【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(yùn)放器的反饋電阻用。⑩ VREF：基準(zhǔn)電壓輸入端。外接高精度電壓源，其電壓可正可負(fù)，可 在10V～+10V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，為芯片內(nèi)電阻網(wǎng)絡(luò)提供高精度 基準(zhǔn)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(dá)8位DAC寄存器進(jìn)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(jī)控制的系統(tǒng)。② 單緩沖方式：?jiǎn)尉彌_方式使DAC0832的兩個(gè)寄存器中有一個(gè)處于直 通方式，而另一個(gè)處于受控的鎖存方式，或者兩個(gè)輸入 寄存器同時(shí)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(gè)寄存器 都連接成獨(dú)立受控鎖存方式。單片機(jī)需發(fā)送兩次寫(xiě)信號(hào) 才可完成一 次完整的D/A轉(zhuǎn)換。 圖 單片機(jī)與DAC0832連接圖 復(fù)位電路和晶振電路在51單片機(jī)中RST/VPD是復(fù)位/備用電源線，可以使8051處于復(fù)位（即初始化）工作狀態(tài)。持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，該引腳上高電平必須持續(xù)10 ms以上才能保證有效復(fù)位。復(fù)位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時(shí)，RC電路充電，RST引腳出現(xiàn)正脈沖，提供復(fù)位信號(hào)直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，為了更加可靠，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)，才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。圖 復(fù)位電路晶振電路晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件，通常分成有源晶振和無(wú)源晶振兩個(gè)大類(lèi)，無(wú)源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器，并且晶振的信號(hào)電壓根據(jù)起振電路而定，允許不同的電壓，但無(wú)源晶振通常信號(hào)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(shí)要同時(shí)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(zhǔn)，信號(hào)質(zhì)量也較無(wú)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(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來(lái)連接8051片內(nèi)OSC的定時(shí)反饋回路。電路如上圖。5 軟件設(shè)計(jì) Proteus軟件簡(jiǎn)介很多的單片機(jī)軟件系統(tǒng)都是采用前、后臺(tái)系統(tǒng)(也稱(chēng)超循環(huán)系統(tǒng))。其中，應(yīng)用程序是一個(gè)無(wú)限的循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這部分可以看成是后臺(tái)行為(background)。中斷服務(wù)程序處理異步事件，這部分可以看成是前臺(tái)行為(foreground)。后臺(tái)也可以叫做任務(wù)級(jí)。前臺(tái)也可以叫做中斷級(jí)。時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)的關(guān)鍵操作一定是靠中斷服務(wù)來(lái)保證的。Proteus ISIS是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)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(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)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(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤(pán)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(hào)發(fā)生器等。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類(lèi)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(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)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(shí)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(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。仿真的概念其實(shí)使用非常廣，含義就是使用可控的手段來(lái)模仿的情況。 軟件仿真這種方法主要是使用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)模擬實(shí)際的單片機(jī)運(yùn)因此仿真與硬件無(wú)關(guān)的系統(tǒng)具有一定的優(yōu)點(diǎn)。用戶不需要搭建硬件電路就可對(duì)程序進(jìn)行驗(yàn)證，特別適合于偏重算法的程序。軟件仿真的缺點(diǎn)是無(wú)法完全真與硬件相關(guān)的部分，因此最終還要通過(guò)硬件仿真來(lái)完成最后的設(shè)計(jì)； Keil軟件Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN9NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹Keil C51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 Keil C51單片機(jī)軟件開(kāi)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(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)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(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存貯器如EPROM中。 使用獨(dú)立的Keil仿真器時(shí)，注意事項(xiàng) * ，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(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。 * 仿真芯片的31腳（/EA）已接至高電平，所以仿真時(shí)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(kuò)展有外部ROM（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。 設(shè)計(jì)思路 程序設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)功能，可以將系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為若干個(gè)子程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，如按鍵子程序、顯示子程序、參數(shù)設(shè)置子程序、PID算法子程序。再采用Proteus和Keil 聯(lián)調(diào)來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)軟件的仿真。在程序設(shè)計(jì)上，先使數(shù)碼管第一位顯示出PID參數(shù)中的一個(gè)，在通過(guò)按鍵和程序設(shè)計(jì)使后三位顯示出PID參數(shù)的設(shè)定值，通過(guò)加減按鍵來(lái)調(diào)節(jié)這些參數(shù)的數(shù)值。當(dāng)數(shù)值確定后，按確定鍵。先輸入一個(gè)給定輸入值，通過(guò)參數(shù)選擇再通過(guò)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(shí)刻的輸入值再進(jìn)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(diǎn)亮的，要求驅(qū)動(dòng)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(dāng)按鍵被按下時(shí)，I/O口電平為低；松開(kāi)時(shí)，I/O口電平為高。按鍵掃描程序通過(guò)讀取I/O口的電平即可知道對(duì)應(yīng)按鍵的狀態(tài)。按鍵的抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5~10ms，這是一個(gè)很重要的參數(shù)。抖動(dòng)過(guò)程引起電平信號(hào)的波動(dòng)，有可能令CPU誤解為多次按鍵操作，從而引起錯(cuò)誤處理。為了確保CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，提高按鍵處理的可靠性，應(yīng)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(dāng)單片機(jī)第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，即檢測(cè)到與按鍵連接的I/O口為低電平是，等待10ms，再去確認(rèn)該I/O口是否仍舊為低電平，如果還是低電平，就一般的機(jī)械按鍵而言，已經(jīng)是出于穩(wěn)定期了，按鍵的抖動(dòng)被消除了。如果10ms 之后I/O口不為低電平，則說(shuō)明是干擾信號(hào)，而不是按鍵被按下。 圖 按鍵流程圖 PID參數(shù)設(shè)置子程序在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。 對(duì)于溫度系統(tǒng)：P（%）2060，I（分）310，D（分） 對(duì)于流量系統(tǒng)：P（%）40100，I（分） 對(duì)于壓力系統(tǒng)：P（%）3070，I（分） 對(duì)于液位系統(tǒng)：P（%）2080，I（分）15 PID控制器各個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能起著不同的作用，這三個(gè)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(shè)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(dāng)前時(shí)刻以前三個(gè)時(shí)刻的誤差即可。它與位置式PID相比，有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）位置式PID算法每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過(guò)去誤差的累加值，因此，容易產(chǎn)生較大的累積計(jì)算誤差。而增量式PID只需計(jì)算增量，計(jì)算誤差或精度不足時(shí)對(duì)控制量的計(jì)算影響較小。（2）控制從手動(dòng)切換到自動(dòng)時(shí)，位置式PID算法必須先將計(jì)算機(jī)的輸出值置為原始閥門(mén)開(kāi)時(shí)，才能保證無(wú)沖擊切換。若采用增量算法，與原始值無(wú)關(guān)，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)沖擊切換。 式中 ，，計(jì)算e(k)計(jì)算e(k)計(jì)算e(k1)計(jì)算e(k)+e(k1)計(jì)算e(k2)計(jì)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(gè)給定值32，=2，=3，=1，通過(guò)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(shè)計(jì)的仿真圖 6 結(jié)束語(yǔ)本論文主要是從硬件和軟件兩方面來(lái)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的PID控制器，主要選擇了自己比較熟悉的8051單片機(jī)作為主控模塊。該設(shè)計(jì)充分利用了8051單片機(jī)的功能，通過(guò)電源電路、按鍵電路、顯示電路、復(fù)位和晶振等電路來(lái)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(duì)許多知識(shí)不熟悉浪費(fèi)了很多時(shí)間去了解，可能自己掌握知識(shí)的多少，本次論文還有很多不盡人意的地方。本設(shè)計(jì)基本上符合預(yù)期的目標(biāo)，但設(shè)計(jì)不完美，存在很多問(wèn)題，比如怎樣使電路更加簡(jiǎn)單，更加能符合使用者的要求，讓使用者能簡(jiǎn)單的操作。PID控制器理論知識(shí)也會(huì)不斷的更新和完善，PID控制器會(huì)更加符合現(xiàn)在工程實(shí)際中的復(fù)雜惡劣環(huán)境，在各行業(yè)中使用更加廣泛。參考文獻(xiàn)[1] 周潤(rùn)景、張麗娜、（第二版).北京： 航空航天大學(xué)出版社，2010[2] ，2011[3] （第二版）.[4] 郭一楠、?？×帧?009[5] 張毅剛、彭喜源、2000[6] ，2008[7] ,2000[8] 齊志才、:中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2005[9] 高金源、2007[10] ：機(jī)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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