基于STC89C52的通用數(shù)字

1、 題 目：基于stc89c52的通用數(shù)字 調(diào)節(jié)器設(shè)計基于stc89c52的通用數(shù)字調(diào)節(jié)器設(shè)計 摘 要工業(yè)控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器單元是自動控制系統(tǒng)中重要組成部分，調(diào)節(jié)器在自動控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計的主要目的是設(shè)計一臺具有通用功能的數(shù)字調(diào)節(jié)器，本文主要介紹通用數(shù)字調(diào)節(jié)器的組成、原理以及如何實現(xiàn)數(shù)字化控制。該調(diào)節(jié)器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對模擬信號的轉(zhuǎn)換；用單片機(jī)stc89c52完成各種控制規(guī)律的pid運算；由v/i轉(zhuǎn)換電路輸出電流信號控制執(zhí)行器的動作。通用數(shù)字調(diào)節(jié)器的主要功能就是pid調(diào)節(jié)，在硬件設(shè)計要求完成的情況下，pid算法的設(shè)計和實現(xiàn)是整個設(shè)計的核心。在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)器還應(yīng)該具備串行通訊，參數(shù)

2、自整定等功能。通用數(shù)字調(diào)節(jié)器就是在模擬調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上用軟件編程的方法實現(xiàn)pid的運算，以達(dá)到提高精度、降低成本、提高系統(tǒng)可靠性，實現(xiàn)被控對象的自動控制。關(guān)鍵詞：調(diào)節(jié)器；數(shù)字化；單片機(jī)；pid控制； a/d轉(zhuǎn)換designs based on the stc89c52general digital regulatorabstractin the industrial control, the regulator is in automatic control system's important component,the regulator has the widespread app

3、lication in the automatic control system. the this design's main purpose is designs one to have the general function digital regulator,the main introduction general digit regulator's composition, how do the principle as well as realize the numerical control. realizes through the modulus swit

4、ch to the simulated signal transformation; completes each kind of control rule with monolithic integrated circuit stc89c52 the pid operation; by v/i switching circuit output current signal control actuator's movement. the general digital regulator's major function is the pid adjustment, in t

5、he hardware design request completes in the situation, the pid algorithm's design and realizes is the entire design core. based on the regulator should also have the serial communication, the parameter self regulating grade function. the general digit regulator is in simulates in regulator's

6、 foundation to realize the pid operation with the software programming method, achieves increases the precision, to reduce the cost, to enhance the system reliability, realizes the controlled plant automatic control.key word: regulator; digitization; monolithic integrated circuit; pid control; a/d t

7、ransformation目 錄摘 要iiabstractiii第一章 引言11.1 背景11.2 調(diào)節(jié)器的簡介21.2.1 調(diào)節(jié)器的發(fā)展21.2.2 調(diào)節(jié)器的基本控制規(guī)律及其特點21.2.3 pid調(diào)節(jié)器在控制系統(tǒng)中的作用31.3 設(shè)計任務(wù)的提出4第二章 方案設(shè)計62.1 調(diào)節(jié)器的類型選擇62.1.1 模擬式調(diào)節(jié)器62.1.2 數(shù)字式調(diào)節(jié)器62.2 單片機(jī)類型選擇72.3 pid算法的數(shù)字化實現(xiàn)82.4 設(shè)計方案實現(xiàn)10第三章 硬件設(shè)計113.1 調(diào)節(jié)器硬件設(shè)計方案113.1.1 stc89c52芯片簡介113.1.2 各外圍接口電路芯片簡介143.1.3 調(diào)節(jié)器硬件原理圖173.2 硬件具

8、體設(shè)計173.2.1 a/d轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換過程173.2.2 v/i轉(zhuǎn)換電路183.2.3 鍵盤部分設(shè)計193.2.4 顯示部分設(shè)計203.2.5 串口通信部分設(shè)計21第四章 通用數(shù)字調(diào)節(jié)器系統(tǒng)軟件設(shè)計234.1 軟件設(shè)計方案234.1.1 軟件設(shè)計原理234.1.2 軟件設(shè)計方案234.1.3 軟件總體設(shè)計方案流程圖234.2 系統(tǒng)軟件的具體設(shè)計254.2.1 a/d采樣轉(zhuǎn)換程序254.2.2 數(shù)字濾波程序254.2.3 數(shù)據(jù)顯示程序264.2.4 按鍵處理程序274.2.5 pid算法實現(xiàn)28第五章 系統(tǒng)調(diào)試32總結(jié)37參考文獻(xiàn)38致謝40附錄a 硬件原理圖41附錄b 源程序42第一章 引言

9、1.1 背景隨著自動化水平的不斷提高，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)廣泛應(yīng)用的各種類型的調(diào)節(jié)器也在不斷的發(fā)展更新，調(diào)節(jié)器的性能不斷提高，功能日趨完善，并朝著集成化、數(shù)字化、智能化的趨勢不斷進(jìn)步。調(diào)節(jié)器主要分為模擬調(diào)節(jié)器和數(shù)字調(diào)節(jié)器。模擬調(diào)節(jié)器采用模擬技術(shù)，以運算放大器等模擬電子器件為基本器件；數(shù)字調(diào)節(jié)器采用數(shù)字技術(shù)，以微處理器為核心部件。調(diào)節(jié)器將來自變送器的測量值與給定值相比較，然后根據(jù)比較產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、積分、微分（pid）運算，并輸出統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(4-20 ma d.c）去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，以實現(xiàn)對溫度，壓力、流量、液位以及其他工藝參數(shù)的自動控制。調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律是指調(diào)節(jié)器的輸出信號與輸入偏差之間隨

