【導讀】所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容。外，本畢業(yè)論文的研究成果不包含他人享有著作權的內(nèi)容。的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本畢業(yè)論文的知識產(chǎn)權歸屬于培養(yǎng)單位。的能力；③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一?，F(xiàn)代控制技術頻繁的出現(xiàn)，但并沒有削弱PID控制器的應用。的出現(xiàn)對于PID控制技術的發(fā)展起了很大的推動作用。出具有PID結構的新控制器,PID控制技術被注入了新的活力。搭建的仿真平臺上進行仿真。關鍵詞：PID控制器;8051單片機；PID參數(shù)；

　　

【正文】 Vpp） 8051 單片機的工作原理 單片機自動完成賦予它任務的過程，也就是單片機執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，指令就是把要求單片機執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設計人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對應著一種基本操作；單片機所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機能自動完成某一特定任務，必須把要解決的問題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機能識別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預先存 放在具有存儲功能的部件 —— 存儲器中。存儲器是由許多存儲單元（最小的存儲單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個房間的被分配到了唯一一個房間號一樣，每一個存儲單元也必須被分配到唯一的地址號，該地址號稱為存儲單元的地址，這樣只要知道了存儲單元的地址，就可以找到這個存儲單元，其中存儲的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。 程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機在執(zhí)行程序時要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個部件能 追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計數(shù)器 PC（包含在 CPU 中），在開始執(zhí)行程序時，給 PC 賦予程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令， PC 在中的內(nèi)容就會自動增加，增加量由本條指令長度決定，可能是 2或 3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文 ） 23 4 電路設計 電源電路設計 本次論文的電源電路用 7805 穩(wěn)壓電源。 圖 7805 的引腳圖 7805 是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，它使用方便，用一個很簡單的電路就可以輸入一個直流穩(wěn)壓電源了，它的輸出電壓正好為 +5v，剛好 符合 51 單片機運行所需的電壓。 它的三個引腳：其中 1 接整流器輸出的正電壓， 2 為公共地也就是負極，3 是 +5v 電壓。 圖 7805 穩(wěn)壓電源電路 用 7805 實現(xiàn)的全橋整流電路 如果輸入端的是 220V的話，那么 N1： N2=1： 。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文 ） 24 VI1VO3GND2U17 8 0 5C11 0 0 u fC21 0 0 u fT R 1T RA N 2 P 2 SB R 12 W 0 2 G( + ) 圖 7805 的整流電路 2 2 0 v 交 流 電 全 橋 整 流 穩(wěn) 壓7 8 0 5 穩(wěn) 壓5 v 直 流 電 輸 出 圖 整流電路原理圖 變壓器后面是由四個二極管組成的一個橋式整流電路。這個電路輸入的是 220v 的交流電，經(jīng)過全橋整流穩(wěn)壓后輸出穩(wěn) 定的 +5v 直流電。 特點是方便實用，輸出電壓穩(wěn)定最大輸出電流為 1A，電路能帶動一定的負載。 按鍵電路設計 一個完善的鍵盤控制程序應具備如下功能： (1) 檢測是否有按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機械 觸點抖動的影響。 (2) 有可靠的邏輯處理辦法。每次只處理一個按鍵，其間對任何按鍵的 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文 ） 25 操作對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，而且無論一次按鍵時間有多長，系統(tǒng)僅執(zhí) 行一次按鍵功能程序。 (3) 準確輸出按鍵值（或鍵號），以滿足跳轉(zhuǎn)指令的要求。 本次論文是用四個按鍵控制的，第一個控制 PID 參數(shù) (控制輸出 P,I,D)，第二個實現(xiàn)加功能鍵，第三個實現(xiàn)減功能鍵 ，最后一個作為確定鍵。 單片機控制系統(tǒng)中，一般可能只需要幾個功能鍵，此時，可采用獨立式按鍵結構。 獨立式按鍵是直接用 I/O 口線構成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根 I/O 口線，每個按鍵的工作不會影響其它 I/O 口線的狀態(tài)。 減確定參數(shù)選擇加X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29R S T9P 0. 0/ A D 039P 0. 1/ A D 138P 0. 2/ A D 237P 0. 3/ A D 336P 0. 4/ A D 435P 0. 5/ A D 534P 0. 6/ A D 633P 0. 7/ A D 732P 2. 7/ A 1 528P 2. 0/ A 821P 2. 1/ A 922P 2. 2/ A 1 023P 2. 3/ A 1 124P 2. 4/ A 1 225P 2. 5/ A 1 326P 2. 6/ A 1 427P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 7/ R D17P 3. 6 / W R16P 3. 5/ T 115U2A T 80 C 5 1R147 kR247 kR347 kR447 k 圖 系統(tǒng)按鍵電路 顯示電路的設計 本次論文中對于顯示部分，我們用四位數(shù)碼管顯示，一位顯示 PID 三個參數(shù)（可以以 P、 I、 D 顯示），另三位作為數(shù)字顯示，就是三個參數(shù)（比例系數(shù)， 積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)）的設定數(shù)值，通過按鍵來修改這些數(shù)值。 