单片机PID算法实现.docx
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单片机PID算法实现
单片机PID算法实现
在网络上收集了一个PID控制程序，看到很多研友的毕业设计可能涉及到PID控制，这是一个PID的程序，希望能做到抛砖引玉，仅供大家参考。
/*/////////////////////////////////////////////////////////////*/
/* initialinterrupter */
/*/////////////////////////////////////////////////////////////*/
voidinit_interrupter（void）/**/
{
TMOD=0x21;/*设置计时器0工作于模式1，设置计时器1工作于模式2*/
TL0=0x00; /*T0=0000定时时间为71.1ms;71.1ms*15＝1.066s*/
TH0=0xdc; /*T0=DC00定时时间为10ms;10ms*100＝1s*//*T0=FC66定时时间为1ms;10ms*1000＝1s*/
TL1=0xfd; /*设置串口通信速率9600bps*/
TH1=0xfd;
PCON=0x00;/*SMOD=0,速率不倍增*/
SCON=0x50;/*8位数据通信，串行通信方式1，允许单片机接收数据*/
IP=0x10; /*serialcomispreferential*/
IE=0x92; /*定时器0,串口中断允许;定时器1中断禁止*/
rs485_receive=0;
rs485_transmitte=0;
TR0=1; /*启动定时器0*/
TR1=1; /*启动定时器1*/
}
voidtimer0_server（void）interrupt1using1/**/
{
TL0=0x00;TH0=0xdc;/*T0=DC00timingintervalis10ms;10ms*100＝1s*//*T0=FC66timingintervalis1ms;10ms*1000＝1s*/
if（flag_serial==1）
{
timer0_counter_3++;
if（timer0_counter_3>11）
{
timer0_counter_3=0;
flag_serial=0;
pointer_serial_com_data=serial_com_data;
counter_serial_com_data=0;
}
}
dog=!
dog;/*Timer0isfull（10ms）,feeddog*/
if（timing_interval==0）{timing_interval=1;}/*timing_intervalislostthensetitto1second*/
timer0_counter_1++;/*timer0_counter_1issoftwaretimer.whentimer0interruptisfull,itincreaseautomatically*/
if（（unsignedchar）（timer0_counter_1/100）==timing_interval）/*timing_intervalarrives*/
{
out_flag=1;/*indexing占空比highlevelbegin*/
/*-scan0809togetcurrentequipment'stemperature-*/
scan_current_Temperature（）;
origina_address=0x82;
display1_Temperature（current_Temperature,origina_address）;
/*-calculateout_value-*/
PID_algorithm_function（PID_mode,PP,II,DD,BB,current_Temperature,seted_temperature）;
//out_value=0.5;
if（out_value>0.0）/*out_value=0.0,then占空比iszero*/
{
control_0=1;
ledctrl_address=0x8c;
leddata_address=0xff;
}
//resettimer0_counter_1andtimer0_counter_2,
timer0_counter_1=0;//indexingtiming_interval'stiming
timer0_counter_2=0;//indexing占空比'stiming
}
if（out_flag==1）
{
timer0_counter_2++;
if（out_value<1.0）
{
if（（unsignedchar）（timer0_counter_2/out_value/100）>=timing_interval）
{
timer0_counter_2=0;
control_0=0;
ledctrl_address=0x8c;
leddata_address=0x00;
out_flag=0;
}
}
}
}
floatPID_algorithm_function（ucharPID_mode_2,floatP_2,I_2,D_2,B_2,current_Temperature_2,seted_temperature_2）
{
floatidatadelta;
switch（PID_mode_2）
{
case1:
break;/*PIDmode*/
case2:
D_2=0; break;/*PImode*/
case3:
I_2=0; break;/*PDmode*/
case4:
I_2=0;D_2=0;break;/*Pmode*/
}
if（PID_mode_2<5）/*PIDalgorithm*/
ek=（seted_temperature_2-current_Temperature_2）/99.9;
delta=P_2*（ek-ek1）+I_2*ek+D_2*（ek-2.0*ek1+ek2）;
out_value=out_value+delta;
ek2=ek1;
ek1=ek;
if（out_value>1.0）
{
out_value=1;
}
elseif（out_value<=0）
{
out_value=0.0;
}
if（PID_mode_2==5）/*BBalgorithm*/
{
if（current_Temperature_2-seted_temperature_2>=B_2）{out_value=0.0;}
if（seted_temperature_2-current_Temperature_2>=B_2）{out_value=1.0;}
}
return（out_value）;
}
软件练习十二：
将十六进制数据转换成十进制数据
实验目的：
熟悉51单片机指令系统，掌握程序设计方法。
实验内容：
将R2中的内容转换成十进制数据，然后将转换的数据百位、十位和个位分别存入R0指出的30H、31H单元中。
实验程序框图：
程序清单：
ORG00H
AJMPMAIN
ORG30H
MAIN：
MOVSP，#5FH
MOVR0，#30H
MOVA，R2
