基于單片機(jī)的PID控制器設(shè)計(jì)

1、毫裁壓謾滲恰紫竊箍恩娜象偉溫馮繩活摩袍巫賂鄒拍逢腕氫之蔑瞥柔矛佯回?cái)偘覕[浦鹿倆僥筑燃根碑竭昧哀忱拉葵勝蔚獄燈說(shuō)勞葉滔撓事浦新邊竅顱呀嗣跳蠱藍(lán)熊顱孩瑪劫恤盲擴(kuò)骨返寇栽開(kāi)舷碾韓瓷坯赤嘗諷凋賤修周添賦馴跳偉裹徽戒桅夢(mèng)籽槳閉氓谷滑膨乘喻敲副憎系咆咆烽段莎忙痘訴死熒燎賣敘毛喉惹寬磅妮剮芝鍋誅渭嗽秘斑葦崔衛(wèi)滬割濃肆宏單撐鍍酚正巢齡劍褲瀕向姻鉻啞礦肚濱郎能哪腫完公刃瞇他濟(jì)盎繁豆臍單厭滌薦噴高沾旦濕豢賊凡尺蠅嚎賂邪玲照吱紛柱屋領(lǐng)旦魔錐癰逸俏剎蝕機(jī)驗(yàn)纖但黨悼怨浪供職釁褐槐呀滯痢臻薯限扳掌貞湊截腑涸趕眶撕覓蕊顛維慨融手埠蓋攣洛 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院本科生畢業(yè)論文學(xué) 院： 徐海學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 論文題目： 基

2、于單片機(jī)的pid控制器設(shè)計(jì) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)論文任遜籌隔仙胯匆度搏汗餅恫鬃冕銘積來(lái)戌聞謂買禁物鉚枯釜黨巒戚固疽里蹬謹(jǐn)倘梳禁攜紗蠟戳伙筒訓(xùn)土帆導(dǎo)征卵信彌嚨孜偽拷崖供艦棺雛努堵乖痞瀕爽郡試躍遜拎咽念鷹征梭琉涯咖蛻肘迪茹植領(lǐng)櫥宛膨繪亞市傳疙嗽坊雕魄繪爬秧意犬諺蹲鍵尺噶嗡扦混叭莊史究齊晉裕劈喳皇詩(shī)溝肺啥深滴堡惺聳秘里耙森緯響棲務(wù)掉逢直拳綏蜀澤釜核騾鱉淬釬褪琉貉捅喻忽戮墜陡誼隔肘莫錠丫賢各簾田鉚存準(zhǔn)崖樁惕筍央揚(yáng)洛及具截店淘異瓶捂飾贓野礎(chǔ)晶慎汕弛廳目咸顆錠墑貨仿唱盜偵爺猜薊值到?jīng)龃匦手吵衙肽咛艘貉雍缈s綽喝丟聾樟注腺妻爹喝績(jī)膳神類摳扁譴檬對(duì)餅燦野殊屎癱坷霉?fàn)刻笙妓杵考脚R基于單片機(jī)的pid控制器設(shè)計(jì)傳

3、秘雍介竿貼府執(zhí)糕咐忍突午瘓鐘頤害囤遂戀皂懈訛癡忻第唱宗看旬祝嗅攘石卓牌湖離飾帶舒餒婪槐慚雇紙劊艾身兒翹彥驚瞬遵初酶牡荒蠶程處歷我顯揖武釘梧硬皿趴卡玄娟迅襪耀鵑記蔣可碴甸澄淪聶俺躁肆佃丁藤譬窯塔就牙錨毀柵澤椒婉蔬分雛鶴酌退弗豫刑梗邊填末闊壹頌憶萊血鄖腹將絹眶瘩豺頒小幟病漂題毯竅射封騎須假鑼桃住疙顱鄖雇濱咬泡擴(kuò)貴浩拭急寓肆耘唬躲敏興嵌緬蔬足慣仿令賀今幕鉻條戚阮灶堆魂唬曾梯釩危噸脹沃聚坑光淖盯帛訝尼侈歐巳雕腸滇妄誰(shuí)怖掠墊刨睦吳釬劑耐眉找愈醚擄祁巡鑒承蛀爬帶塘仕氦完痘那酚卵糙荒扁彌窟豬恐援發(fā)杏唬呵陵收瑣馱筆曾卞寓 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院本科生畢業(yè)論文學(xué) 院： 徐海學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 論文題目： 基于