10、時間變化的規(guī)律。電子儀器的演化與發(fā)展從總體上看沿著兩條主線展開。一是從所采用的技術(shù)上看，經(jīng)歷了模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器的發(fā)展過程；二是從儀器結(jié)構(gòu)(可擴(kuò)展性)和實現(xiàn)形式上看，經(jīng)歷了單臺儀器、模塊化儀器和虛擬儀器的發(fā)展過程。這兩條發(fā)展主線的技術(shù)基礎(chǔ)都是微電子技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)，儀器儀表也隨著這些技術(shù)的發(fā)展而不斷的發(fā)展更新。通用數(shù)字調(diào)節(jié)器就是在模擬調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上用軟件編程的方法實現(xiàn)pid的運算，以達(dá)到提高精度、降低成本、提高系統(tǒng)可靠性，實現(xiàn)對被控對象自動控制的目的。在通用數(shù)字調(diào)節(jié)器的開發(fā)應(yīng)用中，單片機(jī)的使用使數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計更方便、更快捷，系統(tǒng)性能也得到了很大的提高。單片機(jī)所提

11、供的強(qiáng)大功能也為開發(fā)更高性能的儀器儀表創(chuàng)造了條件。 1.2 調(diào)節(jié)器的簡介1.2.1 調(diào)節(jié)器的發(fā)展控制儀表又稱控制器或調(diào)節(jié)器，是控制系統(tǒng)的判斷指揮中心。其作用是將被控變量的測量值與給定值相比較，根據(jù)比較的結(jié)果（偏差）進(jìn)行一定的數(shù)學(xué)運算，并將運算結(jié)果以一定的信號形式送往執(zhí)行器，以實現(xiàn)對被控變量的自動控制?？刂苾x表的發(fā)展上分為三個階段：第一階段為基地式控制儀表。這類儀表一般是將檢測裝置、控制裝置、顯示裝置組裝在一個整體內(nèi)，同時具有檢測、控制和顯示的功能，它的功能簡單、價格低廉、使用方便，但通用性差，信號不能與其他儀表共享，一般只應(yīng)用于一些簡單的控制系統(tǒng)。適用于一些小型的、控制要求比較低的生產(chǎn)設(shè)備。第

12、二階段為單元組合式控制儀表。這類儀表主要完成控制功能，附帶簡單的顯示，和其他單元之間以統(tǒng)一的信號相互聯(lián)系。單元組合式控制儀表有氣動和電動兩大類，氣動儀表采用的是20-100ka的氣動標(biāo)準(zhǔn)信號；電動儀表采用的標(biāo)準(zhǔn)信號是0-10ma dc(型)和4-20ma dc (型)。第三階段為以微處理器為中心的控制儀表。這類儀表功能豐富、操作方便、易于構(gòu)成各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。主要有單回路控制系統(tǒng)、可編程序數(shù)字控制器（plc）和各種微計算機(jī)控制系統(tǒng)等。1由此，該設(shè)計選擇以微處理器為中心的控制器。1.2.2 調(diào)節(jié)器的基本控制規(guī)律及其特點調(diào)節(jié)器接受偏差信號后，按一定的運算規(guī)律輸出控制信號

13、，作用于被控對象以消除擾動對被控參數(shù)的影響，從而使被控參數(shù)回到給定值上來?？刂七^程的品質(zhì)如何，這不僅與對象特性有關(guān)，而且還與調(diào)節(jié)器的特性，即調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律(或稱調(diào)節(jié)規(guī)律)有關(guān)。調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律就是指調(diào)節(jié)器的輸出信號與輸入偏差之間隨時間變化的規(guī)律。基本運算規(guī)律有比例(p)、積分(i)和微分(d)三種，各種調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律均是由這些基本運算規(guī)律組合而成的。只有比例運算規(guī)律的調(diào)節(jié)器，為p調(diào)節(jié)器。比例系數(shù)越大，控制精度越高，但是系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，對于不太重要的參數(shù)，可考慮采用，如中間儲罐的液位、熱量回收預(yù)熱系統(tǒng)等控制要求不高的系統(tǒng)中。工程實踐中沒有單純積分作用控制器，都是與比例作用組合成比例-積分控

14、制器。比例-積分控制器對變化很慢（甚至不變）的偏差有很強(qiáng)的調(diào)整能力，但是其滯后角度也較大，積分時間越小，消除余差的能力越強(qiáng)，系統(tǒng)越趨向不穩(wěn)定。對于比較重要的，控制精度要求較高參數(shù)，可采用比例-積分控制器。工程實踐中沒有單純微分作用控制器，都是與比例作用組合成比例-微分控制器。他對慣性較大的對象有“超前”調(diào)整作用，所以一般用在有較大滯后被控對象的場合。如果微分作用過大，系統(tǒng)變的非常敏感，控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量將變差，甚至變成不穩(wěn)定。對于不太重要的參數(shù)，但是慣性較大，又不希望動態(tài)偏差較大，可考慮采用比例-微分控制器，但是對于系統(tǒng)噪聲較大的參數(shù)，例如流量，則不能選擇此控制器。2比例-積分-微分控制器綜合

15、了比例、積分、微分三者的優(yōu)點，為控制精度最高的調(diào)節(jié)器。對于比較重要，控制精度要求較高，希望動態(tài)偏差較小，被控對象的滯后時間比較大的參數(shù)可選擇此控制器。pid調(diào)節(jié)器控制算法簡單、魯棒性好、可靠性高，在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中是應(yīng)用最廣泛的一類控制器，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。1.2.3 pid調(diào)節(jié)器在控制系統(tǒng)中的作用目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)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?？刂葡到y(tǒng)技術(shù)對于提高勞動生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面起著非常重要的作用4。pid調(diào)節(jié)

16、器以其簡單的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的調(diào)節(jié)品質(zhì)而廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中,成為改善工業(yè)控制系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要手段,其參數(shù)的選擇直接影響著系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì),特別是在連續(xù)線性常值控制系統(tǒng)中扮演著重要角色。pid調(diào)節(jié)器解決了自動控制理論所要解決的最基本問題，既系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。調(diào)節(jié)pid的參數(shù)，可實現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力，同時在pid調(diào)節(jié)器中引入積分項，系統(tǒng)增加了一個零積點，使之成為一階或一階以上的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。61.3 設(shè)計任務(wù)的提出隨著工業(yè)自動化生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，自動化設(shè)備的發(fā)展日新月異，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率，降低了工人的勞動強(qiáng)度；同時不