MOVB，#100
DIVAB
MOV@R0,A
INCR0
MOVA,#10
XCHA,B
DIVAB
SWAPA
ADDA,B
MOV@R0,A
SJMP$
END
软件练习十一：
BCD 码数据转换成二进制数据
实验目的：
熟悉51单片机指令系统，掌握程序设计方法。
实验内容：
将R2中的内容转换成二进制数据，并传送到20H单元中。
实验程序框图：
实验步骤：
将R2送#99H后，执行程序得到结果是否与你预计一致。
程序清单：
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0030H
MAIN:
MOVSP,#5FH
MOVR2,#99H
MOVA,R2
SWAPA
ANLA,#0FH
MOVB,#0AH
MULAB
MOVR3,A
MOVA,R2
ANLA,#0FH
ADDR3,A
MOV20H,A
SJMP$
END
思考：
修改程序，将R2中内容换成其他数据。
交通灯控制电路
一、设计任务与要求
1．设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒；
2．要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；
3．黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。
二、实验预习要求
1．复习数字系统设计基础。
2．复习多路数据选择器、二进制同步计数器的工作原理。
3．根据交通灯控制系统框图，画出完整的电路图。
三、设计原理与参考电路
1．分析系统的逻辑功能，画出其框图
交通灯控制系统的原理框图如图12、1所示。
它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。
秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动
信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。
图中：
TL:
表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。
定时时间到，TL=1，否则，TL=0。
TY：
表示黄灯亮的时间间隔为5秒。
定时时间到，TY=1，否则，TY=0。
ST：
表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。
由它控制定时器开始下个工作状态的定时。
图12、1交通灯控制系统的原理框图
2．画出交通灯控制器的ASM（AlgorithmicStateMachine，算法状态机）
（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。
表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。
绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。
（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。
表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。
黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。
表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。
表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。
黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第
（1）种工作状态。
交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。
设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表12、1所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。
为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：
表12、1控制器工作状态及功能
控制状态信号灯状态车道运行状态
S0（00）甲绿，乙红甲车道通行，乙车道禁止通行
S1（01）甲黄，乙红甲车道缓行，乙车道禁止通行
S3（11）甲红，乙绿甲车道禁止通行，甲车道通行
S2（10）甲红，乙黄甲车道禁止通行，甲车道缓行
AG=1：
甲车道绿灯亮；
BG=1：
乙车道绿灯亮；
AY=1：
甲车道黄灯亮；
BY=1：
乙车道黄灯亮；
AR=1：
甲车道红灯亮；
BY=1：
乙车道红灯亮；
由此得到交通灯的ASM图，如图12、2所示。
设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。
只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。
依此类推可以弄懂ASM图所表达的含义。
3．单元电路的设计
（1）定时器
定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。
计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。
74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。
74LS163的外引线排列图和时序波形图如图12、3所示，其功能表如表12、2所示。
图中，是低电平有效的同步清零输入端，是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp、CTT是计图12、2交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q3是数据输出端。
由两片74LS163级联组成的定时器电路如图12、4所示。
电路的工作原理请自行分析。
（a）
图12、374LS163的外引线排列图和时序波形图
（2）控制器
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表12、3所示。
选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝00状态时，如果TL＝0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝01状态。
这两种情况与条件TY无关，所以用无关项"X"表示。
其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。
图12、4定时器电路图
表12、274LS163功能表
|
表12、3控制器状态转换表
根据表12、3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：
