溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)Word版

1、傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！學(xué) 號： 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院專 業(yè)班 級姓 名指導(dǎo)教師2016年月日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： _ 專業(yè)班級： _ 指導(dǎo)教師： 周申培 工作單位： _ 題 目: 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)初始條件：被控對象為電爐，采用熱阻絲加熱，利用大功率可控硅控制器控制熱阻絲兩端所加的電壓大小，來改變流經(jīng)熱阻絲的電流，從而改變電爐爐內(nèi)的溫度?？煽毓杩刂破鬏斎霝?5伏時(shí)對應(yīng)電爐溫度0300，溫度傳感器測量值對應(yīng)也為05伏，對象的特性為積分加慣性系統(tǒng)，慣性時(shí)間常數(shù)為t140秒。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說

2、明書撰寫等具體要求）1設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，畫出框圖；2編寫積分分離pid算法程序，從鍵盤接受kp、ti、td、t及的值；3計(jì)算機(jī)仿真被控對象，編寫仿真程序；4通過數(shù)據(jù)分析td改變時(shí)對系統(tǒng)超調(diào)量的影響。5. 撰寫設(shè)計(jì)說明書。課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括：設(shè)計(jì)任務(wù)及要求；方案比較及認(rèn)證；系統(tǒng)濾波原理、硬件原理，電路圖，采用器件的功能說明；軟件思想，流程，源程序；調(diào)試記錄及結(jié)果分析；參考資料；附錄：芯片資料，程序清單；總結(jié)。時(shí)間安排：2016年5月23日2016年6月3日摘要比例-積分-微分控制（簡稱pid控制），是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和理論的分析都表明，這種控

3、制規(guī)律對許多工業(yè)過程進(jìn)行控制時(shí)，都能得到滿意的效果。利用計(jì)算機(jī)可以很好地使用pid算法對控制對象進(jìn)行控制，具有較高的精度，并且可以很方便的改變pid參數(shù)，以達(dá)到不同的控制效果。本設(shè)計(jì)的控制對象為電爐，控制量為電爐溫度，利用單片機(jī)對大功率可控硅導(dǎo)通角的控制，可以很方便地改變電熱絲兩端的電壓，從而起到調(diào)節(jié)溫度的作用。而熱電偶配合單片機(jī)編程，能夠較精確地得到爐溫，使單片機(jī)能夠?qū)崟r(shí)發(fā)出控制信號，快速將爐溫調(diào)節(jié)為給定值。當(dāng)外界出現(xiàn)干擾使?fàn)t溫發(fā)生變化時(shí)，單片機(jī)能夠通過pid算法快速使?fàn)t溫回到給定值。為了使pid控制更加穩(wěn)定可靠，本設(shè)計(jì)加入了積分分離的改進(jìn)措施，當(dāng)偏差較大時(shí)取消積分作用，利用pd控制快速使系

4、統(tǒng)趨于穩(wěn)定；當(dāng)偏差小于某一個(gè)值時(shí)，加入積分作用，以消除靜差。利用matlab軟件，可以通過仿真得到td改變對系統(tǒng)超調(diào)量的影響。關(guān)鍵詞：pid控制；matlab；系統(tǒng)超調(diào)量目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求11.1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求11.2 任務(wù)要求分析12 方案比較及認(rèn)證22.1 方案設(shè)計(jì)22.2 方案認(rèn)證33 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)43.1 pid控制算法43.2 積分分離的pid控制控制算法54 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)64.1 系統(tǒng)濾波原理64.2 硬件設(shè)計(jì)原理65 系統(tǒng)仿真85.1 仿真程序及圖形85.2 仿真結(jié)果95.3 結(jié)果分析126 心得體會13參考文獻(xiàn)14附錄a 芯片資料15附a1 adc0809芯片功能15附a2

