【正文】 高成本電機(jī)控制單片機(jī)例子：一種高成本的電機(jī)控制單片機(jī)被定義為一個(gè)通常售價(jià)為超過(guò) 5 美元一些甚至達(dá)到 30 美元。這個(gè)階段可以增強(qiáng) BLM 高速控制的性能。當(dāng)用來(lái)控制無(wú)刷直流電機(jī)、MC68HC708MP16 允許快速軸位置和它的輸入定時(shí)器捕捉線計(jì)算。它可以支持 30176。再說(shuō)一次,這是在這個(gè)MCU PWM 子系統(tǒng),使它成為一個(gè)電機(jī)控制裝置。該設(shè)備采用一個(gè) 8MHz 內(nèi)部總線的頻率。注意每個(gè)模塊的接口與內(nèi)部總線如何用來(lái)執(zhí)行一個(gè)特定的任務(wù)。這個(gè)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的 08 系列是一個(gè)模塊的概念,它允許新的模塊增加 PWM 單元和 MUK 單元,以滿足不同的需求。高速的關(guān)鍵元素是 PWM 子系統(tǒng),使該單片機(jī)為電機(jī)控制應(yīng)用尤其有效,產(chǎn)生 PWM 信號(hào)的六無(wú)刷電機(jī)控制。8 位 MCU 28 針 MC68HC705MC4 的定時(shí)器模塊型有和一個(gè)交換器為無(wú)刷電機(jī)控制。這個(gè) MC68HC05MC4 是專為孫作斌：基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)34基礎(chǔ)的無(wú)刷直流電機(jī)控制程序,而 MC68HC08MP16 更強(qiáng)大,可用于一些異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序。其中兩個(gè) MC68HC705MC4 theMC68HC708MP16 電機(jī)控制單片機(jī)——已經(jīng)證明,在這本書中應(yīng)用實(shí)例,并且將會(huì)覆蓋更多的細(xì)節(jié)。(注:價(jià)格也會(huì)改變每個(gè)單片機(jī)的記憶,OTP 型 ,ROM 型,EEPROM 型閃存型 EPROM型。 中等消耗電機(jī)控制例子：一個(gè)中等消耗電機(jī)控制的單片機(jī)被定義為一個(gè)通常賣到 2 美元至 5 美元之間擁有 RAM 的裝置。RAM 的內(nèi)容可以保存在少于 10μA 電流供應(yīng)的單片機(jī)待機(jī)模式下。RAM 的容量是 128 x8。A / D 的源阻抗不得高于 10 kΩ 否則會(huì)可能發(fā)生 A / D 轉(zhuǎn)換內(nèi)部泄漏電流。這種轉(zhuǎn)換的速度是足夠遠(yuǎn)程控制測(cè)量,例如溫度、平均電流。四線可以配置為 A / D 操作。兩個(gè)并行接口并行輸入 50毫安的電流,這足以直接驅(qū)動(dòng)微電子元件。該設(shè)備可以在在攝氏零下 40 到 125 度之間操作,并且可以在任何一個(gè) I/O 口輸入 25 毫安電流。當(dāng)空出兩個(gè)管腳并且有五個(gè) I/O 口和一個(gè)輸入口時(shí)內(nèi)部時(shí)鐘電路將被使用。PIC12C671 單片機(jī)的一個(gè)有趣的特點(diǎn)是其 8 針的結(jié)構(gòu)。中央處理器擁有獨(dú)立總線的指令和數(shù)據(jù)(哈佛結(jié)構(gòu))。數(shù)據(jù)表 (見(jiàn) MC68HC705JJ7 更詳細(xì)描述的 A / D。電容器大于 2μF 不應(yīng)使用,因?yàn)樗麄儗?chuàng)造高流量能量在單片機(jī)和也會(huì)受到更高的內(nèi)部漏抗。增加時(shí)鐘頻率會(huì)讓更多電容器數(shù)起,允許定時(shí)器更精確的 a / D 轉(zhuǎn)換的決議。這是因?yàn)橐粋€(gè) 16 位的決議是 65,536 個(gè)中的一個(gè),換句話說(shuō), 模擬信號(hào),在理論上,可以解決 。例如,如果一個(gè)外部 脈沖,負(fù)責(zé)電容器將 ms 對(duì)未知的電壓為 v 設(shè)置該振蕩器的時(shí)鐘頻率, 兆赫和定時(shí)器分頻器,除以 8 得出 A / D 轉(zhuǎn)換的 12位或一部分時(shí)間改編為 毫秒。這需要軟件指令。這種類型的 A / D 轉(zhuǎn)換器需要更多抗干擾措施,但較低成本和可解決 12 或更多位使用比率法。