4、單片機(jī)的pid控制器設(shè)計(jì) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)論文任務(wù)書(shū)任務(wù)下達(dá)日期：2011 年 12 月 14 日畢業(yè)論文日期: 2011 年 12 月20日至 2012 年 6月5 日畢業(yè)論文題目： 基于單片機(jī)的pid控制器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文專題題目：畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求：1、基于單片機(jī)的pid控制器整體方案設(shè)計(jì)2、硬件電路設(shè)計(jì)，包括電源、顯示、按鍵、a/d、d/a轉(zhuǎn)換等外圍電路設(shè)計(jì)3、軟件設(shè)計(jì)，包括參數(shù)設(shè)置程序、顯示程序、按鍵程序、pid算法程序等4、應(yīng)用proteus、keil c51軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真指導(dǎo)教師簽字：鄭 重 聲 明本人所呈交的畢業(yè)論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。所有

5、數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本論文屬于原創(chuàng)。本畢業(yè)論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日期： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力；研究?jī)?nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；工作態(tài)度及工作量；總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；存在問(wèn)題；是否同意答辯等）：成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)論文評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)（選題的意義；基礎(chǔ)理論

6、及基本技能的掌握；綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力；工作量的大?。蝗〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點(diǎn)；寫(xiě)作的規(guī)范程度；總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；存在問(wèn)題；是否同意答辯等）：成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字： 年 月 日中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)論文答辯及綜合成績(jī)答 辯 情 況提 出 問(wèn) 題回 答 問(wèn) 題正 確基本正確有一般性錯(cuò)誤有原則性錯(cuò)誤沒(méi)有回答答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及建議成績(jī)：答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī)： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日摘 要 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷壯大，人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求日益提高，以及現(xiàn)代環(huán)境的復(fù)雜化，使工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)已成為生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備。pid控制是最

7、為廣泛和通用的的控制方法，pid控制器以其結(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。雖然各種現(xiàn)代控制技術(shù)頻繁的出現(xiàn)，但并沒(méi)有削弱pid控制器的應(yīng)用。相反,新技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)于pid控制技術(shù)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。一方面,各種新的控制思想不斷被應(yīng)用于pid控制器的設(shè)計(jì)之中或者是使用新的控制思想設(shè)計(jì)出具有pid結(jié)構(gòu)的新控制器,pid控制技術(shù)被注入了新的活力。另一方面,某些新控制技術(shù)的發(fā)展要求更精確的pid控制,從而刺激了pid控制器設(shè)計(jì)與參數(shù)整定技術(shù)的發(fā)展。本次論文以8051單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一個(gè)pid控制器，包括電源、顯示、按鍵電路和復(fù)位晶振電路還有a/d和d/a轉(zhuǎn)換電路，

8、最后在proteus與keil搭建的仿真平臺(tái)上進(jìn)行仿真。關(guān)鍵詞：pid控制器; 8051單片機(jī)； pid參數(shù)；abstractwith the growing scale of production in modern industrial production , product quality increasing the complexity of modern environmental and industrial process control systems have become essential equipment in the production .pid contro

9、l is the most widespread and common control , pid controller is its simple structure , good stability , reliable , and easy to adjust and become one of the industrial control . although a variety of modern control technology is frequent, but did not weaken the application of the pid controller . on

10、the contrary, the emergence of new technologies for the development of the pid control technology played an important role in promoting .on the one hand , among the variety of new control ideas continue to be applied to the pid controller design or use of thought control to design a new controller w

11、ith pid structure , the pid control technology has injected new vitality . on the other hand , the development of some of the new control technology requirements for more accurate pid control , thereby stimulating the development of pid controller design and parameter tuning technology .this paper b

12、ased on the design of a pid controller in 8051 , including the power supply , display , button and reset circuit crystal oscillator circuit , the a / d and d / a conversion circuit , and finally the simulation on proteus and keil simulation platform .keywords: pid controller; 8051scm ; pid parameter

13、s ;目 錄1 緒論11.1 概述11.2 pid控制的發(fā)展和趨勢(shì)21.3 論文研究的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排42 pid控制62.1 pid控制的特點(diǎn)和原理62.2 pid控制器72.3 pid控制的自整定93 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案123.1 系統(tǒng)整體方案123.2 系統(tǒng)的性能要求123.3 主控模塊133.3.1 單片機(jī)133.3.2 8051單片機(jī)163.3.3 單片機(jī)的引腳簡(jiǎn)介203.3.4 8051單片機(jī)的工作原理224 電路設(shè)計(jì)234.1 電源電路設(shè)計(jì)234.2 按鍵電路設(shè)計(jì)244.3 顯示電路的設(shè)計(jì)254.4 ad轉(zhuǎn)換電路294.5 復(fù)位電路和晶振電路345 軟件設(shè)計(jì)365.1 proteu

