【正文】 對PID控制的理解，總的來說，這是一次從理論到實踐的飛躍過程。存在的缺陷：雖然本控制系統(tǒng)已經(jīng)制作完成，但還存在一定的缺陷，主要問題有：⑴ 由于設(shè)計過程中為了簡化，反饋端的A/D轉(zhuǎn)換直接連接VCC作為基準(zhǔn)電壓，可能造成一定的偏差，但主要是因為系統(tǒng)未加入積分環(huán)節(jié)，因此角度控制還存在一定的誤差，控制精度還有待提高，控制部分中若能加上積分環(huán)節(jié)可消除系統(tǒng)的靜差。并著重分析設(shè)計PID角度控制，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及控制精度。目前，整個控制系統(tǒng)通過反復(fù)的測試和調(diào)試，各個功能部件運行良好，基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)和功能要求。⑵ ，通過圖形化用戶界面設(shè)置角度及顯示控制量的大小。角度控制是控制器的核心，其設(shè)計的好壞，將影響整個控制器的性能優(yōu)劣。設(shè)定（度）89705030100+10+30+50+70+89實際(度)93725131110+11+32+51+71+92調(diào)試是整個設(shè)計的關(guān)鍵部分，調(diào)試的成功與否關(guān)系到系統(tǒng)運行的成功與否，所以在調(diào)試時要格外的細(xì)心和有耐心，由于以前的項目經(jīng)驗比較少，調(diào)試過程中還是遇到了很多困難，但在老師的悉心指導(dǎo)和幫助下，最終調(diào)試成功。因為前面已經(jīng)確定硬件沒有問題了，所以，在軟件調(diào)試的時候可以結(jié)合硬件來在線調(diào)試，這樣很直觀，而且發(fā)現(xiàn)問題也很容易。首先檢外接收中斷部分，接收到的數(shù)據(jù)是否能夠正確讀取，并轉(zhuǎn)換成設(shè)定的角度值。則應(yīng)該是軟件部分即程序方面的問題。 軟件調(diào)試把調(diào)試好的程序下載到單片機中，接上電源，檢驗程序是否如自己所設(shè)計的那樣可以實現(xiàn)所要求的功能。單片機輸出符合要求后，連接上舵機，觀察舵機是否在指定位置停住轉(zhuǎn)動，若在指定位置左右來回轉(zhuǎn)動，說明PD參數(shù)沒調(diào)好；若舵機一直轉(zhuǎn)到盡頭停不下來則說明舵機反饋端斷開，或者單片機讀不到正確的A/D轉(zhuǎn)換值。用萬用表檢查單片機的各個引腳，尤其是PBPB2的PWM輸出引腳的電壓大小是否接近理論值，若不是或者沒有輸出，則直接給定該端口賦固定的位變量值，觀察輸出情況，符合要求，則說明是軟件問題。若輸出電壓大小不符合要求，則說明驅(qū)動芯片有問題?？紤]到本設(shè)計只是一次學(xué)習(xí)過程，對性能要求不是很高，所以采用下載線的5V VCC供電這樣的方法，電路也盡可能的精簡。 ⑷ 檢查電源輸入端與公共接地端間有否短路在通電前，還需用萬用表檢查電源輸入端與地之間是否存短路，若有則須進(jìn)一步檢查其原因。 ⑶ 檢查元器件焊接情況：元器件的檢查，重點要查有極性的元件有否接錯，以及外引線間有否短路，同時還須檢查元器件焊接處是否可靠。檢查連線可以直接對照電路原理圖進(jìn)行，但若電路中布線較多，則可以以元器件（如運放、三極管）為中心，依次檢察查其引腳的有關(guān)連線，這樣不僅可以查出錯接或少接的線，而且也較易發(fā)現(xiàn)多余的線。在電路制作完成后，不要急于上電測試，而首先必須做好以下調(diào)試前的檢查工作。利用VB編寫的上位機實現(xiàn)了PC機通過單片機而對舵機進(jìn)行角度控制，并能通過設(shè)置地址選擇多路舵機?！?’為地址設(shè)置，若該位為其他字符，則舵機不轉(zhuǎn)動。 程序編寫、調(diào)試完畢，執(zhí)行菜單“運行/啟動”命令或單擊工具欄快捷按鈕“啟動”運行程序。即PortOpen屬性設(shè)置成False。控件通信步驟：⑴ 加入通信部件，也就是MSComm對象；⑵ 設(shè)置通信端口號碼，即Commport屬性；⑶ 設(shè)置通信協(xié)議，即HandShaking屬性；⑷ 設(shè)置傳輸速度等參數(shù)，即Settings屬性；⑸ 設(shè)置其他參數(shù)，若必要時在加上其他的屬性設(shè)置；⑹ 打開通信端口，即PortOpen屬性設(shè)成True。