智能儀表課程設計

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文檔簡介

1、　　智能儀表綜合訓練設計說明書　　題目：數字PID控制器設計（LCD顯示）　　學生姓名：　　學號：　　專業(yè)：測控技術與儀器<

2、p>　　班級：　　指導教師：　　摘要　　目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發(fā)展也經歷了古典控制理論、現代控制理論和能控制理論三個段。在工業(yè)

3、過程控制中，由于控制對象的精確數學模型難以建立，系統的參數又經常發(fā)生變化，運用現代控制理論分析綜合要耗費很大代價進行模型辨識，建立系統的數學模型十分困難，應用直接數字控制方法比較困難，所以人們在過程控制系統中大部分采用PID（Proportion Integration Differentiation.比例-積分-微分控制器）數字調節(jié)器。　　此次智能儀表課程設計要求是設計一種數字PID控制器，該

4、數字調節(jié)器采用 STC89C51單片機作為主控單元，采用ADC0832作為A/D轉換器，具有數字濾波等功能，通過PID算法實現調節(jié)功能，調節(jié)器設定值、參數可通過四個獨立按鍵設置，采用DS1602 LCD數字顯示，用PWM脈寬調制電路輸出電壓信號。　　關鍵詞：數字調節(jié)器；A/D轉換器；PID控制算法；四獨立按鍵；PWM脈寬調制電路。　　第

5、一章前言　　1.1數字PID控制器概述　　在過程控制中按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制的PID調節(jié)器（亦稱PID控制器）是應用頗為廣泛的一種調節(jié)器。它具有原理簡單，易于實現，健壯性強和適用面廣等優(yōu)點。在計算機應用于生產過程以前，過程控制中采用的氣動、液動和電動PID調節(jié)器幾乎一直占壟斷地位。計算機的出現和它在過程

6、控制中的應用使這種情況開始有所改變。20多年來相繼出現一批復雜的、只有計算機才能實現的控制算法。然而目前在工業(yè)過程控制中，由于工業(yè)對象的動態(tài)特性未被完全掌握，得不到精確的數學模型，難以滿足控制理論的分析要求，在決定系統參數時，往往要借助現場調試及經驗，在這種場合，PID調節(jié)器就更能顯示出它的威力，應用范圍越來越廣。即使在過程計算機控制中，PID控制仍然是應用最廣泛的控制算法。不過，用計算機實現PID控制，就不僅僅是簡單地把PID控制規(guī)律

7、數字化，而是進一步與計算機的邏輯判斷能力結合起來，使PID控制更加靈活多樣，更能滿足生產過程提出的各種各樣的要求。PID調節(jié)的實質就是根據輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數關系進行運算，運算結果用以控制輸出。這里需要說明的是數字式PID應用是有條件的。在系統的時間常　　在現代工業(yè)控制中, 過程控制技術是一歷史較為久遠的分支。目前，在某些工業(yè)及其他領域的過程控制系統中，簡單的單回路控制已不能滿

8、足控制的要求。因此又設計出了串級控制系統、比值控制系統、均勻控制系統、前饋控制系統、選擇性控制系統、分程及閥位控制系統和一些新型控制系統等來對一些參數（如壓力、流量、溫度、成分、物位等）進行檢測控制。在各種控制系統中控制器是必不可少的部分，數字PID控制器更是發(fā)揮著它靈活多樣的特性。在實際應用中，根據被控對象的特性和控制要求，可以靈活地改變PID的結構，取其中的一部分環(huán)節(jié)構成控制規(guī)律，比如比例（P）調節(jié)、比例積分（PI）調節(jié)、比例積分微

9、分（PID）調節(jié)等。特別是在計算機控制系統中，更可以靈活應用，以充分發(fā)揮計算機作用。　　1.2 PID調節(jié)器簡介　　1.2.1比例調節(jié)(P)　　比例調節(jié)器的微分方程為：　　(1-1)　　式中:

