【正文】 8 字 RAM 還是特殊功能寄存器空間。高 128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。對于 STC89C52，如果 EA 接 VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲器（地址為 0000H～ 1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為： 2020H~FFFFH。 STC89C52 單片機管腳連接圖如圖 所示 : 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 13 圖 STC89C52單片機管腳連接圖 單片機內(nèi)部結構如圖 所示。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個中斷或硬件復位為止。同時， STC89C52 可降至0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?；趩纹瑱C的計算機解耦控制硬件設計與軟件開發(fā) 12 在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) STC80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。 它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的 成本，這也是和離線式計算機的（比如家用 PC）的主要區(qū)別 。 單片機內(nèi)部也 有 和電腦功能類 似的模塊，比如 CPU、 內(nèi)存 、 并行總線，還有和硬盤作用相同的 存儲器 件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過 10 元即可用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O 設備。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU 集成在一個芯片中，使 計算機系統(tǒng) 更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。 基于單片機的計算機解耦控制硬件設計與軟件開發(fā) 10 圖 系統(tǒng)整體設計流程圖 開始 將 PID 控制的結果作為解耦控制的參數(shù)進行解耦控制 利用 A/D 轉換獲得參數(shù)和兩個 通道的設置數(shù)據(jù)作為 PID 控制的控制參數(shù)進行 PID 控制 分別對通道一和通道二的輸出參數(shù)進行 A/D 轉換 對解耦輸出結果進行 D/A 轉換并把轉換結果加到耦合系統(tǒng)的兩個對應的輸入端 分別設置通道一和通道二初始量 采樣時刻是否達到？ 是否結束解耦控制？ 結束 是 是 否 否 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 11 STC89C52 單片機介紹 單片機的簡介 單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式 微控制器 (Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫 MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領域。本系統(tǒng)以 STC89C52 單片機為核心，經(jīng)過必要的 D/A 轉換、 A/D 轉換，和耦合系統(tǒng)搭建而成的一個耦合系統(tǒng)，在單片機芯片中軟件編程實現(xiàn)所有的解耦控制，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行。經(jīng)過計算，本設計所使用的耦合系統(tǒng)是可以解耦控制的。該設計應包括： （ 1）利用運算放大器等器件搭建一個兩輸入、兩輸出耦合系統(tǒng)； （ 2）建立耦合系統(tǒng)的數(shù)學模型，并針對該耦合系統(tǒng)構造補償解耦控制算法； （ 3） 設計 單片機解耦 控制系統(tǒng) 硬件； （ 4）編制基于 單片機 程序，實現(xiàn)該耦合系統(tǒng)的解耦控制。單片機接受經(jīng)過 A/D 轉換后的數(shù)字信號，對數(shù)字信號進行處理 (主要實現(xiàn) PID 控制和解耦算法 )后，輸出經(jīng)過單片機調(diào)節(jié)后的數(shù)字信號， D/A 轉換后，將此輸出值作為 相互耦合的電路系統(tǒng)的輸入，實現(xiàn)解耦作用。 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 7 2 基于單片機的計算機解耦控制的總體設計方案 本設計是針對于單片機原理及其應用展開的，通過設計出雙輸入雙輸出的耦合系統(tǒng)，驗證此硬件系統(tǒng)耦合性，設計解耦電路，編寫解耦程序?qū)崿F(xiàn)軟件解耦，在解耦時，先要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集即 A/D 轉換、數(shù)據(jù)的輸出即 D/A 轉換，然后對系統(tǒng)進行解耦，最后對解耦后的系統(tǒng)進行 PID 控制，達到最終設計要求的設計目的。 