CK系列沖孔樁基自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

11西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：CK系列沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名：日期：

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)院（系）電子信息系專(zhuān)業(yè)通信工程班級(jí)080307姓名夏凱學(xué)號(hào)080307161.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：CK系列沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)2.題目背景和意義：由于當(dāng)今各種打樁機(jī)的氣動(dòng)控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)方面已經(jīng)比較成熟，國(guó)內(nèi)外各種樁機(jī)的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為改進(jìn)各種打樁機(jī)的性能、提高穩(wěn)定性、加工效率方面提供了可能。從我國(guó)打樁機(jī)行業(yè)來(lái)看，國(guó)內(nèi)機(jī)型雖種類(lèi)齊全，但技術(shù)含量相對(duì)較低，缺乏高技術(shù)含量的機(jī)型。而目前的國(guó)內(nèi)外各種打樁機(jī)的控制向著高速化、智能化、自動(dòng)化發(fā)展，如果將自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于沖孔打樁機(jī)，使其實(shí)現(xiàn)沖孔打樁的全自動(dòng)化或半自動(dòng)化，將操作人員從繁瑣重復(fù)的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，無(wú)疑會(huì)使沖孔打樁機(jī)煥發(fā)出新的生機(jī)。當(dāng)前市場(chǎng)中有上萬(wàn)臺(tái)甚至數(shù)十萬(wàn)臺(tái)沖孔機(jī)在各種施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，造成大量人力、物力資源的浪費(fèi)，使工程效益明顯降低。在現(xiàn)有的沖孔打樁機(jī)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化改造，使其具備自動(dòng)沖孔打樁的能力，可以大大提高工程進(jìn)度，并可節(jié)約大量能源，降低工程造價(jià)，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）：要求：完成CK系列沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容：利用C語(yǔ)言編程，熟悉XS128單片機(jī)的編譯環(huán)境，編寫(xiě)剎車(chē)、離合、放繩、鍵盤(pán)與顯示等子程序，設(shè)計(jì)CK系列沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件流程圖。4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）：基本要求：①查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，了解系統(tǒng)的工作原理；②進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)；③進(jìn)行軟件程序的設(shè)計(jì)；④進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，驗(yàn)證系統(tǒng)的功能；⑤完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文及答辯。進(jìn)度安排：第1-3周：查找借閱相關(guān)書(shū)籍資料,確定系統(tǒng)的總體方案，完成開(kāi)題報(bào)告；第4-10周：對(duì)課題進(jìn)行深度研究；第11-12周：進(jìn)行軟件流程圖設(shè)計(jì)；第13-15周：進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試，驗(yàn)證系統(tǒng)功能；第16-17周：完成畢業(yè)論文,準(zhǔn)備答辯自2012年月日起至月日止；設(shè)計(jì)地點(diǎn)西安工業(yè)大學(xué)。5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求①實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）：不少于200學(xué)時(shí)②圖紙（幅面和張數(shù)）*：2張③其他要求：指導(dǎo)教師簽名：年月日學(xué)生簽名：年月日系（教研室）主任審批：年月日

CK系列沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)摘要CK系列沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究涉及到了自動(dòng)控制、人工智能、信息融合、傳感器及計(jì)算機(jī)科學(xué)等奪門(mén)學(xué)科的內(nèi)容，關(guān)于該課題的研究是當(dāng)前很活躍的研究領(lǐng)域之一。本設(shè)計(jì)以飛思卡爾半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的MC9S12XS128單片機(jī)作為核心，首先進(jìn)行系統(tǒng)各部分的初始化，然后進(jìn)行參數(shù)配置包括：鍵盤(pán)、液晶顯示、I2C等幾個(gè)模塊。完成后打樁機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制剎車(chē)、離合的松和緊，來(lái)達(dá)到控制樁錘的升、降，如此反復(fù)來(lái)實(shí)現(xiàn)樁機(jī)的打樁功能。主要完成功能有：樁錘高度自檢、剎車(chē)和離合控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、鍵盤(pán)與顯示電路等。本設(shè)計(jì)各個(gè)模塊的軟件編程主要采用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，充分利用外中斷來(lái)調(diào)試程序，實(shí)現(xiàn)打樁機(jī)的自動(dòng)控制功能。關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制;參數(shù)配置;高度自檢

CKSeriesBluntBoreStaketheMachineAutomaticallyControlSystemoftheSoftwareDesignAbstractCKseriesbluntborestakemachineautocontrolsystemoftheresearchinvolvedanautomaticcontrolandartificialintelligence,informationfusion,spreadthecontentsoffeelingDuodooracademicses,suchasmachineandcalculatorscience...etc.,theresearchconcerningthetopicisoneoftheonthegoresearchrealmsatpresent.ThisdesignwithflytothinktheCarlsemi-conductorcompanyproducesoftheMC9S12XS128listslicemachineisacore,carryoneachpartofsystemfirstofthebeginningstarttoturn,thencarryonaparameterallocationtoinclude:Thekeyboard,LCDshows,I2Cetc.isafewmoldpieces.Driveapileamachinebeginningtocirculateaftercompleting,theelectricalengineeringdrivescontrolstoputonbrakesandleavetomatchoflooseandtight,attainarise,decliningofcontrolstakehammer,thusagainandagaincometocarryoutapilingfunctionofmachine.Themaincompletionfunctionhas:Stakehammerheightfromcheck,brakewithleavetomatchthedesignofcontrolingthesystem,electricalengineeringcontrolsystem,keyboardandshowelectriccircuit...etc..ThissoftwarethatdesignseachmoldpieceweavesadistancetomainlyadoptClanguagetowriteprocedureandwellmakeuseofbreakofftoadjusttotryprocedure,therealizationdrivesapilemachineofautomaticcontrolfunction.KeyWords:AutomaticControl;TheParameterInstalls;HeightFromCheck目錄1緒論 91.1課題名稱(chēng)及背景 91.2研究意義 91.