10、y為調節(jié)器的輸出，e(t)為調節(jié)器的輸入，一般為偏差值，即e(t)＝U(R)-Ui(k)，kp為比列系數。　　由上式可以看出，調節(jié)器的輸出y與輸入偏差e(t)成正比。因此，只要偏差e(t)一出現，就能及時地產生與之成比例的調節(jié)作用，具有調節(jié)及時的特點，它是最基本的一種調節(jié)規(guī)律。　　比例調節(jié)的特性曲線，如圖1.1所示。<p&g

11、t;　　比例調節(jié)作用的大小，除了與偏差e(t)有關外，主要取決于比例系數Kp，比例系數愈大，調節(jié)作用愈強，動態(tài)特性也愈好。反之，比例系統愈小，調節(jié)作用愈弱。但對于大多數慣性環(huán)節(jié)Kp太大時會引起白激振蕩。 [1]　　圖1.1階躍響應特性曲線 　　1.2.2 比例-積分調節(jié)器（PI）

12、　積分作用是指調節(jié)器的輸出與輸入偏差的積分成比例的作用，其積分方程為：　　(1-2)　　Ti為積分時間常數，它表示積分速度的大小，Ti越大，積分速度越慢，積分作用越弱。反之Ti越小，積分速度越快，積分作用越強，積分作用的響應特性曲線，如圖1.2所示。積分作用的特點是調節(jié)器的輸出與偏差存在時間有關，只要有偏差存在，輸出

13、就會隨時間不斷增長，直到偏差消除，調節(jié)器的輸出才不再變化。因此，積分作用能消除靜差，這是它的主要優(yōu)點。但從圖1.2中可以看出，積分作用的動作緩慢，而且在偏差剛一出現時，調節(jié)器作用很弱，不能及時克服擾動的影響，致使被調參數的動態(tài)偏差增大，調節(jié)過程增長，因此，它很少被單獨使用。　　圖1.2 積分作用相應曲線圖 　　PI調節(jié)器綜合了P、I

14、兩種調節(jié)的優(yōu)點，利用P調節(jié)快速抵消干擾的影響，同時利用I調節(jié)消除靜差。　　1.2.3 比例-微分調節(jié)器（PD）　　自動控制系統在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現振蕩甚至失穩(wěn)。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增

15、加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制器能改善系統在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。 　　微分方程為：　?。?-3）<

16、;/p>　　式中，TD為微分時間常數。　　微分作用響應曲線，如圖1.3所示。　　圖1.3微分作用相應特性曲線圖1.4 PD調節(jié)器的階躍響應特性曲線　　從圖1.3中可以看出，在t＝to時加入階躍信號，此時輸出值y變化的速度很大(理論上為無窮大)，當t＞

17、to時，其輸出值y迅速變?yōu)?。這里需要說明，微分作用的特點是，輸出只能反應偏差輸入變化的速度，而對于一個固定不變的偏差，不管其數值多大，根本不會有微分作用輸出。因此，微分作用不能消除靜差，而只能在偏差剛剛出現的時刻產生一個很大的調節(jié)作用。　　微分調節(jié)只能起輔助的調節(jié)作用，需要與比例作用配合使用，構成PD調節(jié)器。實際PD調節(jié)器的階躍響應曲線，如圖1.4所示，從圖1.4曲線可以看出，當偏差剛出現的瞬

18、間，PD調節(jié)器輸出一個很大的階躍信號，然后按指數下降，以至最后微分作用完全消失，變成一個純比例調節(jié)。微分作用的強弱可以用改變微分時間常數Td來進行調節(jié)。　　1.2.4比例-積分-微分調節(jié)器（PID）　　為了進一步改善調節(jié)品質，往往把比例、積分、微分三種作用組合起來，形成PID三作用調節(jié)器。理想的P1D微分方程為：

19、　?。?-4）　　對于一個PID三作用調節(jié)器，在階躍信號作用下，首先是比例和微分作用，使其調節(jié)作用加強，然后再進行積分，直到最后消除靜差為止。因此，采用PID調節(jié)器，無論從靜態(tài)，還是從動態(tài)的角度來說，調節(jié)品質均得到了改善，從而使得PID調節(jié)器成為一種應用最為廣泛的調節(jié)器。　　這里要說明的是，并非所有系統都需要使用PI

