【正文】 EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在由外部 程序存儲(chǔ)器取值期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE 脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存 儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 RST：復(fù)位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流。在訪問(wèn)外部程序和 16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口送出高 8位地址。端口置 1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平作輸入用。 P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/0端口。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平作輸入用。 P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/0端口。對(duì)內(nèi)部 Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié)；校驗(yàn)程序時(shí)輸出指令字節(jié)，需要接上拉電阻。 AT89C52 單片機(jī)的 引腳說(shuō)明 VCC：供電電壓； GND：接地。同時(shí)， AT89C52停止 CPU的工作，但允許 RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 AT89C52單片機(jī)： AT89C52是美國(guó) ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8位單片機(jī)，器件采用 ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051指令系統(tǒng)及 引腳。小系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基石。單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，一般是以基本最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。 Vcc，電源端； GND，接地端?；谏鲜鲞@些特點(diǎn)，這里選擇AT89C52 單片機(jī)作為控制核心。它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器 （ NURAM）技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51 兼容、片內(nèi)的 Flash 存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程。 AT89C52 是一種低功耗 /低電壓、高性能的 8 位單片機(jī)。 (7)通過(guò)仿真分析模糊 PID控制性能，再對(duì)比例因子和量化因子進(jìn)行調(diào)整以獲得最佳的控制效果。模糊關(guān)系、模糊推理以及模糊判決的運(yùn)算可以離線進(jìn)行，最后得到模糊控制器輸入量的量化等級(jí) E、 EC與 PID 控制量 PK ， IK ， DK 之間的確定關(guān)系 。采用清晰化方法將模糊控制矢量轉(zhuǎn)化為精確量。 (4)模糊推理模糊判決。模糊控制是語(yǔ)言控制，因此用語(yǔ)言歸納專家的手動(dòng)控制策略，從而建立模糊控制規(guī)則表。首先確定模糊子集個(gè)數(shù)，確定每個(gè)模糊子集的語(yǔ)言變量，然后為各語(yǔ)言變量選擇合適的隸屬度函數(shù)。 (2)根據(jù)輸入輸出變量的變化范圍，確定它們的量化等級(jí)、量化因子、比例因子。模糊控制器的輸入變量通常取誤差 E 和誤差的變化 EC，構(gòu)成二維模糊 PD控制器，輸出變量一般選擇控制量的增量。因此模糊自整定 PID控制 器設(shè)計(jì)的核心是總結(jié)工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識(shí)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，建立合適的模糊控制規(guī)則表，得到針對(duì) PK ， IK ， DK 三個(gè)參分別整定的模糊控制表。人們運(yùn)用模學(xué)的基本原理和方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊控制則以及其有關(guān)信息作為知識(shí)存入計(jì)算機(jī)的知識(shí)庫(kù)中，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)回應(yīng)情況運(yùn)用模糊推理，即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì) PID參數(shù)的最佳調(diào)整，構(gòu)成模糊自整 PID控制器。因此對(duì)于第 N 位，由第 N1 位產(chǎn)生的代碼得到的電壓被迭加到 1/2N倍的參考電壓后，并且讓它與輸入電壓比較 以決定第N 位的二進(jìn)制值。接著把參考電壓的八分之一 (1/23)迭加到第二位轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制代碼所產(chǎn)生的電壓上，把迭加后 的電壓與輸入模擬電壓比較以確定第三位的二進(jìn)制值。下一 步是把參考電壓的四分之一 (1/22)迭加到由上面代碼產(chǎn)生的電壓上，并再次用它與輸入電壓比較。如果輸入電壓大于參考信號(hào)的一半，那么最高位置為 1，否則置為 0。最先產(chǎn)生的為最高位，最后產(chǎn)生的則是最低位。 N 位的逐次逼近模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器涉及 N 次比較操作。一個(gè) N 位模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器將提供 2N 個(gè)離散代碼來(lái)代表輸入的模擬電壓。 