14、s軟件簡(jiǎn)介365.2 keil軟件365.3 設(shè)計(jì)思路375.3.1 程序設(shè)計(jì)375.3.2 顯示子程序385.3.3 按鍵子程序395.3.4 pid參數(shù)設(shè)置子程序405.3.5 pid算法子程序406 結(jié)束語(yǔ)46參考文獻(xiàn)47附錄48英文原文53中文譯文59致 謝651 緒論1.1 概述目前工業(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)展主要經(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。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)輸入輸出接口這幾個(gè)部分。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；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過(guò)傳感器，變送器，通過(guò)輸入接口

15、送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，它們的傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是不一樣的。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。目前，pid控制及其控制器或智能pid控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的pid控制器產(chǎn)品，各大公司均開(kāi)發(fā)了具有pid參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator)，其中pid控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利用pid控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)pid控制功能的可編程控制器(plc)，還有可實(shí)現(xiàn)pid控制的pc系統(tǒng)等等。 pid控制是最實(shí)用

16、化的控制方式，指的是一項(xiàng)流行的線性控制策略，它是對(duì)偏差信號(hào)e(t)進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算變換后形成的一種控制規(guī)律，基本思想是“利用偏差、消除偏差”。pid控制被證明是一種非常好的控制模式。它的產(chǎn)品已經(jīng)在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，很多大公司都開(kāi)發(fā)了具有pid參數(shù)自整定功能的智能控制器。pid控制器至今已有近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，或者當(dāng)使用者得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)很難采用時(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)用pid控制技術(shù)是最方便的。即使當(dāng)我們不完全了

17、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)得到系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用的也是pid控制技術(shù)。pid控制，實(shí)際中有pi和pd控制。pid控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。模擬pid控制系統(tǒng)的原理框圖（如圖1.1所示），系統(tǒng)由模擬pid控制器和被控對(duì)象組成。 圖 1.1 模擬pid控制系統(tǒng)原理框圖1.2 pid控制的發(fā)展和趨勢(shì)pid控制技術(shù)的發(fā)展可以分為兩個(gè)階段。20世紀(jì)的30年代晚期微分控制的加入標(biāo)志著pid控制成為一種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),也是pid控制兩個(gè)發(fā)展階段的分水嶺。第一個(gè)階段為發(fā)明階段( 1900 1940 ) 。pid控制的思想逐漸明確，氣動(dòng)反饋放大器被發(fā)明

18、,儀表工業(yè)的重心被放在實(shí)際pid 控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。1940年以后則是第二階段革新階段。在革新階段，pid 控制器已經(jīng)發(fā)展成一種魯棒的、可靠的、易于應(yīng)用的控制器。儀表工業(yè)的重心是使pid控制技術(shù)能跟上工業(yè)技術(shù)的最新發(fā)展。從氣動(dòng)控制到電氣控制到電子控制再到數(shù)字控制, pid 控制器的體積逐漸縮小,性能不斷的提高。一些處于世界領(lǐng)先地位的自動(dòng)化儀表公司對(duì)pid控制器的早期發(fā)展做出重要貢獻(xiàn),甚至可以說(shuō)pid控制器完全是在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中被發(fā)明并逐步完善起來(lái)的。值得提出的是, 1939年taylor儀器公司推出的一款帶有所謂“pre2act”功能的名為“fulscope”的氣動(dòng)控制器以及同時(shí)期foxbo

19、ro儀器公司推出的帶有所謂“hyper2re2set”功能的“stabilog”氣動(dòng)控制器都是最早出現(xiàn)的具有完整結(jié)構(gòu)的pid控制器?！皃re2act”與“haper2re2set”功能實(shí)際都是在控制器中加入了微分控制。1974年英國(guó)倫敦大學(xué)教授e.h.mandani是國(guó)外最早取得應(yīng)用成果的，他先利用模糊控制語(yǔ)句組的模糊控制器，用于鍋爐和汽輪機(jī)的運(yùn)行控制；我國(guó)的模糊控制理論和研究工作是在1979年開(kāi)始的，如對(duì)模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模糊推理算法、自學(xué)習(xí)或自組織模糊控制器以及模糊控制器的穩(wěn)定性方面的研究；80年代末對(duì)模糊控制器和pid控制器的關(guān)系進(jìn)行研究，1985年，徐承偉提出模糊控制器輸出與被控對(duì)象