20、D調節(jié)器，在工業(yè)控制系統中， PI、PD調節(jié)器也常常被人們所采用，因為它們比較簡單。究競使用哪一種調節(jié)器合適，只有根據具體情況，并根據現場實驗進行選定。　　第二章數字PID控制器總體方案設計　　2.1數字PID調節(jié)器的構成　　數字PID 調節(jié)器就是將模擬信號( 包括電流、電壓) 通過AD 轉換變?yōu)閿底中盘? 微

21、處理器（本設計采用單片機）再將數字信號通過一定的算法進行一定的處理, 然后將處理過后的數字信號通過DA 轉換為模擬信號輸出。該數字調節(jié)器采用 STC89C51單片機作為主控單元，采用ADC0832作為A/D轉換器，具有數字濾波等功能，通過PID算法實現調節(jié)功能，調節(jié)器的參數可通過四個獨立按鍵設置，采用DS1602 LCD數字顯示，用PWM脈寬調制電路輸出電壓信號以驅動執(zhí)行機構。傳統的調節(jié)器多為模擬調節(jié)器，這種調節(jié)器多用電動或氣動單元組合

22、儀表來完成隨著微機的不斷發(fā)展和應用，特別是單片機在控制領域廣泛應用，利用計算機軟件實現控制算法，具有更大的靈活性、可靠性和更好的控制效果。因此，以單片機為中心、采用數字算法的數字調節(jié)器正不斷代替模擬調節(jié)器。如圖2.1所示單片機系統首先通過轉換電路采集過程變量，然后計算偏差和輸出控制變量，最后將控制變量、經轉換后輸出到執(zhí)行機構控制輸入量，使過程變量穩(wěn)定在設定值，達到控制目的。　　圖2.1 所示的P

23、ID調節(jié)器以單片機STC89C51（實現PID算法）為核心，其他還包括：A/D 模塊、1602 LCD顯示模塊、按鍵模塊和PWM輸出模塊。　　圖2.1調節(jié)器結構框圖　　2.2 PID調節(jié)器的控制原理　　在工程實際中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制。PID控制器自問世以來以其結構

24、簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，最適合用PID控制技術。　　PID控制器實質就是根據輸入的偏差值，按比例、積分

25、、微分的函數關系進行運算，運算結果用以控制輸出，其輸出值再經過PWM輸出電壓信號送給執(zhí)行機構進行調節(jié)控制。　　第三章數字PID控制器硬件設計　　3.1 主處理器的選擇　　本次課程設計的主處理器是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾、高速、低功耗的STC89C51 RC單片機，指令代碼完全兼容傳統8051單片機，12時

26、鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇。　　其主要參數如下：　　最高時鐘頻率范圍為：0~80M　　FLASH存儲器：4K　　片上集成1280字節(jié)/512字節(jié)RAM　　E2P ROM：2K+&

27、lt;/p>　　工作電壓：5.5V~3.4V（5V單片機）　　共三個16位定時器/計數器，其中定時器0還可以當成2個8位定時器使用。　　通用I/O口（32/36個），復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉（普通8051傳統I/O口），P0口是開漏輸出，作為總線擴展時，不用加上拉電阻，作為I/O口時需加上拉電阻。&l

28、t;/p>　　中斷源：8個，優(yōu)先級：4個。　　其管腳圖如下圖3.1所示。　　圖3.1 STC89C51管腳圖　　3.2 A/D轉換器ADC0832簡介　　 　　3.2.1 ADC0832 的特點

29、　ADC0832 為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉換時間僅為32μS，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。

30、其主要參數如下：　　8位分辨率；　　雙通道A/D轉換；　　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；<p&g

31、t;　　工作頻率為250KHZ，轉換時間為32μS；　　一般功耗僅為15mW；　　8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC 多種封裝；　　商用級芯片溫寬為0°C~+70°C，工業(yè)級芯片溫寬為?40°C~+85°C；

