通用数字PID调节器设计.docx
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通用数字PID调节器设计
通用数字PID调节器设计
主要技术数据和设计要求
主要技术数据：
8路模拟量输入：
适配1～5V输入，量程自由设定；
8路输出控制信号：
1～5V标准电压输出；
输入模拟量转换精度：
0.1%；
RS232串行通讯通口；
控制模型：
数字PID控制算法
PID参数范围：
比例带Kp：
1-999.9%
积分时间Ti：
1-9999秒（Ti=9999时积分切除）
微分时间Td:
：
0-9999秒（Td=0时微分切除）
调节控制器使用51内核的单片机内核的单片机，完成对8路模拟信号的切换、信号变换、A/D转换；单片机对数据处理后（含数字滤波、数值变换），送到显示和通讯部分，并经PID运算处理后通过D/A转换器输出。
经信号变换和信号分配后输出8路控制信号。
设计中应充分考虑干扰问题。
设计步骤
一、总体方案设计
二、控制系统的建模和数字控制器设计
三、硬件的设计和实现
1.选择计算机机型（采用51内核的单片机）；
2.设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口等）；
3.设计键盘、显示接口电路；
4.设计8路模拟量输入输出通道；
5.设计RS232串行通讯通口；
*6.其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）。
四、软件设计
1.分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块；
2.编写数字PID调节器软件模块；
3.编写数字滤波程序；
*4.编写A/D、D/A转换器处理程序模块；
*5.其它程序模块（显示与键盘等处理程序）。
五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图。
PID调节器主控部分包括以下几个部分：
单片机部分、A/D转换部分、D/A转换部分、稳压部分、数字输入输出部分以及串口通信部分。
D1：
内部设定点信号灯
S1：
内部设定点和外部设定点转换开关
D2：
手动信号灯
S2：
手动自动转换开关
D3：
实际值X显示信号灯
D4：
设定值W显示信号灯
S3：
参数修改以及实际值和设定值显示转换开关
D5：
超过限定值信号灯
D6：
低于限定值信号灯
S4：
设定值增加按钮
S5：
设定值减少按钮
S6：
修改手动变量按钮
S7：
修改手动变量按钮
附录[1]主程序—MAIN.C
#include"adconver.h"
#include"delay.h"
#include"dis7281.h"
#include"STC12C5410AD.H"
#include"main.H"
#include"subkey0.h"
#include"subkey1.h"
#include"subkey2.h"
#include"subkey3.h"
#include"subkey4.h"
#include"subkey5.h"
#include"subkey6.h"
bitinsertsetframe=1;//内部设定标志位
bithandframe=1;//手动设定标志位
bitimprovedisframe=0;//实际值标志位
bitshineframe=0;//判断是不是第一次开机停止4LED的闪烁
bitcanshuframe=0x00;//参数标志位
unsignedcharcircleframe=0x00;//参数循环变量
unsignedcharchannelframe=0x00;//通道标志位
unsignedcharledframe=0xfc;//LED灯管状态
unsignedchartimes=0x00;//记数位
unsignedcharreadkey;
unsignedintsetvalue=0x00;//设定值
unsignedcharoutputvalue=0x00;//输出值
unsignedintlimup=0x270f;//实际值上限
unsignedintlimdown=0x00;//实际值下限
unsignedinta1=0x270f;//上限报警值
unsignedinta2=0x00;//下限报警值
unsignedintcp=0x00;//P参数
unsignedintci=0x00;//I参数
unsignedintcd=0x00;//D参数
unsignedcharled[6];//LED值公共
main（）
{
unsignedinttmr;
unsignedcharkeynumber;
for（tmr=0;tmr<0xffff;tmr++）;
write7281（0x12,0x80）;
write7281（0x10,0xf0）;
write7281（0x00,0xc8）;
write7281（0x14,0x1b）;
write7281（0x14,0x2e）;
write7281（0x15,0x30）;
write7281（0x15,0x40）;
write7281（0x15,0x50）;
write7281（0x06,0xfc）;
while
（1）
{
while（!