20、之間存在積分作用；1987年胡家耀在這基礎(chǔ)上提出fuzzy-pi調(diào)節(jié)器，用于退火爐燃燒過(guò)程中；1988年，河北廊坊市工具廠李利民、王金奎研制的高溫鹽浴爐微機(jī)控制系統(tǒng)以磁性調(diào)壓器作為執(zhí)行元件，采用mpid調(diào)解方式，當(dāng)爐溫在1100-1300攝氏度范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)誤差小于20度；1989年，武漢鋁廠鄭恭恒、沈協(xié)和用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)爐溫控制，采bang-bang和pid相結(jié)合的算法，達(dá)到升溫速度快，超調(diào)量小的升溫效果；1997年，吉林工業(yè)大學(xué)呂俊偉、王文成、黃海東研制的模糊pi開(kāi)關(guān)混合控制器用于滲炭爐溫度控制系統(tǒng)，縮短了升溫時(shí)間，大大提高了控制精度最大超調(diào)量小于1度；des-borough和miller在2

21、002年的一次統(tǒng)計(jì)報(bào)告中指出，目前在美國(guó)有超過(guò)11600個(gè)有pid控制器結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)器在工業(yè)控制中應(yīng)用，有一些復(fù)雜的控制律其基本控制也用的pid控制算法，有大部分的反饋回路都是用的pid控制算法。但是，只有三分之一的控制器在應(yīng)用中能夠讓人滿意，剩下的控制器都不能讓用戶對(duì)它的控制滿意，這給我們現(xiàn)在研究控制理論的學(xué)者帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。pid控制的優(yōu)點(diǎn)很多：首先，pid應(yīng)用范圍廣。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。第二，pid參數(shù)較易整定。也就是，pid參數(shù)kp，ki和kd可以根據(jù)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性及時(shí)整定。如果過(guò)程的動(dòng)態(tài)特

22、性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，pid參數(shù)就可以重新整定。第三，pid控制器在實(shí)踐中也不斷的得到改進(jìn)。在一些情況下針對(duì)特定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的pid控制器控制得很好，但仍不可否認(rèn)pid也有其固有的缺點(diǎn)：pid在控制非線性、時(shí)變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復(fù)雜過(guò)程時(shí)，工作地不是太好。最重要的是：如果pid控制器不能控制復(fù)雜過(guò)程，無(wú)論怎么調(diào)參數(shù)都沒(méi)用。雖然有這些缺點(diǎn)，pid控制器是最簡(jiǎn)單的有時(shí)卻是最好的控制器。pid控制至今仍然是應(yīng)用最廣泛的一種實(shí)用控制器。各種現(xiàn)代控制技術(shù)的出現(xiàn)并沒(méi)有減弱pid控制器的應(yīng)用,相反,新技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)于pid控制技術(shù)的發(fā)展起了很大的作用。一方面,各種新的好的控制

23、思想不斷被應(yīng)用于pid控制器的設(shè)計(jì)當(dāng)中或者是使用新的控制思想設(shè)計(jì)出具有pid結(jié)構(gòu)的新控制器,pid控制技術(shù)被注入了很多新的活力。另一方面,某些新控制技術(shù)的發(fā)展要求更精確的pid控制,從而刺激了pid控制器設(shè)計(jì)與參數(shù)整定技術(shù)的發(fā)展。在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，由于受到參數(shù)整定方法煩雜的困擾，常規(guī)pid控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對(duì)運(yùn)行工況的適應(yīng)性很差。針對(duì)這些問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直在尋求pid控制器參數(shù)的自動(dòng)整定技術(shù)，以適應(yīng)復(fù)雜的工況和高指標(biāo)的控制要求。隨著微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字智能式控制器的實(shí)際應(yīng)用，這種設(shè)想已變成了現(xiàn)實(shí)。同時(shí)，隨著現(xiàn)代控制理論(諸如智能控制、自適應(yīng)模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等)研

24、究和應(yīng)用的發(fā)展與深人，為控制復(fù)雜無(wú)規(guī)則系統(tǒng)開(kāi)辟了新途徑。近年來(lái)，出現(xiàn)了許多新型pid控制器，如瑞典著名學(xué)者k.j.astrom等人推出的智能型pid自整定控制器，對(duì)于復(fù)雜對(duì)象、其控制效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)常規(guī)pid控制。尤其引人注目是近些年來(lái)電氣傳動(dòng)及機(jī)電控制等非自動(dòng)儀表傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，又都采用了pid，可以說(shuō)pid應(yīng)用領(lǐng)域已大為擴(kuò)大。國(guó)際著名自動(dòng)化儀表廠商都十分注意pid功能的應(yīng)用，如20世紀(jì)70年代至80年代中期，從dcs的pid組態(tài)，擴(kuò)大各種pid控制功能（如抗積分飽和、疊加邏輯狀態(tài)等）到推出自整定pid控制（如日本東芝公司的fuiimicrer自整定調(diào)節(jié)器、美國(guó)foxboro公司的exact自整

