【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 穩(wěn)定邊界法系統(tǒng)閉環(huán)會(huì)出現(xiàn)被調(diào)量等幅振蕩衰減曲線法系統(tǒng)閉環(huán)，安全實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)經(jīng)驗(yàn)法系統(tǒng)閉環(huán)，不需計(jì)算需要經(jīng)驗(yàn)注意：同一個(gè)系統(tǒng)，最佳整定參數(shù)可能不是唯一的。不同的PID參數(shù)組合，有時(shí)會(huì)得到十分相近的控制結(jié)果。3 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)整體方案 圖 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)總框圖這次論文主要以單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的PID控制器，外圍電路中包括電源電路、按鍵電路、顯示電路、單片機(jī)的復(fù)位、晶振電路和AD轉(zhuǎn)換電路。程序設(shè)計(jì)包括顯示程序、按鍵程序、AD轉(zhuǎn)換程序、PID算法程序等。設(shè)計(jì)四個(gè)按鍵，第一個(gè)控制PID參數(shù)，第二個(gè)實(shí)現(xiàn)加功能鍵，第三個(gè)實(shí)現(xiàn)減功能鍵 ，最后一個(gè)作為確定鍵，再做四位的數(shù)碼管顯示電路，一位顯示PID三個(gè)參數(shù)（可以以P、I、D顯示），另三位作為數(shù)字顯示，就是三個(gè)參數(shù)（比例系數(shù)，積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)）的設(shè)定數(shù)值，通過按鍵來修改這些數(shù)值。 系統(tǒng)的性能要求 的改變并能保持，直至重新設(shè)定另一參數(shù)值，即能實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)定。 ,I,D三個(gè)參數(shù)和參數(shù)的設(shè)定值。，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維修。，成本低。 主控模塊 單片機(jī)單片機(jī)的定義單片機(jī)是一種把處理器CPU、只讀存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、多種I/O口等功能集成到一塊芯片上的完善而小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)也被稱為微控制（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)的發(fā)展過程（1） 單芯片微機(jī)的形成階段Intel公司在1976年推出了MCS48系列單片機(jī)。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)PAM、27根I/O線和一個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。特點(diǎn)：存儲(chǔ)器容量小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無串行接口，指令系統(tǒng)功能不算強(qiáng)。 (2) 性能完善提高階段1980年，Intel公司推出了MCS51系列的單片機(jī)：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出?，F(xiàn)在MCS51已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典種類 。（3） 微控制器化階段1982年，又是Intel推出MCS96系列單片機(jī)。芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I/O部件等。特點(diǎn)：片內(nèi)面向測(cè)控系統(tǒng)電路增強(qiáng)，使之可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)及設(shè)備。“微控制器”的稱謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。國(guó)內(nèi)人們使用最廣泛的是MCS51系列單片機(jī)。因此我們需要學(xué)好、掌握MCS51系列單片機(jī)技術(shù)。51系列的產(chǎn)品有很多，比如：ATMEL公司融入Flash存儲(chǔ)器技術(shù)的AT89系列Philips公司的80C580C552系列華邦公司的W78C5W77C51高速低價(jià)系列ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列LG公司的GMS90/97低壓高速系列Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機(jī)非51結(jié)構(gòu)單片機(jī)新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間 ，近年來推出的非51系列的主要產(chǎn)品有：Intel的MCS96系列16位單片機(jī)Microchip的PIC系列RISC單片機(jī) TI的MSP430F系列16位低功耗單片機(jī)單片機(jī)的廣泛選擇 分別有 MOTOROLA公司的 MOTOROLA單片機(jī)、Microchip單片機(jī)、Scenix單片機(jī) 、NEC單片機(jī)、東芝單片機(jī)、富士通單片機(jī)、Epson單片機(jī)、Intel公司的8051單片機(jī)、Zilog單片機(jī)、美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的NS單片機(jī)、三星單片機(jī)、華邦單片機(jī)?？傮w上看，美國(guó)著名公司的單片機(jī)技術(shù)仍處于領(lǐng)先的地位，特別是在高端產(chǎn)品方面，高性能的新穎的單片機(jī)不斷的推出。而日本在單片機(jī)制造業(yè)方面也有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，在積極爭(zhēng)奪家電產(chǎn)品的大客戶。韓國(guó)及我國(guó)臺(tái)灣省的一些公司在引進(jìn)美國(guó)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以低價(jià)位的兼容產(chǎn)品搶占中國(guó)的市場(chǎng)。另一方面，如此琳瑯滿目的單片機(jī)品種，著實(shí)給單片機(jī)應(yīng)用的工程師提供了巨大的選擇空間。