【正文】 放器同相輸入端相連。DAC轉(zhuǎn) 換特性之一是IOUT1+IOUT2=常數(shù)。⑨ Rfb：反饋電阻端。內(nèi)接15KΩ電阻已固化在芯片中，可作 為外部運放器的反饋電阻用。⑩ VREF：基準電壓輸入端。外接高精度電壓源，其電壓可正可負，可 在10V～+10V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，為芯片內(nèi)電阻網(wǎng)絡提供高精度 基準電壓。其它引腳：DGND為數(shù)字地；AGND為模擬地；Vcc為芯片主電源，電壓范圍為+5V～+15V。DAC0832與AT89C51可以有三種連接方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。① 直通方式：若和均為高電平，則DI7～DI0輸入的數(shù)據(jù)便可 直通地到達8位DAC寄存器進行D/A轉(zhuǎn)換。因此，只 要將ILE 接+5V，/CS、/XFER、/WR1和/WR2接地， DAC0832便工作于直通方式。直通方式常用于不需要單 片機控制的系統(tǒng)。② 單緩沖方式：單緩沖方式使DAC0832的兩個寄存器中有一個處于直 通方式，而另一個處于受控的鎖存方式，或者兩個輸入 寄存器同時受控的方式。③ 雙緩沖方式:所謂雙緩沖方式，就是將DAC0832內(nèi)部的兩個寄存器 都連接成獨立受控鎖存方式。單片機需發(fā)送兩次寫信號 才可完成一 次完整的D/A轉(zhuǎn)換。 圖 單片機與DAC0832連接圖 復位電路和晶振電路在51單片機中RST/VPD是復位/備用電源線，可以使8051處于復位（即初始化）工作狀態(tài)。持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復位操作，使單片機回復到初始狀態(tài)。上電時，考慮到振蕩器有一定的起振時間，該引腳上高電平必須持續(xù)10 ms以上才能保證有效復位。復位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時，RC電路充電，RST引腳出現(xiàn)正脈沖，提供復位信號直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號，為了更加可靠，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時，才撤銷復位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復位。圖 復位電路晶振電路晶振是為電路提供頻率基準的元器件，通常分成有源晶振和無源晶振兩個大類，無源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器，并且晶振的信號電壓根據(jù)起振電路而定，允許不同的電壓，但無源晶振通常信號質(zhì)量和精度較差，需要精確匹配外圍電路（電感、電容、電阻等），如需更換晶振時要同時更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內(nèi)部振蕩器，可以提供高精度的頻率基準，信號質(zhì)量也較無源晶振要好。 圖 晶振電路XTAL1和XTAL2是片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接8051片內(nèi)OSC的定時反饋回路。電路如上圖。5 軟件設計 Proteus軟件簡介很多的單片機軟件系統(tǒng)都是采用前、后臺系統(tǒng)(也稱超循環(huán)系統(tǒng))。其中，應用程序是一個無限的循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用相應的函數(shù)完成相應的操作，這部分可以看成是后臺行為(background)。中斷服務程序處理異步事件，這部分可以看成是前臺行為(foreground)。后臺也可以叫做任務級。前臺也可以叫做中斷級。時間相關(guān)性很強的關(guān)鍵操作一定是靠中斷服務來保證的。Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：①實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。②支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，所以在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。④具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。仿真的概念其實使用非常廣，含義就是使用可控的手段來模仿的情況。 軟件仿真這種方法主要是使用計算機軟件來模擬實際的單片機運因此仿真與硬件無關(guān)的系統(tǒng)具有一定的優(yōu)點。用戶不需要搭建硬件電路就可對程序進行驗證，特別適合于偏重算法的程序。軟件仿真的缺點是無法完全真與硬件相關(guān)的部分，因此最終還要通過硬件仿真來完成最后的設計； Keil軟件Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN9NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 Keil C51單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。 使用獨立的Keil仿真器時，注意事項 * ，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。 * 仿真器上的復位按鈕只復位仿真芯片，不復位目標系統(tǒng)。 * 仿真芯片的31腳（/EA）已接至高電平，所以仿真時只能使用片內(nèi)ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴展有外部ROM（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標系統(tǒng)中使用。 設計思路 程序設計根據(jù)系統(tǒng)功能，可以將系統(tǒng)設計分為若干個子程序進行設計，如按鍵子程序、顯示子程序、參數(shù)設置子程序、PID算法子程序。再采用Proteus和Keil 聯(lián)調(diào)來進行系統(tǒng)軟件的仿真。在程序設計上，先使數(shù)碼管第一位顯示出PID參數(shù)中的一個，在通過按鍵和程序設計使后三位顯示出PID參數(shù)的設定值，通過加減按鍵來調(diào)節(jié)這些參數(shù)的數(shù)值。當數(shù)值確定后，按確定鍵。先輸入一個給定輸入值，通過參數(shù)選擇再通過PID整定顯示出參數(shù)和參數(shù)的整定輸出值，再將輸出值賦給前一時刻的輸入值再進行循環(huán)。圖 主程序流程圖 顯示子程序 共陰極數(shù)碼管是用高電平（“1”）點亮的，要求驅(qū)動功率較大。表2 數(shù)字字型碼共陰字型碼所顯字符共陰字型碼所顯字符3FH07DH606H107H75BH27FH84FH36FH966H477HA6DH5本文中數(shù)碼管顯示出PID參數(shù)，字型碼分別為73H，06H，3fH. 按鍵子程序當按鍵被按下時，I/O口電平為低；松開時，I/O口電平為高。按鍵掃描程序通過讀取I/O口的電平即可知道對應按鍵的狀態(tài)。按鍵的抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5~10ms，這是一個很重要的參數(shù)。抖動過程引起電平信號的波動，有可能令CPU誤解為多次按鍵操作，從而引起錯誤處理。為了確保CPU對一次按鍵動作只確認一次按鍵，提高按鍵處理的可靠性，應在程序中做按鍵消抖處理。按鍵的消抖，通常有軟件，硬件兩種消除方法。 本系統(tǒng)采用軟件消抖，當單片機第一次檢測到有鍵按下時，即檢測到與按鍵連接的I/O口為低電平是，等待10ms，再去確認該I/O口是否仍舊為低電平，如果還是低電平，就一般的機械按鍵而言，已經(jīng)是出于穩(wěn)定期了，按鍵的抖動被消除了。如果10ms 之后I/O口不為低電平，則說明是干擾信號，而不是按鍵被按下。 圖 按鍵流程圖 PID參數(shù)設置子程序在實際調(diào)試中，只能先大致設定一個經(jīng)驗值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。 對于溫度系統(tǒng)：P（%）2060，I（分）310，D（分） 對于流量系統(tǒng)：P（%）40100，I（分） 對于壓力系統(tǒng)：P（%）3070，I（分） 對于液位系統(tǒng)：P（%）2080，I（分）15 PID控制器各個參數(shù)對系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能起著不同的作用，這三個參數(shù)的取值優(yōu)劣將直接影響PID控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)好壞。 圖 參數(shù)設置程序流程圖 PID算法子程序PID控制的算法有兩種，增量式PID算法和位置式PID算法。增量式PID算法只需保持當前時刻以前三個時刻的誤差即可。它與位置式PID相比，有下列優(yōu)點：（1）位置式PID算法每次輸出與整個過去狀態(tài)有關(guān)，計算式中要用到過去誤差的累加值，因此，容易產(chǎn)生較大的累積計算誤差。而增量式PID只需計算增量，計算誤差或精度不足時對控制量的計算影響較小。（2）控制從手動切換到自動時，位置式PID算法必須先將計算機的輸出值置為原始閥門開時，才能保證無沖擊切換。若采用增量算法，與原始值無關(guān)，易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。 式中 ，，計算e(k)計算e(k)計算e(k1)計算e(k)+e(k1)計算e(k2)計算?u(k)更新e(k1)，e(k2)返回 圖 增量式PID算法流程圖賦給e(k)一個給定值32，=2，=3，=1，通過按鍵改變后的=3，=2，=2，e(k1)是前一次輸出的值，e(k2)是前兩次輸出的值。下面為本次設計的仿真圖 6 結(jié)束語本論文主要是從硬件和軟件兩方面來設計基于單片機的PID控制器，主要選擇了自己比較熟悉的8051單片機作為主控模塊。該設計充分利用了8051單片機的功能，通過電源電路、按鍵電路、顯示電路、復位和晶振等電路來使數(shù)碼管顯示出PID參數(shù)的選擇和參數(shù)數(shù)值。由于自己對許多知識不熟悉浪費了很多時間去了解，可能自己掌握知識的多少，本次論文還有很多不盡人意的地方。本設計基本上符合預期的目標，但設計不完美，存在很多問題，比如怎樣使電路更加簡單，更加能符合使用者的要求，讓使用者能簡單的操作。PID控制器理論知識也會不斷的更新和完善，PID控制器會更加符合現(xiàn)在工程實際中的復雜惡劣環(huán)境，在各行業(yè)中使用更加廣泛。參考文獻[1] 周潤景、張麗娜、（第二版).北京： 航空航天大學出版社，2010[2] ，2011[3] （第二版）.[4] 郭一楠、常俊林、2009[5] 張毅剛、彭喜源、2000[6] ，2008[7] ,2000[8] 齊志才、:中國建筑工業(yè)出版社， 2005[9] 高金源、2007[10] ：機械工業(yè)出版社，1998[11] [M].北京：電子工業(yè)出版社，2003[12] 吳占雄。.《電子器件》， 2006年第03期[13] ，2003修訂版[14] 薛均義、張彥斌、 2003[15] ,2008[16] Bennett S. 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