32、;　　芯片接口說明：　　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 電位（地）；　　DI 數據信號輸入，

33、選擇通道控制；　　DO 數據信號輸出，轉換數據輸出；　　CLK 芯片時鐘輸入；　　Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。　　3.2.2單片機對ADC0832 的控制原理　　正常情況下ADC0832 與單片機的接口應為4條

34、數據線，分別是、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機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI 并聯在一根數據線上使用。當ADC0832未工作時其輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的

35、數據信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應輸入2 位數據用于選擇通道功能。作為單通道模擬信號輸入時ADC0832的輸入電壓是0~5V且8位分辨率時的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時，可是將電壓值設定在某一個較大范圍之內，從而提高轉換的寬度。但值得注意的是，在進行IN+與IN-的輸入時，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉換后的數據結果始終為00H

36、。　　3.2.3 標度變換　　由于種物理參數有不同的量綱，如溫度為℃；壓力采用Pa；流量用m3/n 等。這些參數經A/D轉換后，變成數字量信息輸出，這個數字量雖然代表參數值的大小，但并不一定等于原來帶有量綱的參數值，必須將它轉換成原來參數的真實值才能進行顯示，打印或使用，而這就需要標度變換。　　線性標度變換公式

37、如下:　　Ax:參數測量值　　Ao:參數量程起點值 　　Am:參數量程終點值 　　No:量程起點對應的A/D轉換值　　Nm:量程終點對應的A/D轉換值

38、　　Nx:測量值對應的A/D值(采樣值),即濾波器的輸出值 　　此次課程設計要求將4-20mA的電流信號轉化為1-5V電壓信號，8位的ADC0832對應的數字量是51-255，(AD-51)/(255-51)=(v-1)/(5-1) 變換完的電壓電壓v=AD/51,而要顯示的是液位信號,1-5v電壓對應液位0-500mm,即:

39、　(Ax-Ao)/(Am-Ao)=(V-1)/(5-1)(Ao=0液位最小值,Am=500mm最大值) 　　Ax=(V-1)*(Am-Ao)/4 +Ao=(AD-51)*(Am-Ao)/204.0 +Ao　　3.3 PID算法的實現　　3.3.1 PID算法的數字化　　在

40、模擬系統中，PID算法的表達式為：　　（3-1）　　式中p(t)—調節(jié)器的輸出信號；　　e(t)—調節(jié)器的偏差信號，它等于給定值與測量值之差；　　kp—調節(jié)器的比例系數；　　Ti—調節(jié)器的積分

41、時間；　　TD—調節(jié)器的微分時間。　　由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據采樣時刻的偏差來計算所需控制量。因此，在計算機控制系統中，必須首先對式（3-1）進行離散化處理，用數字形式的差分方程代替連續(xù)系統的微分方程，此時積分項和微分項可用求和及增量式表示：　　(3-2)

42、　　(3-3)　　將式（3-2）和式（3-3）代入式（3-1），則得到離散化的PID表達式：　　(3-4) 式中 △t=T—采樣周期，必須使T足夠小，才能保證系統有一定的精度；　　E(k)—第k次采樣時的偏差值；

43、　　E(k-1)—第（k-1）次采樣時的偏差值；　　k—采樣序號，k=0,1,2, ….；　　p(k)—第k次采樣時的調節(jié)器的輸出。　　由式（3-4）可以看出，要想計算p(k)，不僅需要本次與上次的偏差信號E(k)和E(k-1)，而且還要在積分項中把歷次的偏差信號E(j)進行相加，即E(j)。這樣，不僅計算煩瑣，

44、而且為保存E(j)還要占用很多內存。因此，用式（3-4）直接進行控制很不方便。為此，我們做如下改動　　(3-5)　　用式（3-4）減去式（3-5），可得：(3-6)　　式中，----積分系數；　　----微分系數。&

45、lt;/b>　　由式（3-6）可知，要計算第k次輸出值p(k),只需知道p(k-1), E(k), E(k-1), E(k-2)即可。在很多控制系統中，由于執(zhí)行機構式采用步進電機或多圈電位器進行控制的，所以，只要給一個增量信號即可。　　= (3-7)　　式（3-7）表示第K次輸出的增量△p(k)，等于