17、斷提高的生產(chǎn)技術(shù)水平為自動化裝備提出了更高的要求，這其中調(diào)節(jié)器扮演著重要角色。在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域中，數(shù)字調(diào)節(jié)器有著廣泛應(yīng)用，可實現(xiàn)多種工業(yè)控制，如變頻調(diào)速，流量調(diào)節(jié)，溫度控制等等。以調(diào)節(jié)器構(gòu)成的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的重要手段，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制質(zhì)量的好壞直接影響著工業(yè)過程的經(jīng)濟(jì)性和安全性。因此設(shè)計一個可靠性高的調(diào)節(jié)器是非常必要的。第二章 方案設(shè)計2.1 調(diào)節(jié)器的類型選擇2.1.1 模擬式調(diào)節(jié)器模擬控制器是用模擬電路實現(xiàn)控制功能的儀表，又成電動調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器將來自變送器的測量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、積分、微分（pid）運算，并輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，以實

18、現(xiàn)對溫度、壓力、流量、液位及其他工藝變量的自動控制。其發(fā)展經(jīng)歷了型（電子管）、（晶體管）和（集成電路）。目前型、型都已經(jīng)淘汰。這里介紹ddz型調(diào)節(jié)器。ddz型儀表采用了集成電路和安全火花型防爆結(jié)構(gòu)，提高了儀表精度、儀表可靠性和安全性，適應(yīng)大型工廠、煉油廠的防爆要求。特點如下：（1）采用國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，現(xiàn)場傳輸信號為dc4-20ma，控制室聯(lián)絡(luò)信號為dc1-5v。（2）廣泛采用集成電路，儀表的電路簡化、精度提高、可靠性提高、維修工作量將少。（3）整套儀表可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)。 ddz型控制器的基本類型是全刻度指示pid調(diào)節(jié)器。為滿足各種特殊控制系統(tǒng)的要求，還有特殊控制器，例如斷續(xù)控制器、自

19、整定控制器、前饋控制器、非線性控制器等。2.1.2 數(shù)字式調(diào)節(jié)器數(shù)字式控制器是以微處理器為基礎(chǔ)的多功能控制儀表，可接受多路模擬量及開關(guān)量輸入信號，能實現(xiàn)復(fù)雜的運算控制，并具有通信及故障診斷功能，是自動控制、計算機(jī)及通信技術(shù)（合稱3c技術(shù)，control，computer，communication）發(fā)展的產(chǎn)物。數(shù)字式pid控制器是通過編程來控制pid調(diào)節(jié)功能的，又稱可編程pid調(diào)節(jié)器，或可編程調(diào)節(jié)器。由于微處理器的強(qiáng)大計算功能，用戶可以根據(jù)需要編寫復(fù)雜的控制程序，所以一臺可編程控制器可以代替多臺模擬儀表，并且可以根據(jù)重編程序修改功能。可編程調(diào)節(jié)器產(chǎn)品種類較多，例如西安儀表廠生產(chǎn)的ys80系列和

20、ys100系列等，它們都以8位或16位微處理器為cpu，外圍電路也大同小異。數(shù)字式調(diào)節(jié)器與模擬式控制儀表在構(gòu)成原理和所用器件上有很大差別。前者采用數(shù)字技術(shù)，以微型計算機(jī)為核心部件；而后者采用模擬技術(shù)，以運算放大器等模擬電子器件為基本部件。數(shù)字調(diào)節(jié)器與模擬式控制儀表相比較，數(shù)字調(diào)節(jié)器有如下一些優(yōu)點：(1) 實現(xiàn)了儀表的數(shù)字化、智能化 (2) 具有豐富的運算、控制功能(3) 通用性強(qiáng)，使用方便(4) 具有通信功能，便于系統(tǒng)擴(kuò)展(5) 可靠性高，維護(hù)方便隨著計算機(jī)日益廣泛地應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)，數(shù)字控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。數(shù)字控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用促進(jìn)調(diào)節(jié)器的進(jìn)一步發(fā)展。盡管基于計算機(jī)的數(shù)字控制

21、系統(tǒng)目前已出現(xiàn)了很多種數(shù)字調(diào)節(jié)器和控制器,但pid調(diào)節(jié)器以其結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)效果突出、可調(diào)參數(shù)少和數(shù)字算法實現(xiàn)過程簡單等優(yōu)良品質(zhì)，而獨占控制調(diào)節(jié)器之首。 2.2 單片機(jī)類型選擇目前的單回路調(diào)節(jié)器通常由單片機(jī)、adc、dac、放大器、數(shù)字i/o接口、參考電源、鍵盤與顯示電路、通信接口等眾多芯片構(gòu)成，電路復(fù)雜，致使可靠性下降。所以需要選擇一個高性能、高性價比的單片機(jī)。it行業(yè)飛速發(fā)展的今天，單片機(jī)(mcu-micro computer unit)在測控和低速信號處理等方面的應(yīng)用越來越廣泛，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)是一門實戰(zhàn)性很強(qiáng)的學(xué)科?，F(xiàn)在比較流行的單片機(jī)有：mcs51、at89c51、avr、stc系列等等

22、。這次設(shè)計我考慮使用stc公司的stc89c52系列單片機(jī)17，stc89c52是stc公司推出的一款性價比很高的單片機(jī)。它與同類型單片機(jī)相比的優(yōu)點：（1）超強(qiáng)抗干擾能力，輕松過2kv/4kv快速脈沖干擾(eft)；（2）高抗靜電(esd)，6kv靜電可直接打在芯片管腳上；（3）超低功耗，power down<0·1a,可外部中斷喚醒；（4）6時鐘/機(jī)器周期，12時鐘/機(jī)器周期任意設(shè)置；（5）加密性強(qiáng)；（6）支持在線系統(tǒng)串口編程(isp-in system programmability)功能；stc89c52單片機(jī)具有在線系統(tǒng)可編程(isp)特性,它的好處是省去購買通用編程器