5、 dac0832芯片功能16附a3 at89c51單片機(jī)18附錄b 程序清單20附b1 單片機(jī)程序代碼20附b2 仿真程序代碼27本科生課程設(shè)計(jì)成績評定表281 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求被控對象為電爐，采用熱阻絲加熱，利用大功率可控硅控制器控制熱阻絲兩端所加的電壓大小，來改變流經(jīng)熱阻絲的電流，從而改變電爐爐內(nèi)的溫度。可控硅控制器輸入為05伏時(shí)對應(yīng)電爐溫度0300，溫度傳感器測量值對應(yīng)也為05伏，對象的特性為積分加慣性系統(tǒng)，慣性時(shí)間常數(shù)為t140秒。要求完成的主要任務(wù):1設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，畫出框圖；2編寫積分分離pid算法程序，從鍵盤接受kp、ti、td、t及的值；3

6、計(jì)算機(jī)仿真被控對象，編寫仿真程序；4通過數(shù)據(jù)分析td改變時(shí)對系統(tǒng)超調(diào)量的影響。5. 撰寫設(shè)計(jì)說明書。1.2 任務(wù)要求分析本系統(tǒng)的控制對象為電爐，被控量為溫度，利用溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測電爐溫度；將測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將檢測得到的溫度與爐溫給定值進(jìn)行比較，并計(jì)算偏差；按照預(yù)置的控制算法，對可控硅控制器的導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可以控制熱阻絲兩端的電壓，起到溫度調(diào)節(jié)的作用。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、處理以及pid算法控制，并通過鍵盤對溫度設(shè)定值和pid控制參數(shù)進(jìn)行修正，因此可以使用單片機(jī)或plc。由于本次控制對象為電爐，其時(shí)間常數(shù)較大，因此采用周期不宜過小，避免系統(tǒng)響應(yīng)過于頻繁，

7、降低計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率并使控制品質(zhì)變壞；但也不能太大，否則會使誤差不能及時(shí)消除。2 方案比較及認(rèn)證2.1 方案設(shè)計(jì)用溫度傳感器來檢測爐的溫度，將爐溫轉(zhuǎn)變成毫伏級的電壓信號，經(jīng)溫度變送器放大并轉(zhuǎn)換成電流信號。由電阻網(wǎng)絡(luò)將電流信號變成電壓信號，送入a/d轉(zhuǎn)換器，通過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，所檢測到的電壓信號和爐溫給定值的電壓信號送入計(jì)算機(jī)程序中作比較，得出給定值與實(shí)際值之間的偏差，并與進(jìn)行比較，從而確定算法。計(jì)算得到的控制量輸出給可控硅控制器，改變可控硅的導(dǎo)通角，達(dá)到調(diào)壓的目的，是電阻絲兩端的電壓增大或較小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對爐溫的控制。方案一：使用plc直接對鐵塊溫度進(jìn)行pid調(diào)節(jié)。其基本思想為，觸摸屏要設(shè)定溫度

8、給plc，plc控制光耦電路，然后對電阻絲進(jìn)行控制加熱。具體流程為，由觸摸屏設(shè)定溫度給plc，由plc通過電路控制鐵塊的加熱或不加熱，熱電偶把溫度以電壓的方式經(jīng)過ad轉(zhuǎn)換反饋給plc，plc再經(jīng)過pid來控制溫度。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2-1 方案一設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖方案二：單片機(jī)熱電偶溫度自動(dòng)控制。主要的控制芯片采用at89c51，要求傳感器測量的電壓范圍和可控硅控制器的電壓在0-5，所以a/d與d/a轉(zhuǎn)換芯片采用adc0809和dac0832。爐溫控制在0300內(nèi)，因此采用鎳鉻-銅鎳熱電偶，同時(shí)選用運(yùn)算放大器將信號放大。圖2-2 方案二設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖2.2 方案認(rèn)證根據(jù)設(shè)計(jì)要求，綜合考慮選擇方案

9、二。在系統(tǒng)中，利用熱電偶測得電阻爐實(shí)際溫度并轉(zhuǎn)換成毫伏級電壓信號。該電壓信號經(jīng)過溫度檢測電路轉(zhuǎn)換成與爐溫相對應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過液晶顯示器顯示溫度，同時(shí)將溫度與設(shè)定溫度比較，根據(jù)設(shè)定計(jì)算出控制量，根據(jù)控制量通過控制繼電器的導(dǎo)通和關(guān)閉從而控制電阻絲的導(dǎo)通時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對爐溫的控制。程序流程圖如圖2-3所示。圖2-3 程序流程圖3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 pid控制算法模擬pid控制器的控制規(guī)律為（3-1）在pid調(diào)節(jié)中，比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，kp的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是：只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷地