出于各種實(shí)用的目的，模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器可視為一個(gè)黑盒子，它能把在一定范圍取任意連續(xù)值的模擬電壓轉(zhuǎn)換成離散的二進(jìn)制代碼。高速模數(shù)轉(zhuǎn)換的整個(gè)過(guò)程均需要使用硬件。復(fù)雜的硬件或具有合適的軟件指令的簡(jiǎn)單硬件都可能實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。實(shí)際的轉(zhuǎn)換過(guò)程包括在特定時(shí)刻的信號(hào)采樣并保持其值直到一個(gè)穩(wěn)定信號(hào)被輸入到模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器即止。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 本設(shè)計(jì)中 熱 度檢測(cè)電路輸出信號(hào)為 模擬 量，要想將 檢測(cè)數(shù)據(jù) 送入單片機(jī)，必須將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這里選用集成 A/D 轉(zhuǎn)換器 —— ADC0832。所用折線的段數(shù)是根據(jù)精度要求決定的。當(dāng)輸入電壓在 A 點(diǎn)電壓以下時(shí)， D2 截止， IC2 不工作；只有當(dāng)輸入電壓高于 A 點(diǎn)電壓或接近 B 點(diǎn)電壓時(shí) IC2 才工作。這就有 效地限制了熱電偶信號(hào)迅速增加，降低了非線性。該電路的工作過(guò)程是：當(dāng)輸入的電壓信號(hào)較低時(shí)， IC1 中的反相端電壓較同相端 (A)低得多（同相端的電壓大小是根據(jù)線性化要求設(shè)定的，B 點(diǎn)同樣）， IC1 的輸出端電壓較高， D1 截止。這種方法普遍適用于各種熱電偶的整個(gè)正信號(hào) 熱 區(qū)。 (2)折線近似法 ： 這是一種對(duì)非線性較大的信號(hào)處理的較好的方法。幾種非線 性 稍小的熱電偶，可以采用這種方法，特別是在 熱 區(qū)要求不寬的情況下。從這一特性出發(fā)，熱電偶 熱 度信號(hào)的線性化主要有如下幾種方法。其他熱電偶都存在類(lèi)似的問(wèn)題，盡管稍有不同。 B 偶的最大輸出熱電勢(shì)只有 ，而且當(dāng) 熱 度升高到約 1700176。C，熱電勢(shì)從0mV 變化到 ，每 100176。 熱電偶 熱 度信號(hào)的線性化 熱電偶 熱 度信號(hào)非線性是比較大的，如 B 型熱電 偶，從 0176。若冷端 熱 度高于 0 ?C，則 EAB（ t， t0） EAB（ t， 0 ?C） 。 （ 3）將熱電偶的冷端置于恒 熱 的空調(diào)房間中，使冷端 熱 度保持恒定。由于冰融化比較快，因而一般只適合在實(shí)驗(yàn)室中使用。 補(bǔ)償導(dǎo)線法： 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 6 圖 24 補(bǔ)償導(dǎo)線法的連接圖 冷端補(bǔ)償法： （ 1）將熱電偶的冷端置于放有冰水混合物的冰瓶中，使冷端 熱 度保持 0℃ 不變的 方法稱為冰浴法。因此，我們首先要選擇合適的測(cè) 熱 元件，對(duì) 熱 度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。 最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為核心，本系統(tǒng)選用 12MHZ 的晶振，使得單片機(jī)有合理的運(yùn)行速度 ,復(fù)位電路為按鍵高電平復(fù)位 [7]。 單片機(jī)將傳感器所 采集到的 熱 度和事先設(shè)定的 熱 度進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)小于設(shè)定值時(shí)將發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)加熱裝置；當(dāng)大于設(shè)定值時(shí)將關(guān)閉加熱裝置，從而使得被控 熱 度控制在一定的范圍之內(nèi)，達(dá)到實(shí)時(shí)控制的功能。 根據(jù) 熱 度變化慢 ， 并且控制精度不易掌握的特點(diǎn) ， 我們?cè)O(shè)計(jì)了以 AT89C52單片機(jī)為檢測(cè)控制中心，將 熱 度控制在設(shè)定的范圍之內(nèi)。該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò) 熱 度檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換成與爐 熱 相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)液晶顯示器顯示 熱 度，同時(shí)將 熱 度與設(shè)定 熱 度比較，根據(jù)設(shè)定計(jì)算出控制量，根據(jù)控制量通過(guò)控制繼電器的導(dǎo)通和關(guān)閉從而控制 熱處理 絲的導(dǎo)通時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐 熱 的控制。 在系統(tǒng)中， 熱度這一物理參數(shù)變化緩慢，大慣性和大滯后的特點(diǎn)，本論文考慮采用模糊控制與 PID 控制相結(jié)合的參數(shù)模糊自整定 PID 控制方法。 綜上分析 ,我們采用方案二。該方法理論嚴(yán)謹(jǐn)，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題可以嚴(yán)格證明，性能指標(biāo)能定量分析，得到的控制質(zhì)量較好。此類(lèi)設(shè)計(jì)方案主要有 :系統(tǒng)辨識(shí)、最優(yōu)控制、自校正控制等。它是通過(guò)數(shù)學(xué)方法對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析綜合。狀態(tài)空間法本質(zhì)上是一種時(shí)域的方法，它不僅描述了系統(tǒng)的外部特性，而且描述和提示了系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)和性能?？刂齐娐凡糠植捎霉虘B(tài)繼電器以實(shí)行對(duì)被控 熱 度的控制 ,此方案電路簡(jiǎn)單并且可以滿足一般的控制要求。