這個(gè) A / D 轉(zhuǎn)換器是基于內(nèi)部比較器和一個(gè)電流充放電功能,如圖 。設(shè)計(jì)師必須小心不要超過(guò) 40mA 總范圍規(guī)范?？傤~定電壓大電流的 6 個(gè) I / O 范圍為 40 到 15 毫安。這個(gè) MC68HC705JJ7 是通用的 I / O 接額定電流為 毫安到 毫安。單片機(jī)也有一個(gè)特殊的 64 位只讀存儲(chǔ)器。本設(shè)備適用于 20pin 包裝和被認(rèn)為是一種運(yùn)行環(huán)境為 0 到+ 85℃。需孫作斌：基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)32要 2 到 10 鐘指令周期大多數(shù)情況下需要 3 到 5 個(gè)周期。它的指令集由 62 指令和 8 位尋址模式。68HC705JJ7 型號(hào)的 8 位單片機(jī),如圖 ,利用 CISCtype HC05 基礎(chǔ)架構(gòu)的核心。這些裝置具有一些獨(dú)特的特征:有 16 個(gè) 68HC705JJ7 編程定時(shí)器,加上單獨(dú)的 A / D 轉(zhuǎn)換器。 廉價(jià)電機(jī)控制例子是一種廉價(jià)的單片機(jī)定義是一個(gè)少于 2 美元并且通常是 4 位或 8 位裝置。一個(gè)有趣的方面是 ,其內(nèi)部單片機(jī)設(shè)計(jì)的操作電壓正在減少適應(yīng)總線間距。面臨的挑戰(zhàn)是減少單片機(jī)的生產(chǎn)成本,同時(shí)增加了單片機(jī)性能。)在比較各種為電機(jī)控制單片機(jī)產(chǎn)品時(shí),應(yīng)注意到幾個(gè)項(xiàng)目:指令周期時(shí)間、內(nèi)存大小、記憶型、PWM 型號(hào)、PWM 時(shí)間周期 ,A / D 點(diǎn),A / D 轉(zhuǎn)換時(shí)間、斷層輸入、發(fā)展工具支持等。(如表。這個(gè)組織以 16 位單片機(jī)與 32 位高速中央處理器和復(fù)雜的定時(shí)器結(jié)構(gòu)。第二組的電機(jī)控制要求功能含有特單片機(jī) 8 位電機(jī)控制結(jié)構(gòu),如脈寬調(diào)制信號(hào)輸出 A / D 轉(zhuǎn)換、定時(shí)器輸入信號(hào)。例如,單片機(jī)可能需要控制多個(gè)電機(jī)和有一個(gè)很大的控制面板的界面。遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）312 電機(jī)控制單片機(jī)有三個(gè)普通的電機(jī)控制單片機(jī)的團(tuán)體第一組包括基本電刷直流電機(jī)的速度(和/或方向)控制,而且只需要低成本 8 位單片機(jī)帶有 A/ D 轉(zhuǎn)換和定時(shí)器。大規(guī)格的設(shè)計(jì)，舉例來(lái)說(shuō)，可能需要不是標(biāo)準(zhǔn)但是能不需要完全地重新設(shè)計(jì) MCU 就被適應(yīng)的一個(gè)功能的組合?，F(xiàn)在一些單片機(jī)的總線可以調(diào)制。 ”控制系統(tǒng)的輸出線路控制電機(jī)并且可以當(dāng)振蕩器損壞時(shí)候繼續(xù)工作是很重要的。如果該振蕩器損壞或變得不穩(wěn),單片機(jī)將停止運(yùn)作。有些 MCU 設(shè)計(jì)使用低頻震蕩器,舉個(gè)例子,一個(gè) 32kHz 振蕩器,內(nèi)部倍頻電問(wèn)題最小化的振蕩器。)使用 6MHz 水晶頻率被分為兩部分,導(dǎo)致 3MHz 內(nèi)部總線的時(shí)鐘頻率或 333 ns 周期時(shí)間。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)單片機(jī)有兩個(gè)或更多的振蕩器。時(shí)鐘的振蕩器可以由水晶,陶瓷諧振器、或一個(gè)電抗耦合組成，或者可以由外部電源提供。模擬數(shù)字的輸入也需要測(cè)量電動(dòng)機(jī)電流、溫度和其它模擬信號(hào)。一些更流行的元件包括各式各樣的定時(shí)器、通訊、模擬數(shù)字的變換器,鎖相環(huán),數(shù)模轉(zhuǎn)換器,大電流輸出和特殊顯示驅(qū)動(dòng)程序。通常情況下初始化 I/O 口既可以輸入也可以輸出，通過(guò)一些程序可以把輸入口改成輸出口也可以相反。