PID運(yùn)算程序和初始化程序的實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)中采用了專門的芯片組成了PWM信號的發(fā)生系統(tǒng)并且對PWM信號的原理、產(chǎn)生方法以及如何通過軟件編程對PWM信號占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)從而控制其輸入信號波形等均作了詳細(xì)的闡述。另外本系統(tǒng)中使用了紅外對管對直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，經(jīng)過整形電路后將測量值送到單片機(jī)，并且最終作為反饋值輸入到單片機(jī)進(jìn)行PID運(yùn)算從而實(shí)現(xiàn)了對直流電機(jī)速度的控制。在軟件方面，文章中詳細(xì)介紹了PID運(yùn)算程序初始化程序等的編寫思路和具體的程序?qū)崿F(xiàn)。

1 單片機(jī)最小系統(tǒng):單片機(jī)最小系統(tǒng)由51單片機(jī)，晶振電路，復(fù)位電路，電源組成。大家都比較熟悉，這里不再贅述。

2 四位數(shù)碼管顯示:在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不同，因此就生產(chǎn)了位數(shù)，尺寸，型號不同的LED顯示器供選擇，在本設(shè)計(jì)中，選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器，簡稱“4-LED”。本系統(tǒng)中前三位顯示電壓的整數(shù)位，最后一位顯示轉(zhuǎn)速的小數(shù)位。4-LED顯示器引腳如圖2所示，是一個共陰極接法的4位LED數(shù)碼顯示管，其中a，b，c，e，f，g為4位LED各段的公共輸出端，1、2、3、4分別是每一位的位數(shù)選端，dp是小數(shù)點(diǎn)引出端，4位一體LED數(shù)碼顯示管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個單獨(dú)的LED組成，每個LED的段輸出引腳在內(nèi)部都并聯(lián)后，引出到器件的外部。

3 電機(jī)驅(qū)動電路:電機(jī)驅(qū)動電中是采用ULN2003來驅(qū)動。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)：ULN2003的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)，輸入5VTTL電平，輸出可達(dá)500mA/50V。ULN2003的引腳圖，其中IN1~IN7為輸入控制端；OUT1~OUT7為輸出端；8腳為芯片的接地端；9腳為公共端，該腳是內(nèi)部7個續(xù)流二極管負(fù)極的公共端，各二極管的正極分別接各達(dá)林頓管的集電極。用于感性負(fù)載時(shí)，該腳接負(fù)載電源正極，實(shí)現(xiàn)續(xù)流作用。如果該腳接地,實(shí)際上就是達(dá)林頓管的集電極對地接通。

當(dāng)P1.0中為高電平時(shí)，其內(nèi)部三極管導(dǎo)通，使電機(jī)轉(zhuǎn)動。當(dāng)P1.0為低電平時(shí)，內(nèi)部三極管截止，電路斷開，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。所以在程序中可以利用P1.0口輸出PWM波來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

4 紅外測速電路:發(fā)射管工作時(shí)發(fā)出紅外線，當(dāng)接收管收到紅外信號時(shí)，其電阻變?。ū驹O(shè)計(jì)相當(dāng)于從無窮大變到1k左右）。利用其電阻變化，改變接收管分壓情況。擋片是利用圓盤上剪四個孔，當(dāng)擋片隨電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，接收管兩端電平發(fā)生變化，產(chǎn)生脈沖。

5 整形電路:本設(shè)計(jì)的整形電路是用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器。

6 源程序:

#include "reg52.h"

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar code table[10]={0x3f,0x06,0x5b,

0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //共陰數(shù)碼管顯示碼(0-9)

sbit xiaoshudian=P0^7;

sbit wei1=P2^4; //數(shù)碼管位選定義

sbit wei2=P2^5;

sbit wei3=P2^6;

sbit wei4=P2^7;

sbit beep=P2^3; //蜂鳴器控制端

sbit motor = P1^0; //電機(jī)控制

sbit s1_jiasu = P1^4; //加速按鍵

sbit s2_jiansu= P1^5; //減速按鍵

sbit s3_jiting=P1^6; //停止/開始按鍵

uint pulse_count; //INT0接收到的脈沖數(shù)

uint num=0; //num相當(dāng)于占空比調(diào)節(jié)的精度

uchar speed[3]; //四位速度值存儲

float bianhuasudu; //當(dāng)前速度（理論計(jì)算值）

float reallyspeed; //實(shí)際測得的速度

float vv_min=0.0;vv_max=250.0;

float vi_Ref=60.0; //給定值

float vi_PreError,vi_PreDerror;

uint pwm=100; //相當(dāng)于占空比標(biāo)志變量

int sample_time=0; //采樣標(biāo)志

float v_kp=1.2,v_ki=0.6,v_kd=0.2; //比例，積分，微分常數(shù)

void delay (uint z)