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況 101.4論文的主要任務(wù)及內(nèi)容 102CK系列沖孔樁機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 122.1系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 122.1.1設(shè)計(jì)方案的研究 122.1.2機(jī)械改裝設(shè)計(jì) 132.2硬件結(jié)構(gòu)框圖的分析 142.3軟件設(shè)計(jì)方法 153PID控制 163.1數(shù)字PID控制原理 163.1.1PID控制的原理及特點(diǎn) 173.1.2PID控制器的參數(shù)整定 173.2數(shù)字PID控制算法 183.2.1位置式PID控制算法 183.2.2增量式PID控制算法 193.3數(shù)字PID控制算法的改進(jìn) 203.3.1遇限削弱積分算法 213.3.2積分分離PID控制算法 213.3.3微分先行PID算法 223.3.4帶死區(qū)的PID調(diào)節(jié)器 234系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 244.1CodeWarrior集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 244.1.1CodeWarrior軟件的基本特性 244.1.2CodeWarrior軟件的主要功能 254.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)總體介紹 254.3系統(tǒng)初始化模塊 274.3.1系統(tǒng)時(shí)鐘初始化 284.3.2PWM初始化 304.3.3I/O初始化 314.3.4ECT模塊初始化 324.4人機(jī)交互模塊 324.4.1鍵盤(pán)設(shè)計(jì) 324.4.2液晶顯示模塊 344.4.3存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì) 364.5打樁機(jī)運(yùn)行程序 384.6電機(jī)控制 414.6.1電機(jī)控制原理 414.6.2芯片功能 424.6.3PID控制算法 434.7故障分析 435系統(tǒng)調(diào)試 446論文工作總結(jié) 45致謝 47參考文獻(xiàn) 48畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 49畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 50附錄1程序 51

西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)1緒論1緒論1.1課題名稱(chēng)及背景近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的逐步增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)各大城市的高層建筑、立交橋、海港碼頭、鐵路公路橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目極具猛增，建筑業(yè)迅速發(fā)展，大口徑基礎(chǔ)樁工程得到廣泛應(yīng)用。工業(yè)與民用建筑大量采用樁基礎(chǔ)，打樁施工越來(lái)越普遍，樁機(jī)的發(fā)展越來(lái)越快，廣泛應(yīng)用于城市建筑的各種樁基工程、深基坑支護(hù)工程以及防洪工程中的防滲壩工程等各類(lèi)工程中。由于現(xiàn)代化的高層建筑、大型橋梁和港口碼頭等結(jié)構(gòu)復(fù)雜，負(fù)荷十分巨大，對(duì)基礎(chǔ)的承載能力和防止沉陷方面的要求較高。根據(jù)建設(shè)本門(mén)的資料，對(duì)高層建筑基礎(chǔ)的處理，通常是采用箱式、地下連續(xù)墻、樁等形式作為基礎(chǔ)。因此，各個(gè)工程對(duì)打樁機(jī)的需求也越來(lái)越大。沖孔打樁機(jī)進(jìn)行成孔作業(yè)所利用的是沖擊式?jīng)_孔打樁的方法。它利用動(dòng)力裝置將具有一定重量的沖擊重錘提升至一定高度，然后使重錘自由下落，利用沖擊動(dòng)力對(duì)沖孔底部進(jìn)行周期性的沖擊破碎，以形成具有一定直徑和深度的樁孔。沖孔打樁機(jī)因其施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、對(duì)地層無(wú)特殊要求，日前在樁基礎(chǔ)工程施工中發(fā)揮著重要的作用。目前在樁基工程中應(yīng)用的沖孔打樁機(jī)多是乎動(dòng)機(jī)械式操縱，設(shè)備操作人員在工作過(guò)程中需要頻繁對(duì)離合器、抱閘等控制部件進(jìn)行操縱，勞動(dòng)強(qiáng)度很大。通過(guò)在工程中的實(shí)際調(diào)查，在使用沖孔打樁機(jī)進(jìn)行成孔作業(yè)時(shí)，每間隔兩個(gè)小時(shí)就需要更換一名操作人員，以緩解其勞動(dòng)壓力。同時(shí)，由于操縱臺(tái)所處的位置距孔口較遠(yuǎn)，使得操作人員不便于觀察孔口作業(yè)情況。1.2研究意義在城市現(xiàn)代化建設(shè)過(guò)程中，由于高層建筑物的發(fā)展，樁基成為了一種常用的基礎(chǔ)形式。其中預(yù)制樁因?yàn)橘|(zhì)量易于保證，承載性能穩(wěn)定，承載力強(qiáng)，施工效率高等特點(diǎn)，得到了極為廣泛的應(yīng)用。樁基根據(jù)打入地下的方式不同其可分為錘擊樁和靜壓樁。靜壓樁在壓入過(guò)程中基本無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音，對(duì)周?chē)h(huán)境不造成明顯影響，但相對(duì)錘擊樁而言施工費(fèi)用較高，因此錘擊樁的使用不可避免。本研究系統(tǒng)中，CK系列沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)施工需要對(duì)各個(gè)系列樁孔大小進(jìn)行選擇，利用微控制器代替人的操作，利用氣動(dòng)執(zhí)行元件代替人力勞動(dòng)實(shí)現(xiàn)打樁機(jī)的自動(dòng)打樁控制，這種控制方式有著人為控制無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值。

a.提高工作效率。它能把放繩長(zhǎng)度調(diào)到最短而不逮錐，而且每次放錐均是如此，僅此一項(xiàng)，就可提高效率20%（同樣的提升高度，人工操作是每分鐘8次，而自動(dòng)操作是10次）再加上它永遠(yuǎn)不休息，實(shí)際上提高效率在30%以上。b.減少事故的發(fā)生。當(dāng)出現(xiàn)吸錐（夾錐）、離合剎車(chē)突然不靈、停電時(shí)等故障時(shí)，它能處理緊急情況，避免事故的發(fā)生，減少不必要的損失。c.節(jié)約了生產(chǎn)成本。打樁施工是一個(gè)長(zhǎng)期的工程，如果通過(guò)人為來(lái)控制，施工方需要長(zhǎng)期支付工人工資以及各種人為消耗，對(duì)于自動(dòng)打樁機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只需要一次性資金投入，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，在提高工作效率和減少安全生產(chǎn)事故的同時(shí)，節(jié)約了生產(chǎn)成本。d.保證了施工質(zhì)量。在沖孔打樁工作過(guò)程中，單純依靠人的操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制施工的質(zhì)量顯然無(wú)法滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)建筑工程質(zhì)量越來(lái)越高的要求，而沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制由各種程序和算法完成，控制精確、穩(wěn)定，保證了建筑施工的質(zhì)量。1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況由于當(dāng)今各種打樁機(jī)的氣動(dòng)控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)方面已經(jīng)比較成熟，國(guó)內(nèi)外各種樁機(jī)的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為改進(jìn)各種打樁機(jī)的性能、提高穩(wěn)定性、加工效率方面提供了可能。從我國(guó)打樁機(jī)行業(yè)來(lái)看，國(guó)內(nèi)機(jī)型雖種類(lèi)齊全，但技術(shù)含量相對(duì)較低，缺乏高技術(shù)含量的機(jī)型。而目前的國(guó)內(nèi)外各種打樁機(jī)的控制向著高速化、智能化、自動(dòng)化發(fā)展，如果將自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于沖孔打樁機(jī)，使其實(shí)現(xiàn)沖孔打樁的全自動(dòng)化或半自動(dòng)化，將操作人員從繁瑣重復(fù)的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，無(wú)疑會(huì)使沖孔打樁機(jī)煥發(fā)出新的生機(jī)。