【正文】 27128是 16K8位的 EPROM，單一 +5V供電，工作電流為 100mA，維持電流為 40mA，讀出時間最大為 250ns， DIP28 封裝。之后 P3口傳送指令或數(shù)據(jù)代碼。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 22 在本設計中，采用 74LS373作為地址鎖存器使用，其 電路 連接方法如圖 。 EA 為低電平時，這些引腳總是作系統(tǒng)總線，否則，只有在訪問存儲器時才作總線 [6]。 PWM 的占空比取決于裝入到 PWM_CONTROL寄存器的值。該腳也可作輸出口； 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 21 RXD/：串行口的接收腳。每次外部寫操作時， WR 變低。若采用外部時鐘源，應接至此腳； XTAL2：振蕩器反相輸出。 EA =0 時，全部存儲器的訪問指向片外存儲器； RES ：復位輸入和開漏輸出。它有 68條引腳，如圖 所示： 圖 80C196 引腳圖 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAA C H 5/ P 10A C H 4/ P 11A G N D12V R E F13V S S14E X T I N T / P 15/ R E S16R X D / P 2 .117T X D / P 2 .018P 1. 019P 1. 120P 1. 221P 1. 322P 1. 423H S I .024H S I .125H S I .226HSI.327HSO.028HSO.129P1.530P1.631P1.732P2.633HSO.234HSO.335VSS36VPP37P2.738PWM/P2.539/WR40/BHE41T2RES/P2.442READY43T 2C L K / P 44A D 15 / P 4 .745A D 14 / P 4 .646A D 13 / P 4 .547A D 12 / P 4 .448A D 11 / P 4 .349A D 10 / P 4 .250A D 9/ P 4. 151A D 8/ P 4. 052A D 7/ P 3. 753A D 6/ P 3. 654A D 5/ P 3. 555A D 4/ P 3. 456A D 3/ P 3. 357A D 2/ P 3. 258A D 1/ P 3. 159A D 0/ P 3. 060/RD61ALE62INST63BUSWID64CLKOUT65XTAL266XTAL167VSS68VCC1/EA2NMI3P0.3/ACH34P0.1/ACH15P0.0/ACH06P0.2/ACH27P0.6/ACH68P0.7/ACH798 0 C 1 9 6 K BI C 180 C 19 6K B內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 20 由于芯片引腳較多，下面僅對本設計所涉及的主要引腳 的 功能予以描述： VCC：主電源電壓（ +5V）； VSS：數(shù)字地（ 0V）； VREF： A/D 轉(zhuǎn)換器和 P0 口的參考電壓（ +5V）； AGND： A/D 轉(zhuǎn)換器的參考地 。 如 C 語言、 FORTH 語言、 PL/M 語言 等 。該 CPU 的最大特點是采用 了 寄存器 寄存器結(jié)構(gòu)， CPU 直接面向 256B 的寄存器空間，消除了累加器結(jié)構(gòu)中存在的瓶頸效應，提高了操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力； (2) 具有 8KB 的內(nèi)部程序存儲器，內(nèi)部程序存儲器可以加密；具有 256B 的內(nèi)部寄存器和專用寄存器，其中內(nèi)部寄存器為 232B，它兼有通用寄存器和高速 RAM 的功能； (3) 與 MCS51 相比，單片機內(nèi)部增加了許多高性能功能部件，如 I/O 器（ HSIO），特別適合快速脈沖的測量和生產(chǎn) ；多通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，特別適合多路數(shù)據(jù)采集、智能儀器和工業(yè)控制系統(tǒng)等應用領(lǐng)域；脈寬調(diào)制輸出（ PWM），可用于直接驅(qū)動電機類的執(zhí)行元件，或濾波后獲得直流輸出，作為 D/A 轉(zhuǎn)換器使用；外設事務服務器（ PTS），專門用于處理外設中斷事務，和普通中斷服務過程相比，它能夠提供類似于直接存儲器存取 DMA(Direct Memory Access)的響應，大大減少了 CPU的軟件開銷，從而提高了單片機的信息處理速度； 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 19 (4) 有 4 條高速觸發(fā)輸入線和 6 條高速脈沖輸出線，同時具有兩個 16 位定時器；另外還有 4 個受高速輸出部件 控制的軟件定時器；具有 9 個中斷源和 8 個中斷優(yōu)先級； (5) 8XC196XX 內(nèi)的 A/D 轉(zhuǎn)換器多具有轉(zhuǎn)換位數(shù)（有 8 位和 10 位）可選擇、采樣和轉(zhuǎn)換時間可選擇的特點，比 8096 中的 A/D 更靈活； (6) 運算能力和運算速度大大提高 。 