輸入和輸出線是 0 或 1 的邏輯信號(hào)。在單片機(jī)的內(nèi)存有特殊的功能，就像輸入輸出口一樣。這可以通過(guò)使用 EEPROM 型的裝置或由單片機(jī)在停止模式與一個(gè)獨(dú)立的電源連接使 RAM 繼孫作斌：基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)30續(xù)工作。在單片機(jī)中應(yīng)用的另一種結(jié)構(gòu),稱為隨機(jī)讀取存儲(chǔ)器(RAM),存儲(chǔ)它的操作值并且通常是用戶對(duì)其記性設(shè)置。一些單片機(jī)裝置將兩者集合起來(lái)了(例如 68HC908AT32 8 位單片機(jī) 16 位單片機(jī)或產(chǎn)于摩托羅拉公司的 68HC912B32)。無(wú)論是閃存型的還是 EEPROM 型的費(fèi)用都將超過(guò)只讀存儲(chǔ)器由于內(nèi)部的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。對(duì)于 EEPROM 的一個(gè)設(shè)計(jì)變化是一種閃光內(nèi)存。EPROM 型單片機(jī)通常有一個(gè)清晰窗口,覆蓋著一個(gè)不透明的標(biāo)簽來(lái)防止來(lái)自比較弱的紫外線的光源(如陽(yáng)光或者其他的光源)意外擦除。只有當(dāng)程序指令被證明是完全正確的并且電機(jī)控制的應(yīng)用要求不經(jīng)常改變的情況下才能認(rèn)為 ROM型的單片機(jī)裝置是最廉價(jià)的。當(dāng)使用一個(gè) ROM 型的單片機(jī)時(shí)，你要記住程序的改變必須由單片機(jī)的生產(chǎn)者來(lái)做，當(dāng)一個(gè)潛伏在程序中的漏洞被發(fā)現(xiàn)時(shí)很可能有大量的產(chǎn)品將被廢棄。通常它的程序指令和數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器中（ROM）或者是一次性的存儲(chǔ)器中（OTP） 。選擇最困難的閉環(huán)程序基準(zhǔn)測(cè)試可以促進(jìn)單片機(jī)的比較測(cè)試。指令的執(zhí)行過(guò)程（是讀取一個(gè)信號(hào)，然后計(jì)算出一個(gè)值，之后輸出一個(gè)信號(hào)）對(duì)于單片機(jī)的申請(qǐng)是更重要的。無(wú)論選擇哪種處理器，底線是處理遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）29器能夠快速而精確的執(zhí)行指令。精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)類型的單片機(jī)通常執(zhí)行它們的指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)。當(dāng)一些混淆出現(xiàn)在處理器術(shù)語(yǔ)中時(shí)即當(dāng)一個(gè)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（CISC）包括一個(gè)累加指令時(shí)也可以高速的執(zhí)行。一些處理器執(zhí)行指令如累積乘法（MAC）用特殊的邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)許多次循環(huán)操作。這個(gè)結(jié)構(gòu)控制單片機(jī)的大多數(shù)功能并且接收來(lái)自于軟件程序的指令。這些基本理論中的每一個(gè)都在單片機(jī)的操作中扮演重要的角色。無(wú)論是一個(gè)低性能還是高性能的處理器在執(zhí)行不充分的設(shè)計(jì)或者是有缺陷的指令時(shí)都將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)不充分不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。記住能讓單片機(jī)執(zhí)行一項(xiàng)很長(zhǎng)的工作或者是處理很復(fù)雜的數(shù)學(xué)等式的程序設(shè)計(jì)指令（軟件程序）是十分重要的。這種技術(shù)可以加快執(zhí)行速度但是需要更多的數(shù)據(jù)總線。