一旦串口發(fā)生通信事件或產(chǎn)生錯誤，依據(jù)產(chǎn)生的事件和錯誤，MSComm控件為CommEvent屬性賦不同的代碼，同時產(chǎn)生OnComm事件。⑿ CommEvent：這是一個非常重要的屬性。⑾ Output：向發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)，該屬性設(shè)計時無效，運行時只讀。⑽ OutBufferCount：設(shè)置或返回發(fā)送緩沖區(qū)中等待計算機發(fā)送的字符數(shù)。⑼ OutBufferSize：設(shè)置或返回發(fā)送緩沖區(qū)的大小，缺省值為512字節(jié)。⑻ Input：從接收緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)并清空該緩沖區(qū)，該屬性設(shè)計時無效，運行時只讀。⑺ InBufferCount：設(shè)置或返回接收緩沖區(qū)中等待計算機接收的字符數(shù)。⑹ InBufferSize：設(shè)置或返回接收緩沖區(qū)的大小，缺省值為1024字節(jié)。⑸ Inputlen：設(shè)置或返回一次從接收緩沖區(qū)中讀取字節(jié)數(shù)。⑷ InputMode：設(shè)置或返回接收數(shù)據(jù)的類型。⑶ Portopen：設(shè)置或返回串口狀態(tài)。⑵ Settings：以字符串的形式設(shè)置或返回串口通信參數(shù)。⑴ Commport：設(shè)置或返回串口號。利用MSComm控件實現(xiàn)計算機通信的關(guān)鍵是理解并正確設(shè)置MSComm控件眾多屬性和方法。在程序空閑時間較多時可以采用該方式。本文的兩個例子均采用該方式。MSComm控件提供了兩種處理通信的方式：一種為事件驅(qū)動方式，該方式相當(dāng)于一般程序設(shè)計中的中斷方式。它不但保留了原先Basic語言的全部功能，而且還增加了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計功能。 MSComm控件原理Visual Basic (以下簡稱VB) 仿真結(jié)果（發(fā)送格式正確） 仿真結(jié)果（發(fā)送格式錯誤） 上位機目前，在許多單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，上、下位機分工明確，作為下位機核心器件的單片機往往只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和通信，而上位機通常以基于圖形界面的Windows核心為操作平臺，為便于查詢和保存數(shù)據(jù)，還需要數(shù)據(jù)庫的支持，這種應(yīng)用的核心是數(shù)據(jù)通信，它包括單片機和上位機之間、客戶端和服務(wù)器之間以及客戶端和客戶端之間的通信，而單片機和上位機之間數(shù)據(jù)通信則是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。以此測試所編的程序是否能實現(xiàn)一定的功能。Kd=“OK”,錯誤即回顯“Error”。 系統(tǒng)仿真 仿真原理圖本設(shè)計系統(tǒng)用proteus 7軟件進(jìn)行仿真，圖中用L293D作為驅(qū)動芯片，用MOTORSERVO模擬舵機的轉(zhuǎn)動。0xff。} //u大于或等于0，賦值給定時器T1數(shù)值比較else 器OCR1A的低8位，舵機正轉(zhuǎn) { OCR1AL=0x00。 OCR1AL=uamp。 PID()。 //靜態(tài)變量 asm(sei) TCNT0=50。 //限幅 u=us/10。 //位置型PD算法 if(us2500) us=2500。e0=ry。 y=read_adc(3)。 //有符號長整型eeprom long v=0。 發(fā)送控制量指令“” ：單片機收到此指令后，即將實時角度（即A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果y）發(fā)送到上位機。 設(shè)定角度“X” ：X=90度到+90度范圍內(nèi)的數(shù)，第一位為符號位，第二位為十位，第三位為個位。⑷ 串口通信子程序，將串口初始化為：波特率9600、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗位，單片機發(fā)送采用查詢方式，接收采用中斷方式。