key）
{
keynumber=read7281（0x13）;
switch（keynumber）
{
case0x00:
subkey0（）;break;
case0x01:
subkey1（）;break;
case0x02:
subkey2（）;break;
case0x03:
subkey3（）;break;
case0x04:
subkey4（）;break;
case0x05:
subkey5（）;break;
case0x06:
subkey6（）;break;
default:
break;
}
}
}
}
附录[2]S1模块的程序—SUBKEY0．C
#include"delay.h"
#include"dis7281.h"
#include"STC12C5410AD.H"
#include"main.H"
#include"subkey0.h"
voidsubkey0（）
{
if（insertsetframe==1）
{
insertsetframe=0;
ledframe|=0x01;
write7281（0x06,ledframe）;
}
else
{
insertsetframe=1;
ledframe&=0xfe;
write7281（0x06,ledframe）;
}
}//更改内部设定和外部设定的状态，并将相应的状态位进行更改，并更改状态灯
附录[3]S2模块的程序—SUBKEY1．C
#include"delay.h"
#include"dis7281.h"
#include"STC12C5410AD.H"
#include"main.H"
#include"subkey1.h"
voidsubkey1（）
{
if（handframe==1）
{
handframe=0;
ledframe|=0x02;
write7281（0x06,ledframe）;
}
else
{
handframe=1;
ledframe&=0xfd;
write7281（0x06,ledframe）;
}
}//更改手动自动状态，改变相应的状态位，更改相应的状态灯
附录[4]S3模块的程序—SUBKEY2．C
#include"delay.h"
#include"dis7281.h"
#include"STC12C5410AD.H"
#include"main.H"
#include"subkey2.h"
#include"adconver.h"
#include"subkey0.h"
#include"subkey1.h"
#include"hdconver.h"
#include"subkey3.h"
#include"subkey4.h"
#include"pid.h"
#include"daconver.h"
voidsubkey2（）
{
if（shineframe==0）
{
write7281（0x10,0xff）;
shineframe=1;
}
else
{
skey2（）;
}
}
voidskey2（void）
{//canshuframe=1;
write7281（0x18,0x17）;
switch（circleframe）
{
case0x00:
ledframe|=0x0c;
write7281（0x06,ledframe）;
circleframe+=1;
hdconver（limup）;//4LED显示上限值
dis4led（）;
write7281（0x14,0x41）;
write7281（0x14,0x5C）;//写入2LEDHI
break;
case0x01:
circleframe+=1;
hdconver（limdown）;//4LED显示下限值
dis4led（）;
write7281（0x14,0x40）;
write7281（0x14,0x5d）;//写入2LEDLO
break;
case0x02:
circleframe+=1;
hdconver（a1）;//4LED显示上限报警
dis4led（）;
write7281（0x14,0x41）;
write7281（0x15,0x5a）;//写入2LEDA1
break;
case0x03:
circleframe+=1;
hdconver（a2）;//4LED显示下限报警
dis4led（）;
write7281（0x14,0x42）;
write7281（0x15,0x5a）;//写入2LEDA2
break;
case0x04:
circleframe+=1;
hdconver（cp）;//4LED显示P参数
dis4led（）;
write7281（0x14,0x4e）;
write7281（0x14,0x5f）;//写入2LEDP
break;
case0x05:
circleframe+=1;
hdconver（ci）;//4LED显示I参数
dis4led（）;
write7281（0x14,0x41）;
write7281（0x14,0x5f）;//写入2LEDI
break;
case0x06:
circleframe+=1;
hdconver（cd）;//4LED显示D参数
dis4led（）;
write7281（0x15,0x4d）;
write7281（0x14,0x5f）;//写入2LEDI
break;
case0x07:
improvedisframe=0;
ledframe=（ledframe|0x08）&0xfb;
circleframe+=1;
adconver（）;
write7281（0x14,0x40）;
write7281（0x14,channelframe）;
write7281（0x06,ledframe）;
break;
case0x08:
improvedisframe=1;
ledframe=（ledframe|0x04）&0xf7;
circleframe=0;
pidcf（）;
daconver（）;
hdconver（setvalue）;
dis4led（）;
write7281（0x06,ledframe）;
break;
default:
break;
}
}//按相应的S3改变不同的参数
附录[5]S4模块的程序—SUBKEY3．C
#include"delay.h"
#include"dis7281.h"
#include"STC12C5410AD.H"
#include"main.H"
#include"subkey3.h"
#include"subkey2.h"
#include"hdconver.h"
voidsubkey3（）
{
switch（circleframe）
{
case0x01:
limup=add1（limup）;
break;
case0x02:
limdown=add1（limdown）;
break;
case0x03:
a1=add1（a1）;
break;
case0x04:
a2=add1（a2）;
break;
case0x05:
cp=add1（cp）;
break;
case0x06:
ci=add1（ci）;
break;
case0x07:
cd=add1（cd）;
break;
case0x00:
setvalue=add1（setvalue）;
break;
default:
break;
}
}
unsignedintadd1（unsignedintvalue）
{
ledframe|=0x20;//关掉下限报警
write7281（0x06,ledframe）;
if（value==9999）
{
ledframe&=0xef;//打开上限报警灯
write7281（0x06,ledframe）;
write7281（0x06,ledframe）;
}
else
{
value+=1;
}
hdconver（value）;
dis4led（）;
return（value）;
}
附录[6]S5模块的程序—SUBKEY4．C
#include"delay.h"
#include"dis7281.h"
#include"STC12C5410AD.H"
#include"main.H"
#include"subkey4.h"
#include"subkey2.h"
#include"hdconver.h"
voidsubkey4（）
{
switch（circleframe）
{
case0x01:
limup=sub1（limup）;
break;
case0x02:
limdown=sub1（limdown）;
break;
case0x03:
a1=sub1（a1）;
break;
case0x04:
a2=sub1（a2）;
break;
case0x05:
cp=sub1（cp）;
break;
case0x06:
ci=sub1（ci）;
break;
case0x07:
cd=sub1（cd）;
break;
case0x00:
setvalue=sub1（setvalue）;
break;
default:
break;
}
}
unsignedintsub1（unsignedintvalue）
{
ledframe|=0x10;//关掉上限报?