23、；并且單片機(jī)在用戶系統(tǒng)上即可下載/燒錄用戶程序，而無須拆下，方便編程，節(jié)約調(diào)試和進(jìn)一步完善的時間。由于可以將程序直接下載進(jìn)單片機(jī)看運行結(jié)果，故也可以不用仿真器。（7）降低成本，提升性能，原有程序直接使用,硬件無需改動。2.3 pid算法的數(shù)字化實現(xiàn)前邊所講的pid調(diào)節(jié)算法適用于模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由于計算機(jī)只能接收數(shù)字量，因此要想實現(xiàn)數(shù)字化通常選擇位置型或增量型控制算法，下面簡要介紹一下這兩種控制算法。1、位置型控制，如圖2.1所示: 圖2.1 數(shù)字pid位置型控制示意圖2、增量型控制,如圖2.2所示： 圖2.2 數(shù)字pid增量型控制示意圖在位置控制算式中，不僅需要對進(jìn)行累加，而且計算機(jī)的任何故障都

24、會引起大幅度變化，對生產(chǎn)不利。增量控制雖然改動不大，然而卻帶來了很多優(yōu)點：（1）由于計算機(jī)輸出是增量，所以動作影響小，必要時可用邏輯判斷的方法去掉；（2）在位置型控制算法中，由手動到自動切換時，必須首先使計算機(jī)的輸出值等于閥門的原始開度，才能保證手動/自動地?zé)o擾動切換，這將給程序設(shè)計帶來困難。而增量設(shè)計只與本次的偏差值有關(guān)，與閥門原來的位置無關(guān)，因而增量算法易于實現(xiàn)手動/自動的無擾動切換。（3）不產(chǎn)生積分失控，所以容易獲得較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。增量控制因其特有的優(yōu)點已得到了廣泛的應(yīng)用。142.4 設(shè)計方案實現(xiàn)本設(shè)計的主要目的是設(shè)計一臺具有通用功能的數(shù)字調(diào)節(jié)器，硬件設(shè)計包括微處理器、a/d轉(zhuǎn)換電路、d

25、/a轉(zhuǎn)換輸出、鍵盤、顯示及其外圍電路。不僅要考慮測量的采樣與數(shù)字化，還要考慮微處理器的性能價格比、i/o接口能力、串行通信方式以及可靠性的問題。系統(tǒng)軟件設(shè)計按照功能可劃分為；a/d轉(zhuǎn)換及其處理模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送處理模塊（數(shù)字顯示）、按鍵處理模塊、d/a轉(zhuǎn)換輸出模塊以及pid控制算法等。調(diào)節(jié)器的數(shù)字顯示部分主要包括設(shè)定值和實際測量值的顯示兩部分，按鍵設(shè)計包括設(shè)定鍵、復(fù)位鍵、確認(rèn)鍵、數(shù)字的增減鍵等等。通用調(diào)節(jié)器的主要功能就是pid調(diào)節(jié)，所以在硬件設(shè)計要求完成的情況下，pid算法的設(shè)計和實現(xiàn)是整個設(shè)計的核心。在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)器還應(yīng)該具備串行通訊，參數(shù)自整定等功能。5將程序固化在單片機(jī)微處理器中，既降低了成

26、本又提高了運行速度及工藝精度，同時實現(xiàn)了工業(yè)自動化的信息化、網(wǎng)絡(luò)化，利用單片機(jī)的中斷通訊功能，用軟件去實現(xiàn)智能調(diào)節(jié)器與上位機(jī)或各個從機(jī)之間的通訊功能。為了實現(xiàn)控制參數(shù)的實時顯示，用四位led動態(tài)掃描數(shù)碼顯示。測量值和給定值同時輔以鍵盤操作，對給定值、報警值、正反作用、比例增益、積分時間、微分時間在線修改；增加調(diào)節(jié)器的使用范圍，提供良好的人機(jī)界面實現(xiàn)靈活的人機(jī)對話。第三章 硬件設(shè)計3.1 調(diào)節(jié)器硬件設(shè)計方案3.1.1 stc89c52芯片簡介stc89c52rc/rd+系列單片機(jī)是新一代超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時鐘/機(jī)器周期和6時鐘/機(jī)器周期可任

27、意選擇，最新的d版本內(nèi)部集成max810專用復(fù)位電路。特點：1.增強(qiáng)型6時鐘/機(jī)器周期，12時鐘/機(jī)器周期 8051 cpu2.工作電壓：5.5v-3.4v(5v單片機(jī)) / 3.8v-2.0v(3v單片機(jī))3.工作頻率范圍：0-40 mhz，相當(dāng)于普通8051的 0-80 mhz.實際工作頻率可達(dá)48 mhz。4.用戶應(yīng)用程序空間4k/8k/13k/16k/20k/32k/64k 字節(jié)5.片上集成128字節(jié)/512字節(jié) ram6.通用i/o口（32/36個），復(fù)位后為：p1/p2/p3/p4是標(biāo)準(zhǔn)雙向/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)i/o口）7.isp(在系統(tǒng)可編程)/iap(在應(yīng)用可編程)，無需

28、專用編程器/仿真器，可通過串口（p3.0/p3.1）直接下載用戶程序，8k程序3秒即可完成8.eeprom 功能9.看門狗10.內(nèi)部集成max810 專用復(fù)位電路（d版本才有），外部晶體20m以下時，可省外部復(fù)位電路11共3個16位定時器/計數(shù)器，其中定時器0還可以當(dāng)成2個8位定時器使用12外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，power down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒13.通用異步串行口（urat）,還可用定時器軟件實現(xiàn)多個urat14.工作溫度范圍：075/-40+8015.封裝：pdip-40，plcc-44,pqfp-44 此設(shè)計選擇stc89c52,其封裝形式為