數(shù)據(jù)的采集部分采用 K型熱電偶傳感器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分采用ADC0832，它改變傳統(tǒng) 熱 度測(cè)試方法 ,能在現(xiàn)場(chǎng)采集 熱 度數(shù)據(jù) ,并直接將 熱 度物理量變換為數(shù)字信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 ,測(cè)試 熱 度范圍為 270℃ ～ + 1300℃ 。將模擬控制器轉(zhuǎn)換成數(shù)字控制器是用離散時(shí)近似方法將一連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的控制規(guī)律離散為數(shù)字控制器的控制規(guī)律， 其中為確保數(shù)字控制器與模擬控制器的近似，要適當(dāng)選擇采樣周期，這種方案可行但太過(guò)于簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)中的控制器設(shè)計(jì)己有一套成熟的方法，其中以 PID 控制器為代表。 方案一： 經(jīng)典控制方案 經(jīng)典控制方案可分為數(shù)字控制器的間接設(shè)計(jì)方案和數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)方案。 本文 以熱處理爐為控制對(duì)象，以模糊 PID為硬件核心，利 用單片機(jī)使 熱處理爐 的 熱 度維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍。 PID控制大滯后、大慣性、時(shí)變熱度系統(tǒng)時(shí)，其控制質(zhì)量難以保證。 熱度控制技術(shù)的發(fā) 展經(jīng)歷了三個(gè)階段： 定值開(kāi)關(guān)控制； PID控制； 智能控制。 熱處理爐被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油化工、電力等工業(yè)生產(chǎn)中，在很多生產(chǎn)過(guò)程中，熱度的測(cè)量和控制與生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、能源節(jié)約等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)緊緊相連。 熱處理爐 的主要參數(shù)有額定電壓、額定功率、額定 熱 度、工作空間尺寸。它的特點(diǎn)： ① 電路簡(jiǎn)單； ② 對(duì)爐料種類(lèi)的限制少；（小型 熱處理爐 可以加熱食品、干燥木材等） ；③ 爐 熱 控制精度高； ④ 容易實(shí)現(xiàn)在真空或控制氣氛中加熱等特點(diǎn)。針對(duì)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè) 熱 度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。 PID control 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 目 錄 摘 要 ......................................................................................................................................................................... I ABSTRACT ................................................................................................................................................................ II 目 錄 ........................................................................................................................................................................ 1 第 1 章 緒論 ............................................................................................................................................................ 1 第 2 章 熱處理爐熱度控 制系統(tǒng)硬件 ............................................................................................................. 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的論證與比較 ........................................................................................................... 2 最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 ............................................................................................................................... 4 熱度采集與傳感器 ............................................................................................................................... 5 熱電偶熱度信號(hào)的線性化 ................................................................................................... 7 A/D 轉(zhuǎn)換電路 ........................................................................................................................ 8 控制器控制流程 ..........................