這種方法是程序代碼和數(shù)據(jù)共用一個(gè)數(shù)據(jù)總線和地址空間，減少存儲(chǔ)空間但是處理速度變慢，因?yàn)槌绦蚓幋a和數(shù)據(jù)不能同時(shí)被讀取。完成這項(xiàng)操作通常有兩種方法。孫作斌：基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)28 單片機(jī)的基本原理微控制器就是一個(gè)單片機(jī)。單片機(jī)可以高精度的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩并且可以保護(hù)或者至少能發(fā)現(xiàn)電機(jī)故障的情況。1 關(guān)于電機(jī)控制的單片機(jī)類型單片機(jī)對(duì)于控制應(yīng)用的許多類型來(lái)說(shuō)是理想的設(shè)備，其中包括電機(jī)系統(tǒng)。高級(jí)語(yǔ)言使單片機(jī)更加獨(dú)立，但是通常需要增加內(nèi)存并且需要更長(zhǎng)的處理時(shí)間。鍵盤掃描工作和驅(qū)動(dòng)程序展示類似于數(shù)學(xué)公式僅僅有一些例子。使用單片機(jī)的另一個(gè)挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)軟件。在一些例證中，可以看出單片機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)用的成功主要是因?yàn)榘l(fā)展工具的性能而不是它本身。單片機(jī)生產(chǎn)商每隔幾個(gè)月會(huì)連續(xù)推薦更高性能的單片機(jī)產(chǎn)品?？紤]到電子控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，你不需要知道單片機(jī)是否將會(huì)被用到電機(jī)控制中，然而你需要決定有多少并且是什么類型的單片機(jī)將要被使用。這樣的程序可以滿足各種型號(hào)的單片機(jī)的發(fā)展工具設(shè)計(jì)的要求。對(duì)于馬達(dá)控制設(shè)計(jì)單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是單片機(jī)的程序（軟件）是可以改變或改進(jìn)的通過(guò)改變一些數(shù)據(jù)文件中的文本。能滿足目前生物、石油化工等工業(yè)產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的需求，具有良好的市場(chǎng)前景。當(dāng)被控量接近設(shè)定值時(shí),引入積分控制,以消除系統(tǒng)靜差,提高系統(tǒng)控制精度。針對(duì)恒溫箱的模型特征，采用了一種改進(jìn) PID 算法積分分離 PID。系統(tǒng)在硬件電路中的溫度檢測(cè)電路中，采用廉價(jià)的導(dǎo)線來(lái)延伸中間距離來(lái)彌補(bǔ)熱電偶自身的長(zhǎng)度缺陷。孫作斌：基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)22開(kāi)始初始化啟動(dòng)溫度采集模塊，采集溫度數(shù)值處理溫度顯示延時(shí)積分分離 PID 調(diào)節(jié)圖 41 控制系統(tǒng)主程序流程圖Figure 41 control system master program flowchart分頻是否高于上限或者低于下限度聲光報(bào)警NY輸出報(bào)警處理遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23采樣輸入 r(k)和輸出 y(k)計(jì)算偏差 e(k)=r(k)y(k)︱e(k)︱≦ε開(kāi)始??()()1pidukek???????()()1pdukek????輸出△u(k)輸出控制圖 42 積分分離 PID 控制算法流程圖Figure42 integral PID control algorithm孫作斌：基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)24開(kāi)始啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換讀 IN0 通道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為溫度值返回NY=0？