這么多種單片機(jī)能進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，這就說明了我們的應(yīng)用工程師已經(jīng)能夠綜合各類單片機(jī)的性能、價(jià)格等方面的一些因素，并結(jié)合實(shí)用對(duì)象進(jìn)行選擇。相對(duì)過去以剖析、復(fù)制外國(guó)產(chǎn)品為主的思路有了相當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增長(zhǎng)，開發(fā)新產(chǎn)品的思路上以前那種過多注重價(jià)格因素而使新產(chǎn)品開發(fā)上不了檔次的弱點(diǎn)有所改善，開始注意使用當(dāng)前最先進(jìn)的單片機(jī)開發(fā)高檔次產(chǎn)品。各單片機(jī)廠商在開發(fā)工具以及技術(shù)服務(wù)方面也進(jìn)行著激烈的競(jìng)爭(zhēng)，這種競(jìng)爭(zhēng)與推出新型的單片機(jī)以顯示高技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)是相輔相成的。競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果是為單片機(jī)應(yīng)用工程師提供更廣闊的選擇空間，而最終受益的是單片機(jī)產(chǎn)品的消費(fèi)者。由于單片機(jī)對(duì)各行各業(yè)都有用，這種電子技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致各行各業(yè)的進(jìn)步，也帶動(dòng)了人類文明的不斷進(jìn)步?？磫纹瑱C(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有： 低功耗CMOS化微型單片機(jī)主流與多品種共存單片機(jī)的特點(diǎn)(1) 控制性能好、可靠性高可對(duì)I/O端口直接操作，位操作能力更是其它計(jì)算機(jī)無法比擬的。由于CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口集成在同一芯片內(nèi)，數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響較小，而且不易受環(huán)境條件的影響。 (2) 體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化 應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、安裝簡(jiǎn)單方便、接插件減少。（3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 （4）易擴(kuò)展 單片機(jī)內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 （5）優(yōu)異的性能價(jià)格比 單片機(jī)的性能極高。為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已經(jīng)開始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力也突破64KB的限制，有的已可達(dá)到1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB，RAM容量則可達(dá)2MB。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更加使其價(jià)格低廉，其性能價(jià)格比極高。 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域主要的幾個(gè)方面：(1) 智能儀器儀表 (2) 機(jī)電一體化產(chǎn)品(3) 實(shí)時(shí)工業(yè)控制(4) 家用電器目前單片機(jī)滲透到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說家用電器，汽車設(shè)備領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域，自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批又計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 　　此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用。 對(duì)于明確的應(yīng)用對(duì)象，選擇功能過少的單片機(jī)，會(huì)無法完成控制任務(wù)，達(dá)不到要求；選擇功能過強(qiáng)的單片機(jī)，則會(huì)造成資源浪費(fèi)，使產(chǎn)品的性能價(jià)格比下降。目前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁多，而且在性能方面也各有不同。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)不同的需求要選擇合適的單片機(jī)，選擇單片機(jī)時(shí)要注意下幾點(diǎn)：(1)單片機(jī)的基本性能參數(shù)；(2)單片機(jī)的增強(qiáng)功能；(3)單片機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)；(4)芯片的封裝形式；(5)芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級(jí)、軍品級(jí)還是商業(yè)級(jí)；(6)單片機(jī)的工作電壓范圍；(7)單片機(jī)的抗干擾性能好；(8)單片機(jī)開發(fā)是否支持高級(jí)語(yǔ)言以及編程環(huán)境要好用易學(xué)；根據(jù)上面的原則和本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，我們選擇了8051單片機(jī)作為主控模塊的核心芯片。 8051單片機(jī)8051單片機(jī)的特點(diǎn) ：8051單片機(jī)可分為ROM型和無ROM型兩種，無ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應(yīng)用（典型芯片為8031），ROM型芯片又分為EPROM型（典型芯片為8751）、FLASH型（典型芯片為89C51）、掩膜ROM型（典型芯片為8051 ）、一次性可編程ROM（OTP）的芯片（典型芯片為97C51）。8051單片機(jī)的基本組成時(shí)鐘電路SFR和RAM ROMCPU定時(shí)/計(jì)數(shù)器并行端口中斷系統(tǒng)串行端口系 統(tǒng) 總 線時(shí)鐘源T0 T1P0 P1 P2 P3TXD RXD INT0 INT1 圖 8051單片機(jī)的基本組成一個(gè)8051單片機(jī)包含下列部件 （1）一個(gè)8位微處理器CPU。 （2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和特殊功能寄存器SFR。 （3）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM。 （4）兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1，可用作定時(shí)器，也可用以 對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （5）四個(gè)8位可編程的并行I/O端口，每個(gè)端口既可作輸 入，也可作輸出。 （6）一個(gè)串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。 （7）中斷控制系統(tǒng)。 （8）內(nèi)部時(shí)鐘電路。通道0驅(qū)動(dòng)器通道2驅(qū)動(dòng)器RAM地址鎖存器RAM通道0鎖存器通道2鎖存器ROM/
EPROMB寄存器程序地址寄存器緩沖器PC遞增器程序計(jì)數(shù)器PC數(shù)據(jù)指針DPTRVCCGND～堆棧指針SPACCTMP2PSW通道3鎖存器通道1鎖存器通道1驅(qū)動(dòng)器通道3驅(qū)動(dòng)器TMP1SCONTMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中斷、串行口和定時(shí)器邏輯振蕩器～RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指令
寄存器定時(shí)和
控制邏輯指令
譯碼器8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通道0驅(qū)動(dòng)器通道2驅(qū)動(dòng)器RAM地址鎖存器RAM通道0鎖存器通道2鎖存器ROM/
EPROMB寄存器程序地址寄存器緩沖器PC遞增器程序計(jì)數(shù)器PC數(shù)據(jù)指針DPTRVCCGND～堆棧指針SPACCTMP2PSW通道3鎖存器通道1鎖存器通道1驅(qū)動(dòng)器通道3驅(qū)動(dòng)器TMP1SCONTMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中斷、串行口和定時(shí)器邏輯振蕩器～RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指令
寄存器定時(shí)和
控制邏輯指令
譯碼器 單片機(jī)的內(nèi)部組成8051單片機(jī)的CPUCPU就是中央處理器，是單片機(jī)的核心部件，它完成各種運(yùn)算和控制操作，CPU由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。（1） 運(yùn)算器運(yùn)算器以算術(shù)邏輯單元ALU為核心，加上累加器ACC、暫存寄存器TMP和程序狀態(tài)字寄存器PSW等所組成。ALU主要用于完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，并通過對(duì)運(yùn)算結(jié)果的判斷影響程序狀態(tài)字寄存器PSW中有關(guān)位的狀態(tài)。 PSW: D7 D0CYACF0RS1RS0OV_P*CY：進(jìn)位標(biāo)志。在進(jìn)行加法或減法運(yùn)算時(shí)，若運(yùn)算結(jié)果的最 高位有進(jìn)位或借位，CY=1，否則CY=0，在執(zhí)行位操作指令時(shí)， CY作為位累加器。*AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志。在進(jìn)行加法或減法運(yùn)算時(shí)，若低半字節(jié) 向高半字有進(jìn)位或借位，AC=1，否則AC=0，AC還作為BCD 碼運(yùn)算調(diào)整時(shí)的判別位。*F0：用戶標(biāo)志。*RS1和RS0：工作寄存器組選擇，如下表所示。 表1 RE0,RE1選擇RS1RS0工作寄存器組片內(nèi)RAM地址00第0組00H07H01第1組08H0FH10第2組10H17H11第3組18H1FH *OV：溢出標(biāo)志。當(dāng)兩個(gè)帶符號(hào)的單字節(jié)數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，結(jié)果超出128～ +127的范圍時(shí)，OV=1，表示有溢出，否則 OV=0表示無溢出。*PSW中的D1位為保留位，對(duì)于8051來說沒有意義，對(duì)于 8052來說 為用戶標(biāo)志，與F0相同。*P：奇偶校驗(yàn)標(biāo)志。每條指令指行完畢后，都按照累加器A中“1”的 個(gè)數(shù)來決定P值，當(dāng)“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，P=1，否則P=0。（2）控制器控制器包括程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP、緩沖器以及定時(shí)與控制電路等?？刂齐娐吠瓿芍笓]控制工作，協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。程序計(jì)數(shù)器PC：當(dāng)一條指令按PC所指向的地址從程序存儲(chǔ)器中取出之后，PC的值就會(huì)自動(dòng)增量，即指向下一條指令。堆棧指針SP：是用來指示堆棧的起始地址。80C51單片機(jī)的堆棧位于片內(nèi)RAM中，而且屬于“上長(zhǎng)型”堆棧，復(fù)位后SP被初始化為07H單元，使得堆棧實(shí)際上由08H單元開始。指令譯碼器：當(dāng)指令送入指令譯碼器后，由譯碼器對(duì)該指令進(jìn)行譯碼，CPU根據(jù)譯碼器輸出的電平信號(hào)使定時(shí)控制的電路產(chǎn)生執(zhí)行該指令所需要的各種控制信號(hào)。數(shù)據(jù)指針寄存器DRTR：它是一個(gè)16位的寄存器，由高位字節(jié)DPH和低位字節(jié)DPL組成，用來存放16位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址，便于對(duì)片外64kB的數(shù)據(jù)RAM區(qū)進(jìn)行讀寫操作。 單片機(jī)的引腳簡(jiǎn)介單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。 :(1) VCC 芯片電源，接+5V； (2)VSS 接地端； :XTALXTAL2 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 3. 控制線:控制線