòu)成了整個(gè)控制系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)，各功能模塊需通過(guò)一定的軟件程序參與，才能完成自身的功能，要使各功能模塊協(xié)調(diào)配合真正的運(yùn)作起來(lái)，需通過(guò)一定的軟件將它們連接成一個(gè)有機(jī)的整體，整個(gè)系統(tǒng)才能完成制定的功能。系統(tǒng)程序主要包括主程序、按鍵掃描程序、采樣子程序、數(shù)模轉(zhuǎn)換程序以及顯示子程序等。 主程序的設(shè)計(jì)主程序主要是根據(jù)外圍電路以及要實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)編寫(xiě)代碼，本系統(tǒng)主要以針對(duì)電壓的監(jiān)控和調(diào)節(jié)為根本點(diǎn)，根據(jù)要求來(lái)編寫(xiě)程序。主程序主要實(shí)現(xiàn)的是兼顧其他各個(gè)子程序的調(diào)用和運(yùn)行。 采樣子程序的設(shè)計(jì)該程序可實(shí)現(xiàn)對(duì)AD7896的控制，包括啟動(dòng)AD，選擇輸入通道，輸入信號(hào)的模式：?jiǎn)味溯斎牖虿罘州斎?。并將采集到的?shù)據(jù)進(jìn)行處理，將讀出的16進(jìn)制轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制形 主程序流程圖式，即程序中變量值。；，誤差：177。為了高速有效地實(shí)現(xiàn)通信，設(shè)計(jì)者采用C語(yǔ)言編寫(xiě)接口程序。由于AD7896的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間僅僅為32μs，所以A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采樣頻率可以很快，從而也保證的某些場(chǎng)合對(duì)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。數(shù)據(jù)讀取程序以子程序調(diào)壓的形式出現(xiàn)，方便了子程序的移植。 數(shù)模轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要采用12位DA轉(zhuǎn)換器，將AD7896采樣的數(shù)字量通過(guò)單片機(jī)傳給MAX531轉(zhuǎn)換成模擬量。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后將電源的輸出端構(gòu)成閉環(huán)控制，使得電路具有自動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓功能。另一方面，在需要手動(dòng)調(diào)節(jié)電壓值時(shí)，MAX531轉(zhuǎn)換器保證了調(diào)節(jié)的精度。 采樣子程序流程圖 顯示程序的設(shè)計(jì)顯示程序的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)LCD1602顯示屏進(jìn)行些代碼，LCD1602能產(chǎn)生202個(gè)LCD驅(qū)動(dòng)波形。在上章節(jié)介紹了LCD的相關(guān)引腳功能。 寄存器選擇功能表RSR/W操作00指令寄存器(IR)寫(xiě)入 01忙標(biāo)志和地址計(jì)數(shù)器讀出 10數(shù)據(jù)寄存器(DR)寫(xiě)入11數(shù)據(jù)寄存器讀出 在對(duì)LCD1602編寫(xiě)代碼之前必須進(jìn)行初始化，否則模塊無(wú)法正常顯示，其初始化方法有兩種；利用內(nèi)部復(fù)位電路進(jìn)行初始化和軟件復(fù)位初始化，本文主要采用內(nèi)部復(fù)位電路進(jìn)行初始化。 模數(shù)轉(zhuǎn)換程序流程圖 顯示子程序流程圖 按鍵程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想是掃描是否有按鍵按下，若有按鍵按下，則產(chǎn)生一個(gè)低電平。單片機(jī)記下低電平產(chǎn)生的IO口，相應(yīng)的執(zhí)行電壓值的加減運(yùn)算。本系統(tǒng)設(shè)置四個(gè)按鍵，來(lái)調(diào)節(jié)電壓的輸出值。；Key2為步進(jìn)1V；Key3為步進(jìn)+；Key4為步進(jìn)+1V。 按鍵程序流程圖 PID算法PID控制即比例、積分、微分控制。自19世紀(jì)40年代開(kāi)始以來(lái)，廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，長(zhǎng)期以來(lái)，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用、價(jià)格低，在廣泛的過(guò)程領(lǐng)域內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)滿意的控制。PID控制作為最早實(shí)用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。溫控系統(tǒng)將熱電偶實(shí)時(shí)采集的溫度值與設(shè)定值比較，差值作為PID功能塊的輸入。PID算法根據(jù)比例、積分、微分系數(shù)計(jì)算出合適的輸出控制參數(shù)，利用修改控制變量誤差的方法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使控制過(guò)程連續(xù)，是很普通的調(diào)節(jié)方法。在連續(xù)時(shí)間控制系統(tǒng)中，PID控制應(yīng)用得非常廣泛。