PID运算程序初始化程序的编写思路及程序的实现

　　设计中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。另外本系统中使用了红外对管对直流电机的转速进行测量，经过整形电路后将测量值送到单片机，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PID运算从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PID运算程序初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。
　　
　　1 单片机最小系统：单片机最小系统由51单片机，晶振电路，复位电路，电源组成。大家都比较熟悉，这里不再赘述。
　　2 四位数码管显示：在应用系统中，设计要求不同，使用的LED显示器的位数也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不同的LED显示器供选择，在本设计中，选择4位一体的数码型LED显示器，简称“4-LED”。本系统中前三位显示电压的整数位，最后一位显示转速的小数位。4-LED显示器引脚如图2所示，是一个共阴极接法的4位LED数码显示管，其中a，b，c，e，f，g为4位LED各段的公共输出端，1、2、3、4分别是每一位的位数选端，dp是小数点引出端，4位一体LED数码显示管的内部结构是由4个单独的LED组成，每个LED的段输出引脚在内部都并联后，引出到器件的外部。
　　3 电机驱动电路：电机驱动电中是采用ULN2003来驱动。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成。该电路的特点：ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据，输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。ULN2003的引脚图，其中IN1~IN7为输入控制端；OUT1~OUT7为输出端；8脚为芯片的接地端；9脚为公共端，该脚是内部7个续流二极管负极的公共端，各二极管的正极分别接各达林顿管的集电极。用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。如果该脚接地，实际上就是达林顿管的集电极对地接通。
　　当P1.0中为高电平时，其内部三极管导通，使电机转动。当P1.0为低电平时，内部三极管截止，电路断开，电机停止转动。所以在程序中可以利用P1.0口输出PWM波来控制电机的转速。
　　4 红外测速电路：发射管工作时发出红外线，当接收管收到红外信号时，其电阻变小（本设计相当于从无穷大变到1k左右）。利用其电阻变化，改变接收管分压情况。挡片是利用圆盘上剪四个孔，当挡片随电机转动时，接收管两端电平发生变化，产生脉冲。
　　5 整形电路：本设计的整形电路是用555定时器接成的施密特触发器。

　　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}; //共阴数码管显示码（0-9）
　　***it xiaoshudian=P0^7;
　　***it wei1=P2^4; //数码管位选定义
　　***it wei2=P2^5;
　　***it wei3=P2^6;
　　***it wei4=P2^7;
　　***it beep=P2^3; //蜂鸣器控制端
　　***it motor = P1^0; //电机控制
　　***it s1_jiasu = P1^4; //加速按键
　　***it s2_jiansu= P1^5; //减速按键
　　***it s3_jiting=P1^6; //停止/开始按键
　　uint pulse_count; //INT0接收到的脉冲数
　　uint num=0; //num相当于占空比调节的精度
　　uchar speed［3］; //四位速度值存储
　　float bianhuasudu; //当前速度（理论计算值）
　　float reallyspeed; //实际测得的速度
　　float vv_min=0.0;vv_max=250.0;
　　float vi_Ref=60.0; //给定值
　　float vi_PreError，vi_PreDerror;
　　uint pwm=100; //相当于占空比标志变量
　　int sample_time=0; //采样标志
　　float v_kp=1.2，v_ki=0.6，v_kd=0.2; //比例，积分，微分常数
　　void delay （uint z）
　　{
　　uint x，y;
　　for（x=z;x》0;x--）
　　for （y=20;y》0;y--）;
　　}
　　void time_init（）
　　{
　　ET1=1; //允许定时器T1中断
　　ET0=1; //允许定时器T0中断
　　TMOD = 0x15; //定时器0计数，模式1；定时器1定时，模式1
　　TH1 = （65536-100）/256; //定时器1值，负责PID中断 ，0.1ms定时
　　TL1 = （65536-100）%6;
　　TR0 = 1; //开定时器
　　TR1 = 1;
　　IP=0X08; //定时器1为高优级
　　EA=1; //开总中断
　　}
　　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） //减速
　　{
　　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; //偏差的计算
　　d_error=error1-vi_PreError; //误差的偏差
　　dd_error=d_error-vi_PreDerror; //误差变化率
　　vi_PreError=error1; //存储当前偏差
　　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之后强制转化成整型
　　speed［3］=sudu/1000; //百位
　　speed［2］=（sudu00）/100; //十位
　　speed［1］=（sudu0）/10; //个位
　　speed［0］=sudu; //小数点后一位
　　wei1=0; //第一位打开
　　P0=table［speed［3］］;
　　delay（5）;
　　wei1=1; //第一位关闭
　　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） //对按键3进行扫描，增强急停效果
　　{
　　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定时
　　TL1 = （65536-100）%6;
　　sample_time ;
　　if（sample_time==5000） //采样时间0.1ms*5000=0.5s
　　{
　　TR0=0; //关闭定时器0
　　sample_time=0;
　　pulse_count=TH0*255 TL0; //保存当前脉冲数
　　keyscan（）; //扫描按键
　　reallyspeed=pulse_count/（4*0.6）; //计算速度
　　pwm=pwm v_PIDCalc（vi_Ref，reallyspeed）;
　　if（pwm
　　if（pwm》100）pwm=100;
　　TH0=TL0=0;
　　TR0=1; //开启定时器0
　　}
　　num ;
　　if（num==pwm） //此处的num值，就是占空比
　　{
　　motor=0;
　　}
　　if（num==100） //100相当于占空比调节的精度
　　{
　　num=0;
　　motor=1;
　　}
　　}