【正文】 小會(huì)不穩(wěn)定，太大會(huì)影響性能 太大和太小都會(huì)引起超調(diào)量大，過(guò)度時(shí)間長(zhǎng) PID 控制器是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見(jiàn)的反饋回路部件 。和其他簡(jiǎn)單的控制運(yùn)算不同， PID 控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來(lái)調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定。 PID 控制的自整定 PID 控制器自整定技術(shù)是近 2O 年來(lái)受到工業(yè)控制界和學(xué)術(shù)理論界廣泛關(guān)注并取得顯著成果的先進(jìn)控制策略，并早在 8O 年代中期就開(kāi)發(fā)研制了相應(yīng)的自整定控制器 。 K． J． Astrom、 ． Hang、Qingguo Wang、 Z． J． Palmor、 S． H． Shen 等自整定專家不斷在幾大國(guó)際雜志上發(fā)表新的研究成果，顯示了 PID 自整定技術(shù)強(qiáng)大的理論生命力 。而 Fisher Control、 Yokogawa、 Eurotherra 等公司紛紛在各自的工業(yè)控制器系列中也結(jié)合了不同的 PID 參數(shù)自動(dòng)整定算法。如日本 Toyo Systems 的 Supertuner，美國(guó) Techmadon 的 Protuner， PowellProcess Instruments 的 Micon P200 Controller 等，其中一些產(chǎn)品已在工業(yè)應(yīng)用中得到認(rèn)可。 ②對(duì)于多入多出被控對(duì)象，需要研究針對(duì)具有顯著耦合的多變量過(guò)程的多變量 PID 參數(shù) 整定方法，進(jìn)一步完善分散繼電反饋方法，盡可能減少所需先驗(yàn)信息量，使其易于在線整定。 PID 控制參數(shù)的整定方法 在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)或安裝完畢后，被控對(duì)象、測(cè)量變送器和執(zhí)行器這三部分的特性就完全確定了，不能任意改變。 PID 控制參數(shù)的整定方法 概念 確定調(diào)節(jié)器的比例度δ、積分時(shí)間 TI和微分時(shí)間 TD。 最佳整定參數(shù)，在某種評(píng)價(jià)指標(biāo)下，系統(tǒng)達(dá)到最佳控制狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律所對(duì)應(yīng)的一組參數(shù)值。這種方法需要知道數(shù)學(xué)模型。這種方法不需要事先知道過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，可直接在系統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整定，比較中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 11 簡(jiǎn)單。不同的 PID 參數(shù)組合，有時(shí)會(huì)得到十分相近的控制結(jié)果。程序設(shè)計(jì)包括顯示程序、按鍵程序、 AD 轉(zhuǎn)換程序、 PID 算法程序等。 系統(tǒng)的 性能要求 PID 三個(gè)參數(shù)數(shù)值 的改變并能保持，直至重新設(shè)定另一參數(shù)值，即能實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)定。 PID 算法。 ，成本低。 單片機(jī)也被稱為微控制（ Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。 8 位 CPU、 1K 字節(jié)ROM、 64 字節(jié) PAM、 27 根 I/O 線和一個(gè) 8 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 (2) 性能完善提高階段 1980 年， Intel 公司推出了 MCS51 系列的單片機(jī)： 8 位 CPU、 4K 字節(jié)ROM、 128 字節(jié) RAM、 4 個(gè) 8 位并口、 1 個(gè)全雙工串行口、 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出。 （ 3） 微控制器化階段 1982 年，又是 Intel 推出 MCS96 系列單片機(jī)。尋址范圍 64K。 特點(diǎn)：片內(nèi)面向測(cè)控系統(tǒng)電路增強(qiáng)，使之可以方便靈活地用于復(fù)雜 的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)及設(shè)備。 國(guó)內(nèi)人們使用最廣泛的是 MCS51 系列單片機(jī)。 51 系列的產(chǎn)品有很多，比如： ATMEL 公司融入 Flash 存儲(chǔ)器技術(shù)的 AT89 系列 Philips 公司的 80C5 80C552 系列 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 14 華邦公司的 W78C5 W77C51 高速低價(jià)系列 ADI 公司的 ADμ C8xx 高精度 ADC 系列 LG 公司的 GMS90/97 低壓高速系列 Maxim公司的 DS89C420 高速（ 50MIPS）系列 Cygnal 公司的 C8051F 系列高速 SOC 單片機(jī) 非 51 結(jié)構(gòu)單片機(jī)新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間 ，近年來(lái)推出的非 51 系列的主要產(chǎn)品有： Intel 的 MCS96 系列 16 位單片機(jī) Microchip 的 PIC 系列 RISC 單片機(jī) TI 的 MSP430F 系列 16 位低功耗單片機(jī) 單片機(jī)的廣泛選擇 分別有 MOTOROLA 公司的 MOTOROLA 單片機(jī)、 Microchip 單片機(jī)、Scenix 單片機(jī) 、 NEC 單片機(jī)、東芝單片機(jī)、富士通單片機(jī)、 Epson 單片機(jī)、Intel 公司的 8051 單片機(jī)、 Zilog 單片機(jī)、美國(guó)國(guó)家半導(dǎo) 體公司的 NS 單片機(jī)、三星單片機(jī)、華邦單片機(jī)。