46、第K-1次調節(jié)器的輸出值，即在第（K-1）次的基礎上增加（或減少）的量，所以式（3-7）叫增量型PID控制式。　　3.3.2 PID算法的程序設計　　由式（3-7）可知，增量型PID算式為：　　（3-8）　　=<

47、;/b>　　設 　　所以，有 　　△p(k)= △Pp(k)+ △Pi(k)+ △PD(k) （3-9）　　上式為離散化的增量型PID編程表達式。<

48、/p>　　3.4 四獨立按鍵設計　　用四個獨立按鍵K1、K2、K3、K4實現PID調節(jié)器的設定值及Kp，Ki和Kd三個參數的設定。按鍵位置如圖（3.2）所示，仿真如圖（3.3）所示。PID調節(jié)的實質就是根據輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數關系進行運算，運算結果用以控制輸出。　　K1 K2 K3

49、 K4　　圖3.2 按鍵位置圖　　圖3.3 按鍵仿真圖　　四個按鍵：K1接P1.4、K2接P1.5、K3接P1.6、K4接P1.7。K1是功能鍵，實現Sv、Kp、Ki、Kd四種模式選擇。K2是確認鍵，當鍵按下時可進行相應參數設置，設置完后按下鍵即可確認保存相應數據。K3是加計數鍵，K4是減計數鍵。通過鍵

50、盤更改PID參數來選擇不同的PID控制算法。　　3.5 LCD顯示模塊　　LCD 1602是指顯示的內容為16*2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊。1602字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式LCD，一般1602字符型液晶顯示器實物如下圖3.4所示：　　圖3.4 LCD 1602實

51、物圖　　1602采用標準的16腳接口，其中：　　　　1腳：VSS為電源地；　　　　2腳：VCC接5V電源正極；　　　　3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高?！　?lt;/p>　　4腳：RS為寄存器

52、選擇，高電平1時選擇數據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。　　　　5腳：RW為讀寫信號線，高電平1時進行讀操作，低電平0時進行寫操作。　　 　　6腳：EN端為使能端。　　　　7～14腳：D0～D7為8位雙向數據端。　　　　15～16腳：空腳或背燈電源。15腳

53、背光正極，16腳背光負極。　　3.6 PWM電路　　PWM脈寬調制（Pulse Width Modulation,PWM）是通過對一系列脈沖的寬度進行調制，等效地獲得所需要的波形（含形狀和幅值）。脈寬調制是一種應用比較普通的控制方式，脈寬調制是保持逆變器的工作頻率不變，即載波頻率不變，而通過改變導通時間或截至時間

54、來改變占空比的調制方式。三個參量:幅值,載波,占空比,主要是傳函于占空比,即脈沖的寬度。PWM信號進行RC處理輸出電壓信號,一般用于電機調速控制。　　PWM變頻電路具有以下特點：1.可以得到相當接近正弦波的輸出電壓。2.整流電路采用二極管，可獲得接近1的功率因數。3.電路結構簡單。4.通過對輸出脈沖寬度的控制可改變輸出電壓，加快了變頻過程的動態(tài)響應。<p&g

55、t;　　此次設計所用PWM電路板是同學自己設計焊接而成，將輸出電壓信號進行放大2倍，用以驅動執(zhí)行機構。　　第四章數字PID控制器軟件設計　　4.1 單回路調節(jié)器主程序流程圖　　圖4.1 單回路調節(jié)器主程序流程圖　　4.2 各部分子程序流程圖

56、　　4.2.1 A\D轉換子程序流程圖　　圖4.2 A\D轉換子程序流程圖　　4.2.2 PID算法子程序流程圖　　圖4.3 PID算法子程序流程圖 　　4.2.3 四獨立按鍵子程序流程圖　　圖4.4 四獨立

