基于stc89c52的通用数字调节器设计毕业论文(编辑修改稿)

基于stc89c52的通用数字调节器设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

节器的类型选择 模拟式调节器 模拟控制器是用模拟电路实现控制功能的仪表，又成电动调节器。 调节器将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例、积分、微分（ PID） 运算，并输出统一 标准信号，去控制执行机构的动作，以实现对温度、压力、流量、液位及其他工艺变量的自动控制。 其发展经历了Ⅰ型（电子管）、Ⅱ（晶体管）和Ⅲ（集成电路）。 目前Ⅰ型、Ⅱ型都已经淘汰。 这里介绍 DDZⅢ型调节器。 DDZⅢ型仪表采用了集成电路和安全火花型防爆结构，提高了仪表精度、仪表可靠性和安全性，适应大型工厂、炼油厂的防爆要求。 特点如下： （ 1）采用国际统一标准信号，现场传输信号为 DC420mA，控制室联络信号为 DC15V。 （ 2）广泛采用集成电路，仪表的电路简化、精度提高、可靠性提高、维修工作量将少。 （ 3）整套 仪表可构成安全火花型防爆系统。 DDZⅢ型控制器的基本类型是全刻度指示 PID 调节器。 为满足各种特殊控制系统的要求，还有特殊控制器，例如断续控制器、自整定控制器、前馈控制器、非线性控制器等。 数字式调节器 数字式控制器是以微处理器为基础的多功能控制仪表，可接受多路模拟量及开关量输入信号，能实现复杂的运算控制，并具有通信及故障诊断功能，是自动控制、计算机及通信技术（合称 3C 技术， Control， Computer， Communication） 发展的产物。 数字式 PID 控制器是通过编程来控制 PID 调节功能的，又 称可编程 PID 调节器，或可编程调节器。 由于微处理器的强大计算功能，用户可以根据需要编写复杂的控制程序，内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 6 所以一台可编程控制器可以代替多台模拟仪表，并且可以根据重编程序修改功能。 可编程调节器产品种类较多，例如西安仪表厂生产的 YS80 系列和 YS100系列等，它们都以 8 位或 16 位微处理器为 CPU，外围电路也大同小异。 数字式调节器与模拟式控制仪表在构成原理和所用器件上有很大差别。 前者采用数字技术，以微型计算机为核心部件；而后者采用模拟技术，以运算放大器等模拟电子器件为基本部件。 数字调节器与模拟式控制仪表相比较， 数字调节器有如下一些优点： (1) 实现了仪表的数字化、智能化 (2) 具有丰富的运算、控制功能 (3) 通用性强，使用方便 (4) 具有通信功能，便于系统扩展 (5) 可靠性高，维护方便 随着计算机日益广泛地应用于工业系统，数字控制系统已成为现代工业控制系统的主流。 数字控制系统的广泛应用促进调节器的进一步发展。 尽管基于计算机的数字控制系统目前已出现了很多种数字调节器和控制器 ,但 PID 调节器以其结构简单、调节效果突出、可调参数少和数字算法实现过程简单等优良品质，而独占控制调节器之首。 单片机类型选择 目前的单回路调节器通常由单片机、 ADC、 DAC、放大器、数字 I/O 接口、参考电源、键盘与显示电路、通信接口等众多芯片构成，电路复杂，致使可靠性下降。 所以需要选择一个高性能、高性价比的单片机。 IT 行业飞速发展的今天，单片机 (MCUMicro Computer Unit)在测控和低速信号处理等方面的应用越来越广泛，单片机应用技术是一门实战性很强的学科。 现在比较流行内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 7 的单片机有： MCS5 AT89C5 AVR、 STC 系列等等。 这次设计我考虑使用 STC 公司的 STC89C52 系列单片机 [17]， STC89C52是 STC 公司推出的一款性价比很高的单片机。 它与同类型单片机相比的优点： （ 1）超强抗干扰能力，轻松过 2KV/4KV 快速脉冲干扰 (EFT)； （ 2）高抗静电 (ESD)， 6KV 静电可直接打在芯片管脚上； （ 3）超低功耗， Power Down0 1μ A,可外部中断唤醒； （ 4） 6时钟 /机器周期， 12时钟 /机器周期任意设置； （ 5）加密性强； （ 6）支持在线系统串口编程 (ISPIn System Programmability)功能； STC89C52 单片机具有在线系统可编程 (ISP)特性 ,它的好处是省去购 买通用编程器；并且单片机在用户系统上即可下载 /烧录用户程序，而无须拆下，方便编程，节约调试和进一步完善的时间。 由于可以将程序直接下载进单片机看运行结果，故也可以不用仿真器。 （ 7） 降低成本，提升性能，原有程序直接使用 ,硬件无需改动。 PID 算法的数字化实现 前边 所 讲的 PID 调节算法 适用 于模拟调节系统，由于计算机只能接收数字量，因此要想 实现数字化通常选择位置型或增量型控制算法，下面简要介绍一下这两种控制算法。 位置型控制，如图 所示 :  00 )1()()()()( uneneTTieTTneKnuniDIP   内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 8 P I D位 置 算 法调 节 器 被 控 对 象 c ( t )ue ( t )+r ( t ) 图 数字 PID位置型控制示意图 增量型控制 ,如图 所示：    )2()1(2)()()1()()1()()(neneneTTKneTTKneneKnununuDPIPP P I D增 量 算 法调 节 器 被 控 对 象 c ( t )ue ( t )+r ( t ) 图 数字 PID增量型控制示意图 在 位置控制算式中，不仅需要对 )(ie 进行累加，而且计算机的任何故障都会引起 )(nu大幅度变化，对生产不利。 增量控制虽然改动不大，然而却带来了很多优点： （ 1）由于计算机输出是增量，所以动作影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉； （ 2）在位置型控制算法中，由手动到自动切换时，必须首先使计算机的输出值等于阀门的原始开度，才能保证手动 /自动地无扰动切换，这将给程序设计带来困难。 而增量设计只与本次的偏差值有关，与阀门原来的位置无关，因而增量算 法易于实现手动 /自动的无扰动切换。 （ 3）不产生积分失控，所以容易获得较好的调节品质。 增量控制因其特有的优点已得到了广泛的应用。 [14] 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 9 设计方案实现 本设计的主要目的是设计一台具有通用功能的数字调节器，硬件设计包括微处理器、A/D 转换电路、 D/A 转换输出、键盘、显示及其外围电路。 不仅要考虑测量的采样与数字化，还要考虑微处理器的性能价格比、 I/O 接口能力、串行通信方式以及可靠性的问题。 系统软件设计按照功能可划分为； A/D 转换及其处理模块、数据发送处理模块（数字显示）、按键处理模块、 D/A 转换输出模块以及 PID 控制算法等。 调节器的数字显示部分主要包括设定值和实际测量值的显示两部分，按键设计包括设定键、复位键、确认键、数字的增减键等等。 通用调节器的主要功能就是 PID 调节，所以在硬件设计要求完成的情况下， PID 算法的设计和实现是整个设计的核心。 在此基础上调节器还应该具备串行通讯，参数自整定等功能。 [5] 将程序固化在单片机微处理器中，既降低了成本又提高了运行速度及工艺精度，同时实现了工业自动化的信息化、网络化，利用单片机的中断通讯功能，用软件去实现智能调节器与上位机或各个从机之间的通讯功能。 为了实现控制参数的实 时显示，用四位 LED动态扫描数码显示。 测量值和给定值同时辅以键盘操作，对给定值、报警值、正反作用、比例增益、积分时间、微分时间在线修改；增加调节器的使用范围，提供良好的人机界面实现灵活的人机对话。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 10 第三章 硬件设计 调节器硬件设计方案 STC89C52 芯片简介 STC89C52RC/RD+系列单片机是新一代超强抗干扰 /高速 /低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机， 12时钟 /机器周期和 6时钟 /机器周期可任意选择，最新的 D版本内部集成 MAX810 专用复位电路。 特点： 6时钟 /机器周期， 12时钟 /机器周期 8051 CPU ： (5V 单片机 ) / (3V 单片机 ) ： 040 MHZ，相当于普通 8051 的 080 48 MHZ。 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字节 128 字节 /512 字节 RAM I/O 口（ 32/36 个），复位后为： P1/P2/P3/P4是标准双向 /弱上拉（普通 8051传统 I/O 口） (在系统可编程 )/IAP(在应用可编程 )，无需专用编程器 /仿真器，可通过串口（ ） 直接下载用户程序， 8K程序 3秒即可完成 功能 MAX810 专用复位电路（ D版本才有），外部晶体 20M 以下时，可省外部复位电路 11．共 3个 16 位定时器 /计数器，其中定时器 0 还可以当成 2个 8位定时器使用 12．外部中断 4路，下降沿中断或低电平触发中断， Power Down 模式可由外部中断内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 11 低电平触发中断方式唤醒 （ URAT） ,还可用定时器软件实现多个 URAT 作温度范围： 0— 75℃ /40— +80℃ ： PDIP40， PLCC44,PQFP44 此设计选择 STC89C52,其封装形式为 PDIP40,如下图 所示： P ( T 2)1P ( T 2E X )2P 3P 4P 5P 6P 7P 8R E S E T9P ( R X D )10P ( T X D )11P ( IN T 0)12P ( IN T 1)13P ( T 0)14P ( T 1)15P ( W R )16P ( R D )17X T A L 218X T A L 119GND20( A 8) P 21( A 9) P 22( A 10) P 23( A 11) P 24( A 12) P 25( A 13) P 26( A 14) P 27( A 15) P 28P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31( A D 7) P 32( A D 6) P 33( A D 5) P 34( A D 4) P 35( A D 3) P 36( A D 2) P 37( A D 1) P 38( A D 0) P 39V C C40S T C89C 52 图 STC89C52引脚图 其引脚功能如下： P0口： P0口为一个 8位漏级开路双向 I/O口，即地址／数据总线口。 作为输出口时可以驱动 8个 TTL逻辑门电路，对端口 P0写“１”时，可做为高阻抗输入端用。 P1口： P1口是内部带有弱上拉电阻的标准双向 I/O口， P1口缓冲器能接收输出 4个 TTL门电流。 P1口锁存器写入 1后， P1口引脚被上拉为高电平时，可用作输入， 引脚除了可以作为一般使用外，还具有第二输入 /输出功能： ：定时器 T2的计数输入端或定时器 T2的时钟输出端。 ：定时器 T2的外部触发输入端。 P2口： P2口是内部带有弱上拉电阻的标准双向 I/O口， P2口缓冲器可接收，输出 4个TTL门电流，当 P2口被写入“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，作为输入。 在读 /写外内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 12 部存储器时， P2口输入高八位地址信号 A15A8。 当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时， P2口输出地址的高八 位。 在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 在 FLASH编程和校验时 P2口接收高八位地址信号和控制信号。 P3口： P3口是内部带有弱上拉电阻的标准双向 I/O口，可接收输出 4个 TTL门电流。 作输入引脚使用前，先向 P3口锁存器输入“ 1”，使 P3口引脚被上拉成高电平。 P3口除了作为一般的 I/O引脚使用外，还具有第二功能。 P3口作为一些特殊功能口，如下所示： RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0外部输入） T1（记时器 1外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程。