而日本在單片機(jī)制造業(yè)方面也有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，在積極爭(zhēng)奪家電產(chǎn)品的大客戶。另一方面，如此琳瑯滿目的單片機(jī)品種，著實(shí)給單片機(jī)應(yīng)用的工程師提供了巨大的選擇空間。相對(duì)過(guò)去以剖析、復(fù)制外國(guó)產(chǎn)品為主的思路有了相當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。各單片機(jī)廠商在開(kāi)發(fā)工具以及技術(shù)服務(wù)方面也進(jìn)行著激烈的競(jìng)爭(zhēng)，這種競(jìng)爭(zhēng)與推出新型的單片機(jī)以顯示高技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)是相輔相成的。由于單片機(jī)對(duì)各行各業(yè)都有用，這種電子技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致各行各業(yè)的進(jìn)步，也帶動(dòng)了人類文明的不斷進(jìn) 步。由于CPU、存儲(chǔ)器及 I/O 接口集成在同一芯片內(nèi)，數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響較小，而且不易受環(huán)境條件的影響。 （ 3） 低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 （ 4） 易擴(kuò)展 單片機(jī)內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行必需的部 件。 （ 5） 優(yōu)異的性能價(jià)格比 單片機(jī)的性能極高。單片機(jī)的尋址能力也突破 64KB 的限制，有的已可達(dá)到 1MB 和 16MB，片內(nèi)的 ROM 容量可達(dá) 62MB， RAM 容量則可達(dá)2MB。 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 主要的幾個(gè)方面： (1) 智能儀器儀表 (2) 機(jī)電一 體化產(chǎn)品 (3) 實(shí)時(shí)工業(yè)控制 (4) 家用電器 目前單片機(jī)滲透到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。更不用說(shuō)家用電器，汽車設(shè)備領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域，自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。 此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用。目前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁多，而且在性能方面也各有不同。 8051 單片機(jī) 8051 單片機(jī)的特點(diǎn) ： 8051 單片機(jī)可分為 ROM 型和無(wú) ROM 型兩種，無(wú) ROM 型的芯片，必須外接 EPROM 才能應(yīng)用（典型芯片為 8031）， ROM 型芯片又分為 EPROM型（典型芯片為 8751）、 FLASH 型（典型芯片為 89C51）、掩膜 ROM 型（典型芯片為 8051 ）、一次性可編程 ROM（ OTP）的芯片（典型芯片為 97C51）。 （ 2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 和特殊功能寄存器 SFR。 （ 4）兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0、 T1，可用作定時(shí)器，也可用以 對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （ 6）一個(gè)串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。 （ 8）內(nèi)部時(shí)鐘電路。 （ 1） 運(yùn)算器 運(yùn)算器以算術(shù)邏輯單元 ALU為核心，加上累加器 ACC、暫存寄存器 TMP和程序狀態(tài)字寄 存器 PSW 等所組成。 PSW: D7 D0 *CY：進(jìn)位標(biāo)志。 *AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志。 *F0：用戶標(biāo)志。 表 1 RE0,RE1 選擇 RS1 RS0 工作寄存器組 片內(nèi) RAM 地址 0 0 第 0組 00H07H 0 1 第 1組 08H0FH 1 0 第 2組 10H17H 1 1 第 3組 18H1FH *OV：溢出標(biāo)志。 *PSW 中的 D1 位為保留位，對(duì)于 8051 來(lái)說(shuō)沒(méi)有意義，對(duì)于 8052 來(lái)說(shuō) 為用戶標(biāo)志，與 F0 相同。每條指令指行完畢后，都按照累加器 A 中“ 1”的 個(gè)數(shù)來(lái)決定 P 值，當(dāng)“ 1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)， P=1，否則 P=0?？刂齐娐吠瓿芍笓]控制工作，協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。 