10、積累，輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時(shí)間，積分控制將能完全消除誤差，積分作用太強(qiáng)就會使系統(tǒng)超調(diào)增大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。為了便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)pid控制算法，必須將式（3-1）變換成差分方程，以得到數(shù)字pid位置型控制算式（3-2）根據(jù)式（3-2）可寫出u(k-1)的表達(dá)式 （3-3）將式（3-2）與式（3-3）相減，可以得到數(shù)字pid增量型控制算式為（3-4）式中，kp為比例增益；ki=kp*t/ti為積分系數(shù)；kd=kd*td/t為微分系數(shù)。相對于位置型算法，增量型

11、算法不需要做累加，計(jì)算誤差或計(jì)算精度對控制量的計(jì)算影響較小，而位置型算法要用到過去的累加值，容易產(chǎn)生較大的累加誤差。位置型算法不僅要占用較多的內(nèi)存單元，而且不便于編寫程序，并且逐漸增大的累加誤差可能引起系統(tǒng)沖擊，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。綜合考慮，應(yīng)該使用增量型數(shù)字pid控制算法來增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及控制精度。3.2 積分分離的pid控制控制算法在一般的pid控制中，當(dāng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變給定值時(shí)，由于此時(shí)有較大的偏 差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，故在積分項(xiàng)的作用下，往往會產(chǎn)生較大的超調(diào)和長時(shí)間的波動(dòng)。特別對于溫度等變化緩慢的過程，這一現(xiàn)象更為嚴(yán)重，為此，可采用積分分離措施，即偏差e(k)較大時(shí)，

12、取消積分作用；當(dāng)偏差較小時(shí)才將積分作用投入。亦即當(dāng)時(shí)，采用pd控制；當(dāng)時(shí)，采用pid控制。積分分離閾值應(yīng)根據(jù)具體對象及控制要求。若值過大時(shí)，則達(dá)不到積分分離的目的；若值過小，則一旦被控量y(t)無法跳出個(gè)積分分離區(qū)，只進(jìn)行pd控制，將會出現(xiàn)殘差，為了實(shí)現(xiàn)積分分離，編寫程序時(shí)必須從數(shù)字pid差分方程式中分離出積分項(xiàng)，進(jìn)行特殊處理。積分分離pid控制算法流程圖如圖3-1所示。圖3-1 積分分離pid控制算法流程圖4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)濾波原理一般微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的模擬輸入信號中，均含有種種噪音和干擾，它們來自信號源本身、傳感器、外界干擾等。噪音有兩大類：一類為周期性的，另一類為不規(guī)則的。前者可采

13、用雙積分a/d轉(zhuǎn)換器，有效地消除其影響。后者為隨機(jī)信號，可用數(shù)字濾波方法予以消除。 算術(shù)平均值法式要按輸入的n個(gè)采樣為周期ix（i=1n），尋找這樣一個(gè)y，使y與各采樣值間的偏差的平方和為最小，使 由一元函數(shù)求值原理可得4.2 硬件設(shè)計(jì)原理該溫度控制硬件設(shè)計(jì)采用了單片機(jī)at89c52，a/d轉(zhuǎn)換器adc0809與d/a轉(zhuǎn)換器dac0832。其設(shè)計(jì)思想為：用熱電偶來檢測爐的溫度，將爐溫轉(zhuǎn)變成毫伏級的電壓信號，經(jīng)溫度變送器放大并轉(zhuǎn)換成電流信號。由電阻網(wǎng)絡(luò)講電流信號變成電壓信號，送入a/d轉(zhuǎn)換器adc0809，通過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，所檢測到的電壓信號和爐溫給定值的電壓信號都轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)at8

