【正文】 位定時器/計數(shù)器T0和T1，有4種工作方式，用于精確定時（或延時）控制及其對外部事件進行計數(shù)。（4）4個8位并行輸入輸出接口I/O口 4個8位并行輸入輸出接口P0口、P1口、P2口和P3口（共32根線），用于并行輸入和輸出數(shù)據(jù)。（3）21個特殊功能寄存器 特殊功能寄存器反映了單片機的工作狀態(tài)，它和單片機CPU芯片的引腳和內部功能的控制有關，實際上是狀態(tài)字和控制字寄存器，是一個具有特殊功能的片內RAN區(qū)。（2）4K字節(jié)ROM，128字節(jié)RAM 片內4K字節(jié)ROM存儲器為片內程序存儲器，用于存儲程序和表格。其基本機構如下所示:（1）1個8位中央處理器 單片機CPU的內部結構主要有算術邏輯運算單元ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)寄存器PSW、堆棧指針SP、寄存器B、程序計數(shù)器（指令指針）PC、數(shù)據(jù)指針DPTR、指令寄存器IR、暫存器（TMP）等部件構成。圖21所示是按功能劃分的MCS51系列單片機內部結構框圖。 MCS51系列單片機的結構及工作原理 MCS51單片機的硬件結構MCS51是英特爾公司生產的8位高檔單片機系列，具有體積小、功能全、面向控制、開發(fā)應用方便等特點是測控領域當中較理想的八位微型計算機。雖然大多數(shù)普通單片機都具有熔絲燒斷保護單片機內代碼的功能，但由于通用低檔的單片機并非定位于制作安全類產品，因此，它們往往沒有提供有針對性的防范措施且安全級別較低。（6）商業(yè)營銷 采用單片機構成專用系統(tǒng)已經廣泛的應用在了電子稱、收款機、條形數(shù)碼閱讀器、倉儲安全監(jiān)控系統(tǒng)、空氣調節(jié)系統(tǒng)、冷凍保鮮系統(tǒng)等生活當中的方方面面，極大的服務了人民。（4）日常用品及家用電器領域 從電冰箱、洗衣機、空調機、數(shù)碼相機及其它視頻音像設備到智能卡、電子寵物等，形形色色，無處不在。（2）智能儀器儀表 單片機用于各種儀器儀表，結合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度等物理的測量。單片機的應用范圍很廣，在社會生產的方方面面都得到了廣泛的應用。（4）低電壓，低功耗。（2）集成度好，體積小，可靠性好 單片機把各種功能不見集成在一塊芯片上，內部采用總線結構，減少了各芯片之間的連線大大的提高了單片機的可靠性及其抗干擾能力。單片機把微型計算機的主要功能都集成在一塊芯片上，即一塊芯片就是一個微型計算機。隨著低價位OTP（One Time Program）及各種類型片內程序存儲器的發(fā)展，加之外圍接口不斷進入片內，推動了單片機“單片”應用結構的發(fā)展。串行擴展技術隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的各種外圍功能器件集成在片內。外圍電路內裝化 與上述相反，以4位、8位機為中心的小容量、低價格化也是發(fā)展動向之一。采用精簡指令集（RISC）結構和流水線技術，可以大幅度提高運行速度。高性能化為了適應這種領域的要求，運用新的工藝，使片內存儲器大容量化。 以往單片機內的ROM為1KB～4KB，RAM為64～128B。 為提高單片機的抗電磁干擾能力，使產品能適應惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求。低電壓供電的單片機電源下限已可達1~2V。 幾乎所有的單片機都有WAIT、STOP等省電運行方式。低功耗化的效應不僅是功耗低，而且?guī)砹水a品的高可靠性、高抗干擾能力以及產品的便攜化。低功耗化采用雙極型半導體工藝的TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。CMOS化目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS（互補金屬氧化物半導體）化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內裝化等幾個方面發(fā)展。它以體積小、功能全、價格低等特點，贏得了廣泛的應用，已經滲透到了社會生活的各個領域。目前，國內許多大專院校、科研單位和廠家也都在開發(fā)全數(shù)字直流調速裝置。我國現(xiàn)在大部分數(shù)字化控制直流調速裝置依靠進口。隨著新型電力半導體器件的發(fā)展，IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)具有開關速度快、驅動簡單和可以自關斷等優(yōu)點，克服了晶閘管的主要缺點。目前，晶閘管供電的直流調速系統(tǒng)在我國國民經濟各部門得到廣泛的應用。國外主要電氣公司如瑞典的ABB公司、德國的西門子公司、AEG公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國的GE公司、西屋公司等，均已經開發(fā)出多個數(shù)字直流調速裝置，有成熟的系列化、標準化、模板化的應用產品。為了適應時代的發(fā)展，現(xiàn)有的電動機控制系統(tǒng)也在朝著高精度，高性能，網絡化，信息化，模糊化的方向不斷前進。所以應用先進控制算法，開發(fā)全數(shù)字化智能運動控制系統(tǒng)將成為新一代運動控制系統(tǒng)設計的發(fā)展方向。永磁材料技術的突破與微電子技術的結合又產生了一批新型的電動機，如永磁直流電動機，交流伺服電動機，超聲波電動機等。