6）總結 對此次畢業(yè)設計中的內(nèi)容做出總結。 4）基于單片機的計算機解耦控制系統(tǒng)的軟件設計 介紹解耦控制系統(tǒng)中所需要的軟件設計，包括 PID 控制、解耦控制、 A/D 轉換、D/A 轉換，和 LED 顯示 部分的軟件設計。 2）基于單片機的計算機解耦控制系統(tǒng)總體設計方案 基于單片機的計算機解耦控制硬件設計與軟件開發(fā) 6 介紹解耦控制系統(tǒng)的總體設計概述， STC89C51 芯片的總體介紹，系統(tǒng)總體設計框架與流程實現(xiàn)。 本文的主要內(nèi)容 本文主要根據(jù)一般實驗研究設計步驟來安排各部分的內(nèi)容，依照一步步來進行設計。 根據(jù)上述研究目標，本文主要包括以下研究內(nèi)容： (1) 設計 解耦控制中典型耦合系統(tǒng)，并設計總體框架； (2) 根據(jù)上述設計的總體框架，設計并連接硬件電路； (3) 根據(jù)硬件電路的連接，設計相應的軟件； (4) 對解耦控制的硬件電路和控制結果進行仿真和硬件實驗比較驗證設計實驗結果。 本文主要工作 本題目的 主要內(nèi)容 是構造一個多輸入、多輸出耦合系統(tǒng)；設計 基于 單片機的解耦控制系統(tǒng) 硬件裝置，針對耦合系統(tǒng)構造補償 PID 控制和解耦控制算法，并編制軟件程序，實現(xiàn)多輸入、多輸出耦合系統(tǒng)的解耦控制 。在工程實踐中 ， 許多解耦理論由于設沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 5 計方法及算式過于復雜而難以推廣應用 ， 因此尋求一種有效的、簡單易行的控制方法 ，即尋求理論研究同實際應用的結合點是今后研究的一個方向。 在解耦控制器的應用上 ， 三維以上系統(tǒng)還很難達到令人滿意的效果。 自適應解耦與智能解耦都是以傳統(tǒng)解耦理論為基礎 ， 更側重于控制器的研究。盡管神經(jīng)網(wǎng)絡解耦的研究已有一些研究成果 ， 但是神經(jīng)網(wǎng)絡有著自身無法解決的問題 ， 而且非線性對象不像線性對象那樣容易分解和交換 ， 因此非線性解耦理論與神經(jīng)網(wǎng)絡結合較為困難 ， 難以找到通用的解耦條件判據(jù)。因此神經(jīng)網(wǎng)絡成為了實現(xiàn)非線性系統(tǒng)控制的有 力工具。因此 ， 無論是針對控制對象還是針對控制器解耦 ， 當前急需解決的問題是如何由模糊關系方程求解各個解耦后的模糊子關系 ， 盡量減少前述方法所加的約束 ， 得到令人滿意的仿真結果。模糊解 耦控制系統(tǒng)的研究尚處于發(fā)展階段 ， 很多結論只是理論推導 ， 還不能進入實驗室加以驗證。直接解耦法是國內(nèi)外研究較多的一種解耦方法。它可以實現(xiàn)對線性和非線性系統(tǒng)在線精確解耦 ， 解決了傳統(tǒng)解耦方法不易實現(xiàn)精確解耦的問題?？梢钥闯?， 多變量自適應解耦控制技術在解決復雜工業(yè)過程的自動控制問題方面有其獨到的優(yōu)勢和廣泛的應用前景。如果增加“靜差 = 0”的約束 ，可以實現(xiàn)靜態(tài)解耦 ， 但動態(tài)解耦仍不能完全實現(xiàn)。只要最優(yōu)預報和性能指標函數(shù)中含有耦合項 ， 就可以達到消除耦合的目的。自適應解耦的方法將耦合項作為可測干擾 ， 采用自校正前饋控制的方法對耦合進 行動、靜態(tài)補償。 自適應解耦控制方法 對于 MIMO 不確定性問題 ， 多變量自適應解耦控制的研究為這類問題的解決提出了可行性方法。這實際上是以犧牲系統(tǒng)的動態(tài)性能來保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的解耦性能。此外 ， 由于被控過程往往具有純延遲和單位圓外的零點 ， 因此完全解耦補償陣存在著可實現(xiàn)的問題。實現(xiàn)解耦控制的思想是通過解耦補償器的設計 ， 使解耦補償器與被控對象組成的廣義系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣對角陣 ， 從而把一個由耦合影響的多變量系統(tǒng)化為多個無耦合的單變量系統(tǒng)。 傳統(tǒng)解耦控制方法 傳統(tǒng)解耦方法以現(xiàn)代頻域法為代表 ， 也包括時域方法 ， 主要適用于確定性線性MIMO 系統(tǒng)。以上的特性使得通常用 于單輸入單輸出系統(tǒng)的控制方法不再適用，然而單變量控制的在工業(yè)控制領域發(fā)展得已經(jīng)相當成熟，為了能夠使用現(xiàn)成的單變量控制理論，使用解耦的方法將多輸入多輸出系統(tǒng)分解成可以獨立控制的單變量控制系統(tǒng)將成為最好的選擇。 1964 年 Man 在現(xiàn)代控制理論的框架下正式提出了 MIMO 多輸入多輸出線性系統(tǒng)的輸入輸出解耦問題，即無交互系統(tǒng)的設計問題。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展 解耦是控制理論中最經(jīng)典的問題之一，它的設計思想幾乎與控制學科同時產(chǎn)生，解耦控制思想最初狹義的提法是不相干 控制原則的。