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畢業(yè)設(shè)計(jì)---基于mcs-51單片機(jī)的ld自動(dòng)功率控制系統(tǒng)(編輯修改稿)

2026-02-08 21:29 本頁面

　

【文章內(nèi)容簡介】 100mA之間可調(diào)。由上式可見，最大驅(qū)動(dòng)電流可以通過調(diào)節(jié) Rs的大小來得到，設(shè)計(jì)靈活性較大。此外，電路中單片機(jī)與計(jì)算機(jī)間通過 RS232 串行口進(jìn)行通信，采用的 RS232收發(fā)器為MAX3232。計(jì)算機(jī)通過串口可對(duì) LD的初始驅(qū)動(dòng)電流、參考監(jiān)測電壓進(jìn)行設(shè)置，還可以對(duì) PID數(shù)字調(diào)節(jié)器的比例、積分、微分系數(shù)進(jìn)行設(shè)定，這樣可以方便快捷地整定出調(diào)節(jié)器的參數(shù)。存儲(chǔ)器中存放一些設(shè)定參數(shù)以及暫存 PID運(yùn)算的中間結(jié)果第三章軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)使用語言的選擇匯編語言所謂匯編語言，是指用指令的助記符，符號(hào)地址，標(biāo)號(hào)，偽指令等符號(hào)書寫程序的語言。匯編語言是一種低級(jí)的編程語言，用它編出的程序使用簡單方便，并且具有反應(yīng)快速，可以滿足大部分用戶的需求。但是編程的難度較高，要求編程者具有較高的專業(yè)水平。 C 語言（ 1） C語言是一種相對(duì)較簡單的編程語言，對(duì)編程者的要求不是太高，它即具有高級(jí)語言的優(yōu)點(diǎn)，又具有低級(jí)語言的許多特點(diǎn)，但是隨著軟件規(guī)模的增大，用 C語言編寫程序漸漸有些吃力了。而且灌入單片機(jī)后反應(yīng)不夠快速。因此，我選擇 C語言作為我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的編程語言。（ 2) C語言的特點(diǎn) C 語言具有以下特點(diǎn)：①語言簡潔，使用方便靈活。②可移植性好。 C 語言的編譯程序便于移植，從而使在一種機(jī)器上使用的 C語言程序，可以不加修改或稍加修改即可方便地移植到另一種機(jī)器上去。③表達(dá)能力強(qiáng)。具有豐富地?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型和多種運(yùn)算符，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地運(yùn)算。④表達(dá)方式靈活。⑤可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。⑥可以直接操作計(jì)算機(jī)硬件。⑦生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高。對(duì)于同一問題，用 C語言編寫的程序生成代碼的效率僅比用匯編語言編寫的程序低 10％－ 20％。所以對(duì)于 PID算法、中值濾波程序以及主程序采用 C語言編寫。（ 3) C語言程序的接口 C51 編譯器提供了與匯編語言程序的接口規(guī)則，按此規(guī)則可以很方便地實(shí)現(xiàn) C 語言程序與匯編語言程序的相互調(diào)用。實(shí)際上 C語言程序與匯編語言程序的相互調(diào)用可視為函數(shù)的調(diào)用，只不過此時(shí)函數(shù)采用不同語言編寫的而已。 C語言程序函數(shù)和匯編語言函數(shù)在相互調(diào)用使，可利用 8051單片畢業(yè)論文 10 機(jī)的工作寄存器最多傳遞 3個(gè)參數(shù)，如圖：傳遞的參數(shù) char、 1字節(jié)指針 Int、 2字節(jié)指針 long、 float 一般指針第一個(gè)參數(shù) R7 R R7 R4~R7 R1,R2,R3 第二個(gè)參數(shù) R5 R R5 R4~R7 R1,R2,R3 第三個(gè)參數(shù) R3 R R3 無 R1,R2,R3 圖參數(shù)傳遞的工作寄存器選擇如果在調(diào)用時(shí)參數(shù)無寄存器可用，或是采用了編譯控制指令“ NOREGPARMS” ，則參數(shù)的傳遞將發(fā)生在固定的存儲(chǔ)器區(qū)域，該存儲(chǔ)器區(qū)域稱為參數(shù)傳遞段，其地址空間取決于編譯時(shí)所選擇的存儲(chǔ)器模式。當(dāng) C語言程序與匯編語言程序需要相互調(diào)用，并且參數(shù)的傳遞發(fā)生在參數(shù)傳遞段時(shí)，如果傳遞的參數(shù)是 char、 int、 long和 float 類型的數(shù)據(jù)，則參數(shù)傳遞段的首地址將由“？functionname？ BYTE”的公共符號(hào)（ PUBLIC）確定，傳遞的參數(shù)是 bit 類型的數(shù)據(jù) 時(shí)，參數(shù)傳遞段的首地址由“？ functionname？ BIT”的公共符號(hào) (PUBLIC)確定。所以被傳遞的參數(shù)都被放在以首地址開始遞增的存儲(chǔ)器區(qū)域內(nèi)。函數(shù)的返回值被放在 8051單片機(jī)的寄存器內(nèi)，如圖：返回值類型寄存器說明 bit 進(jìn)位位 C (unsigned)char R7 (unsigned)int R6,R7 高位在 R6 中，低位在 R7中 (unsigned)long R4~R7 高位在 R4 中，低位在 R7中 float R4~R7 32位 IEEE 格式，指數(shù)和符號(hào)位在 R7中一般指針 R1,R2,R3 R3放存儲(chǔ)器類型，高位在 R2，低位在 R1 圖函數(shù)返回值所占用的工作寄存器 C51編譯器提供了一個(gè)十分有用的編譯控制指令 SRC，在編寫匯編語言程序函數(shù)時(shí)可以先按需要用 C語言編寫相應(yīng)的函數(shù)，對(duì)該函數(shù)單獨(dú)采用編譯控制指令 SRC 進(jìn)行編譯，編譯完成后將產(chǎn)生一個(gè)匯編語言源程序。