14、0c52進(jìn)行比較，其差值即為實(shí)際爐溫和給定爐溫的偏差，以單片機(jī)為核心的數(shù)字pid控制器對偏差按照給定的方法運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果送入d/a轉(zhuǎn)換器dac0832轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)功率放大器放大后送入晶閘管調(diào)壓器，觸發(fā)晶閘管并改變其導(dǎo)通角的大小，從而控制電阻爐的加溫電壓，起到爐溫調(diào)節(jié)的作用。其電路圖如圖4-1所示。圖4-1 硬件設(shè)計(jì)電路圖5 系統(tǒng)仿真5.1 仿真程序及圖形被控對象為采用simulink仿真，通過simulink模塊實(shí)現(xiàn)積分分離pid控制算法。 選擇合適的kp，ki，kd是系統(tǒng)的仿真效果趨于理想狀態(tài)。matlab程序如下所示。clear all;close all;ts=2; %采樣時(shí)間2s

15、sys=tf(1,40,1,0); %令sys為系統(tǒng)傳遞函數(shù) dsys=c2d(sys,ts,'zoh'); %將sys離散化并加零階保持器num,den=tfdata(dsys,'v'); %求sys多項(xiàng)式模型參數(shù)kp=1;ti=50;td=1;beta=0.1;ki=kp*ts/ti;kd=kp*td/ts;simulink仿真圖如圖5-1所示。圖5-1 simulink仿真圖5.2 仿真結(jié)果(1) 當(dāng)td=0.1時(shí)，仿真波形圖如圖5-2所示。圖5-2 當(dāng)td=0.1時(shí)的仿真波形圖(2) 當(dāng)td=1時(shí)，仿真波形圖如圖5-3所示。圖5-3 當(dāng)td=1時(shí)的仿真波

16、形圖(3) 當(dāng)td=10時(shí)，仿真波形圖如圖5-4所示。圖5-4 當(dāng)td=10時(shí)的仿真波形圖(4) 當(dāng)td=15時(shí)，仿真波形圖如圖5-5所示。圖5-5 當(dāng)td=15時(shí)的仿真波形圖(5) 當(dāng)td=20時(shí)，仿真波形圖如圖5-6所示。圖5-6 當(dāng)td=20時(shí)的仿真波形圖(6) 當(dāng)td=30時(shí)，仿真波形圖如圖5-6所示。圖5-7 當(dāng)td=30時(shí)的仿真波形圖(7) 當(dāng)td=40時(shí)，仿真波形圖如圖5-8所示。此時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，系統(tǒng)不穩(wěn)定。圖5-7 當(dāng)td=40時(shí)的仿真波形圖5.3 結(jié)果分析增大微分時(shí)間td，有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動(dòng)的抑制能力減弱，對擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。通過仿

17、真可以看出，當(dāng)k，td，t，取了合適的值后，改變td既會改變系統(tǒng)的超調(diào)量，又會使系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間發(fā)生較大的改變。在一定范圍內(nèi)td增大，而相應(yīng)的系統(tǒng)超調(diào)量減小，說明此時(shí)微分作用會使系統(tǒng)超調(diào)量減小。但超過該范圍，隨td增大超調(diào)量增大。仿真結(jié)果中，當(dāng)td=40時(shí)，系統(tǒng)甚至出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。因此，積分時(shí)間常數(shù)td必須取恰當(dāng)值，微分作用過強(qiáng)，會使系統(tǒng)超調(diào)過大，甚至不穩(wěn)定。因此，td增大即微分作用的增強(qiáng)有助于增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，如可以明顯減少超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間等，提高控制精度。但td值偏大都會適得其反。6 心得體會通過本次溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，個(gè)人有了很多獲得：一，了解了自身各種理論知