特別是變量較多時 ， 事實上很難進行精確解耦設計。 一個解耦后的系統(tǒng)可以應用常規(guī)的標準設計方法進行設計。 基于單片機的計算機解耦控制硬件設計與軟件開發(fā) 2 圖 雙變量耦合對象 在一個工程中由于耦合的存在 ,常使控制遇到以下幾種問題 : 一個存在著耦合的系統(tǒng) ， 由于各回路不能分開獨立考慮 ， 所以回路參數(shù)的整定要多次進行 ， 但通常很難得到一個滿意的整定結果。圖 是雙變量耦合對象方框圖， U1 的變化會對 Y1， Y2 同時產(chǎn)生影響，同樣的U2 的改變也同時會對 Y1， Y2 變化產(chǎn)生影響 。解耦控制也一直是過程控制中的一個難點，本文為了使大家對解耦控制有更加深入的了解，特在 STC89C52 單片機上實現(xiàn)解耦控制算 法對自己設計的雙輸入雙輸出的耦合系統(tǒng)進行解耦控制 。或者系統(tǒng)的某一個輸出受到所有輸入的影響。 多變量系統(tǒng)的解耦設計思想在控制學科發(fā)展的初期就已形成了。近年來 ， 隨著控制理論的發(fā)展 ， 多種解耦控制方法應運而生 ， 如特征結構配置解耦、自校正解耦、線性二次型解耦、奇異攝動解耦、自適應解耦、 智能解耦、模糊解 耦等等。其 思想早在控制科學發(fā)展初期就已形成 , 其實質(zhì)是通過對一個具有耦合的多輸入多輸出控制系統(tǒng)配以適當?shù)难a償器 ， 將耦合程度限制在一定程度或解耦為多個獨立的單輸入單輸出系統(tǒng)。 coupled system. 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） III 目 錄 1 緒論 ................................................................................................................................... 1 課題研究背景與意義 ................................................................................................. 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展 ......................................................................................... 2 本文主要工作 ............................................................................................................. 5 本文的設計平臺簡介 ................................................................................................. 5 本文的主要內(nèi)容 ......................................................................................................... 5 本章小結 ..................................................................................................................... 6 2 基于單片機的計算機解耦控制的總體設計方案 ........................................................... 7 系統(tǒng)基本概述 ............................................................................................................. 7 系統(tǒng)基本要求 ............................................................................................................. 7 系統(tǒng)能夠進行解耦控制的條件 ................................................................................. 7 系統(tǒng)的設計框架及其實現(xiàn) ......................................................................................... 8 系統(tǒng)的設計流程圖 ..................................................................................................... 8 STC89C52 單片機介紹 ....