57、按鍵子程序流程圖　　4.2.4 LCD顯示子程序流程圖　　圖4.5 LCD顯示子程序流程圖　　4.2.5 PWM子程序流程圖　　圖4.6 PWM子程序流程圖　　第五章總結</p&g

58、t;　　通過此次PID數字控制器設計，對控制系統總體方案設計、硬件設計、軟件設計以及編程調試有了整體詳盡的了解，對數字PID控制技術有了更加深刻的認識。　　在整個設計過程中，硬件大部分都是本專業(yè)老師提供的，只有PWM脈寬調制電路是同學自己焊的。主處理器選用的芯片是STC89C51/2RC。A/D轉換部分選用的芯片是ADC0832，A/D接收的模擬信號來自電位器，將0-5V的

59、模擬量轉換成0-255的數字量。PID算法采用增量型算式，用數字形式的差分方程代替連續(xù)系統的微分方程。LCD顯示部分選用DS1602顯示模塊。四個獨立按鍵實現對調節(jié)器參數的設定功能。　　此次設計是以小組為單位進行的，我們五個人一組，每個人負責一部分。在組長的帶領下，經過討論將各子程序模塊以子程序調用的方式組合到一起，軟件編程調試最終成功。在程序調試過程中，我深刻認識到團隊合作精神的重要性，團隊合

60、作的力量是無窮盡的，只有融入集體我們才能將自身的價值最大化，進而推動社會更好更快發(fā)展。　　參考文獻　　[1] 潘新民，《微型計算機控制技術》，北京：電子工業(yè)出版社， 1988年03月第二版。　　[2] 王凌強.基于數字PID控制器的仿真[J].科技信息(學術版).2006(

61、04)　　[3] 王燕芳、潘新民，《微型計算機控制技術》，北京：電子工業(yè)出版社，2006.1。　　[4] 姚永平，《STC89C51/RC+系列單片機器件手冊》，宏晶科技，2007年11月17日。　　[5] 董永祥，智能儀器的設計及發(fā)展，山西電子技術，2006年第1期。

62、　[6] 郝長勝，《C語言程序設計》，內蒙古大學出版社，2005年12月第一版。　　[7] 趙茂泰，《智能儀器原理及應用》，北京：電子工業(yè)出版社，2004年7月第二版。　　[8] 潘永雄，《新編單片機原理與應用》，西安電子科技大學出版社，2007年02月第二版。　　[9] 雷力鳴，單片機在數字調節(jié)器中的應用

63、，西南自動化研究所，兵工自動化，1997年第3期。　　[10] 蔡杏山，《Protel 99 SE 電路設計》，北京：人民郵電出版社，2007年07月第一版。 　　[11] 俞云奎，《可編程序

64、調節(jié)器、控制器原理與應用》，1997年05月第一版。　　附錄A　　硬件原理圖 　　附錄B　　源程序

65、　　#include <reg52.h>　　#include <intrins.h>　　#define uint unsigned int　　#define uchar unsigned char　　#define delay

66、4us() {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}　　sbit RS = P1^0;　　sbit RW = P1^1;　　sbit E = P1^2;　　sbit CS = P2^3;

67、;　　sbit CLK = P2^4;　　sbit DIO = P2^5;　　uchar ZKB1=0;　　uchar Display_Buffer[] = "0000";　　void init_sys(void); /*系統初始化函數*/<

68、;/p>　　void PWMOUT(void);　　void button(void);　　void Set_Disp_Pos(uchar pos);　　void L1602_char(uchar row,uchar col,char sign);<p&g

69、t;　　void L1602_string(uchar row,uchar col,uchar *p);　　int yewei_PID(int SP);　　/*************************************************/　　void DelayMS(uint ms)<

70、/p>　　{　　uchar i;　　while(ms--)　　{　　for(i=0;i<120;i++);

71、;　　}　　}　　/*************************************************/　　bit LCD_Busy_Check(void)&

72、lt;b>　　{　　bit result;　　RS = 0;　　RW = 1;　　E = 1;<p&

73、gt;　　delay4us();　　result = (bit)(P0&0x80);　　E = 0;　　return result;　　}　　/

74、*************************************************/　　void LCD_Write_Command(uchar cmd)　　{　　while(LCD_Busy_Check());<