數(shù)碼管顯示的原理 數(shù)碼管內(nèi)部由七個條形發(fā)光二極管和一個小圓點發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。常見數(shù)碼管有 10 根管腳。 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文 ） 26 多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“ 8”可分為1 位、 2 位、 4 位等等數(shù)碼管； 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應用時應將 公共極 COM 接到 +5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極 COM 接到地線 GND 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。 圖 數(shù)碼管內(nèi)部結構圖 本次設計中我們用的是四位一體的數(shù)碼管，下面簡單介紹一下。它的內(nèi)部是 4 個數(shù)碼管共用 a~dp 這 8 根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因為里面有 4 個數(shù)碼管，所以它有 4 個公共端，加上 a~dp，共有 12 個引腳，下面便是一個共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結構圖（共陽的與之相反）。引腳排列依然是從左下角的那個腳（ 1 腳）開始，以逆時針方向依次為 1~12 腳，下圖中的數(shù)字與之一一對應。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文 ） 27 管腳順序 :從數(shù)碼管的正面觀看，以第一腳為起點，管腳的順序是逆時針方向排列， 12986 公共腳 Ａ 11 Ｂ 7 C4 D2 E1 F10 G5 DP3 圖 四位一體數(shù)碼管的結構和引腳圖 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文 ） 28 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115U2A T 8 0 C5 112345678161514131211109R N 1RX 8 圖 單片機與數(shù)碼管連接圖 圖 4 位數(shù)碼管實物圖 MCS－ 51 單片機內(nèi)設置了兩個可編程的 16 位定時器 T0 和 T1，通過編程，可以設定為定時器和外部計數(shù)方式。 T1 還可以作為其串行口的波特率發(fā)生器。 定時器 T0 由特殊功能寄存器 TL0 和 TH0 構成，定時器 T1 由 TH1 和TL1 構成，特殊功能寄存器 TMOD 控制定時器的工作方式， TCON 控制 其運行。定時器的中斷由中斷允許寄存器 IE，中斷優(yōu)先權寄存器 IP 中的相應位進行控制。定時器 T0 的中斷入口地址為 000BH， T1 的中斷入口地址為001BH。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文 ） 29 定時器的編程包括： （ 1）置工作方式。 （ 2）置計數(shù)初值。 （ 3）中斷設置。 （ 4）啟動定時器。 定時器 /計數(shù)器由四種工作方式，所用的計數(shù)位數(shù)不同，因此，定時計數(shù)常數(shù)也就不同。 AD 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 在單片機控制系統(tǒng)中，控制或測量對象的有關變量，往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、位移、速度等物理量。但是大多數(shù)單片機本身只能識別 和處理數(shù)字量，因此必須經(jīng)過模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換 (A/D 轉(zhuǎn)換 )，才能夠?qū)崿F(xiàn)單片機對被控對象的識別和處理。完成 A/D 轉(zhuǎn)換的器件即為 A/D 轉(zhuǎn)換器。 這里選用集成 A/D 轉(zhuǎn)換器 ——ADC0832。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 用來把連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字形式，即二進制數(shù)。實際的轉(zhuǎn)換過程包括在特定時刻的信號采樣并保持其值直到一個穩(wěn)定信號被輸入到模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器即止。模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的二進制數(shù)通過微機的輸入通道進入微型機。復雜的硬件或具有合適的軟件指令的簡單硬件都可能實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。軟件的使用會降低模數(shù)轉(zhuǎn)換過程的速度。高速模數(shù)轉(zhuǎn)換的整個過程 均需要使用硬件。用于特定用途的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器可按其精度和速度分類。 ADC0832 是美國國家半導體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學習并使用 ADC0832 可是使我們了解 A/D 轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機技術水平的提高。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文 ） 30 圖 ADC0832 引腳圖 CS：片選使能，低電平芯片使能。 CH0：模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 CH1：模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用 。 GND：芯片參考 0 電位（地）。 DI：數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 DO：數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK：時鐘信號。 ADC0832 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為 500KHz 的時鐘信號。 VREF——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電 壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32μ S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出