然后再對(duì)這樣產(chǎn)生的匯編語言子程序作一些必要的調(diào)整和修改，即可很方便地完成匯編語言子程序地編寫，而編寫過程中各種段的安排全部由C51編譯器自動(dòng)完成，從而大大提高匯編語言程序的編寫效率。 PID 控制理論簡介 PID調(diào)節(jié)是 Proportional（比例）、 Integral（積分）、 Differential（微分）三者的縮寫，其控制算法簡單，結(jié)構(gòu)改變靈活，技術(shù)成熟，適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高，在控制工程中得到了廣泛的應(yīng)用。（ 1）比例控制作用比例控制作用是指控制器的輸出與輸入偏差信號(hào)成比例。其算法為： m(t)=Kpe(t)。比例控制器實(shí)際上是一個(gè)可調(diào)增益的放大器。畢業(yè)論文 11 （ 2）積分控制作用積分控制算法為 : ?? dtteKtmI )()(。積分控制作用，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差。但是它有滯后現(xiàn)象，系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，超調(diào)量增大，并可能產(chǎn)生振蕩，必須與比例環(huán)節(jié)一起使用。（ 3）微分控制作用微分控制作用的算法為： dttdeKtmD )()( ?。微分控制作用不能單獨(dú)使用，必須與其它控制作用相結(jié)合。（ 4）比例－積分－微分（ PID）控制作用它表示將系統(tǒng)的偏差的比例－積分－微分線性組合構(gòu)成控制作用。模擬 PID 的控制算法為： dt tdeKdtteKteKtmDIP )()()()( ??? ?。圖 PID控制系統(tǒng)原理方框圖在 PID三種作用中，比例作用可對(duì)偏差做出及時(shí)響應(yīng)；積分作用主要用來消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性；微分作用主要用來減少超調(diào)，克服震蕩，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定，加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少超調(diào)時(shí)間，用來改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。若能將三種作用的強(qiáng)度配合適當(dāng)，可以使控制器快速，平穩(wěn)，準(zhǔn)確，從而獲得滿意的控制效果。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)被控對(duì)象的特性和要求，可靈活地改變 PID的結(jié)構(gòu)，取其中的一部分環(huán)節(jié)構(gòu)成控制規(guī)律。參數(shù)的整定方法擴(kuò)充臨界比例度法是簡易工程整定方法之一。它是基于模擬調(diào)節(jié)器中使用的臨界比例度法的一種 PID數(shù)字調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法。用這種方法整定 T、 KP、 TI和 TD的步驟如下： (1) 選擇一個(gè)足夠短的采樣周期 Tmin。 (2) 求出臨界比例度δ u 和臨界振蕩周期 Tu。具體方法是，將上述采樣周期 Tmin 輸入數(shù)字控制系統(tǒng)中，并只有比例控制，逐漸縮小比例度，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩。此時(shí)的比例度即為臨界比例度δ u，相應(yīng)的振蕩周期稱為臨界振蕩周期 Tu。 (3) 選擇控制度。所謂控制度，即是以模擬調(diào)節(jié)器為基準(zhǔn)，將數(shù)字控制系統(tǒng)的控制效果與模擬調(diào)節(jié)器相比較，其評(píng)價(jià)函數(shù)通常用 ??0 2 )( dttE（誤差平方積分）表示。 (4) 根據(jù)控制度，查表計(jì)算 T、 KP、 KI和 KD值 (5) 按照上面的方法求得的參數(shù)，加到系統(tǒng)中運(yùn)行，觀察控制效果，在適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，直至獲得滿意的控制效果。此外， PID 的參數(shù)整定方法還有擴(kuò)充響應(yīng)曲線法、歸一參數(shù)整定法以及優(yōu)選法等。這里就不詳細(xì)介紹了。程序框圖本程序首先對(duì)監(jiān)測電流、電壓值進(jìn)行設(shè)置，然后再設(shè)置 PID 的調(diào)節(jié)參數(shù)，與采集到的實(shí) 際檢測的電流電壓值進(jìn)行 PID判斷，如果設(shè)置的電流、電壓值在 PID 調(diào)節(jié)參數(shù)范圍內(nèi)的畢業(yè)論文 12 話那就穩(wěn)定輸出，如果不在范圍內(nèi)的話再根據(jù)相關(guān)電路重新設(shè)置新的電流、電壓值。程序框圖見圖，（源程序見附錄二）圖開始設(shè)置初始監(jiān)測電流、電壓設(shè)置 PID 調(diào)節(jié)參數(shù) 采集實(shí)際檢測的電流、電壓

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