【文章內(nèi)容簡介】 5V177。10% 3VEE液晶驅(qū)動電壓保證VDDVEE=4RS寄存器選擇信號 H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器 5R/W讀/寫信號H:讀 L:寫 6E片選信號 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LCD1602的16列2行的顯示地址，針對這顯示地址，設(shè)計者可通過Kiel對應(yīng)編寫顯示代碼，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通道點陣LCD驅(qū)動；可選擇當(dāng)作行驅(qū)動或列驅(qū)動；輸入/輸出信號：輸出，能產(chǎn)生202個LCD驅(qū)動波形；輸入，接受控制器送出的串行數(shù)據(jù)和控制信號，偏壓(V1V6)；通過單片機控制將所測的頻率信號讀數(shù)顯示出來。 LCD1602極限參數(shù)表名稱符號標(biāo)準(zhǔn)值單位MINTYPEMAX電路電源VDDVSSVLCD驅(qū)動電壓VDDVEEVDD+ V輸入電壓VINVDD+V靜電電壓100V工作溫度20+70176。C儲存溫度30+80176。C 主控電路本設(shè)計的主控電路為89C51系列單片機的最小系統(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)，同時對按鍵掃描執(zhí)行電壓值加減。在采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，單片機要通過補償來保證輸出電壓的恒定。 51系列單片機的介紹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次擦寫周期，512字節(jié)片內(nèi)RAM，2KBE2PROM的數(shù)據(jù)FLASH，全靜態(tài)時鐘0Hz到33MHz，三級程序加密，32個可編程IO口，2/3個16位定時/計數(shù)器，6/8個中斷源，全雙工UART，低功耗支持Idle和Powerdown模式， Powerdown模式支持中斷喚醒，看門狗定時器，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8位雙向輸入輸出端口，每個端口都有鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。4個端口都可以做輸入輸出口使用，其中，P0和P2通常用于對外部存儲器的訪問。在這種方式下，把P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用，分時輸出外部存儲器的地址和傳送8位數(shù)據(jù)。當(dāng)擴(kuò)充外部存儲器的地址為16位時，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8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(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門電流。P1口管腳寫入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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(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TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，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，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)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“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（記時器0外部輸入）T1（記時器1外部輸入）/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，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，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，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，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時， EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。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)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來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。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。其余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 主控電路本設(shè)計的主控電路為89C51系列單片機的最小系統(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。另一路通過單片機送至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)本章主要對實驗室用數(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)計主要是采用STC89C52單片機作為整個系統(tǒng)的控制核心部件。利用按鍵掃描來調(diào)節(jié)電壓的輸出值。同時具有對電壓的檢測和監(jiān)控功能。本設(shè)計是通過AD7896將信號采集間接執(zhí)行單片機采樣，通過編寫代碼將電壓值在LCD1602顯示屏上實現(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程，通過閉環(huán)PID調(diào)壓系統(tǒng)，實現(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)計硬件設(shè)計的各個功能模塊構(gòu)成了整個控制系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)，各功能模塊需通過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)配合真正的運作起來，需通過一定的軟件將它們連接成一個有機的整體，整個系統(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)計主程序主要是根據(jù)外圍電路以及要實現(xiàn)的功能來編寫代碼，本系統(tǒng)主要以針對電壓的監(jiān)控和調(diào)節(jié)為根本點，根據(jù)要求來編寫程序。主程序主要實現(xiàn)的是兼顧其他各個子程序的調(diào)用和運行。 采樣子程序的設(shè)計該程序可實現(xiàn)對AD7896的控制，包括啟動AD，選擇輸入通道，輸入信號的模式：單端輸入或差分輸入。并將采集到的數(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。為了高速有效地實現(xiàn)通信，設(shè)計者采用C語言編寫接口程序。由于AD7896的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間僅僅為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合對A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)實時性的要求。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)計本設(shè)計主要采用12位DA轉(zhuǎn)換器，將AD7896采樣的數(shù)字量通過單片機傳給MAX531轉(zhuǎn)換成模擬量。經(jīng)過轉(zhuǎn)換后將電源的輸出端構(gòu)成閉環(huán)控制，使得電路具有自動調(diào)節(jié)穩(wěn)壓功能。另一方面，在需要手動調(diào)節(jié)電壓值時，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)計顯示程序的設(shè)計主要是針對LCD1602顯示屏進(jìn)行些代碼，LCD1602能產(chǎn)生202個LCD驅(qū)動波形。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)寫入 01忙標(biāo)志和地址計數(shù)器讀出 10數(shù)據(jù)寄存器(DR)寫入11數(shù)據(jù)寄存器讀出 在對LCD1602編寫代碼之前必須進(jìn)行初始化，否則模塊無法正常顯示，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)計設(shè)計思想是掃描是否有按鍵按下，若有按鍵按下，則產(chǎn)生一個低電平。單片機記下低電平產(chǎn)生的IO口，相應(yīng)的執(zhí)行電壓值的加減運算。本系統(tǒng)設(shè)置四個按鍵，來調(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年代開始以來，廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，長期以來，由于其結(jié)構(gòu)簡單、實用、價格低，在廣泛的過程領(lǐng)域內(nèi)可以實現(xiàn)滿意的控制。PID控制作為最早實用化的控制器已有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)將熱電偶實時采集的溫度值與設(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現(xiàn)閉環(huán)控制，使控制過程連續(xù)，是很普通的調(diào)節(jié)方法。在連續(xù)時間控制系統(tǒng)中，PID控制應(yīng)用得非常廣泛。其設(shè)計技術(shù)成熟，長期以來形成了典型的結(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，因為計算機程序的靈活性，很容易克服連續(xù)PID控制中存在的問題，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，就是對偏差信號e(t)進(jìn)行比例、積分和微分運算變換后形成的一種控制規(guī)律，即 （41）式中： ——比例控制項，KP為比例系數(shù)； ——積分控制項，Ti為積分時間函數(shù)； ——微分控制項，Td為微分時間常數(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對象D(s)y 連續(xù)時間PID控制系統(tǒng)實際應(yīng)用中，可以根據(jù)受控對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)；——積分時間；——微分時間。(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應(yīng)關(guān)系。但負(fù)荷變化時，抗干擾能力強，過渡過程時間短，但過程終了存在余差。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)用時還應(yīng)注意經(jīng)過一段是后需將累計誤差清除。(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是控制器的輸出與偏差的積分成比例，積分的作用使過渡過程結(jié)束時無余差，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，但又使過渡過程時間加長。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)測特性，時間常數(shù)Td就是微分控制作用超前于比例控制作用效果的時間間隔。但微分控制作用永遠(yuǎn)不能預(yù)測不存在的作用。再則，微分控制作用也有它的缺點，因為它放大了噪聲信號，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，它對克服對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)，積分時間和微分時間，使整個控制系統(tǒng)得到良好的性能。 數(shù)字PID控制算法在電子數(shù)字計算機直接數(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。計算機直接數(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)入計算機的連續(xù)時間信號，必須經(jīng)過采樣和整量化后，變成數(shù)字量，方能進(jìn)入計算機的存貯器和寄存器，而在數(shù)字計算機中的計算和處理，不論是積分還是微分，只能用數(shù)值計算去逼近。在數(shù)字計算機中，PID控制規(guī)律的實現(xiàn)，也必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時，用求和代替積分，用