當(dāng)前市場(chǎng)中有上萬(wàn)臺(tái)甚至數(shù)十萬(wàn)臺(tái)沖孔機(jī)在各種施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，造成大量人力、物力資源的浪費(fèi)，使工程效益明顯降低。在現(xiàn)有沖孔樁機(jī)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化改造，使其具備自動(dòng)沖孔打樁的能力，可以大大提高工程進(jìn)度，并可節(jié)約大量能源，降低工程造價(jià)，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。1.4論文的主要任務(wù)及內(nèi)容a.分析比較當(dāng)前國(guó)內(nèi)外打樁機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與優(yōu)缺點(diǎn)，主要了解CK系列打樁機(jī)的控制流程，為打樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。b.設(shè)計(jì)打樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的整體方案，確定該系統(tǒng)應(yīng)該完成的任務(wù)。c.控制系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)：包括離合控制機(jī)械系統(tǒng)和離合位移傳感器安裝；剎車(chē)系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)和剎車(chē)位移傳感器安裝；高度傳感器的安裝。d.控制系統(tǒng)的算法研究：包括離合系統(tǒng)的建模；剎車(chē)系統(tǒng)的建模；高度檢測(cè)系統(tǒng)建模；余繩算法的研究；本系統(tǒng)為時(shí)延系統(tǒng)，時(shí)延控制算法仿真與實(shí)現(xiàn)。e.研究面向智能體軟件方法，使控制軟件具有良好的框架，便于軟件修改、刪除、添加和升級(jí)。軟件功能中增加故障自診斷和看門(mén)狗等功能保證系統(tǒng)可靠性運(yùn)行。

2CK系列沖孔樁機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析2CK系列沖孔樁機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析2.1系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介硬件核心模塊主要由四大部分組成，分別是最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、剎車(chē)和離合的控制模塊和人機(jī)交互模塊。2.1.1設(shè)計(jì)方案的研究CK系列沖孔樁機(jī)是利用樁錘自身重量將樁貫入地層的樁工機(jī)械。由樁錘、樁架、卷?yè)P(yáng)機(jī)及附屬設(shè)備等組成。本設(shè)計(jì)在此基礎(chǔ)上加上自動(dòng)控制系統(tǒng)，將原來(lái)的純手動(dòng)作業(yè)改為了手自動(dòng)一體化系統(tǒng)，如圖2.1所示。圖2.1打樁機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖本課題所研究設(shè)計(jì)的CK系列沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)屬于小型打樁機(jī)控制系統(tǒng)，但小型打樁機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備也并不好搭建，因此本課題擬利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的小型電動(dòng)機(jī)、自行車(chē)車(chē)架、車(chē)輪以及小型鋼架和自制樁錘搭建的模擬平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及軟硬件調(diào)試。自制樁錘的重量比實(shí)際打樁機(jī)的樁錘輕得多，雖然樁錘的質(zhì)量會(huì)影響控制參數(shù)的設(shè)定，但并不影響本課題開(kāi)展的各項(xiàng)研究。圖2.2打樁機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖CK系列沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖如圖2.2所示。操作人員通過(guò)觸摸屏對(duì)打樁機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，如剎車(chē)時(shí)間、離合時(shí)間、提升高度、剎車(chē)高度等。控制器根據(jù)所設(shè)定的參數(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)發(fā)出指令松開(kāi)剎車(chē)控制桿，拉緊離合控制桿，繞線器借助齒輪的傳動(dòng)作用開(kāi)始繞線，樁錘被提升。樁錘到達(dá)提升高度時(shí)控制器發(fā)出指令松開(kāi)離合控制桿，拉緊剎車(chē)控制桿，經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)的剎車(chē)時(shí)間后，控制器發(fā)出指令松開(kāi)剎車(chē)控制桿，樁錘開(kāi)始自由落體，以其自身重力撞向樁基。當(dāng)樁錘到達(dá)剎車(chē)高度時(shí)，控制器發(fā)出指令拉緊剎車(chē)桿，但瞬間又松開(kāi)，經(jīng)過(guò)離合時(shí)間之后，控制器發(fā)出指令拉緊離合控制桿，樁錘再次被提升。如此往復(fù)進(jìn)行打樁自動(dòng)作業(yè)。由于下一次的打樁作業(yè)比這一次的作業(yè)需要的掛繩長(zhǎng)度長(zhǎng)，所以控制器在離合時(shí)間之內(nèi)要完成放余繩的工作，為下一次作業(yè)做準(zhǔn)備?？刂朴嗬K加放多少很關(guān)鍵。余繩太長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致打樁太松，余繩太短會(huì)導(dǎo)致打樁太緊。與此同時(shí)，打樁機(jī)的各個(gè)參數(shù)與打樁機(jī)周?chē)耐临|(zhì)也有關(guān)系。2.1.2機(jī)械改裝設(shè)計(jì)本課題通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的CK系列沖孔樁機(jī)的控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械改裝，使其具有原有的手動(dòng)作業(yè)方式和自動(dòng)控制方式。如果不具有手動(dòng)作業(yè)方式，自動(dòng)控制是無(wú)法完成打樁機(jī)調(diào)試工作的。在保留原有作業(yè)方式的同時(shí)，可對(duì)剎車(chē)控制系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械改造。剎車(chē)控制機(jī)械改裝如圖2.3所示。圖2.3剎車(chē)控制機(jī)械改裝示意圖本系統(tǒng)的執(zhí)行裝置可采用氣動(dòng)方式，液壓方式和電機(jī)控制三種方式，為了方便起見(jiàn)，選擇采用電機(jī)控制方式。電機(jī)選用MC33035直流電機(jī)，直流電機(jī)響應(yīng)速度快、力矩大并且體積小。改裝時(shí)，將固定塊和電機(jī)導(dǎo)軌固定在打樁機(jī)的底座上，電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲杠沿導(dǎo)軌運(yùn)行。在原有人工作業(yè)方式下運(yùn)行時(shí)，即手動(dòng)模式下，控制桿收到遠(yuǎn)離剎車(chē)桿的位置，不影響人員操作。離合控制系統(tǒng)的機(jī)械改裝和剎車(chē)控制系統(tǒng)相同。2.2硬件結(jié)構(gòu)框圖的分析本課題研究的自動(dòng)打樁機(jī)打樁機(jī)系統(tǒng)，主要包括控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)；電源電路的設(shè)計(jì)；剎車(chē)控制系統(tǒng)、執(zhí)行裝置和位移傳感器接口設(shè)計(jì)；離合控制系統(tǒng)、執(zhí)行裝置設(shè)計(jì)及位移傳感器接口設(shè)計(jì)；電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；鍵盤(pán)與顯示電路等；硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2.4所示。實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)時(shí)時(shí)鐘電源模塊卡錘傳感器開(kāi)關(guān)量信號(hào)I2C存儲(chǔ)電機(jī)保護(hù)繼電器電機(jī)過(guò)流保護(hù)電流互感器保護(hù)護(hù)離合控制剎車(chē)控制鍵盤(pán)JTAG高度自檢液晶顯示CPUXS128圖2.4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖a.電源模塊設(shè)計(jì)：電源電壓分為直流+1.8V，+3.3V，+5V，和交流220V幾種。