基于STC89C52的通用數(shù)字.docVIP

題 目：基于stc89c52的通用數(shù)字 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)54內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）基于stc89c52的通用數(shù)字調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 摘 要工業(yè)控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器單元是自動(dòng)控制系統(tǒng)中重要組成部分，調(diào)節(jié)器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)的主要目的是設(shè)計(jì)一臺(tái)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(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。該調(diào)節(jié)器通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換；用單片機(jī)stc89c52完成各種控制規(guī)律的pid運(yùn)算；由v/i轉(zhuǎn)換電路輸出電流信號(hào)控制執(zhí)行器的動(dòng)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(jì)要求完成的情況下，pid算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是整個(gè)設(shè)計(jì)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。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(shí)現(xiàn)pid的運(yùn)算，以達(dá)到提高精度、降低成本、提高系統(tǒng)可靠性，實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的自動(dòng)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 systems important component,the regulator has the widespread application in the automatic control system. the this designs main purpose is designs one to have the general function digital regulator,the main introduction general digit regulators composition, how do the principle as well as realize the numerical control. realizes through the modulus switch 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 actuators movement. the general digital regulators major function is the pid adjustment, in the hardware design request completes in the situation, the pid algorithms 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 regulators 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 transformation目 錄摘 要iiabstractiii第一章 引言11.1 背景11.2 調(diào)節(jié)器的簡(jiǎn)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(diǎn)21.2.3 pid調(diào)節(jié)器在控制系統(tǒng)中的作用31.3 設(shè)計(jì)任務(wù)的提出4第二章 方案設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)82.4 設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)10第三章 硬件設(shè)計(jì)113.1 調(diào)節(jié)器硬件設(shè)計(jì)方案113.1.1 stc89c52芯片簡(jiǎn)介113.1.2 各外圍接口電路芯片簡(jiǎn)介143.1.3 調(diào)節(jié)器硬件原理圖173.2 硬件具體設(shè)計(jì)173.2.1 a/d轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換過(guò)程173.2.2 v/i轉(zhuǎn)換電路183.2.3 鍵盤部分設(shè)計(jì)193.2.4 顯示部分設(shè)計(jì)203.2.5 串口通信部分設(shè)計(jì)21第四章 通用數(shù)字調(diào)節(jié)器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)234.1 軟件設(shè)計(jì)方案234.1.1 軟件設(shè)計(jì)原理234.1.2 軟件設(shè)計(jì)方案234.1.3 軟件總體設(shè)計(jì)方案流程圖234.2 系統(tǒng)軟件的具體設(shè)計(jì)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(shí)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內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）第一章 引言1.1 背景隨著自動(dòng)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(shì)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(yùn)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(lái)自變送器的測(cè)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(yùn)算，并輸出統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(4-20 ma d.c）去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度，壓力、流量、液位以及其他工藝參數(shù)的自動(dòng)控制。調(diào)節(jié)器的運(yùn)算規(guī)律是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與輸入偏差之間隨時(shí)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(kāi)。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(guò)程；二是從儀器結(jié)構(gòu)(可擴(kuò)展性)和實(shí)現(xiàn)形式上看，經(jīng)歷了單臺(tái)儀器、模塊化儀器和虛擬儀器的發(fā)展過(guò)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(hào)處理技術(shù)、計(jì)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(shí)現(xiàn)pid的運(yùn)算，以達(dá)到提高精度、降低成本、提高系統(tǒng)可靠性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象自動(dòng)控制的目的。在通用數(shù)字調(diào)節(jié)器的開(kāi)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(jì)更方便、更快捷，系統(tǒng)性能也得到了很大的提高。單片機(jī)所提供的強(qiáng)大功能也為開(kāi)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(jiǎn)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(cè)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(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果以一定的信號(hào)形式送往執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的自動(dòng)控制。控制儀表的發(fā)展上分為三個(gè)階段：第一階段為基地式控制儀表。這類儀表一般是將檢測(cè)裝置、控制裝置、顯示裝置組裝在一個(gè)整體內(nèi)，同時(shí)具有檢測(cè)、控制和顯示的功能，它的功能簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，但通用性差，信號(hào)不能與其他儀表共享，一般只應(yīng)用于一些簡(jiǎn)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(jiǎn)單的顯示，和其他單元之間以統(tǒng)一的信號(hào)相互聯(lián)系。