PID数字调节器的设计(LCD显示)

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1、内蒙古科技大学智能仪表综合训练设计说明书题目：PID数字调节器的设计（LCD显示）学生姓名：学号：专业：测控技术与仪器班级：2009-1指导教师：李文涛（教授）摘要目前，在过程控制系统中大部分采用P1D数字调节器，本设计的P1D数字调节器硬件采用AT89C52单片机作为主控单元，ADC0832实现A/D转换，LCD1602用于显示，四个独立键进行P、I、D参数的设定，便件转换电路实现电压的放人。软件上用定时器T0采样，数字滤波，标度变换，限幅及防积分饱和的PID调节，PWM输出等。同时，文中还给出了此PI

2、D数字调节器的硬件电路设计及软件流程和相关的调试程序等。关键词：PID数字调节器;LCD1602显示；A/D转换；PWM输出第一章PID数字调节器的概述1第二章总体设计方案2第三章调节器的硕件设计33.1单片机的选型33.2I/V转换电路33.3ADC0832芯片简介5331ADC0832芯片说明53.3.2ADcO832与单片机的连接63.4LCD显示模块63.4.11602字符型LCD简介63.4.2引脚功能介绍7第四章PID数字调节器的软件设计84.1PID数字调节器的软件实现84.2AD采样及数字

3、滤波模块84.2.1AD采样部分84.2.2数字滤波部分94.3标度变换模块114.4键盘模块124.5PID控制模块124.6PWM输出模块14第五章系统仿真与调试16第六章总结17参考文献18附录A19硬件原理图19附录B21源程序21第一章PID数字调节器的概述随着工业自动化的不断发展，人们对于生产过程的要求越来越高，这就促使人们在牛产实践中不断探求新的控制方案。而在控制方案的选择中，控制规律的选择尤为重要。PID调节具有原理简单，使用方便，适应性强，鲁棒性强的特点而得到了广泛的应用。PID控制器（

4、比例-积分-微分控制器）,由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。通过Kp,Ti和Td三个参数进行设定。PID参数对系统的影响：（1）比例增益Kp能及时地反映控制系统的偏差信号，系统一旦出现了偏差，比例环节立即产生调节作用，使系统偏差快速向减小的趋势变化。当比例增益Kp越大,PID控制器调节速度越快。但Kp不能太大，过大的比例增益会加大调节过程的超调量，从而降低系统的稳定性，其至可能造成系统的不稳定。（2）积分环节可以消除系统稳态误差。积分作用的强弱取决于积分时间常数的大小,Ti越小，积分作用越强，反之

5、则积分作用弱。积分作用的引入会使系统稳定性下降,动态响应变慢。（3）微分环节的引入，主要是为了改善控制系统的响应速度和稳定性。微分作用具有超前的控制作用，因此，微分作用可以改善系统的动态性能。微分作用的强弱取决于微分时间Td的大小，Td越大，微分作用越强，反之则越弱。数字PID调节器就是将模拟信号（包括电流、电压）通过AD转换变为数字信号，微处理器（本设计采用单片机）再将数字信号通过一定的算法进行一定的处理,然后将处理过后的数字信号通过PWM输出。第二章总体设计方案PID调节器将变送器传过来的4〜20mA

6、的电流信号，经硬件滤波电路（RC）进行滤波，再接250欧姆的电阻转换为1〜5V,送入ADC0832进行转化，AD转换后的信号送入单片机进行PID运算，然后以PWI输出（0〜5V）,同时用LCD1602进行显示。此外用四个独立按键（K1功能键、K2确定键、K3加法键、K4减法键）进行操作，以实现对PID参数的设定。总体流程图如图2.1所示。图2.1总体流程图第三章调节器的硬件设计3J单片机的选型AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的•它是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片

7、内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可实现较复杂的系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工吊行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，但不可以在线编程(S

8、系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成木。其管脚图如下图3.1所示。P1.OT2)PI.KT2EXI(ATO)PO.OiADDRi.IP1.2(AQ2)P0.2PI.3(AD3)P0.3P1.4f.AEM)P0.4PI.5•©P1.6(AD6)P0.6PI.7(AD7)P0.7P3.XINT1)(AS)P2・OPB.aihOO)GWP2.1P