其中+1.8V為微控制器的內(nèi)核供電，+3.3V為微控制器的外設(shè)I/O口線供電；+5V為其他大部分芯片供電；+24V外圍接口電路供電；交流220V為AC～DC（220V轉(zhuǎn)24V）供電。電源電路主要經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓和電容濾波。b.高度自檢模塊：高度自檢采用永磁鐵和現(xiàn)成的霍爾傳感器模塊。將數(shù)十個(gè)永磁鐵均勻固定在繞線器的輪子邊緣，由固定在不遠(yuǎn)處的霍爾傳感器檢測(cè)輪子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。霍爾傳感器的輸出是開(kāi)關(guān)量信號(hào)，因此經(jīng)過(guò)光電隔離器6N137之后直接可以接到微控制芯片進(jìn)行計(jì)數(shù)并處理。c.卡錘檢測(cè)模塊：當(dāng)打樁機(jī)在提錘過(guò)程中樁錘卡住時(shí)，會(huì)引起卷?yè)P(yáng)機(jī)的尾部翹起。故在卷?yè)P(yáng)機(jī)尾部安裝霍爾傳感器和永磁鐵來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)是否卡錘。d.剎車(chē)控制模塊、離合控制模塊：剎車(chē)、離合、電機(jī)的控制歸根到底都是對(duì)電機(jī)的控制，由于需要控制電機(jī)的通斷，所以控制也只需要簡(jiǎn)單的繼電器控制，故采用普通I/O口和功率三極管即可。e.存儲(chǔ)器模塊：主要用于將系統(tǒng)重要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，以及當(dāng)打樁機(jī)系統(tǒng)需要和上位機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，會(huì)把將要發(fā)送的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。f.人機(jī)交互模塊：主要用于讀取按鍵信息并且經(jīng)過(guò)處理驅(qū)動(dòng)液晶顯示內(nèi)容。2.3軟件設(shè)計(jì)方法一個(gè)好的硬件平臺(tái)只有搭配了好的軟件才可以發(fā)揮出它的功效。因此，軟件的設(shè)計(jì)方法就顯得十分的重要，這在很大程度上取決于系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)是否合理，方法是否得當(dāng)。在軟件的編程過(guò)程當(dāng)中，通常用到四種方法:過(guò)程化、模塊化-結(jié)構(gòu)化、面向?qū)ο笠约懊嫦蛑悄荏w的編程方法。對(duì)于過(guò)程化編程采用自底向上的方法,而其他的方法都采用自頂向下的方法。首先，建立各個(gè)模塊、對(duì)象、或智能體，再將各個(gè)模塊單元連接起來(lái)，最后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。對(duì)比這四種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中采用了新的軟件構(gòu)建方法。這種方法結(jié)合模塊化編程方法和面向智能體編程方法的優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)具有更為廣泛的實(shí)用性，自學(xué)習(xí)性。軟件模塊和硬件模塊相對(duì)應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，編寫(xiě)的難度也大大降低了。3PID控制3PID控制CK系列沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)屬于過(guò)程控制，而PID控制是過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律，因此，PID控制是CK系列沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)。近年來(lái)，微機(jī)在過(guò)程控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，用微機(jī)取代常規(guī)過(guò)程控制系統(tǒng)中的模擬調(diào)節(jié)器，用計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)PID控制算式便構(gòu)成了微機(jī)控制系統(tǒng)。由于微機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序具有很高的靈活性，因此可以很方便地修改PID控制算式，構(gòu)成性能良好而模擬調(diào)節(jié)器難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制系統(tǒng)。

當(dāng)今的自動(dòng)控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測(cè)量、比較和執(zhí)行。測(cè)量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個(gè)誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。

這個(gè)理論和應(yīng)用自動(dòng)控制的關(guān)鍵是，做出正確的測(cè)量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)，PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。3.1數(shù)字PID控制原理目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，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(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口。控制器的輸出經(jīng)過(guò)輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；被控量，經(jīng)過(guò)傳感器，變送器，通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值r（t）與輸出值c（t）進(jìn)行比較構(gòu)成控制偏差e（t）＝r（t）－c（t）,將其按比例、積分、微分運(yùn)算后，并通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，如圖3.1所示，所以簡(jiǎn)稱(chēng)為P（比例）、I（積分）、D（微分）調(diào)節(jié)器。3.1.1PID控制的原理及特點(diǎn)PID控制是比例積分微分控制的簡(jiǎn)稱(chēng)，它實(shí)際上是比例調(diào)節(jié)(P調(diào)節(jié))、積分調(diào)節(jié)(I節(jié))和微分調(diào)節(jié)(D調(diào)節(jié))三種調(diào)節(jié)的組合。在控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制，PID控制系統(tǒng)的控制原理結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控象組成.被控系統(tǒng)比例環(huán)節(jié)R(S)+E(s)+M(s)C(s)被控系統(tǒng)比例環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)++積分環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)+微分環(huán)節(jié)測(cè)量裝置測(cè)量裝置圖3.1PID控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)框圖在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:a.原理簡(jiǎn)單，使用方便；b.適應(yīng)性強(qiáng)，可以廣泛應(yīng)用于化工、熱工、冶金、煉油、以及造紙、建材等各種生產(chǎn)部門(mén)。按PID控制進(jìn)行工作的自動(dòng)控制器早已商品化。在具體實(shí)現(xiàn)上它們經(jīng)歷了機(jī)械式、液動(dòng)式、氣動(dòng)式、電子式等發(fā)展階段，但始終沒(méi)有脫離PID控制的范疇。雖然很多工業(yè)過(guò)程是非線性或時(shí)變的，但通過(guò)對(duì)其簡(jiǎn)化可以變成基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，這樣PID就可控制了。3.1.2PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類(lèi)：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴(lài)工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：a.首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；b.僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；c.在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。

PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e

(t)與輸出u

(t)的關(guān)系為PID的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響：a.比例系數(shù)KP對(duì)系統(tǒng)性能的影響：增大比例系數(shù)KP一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差。但過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞；b.積分時(shí)間TI對(duì)系統(tǒng)性能的影響：增大積分時(shí)間有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之減慢；c.微分時(shí)間TD對(duì)系統(tǒng)性能的影響：增大微分時(shí)間TD，也有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱。3.2數(shù)字PID控制算法PID調(diào)節(jié)器是比例調(diào)節(jié)(P調(diào)節(jié))、積分調(diào)節(jié)(I調(diào)節(jié))和微分調(diào)節(jié)(D調(diào)節(jié))的組合。PID調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律是在實(shí)際的控制中，一般都采用計(jì)算機(jī)控制，\l"2#2"通常依據(jù)控制器輸出與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將基本數(shù)字PID算法分為位置式PID和增量式PID兩種。3.2.1位置式PID控制算法基本PID控制器的理想算式為(3.1)式中：u(t)——控制器(也稱(chēng)調(diào)節(jié)器)的輸出；e(t)——控制器的輸入（常常是設(shè)定值與被控量之差，即e(t)=r(t)-c(t)）；Kp——控制器的比例放大系數(shù)；Ti——控制器的積分時(shí)間；Td——控制器的微分時(shí)間。設(shè)u(k)為第k次采樣時(shí)刻控制器的輸出值，可得離散的PID算式(3.2)r(t)+e(t)u(k)c(k)被控對(duì)象PID位置式算法被控對(duì)象PID位置式算法-圖3.2位置式PID算法控制原理圖由于計(jì)算機(jī)的輸出u(k)直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如閥門(mén)），u(k)的值與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置（如閥門(mén)開(kāi)度）一一對(duì)應(yīng)，所以通常稱(chēng)式(3.2)為位置式PID控制算法。對(duì)于位置式算法，控制從手動(dòng)切換到自動(dòng)時(shí)，必須先將計(jì)算機(jī)的輸出值設(shè)置為原始閥門(mén)開(kāi)度u0，才能保證無(wú)沖擊切換。如果采用增量算法，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)沖擊切換。此外，在計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，由于執(zhí)行裝置本身有寄存作用，故可仍然保持在原位。位置式PID控制算法的缺點(diǎn)：當(dāng)前采樣時(shí)刻的輸出與過(guò)去的各個(gè)狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì)e(k)進(jìn)行累加，運(yùn)算量大；而且控制器的輸出u(k)對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度變化會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化。3.2.2增量式PID控制算法增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量Δu(k)。采用增量式算法時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出的控制量Δu(k)對(duì)應(yīng)的是本次執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的增量，而不是對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，因此要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須具有對(duì)控制量增量的累積功能，才能完成對(duì)被控對(duì)象的控制操作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的累積功能可以采用硬件的方法實(shí)現(xiàn)；也可以采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，如利用算式程序化來(lái)完成。由式(3.2)可得增量式PID控制算式(3.3)式中進(jìn)一步可以改寫(xiě)成(3.4)一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣周期T在選定后就不再改變，所以，一旦確定了Kp、Ti、Td，只要使用前后3次測(cè)量的偏差值即可求出控制增量。它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，需要采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中有關(guān)模擬調(diào)節(jié)器的離散化方法，若用矩形法數(shù)值積分近似式中的連續(xù)積分，用一階后差近似代替微分,采用不同調(diào)節(jié)動(dòng)作時(shí)具有同樣衰減率的響應(yīng)過(guò)程。顯然，PID三個(gè)同時(shí)作用時(shí)效果最佳，但這并不意味著，在任何情況下采用三作用調(diào)節(jié)都是合理的。同時(shí)，三作用調(diào)節(jié)器有3個(gè)需要整定的參數(shù)，如果這些參數(shù)整定不合適，則不僅不能發(fā)揮各種調(diào)節(jié)動(dòng)作應(yīng)有的作用，反而適得其反。事實(shí)上，選擇什么樣動(dòng)作規(guī)律的調(diào)節(jié)器與具體對(duì)象匹配，是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，需要綜合考慮多種因素方能獲得合理解決。通常，選擇調(diào)節(jié)器動(dòng)作規(guī)律時(shí)應(yīng)根據(jù)對(duì)象特性、負(fù)荷變化、主要擾動(dòng)和系統(tǒng)控制要求等具體情況，同時(shí)還要考慮擦系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及系統(tǒng)投入方便等。增量式PID算法的優(yōu)點(diǎn)：位置式算法每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過(guò)去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的積累誤差。而增量式只需計(jì)算增量，當(dāng)存在計(jì)算誤差或精度不足時(shí)，對(duì)控制量計(jì)算的影響較小。3.3數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，PID控制規(guī)律是用計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此他的靈活性很大，一些原來(lái)在模擬PID控制器中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，在引入計(jì)算機(jī)后就可以得到解決，于是產(chǎn)生了一系列的算法改進(jìn)，以滿足不同控制系統(tǒng)的需求。下面介紹幾種數(shù)字PID的改進(jìn)算法：遇限削弱積分法，積分分離PID控制算法，不完全微分PID控制算法，微分先行PID控制算法和帶死區(qū)的PID控制算法。3.3.1遇限削弱積分算法a.基本思想一旦控制變量進(jìn)入飽和區(qū)，將只執(zhí)行削弱積分項(xiàng)的運(yùn)算而停止進(jìn)行增大積分項(xiàng)的運(yùn)算。具體地說(shuō)，在計(jì)算u（k）時(shí)，將判斷上一時(shí)刻的控制量u（k）是否已超出限制范圍，如果已超出，那么將根據(jù)偏差的符號(hào)，判斷系統(tǒng)輸出是否在超調(diào)區(qū)域，由此決定是否將相應(yīng)偏差計(jì)入積分項(xiàng)。b.算法流程圖遇限削弱積分算法流程圖如圖3.3所示。開(kāi)始開(kāi)始計(jì)算偏差e(n)計(jì)算偏差e(n)計(jì)算比例及微分項(xiàng)計(jì)算比例及微分項(xiàng)u(k-1)u(k-1)≥Yu(k-1)≤Nu(k-1)≤Ye(k)>0e(k)>0NNe(k)>0e(k)>0計(jì)算積分項(xiàng)YY計(jì)算積分項(xiàng)計(jì)算控制量u(k)計(jì)算控制量u(k)返回返回圖3.3遇限削弱積分算法流程圖3.3.2積分分離PID控制算法積分分離法:減小積分飽和的關(guān)鍵在于不能使積分項(xiàng)累積過(guò)大。上面的修正方法是一開(kāi)始就積分，但進(jìn)入限制范圍后即停止累積。這里介紹的積分分離法正好與其相反，它在開(kāi)始時(shí)不進(jìn)行積分，直到偏差達(dá)到一定的閥值后才進(jìn)行積分累計(jì)。