80C196KB 單片機 繼 MCS51 系列 8 位單片機后， Intel 公司于 1983 年推出 MCS96 系列 16 位單片機。 在 單片機內(nèi)， 經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換 以 后的信號以數(shù)字量 形 式通過數(shù)字濾波 及 線性化處理 后 輸出 到 顯示驅(qū)動芯片MAX7219 進行顯示；同時，這些數(shù)據(jù)經(jīng) PID 運算及 D/A 轉(zhuǎn)換后，將由單片機的 PWM口送出 ， 通過平滑濾波及 V/I 轉(zhuǎn)換后 ， 轉(zhuǎn)換 成 4~20mA 的控制信號 。具體分析，其局限性主要來自以下幾個方面： (1) 算法結(jié)構(gòu)的簡單性決定了 PID控制比較適用于 SISO最小相位系統(tǒng)，在處理大時滯、開環(huán)不穩(wěn)定過程等難控對象時，需要通過多個 PID控制器或與其 它 控制器的組合，才能得到較好的控制效果； (2) 算法結(jié)構(gòu)的簡單性同時決定了 PID控制只能確定閉環(huán)系統(tǒng)的少數(shù)主要零極點；閉環(huán)特性從根本上只是基于動態(tài)特性的低階近似假定的； (3) 出于同樣的原因，決定了單 一 PID控制器無法同時滿足對假定設定值控制和伺服/跟蹤控制的不同性能要求 [5]。 P I DC 2 ( s )E ( s ) U ( s )C ( s )+++C 1 ( s )sp esG ??) ]1)[(sp esG ??? 圖 Smith預估計控制 原理 框圖 ? ?])1[()1()1()( 11 ???????? kukubkackC () 式中： )exp(PTTa ?? ， ?????? ???????????PP TTKb e x p1 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 16 PID 控制算法的特點 PID這樣簡單的控制器，能夠適用于如此廣泛的工業(yè)與民用對象，并仍以很高的性價比在市場中占據(jù)著重要地位，充分地反映了 PID控制器的良好品質(zhì)。 其優(yōu)點在于避免因提降給定值時所引起的超調(diào)量過大或閥門動作過分劇烈而產(chǎn)生振蕩等，適用于給定值頻繁提 降的場合。 P I D D f ( s )e ( t )u ` ( t )u ( t ) 圖 不完全微分 PID調(diào)節(jié)器 原理框圖 不完全微分 PID位置型控制算式 )()1()1()( kukuku ????? ?? () 式中 ?????? ?????? ?? TkekeTjeTTkeKku DkjIP)1()()()()(0 TTTf f???（ 衰減因子 ） 該算法的優(yōu)點是：不但能抑制高頻干擾，而且克服了普通數(shù)字 PID控制的缺點 。 先判斷 )1( ?ku 是否超出限制值，若超出，則只累加負偏差，否則，內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 14 累加正偏 差。 它的基本思想是設法改變積分項的累加速度，使其與偏差大小相對應：偏差越大，積分越慢，反之則越快。而系統(tǒng)對積分項的要求是，系統(tǒng)偏差大時積分作用減弱以至全無，而在小偏差時則應加強。為此，可采用積分分離措施，即偏差 )(ke 較大時，取消積 分作用；當偏差 )(ke 較小時才將積分作用投入。 綜合考慮，本設計采用 增量式 PID控制算法 。 控制增量 )(ku? 的確定僅與最近 k 次的采樣值有關(guān)，所以較容易通過加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果。它們只是與采樣周期、比例增益、積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)相關(guān)的常數(shù)。而且，因為計算機輸出內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 11 的 u(k)對應的是執(zhí)行機構(gòu)的實際位置，如計算機出現(xiàn)故障， u(k)的大幅度變化，會引起執(zhí)行機構(gòu)位置的大幅度變化，可能造成重大的生產(chǎn)事故，往往不適合用于生產(chǎn)實踐中，因而產(chǎn)生了增量式 PID控制算法。 (1) 位置式 PID控制算法 位置式 PID控制算法 原理框 圖如圖 。 (2) 積分環(huán)節(jié) 主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。