18、識的不足之處，強(qiáng)化了自身知識水平；二，知道了理論必須與實(shí)踐結(jié)合，各種技術(shù)才能真正達(dá)到熟練運(yùn)用的程度；三，科學(xué)技術(shù)是嚴(yán)密謹(jǐn)慎的，不能有一絲馬虎，否則可能會出現(xiàn)較大誤差；四，通過本次溫度控制設(shè)計(jì)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)了單片機(jī)設(shè)計(jì)與matlab仿真設(shè)計(jì)。也學(xué)習(xí)了數(shù)字pid控制，比較了數(shù)字pid位置型控制算法與數(shù)字pid增量型控制算法。同時(shí)了解了數(shù)字pid控制器改進(jìn)的方法，如積分分離。為了實(shí)現(xiàn)積分分離，編寫程序時(shí)必須從數(shù)字pid差分方程式中分離出積分項(xiàng)，進(jìn)行特殊處理。參考文獻(xiàn)1 于海生. 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)m. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014：101-111.2 張毅剛，彭喜元. 單片機(jī)原理及應(yīng)用m. 北京：高等教

19、育出版社，2010：43-82.3 劉教瑜. plc應(yīng)用技術(shù)m. 北京：人民郵電出版社，2013：276-278.4 劉紅麗. 傳感與檢測技術(shù)m. 北京：國防工業(yè)出版社，2012：73-81.5 王孝武，方敏，葛鎖良. 自動(dòng)控制理論m. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：117-118.附錄a 芯片資料附a1 adc0809芯片功能a/d轉(zhuǎn)換器是將模擬電壓或電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的期間或裝置，它是一種模擬系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間的接口，它在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中，得到了廣泛的應(yīng)用，常用的a/d轉(zhuǎn)換器有adc0809. 它是一種帶有8通道模擬開關(guān)的8位逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us左右，線性誤差為&

20、#177;1/2lsb，采用28腳雙立直插式封裝，adc0809由8通道模擬開關(guān)、通道選擇邏輯、8位a/d轉(zhuǎn)換器及三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。(1)8通道模擬開關(guān)及通道選擇邏輯該部分的功能是實(shí)現(xiàn)8選1操作，通道選擇信號c、b、a與所選通道的關(guān)系如下：表a-1 adc0809模擬開關(guān)及通道選擇邏輯 地址鎖存允許信號（ale、正脈沖）用于通道選擇信號c、b、a的鎖存。加至c、b、a上的通道選擇信號在ale的作用下送入通道選擇邏輯后，通道i上的模擬輸入被送至a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。(2)8位a/d轉(zhuǎn)換器圖a-1 adc0809引腳圖如圖a-1所示。in0in7為模擬信號的8個(gè)輸入通道。vref，vref為基準(zhǔn)

21、電壓的正極和負(fù)極。 adda 、addb和addc為模擬信號輸入通道的地址選擇線。ale為地址鎖存信號，由低電平到高電平正跳變時(shí)講地址選擇線的狀態(tài)鎖存，一選通相應(yīng)的輸入通道。 start為啟動(dòng)信號，正脈沖的上升沿使內(nèi)部寄存器清零，從下降沿開始進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。 oec為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，在start信號之后變低，轉(zhuǎn)換結(jié)束為高電平，用來申請中斷。oe為輸出允許信號，有效時(shí)將輸出寄存器中的數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上。2-82-1為數(shù)碼輸出端，2-8為最低有效位，2-1為最高有效位。附a2 dac0832芯片功能d/a轉(zhuǎn)換器的功能是把二進(jìn)制數(shù)字量電信號轉(zhuǎn)換為與其數(shù)值成正比的模擬量電信號。常用d/a轉(zhuǎn)換器為dac0

22、832芯片。dac0832工作在單緩沖寄存器方式，即當(dāng)cs信號來時(shí)，d0d7數(shù)據(jù)線送來的數(shù)據(jù)直通進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換，當(dāng)iow變高時(shí)，則此數(shù)據(jù)便被鎖存在寄存器中，因此d/a轉(zhuǎn)換的輸出也保持不變。dac0832講輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成差動(dòng)的電流輸出（iout1和iout2），為了將其編程電壓輸出，須經(jīng)過運(yùn)算放大器，使其輸出05v（vref為-5v）或010v（vref為-10v），若要形成負(fù)電壓輸出，則vref需接正的基準(zhǔn)電壓。圖a-2 dac0832引腳圖如圖a-2 所示，dac0832是雙列直插式8位d/a轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。圖4為dac0832的引腳圖。其主要參數(shù)如下