其設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，長(zhǎng)期以來(lái)形成了典型的結(jié)構(gòu)，參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)更改靈活，能滿足一般的控制要求。數(shù)字PID控制比連續(xù)PID控制更為優(yōu)越，因?yàn)橛?jì)算機(jī)程序的靈活性，很容易克服連續(xù)PID控制中存在的問(wèn)題，經(jīng)修正而得到更完善的數(shù)字PID算法。 PID控制的基本原理所謂PID控制，就是對(duì)偏差信號(hào)e(t)進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算變換后形成的一種控制規(guī)律，即 （41）式中： ——比例控制項(xiàng)，KP為比例系數(shù)； ——積分控制項(xiàng)，Ti為積分時(shí)間函數(shù)； ——微分控制項(xiàng)，Td為微分時(shí)間常數(shù)。 連續(xù)PID控制系統(tǒng)。圖中，D（s）為控制器。在PID控制系統(tǒng)中，D（s）完成PID控制規(guī)律，稱為PID控制器。PID控制器是一種線性控制器，用輸出量y（t）和給定量r（t）之間的誤差表示函數(shù)：e(t)=r(t)y(t) 。++ =R0u+re_+KpKI/sKDs對(duì)象D(s)y 連續(xù)時(shí)間PID控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)受控對(duì)象的特性和控制的性能要求，靈活地采用不同的控制組合，構(gòu)成：比例（P）控制器 u(t)=比例+積分（PI）控制器 比例+微分（PD）控制器 比例+積分+微分（PID）控制器 式中： ——比例放大系數(shù)；——積分時(shí)間；——微分時(shí)間。(1) 比例控制：u(t)=控制器的傳遞函數(shù)為：U(s)e(s)_KP P控制器方框圖比例控制的特點(diǎn)是控制器的輸出與偏差的積分成比例，輸出量的大小與偏差之間有相對(duì)應(yīng)關(guān)系。但負(fù)荷變化時(shí)，抗干擾能力強(qiáng)，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短，但過(guò)程終了存在余差。因此它適用于控制通道滯后較小，負(fù)荷變化不大，允許被控制量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。應(yīng)用時(shí)還應(yīng)注意經(jīng)過(guò)一段是后需將累計(jì)誤差清除。(2) 比例積分控制：控制器的傳遞函數(shù)為：－U(s)e(s) PI控制器方框圖由于比例積分控制的特點(diǎn)是控制器的輸出與偏差的積分成比例，積分的作用使過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)無(wú)余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。雖然加大比例度可使穩(wěn)定性提高，但又使過(guò)渡過(guò)程時(shí)間加長(zhǎng)。因此PI控制適用于滯后較小，負(fù)荷變化不大，被控制量不允許有余差的控制系統(tǒng)，它是工程上使用最多、應(yīng)用最廣的一種控制方法。(3) 比例加微分控制：控制器傳遞函數(shù)：e(s)U(s)－ PD控制器方框圖微分控制作用具有預(yù)測(cè)特性，時(shí)間常數(shù)Td就是微分控制作用超前于比例控制作用效果的時(shí)間間隔。但微分控制作用永遠(yuǎn)不能預(yù)測(cè)不存在的作用。再則，微分控制作用也有它的缺點(diǎn)，因?yàn)樗糯罅嗽肼曅盘?hào)，并且還可能在執(zhí)行元件中造成飽和效應(yīng)。PD控制改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，提高了系統(tǒng)的快速性，但系統(tǒng)的抗干擾能力減弱。(4) 比例積分加微分控制： 控制器傳遞函數(shù)：－U(s)e(s) PID控制器方框圖 比例積分加微分控制的特點(diǎn)是微分的作用使控制器的輸出與偏差變化的速度成比例，它對(duì)克服對(duì)象的容量滯后有顯著的效果。在比例基礎(chǔ)上加入微分作用，使穩(wěn)定性提高，再加入積分作用，可以消除余差。因此，PID控制適用于負(fù)荷變化大、容量滯后較大、控制品質(zhì)要求又很高的控制系統(tǒng)。應(yīng)用PID控制，必須適當(dāng)?shù)卣{(diào)整比例放大系數(shù)，積分時(shí)間和微分時(shí)間，使整個(gè)控制系統(tǒng)得到良好的性能。 數(shù)字PID控制算法在電子數(shù)字計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)中，PID控制器是通過(guò)計(jì)算機(jī)PID控制算法程序?qū)崿F(xiàn)的。計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)大多數(shù)是采樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。進(jìn)入計(jì)算機(jī)的連續(xù)時(shí)間信號(hào)，必須經(jīng)過(guò)采樣和整量化后，變成數(shù)字量，方能進(jìn)入計(jì)算機(jī)的存貯器和寄存器，而在數(shù)字計(jì)算機(jī)中的計(jì)算和處理，不論是積分還是微分，只能用數(shù)值計(jì)算去逼近。在數(shù)字計(jì)算機(jī)中，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)，也必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，用求和代替積分，用