此時，數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出與輸入之間的關(guān)系為 ? ??????? ????? ??kiIP TkTekTeTTiTeTTkTeKkTu 0 D )()()()()( () 其中： PK 、 IT 、 DT 分別為比例系數(shù)、積分時間 常數(shù)和微分時間常數(shù)； T 為采樣周期； k 為采樣序號， k = 0， 1， 2， … ； )(kTu 為第 k 次采樣時刻的計算機輸出值； )(kTe 為第 k 次采樣時刻輸入的偏差值； )( TkTe ? 為第 (k1)次采樣時刻輸入的偏差值。作為一種線性控制器，它根據(jù)給定值和實際輸出值構(gòu)成控制偏差，將偏差按比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進行控制，故稱 PID控制器。其中， PID控制技術(shù)最為成熟，控制結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)容易整定，且不必求出被控對象的數(shù)學模型就可進行調(diào)節(jié)。因而， 80 年代以來開發(fā)的智能儀器幾乎都帶有一片或多片單片機 [4]。例如 MCS51 具有的布爾處理功能，包括一套 位處理指令和位控制輸入輸出功能，非常適用于儀器儀表的控制。 應該特別指出的是，高集成度、功能強的單片機的發(fā)展給智能儀器的實現(xiàn)帶來 了 極大的方便。 在實際微處理器的選擇中，我們往往會感到許多型號的微處理器都能滿足設計要求，這 時 微處理器的選擇 主 要取決于設計人員對 某種微處理器的熟悉程度。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 第二章 智能調(diào)節(jié)器方案 選擇 智能調(diào)節(jié)器的方案選擇主要包括 微處理器 的選擇及控制算法的選擇 兩大部分 。智能儀表可采用自動校準技術(shù)來消除儀器內(nèi)部所產(chǎn)生的漂移電壓 ； (2) 傳統(tǒng)儀表的校準通常與更高一級的同類儀表 進行對比測量來實現(xiàn)，智能儀器提供了一種先進而方便的自動校準方法 ； (3) 智能儀器在提高儀器可靠性方面也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)儀表。 智能調(diào)節(jié)器的特點和基本功能 智能調(diào)節(jié)器在測量過程自動化、測量數(shù)據(jù)處理及功能多樣化方面與傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的常規(guī)測量電路相比 ， 取得了 較大的進展。如被測爐溫超過上限值或低于下限值時 ， 給出報警信號 ， 進行相應操作。一般被測量為幾路或幾十路 ， 采用多路開關(guān)對被測信號進行切換 ， 使各路信號共用一個 A/D 轉(zhuǎn)換器。一般有單回路、 2回路、 4 回路或 8 回路的調(diào)節(jié)器，控制方式 有單閉環(huán)控制、串級控制 、 信號選擇及前饋控制和按預定曲線進行程序控制等 ，控制算法 PID 控制 、 直接數(shù)字控制 、 最優(yōu)控制 、 模糊控制 和 神經(jīng)網(wǎng)絡控制等 。以微型計算機為主體 ， 將計算機技術(shù)與檢測技術(shù)有機結(jié)合 ， 組成新一代 “ 智能化調(diào)節(jié)器 ” 。其調(diào)節(jié)過程是先把過程參數(shù)進行采樣，并通過模 擬量輸入通道將模擬量變成數(shù)字量。若 ? 0 時 ，對應的輸出信號變化量 ? y0，則 稱 調(diào)節(jié)器為正作用調(diào)節(jié)器；若 ? 0 時，對應的輸出信號變化量 ? y0，則稱調(diào)節(jié)器為內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 3 反作用調(diào)節(jié)器 [2]。 調(diào)節(jié)器接受偏差信號后，按一定的運算規(guī)律輸出控制信號，作用于被控對象，以消除擾動對被控變量的影響，從而使被控變量回到給定值上來。 回顧調(diào)節(jié)器的發(fā)展過程，從使用的器件來看，它經(jīng)歷了真空管時代－晶體管時代－集成電路時代－大規(guī)模集成電路時代四個階段；而從調(diào)節(jié)器的工作原理來看，它也經(jīng)歷內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 2 了模擬儀器－數(shù)字儀器－智能儀器等不同的階段 [1]。隨 著生產(chǎn)的不斷發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高，生產(chǎn)過程變得越來越復雜，一