23、：分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1s，滿量程誤差為±1lsb，參考電壓為(+10/span>-10)v，供電電源為(+5+15)v，邏輯電平輸入與ttl兼容。在dac0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為ile，第二級鎖存器稱為dac寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號xfer。當(dāng)ile為高電平，片選信號 cs和寫信號 wr1為低電平時(shí)，輸入寄存器控制信號為1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后，當(dāng)wr1由低電平變高時(shí)，控制信號成為低電平，此時(shí)，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù)db的變化而變化。對第二級鎖存來

24、說，傳送控制信號xfer和寫信號wr2同時(shí)為低電平時(shí)，二級鎖存控制信號為高電平，8位的dac寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當(dāng)wr2由低電平變高時(shí)，控制信號變?yōu)榈碗娖?，于是將輸入寄存器的信息鎖存到dac寄存器中。其余各引腳的功能定義如下： di7di0：8位的數(shù)據(jù)輸入端，di7為最高位。iout1：模擬電流輸出端1，當(dāng)dac寄存器中數(shù)據(jù)全為1時(shí)，輸出電流最大，當(dāng) dac寄存器中數(shù)據(jù)全為0時(shí)，輸出電流為0。iout2：模擬電流輸出端2,iout2與iout1的和為一個(gè)常數(shù)。rfb：反饋電阻引出端，dac0832內(nèi)部已有反饋電阻，所以 rfb端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端,相當(dāng)于將一個(gè)反饋電

25、阻接在運(yùn)算放大器的輸出端和輸入端之間。 vref：參考電壓輸入端，此端可接一個(gè)正電壓，也可接一個(gè)負(fù)電壓，它決定0至255的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來的模擬量電壓值的幅度，vref范圍為+10。vref端與d/a內(nèi)部t形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。vcc：芯片供電電壓，范圍為5v15v。gnd ：模擬量地/數(shù)字量地，即模擬/數(shù)字電路接地端。附a3 at89c51單片機(jī) at89c51提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)：4k字節(jié)閃爍存儲器，128字節(jié)隨機(jī)存儲器，32個(gè)i/o口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，1個(gè)串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時(shí)鐘電路。另外，at89c51還可以進(jìn)行0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。

26、8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，但封裝之后，只有引腳是面向用戶的，所以使用者需要熟悉各引腳的用途。常用的8051芯片是用雙列直插40腳封裝。如圖a-3所示。圖a-3 at89c51引腳圖其各引腳功能如下所示：vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0口：p0口為一個(gè)8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0口外部必須被拉高。p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩

27、沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2口輸出其特

28、殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。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門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6，可

29、用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。 ：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。 /vpp：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。附錄b 程序清單附b1 單片機(jī)程序代碼單片機(jī)程序代碼如下所示：積分分離pid控制算

30、法子程序：start：mov 68h,kp ；分別將kp ，ti ，td， t，送入指定的存儲單元mov 54h,ti mov 55h,tdmov 56h,tmov 57h,mov a,68h；計(jì)算ki=kp*t/ti mov b,56hmul abmov b,54hdiv abmov 69h,amov a,68h；計(jì)算kd=kp*td/tmov b,55hmul abmov b,56hdiv abmov 6ah,aloop0: mov dptr #7ff0h；讀取預(yù)定溫度值，送入adc0809的in0口地址 mov dptr,a ；啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換loop1 jb p3.3,loop1；等待轉(zhuǎn)

31、換數(shù)據(jù)movx a,dptr；讀取adc0809的in0口轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)mov 5ch,a；將預(yù)定值數(shù)據(jù)放入指定的存儲單元mov dptr,#7ff1h；讀取采樣溫度值，送adc0809的in1口地址movx dptr,a；啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換loop2: jb p3.3,loop2；等待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) movx a,dptr；讀取adc0809的in1口轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)mov 49h,a ；將采樣值數(shù)據(jù)放入指定的存儲單元mov a,5ch ；計(jì)算e(i)，先取溫度給定值clr csubb a,50h ；溫度給定值-采樣值jnc aa0；判斷e(i)的正負(fù)，如果為正，跳至aa0cpl a；e(i)為負(fù)，下兩條指