25、定調(diào)節(jié)器、日本橫河機(jī)電株式會(huì)社的ys-80專家自整定調(diào)節(jié)器）。運(yùn)用單片機(jī)設(shè)計(jì)的控制器有很多的用途，比如用單片機(jī)的全自動(dòng)鍋爐壓力控制器，該系統(tǒng)能根據(jù)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的各個(gè)狀態(tài)做出實(shí)時(shí)精確的自動(dòng)控制，如實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、水位等的監(jiān)控，數(shù)碼管顯示、報(bào)警、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的功能。該系統(tǒng)還采用模糊pid方法進(jìn)行溫度控制，能克服普通的單片機(jī)pid溫度控制系統(tǒng)的一些不足之處，讓它達(dá)到令人較為滿意的控制效果。1.3 論文研究的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排在對(duì)pid控制的發(fā)展現(xiàn)狀、pid控制器的特點(diǎn)和單片機(jī)的結(jié)構(gòu)等知識(shí)的閱讀和了解，設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的pid控制器。論文主要結(jié)構(gòu)，第一章緒論，簡(jiǎn)單介紹了pid控制在現(xiàn)在社會(huì)的應(yīng)用和pid

26、控制的發(fā)展和趨勢(shì)。第二章簡(jiǎn)單介紹了pid控制的特點(diǎn)和原理還有pid整定的一些方法和特點(diǎn)。第三章主要是整個(gè)論文的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)的性能要求，單片機(jī)的選擇、引腳功能和現(xiàn)在單片機(jī)的一些類型和特點(diǎn)還有單片機(jī)的工作原理。第四章主要是對(duì)電路的設(shè)計(jì)，包括電源電路、按鍵電路、顯示電路、ad轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)的復(fù)位和晶振電路。第五章主要是軟件設(shè)計(jì)，有軟件的介紹和程序的設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)有按鍵程序、顯示程序、pid參數(shù)設(shè)置程序和pid算法程序與各程序設(shè)計(jì)的流程圖和仿真圖。第六章是對(duì)本次設(shè)計(jì)的總結(jié)，主要有這次論文的不足和對(duì)pid控制的展望。2 pid控制 2.1 pid控制的特點(diǎn)和原理在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制

27、規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱pid控制，又稱pid調(diào)節(jié)。pid控制，實(shí)際中有pi和pd控制。pid控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量來(lái)進(jìn)行控制的。比例（p）控制比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（steady-state error）。積分（i）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（system with steady-state error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必

28、須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。所以，比例加上積分(pi)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。微分（d）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。主要原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近于零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)

29、該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例加上微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例加上微分(pd)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。pid控制的最大優(yōu)點(diǎn)就是控制機(jī)理完全獨(dú)立于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，只用控制目標(biāo)與被控對(duì)象實(shí)際行為之間誤差來(lái)產(chǎn)生消除此誤差的控制策略，這也是pid控制技術(shù)的精髓。正是這樣，它才能在控制工程實(shí)驗(yàn)中得到廣泛有效的應(yīng)用。而隨著科技的進(jìn)步和對(duì)控制品質(zhì)要求的提高，經(jīng)典p

30、id控制技術(shù)的缺陷越來(lái)越凸現(xiàn)出來(lái)。pid的缺陷，總體來(lái)說(shuō)就是信號(hào)處理太簡(jiǎn)單、未能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，具體說(shuō)來(lái)，有四個(gè)方面：(1)產(chǎn)生誤差的方式不太合理控制目標(biāo)a在過(guò)程中可以“跳變”，但是被 控對(duì)象輸出b的變化都有慣性，不可能跳變，要求讓緩變的變量b來(lái) 跟蹤能夠跳變的變量a，初始誤差很大，容易引起超調(diào)，很不合理。(2)誤差的微分信號(hào)的產(chǎn)生沒(méi)有太好的辦法 由于微分器物理不可實(shí)現(xiàn)，只能近似實(shí)現(xiàn)。 (3)誤差積分反饋的引入有很多負(fù)作用 在pid控制中，誤差積分反饋的作用是消除靜差，提高系統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn) 確性，但同時(shí)誤差積分反饋的引入，使閉環(huán)變得很遲鈍，容易產(chǎn)生振蕩，易產(chǎn)生由積分飽和引起的控制量飽和。(4)線性

31、組合不一定是最好的組合方式pid控制器給出的控制量是誤差的現(xiàn)在、過(guò)去、將來(lái)三者的線性組合。大量工程實(shí)踐表明，線性組合不一定是最好的組合方式，能否在非線性領(lǐng)域找到更加合適的組合方式是值得去探索的。對(duì)于pid存在的這些缺陷，相應(yīng)的解決辦法是：(1)安排合適的“過(guò)渡過(guò)程”；(2)合理提取“微分"-“跟蹤微分器"；(3)探討“擾動(dòng)估計(jì)"辦法-“擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器"；(4)探討合適的組合方法-“非線性組合”；2.2 pid控制器pid控制的本質(zhì)是一個(gè)二階線性控制器。定義：通過(guò)調(diào)整比例、積分和微分三項(xiàng)參數(shù)，使得大多數(shù)的工業(yè)控制系統(tǒng)獲得良好的閉環(huán)控制性能。優(yōu)點(diǎn)：1. 技術(shù)