75、;b>　　RS = 0;　　RW = 0;　　E = 0;　　_nop_();　　_nop_();</b&

76、gt;　　P0 = cmd;　　delay4us();　　E = 1;　　delay4us();　　E = 0;&l

77、t;/p>　　}　　/*************************************************/　　void Set_Disp_Pos(uchar pos)　　{

78、　　LCD_Write_Command(pos | 0x80);　　}　　/*************************************************/　　void LCD_Write_Data(uchar dat)</p&g

79、t;　　{　　while(LCD_Busy_Check());　　RS = 1;　　RW = 0;　　E = 0;&

80、lt;/b>　　P0 = dat;　　delay4us();　　E = 1;　　delay4us();　　E = 0;</b

81、>　　}　　/*************************************************/　　void LCD_Initialise(void)　　{</p&g

82、t;　　LCD_Write_Command(0x38); DelayMS(1);　　LCD_Write_Command(0x0c); DelayMS(1);　　LCD_Write_Command(0x06); DelayMS(1);　　LCD_Write_Command(0x01); Del

83、ayMS(1);　　}　　/*************************************************/　　void L1602_char(uchar row,uchar col,char sign)<b

84、>　　{　　uchar a;　　if(row == 1)a = 0x80;　　if(row == 2)a = 0xc0;　　a = a + col - 1;　　LCD

85、_Write_Command(a);　　LCD_Write_Data(sign);　　}　　/*************** 顯示字符串 ******************/　　void L1602_string(uchar

86、 row,uchar col,uchar *p)　　{　　uchar a,b=0;　　if(row == 1)a = 0x80;　　if(row == 2)a = 0xc0;　　a = a +

87、 col - 1;　　while(1)　　{　　LCD_Write_Command(a++);　　b++;　　if(

88、(*p == '\0')||(b == 16))break;　　LCD_Write_Data(*p);　　p++;　　}　　}</p&g

89、t;　　/*-----------------------------------------　　AD 采樣函數　　-----------------------------------------*/　　uchar Get_AD_Result(void)<

90、;p>　　{　　uchar i,dat1=0,dat2=0;　　CS = 0;　　CLK = 0;　　DIO = 1; _nop_(); _nop_(

91、);　　CLK = 1; _nop_(); _nop_();　　CLK = 0;DIO = 1; _nop_(); _nop_();　　CLK = 1; _nop_(); _nop_();　　CLK = 0;DIO = 1; _nop_(); _nop_();</p

92、>　　CLK = 1;DIO = 1; _nop_(); _nop_();　　CLK = 0;DIO = 1; _nop_(); _nop_();　　for(i=0;i<8;i++)　　{　　CLK

93、= 1; _nop_(); _nop_();　　CLK = 0; _nop_(); _nop_();　　dat1 = dat1 << 1 | DIO;　　}　　for(i=0;i<8;i++)

94、　　{　　dat2 = dat2 << ((uchar)(DIO)<<i);　　CLK = 1; _nop_(); _nop_();　　CLK = 0; _nop_(); _nop_();&

95、lt;b>　　}　　CS = 1;　　return (dat1 == dat2) ? dat1:0;　　}　　/************ 主函數 **********

96、*****/　　void main(void)　　{　　unsigned int d;　　init_sys(); /* PWMOUT 初始化函數*/　　//ZKB1=40;

97、 /*占空比初始值設定*/ 　　LCD_Initialise();　　//DelayMS(10);　　while(1)　　{　　d = Get_

98、AD_Result()*500.0/255;/* d 為 0-5V 的電壓值 */　　button(); /* 按鍵調值 */　　//DelayMS(30);　　yewei_PID(d);/* 液位 PID 計算 */

99、　　PWMOUT();/* PWM 輸出 */　　}　　}　　#include <reg52.h>　　#include <intrins.h>

100、;　　unsigned int KKp = 220;　　unsigned int KKi = 50;　　unsigned int KKd = 0;　　unsigned int Err1 = 0;　　unsigned int Err

