51单片机PID示例程序及Proteus仿真实现 TLC5615+LTC1292采集

示波器图中，紫色线高点是3.5v，低点是1.5v
一一对应程序中的getset（350），getset（150）
仿真正确
此pid封装成.c .h文件形式，可以直接调用

仿真原理图如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下载）


(1) 了解工业过程控制的一般情况；
(2)  掌握数字PID控制器程序设计方法；

2.实验内容
设计单片机控制电路，采用TLC5615和LTC1292芯片采集电压和输出电压，并编写数字PI控制器程序，对直流电机进行控制，要求采样周期100毫秒，对设定值转速和实际转速进行实时显示。
PID采用增量式，定点计算，输入要滤波，输出要限幅。

3、预备知识
控制系统软件的设计，一般必须有严格的时间限制，故必须基于定时中断进行设计，在中断中运行实时性要求的程序，如A/D采样程序、PID控制程序、D/A输出程序、数码管显示刷新程序和键盘扫描程序等。在主程序中进行一些实时性要求低的程序，如打印程序、数据输入程序等。

4、实验步骤
从D/A输出点接一个二阶惯性对象，将对象输出接A/D输入点。
在PC机输入源程序并汇编，然后下载到单片机上，进行调试。
注意二阶系统的电路需要与单片机共地

(1) 整理好实验程序。
(2) 总结比例参数P积分参数I和采样周期对控制系统性能的影响。

单片机源程序如下:
PID.C

1. #include "pid.h"
   
2. 
   
3. PID pid;
   
4. 
   
5. void PIDParament_Init()  //
   
6. {
   
7.     pid.choose_model = MODEL_PID;
   
8.     pid.T=5;                //采样周期
   
9.                 pid.set =280;            //用户设定值
   
10.     pid.Kp=20;                //比例系数
    
11.     pid.Ti=100;                //积分比例常数
    
12.     pid.Td=5;                //微分时间常数
    
13.     pid.OUT0=0;                //一个维持的输出
    
14. 
    
15.     pid.pwmcycle = 280;    //PWM的周期
    
16. }
    
17. 
    
18.    
    
19. void pid_calc()  //pid计算
    
20. {
    
21.   float dk1;float dk2;
    
22.   float t1,t2,t3;   
    
23. //    if(pid.Tdata < (pid.T))  //最小计算周期未到
    
24. //     {
    
25. //            return ;
    
26. //     }
    
27. //    pid.Tdata = 0;
    
28.     pid.curr=LTC1292();                //A/D输入值
    
29.                  
    
30.     pid.En=pid.set-pid.curr;  //本次误差
    
31.                  
    
32.                  
    
33.     dk1=pid.En-pid.En_1;   //本次误差与上次误差之差
    
34.     dk2=pid.En-2*pid.En_1+pid.En_2;        //理解为第二个误差
    
35.    
    
36.                 t1=pid.Kp*dk1;                            //比例
    
37.    
    
38.     t2=(pid.Kp*pid.T)/pid.Ti;      //积分
    
39.     t2=t2*pid.En;
    
40.    
    
41.     t3=(pid.Kp*pid.Td)/pid.T;        //微分
    
42.     t3=t3*dk2;
    
43.    
    
44.     switch(pid.choose_model)
    
45.      {
    
46.          case MODEL_P:     pid.Dout= t1;    //仅使用P计算               
    
47.                         
    
48.              break;
    
49.          
    
50.          case MODEL_PI:  pid.Dout= t1+t2;    //使用PI计算            
    
51.                         
    
52.              break;
    
53.                  
    
54.          case MODEL_PID: pid.Dout= t1+t2+t3; //使用PID计算      
    
55. 
    
56.              break;
    
57.      }
    
58.          
    