圖 43 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖Figure 43 A/D transformation chart遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）255 結(jié)論系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路合理。 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖設(shè)計(jì)A/D 轉(zhuǎn)換主要是將從溫度傳感器部分采集來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。這里我們采用一種無(wú)超調(diào)的積分分離 PID 控制，本文專門設(shè)計(jì)了其 PID 流程圖。主程序流程圖，如圖 41。當(dāng) β=1 時(shí)候，即偏差值比較小時(shí)，采用 PID 控制，可保證系統(tǒng)的控制精度。但在過(guò)程的啟動(dòng)、結(jié)束或大幅度增減設(shè)定時(shí),短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)輸出會(huì)產(chǎn)生很大的偏差,造成 PID 運(yùn)算的積分累積,致使控制量超過(guò)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能允許的最大動(dòng)作范圍,造成系統(tǒng)短時(shí)控制失效,引起系統(tǒng)較大的超調(diào),甚至引起系統(tǒng)較大的振蕩,這是在生產(chǎn)過(guò)程中絕對(duì)不允許的。針對(duì)這一問(wèn)題提出了一種積分分離 PID 控制方法,用于箱溫的控制,實(shí)現(xiàn)了無(wú)超調(diào)控制。 積分分離 PID 算法在恒溫箱溫度控制系統(tǒng)中對(duì)系統(tǒng)分析可將其近似認(rèn)為是一帶有純滯后的一階慣性環(huán)孫作斌：基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)20節(jié),對(duì)其控制采用的是 PID 控制。但是增量式控制也有其不足之處：積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差；溢出的影響大。3. 算式中不需要累加。2. 手動(dòng)/自動(dòng)切換時(shí)沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換。d遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19這種算法的缺點(diǎn)是，由于采用了全量輸出，所以每次輸出均與過(guò)去的狀態(tài)相關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì) e(k)量進(jìn)行累加，計(jì)算機(jī)運(yùn)算工作量大，而且，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的控制量 u(k)對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)可能會(huì)出現(xiàn)大幅度的變化，會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，這種情況往往是生產(chǎn)實(shí)踐中不允許的，在某些場(chǎng)合，還可能造成重大的生產(chǎn)事故，因而產(chǎn)生了增量式 PID 控制的控制算法。 （31）??TkeTkeTtdejjttktj )1())1())()3,20(00 ????????將式（31 ）處理得到位置式 PID 表達(dá)式 （32）????)1())()()(0???kedjetkeKpukj式中 k——采樣序列，k=0,1,2,3……； u(k)——采樣的計(jì)算機(jī)輸出值； e(k)——第 k 次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； e(k1)——第（k1）采樣時(shí)刻輸入的偏差值； Kt——積分系數(shù)，Kt= 。由于本課題要求采用數(shù)字 PID 控制，因此，我們下面對(duì)常用的三種數(shù)字 PID 控制算法進(jìn)行研究，來(lái)確