29、pdip-40,如下圖3.1所示：圖3.1 stc89c52引腳圖其引腳功能如下：p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，即地址數(shù)據(jù)總線口。作為輸出口時可以驅(qū)動8個ttl邏輯門電路，對端口p0寫“”時，可做為高阻抗輸入端用。p1口：p1口是內(nèi)部帶有弱上拉電阻的標(biāo)準(zhǔn)雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4個ttl門電流。p1口鎖存器寫入1后，p1口引腳被上拉為高電平時，可用作輸入，p1.0和p1.1引腳除了可以作為一般使用外，還具有第二輸入/輸出功能：p1.0：定時器t2的計數(shù)輸入端或定時器t2的時鐘輸出端。p1.1：定時器t2的外部觸發(fā)輸入端。 p2口：p2口是內(nèi)部帶有弱上拉電阻的標(biāo)準(zhǔn)雙向

30、i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當(dāng)p2口被寫入“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，作為輸入。在讀/寫外部存儲器時，p2口輸入高八位地址信號a15-a8。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，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(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，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時p2口接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口是內(nèi)部帶有弱上拉電阻的標(biāo)準(zhǔn)雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。作輸入引腳使用前，先向p3口鎖存器輸入“1”，使p3口引腳被上拉成高電平。p3口除了作為一般

31、的i/o引腳使用外，還具有第二功能。p3口作為一些特殊功能口，如下所示：p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。reset：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ale/prdg：低八位地址鎖存信號。在訪問外部存儲器時，用ale/prdg下降沿從p0口輸出的低八位地

32、址信息a7-a0,以便隨后將p0口作為數(shù)據(jù)總線使用。在正常情況下，ale/prdg輸出信號恒為1/6振蕩頻率，并可用作外部時鐘或定時信號。psen：外部程序存儲器的讀選通信號。在外部程序存儲器取指令期間，每個機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。ea/vpp：外部程序存儲器選擇信號，低電平有效。在復(fù)位期間cpu檢測并鎖存ea/vpp引腳電平狀態(tài)，當(dāng)該引腳為高電平時，從片內(nèi)程序存儲器取指令，只有當(dāng)程序計數(shù)器pc超出片內(nèi)程序存儲器地址編碼范圍時，才轉(zhuǎn)到外部程序存儲器取指令；當(dāng)該引腳為低電平時，一律從外部程序存儲器取指令。x1：片內(nèi)晶振電路反向振蕩

33、放大器的輸入端，接cpu內(nèi)部時鐘工作電路。x2：片內(nèi)晶振電路反向振蕩器的輸出端。3.1.2 各外圍接口電路芯片簡介a/d轉(zhuǎn)換器（a/dc0832）在數(shù)字電路里，電平只有高和低兩種狀態(tài)，比如5v和0v，對應(yīng)著1和0；模擬電路里，電平則理論上有無數(shù)個狀態(tài)，比如0v、0.1v、0.2v等等。a/dc0832轉(zhuǎn)換器可以將模擬電平值在數(shù)字電路里表達(dá)出來。adc0832具有以下特點： 8位分辨率；雙通道a/d轉(zhuǎn)換；輸入輸出電平與ttl/cmos相兼容；5v電源供電時輸入電壓在0-5v之間；工作頻率為250khz，轉(zhuǎn)換時間為32s；一般功耗僅為15mw；8p、14pdip（雙列直插）、picc多種封裝； 商

34、用級芯片溫寬為0 to +70，工業(yè)級芯片溫寬為40 to +85 此設(shè)計選擇8pdip形式，其管腳如圖3.2所示： 圖3.2 adc0832引腳圖各引腳功能如下：cs_ 片選使能，低電平芯片使能ch0 模擬輸入通道0，或作為in+/-使用ch1 模擬輸入通道1，或作為in+/-使用gnd 芯片參考0點位（地）d1 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。d0 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出clk 芯片時鐘輸入vcc/ref 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）led顯示led顯示是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼顯示器件，如圖3.3為一位led顯示器的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管(a-g七段)構(gòu)成字型“8”，另

35、外還有一只發(fā)光二極管dp作為小數(shù)點。內(nèi)部為發(fā)光二極管，對于共陽的接法，可知當(dāng)adp段為低電平，公共端為高電平，則發(fā)光顯示。圖3.3 led顯示器引腳圖rs232串口通信芯片串口是計算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議（不要與通用串行總線universal serial bus或者usb混淆）。大多數(shù)計算機(jī)包含兩個基于rs232的串口。串口同時也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議；很多gpib兼容的設(shè)備也帶有rs-232口。同時，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。典型的rs-232信號在正負(fù)電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5+15v，負(fù)電平在-5-15v電平。當(dāng)無數(shù)據(jù)傳輸

36、時，線上為ttl，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從ttl電平到rs-232電平再返回ttl電平。接收器典型的工作電平在+3+12v與-3-12v。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為2v至3v左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。rs-232是為點對點（即只用一對收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計的，其驅(qū)動器負(fù)載為37k。所以rs-232適合本地設(shè)備之間的通信。如圖3.4所示:pin no. signal 1dcd2txd3rxd4dsr5gnd6dtr7cts8rts9- 圖3.4 rs232串口3.1.3 調(diào)節(jié)器硬件原理圖此設(shè)計具體原理框圖如

37、圖3.5所示： 圖3.5 數(shù)字調(diào)節(jié)器設(shè)計框圖3.2 硬件具體設(shè)計3.2.1 a/d轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換過程adc0832為8位分辨率a/d轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在1-5v之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32s，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨立的芯片使能輸入，使多個器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過di數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。正常情況下adc0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是cs、clk、do、di。但由于do端與di端在通信時并未同時有效并與單片