堆棧指針 SP：是用來(lái)指示堆棧的起始地址。 指令譯碼器：當(dāng)指令送入指令譯碼器后，由譯碼器對(duì)該指令進(jìn)行譯碼，CPU根據(jù)譯碼器輸出的電平信號(hào)使定時(shí)控制的電路產(chǎn)生執(zhí)行該指令所需要的各種控制信號(hào)。 單片機(jī)的引腳 簡(jiǎn)介 單片機(jī)的 40 個(gè)引腳大致可分為 4 類：電源、時(shí)鐘、控制和 I/O 引腳。 3. 控制線 : 控制線共有 4 根， （ 1） ALE/PROG:地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM 編程脈沖。 ② PROG 功 能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 (3) RST/VPD:復(fù)位 /備用電源。 ② VPD 功能：在 Vcc 掉電情況下，接備用電源。 ① EA 功能：內(nèi)外 ROM 選擇端。 4. I/O 線 : 80C51 共有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32 個(gè)引腳。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 21 引腳功能 四個(gè) I/O口 P0 口有三個(gè)功能 ，當(dāng)數(shù)據(jù)總線。 ，可做一般的 I/O 使用，但內(nèi)部無(wú)上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。 P2 口有兩個(gè)功能 ， 當(dāng)作地址總線使用； I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻； 圖 8051 單片機(jī)的引腳圖 RST/VPD RXD/ TXD/ INT0/ INT1/ T0/ T1/ WR/ RD/ XTAL2 XTAL1 VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 8051 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 21 22 23 24 VCC EA/Vpp ALE/PROG PSEN 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 22 P3 口有兩個(gè)功能 除了作為 I/O 使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來(lái)設(shè)置，有內(nèi)部 EPROM 的單片機(jī)芯片（例如 8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號(hào)也是由信號(hào)引腳的形式提供的。為使單片機(jī)能自動(dòng)完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問(wèn)題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存 放在具有存儲(chǔ)功能的部件 —— 存儲(chǔ)器中。 程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個(gè)部件能 追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計(jì)數(shù)器 PC（包含在 CPU 中），在開(kāi)始執(zhí)行程序時(shí)，給 PC 賦予程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令， PC 在中的內(nèi)容就會(huì)自動(dòng)增加，增加量由本條指令長(zhǎng)度決定，可能是 2或 3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。 圖 7805 的引腳圖 7805 是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，它使用方便，用一個(gè)很簡(jiǎn)單的電路就可以輸入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源了，它的輸出電壓正好為 +5v，剛好 符合 51 單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓。 圖 7805 穩(wěn)壓電源電路 用 7805 實(shí)現(xiàn)的全橋整流電路 如果輸入端的是 220V的話，那么 N1： N2=1： 。這個(gè)電路輸入的是 220v 的交流電，經(jīng)過(guò)全橋整流穩(wěn)壓后輸出穩(wěn) 定的 +5v 直流電。 按鍵電路設(shè)計(jì) 一個(gè)完善的鍵盤控制程序應(yīng)具備如下功能： (1) 檢測(cè)是否有按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機(jī)械 觸點(diǎn)抖動(dòng)的影響。每次只處理一個(gè)按鍵，其間對(duì)任何按鍵的 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 25 操作對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，而且無(wú)論一次按鍵時(shí)間有多長(zhǎng)，系統(tǒng)僅執(zhí) 行一次按鍵功能程序。 本次論文是用四個(gè)按鍵控制的，第一個(gè)控制 PID 參數(shù) (控制輸出 P,I,D)，第二個(gè)實(shí)現(xiàn)加功能鍵，第三個(gè)實(shí)現(xiàn)減功能鍵 ，最后一個(gè)作為確定鍵。 獨(dú)立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根 I/O 口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它 I/O 口線的狀態(tài)