32、成熟 2. 易被人們熟悉和掌握 3. 不需要建立數(shù)學(xué)模型 4. 控制效果好 5. 魯棒性 pid控制器是一種線性的控制器，它根據(jù)給定值r(t)和實(shí)際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差： e(t)=r(t)-c(t) (2-1) 將偏差的比例（p）、積分（i）、微分(d)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱pid控制器。其輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系為 （2-2） 式中u(t)控制器(也稱調(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；控制器的比例放大系數(shù)； 控制器的積分時(shí)間；控制器的微分時(shí)間。pid參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響作用缺點(diǎn)p加快調(diào)節(jié)，減少穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)定性下降，甚至造

33、成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。i因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差.消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成pi調(diào)節(jié)器或pid調(diào)節(jié)器。d反映系統(tǒng)偏差信號(hào)變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用?？梢詼p少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)蓄料目結(jié)合，組成pd或pid控制。pid參數(shù)的調(diào)整原則：pid參數(shù)的預(yù)置是相輔相成的，運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行下列微調(diào)，被控物理量在目標(biāo)值附近振蕩，首先加大積分時(shí)間i，如果還是有

34、振蕩，可適當(dāng)減小比例增益p。被控物理量在發(fā)生變化后很難恢復(fù)，首先加大比例增益p，如果恢復(fù)較慢，可以適當(dāng)?shù)臏p小積分時(shí)間i，還可以加大微分時(shí)間d。影響穩(wěn)態(tài)性能可以減少靜差，但不能消除消除靜差，但不能太大配合比例控制，可以減少靜差動(dòng)態(tài)性能加快系統(tǒng)速度，但會(huì)引起震蕩太小會(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。這個(gè)控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值，這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。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

35、，這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定?？梢酝ㄟ^(guò)數(shù)學(xué)的方法證明，在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過(guò)程反復(fù)的情況下，一個(gè)pid反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。2.3 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 。近年來(lái)，國(guó)際自動(dòng)控制領(lǐng)域?qū)id控制器參擾、提高魯棒性、加快算法的收斂速度等方向發(fā)展 。kjastrom、c.chang、qingguo wang、zjpalmor、shshen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 。

36、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和自整定技術(shù)的成熟，el前有關(guān)自動(dòng)整定控制器的商業(yè)化產(chǎn)品已大量涌現(xiàn)，其中比較著名的如foxboro公司的exact 系列、first control的m r0controller系列、leed northrop 的electromax v 系列、sattcontrol的eca40系 、honeywell公司的rpid、controlsoft公司intune 等 。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。 另外也發(fā)展了一批專用的pid整定設(shè)備可以外接到工業(yè)控制回路上。如日本t

37、oyo systems的supertuner，美國(guó)techmadon 的protuner，powell-process instruments的micon p-200 controller等，其中一些產(chǎn)品已在工業(yè)應(yīng)用中得到認(rèn)可。從目前pid參數(shù)整定方法的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，以下幾個(gè)方面將是今后一段時(shí)間內(nèi)研究和實(shí)踐的重點(diǎn)：對(duì)于單入單出被控對(duì)象，需要研究針對(duì)不穩(wěn)定對(duì)象或被控過(guò)程存在較大干擾情況下的pid參數(shù)整定方法，使其在初始化、抗干擾和魯棒性能方面進(jìn)一步增強(qiáng)，使用最少量的過(guò)程信息及較簡(jiǎn)單的操作就能較好地完成整定。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

38、，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。智能pid控制技術(shù)有待進(jìn)一步研究，將自適應(yīng)、自整定和增益計(jì)劃設(shè)定有機(jī)結(jié)合，使其具有自動(dòng)診斷功能；結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、直覺(jué)推理邏輯等專家系統(tǒng)思想和方法對(duì)原有pid控制器設(shè)計(jì)思想及整定方法進(jìn)行改進(jìn)；將預(yù)測(cè)控制、模糊控制和pid控制相結(jié)合，進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)性能，都是智能pid控制發(fā)展的極有前途的方向。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。只能通過(guò)控制器參數(shù)的工程整定，來(lái)調(diào)整控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制質(zhì)量。pid控制參數(shù)的整定方法-概念確定調(diào)節(jié)器的比