A/D轉(zhuǎn)換流程如下：① 初始化相關(guān)寄存器；② 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果；③ 平滑濾波；④ 進(jìn)行單位制轉(zhuǎn)換。 定時器的詳細(xì)說明在第2章。 主程序流程圖開始初始化將v 轉(zhuǎn)換成10位二進(jìn)制數(shù)rT0是否溢出中斷?讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果yPID算法，得出控制量uu=0?反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)是否達(dá)到設(shè)定角度？停止結(jié)束 主程序流程圖讀取上位機設(shè)定的角度v PID子程序流程圖PID入口計算參數(shù)Kp,Kd讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果計算差值e1=e0。⑷ 合理規(guī)劃程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)，為功能的擴展預(yù)留空間，方便今后系統(tǒng)的功能完善和軟件升級。⑵ 軟件設(shè)計必須保證系統(tǒng)的各個硬件功能模塊能夠協(xié)調(diào)工作，完成指定的系統(tǒng)功能。 主程序設(shè)計要點在論述具體的軟件程序設(shè)計之前，先對軟件設(shè)計的原則、方法等軟件設(shè)計要點作簡要的闡述，這是進(jìn)行軟件程序設(shè)計的依據(jù)和手段?？刂葡到y(tǒng)能否正?？煽康毓ぷ?，除了硬件設(shè)計合理外，功能完善的軟件設(shè)計是非常關(guān)鍵的。本章介紹了硬件設(shè)計的總體思路，由于系統(tǒng)硬件比較簡單，只有單片機模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊，制作也較為簡單，然而細(xì)節(jié)問題還是不容小視的，一開始由于沒有考慮到兩個模塊的共地問題而作了不少的無用功，因此我深刻的懂得了每一個細(xì)節(jié)部分都要細(xì)心，要有耐心的道理。⑷ J5是系統(tǒng)與串口通信模塊的連接，模塊與系統(tǒng)要共地。該串行接口包括引腳SCK(時鐘信號)、MOSI(輸入)、和MISO(輸出)。ISP串行下載接口有6個信號線。⑷ 求r與y的差值作為PD的控制值；⑸ 將PD控制的結(jié)果u送到T1定時器的輸出比較寄存器OCR1A和OCR1B， OC1A和OC1B輸出PWM信號控制舵機的轉(zhuǎn)動；⑹ 當(dāng)上位機發(fā)送一個命令‘’，單片機即將實時角度（即A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果y）發(fā)送到上位機。到+90176。 應(yīng)用電路 系統(tǒng)基本原理本文以ATmega8L為核心，利用模擬舵機的機械部分，其中包括小型直流電機和一個反饋可調(diào)電位器，來組成一個閉環(huán)的舵機控制系統(tǒng)，直流電機用H橋芯片LG9110來驅(qū)動，電位器進(jìn)行角度測量，通過單片機的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換來反饋實時角度，單片機用PID算法實現(xiàn)角度控制，PID算法的作用為減小系統(tǒng)的超調(diào)和靜差，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。EN使能端為高電平時，相應(yīng)端口輸入信號有效；反之，則輸入信號無效。一組IN端口輸入為高／低或低／高電平時，能實現(xiàn)電機的正／反轉(zhuǎn)。選擇一路I/O口，經(jīng)反向器74HC14分別接IN1和IN2引腳，控制電機的正反轉(zhuǎn)。另外，L293D將2個H橋電路集成到1片芯片上，這就意味著用1片芯片可以同時控制2個電機。L293D通過內(nèi)部邏輯生成使能信號。 L293D引腳L293D采用16引腳DIP封裝，其內(nèi)部集成了雙極型H橋電路，所有的開量都做成n型。 LG9110管腳定義 LG9110管腳波形圖 應(yīng)用電路 電機驅(qū)動芯片L293D美國德州儀器（Texas Instruments）生產(chǎn)的微型電機驅(qū)動集成電路芯片，支持Vcc ~36V，最大輸出電流為1A。 