101、2 = 0;　　unsigned int Err3 = 0;　　unsigned int pid_out_Last;　　unsigned int iyewei_Feedback; //pid計算后的液位值　　float iyewei; //當前測的液

102、位值　　int yewei_PID(int SP)　　{　　int Feedback_P = 0;　　int Feedback_I = 0;　　int Feedback_D = 0;</

103、p>　　Err1 = SP - (int)iyewei; // 偏差=給定-實測 　　Feedback_P = KKp * (Err1 - Err2)/100.0;　　Feedback_I = KKi * Err1/100.0;　　if(Feedback_I >= 80)<

104、;/p>　　{　　Feedback_I = 80;　　}　　if (Feedback_I <= -80)　　{</p&

105、gt;　　Feedback_I = -80;　　}　　Feedback_D = KKd * (Err1 - Err2 * 2 + Err3)/100.0;　　Err3 = Err2;　　Err2 = Err1;

106、　　iyewei_Feedback =(int)( Feedback_P + Feedback_I - Feedback_D + pid_out_Last) ;　　//-----------------Limit------------------------　　if(iyewei_Feedback >

107、38)　　{　　iyewei_Feedback = 38;　　}　　else if (iyewei_Feedback < 0)

108、{　　iyewei_Feedback = 0;　　}　　pid_out_Last = iyewei_Feedback;　　return(iyewei_Feedback);

109、　　}　　//----------------------------------------------　　#include <reg52.h>　　#include <intrins.h>　　#define

110、uint unsigned int　　#define uchar unsigned char　　sbit mode = P1^4; // 功能鍵　　sbit shift = P1^5; //確認　　sbit add = P1^6; // 加 “ + ”</p&

111、gt;　　sbit sub = P1^7; // 減 “ - ”　　uint countmode=0;　　uint sv = 0;　　uint kp = 0;　　uint ki = 0;　　uint kd

112、 = 0;　　uint x;　　extern uchar Display_Buffer[4];　　int set(x);　　void button(void);　　void L1602_st

113、ring(uchar row,uchar col,uchar *p);　　void DelayMS(uint ms);　　/*---------------------------------------------　　對sv kp ki kd 的值進行加減計算　　---

114、--------------------------------------------*/　　int set(x)　　{　　if(add == 0)　　{

115、;　　DelayMS(10);　　if(add == 0){　　x ++;　　Display_Buffer[0]=(x/1000)%10+48;　　Display_Buffer[1]=(x/100)%10+48;

116、　　Display_Buffer[2]=(x/10)%10+48;　　Display_Buffer[3]=x%10+48;//顯示x的值；　　}　　}

117、if(sub == 0)　　{　　DelayMS(10);　　if(sub == 0){　　x --;　　Display_Buffer[0]=(x/100

118、0)%10+48;　　Display_Buffer[1]=(x/100)%10+48;　　Display_Buffer[2]=(x/10)%10+48;　　Display_Buffer[3]=x%10+48;//顯示x的值；　　}&l

119、t;/p>　　}　　return x;　　}　　//-----------------------------------------------&

120、lt;p>　　void button(void)　　{　　if(mode == 0)　　{　　DelayMS(10);　　if(mode == 0)

121、{　　countmode ++;　　}　　}　　switch( countmode )　　{

122、　　case 0:　　L1602_string(2,1,"SP: PV: ");　　break;　　case 1:<p

123、>　　L1602_string(1,7,Display_Buffer);　　L1602_string(1,1,"SP:");　　set(sv);　　sv = set(sv);　　break;

124、　　case 2:　　L1602_string(1,7,Display_Buffer);　　L1602_string(1,1,"Kp:");　　set(kp); &

125、lt;p>　　kp = set(kp);　　break;　　case 3:　　L1602_string(1,7,Display_Buffer);　　L1602_string(1,1,&quo

126、t;Ki:"); 　　set(ki); 　　ki = set(ki);　　break;　　case 4:　　L1602_st

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