功率器件控制條件的變化和微電子技術的使用也使新型的電動機控制方法能夠得到實現(xiàn)。變頻技術和脈寬調制技術已成為電動機控制的主流技術。隨著計算機，微電子技術的發(fā)展以及新型電力電子功率器件的不斷涌現(xiàn)，電動機的控制策略也發(fā)生了深刻的變化。隨著現(xiàn)代化步伐的加快，人們生活水平的不斷提高，對自動化的需求也越來越高，直流電動機應用領域也不斷擴大。微機的應用使直流電氣傳動控制系統(tǒng)趨向于數(shù)字化、智能化，極大地推動了電氣傳動的發(fā)展。以上技術的應用，使直流調速系統(tǒng)的性能指標大幅提高，應用范圍不斷擴大，直流調速技術不斷發(fā)展。從20世紀80年代中后期起，以晶閘管整流裝置取代了以往的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置，使直流電氣傳動完成一次大的躍進。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在10000以上，比機組(放大倍數(shù)10)高1000倍，比汞弧變流器(放大倍數(shù)1000)高10倍。第四，1957年世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管，與其它變流元件相比，晶閘管具有許多獨特的優(yōu)越性，因而晶閘管直流調速系統(tǒng)立即顯示出強大的生命力。特別是它的系統(tǒng)快速響應性是發(fā)電機、電動機系統(tǒng)不能比擬的。但發(fā)電機、電動機調速系統(tǒng)的主要缺點是需要增加兩臺與調速電動機相當?shù)男D電機和一些輔助勵磁設備，因而體積大，維修困難等。但缺點是效率低、機械特性軟、不能在較寬范圍內平滑調速，所以目前極少采用。 直流電動機控制的發(fā)展歷史常用的控制直流電動機有以下幾種:第一，最初的直流調速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動機電樞供電，通過改變電樞回路中的電阻來實現(xiàn)調速。在國外，尤其在運動控制及過程控制方面PID控制技術的應用更是越來越廣泛和深入。在應用方面，這種控制技術已經滲透到了醫(yī)療、汽車制造、鐵道運輸、航天航空、鋼鐵生產、物流配送、飲料生產等多個方面。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器已經很多，產品已在工程實際中得到了廣泛的應用。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器?？刂破鞯妮敵鼋涍^輸出接口﹑執(zhí)行機構、加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量、經過傳感器、變送器、通過輸入接口送到控制器?？刂评碚摰陌l(fā)展經歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。第一章 緒論 前言21世紀，科學技術日新月異，科技的進步帶動了控制技術的發(fā)展，現(xiàn)代控制設備的性能和結構發(fā)生了翻天覆地的變化。我們已進入高速發(fā)展的信息時代，控制技術成為當今科技的主流之一，廣泛深入到研究和應用工程等各個領域。其控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機構﹑輸入輸出接口。不同的控制系統(tǒng)、傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機構是不一樣的。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。受益于數(shù)十年來全球經濟高速成長所獲得的PID控制成果,在中國市場，一大批機器設備制造商正處于蓬勃發(fā)展階段，除滿足本土市場龐大的機器設備需求外，走向國際市場，參與國際競爭也成為現(xiàn)實需求。但是由于中國科技落后，為此，我們需要更進一步的學習、掌握與應用先進的控制技術與解決方案，以提升設備性能、檔次與市場競爭力。隨著科技的進步，人們對生活舒適性的追求將越來越高，PID控制技術作為一項具有發(fā)展前景和影響力的新技術，正越來越受到國內外各行業(yè)的高度重視。這種方法簡單易行設備制造方便，價格低廉。第二，三十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機電動機(也稱為旋轉變流組)，配合采用磁放大器、電機擴大機、閘流管等控制器件，可獲得優(yōu)良的調速性能，如有較寬的調速范圍(十比一至數(shù)十比一)、較小的轉速變化率和調速平滑等，特別是當電動機減速時，可以通過發(fā)電機非常容易地將電動機軸上的飛輪慣量反饋給電網，這樣，一方面可得到平滑的制動特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。第三，自出現(xiàn)汞弧變流器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機、電動機系統(tǒng)，使調速性能指標又進一步提高。但是汞弧變流器仍存在一些缺點:維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對維護人員會造成一定的危害等。