這樣，一方面防止了一開(kāi)始有過(guò)大的控制量，另一方面即使進(jìn)入飽和后，因積分累積小，也能較快退出，減少了超調(diào)。采用積分分離法的PID位置算法流程圖如圖所示。系統(tǒng)輸出在門(mén)限外時(shí)，該算法相當(dāng)于PD調(diào)節(jié)器。只有在門(mén)限范圍內(nèi)，積分部分才起作用，以消除系統(tǒng)靜差。圖3.4為積分分離PID算法流程圖。開(kāi)始開(kāi)始計(jì)算e(k)=r(k)-c(t)計(jì)算e(k)=r(k)-c(t)計(jì)算比例和微分項(xiàng)計(jì)算比例和微分項(xiàng)丨e(k)丨≤丨e(k)丨≤εY計(jì)算積分項(xiàng)計(jì)算積分項(xiàng)各項(xiàng)求和計(jì)算各項(xiàng)求和計(jì)算計(jì)算控制量u(k)計(jì)算控制量u(k)返回返回圖3.4積分分離PID算法流程圖3.3.3微分先行PID算法出發(fā)點(diǎn)：避免因給定值變化給控制系統(tǒng)帶來(lái)超調(diào)量過(guò)大、調(diào)節(jié)閥動(dòng)作劇烈的沖擊。特點(diǎn)：只對(duì)測(cè)量值(被控量)進(jìn)行微分,而不對(duì)偏差微分,也即對(duì)給定值無(wú)微分作用。R(s)U(s)Y(s)3.5微分先行的PID控制方框圖3.3.4帶死區(qū)的PID調(diào)節(jié)器基本思想：一旦計(jì)算出的控制量u(k)進(jìn)入飽和區(qū),一方面對(duì)控制量輸出值限幅；另一方面增加判別程序,算法中只執(zhí)行削弱積分飽和項(xiàng)的積分運(yùn)算,而停止增大積分飽和項(xiàng)的運(yùn)算。在控制精度要求不高的場(chǎng)合，能減少由于頻繁動(dòng)作引起的振蕩和能量消耗?？刂扑闶胶蛡鬟f特性圖分別為：圖3.6帶有死區(qū)的PID控制特性在控制精度要求不高、控制過(guò)程要求平穩(wěn)的測(cè)控系統(tǒng)中，為了避免控制動(dòng)作過(guò)于頻繁，消除由此引起的振蕩，可以人為的設(shè)置一個(gè)不靈敏區(qū)B，即帶死區(qū)的PID控制。只有不在死區(qū)范圍內(nèi)時(shí)，才按PID算式計(jì)算控制量。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)在于建立一個(gè)完整的CK系列沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，利用程序控制系統(tǒng)運(yùn)行，在保證實(shí)現(xiàn)邏輯模型的基礎(chǔ)上，盡可能提高系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。通過(guò)軟件系統(tǒng)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)需要改變操作等問(wèn)題的時(shí)不需要變化硬件，只要修改系統(tǒng)程序即可實(shí)現(xiàn)。軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)按軟件工程進(jìn)行，按照軟件生命周期把軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)程分為六個(gè)階段:系統(tǒng)分析(analysis)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)(design)、編碼(implementation)、模塊測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試、軟件運(yùn)行。1、系統(tǒng)分析:分析階段定義了系統(tǒng)的預(yù)期行為；2、設(shè)計(jì)階段:設(shè)計(jì)階段決定了通過(guò)交互對(duì)象的實(shí)時(shí)特性如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作；3、編碼階段:應(yīng)用面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言編制軟件；4、模塊測(cè)試:測(cè)試所開(kāi)發(fā)軟件的每一個(gè)模塊是否滿足設(shè)計(jì)的要求；5、系統(tǒng)測(cè)試:測(cè)試所開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)是否滿足規(guī)格說(shuō)明的要求；6、軟件運(yùn)行:軟件在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中應(yīng)用。4.1CodeWarrior集成開(kāi)發(fā)環(huán)境本課題軟件程序在CodeWarrior環(huán)境下編寫(xiě)采用CodeWarriorIDE，開(kāi)發(fā)人員可以得益于采用各種處理器和平臺(tái)（從Motorola到TI到Intel）間的通用功能性。CodeWarrior編譯器和調(diào)試器在商用嵌入式軟件開(kāi)發(fā)工具的使用率方面排名第一。CodeWarrior是經(jīng)過(guò)Palm公司正式認(rèn)可的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。基于Macintosh的CodeWarrior是最早的Palm開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它利用了Macintosh的代碼編輯器和編譯器。由于Macintosh計(jì)算機(jī)使用的處理器芯片和Palm掌上設(shè)備的中央處理器芯片都是Motorola公司出品的，因此，它們具有相近的處理器指令體系，這一點(diǎn)也影響到了目前的各種Palm掌上設(shè)備的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。4.1.1CodeWarrior軟件的基本特性CodeWarrior包括構(gòu)建平臺(tái)和應(yīng)用所必需的所有主要工具-IDE、編譯器、調(diào)試器、編輯器、鏈接器、匯編程序等。另外，CodeWarriorIDE支持開(kāi)發(fā)人員插入他們所喜愛(ài)的工具，使他們可以自由地以希望的方式工作。CodeWarrior開(kāi)發(fā)工作室將尖端的調(diào)試技術(shù)與健全開(kāi)發(fā)環(huán)境的簡(jiǎn)易性結(jié)合在一起，將C/C++源級(jí)別調(diào)試和嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)帶入新的水平。開(kāi)發(fā)工作室提供高度可視且自動(dòng)化的框架，可以加速甚至是最復(fù)雜應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，因此對(duì)于各種水平的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，創(chuàng)建應(yīng)用都是簡(jiǎn)單而便捷的。它是一個(gè)單一的開(kāi)發(fā)環(huán)境，在所有所支持的工作站和個(gè)人電腦之間保持一致。在每個(gè)所支持的平臺(tái)上，性能及使用均是相同的。無(wú)需擔(dān)心主機(jī)至主機(jī)的不兼容。CodeWarrior開(kāi)發(fā)工作室包括完成大多數(shù)嵌入式開(kāi)發(fā)項(xiàng)目所需的所有工具。4.1.2CodeWarrior軟件的主要功能CodeWarrior集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）是CodeWarrior系列嵌入式的基本軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。所有軟件開(kāi)發(fā)任務(wù)都可以在CodeWarriorIDE下完成，包括編輯、編譯和調(diào)試。CodeWarriorIDE提供了一個(gè)統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，用于所有CodeWarrior處理器系統(tǒng)。CodeWarriorIDE為軟件開(kāi)發(fā)提供的主要功能如下:工程管理器：為軟件開(kāi)發(fā)人員處理最高級(jí)別的文件管理；按照主要組別組織項(xiàng)目條目；追蹤狀態(tài)信息（例如文件修改日期）；確定每個(gè)構(gòu)建中特定文件的構(gòu)建順序及內(nèi)容；協(xié)調(diào)插件程序以提供箱版本控制和RTOS支持這樣的業(yè)務(wù)。文本編輯器：支持源代碼和其他文本文件的創(chuàng)建和處理。與其他的IDE功能完全集成。源瀏覽器：保存用于程序的符號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)；包括變量及功能的名稱(chēng)和值的符號(hào)的舉例；使用符號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)協(xié)助代碼瀏覽；將每個(gè)符號(hào)與此符號(hào)相關(guān)代碼的其他位置鏈接；處理目標(biāo)導(dǎo)向和程序語(yǔ)言。構(gòu)建系統(tǒng)：使用編譯器從源代碼生成可重新定位的目標(biāo)代碼，并使用鏈接器從目標(biāo)碼生成最后的可執(zhí)行圖像。CodeWarriorC/C++*編譯器工具包括業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的C/C++*語(yǔ)言CodeWarrior編譯器，包括標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)（STL）及各種其他工具。