單元組合式控制儀表有氣動(dòng)和電動(dòng)兩大類，氣動(dòng)儀表采用的是20-100ka的氣動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；電動(dòng)儀表采用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。1由此，該設(shè)計(jì)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(diǎn)調(diào)節(jié)器接受偏差信號(hào)后，按一定的運(yùn)算規(guī)律輸出控制信號(hào)，作用于被控對(duì)象以消除擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響，從而使被控參數(shù)回到給定值上來(lái)?？刂七^(guò)程的品質(zhì)如何，這不僅與對(duì)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(yùn)算規(guī)律(或稱調(diào)節(jié)規(guī)律)有關(guān)。調(diào)節(jié)器的運(yùn)算規(guī)律就是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與輸入偏差之間隨時(shí)間變化的規(guī)律?；具\(yùn)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(yùn)算規(guī)律均是由這些基本運(yùn)算規(guī)律組合而成的。只有比例運(yùn)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(duì)于不太重要的參數(shù)，可考慮采用，如中間儲(chǔ)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(shí)踐中沒(méi)有單純積分作用控制器，都是與比例作用組合成比例-積分控制器。比例-積分控制器對(duì)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(shí)間越小，消除余差的能力越強(qiáng)，系統(tǒng)越趨向不穩(wěn)定。對(duì)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(shí)踐中沒(méi)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(duì)慣性較大的對(duì)象有“超前”調(diào)整作用，所以一般用在有較大滯后被控對(duì)象的場(chǎng)合。如果微分作用過(guò)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(duì)于不太重要的參數(shù)，但是慣性較大，又不希望動(dòng)態(tài)偏差較大，可考慮采用比例-微分控制器，但是對(duì)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-微分控制器綜合了比例、積分、微分三者的優(yōu)點(diǎn)，為控制精度最高的調(diào)節(jié)器。對(duì)于比較重要，控制精度要求較高，希望動(dòng)態(tài)偏差較小，被控對(duì)象的滯后時(shí)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(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(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?？刂葡到y(tǒng)技術(shù)對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動(dòng)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)器以其簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)控制理論所要解決的最基本問(wèn)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(shí)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(shí)在pid調(diào)節(jié)器中引入積分項(xiàng)，系統(tǒng)增加了一個(gè)零積點(diǎn)，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(jì)任務(wù)的提出隨著工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展日新月異，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)不斷提高的生產(chǎn)技術(shù)水平為自動(dòng)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(shí)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(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的重要手段，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制質(zhì)量的好壞直接影響著工業(yè)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性和安全性。因此設(shè)計(jì)一個(gè)可靠性高的調(diào)節(jié)器是非常必要的。第二章 方案設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)控制功能的儀表，又成電動(dòng)調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器將來(lái)自變送器的測(cè)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(yùn)算，并輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、液位及其他工藝變量的自動(dòng)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(diǎn)如下：（1）采用國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)為dc4-20ma，控制室聯(lián)絡(luò)信號(hào)為dc1-5v。（2）廣泛采用集成電路，儀表的電路簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算控制，并具有通信及故障診斷功能，是自動(dòng)控制、計(jì)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(guò)編程來(lái)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(jì)算功能，用戶可以根據(jù)需要編寫(xiě)復(fù)雜的控制程序，所以一臺(tái)可編程控制器可以代替多臺(tái)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(jì)算機(jī)為核心部件；而后者采用模擬技術(shù)，以運(yùn)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(diǎn)：(1) 實(shí)現(xiàn)了儀表的數(shù)字化、智能化 (2) 具有豐富的運(yùn)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(jì)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(jì)算機(jī)的數(shù)字控制系統(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(jiǎn)單、調(diào)節(jié)效果突出、可調(diào)參數(shù)少和數(shù)字算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)良品質(zhì)，而獨(dú)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(gè)高性能、高性價(jià)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(cè)控和低速信號(hào)處理等方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)是一門實(shí)戰(zhàn)性很強(qiáng)的學(xué)科。現(xiàn)在比較流行的單片機(jī)有：mcs51、at89c51、avr、stc系列等等。這次設(shè)計(jì)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(jià)比很高的單片機(jī)。它與同類型單片機(jī)相比的優(yōu)點(diǎn)：（1）超強(qiáng)抗干擾能力，輕松過(guò)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 downa時(shí)，為pd控制當(dāng)=a時(shí),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(guò)渡過(guò)程時(shí)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(dòng)作過(guò)于頻繁，以消除由于頻繁動(dòng)作所引起的振蕩，有時(shí)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(guò)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(gè)可調(diào)的參數(shù)。