32、令求補(bǔ)add a,#01h aa0mov r0,57hsubb a,57h；|e(i)|-jnc aa1；|e(i)|>跳至aa1sjmp aa2；|e(i)|<跳至aa2 aa1: lcall pd；調(diào)用pd算法 aa2: lcall pid；調(diào)用pid算法mov a,7ch；將ui通過dac0832輸出mov dptr,#7ff2hmovx dptr,ainc dptrmovx dptr,alcall delay；調(diào)用延時(shí)子程序，等待下一次采樣計(jì)算sjmp loop0；進(jìn)入下一次控制計(jì)算delay proc neardl0: mov r6,#ffhdl1: mov r7,#ff

33、hdl2: mov r5,#ffhdls: djnz r5,dlsdjnz r7,dl2djnz r6 dl1retdelay  endppid proc nearpid:mov a,5ch；計(jì)算e(i)，先取溫度給定值clr csubb a,50h；溫度給定值-溫度檢測值jnc pid1；判斷e（i）正負(fù)，如果為正，跳至pid1cpl a；e（i）為負(fù)，下兩條指令求補(bǔ)add a,#01h setb 30h；e（i）為負(fù)，符號位置1sjmp pid2pid1:clr 30h；e（i）為正，符號位置0pid2:mov 6bh,a；e（i）值存放在6bh單位元中mov r1,6bh；計(jì)算

34、ei-ei-1，先將ei值，送r1 mov c,30h；將ei的符號位值送20h位mov 20h,cmov r2,6ch；將ei-1值送r2mov c,31h；將 ei-1的符號位值送21h位mov 21h,c lcall djf；調(diào)用單字節(jié)帶符號的減法子程序mov 6eh,r3；將差值ei-ei-1送6eh單元mov c,22h；將差值ei-ei-1的符號位送33h位mov 33h,cmov r1,6ch；計(jì)算ei-1-ei-2，先將ei-1值送r1 mov c,31h；將ei-1符號位送20h位mov 20h,cmov r2,6dh；將ei-2的值送r2mov c,32h；將 ei-2的符

35、號位值送21h位mov 21h,clcall djf；調(diào)用單字節(jié)帶符號的減法子程序mov 6fh,r3；將差值ei-1-ei-2送6fh單元 mov c,22h；將差值ei-1-ei-2的符號位送34h位 mov 34h,c mov r1,6eh ；計(jì)算（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2），將ei-ei-1值送r1 mov c,33h；將ei-ei-1符號位送20h位 mov 20h,c mov r2,6fh；將ei-1-ei-2值送r2 mov c,34h；將ei-1-ei-2符號位送21h位 mov 21h,c lcall djf；調(diào)用單字節(jié)帶符號的減法子程序 mov 70h,r3；

36、將差值（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）送70h單元 mov c,22h；將差值（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）的符號位值送 35h位 mov 35h,cmov a,68h；計(jì)算kp*（ei-ei-1），將kp值送a mov b,6eh；將ei-ei-1值送b mul ab；兩數(shù)相乘 mov 71h,b；kp*（ei-ei-1）值存71h，72h單元 mov 72h.a mov a,69h；計(jì)算ki*ei，將ki值送a mov b,6bh；將ei值送b mul ab；兩數(shù)相乘 mov 73h,b；ki*ei值存73h，74h單元 mov 74h,a mov a,6ah；計(jì)算k

37、d*（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2），將kd送 a mov b,70h；將（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）值送bmul ab；兩數(shù)相乘 mov 75h,b；kd*（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）值存75h，76h 單元 mov 76h,a mov r1,71h；計(jì)算kp*（ei-ei-1）+ki*ei，將kp*（ei-ei-1） 值送r1，r2 mov r2,72h mov c,33h；將kp*（ei-ei-1）的符號位值送23h位 mov 23h,c mov r3,73h；將ki*ei值送r3，r4 mov r4,74h mov c,30h；將ki*ei值的符號