源級(jí)別調(diào)試器：提供高性能窗口的源級(jí)別調(diào)試器，配備最新的高效率增強(qiáng)型圖形性能，縮短板的bring-up和應(yīng)用開(kāi)發(fā)時(shí)間；使用符號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，提供源級(jí)別調(diào)試；支持符號(hào)格式，例如CodeView、DebugWithArbitraryRecordsFormat（DWARF）和STABS。4.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)總體介紹本系統(tǒng)的軟件流程分別為系統(tǒng)初始化模塊、參數(shù)配置模塊、運(yùn)行模塊、故障分析等幾個(gè)部分。系統(tǒng)上電后完成分別對(duì)液晶屏、傳感器、鍵盤(pán)、DS1302、AT24C512、單片機(jī)內(nèi)部相關(guān)寄存器及I/O管腳進(jìn)行初始化。系統(tǒng)初始化成功后，則進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。開(kāi)始初始化開(kāi)始初始化參數(shù)配置運(yùn)行是否有故障?故障處理NY4.1主程序流程圖主程序部分程序如下：voidmain(void){init_all();EnableInterrupts;while(1){MENU_main();//test_key();}}voidinit_all(void){XS128_init();InitTimerA();MyDoc_init();init_lcd();init_key();init_speaker();test_current_init();sensor_init();init_menu();init_1302();init_output();fnSpeaker(2);}本打樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)主程序流程由圖4.1組成。軟件系統(tǒng)要運(yùn)行必先初始化，即初始化模塊是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。本論文在下面編寫(xiě)了系統(tǒng)初始化模塊。4.3系統(tǒng)初始化模塊系統(tǒng)初始化工作主要完成系統(tǒng)全局變量初始值的設(shè)置、時(shí)鐘設(shè)置、PWM周期設(shè)置、I/O初始化設(shè)置、ECT初始化設(shè)置等。只有進(jìn)行了正確的初始化工作，才能使系統(tǒng)正常工作，并發(fā)揮其最大的性能，才能使各模塊之間協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)初始化流程圖如圖4.2所示。開(kāi)始開(kāi)始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)時(shí)鐘初始化系統(tǒng)初始化系統(tǒng)時(shí)鐘初始化I/O口初始化串口通信初始化PWM初始化輸入捕捉中斷初始化實(shí)時(shí)中斷初始化鍵盤(pán)初始化高度預(yù)置返回4.2系統(tǒng)初始化流程圖4.3.1系統(tǒng)時(shí)鐘初始化系統(tǒng)時(shí)鐘初始化直接關(guān)系到MC9S12XS128單片機(jī)工作的總線頻率，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的性能來(lái)說(shuō)尤為重要。本設(shè)計(jì)采用DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片DS1302,它內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM通過(guò)簡(jiǎn)單的串行借口與單片機(jī)進(jìn)行通信，DS1302與單片機(jī)之間使用SPI總線，簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)總線。DS1302芯片作為系統(tǒng)的時(shí)鐘芯片，其時(shí)鐘信號(hào)SCLK接單片機(jī)PM5管腳，數(shù)據(jù)線I/O接單片機(jī)PM6，復(fù)位端RST接單片機(jī)PM7管腳。引腳如圖4.3所示。圖4.3DS1302芯片時(shí)鐘初始化程序如下：voidinit_1302(void){unsignedcharCrtl_1302=0;//1302初始化控制//端口配置DDRM_DDRM5=1;DDRM_DDRM6=1;DDRM_DDRM7=1;PTM_PTM5=0;PTM_PTM6=0;PTM_PTM7=0;//系統(tǒng)上電1302是否初始化控制Crtl_1302=Read1302(SECOND);if((Crtl_1302&0x80)==0x80){Write1302(WRITE_PROTECT,0x00);//禁止寫(xiě)保護(hù)Write1302(WRITE_SECOND,0xc0);Write1302(WRITE_MINUTE,0x11);Write1302(WRITE_HOUR,0x00);Write1302(WRITE_DATA,0x10);Write1302(WRITE_MONTH,0x10);Write1302(WRITE_DAY,0x01);Write1302(WRITE_YEAR,0x11);Write1302(WRITE_SECOND,0x40);Write1302(WRITE_PROTECT,0x80);//允許寫(xiě)保護(hù)}}//============================================================voidSDA_1302_in(void){DDRM_DDRM6=0;//SDA輸入} voidSDA_1302_out(void){DDRM_DDRM6=1;//SDA輸出}4.3.2PWM初始化PWM(PulseWidthModulation)即脈沖寬度調(diào)制，它是一種通過(guò)改變脈沖輸出的寬度實(shí)現(xiàn)控制的方法。PWM信號(hào)既可以通過(guò)硬件的模擬法來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)軟件的編程法來(lái)實(shí)現(xiàn)。硬件的模擬法利用的是運(yùn)算放大器的比較輸出，而軟件一般是基于單片機(jī)的，其方法主要是借助于系統(tǒng)內(nèi)部的定時(shí)器。如果系統(tǒng)的控制信號(hào)可以對(duì)定時(shí)器的初值進(jìn)行設(shè)定，就可以改變脈沖的輸出時(shí)間，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)PWM脈寬的控制。PWM通過(guò)單片機(jī)軟件編程實(shí)現(xiàn)的前提是該單片機(jī)的內(nèi)部具有定時(shí)器。其實(shí)現(xiàn)的步驟如下:首先要給定脈沖的周期T，假定控制信號(hào)的變化范圍為0-V，則可以將其范圍內(nèi)的任一點(diǎn)按比例映射為周期T上某一時(shí)刻，由此求出正負(fù)脈沖的持續(xù)時(shí)間;將這兩個(gè)時(shí)間賦值給定時(shí)器;定時(shí)器在獲取賦值后執(zhí)行+1運(yùn)算直到產(chǎn)生溢出中斷;進(jìn)入中斷響應(yīng)后執(zhí)行中斷服務(wù)程序，控制單片機(jī)的某一管腳輸出相應(yīng)的脈沖。系統(tǒng)不斷的重復(fù)這一過(guò)程，單片機(jī)的引腳也就不停的輸出PWM方波信號(hào)。顯然，此方波信號(hào)是隨著控制信號(hào)量的變化而變化的。該設(shè)計(jì)中直流電機(jī)采用PWM方式控制。MC9S12XS128本身集成有專(zhuān)用PWM調(diào)制口，使用過(guò)程簡(jiǎn)潔方便，只要針對(duì)專(zhuān)用PWM初始化使用中就可根據(jù)用戶要求產(chǎn)生不同的調(diào)制波。其特點(diǎn)如下:a.8個(gè)帶周期占空比可程控的PWM獨(dú)立通道b.4個(gè)可程控選擇的時(shí)鐘源c.每個(gè)PWM通道有專(zhuān)用的計(jì)數(shù)器d.PWM每個(gè)通道脈沖極性可以選擇e.每個(gè)PWM通道可使能/禁止f.周期和占空比雙緩沖g.每個(gè)通道有中心對(duì)齊和邊緣對(duì)齊方式h.分辨率:8位(8通道)，16位(4通道)i.帶中斷功能的緊急切斷其初始化程序如下:DDRP=0xff;PWME=0X00;PWMPRCLK=0x01;//A口2分頻PWMCLK=0xcf;//通道23,67選擇SB位時(shí)鐘源通道01選擇SA為時(shí)鐘源PWMPOL=0x0f;//通道0123輸出波形開(kāi)始極性為1PWMCTL=0xf0;//通道01,23,45,67級(jí)聯(lián)PWMSCLA=0x02;//SB為3MHz（24/(2*4)）//SA提供10KHz的頻24MHZ/2/2/30=2MHZPWMSCLB=0x04;//通道23時(shí)鐘SB為3MHZ(24/(2*4))PWMPER01=6000;//設(shè)定通道01輸出頻率(50Hz)PWMPER23=600;//設(shè)定通道23輸出頻率(50HZ)PWMPER67=600;//設(shè)定通道67輸出頻率(50HZ)4.3.3I/O初始化MC9SXS128單片機(jī)有專(zhuān)用的I/O口功能設(shè)置寄存器，通過(guò)對(duì)該寄存器的設(shè)置，可以將I/O口初始化為通用I/O口或者專(zhuān)用I/O口。