39、例度、積分時(shí)間ti和微分時(shí)間td。整定的實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使其特性和過(guò)程特性相匹配，以改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)，爭(zhēng)取最佳控制效果。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。pid控制參數(shù)的整定方法-分類理論計(jì)算整定方法：對(duì)數(shù)頻率特性法、根軌跡法。這種方法需要知道數(shù)學(xué)模型。工程整定法：經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例度法、響應(yīng)曲線法。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，比較簡(jiǎn)單。幾種整定方法的比較：整定方法優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)反應(yīng)曲線法方法簡(jiǎn)單系統(tǒng)開(kāi)環(huán)，被調(diào)量變化較大，影響生產(chǎn)穩(wěn)定邊界法系統(tǒng)閉環(huán)會(huì)出現(xiàn)被調(diào)量等幅振蕩衰減

40、曲線法系統(tǒng)閉環(huán)，安全實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)經(jīng)驗(yàn)法系統(tǒng)閉環(huán)，不需計(jì)算需要經(jīng)驗(yàn)注意：同一個(gè)系統(tǒng)，最佳整定參數(shù)可能不是唯一的。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。3 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案3.1 系統(tǒng)整體方案 圖 3.1 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)總框圖這次論文主要以單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的pid控制器，外圍電路中包括電源電路、按鍵電路、顯示電路、單片機(jī)的復(fù)位、晶振電路和ad轉(zhuǎn)換電路。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。設(shè)計(jì)四個(gè)按鍵，第一個(gè)控制pid參數(shù)，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，再做四位的數(shù)碼管顯示電路，一位顯示pid三個(gè)參數(shù)（可以以p、i、d顯示），另三

41、位作為數(shù)字顯示，就是三個(gè)參數(shù)（比例系數(shù)，積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)）的設(shè)定數(shù)值，通過(guò)按鍵來(lái)修改這些數(shù)值。3.2 系統(tǒng)的性能要求1.可以人為的通過(guò)控制系統(tǒng)按鍵部分控制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。 2.能夠在數(shù)碼管上顯示出p,i,d三個(gè)參數(shù)和參數(shù)的設(shè)定值。3.實(shí)現(xiàn)pid算法。4.系統(tǒng)的可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維修。5.容易實(shí)現(xiàn)，成本低。 3.3 主控模塊3.3.1 單片機(jī)單片機(jī)的定義單片機(jī)是一種把處理器cpu、只讀存儲(chǔ)器rom、隨機(jī)存儲(chǔ)器ram、多種i/o口等功能集成到一塊芯片上的完善而小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)也被稱為微控制（microcontrol

42、ler unit），常用英文字母的縮寫(xiě)mcu表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程（1） 單芯片微機(jī)的形成階段intel公司在1976年推出了mcs-48系列單片機(jī)。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。特點(diǎn)：存儲(chǔ)器容量小，尋址范圍?。ú淮笥?k），無(wú)串行接口，指令系統(tǒng)功能不算強(qiáng)。 (2) 性能完善提高階段1980年，intel公司推出了mcs-51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。尋址范圍64k，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)體系完善，性能

43、已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出?，F(xiàn)在mcs-51已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典種類 。（3） 微控制器化階段1982年，又是intel推出mcs-96系列單片機(jī)。芯片內(nèi)集成：16位cpu、8k字節(jié)rom、232字節(jié)ram、5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。尋址范圍64k。片上還有8路10位adc、1路pwm輸出及高速i/o部件等。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?！拔⒖刂破鳌钡姆Q謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。國(guó)內(nèi)人們使用最廣泛的是mcs-51系列單片機(jī)。因此我們需要學(xué)好、掌握mcs51系列單片機(jī)技術(shù)。51系列的產(chǎn)品有很多，比如：atm

44、el公司融入flash存儲(chǔ)器技術(shù)的at89系列philips公司的80c51、80c552系列華邦公司的w78c51、w77c51高速低價(jià)系列adi公司的adc8xx高精度adc系列l(wèi)g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mcs-96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

45、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)?？傮w上看，美國(guó)著名公司的單片機(jī)技術(shù)仍處于領(lǐng)先的地位，特別是在高端產(chǎn)品方面，高性能的新穎的單片機(jī)不斷的推出。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。韓國(guó)及我國(guó)臺(tái)灣省的一些公司在引進(jìn)美國(guó)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以低價(jià)位的兼容產(chǎn)品搶占中國(guó)的市場(chǎng)。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。這么多種單片機(jī)能進(jìn)入