由于它具有體積小、響應快、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點，采用晶閘管供電，不僅使直流調速系統(tǒng)經濟指標上和可靠性有所提高，而且在技術性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。在響應快速性上，機組是秒級，而晶閘管變流裝置為毫秒級。同時，控制電路也實現(xiàn)了高度集成化、小型化、高可靠性及低成本。隨著微型計算機、超大規(guī)模集成電路、新型電子電力開關器件和新型傳感器的出現(xiàn)，以及自動控制理論、電力電子技術、計算機控制技術的深入發(fā)展，直流電動機控制也裝置不斷向前發(fā)展。近年來，一些先進國家陸續(xù)推出并大量使用以微機為控制核心的直流電氣傳動裝置，如西門子公司的SIMOREG K 6RA2ABB公司的PAD/PSD等等。例如，軍事和宇航方面的雷達天線，火炮瞄準，慣性導航，衛(wèi)星姿態(tài)，飛船光電池對太陽得跟蹤等控制；工業(yè)方面的各種加工中心，專用加工設備，數(shù)控機床，工業(yè)機器人，塑料機械，印刷機械，繞線機，紡織機械，工業(yè)縫紉機，泵和壓縮機等設備的控制；計算機外圍設備和辦公設備中的各種磁盤驅動器，各種光盤驅動器，繪圖儀，掃描儀，打印機，傳真機，復印機等設備的控制；音像設備和家用電器中的錄音機，錄像機，數(shù)碼相機，洗衣機，冰箱，電扇等的控制。電動機控制技術的發(fā)展得力于微電子技術，電力電子技術，傳感器技術，永磁材料技術，微機應用技術的最新發(fā)展成就。正是這些技術的進步使電動控制技術在近二十年內發(fā)生了很大的變化。其中，脈寬調制（PWM）方法，變頻技術在直流調速和交流調速系統(tǒng)中得到了廣泛應用。由于有微處理器和傳感器作為新一代運動控制系統(tǒng)的組成部分，所以又稱這種運動控制系統(tǒng)為智能運動控制系統(tǒng)。在那些對電動機控制系統(tǒng)的性能要求較高的場合（如數(shù)控機床，工業(yè)縫紉機，磁盤驅動器，打印機，傳真機等設備中，要求電動機實現(xiàn)精確定位，適應劇烈負載變化），傳統(tǒng)的控制算法已難以滿足系統(tǒng)要求。數(shù)字直流調速裝置，從技術上，它能成功地做到從給定信號、調節(jié)器參數(shù)設定、直到觸發(fā)脈沖的數(shù)字化，使用通用硬件平臺附加軟件程序控制一定范圍功率和電流大小的直流電機，同一臺控制器甚至可以僅通過參數(shù)設定和使用不同的軟件版本對不同類型的被控對象進行控制，強大的通訊功能使它易和PLC等各種器件通訊組成整個工業(yè)控制過程系統(tǒng)，而且具有操作簡便、抗干擾能力強等特點，尤其是方便靈活的調試方法、完善的保護功能、長期工作的高可靠性和整個控制器體積小型化，彌補了模擬直流調速控制系統(tǒng)的保護功能不完善、調試不方便、體積大等不足之處，且數(shù)字控制系統(tǒng)表現(xiàn)出另外一些優(yōu)點，如查找故障迅速、調速精度高、維護簡單，使其具備了廣一闊的應用前景。我國從20世紀60年代初試制成功第一只硅晶閘管以來，晶閘管直流調速系統(tǒng)也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用。我國關于數(shù)字直流調速系統(tǒng)的研究主要有:綜合性最優(yōu)控制，補償PID控制，PID算法優(yōu)化，也有的只應用模糊控制技術。因此我國直流電機調速也正向著脈寬調制（pulse width modulation,簡稱PWM）方向發(fā)展。但由于進口設備價格昂貴，也給出了國產全數(shù)字控制直流調速裝置的發(fā)展空間。第二章 單片機的介紹 單片機自20世紀70年代問世以來，作為微型計算機的一個重要分支，得到了快速的發(fā)展。單片機（singlechip microputer）是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術把具有數(shù)據(jù)處理能力（算術運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理等）的微處理器（CPU）、隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入輸出接口電路（I/O）、串行通信口（SCI）、脈寬調制電路（PWM）、定時計算器、A/D轉換器及D/A轉換器等電路集成到一塊半導體硅片上，這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效的完成設計者事先規(guī)定的任務，這樣的一塊具有一臺計算機的屬性，可以構成一個最小而完善的的計算機系統(tǒng)的電路芯片就稱為單片微型計算機，簡稱單片機。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。 CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。隨著技術和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工藝。 單片機的功耗已從Ma級，甚至1uA以下；使用電壓在3~6V之間，完全適應電池工作。低電壓化允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在3~6V范圍內工作。低噪聲與高可靠性大容量化但在需要復雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進行外接擴充。目前，單片機內ROM最大可達64KB，RAM最大為2KB。 主要是指進一步改進CPU的