38、機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將do和di并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。其設(shè)計連接電路如圖3.6所示： 圖3.6 a/d轉(zhuǎn)換設(shè)計電路adc0832的控制引腳cs、clk、do、di占用了p20、p36、p37三個個i/o口。其中，do和di共用一條數(shù)據(jù)線。3.2.2 v/i轉(zhuǎn)換電路由于d/a轉(zhuǎn)換器輸出的電壓信號不適于遠(yuǎn)距離傳輸，所以應(yīng)將其轉(zhuǎn)換成不僅適于遠(yuǎn)傳，而且不易受干擾的電流信號，即需通過v/i轉(zhuǎn)換器輸出420ma的控制信號去控制。v/i轉(zhuǎn)換電路是用來將電壓信號轉(zhuǎn)換成與電壓成正比的電流信號。它不僅要求輸出電流與輸入電壓具有線性關(guān)系，而且要求輸出的電流隨負(fù)載電阻變化所引起的變化量不超過允許值，

39、即轉(zhuǎn)換器具有恒流性能。如下圖3.7所示，它由運算放大器和晶體管v1、v2組成。v1構(gòu)成反相放大級，v2構(gòu)成電流輸出級。 圖3.7 v/i轉(zhuǎn)換電路3.2.3 鍵盤部分設(shè)計 矩陣式鍵盤常應(yīng)用在按鍵數(shù)量比較多的系統(tǒng)之中。這種鍵盤由行線和列線組成，按鍵設(shè)置在行、列結(jié)構(gòu)的交叉點上，行列線分別連在按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接至電源，以使無鍵按下時行線處于高電平狀態(tài)，鍵盤矩陣與微型計算機(jī)的連接，應(yīng)用最多的方法是采用i/o接口芯片。 鍵盤處理程序的關(guān)鍵是如何識別鍵碼，微型計算機(jī)對鍵盤控制的辦法是“掃描”，鍵盤處理程序的關(guān)鍵是如何識別鍵碼。根據(jù)微型計算機(jī)進(jìn)行掃描的方法又可分程控掃描法、定時掃描法以及中斷掃

40、描法三種。多數(shù)使用中斷掃描法這種辦法的實質(zhì)是：當(dāng)沒有鍵入操作時，cpu不對鍵盤進(jìn)行掃描，以節(jié)省出大量時間對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理。一旦鍵盤輸入，即刻向cpu申請中斷。cpu 響應(yīng)中斷后，立刻轉(zhuǎn)到響應(yīng)的中斷服務(wù)程序，對鍵盤進(jìn)行掃描，判別鍵盤上閉合鍵的鍵號，并做相應(yīng)的處理。若無鍵按下，cpu執(zhí)行主程序或處理其他事務(wù)。這樣節(jié)省了大量的空掃描時間，進(jìn)而提高了計算機(jī)的工作效率。設(shè)計原理圖如圖3.8所示：圖3.8 按鍵原理圖這里的按鍵設(shè)計稍微有點不同，一般來說，按鍵是一端接在單片機(jī)的i/o口上，另一端接地，當(dāng)按下時，i/o口就可以檢測到低電平，從而來判斷是否有按下。而在此次設(shè)計中，采用了矩陣的接法，把多個

41、按鍵（接在p20p23）的接地端連在一起，分別接在p24、p25上面，這種復(fù)用的設(shè)計方法可縮減i/o口的使用量，這里占用6個i/o口可以得到8個按鍵，如果再增加兩列，變成4×4的設(shè)計，則只用8個i/o口就有16個按鍵。我們一般稱p20p23為行，而p24p25為列。3.2.4 顯示部分設(shè)計在各類儀表中，常用的顯示元件有：發(fā)光二極管顯示器（led）、液晶顯示器（lcd）、熒光管顯示器、簡易的crt接口等。led是各類儀表中最常用的顯示元件。led常用的顯示方法有兩種，分別為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，根據(jù)led數(shù)碼管內(nèi)各筆段led發(fā)光二極管的連接方式，可將led數(shù)碼管分為共陰極和共陽極兩大類。

42、對于顯示，本設(shè)計使用4位7段數(shù)碼管顯示各種參數(shù)及其設(shè)定，采用動態(tài)掃描實現(xiàn)顯示任務(wù)。則設(shè)計電路原理圖如圖3.9所示： 圖3.9 顯示電路原理圖從圖可以看出，數(shù)碼管段ag、dp共8個位接在單片機(jī)的p0口對應(yīng)的8個位上，位控制4個接在pp1.0p1.3上面，這是一種四個數(shù)碼管合為一體的結(jié)構(gòu)，所有段口是并在一起的，每個數(shù)碼管位控制單獨一條引腳。每個數(shù)碼管位控制由一只三極管來完成，當(dāng)三極管基極為低電平時導(dǎo)通，5v電壓加到數(shù)碼管的公共端。3.2.5 串口通信部分設(shè)計串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。盡管比按接收數(shù)據(jù)的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)

43、據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。比如ieee488定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設(shè)備線總長不得超過20米，并且任意兩個設(shè)備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達(dá)1200米（rs485）。典型地，串口用于ascii碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發(fā)送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)的同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。電路原理圖如圖3.10所示：圖3.10 串口通信原理圖第四章 通用數(shù)字調(diào)節(jié)器系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 軟件設(shè)計方案4.1.1 軟件設(shè)計原理通用數(shù)字調(diào)節(jié)器最