write7281（0x06,ledframe）;
if（value==0）
{
ledframe&=0xdf;//打开上限报警灯
write7281（0x06,ledframe）;
}
else
{
value-=1;
}
hdconver（value）;
dis4led（）;
return（value）;
}
附录[7]S6模块的程序—SUBKEY5．C
#include"delay.h"
#include"dis7281.h"
#include"STC12C5410AD.H"
#include"main.H"
#include"subkey5.h"
#include"hdconver.h"
voidsubkey5（）
{
if（improvedisframe==0）
{
channelframe=0x00;
write7281（0x15,0x40）;
write7281（0x15,0x50）;//若现在状态为实际值，则改变通道状态并显示现在状态为00
}
else
{
if（handframe==1）
{
ledframe|=0x10;//关掉上限报警灯
write7281（0x06,ledframe）;
if（outputvalue==0x00）
{
ledframe&=0xdf;//打开下限报警灯
write7281（0x06,ledframe）;
}
else
{
outputvalue-=1;
hdconver2（outputvalue）;
}
dis2led（）;
}
}
}
附录[7]S7模块的程序—SUBKEY6．C
#include"delay.h"
#include"dis7281.h"
#include"STC12C5410AD.H"
#include"main.H"
#include"subkey6.h"
#include"hdconver.h"
voidsubkey6（）
{
if（improvedisframe==0）
{
channelframe=0x01;
write7281（0x15,0x41）;
write7281（0x15,0x50）;//若现状态为实际值，则2LED显示为01
}
else
{
if（handframe==1）
{
ledframe|=0x20;//关掉下限报警灯
write7281（0x06,ledframe）;
if（outputvalue==99）
{
ledframe&=0xef;//打开上限报警档?
write7281（0x06,ledframe）;
}
else
{
outputvalue+=1;
hdconver2（outputvalue）;
}
}
dis2led（）;
}
}
附录[8]A/D转换模块的程序—ADCONVER．C
#include"STC12C5410AD.H"
#include"adconver.H"
#include"delay.h"
#include"main.h"
#include"dis7281.h"
#include"hdconver.h"
voidadconver（）
{unsignedcharadchanne=0xe0;//设置P1的0.1位为AD输入通道
ADC_CONTR=（0x80|ADC_CONTR）+channelframe;//开启AD模拟电源
delay（1000）;
P1M0=0x03;
P1M1=0x03;//设置通道为开漏模式
ADC_CONTR=adchanne+channelframe;//设置AD转换通道
delay（22）;
ADC_DATA=0x00;
ADC_LOW2=0x00;//清除数据口
ADC_CONTR|=0x08;//开启AD端口
while（!
（ADC_CONTR&0x10））{};//等待AD转换完成
ADC_CONTR&=0xe7;//停止AD转换
P1M0&=0xfd;
P1M1&=0xfd;//设置P1口为普通IO模式
addis（）;
}
voidaddis（）
{
unsignedintaddata;
doubleliangch;
liangch=（limup-limdown）/100;
addata=ADC_DATA+（ADC_LOW2&0x03）*1024;
liangch=liangch/1023*addata;
addata=（unsignedint）liangch;
if（addata>a1）
{
ledframe&=0xef;//打开上限报警灯
write7281（0x06,ledframe）;
}
if（addata{
ledframe&=0xdf;//打开上限报警灯
write7281（0x06,ledframe）;
}
hdconver（addata）;
dis4led（）;
}
附录[8]D/A转换模块的程序—DACONVER．C
#include"delay.h"
#include"STC12C5410AD.H"
#include"main.H"
#include"daconver.h"
sbitTLV5618_SCLK=P1^7;
sbitTLV5618_DIN=P1^5;
sbitTLV5618_CS=P1^4;
voidmDelay（unsignedinta）
{unsignedintf;
for（f=0;f}
voidTLV5618（unsignedintda）
{
unsignedinti;
unsignedintdat;
dat=da|0xc000;
TLV5618_CS=0;
TLV5618_SCLK=0;
for（i=0;i<16;i++）
{
TLV5618_DIN=（bit）（dat&0x8000）;
dat=dat<<1;
TLV5618_SCLK=1;
mDelay（50）;
TLV5618_SCLK=0;
mDelay（50）;
}
TLV5618_CS=1;
}
voiddaconver（void）
{floati=100;
unsignedintda;
i=outputvalue/100*4096;
da=（unsignedint）i;
TLV5618（da）;
}
附录[9]显示及键盘模块的程序—DIS7281．C
#include"delay.H"
#include"STC12C5410AD.H"
#include"dis7281.H"
#include"main.h"
voidwrite7281（unsignedcharregadd,unsignedcharwritedata）
{
sendbyte（regadd）;
sendbyte（writedata）;
}
voidsendbyte（unsignedcharsendbyte）
{
unsignedcharbitcounter;
clk=0;
clk=1;
do{
clk=0;
clk=1;
}while（dat）;
clk=0;
clk=1;
while（!
dat）;
for（bitcounter=0;bitcounter<8;bitcounter++）
{
i
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