I/O初始化設(shè)置如下：DDRB_BIT1=1;DDRB_BIT0=0;DDRA=0XFF;PORTA=0XFF;PORTB_BIT1=1;PIEJ_PIEJ7=0;DDRS=0X00;PERS=0XFF;PPSS=0XFF;4.3.4ECT模塊初始化EnhancedCaptureTimerModule模塊即增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器模塊，它是在標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器模塊的基礎(chǔ)上增加了脈寬測(cè)量和脈沖發(fā)生功能，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出比較兩大和輸入捕捉功能。在本論文中，當(dāng)樁機(jī)工作時(shí)，編碼器跟著旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)，送給微控制器的ECT模塊，ECT模塊捕捉脈沖信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。本設(shè)計(jì)中速度檢測(cè)采用定時(shí)中斷查詢的方式，其流程圖如圖4.4所示。編碼器初始化編碼器初始化脈沖捕捉計(jì)數(shù)脈沖捕捉計(jì)數(shù)定時(shí)2.5定時(shí)2.5ms讀取脈沖數(shù)讀取脈沖數(shù)ECTECT寄存器清零返回返回圖4.4ECT初始化流程圖其中ECT模塊初始化程序可表示為:TIOS=0X00;//設(shè)置為輸入捕捉TCTL4=0x09;//設(shè)置PT1為場(chǎng)捕捉，下降沿，PT0為行捕捉，上升沿TSCR1=0x80;//定時(shí)器正常工作TIE1=0x03;//允許PTI,PTO中斷4.4人機(jī)交互模塊人機(jī)交互參數(shù)配置主要包括：鍵盤(pán)、液晶顯示器、I2C存儲(chǔ)器等幾個(gè)模塊。4.4.1鍵盤(pán)設(shè)計(jì)常規(guī)的人機(jī)操作為鍵盤(pán)輸入、處理和顯示。其過(guò)程是順序執(zhí)行過(guò)程，本設(shè)計(jì)將其轉(zhuǎn)換成并行實(shí)現(xiàn)過(guò)程。即鍵盤(pán)輸入、處理、顯示程序無(wú)需順序書(shū)寫(xiě)。設(shè)編寫(xiě)鍵處理程序?yàn)锳，數(shù)據(jù)處理程序?yàn)锽，顯示程序?yàn)镃。A，B，C的關(guān)系是執(zhí)行A，再執(zhí)行B，再執(zhí)行C的循環(huán)，A，B，C之間的相關(guān)關(guān)系是不可拆分的。如果要使其相對(duì)對(duì)立，就得以實(shí)現(xiàn)以下6種組合關(guān)系即A→B→C；A→C→B；B→A→C；B→C→A；C→A→B;C→B→A。無(wú)論鍵盤(pán)采用哪種組織形式及讀鍵方式，其主要的操作步驟如下：a.讀鍵：判斷是否有鍵按下。b.鍵值判斷：在確認(rèn)有鍵按下以后，進(jìn)一步識(shí)別出是哪一個(gè)按鍵。c.執(zhí)行子程序：根據(jù)識(shí)別結(jié)果，執(zhí)行相應(yīng)子程序。本系統(tǒng)中采用矩陣式鍵盤(pán)，其行線分別為PK0~PK3管腳，列線采用PE0~PE6，共26個(gè)按鍵。鍵盤(pán)程序的流程圖如圖4.5所示。開(kāi)始開(kāi)始有鍵閉合有鍵閉合延時(shí)去抖動(dòng)延時(shí)去抖動(dòng)找到閉合鍵N找到閉合鍵Y建立無(wú)效標(biāo)志計(jì)算鍵值建立無(wú)效標(biāo)志計(jì)算鍵值閉合鍵釋放N閉合鍵釋放Y建立有效標(biāo)志位建立有效標(biāo)志位返回返回圖4.5鍵盤(pán)功能流程圖4.4.2液晶顯示模塊這一模塊的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各功能子模塊獨(dú)立，條記起來(lái)方便，容易根據(jù)需要就行修改和擴(kuò)展。本系統(tǒng)中液晶屏的數(shù)據(jù)線連接單片機(jī)PA0~PA7管腳，其控制線連接單片機(jī)的PB1~PB4管腳，其背光亮暗度通過(guò)電位器調(diào)節(jié)，如圖4.6所示，液晶屏的硬件連接圖。圖4.6液晶顯示硬件連線圖液晶顯示軟件流程圖如圖4.7所示。開(kāi)始開(kāi)始液晶顯示初始化完成對(duì)口的設(shè)置：液晶的清屏液晶顯示初始化完成對(duì)口的設(shè)置：液晶的清屏液晶顯示子程序液晶顯示子程序中斷采樣完成？中斷采樣完成？NY數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)處理程序延時(shí)子程序延時(shí)子程序返回返回4.7液晶顯示程序流程圖液晶顯示部分程序如下：voidinit_lcd(void){inti,j;init_lcd_pio();BK_H();RST_L();//del_lcd(2000);del_lcd(1000);RST_H();//del_lcd(2000);del_lcd(1000);CSA_L();CSB_L();CSC_L();//del_lcd(100);del_lcd(50);Write_0108_Reg(Set_Disp_Off);Write_0108_Reg(Set_Start_Line);Write_0108_Reg(Set_Page);Write_0108_Reg(Set_Column);Write_0108_Reg(Set_Disp_On);Clr_Screen();for(j=0;j<8;j++){for(i=0;i<192;i++){disp_zhh_data[i,j]=0;}}}4.4.3存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)要對(duì)剎車(chē)高度，提升高度，剎車(chē)時(shí)間，離合時(shí)間等進(jìn)行設(shè)置，需要預(yù)先設(shè)置好相關(guān)參數(shù)并進(jìn)行記錄保存，為了滿足這一需要，選取了E2PROM,AT24C512對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。其通信方式為I2C總線。a.AT24C512介紹AT24C512是Atmel公司生產(chǎn)的64KB串行電可擦的可編程存儲(chǔ)器，內(nèi)部有512頁(yè)，每一頁(yè)為128字節(jié)，任一單元的地址為16位，地址范圍為0000—OFFFFH。它采用8引腳封裝，具有結(jié)構(gòu)緊湊、存儲(chǔ)容量大等特點(diǎn)，可以在2線總線上并接4片芯片，特別適用于具有大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此在測(cè)控系統(tǒng)中被大量采用。b.I2C總線協(xié)議在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，當(dāng)時(shí)鐘線為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定狀態(tài)，不允許有跳變。時(shí)鐘線為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線的任何電平變化將被看作總線的起始或停止信號(hào)。時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變作為I2C總線的起始信號(hào)。時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從低到高的跳變作為I2C總線的停止信號(hào)。I2C總線啟動(dòng)與停止信號(hào)波形如下：SCL為高電平，SDA下降沿為起始信號(hào)；SCL為高電平，SDA上升沿為停止信號(hào)。啟動(dòng)信號(hào)和停止信號(hào)都是由主機(jī)發(fā)出的，在起始信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于被占用狀態(tài)；在停止信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于空閑狀態(tài)。圖4.8為I2C總線的起始與停止信號(hào)圖。圖4.8I2C總線的起始與停止信號(hào)I2C總線上字節(jié)傳送與應(yīng)答如圖4.9所示?？偩€上傳送的每一幀數(shù)據(jù)均為一個(gè)字節(jié)，每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）。由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)，它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。如果從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間后無(wú)法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過(guò)對(duì)無(wú)法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應(yīng)答”通知主機(jī)，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由對(duì)從機(jī)的“非應(yīng)答”來(lái)實(shí)現(xiàn)的，然后，從機(jī)釋放SDA線，以允許主機(jī)產(chǎn)生終止信號(hào)。圖4.9I2C總線的字節(jié)傳送與應(yīng)答圖I2C的初始化程序如下：voidI2C_init(void) { DDRS_DDRS6=1;//SCLK DDRS_DDRS7=0;//SDA //內(nèi)部運(yùn)行變量初始化例如：EKEK1EK2 //配置參數(shù)初始化