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for (y=20;y>0;y--);

}

void time_init()

{

ET1=1; //允許定時(shí)器T1中斷

ET0=1; //允許定時(shí)器T0中斷

TMOD = 0x15; //定時(shí)器0計(jì)數(shù)，模式1；定時(shí)器1定時(shí)，模式1

TH1 = (65536-100)/256; //定時(shí)器1值,負(fù)責(zé)PID中斷 ,0.1ms定時(shí)

TL1 = (65536-100)%6;

TR0 = 1; //開定時(shí)器

TR1 = 1;

IP=0X08; //定時(shí)器1為高優(yōu)級

EA=1; //開總中斷

}

void keyscan()

{

float j;

if(s1_jiasu==0) //加速

{

delay(20);

if(s1_jiasu==0)

vi_Ref+=10;

j=vi_Ref;

}

while(s1_jiasu==0);

if(s2_jiansu==0) //減速

{

delay(20);

if(s2_jiansu==0)

vi_Ref-=10;

j=vi_Ref;

}

while(s2_jiansu==0);

if(s3_jiting==0)

{

delay(20);

motor=0;

P1=0X00;

P3=0X00;

P0=0x00;

}

while(s3_jiting==0);

}

float v_PIDCalc(float vi_Ref,float vi_SpeedBack)

{

register float error1,d_error,dd_error;

error1=vi_Ref-vi_SpeedBack; //偏差的計(jì)算

d_error=error1-vi_PreError; //誤差的偏差

dd_error=d_error-vi_PreDerror; //誤差變化率

vi_PreError=error1; //存儲當(dāng)前偏差

vi_PreDerror=d_error;

bianhuasudu=(v_kp*d_error+v_ki*vi_PreError+v_kd*dd_error);

return (bianhuasudu);

}

void v_Display()

{

uint sudu;

sudu=(int)(reallyspeed*10); //乘以10之后強(qiáng)制轉(zhuǎn)化成整型

speed[3]=sudu/1000; //百位

speed[2]=(sudu00)/100; //十位

speed[1]=(sudu0)/10; //個位

speed[0]=sudu; //小數(shù)點(diǎn)后一位

wei1=0; //第一位打開

P0=table[speed[3]];

delay(5);

wei1=1; //第一位關(guān)閉

wei2=0;

P0=table[speed[2]];

delay(5);

wei2=1;

wei3=0;

P0=table[speed[1]];

xiaoshudian=1;

delay(5);

wei3=1;

wei4=0;

P0=table[speed[0]];

delay(5);

wei4=1;

}

void BEEP()

{

if((reallyspeed)>=vi_Ref+5||(reallyspeed

{

beep=~beep;

delay(4);

}

}

void main()

{

time_init();

motor=0;

while(1)

{

v_Display();

BEEP();

}

if(s3_jiting==0) //對按鍵3進(jìn)行掃描，增強(qiáng)急停效果

{

delay(20);

motor=0;

P1=0X00;

P3=0X00;

P0=0x00;

}

while(s3_jiting==0);

}

void timer0() interrupt 1

{

}

void timer1() interrupt 3

{

TH1 = (65536-100)/256; //1ms定時(shí)

TL1 = (65536-100)%6;

sample_time++;

if(sample_time==5000) //采樣時(shí)間0.1ms*5000=0.5s

{

TR0=0; //關(guān)閉定時(shí)器0

sample_time=0;

pulse_count=TH0*255+TL0; //保存當(dāng)前脈沖數(shù)

keyscan(); //掃描按鍵

reallyspeed=pulse_count/(4*0.6); //計(jì)算速度

pwm=pwm+v_PIDCalc(vi_Ref,reallyspeed);

if(pwm

if(pwm>100)pwm=100;

TH0=TL0=0;

TR0=1; //開啟定時(shí)器0

}

num++;

if(num==pwm) //此處的num值，就是占空比

{

motor=0;

}

if(num==100) //100相當(dāng)于占空比調(diào)節(jié)的精度

{

num=0;

motor=1;

}

}