将Q1n+1、Q0n+1和ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：
根据以上方程，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（）加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。
控制器的逻辑图如图12、5所示。
图中R、C构成上电复位电路。
图12、5控制器逻辑图
（3）译码器
译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。
控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表12、4所示。
实现上述关系的译码电路请读者自行设计。
四、实验仪器设备
1．数字电路实验箱
2．集成电路74LS741片，74LS101片，74LS002片，74LS1532片，74LS1632片，NE5551片
3．电阻51KΩ1只，200Ω6只
4．电容10Uf1只
5．其它发光二极管6只
五、实验内容及方法
表12、4控制器状态编码与信号灯关系表
状态
AGAYAR
BGBYBR
00
1 0 0
0 0 1
01
0 1 0
0 0 1
10
0 0 1
1 0 0
11
0 0 1
0 1 0
1．设计、组装译码器电路，其输出接甲、乙车道上的6只信号灯（实验时用发光二极管代替），验证电路的逻辑功能。
2．设计、组装秒脉冲产生电路。
3．组装、调试定时电路。
当CP信号为1Hz正方波时，画出CP、Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、TL．、TY的波形，并注意它们之间一的时序关系。
4．组装、调试控制器电路。
5．完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。
六路抢答器（KT230配套实验）
六路抢答器实验（KT230套件配套程序）
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KT230学习套件适用,需外扩八个小开关
1、如果想调节抢答时间或答题时间,按"抢答时间调节"键或"答题时间调节"键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一下"加1s"键,如果想减一秒按一下"-1s"键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为0s~99s,0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。
2、主持人按"抢答开始"键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设15s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设10s抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。
倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。
3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按"停止"按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按"抢答开始"进入下次抢答计时。
4、如果主持人未按"抢答开始"键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不停，直到按下"停止"键为止。
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P1.0
为开始抢答，P1.7为停止，p1.1-p1.6为六路抢答输入数码管段选P0口，位选P2口，蜂鸣器输出为P3.6口。
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OKEQU20H;抢答开始标志位;将P1口与P2口互换，P3.0-P1.0,P3.1-P1.7
RINGEQU22H;响铃标志位
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H
AJMPINT0SUB
ORG000BH
AJMPT0INT
ORG0013H
AJMPINT1SUB
ORG001BH
AJMPT1INT
ORG0040H
MAIN:
MOVR1,#0FH;初设抢答时间为15s
MOVR2,#0AH;初设答题时间为10s
MOVTMOD,#11H;设置未定时器/模式1
MOVTH0,#0F0H
MOVTL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断
SETBEA
SETBET0
SETBET1
SETBEX0
SETBEX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1
CLROK
CLRRING
SETBTR1
SETBTR0;一开始就运行定时器,以开始显示FFF.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了
;=====查询程序=====
START:
MOVR5,#0BH
MOVR4,#0BH
MOVR3,#0BH
ACALLDISPLAY;未开始抢答时候显示FFF
JBP1.0,NEXT;ddddddd
ACALLDELAY
JBP1.0,NEXT;去抖动,如果"开始键"按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询
ACALLBARK;按键发声
MOVA,R1
MOVR6,A;送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间
SETBOK;
抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答
MOVR3,0AH;抢答只显示计时,灭号数
AJMPCOUNT;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程序"在COUNT里面
NEXT:
JNBP1.1,FALSE1
JNBP1.2,FALSE2
JNBP1.3,FALSE3
JNBP1.4,FALSE4
JNBP1.5,FALSE5
JNBP1.6,FALSE6
AJMPSTART
;=====非法抢答处理程序=====
FALSE1:
ACALLBARK;按键发声
MOVR3,#01H
AJMPERROR
FALSE2:
ACALLBARK
MOVR3,#02H
AJMPERROR
FALSE3:
ACALLBARK
MOVR3,#03H
AJMPER
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