59.     pid.currpwm+=pid.Dout;  //本次应该输出的PID
    
60. //    if(pid.currpwm>pid.pwmcycle)            //判断本次输出的PID在输出要求之间
    
61. //    {
    
62. //      pid.currpwm=pid.pwmcycle;
    
63. //    }
    
64. //    if(pid.currpwm<0)
    
65. //    {
    
66. //     pid.currpwm=0;
    
67. //    }
    
68.     if(pid.currpwm>1023*15) pid.currpwm=1023*15;//输出扩大，使效果明显
    
69.                 if(pid.currpwm<0) pid.currpwm=0;
    
70.     pid.En_2=pid.En_1;//每次更新的交换，先交换e2的值，再交换e1
    
71.     pid.En_1=pid.En;
    
72.     //此处输出PWM
    
73.                 TLC5615(pid.currpwm/15);
    
74. }
    

复制代码

1. #include <reg52.h>
   
2. #include <pid.h>
   
3. #define  uchar unsigned char
   
4. #define  uint unsigned int
   
5. #define  ulong unsigned long
   
6. //sfr AUXR =0x8E;
   
7. sbit ADAT=P2^5;
   
8. sbit ACLK=P2^6;
   
9. sbit ACS =P2^7;
   
10. sbit Set=P3^7;
    
11. uint LTC1292(void)        //输入值
    
12. {
    
13.         uint i,x;
    
14.         ACLK=0; ADAT=1; ACS=0;
    
15.         for(i=0;i<14;i++)
    
16.         {
    
17.                 ACLK=1;         
    
18.                 x<<=1;
    
19.                 if(ADAT==1) x++;
    
20.                 ACLK=0;
    
21.         }
    
22.         ACS=1;
    
23.         return (x&0xfff);
    
24. }
    
25. sbit DDAT  = P3^4;
    
26. sbit DCS  = P3^3;
    
27. sbit DCLK  = P3^2;
    
28. void TLC5615(uint j) //输出值，PID计算后输出
    
29. {
    
30.   uchar i;
    
31.   DCLK=0; DCS=0;
    
32.   j=j<<6;
    
33.   for(i=0;i<12;i++)
    
34.   {
    
35.     j=j<<1; DDAT=CY;
    
36.     DCLK=0;  DCLK=1;
    
37.   }
    
38.   DCLK=0; DCS=1;
    
39. }
    
40. #define kp 20                //比例系数
    
41. #define ki 1                //积分系数
    
42. #define kd 15                //微分系数
    
43. #define TIM -10000                //采样周期
    
44. int e0=0,e1=0,e2=0;                //三个时刻
    
45. int s;                                        //增量式PID计算本次应该输出的增量值
    
46. uint r,y;                                //r是实际要求的输出，Y是A/D传过来的输出
    
47. long u;                                       
    
48. void PID_in() interrupt 3
    
49. {
    
50. //        float dk1,dk2;
    
51. //        float t1,t2,t3;//分别为比例、积分、微分
    
52.   TH1=TIM>>8; TL1=TIM&0Xff;
    
53. //  y=LTC1292();                //A/D输入值
    
54. //  e2=e1=e0;
    
55. //        e0=r-y;        //本次误差
    
56. //        
    
57. //        dk1 = e0-e1;//上一次误差
    
58. //        dk2 = e0-2*e1+e2;//上上次误差
    
59. //        
    
60. //  u+=dk1*kp+e0*ki+dk2*kd;        
    
61. //  if(u>1023*kd) u=1023*kd;
    
62. //  if(u<0) u=0;
    
63. //  s=u/kd;
    
64. //  TLC5615(s);
    
65.         pid_calc();
    
66. }
    
67. 
    
68. uint GetSet(ulong x)
    
69. {
    
70.   ulong m;
    
71.   m=x*4095;
    
72.   return m/500;
    
73. }
    
74. void main()
    
75. {
    
76.   IE=0x88;TMOD=0X11;
    
77.   TH1=TIM>>8; TL1=TIM&0xff;TR1=1;
    
78.         PIDParament_Init();
    
79.   while(1)
    
80.   {
    
81.                
    
82.     if(Set)        pid.set=GetSet(350);
    
83.                 else  pid.set=GetSet(150);
    
84.                
    
85.   }
    
86. }
    

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2021-7-23 16:48 上传

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