LG9110 是為控制和驅(qū)動電機設(shè)計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片 IC 之中，使外圍器件成本降低，整機可靠性提高。在異步傳送方式中，字符是按幀格式進(jìn)行發(fā)送的。 MAX232應(yīng)用接口電路單片機要通過與MAX232芯片與上位機的串口相連才能與上位機通訊。宜選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯片。 MAX232應(yīng)用電路介紹MAX232 外圍需要4個電解電容C1 、C2 、C3 、C4 ,是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容。 MAX232芯片引腳描述及其應(yīng)用： MAX232芯片引腳圖本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送引腳選用的是T21N,R21N,R2OUT,T2OUT四個引腳，其中T21N、R2OUT與標(biāo)準(zhǔn)的RS232C接口相連。該器件符合TIA/EIA232F標(biāo)準(zhǔn)，每一個接收器將TIA/EIA232F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS電平。RS232C的全稱是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE) 和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE) 之間的串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”,，MAX232芯片是專門為電腦的RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片, 。 RS232C接口和MAX232芯片簡介本系統(tǒng)串口通信模塊設(shè)計采用的是MAX232芯片把單片機傳來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RS232標(biāo)準(zhǔn)串口數(shù)據(jù)。3. 串口通信系統(tǒng)需要接收上位機設(shè)置的角度的數(shù)據(jù)，并把下位機的數(shù)據(jù)傳到上位機。TCNT1 斜坡上的短水平線表示 OCR1x 和 TCNT1 的匹配比較。圖中柱狀的 TCNT1 表示這是雙邊斜坡操作。具體的時序圖為 。 PWM 分辨率位數(shù)可用下式計算：工作于相位修正 PWM 模式時，計數(shù)器的數(shù)值一直累加到固定值 0x00FF、 0x01FF、0x03FF (WGM13:0 = 2或3)、ICR1 (WGM13:0 = 10)或OCR1A (WGM13:0 = 11)，然后改變計數(shù)方向。相位修正 PWM 模式的 PWM 分辨率固定為 9 或 10 位，或由 ICR1 或 OCR1A 定義。與單斜坡操作相比，雙斜坡操作可獲得的最大頻率要小。在一般的比較輸出模式下，當(dāng)計時器往 TOP 計數(shù)時若 TCNT1 與 OCR1x 匹配，OC1x 將清零為低電平；而在計時器往 BOTTOM 計數(shù)時若 TCNT1 與 OCR1x 匹配， OC1x 將置位為高電平。與相位和頻率修正模式類似，此模式基于雙斜坡操作。本設(shè)計采用相位修正PWM 模式。 COM1x1:0 控制 PWM 輸出是否為反極性。工作模式：工作模式 T/C 和輸出比較引腳的行為 由波形發(fā)生模式 (WGM13:0) 及比較輸出模式(COM1x1:0) 的控制位決定。但此時 OCR1A 是雙向緩沖的， TOP 值可在運行中得到改變。比較匹配結(jié)果還可置位比較匹配標(biāo)志 OCF1A/B，用來產(chǎn)生輸出比較中斷請求。雙緩沖輸出比較寄存器 OCR1A/B 一直與 T/C 的值做比較。其主要特點如下：⑴ 真正的16位設(shè)計 (即允許 16 位的PWM)⑵ 2 個獨立的輸出比較單元⑶ 雙緩沖的輸出比較寄存器⑷ 一個輸入捕捉單元⑸ 輸入捕捉噪聲抑制器⑹ 比較匹配發(fā)生時清除寄存器( 自動重載)⑺ 無干擾脈沖，相位正確的PWM⑻ 可變的PWM周期⑼ 頻率發(fā)生器；外部事件計數(shù)器⑽ 4 個獨立的中斷源(TOVOCF1A、