44、終目的是根據(jù)給定值與測量值之間的偏差進(jìn)行pid控制。輸入信號即被控對象參數(shù)經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換送給cpu，在cpu中與設(shè)定值比較，然后進(jìn)行pid運算，得到的結(jié)果經(jīng)運算后輸出以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。用鍵盤來控制pid各參數(shù)的大小，用4個led來顯示各項數(shù)據(jù)。4.1.2 軟件設(shè)計方案軟件的設(shè)計是實現(xiàn)調(diào)節(jié)器功能的關(guān)鍵，這里可將軟件設(shè)計劃分為各個子功能模塊的軟件設(shè)計和主程序設(shè)計兩個部分。完成主程序的設(shè)計后，讓用戶根據(jù)實際需求將若干子程序組合成應(yīng)用的程序，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)器的運算和控制功能,這是主程序應(yīng)完成的任務(wù)。該調(diào)節(jié)器分三部分：數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、控制輸出數(shù)據(jù)輸入：設(shè)計中，將采樣回來的反饋信號以電壓的形式送給單片機(jī)。數(shù)據(jù)

45、處理：數(shù)據(jù)存儲、鍵盤設(shè)定、顯示、控制算法（pid數(shù)字算法，用程序?qū)崿F(xiàn)）等。控制輸出：由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動信號通常是模擬的，所以用單片機(jī)集成的d/a完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。用c51語言編寫調(diào)節(jié)器程序。系統(tǒng)子程序分為數(shù)據(jù)采樣（模數(shù)轉(zhuǎn)換程序），數(shù)據(jù)處理（按鍵程序、顯示程序、數(shù)據(jù)存儲程序、控制算法程序），控制輸出（數(shù)模轉(zhuǎn)換程序）等等。4.1.3 軟件總體設(shè)計方案流程圖軟件設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的一項主要內(nèi)容。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，以系統(tǒng)硬件電路為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計。為了使設(shè)計的軟件功能明確、閱讀、調(diào)試方便、可靠性好，本設(shè)計采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計方法來進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計。本系統(tǒng)軟件程序主要包括按鍵通道查詢程序、led顯示程序、a

46、/d轉(zhuǎn)換程序和數(shù)字濾波程序等等。其主程序流程圖如圖4.1所示： 圖4.1 主程序流程圖4.2 系統(tǒng)軟件的具體設(shè)計4.2.1 a/d采樣轉(zhuǎn)換程序 采樣信號是模擬信號，單片機(jī)只能接受數(shù)字信號，所以必須進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換才能進(jìn)行pid運算。程序流程圖如圖4.2所示：圖4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換程序流程圖4.2.2 數(shù)字濾波程序在過程控制中，由于環(huán)境因素，被控對象的測量會存在干擾源，所以在線性化之前要先進(jìn)行數(shù)字濾波。數(shù)字濾波通常有以下幾種方法：算術(shù)平均值法、比較舍取法、采樣值的加權(quán)平均值、一階遞推數(shù)字濾波法、中位值法。本設(shè)計數(shù)字濾波采用的是算術(shù)平均值濾波法。程序流程圖如圖4.3所示： 圖4.3 數(shù)字濾波程序4.2.3

47、 數(shù)據(jù)顯示程序四位數(shù)碼管有顯示pid參數(shù)，顯示采樣信號等任務(wù)，則數(shù)據(jù)顯示流程圖如圖4.4所示： 圖4.4 顯示程序流程圖4.2.4 按鍵處理程序按鍵用來實現(xiàn)pid參數(shù)調(diào)節(jié)、參數(shù)顯示、采樣顯示等功能。因此按鍵程序設(shè)計是軟件設(shè)計中最重要的部分之一。其程序流程圖如圖4.5所示： 圖4.5 按鍵掃描程序流程圖4.2.5 pid算法實現(xiàn) 積分分離的pid算式在一般的pid調(diào)節(jié)控制中，由于系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)線性范圍受到限制，當(dāng)偏差e較大時，如系統(tǒng)在開工、停工或大幅度提降時，由于積分項的作用，將會產(chǎn)生一個很大的超調(diào)量，使系統(tǒng)不停地振蕩，如下圖4.6曲線2所示：這種現(xiàn)象對于變化比較緩慢的對象，如溫度、液面調(diào)節(jié)系統(tǒng)

48、，影響更為嚴(yán)重，而在一般模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中也存在。圖4.6具有積分分離作用的控制過程曲線在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了消除這一現(xiàn)象，可以采用積分分離的方法， 即在控制量開始跟蹤時，取消積分作用，直至被調(diào)量接近給定值時，才產(chǎn)生積分作用。設(shè)給定值為p(k),經(jīng)數(shù)字濾波后的測量值為m(k)，最大允許偏差值為a，則積分分離控制的算式為:當(dāng)>a時，為pd控制當(dāng)<=a時,為pid控制如上圖所示，曲線1為采用積分分離手段后的控制曲線。比較曲線1、2可知，使用積分分離方法后，顯著降低了被控變量的超調(diào)量和過渡過程時間， 使調(diào)節(jié)性能得到改善。帶死區(qū)的pid算式在微型機(jī)控制系統(tǒng)中，某些系統(tǒng)為了避免控制動作過于頻繁

49、，以消除由于頻繁動作所引起的振蕩，有時也采用帶死區(qū)的pid控制算式，如圖4.7所示：圖4.7 帶有死區(qū)的控制過程曲線 帶死區(qū)的控制算式為： 當(dāng) 當(dāng) 式中,k為死區(qū)增益，其數(shù)值可為：0、0.25、0.5、1等。 如上圖所示，死區(qū)b是一個可調(diào)的參數(shù)。其具體數(shù)值可根據(jù)實際控制對象確定。b值太小，使調(diào)節(jié)動作過于頻繁，不能達(dá)到穩(wěn)定被調(diào)對象的目的。如果b 取得太大，則系統(tǒng)將產(chǎn)生很大的滯后。當(dāng)b=0（或k=1）時，則為pid控制。該系統(tǒng)實際上是一個非線性控制系統(tǒng)，即當(dāng)偏差的絕對值時，其控制輸出為0，當(dāng)時，則輸出值p(k)以pid(或pi、pd）運算結(jié)果輸出。 限位問題在某些自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，往往