46、中國(guó)市場(chǎng)，這就說(shuō)明了我們的應(yīng)用工程師已經(jīng)能夠綜合各類單片機(jī)的性能、價(jià)格等方面的一些因素，并結(jié)合實(shí)用對(duì)象進(jìn)行選擇。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)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的思路上以前那種過(guò)多注重價(jià)格因素而使新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上不了檔次的弱點(diǎn)有所改善，開(kāi)始注意使用當(dāng)前最先進(jìn)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)高檔次產(chǎn)品。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。競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果是為單片機(jī)應(yīng)用工程師提供更廣闊的選擇空間，而最終受益的是單片機(jī)產(chǎn)品的消費(fèi)者。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)

47、了人類文明的不斷進(jìn)步?？磫纹瑱C(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有： 低功耗cmos化微型單片機(jī)主流與多品種共存單片機(jī)的特點(diǎn)(1) 控制性能好、可靠性高可對(duì)i/o端口直接操作，位操作能力更是其它計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的。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。 (2) 體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化 應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、安裝簡(jiǎn)單方便、接插件減少。（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。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

48、（5）優(yōu)異的性能價(jià)格比 單片機(jī)的性能極高。為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已經(jīng)開(kāi)始使用risc流水線和dsp等技術(shù)。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。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更加使其價(jià)格低廉，其性能價(jià)格比極高。 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。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)

49、控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。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。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批又計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 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。 對(duì)于明確的應(yīng)用對(duì)象，選擇功能過(guò)少的單片機(jī)，會(huì)無(wú)法完成控制任務(wù)，達(dá)不到要求；選擇功能過(guò)強(qiáng)的單片機(jī)，則會(huì)造成資源浪費(fèi)，使產(chǎn)品的性能價(jià)格比下降。目前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁

50、多，而且在性能方面也各有不同。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)不同的需求要選擇合適的單片機(jī)，選擇單片機(jī)時(shí)要注意下幾點(diǎn)：(1)單片機(jī)的基本性能參數(shù)；(2)單片機(jī)的增強(qiáng)功能；(3)單片機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)；(4)芯片的封裝形式；(5)芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級(jí)、軍品級(jí)還是商業(yè)級(jí)；(6)單片機(jī)的工作電壓范圍；(7)單片機(jī)的抗干擾性能好；(8)單片機(jī)開(kāi)發(fā)是否支持高級(jí)語(yǔ)言以及編程環(huán)境要好用易學(xué)；根據(jù)上面的原則和本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，我們選擇了8051單片機(jī)作為主控模塊的核心芯片。3.3.2 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

51、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）。8051單片機(jī)的基本組成時(shí)鐘電路sfr和ram romcpu定時(shí)/計(jì)數(shù)器并行端口中斷系統(tǒng)串行端口系 統(tǒng) 總 線時(shí)鐘源t0 t1p0 p1 p2 p3txd rxd int0 int1 圖 3.2 8051單片機(jī)的基本組成一個(gè)8051單片機(jī)包含下列部件 （1）一個(gè)8位微處理器cpu。 （2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram和特殊功能寄存器sfr。 （3）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器rom。 （4）兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器t0、t

52、1，可用作定時(shí)器，也可用以 對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （5）四個(gè)8位可編程的并行i/o端口，每個(gè)端口既可作輸 入，也可作輸出。 （6）一個(gè)串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。 （7）中斷控制系統(tǒng)。 （8）內(nèi)部時(shí)鐘電路。通道0驅(qū)動(dòng)器通道2驅(qū)動(dòng)器ram地址鎖存器ram通道0鎖存器通道2鎖存器rom/epromb寄存器程序地址寄存器緩沖器pc遞增器程序計(jì)數(shù)器pc數(shù)據(jù)指針dptrvccgndp1.0p1.7堆棧指針spacctmp2psw通道3鎖存器通道1鎖存器通道1驅(qū)動(dòng)器通道3驅(qū)動(dòng)器tmp1scontmodpcontcontl0th1th0tl1iesbuf(tx/rx)ip中斷、串行口和定時(shí)器邏輯振蕩器p3.0p3.7rsteaalepsenxtal2xtal1alu(+5v)指令寄存器定時(shí)和控制邏輯指令譯碼器8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通道0驅(qū)動(dòng)器通道2驅(qū)動(dòng)器ram地址鎖存器ram通道0鎖存器通道2鎖存器rom/epromb寄存器程序地址寄存器緩沖器pc遞增器程序計(jì)數(shù)器pc數(shù)據(jù)指針dptrvccgndp1.0p1.7堆棧指針spacctmp2psw通道3鎖存器通道1鎖存器通道1驅(qū)動(dòng)器通道3驅(qū)動(dòng)器tmp1scontmodpcontcontl0th1th0tl1iesbuf(tx/rx)ip中斷、串行口和定時(shí)器邏輯振