38、位懂24h位 mov 24h,c lcall sjf；調(diào)用雙字節(jié)帶符號加法子程序 mov 77h,r5；將kp*（ei-ei-1）+ki*ei值送77h，78h mov 78h,r6 mov c,25h；將kp*（ei-ei-1）+ki*ei值的符號位送36h位 mov 36h,c mov r1,77h；計(jì)算ui，將將kp*（ei-ei-1）+ki*ei值送r1， r2 mov r2,78h mov c,36h；將kp*（ei-ei-1）+ki*ei值的符號位送23h位 mov 23h,c mov r3,75h；將kd*（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）的值送r3，r4 mov r4,

39、76hmov c,35h；將kd*（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）的符號位送23h 位mov 24h,c lcall sjf；調(diào)用雙字節(jié)帶符號加法子程序mov 79h,r5；將ui值送79h，7ah mov 7ah,r6 mov c,25h；將ui值的符號位送37h mov 37h,c mov r1,7dh；計(jì)算ui，將ui-1值送r1，r2 mov r2,7eh clr 23h；ui-1值的符號位值恒為0 mov r3,79h；將ui值送r3，r4 mov r4,7ah mov c,37h；將ui值的符號位送24h mov 24h,c lcall sjf；調(diào)用雙字節(jié)帶符號加法子程序

40、 jnb 25h,pid3；判斷計(jì)算結(jié)果是否為負(fù) mov 7bh,#00h；如果是負(fù)數(shù)，則輸出電壓為0 mov 7ch,#00h sjmp pid4 pid3:mov 7bh,r5；否則，將計(jì)算得到的ui值置7bh，7ch mov 7ch,r6 pid4:mov 6dh,6ch ；數(shù)據(jù)迭代，ei-1值送ei-2存儲單元mov 6ch,6bh；ei值送ei-1存儲單元 mov 7dh,7bh；ui值送ui-1存儲單元 mov 7eh,7ch ret pid endppd proc nearpd:mov a,5ch；計(jì)算ei，先取溫度給定值clr c subb a,50h；溫度給定值-溫度檢測值

41、jnc pd1；判斷ei正負(fù)，如果為正，跳至pid1 cpl a；ei為負(fù)，下兩條指令求補(bǔ) add a,#01h setb 30h；ei為負(fù)，符號位置1 sjmp pd2 pd1:clr 30h；ei為正，符號位置0 pd2:mov 6bh,a；ei值存放在6bh單位元中 mov r1,6bh；計(jì)算ei-ei-1，先將ei值，送r1 mov c,30h；將ei的符號位值送20h位 mov 20h,c； mov r2,6ch；將ei-1值送r2 mov c,31h；將 ei-1的符號位值送21h位 mov 21h,c lcall djf；調(diào)用單字節(jié)帶符號的減法子程序 mov 6eh,r3；將差值

42、ei-ei-1送6eh單元 mov c,22h；將差值ei-ei-1的符號位送33h位 mov 33h,c mov r1,6ch；計(jì)算ei-1-ei-2，先將ei-1值送r1 mov c,31h；將ei-1符號位送20h位 mov 20h,c mov r2,6dh；將ei-2的值送r2 mov c,32h；將 ei-2的符號位值送21h位 mov 21h,c lcall djf；調(diào)用單字節(jié)帶符號的減法子程序 mov 6fh,r3；將差值ei-1-ei-2送6fh單元 mov c,22h；將差值ei-1-ei-2的符號位送34h位 mov 34h,c mov r1,6eh ；計(jì)算（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2），將ei-ei-1值送r1 mov c,33h；將ei-ei-1符號位送20h位mov 20h,c mov r2,6fh；將ei-1-ei-2值送r2 mov c,34h；將ei-1-ei-2符號位送21h位 mov 21h,c lcall djf；調(diào)用單字節(jié)帶符號的減法子程序 mov 70h,r3；將差值（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）送70h單元 mov c,22h；將差值（ei-ei-1）-（