其具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象確定。b值太小，使調(diào)節(jié)動(dòng)作過(guò)于頻繁，不能達(dá)到穩(wěn)定被調(diào)對(duì)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(shí)，則為pid控制。該系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)非線性控制系統(tǒng)，即當(dāng)偏差的絕對(duì)值時(shí)，其控制輸出為0，當(dāng)時(shí)，則輸出值p(k)以pid(或pi、pd）運(yùn)算結(jié)果輸出。 限位問(wèn)題在某些自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，往往不希望調(diào)節(jié)閥“全開(kāi)”或“全關(guān)”，而是有一個(gè)上限位和一個(gè)下限位。也就是說(shuō)，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(gè)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(gè)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(shí)際pid控制過(guò)程中，往往要考慮死區(qū)、積分分離、限幅等問(wèn)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)試單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開(kāi)的,許多硬件錯(cuò)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(lái)調(diào)試以進(jìn)一步排除故障?？梢?jiàn)硬件的調(diào)試是基礎(chǔ),如果硬件調(diào)試不通過(guò),軟件調(diào)試則是無(wú)從做起。當(dāng)硬件設(shè)計(jì)從布線到焊接安裝完成之后,就開(kāi)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(shí)，將會(huì)損壞仿真器等，有時(shí)會(huì)使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。 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(guò)編寫(xiě)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(yàn)程序顯示有上圖可知，顯示部分沒(méi)有問(wèn)題，接下來(lái)就可以編寫(xiě)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(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所需要的數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)在對(duì)其計(jì)算輸出。由此可知a/d部分是非常重要的，所以在顯示沒(méi)有錯(cuò)誤的情況下，緊接著對(duì)a/d部分進(jìn)行調(diào)試。根據(jù)a/d轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)、工作原理以及與單片機(jī)連接的端口等問(wèn)題進(jìn)行c語(yǔ)言編程，編譯、下載。采樣信號(hào)可以通過(guò)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(méi)有錯(cuò)誤。pid算法部分調(diào)試 pid部分是整個(gè)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤就無(wú)所謂控制參數(shù)了，首先根據(jù)pid算法編寫(xiě)程序，然后根據(jù)下面的實(shí)例來(lái)探究，如果調(diào)節(jié)器的實(shí)際輸出與理論相一致，則說(shuō)明pid算法沒(méi)有錯(cuò)誤。假設(shè)有一溫度控制系統(tǒng)，溫度測(cè)量范圍是0600，溫度采用pid控制，控制指標(biāo)為4502。已知比例系數(shù),積分時(shí)間，微分時(shí)間，采樣周期。當(dāng)測(cè)量值，時(shí)，計(jì)算增量輸出。若，計(jì)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(jì)算得，由題知，給定值，將題中給出的測(cè)量值代入公式（514）計(jì)算得代入公式（5116）計(jì)算得代入公式（5119）計(jì)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(xiě)程序使調(diào)節(jié)器輸出數(shù)字量255，用萬(wàn)用表測(cè)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(guò)后，鍵盤調(diào)試就比較簡(jiǎn)單，完全可以借助于顯示，利用程序進(jìn)行調(diào)試。通過(guò)簡(jiǎn)單的程序編寫(xiě)，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(wú)錯(cuò)誤。本設(shè)計(jì)鍵盤實(shí)現(xiàn)的功能包括測(cè)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(shí)際應(yīng)用編寫(xiě)應(yīng)用程序?？偨Y(jié)以stc89c52為核心設(shè)計(jì)的通用數(shù)字調(diào)節(jié)器功能強(qiáng)大,可靠性高,對(duì)控制對(duì)象適應(yīng)能力較好,可廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制領(lǐng)域中,特別是在一些系統(tǒng)組成比較簡(jiǎn)單的中小型企業(yè)中。在此過(guò)程中，我不但認(rèn)識(shí)到了理論知識(shí)的重要性也深刻的體會(huì)到了理論與實(shí)際相結(jié)合必要性。我通過(guò)對(duì)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(dòng)力。這次設(shè)計(jì)不但使我的思維開(kāi)闊了很多，也使我對(duì)大學(xué)生活、學(xué)習(xí)有了新的認(rèn)識(shí)，總之它帶給我們的是知識(shí)，是收獲。 在今后的學(xué)習(xí)與實(shí)踐中，我一定要進(jìn)一步強(qiáng)化自己的理論知識(shí)，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，對(duì)自己不懂的知識(shí)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(guò)程控制系統(tǒng)與儀表m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20053. 王樹(shù)青.先進(jìn)技術(shù)控制及應(yīng)用m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20014. 何離慶.過(guò)程控制系統(tǒng)與裝置m.重慶：重慶大學(xué)出版社，20015. 甘朝暉，胡曦，王華喬.用c8051f020單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通用數(shù)字調(diào)節(jié)器的開(kāi)發(fā)j.武漢：武漢科技大學(xué)，2004，（5）：15-186. 張栓記，胡敏.調(diào)節(jié)器的pid參數(shù)整定j.洛陽(yáng)：洛陽(yáng)師范學(xué)院，2005，（5）：28-307. 李佳. 數(shù)字pid調(diào)節(jié)器r-s-t算法j.重慶：重慶大學(xué)出版社，2001，（1）：107-1098. 蘇智勝,李昌禧. 基于c8051f005單片機(jī)的可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)j.武漢：華中科技大學(xué)，2006，（1）：53-579. 楊紅紅,劉澤.一種高性能智能調(diào)節(jié)器的研制j.儀表技術(shù)與傳感器,2000,(4): 18-2110. 成繼勛,李濤.采用aduc824的數(shù)字調(diào)節(jié)器j.自動(dòng)化儀表, 2003, (10):28-3111. 劉鎮(zhèn).pid控制參數(shù)整定方法j.電子技術(shù)應(yīng)用，1997，(5):4-612. 梁淑敏.比例積分微分調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定j.河南化工，1994，（10）：30-3213. 符永法.幾種新型pid調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定法j.化工自動(dòng)化及儀表，1997，（1）：25-2914. 張力春,王健.一種數(shù)字調(diào)節(jié)器參數(shù)的自尋最優(yōu)控制方法j.鞍鋼集團(tuán)，2005：（3）:33-3815. 黃亞媛.一種多功能調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用j.哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，2000,（3）:15-2016. 宏晶科技(深圳).stc89c51rc/rd+系列單片機(jī)中文指南eb/ol.http:/www.