50、不希望調(diào)節(jié)閥“全開”或“全關(guān)”，而是有一個上限位和一個下限位。也就是說，要求調(diào)節(jié)器輸出限制在一定的幅度范圍內(nèi)，即<=p<=。在具體系統(tǒng)中，不一定上、下限位都需要，可能只有一個下限或上限限位。例如，在加熱爐控制系統(tǒng)中，為防止加熱爐熄滅，不希望加熱爐的燃料（重油、煤氣或天然氣）管道上的閥門完全關(guān)閉，這就需要設(shè)置一個下限限位。為此，可以在pid輸出程序中進(jìn)行上、下限比較，為了提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，當(dāng)程序判斷輸出為(或)后，也可按有限偏差重新求出平p（k）值。在實際pid控制過程中，往往要考慮死區(qū)、積分分離、限幅等問題，下圖4.8即為其程序流程圖： 圖4.8 pid算法程序流程圖第五章 系統(tǒng)調(diào)試單

51、片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開的,許多硬件錯誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后,再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除故障?？梢娪布恼{(diào)試是基礎(chǔ),如果硬件調(diào)試不通過,軟件調(diào)試則是無從做起。當(dāng)硬件設(shè)計從布線到焊接安裝完成之后,就開始進(jìn)入硬件調(diào)試階段,調(diào)試大體分為以下幾步。排除電源故障    在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查vcc與gnd之間電位，若在5v48v之間屬正常。若有高壓，聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試時，將會損壞仿真器等，有時會使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。

52、60; 顯示部分調(diào)試，分別用規(guī)定的電平加至控制數(shù)碼管段碼和位碼顯示的引腳上，看數(shù)碼管顯示是否與理論上一致。不一致，一般為led顯示器接觸不良所致，找出故障，然后在通過編寫程序（采用“8”字循環(huán)程序）進(jìn)行調(diào)試。顯示結(jié)果如下圖5.1所示：圖5.1 跑八試驗程序顯示有上圖可知，顯示部分沒有問題，接下來就可以編寫應(yīng)用程序了。a/d轉(zhuǎn)換部分調(diào)試 a/d轉(zhuǎn)換的作用是把采樣的電壓信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所需要的數(shù)字信號，單片機(jī)在對其計算輸出。由此可知a/d部分是非常重要的，所以在顯示沒有錯誤的情況下，緊接著對a/d部分進(jìn)行調(diào)試。根據(jù)a/d轉(zhuǎn)換器的特點、工作原理以及與單片機(jī)連接的端口等問題進(jìn)行c語言編程，編

53、譯、下載。采樣信號可以通過電位器自給定，顯示結(jié)果如下圖5.2所示： 圖5.2 a/d轉(zhuǎn)換顯示由上圖可知，a/d部分硬件電路沒有錯誤。pid算法部分調(diào)試 pid部分是整個設(shè)計中最核心的部分，調(diào)試也是最重要的部分之一，如果pid算法實現(xiàn)錯誤就無所謂控制參數(shù)了，首先根據(jù)pid算法編寫程序，然后根據(jù)下面的實例來探究，如果調(diào)節(jié)器的實際輸出與理論相一致，則說明pid算法沒有錯誤。假設(shè)有一溫度控制系統(tǒng)，溫度測量范圍是0600，溫度采用pid控制，控制指標(biāo)為450±2。已知比例系數(shù),積分時間，微分時間，采樣周期。當(dāng)測量值，時，計算增量輸出。若，計算第n次閥位輸出。解：將題中給出的參數(shù)代入有關(guān)公式計算

54、得，由題知，給定值，將題中給出的測量值代入公式（514）計算得代入公式（5116）計算得代入公式（5119）計算得調(diào)節(jié)器顯示結(jié)果如下圖5.3所示：圖5.3 pid輸出顯示d/a轉(zhuǎn)換+v/i轉(zhuǎn)換 這屬于調(diào)節(jié)器的輸出部分，由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，最后在把模擬電壓量轉(zhuǎn)換成電流進(jìn)行遠(yuǎn)傳控制。編寫程序使調(diào)節(jié)器輸出數(shù)字量255，用萬用表測量v/i轉(zhuǎn)換電路的輸出值是否為20ma,從而判斷此部分硬件連接正確。鍵盤部分調(diào)試 顯示調(diào)試通過后，鍵盤調(diào)試就比較簡單，完全可以借助于顯示，利用程序進(jìn)行調(diào)試。通過簡單的程序編寫，顯示結(jié)果如下圖5.4所示：圖5.4 鍵盤控制顯示由此斷定，硬件連接無錯誤。本設(shè)計鍵盤實現(xiàn)的功能包括

55、測量值顯示、給定值顯示、正反作用設(shè)置、pid參數(shù)設(shè)置等功能。根據(jù)實際應(yīng)用編寫應(yīng)用程序?？偨Y(jié)以stc89c52為核心設(shè)計的通用數(shù)字調(diào)節(jié)器功能強(qiáng)大,可靠性高,對控制對象適應(yīng)能力較好,可廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域中,特別是在一些系統(tǒng)組成比較簡單的中小型企業(yè)中。在此過程中，我不但認(rèn)識到了理論知識的重要性也深刻的體會到了理論與實際相結(jié)合必要性。我通過對protel 99 se 、visio、c51學(xué)習(xí)、查找資料等一系列工作，提高了自學(xué)的能力，也增加了學(xué)習(xí)的興趣和動力。這次設(shè)計不但使我的思維開闊了很多，也使我對大學(xué)生活、學(xué)習(xí)有了新的認(rèn)識，總之它帶給我們的是知識，是收獲。 在今后的學(xué)習(xí)與實踐中，我一定要進(jìn)一步強(qiáng)化自己的理論知識，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，對自己不懂的知識要多專研、多思考! 參考文獻(xiàn)1. 吳勤勤.控制儀表及裝置m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20062. 王再英，陳毅靜等.過程控制系統(tǒng)與儀表m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社