1、 1 专业课程设计报告专业课程设计报告 题目：单片机应用 2 目录目录 1、课程设计功能描述 3 2、课程设计分析 . 3 3、课程设计用资料 4 3.1、数字调节器介绍 . 4 3.2、SPI 总线简介 5 3.3、74HC595、TLC1543、TLC5615 芯片简介 . 6 3.3.1、74HC595 简介 6 3.3.2、TLC1543 的简介. 8 3.3.3、TLC5615 的简介 10 4、硬件电路原理图设计 13 5、硬件电路 PCB 板图设计 13 6、数字 PID 控制算法 .15 6.1、抗积分饱和数字 PID 控制算法原理 15 6.2、抗积分饱和数字 PID 控制算
2、法流程图 .17 6.3 积分饱和数字 PID 控制算法源程序 .18 7、调试运行结果及分析 19 8、课程设计经验教训和心得体会 19 附录22 3 1 1、课程设计功能描述、课程设计功能描述 设计一个用于过程控制的通用数字调节器。数字调节器接收变送器提供的标 准的 420mA 反馈信号，与标准的 420mA 给定值或直接设置的给定值进行比较， 对其误差进行数字 PID 运算，输出标准的 420mA 控制信号给执行机构。 数字调节器执行机构被控对象 变送器 给定值输出值e 图 1、数字调节器使用图 单 片 机 电流转电压 电路 10位A/D 采集 10位D/A 输出 电压转电流 电路 8位
3、LED 静态显示 4个按键 RS485 通讯 电源电路 420mA 485总线 420mA DC12V 数字调节器 图 2、数字调节器硬件系统框图 2 2、课程设计分析、课程设计分析 要求： 1、数字调节器采用 8 位静态 LED 显示：高四位显示给定值或参数名，低四 位显示反馈值或参数值。 2、数字调节器采用 4 个按键的组合进行参数设置和控制。 3、数字调节器有一路 420mA 的输入端：用于在串级控制时接收上一级的 给定信号。 4、数字调节器有一路 420mA 的输出端：用于输出控制器的控制信号给执 行机构。 5、数字调节器采用 485 通讯：可以与上位机进行组态通讯。 6、数字调节器采
4、用抗积分饱和数字 PID 控制算法。 7、数字调节器采用 DC12V 供电，采用 10 位 A/D 转换器 TLC1543，采用 10 4 位 D/A 传感器 TLC5615，采用 74HC595 进行静态显示的设计。 数字调节器的工作都是在硬件环境下，由微处理器执行程序完成。数字调节 器的软件包括监控管理程序和应用程序两大部分。 通用数字调节器的设计主要核 心是单片机，通过单片机来控制输入和输出量。由图 1-2 可知：考虑带单片机的 管脚是有限的，所以要采用总线技术。在此设计中我们采用了 SPI 总线技术。要 想符合设计要求，就要尽可能的节省管脚，A/D 转换和 D/A 转换都要用串行的。
5、8 位 LED 显示采用的是串口的 74HC595 芯片。进而使单片机的资源得到充分的利 用。 给定量和变送器输出的都是标准的电流量， 要通过电流转成 A/D 可以处理的 电压量。由于单片机处理的是数字量，我们要将标准的模拟量通过 A/D 转换，把 已知的模拟量转成单片机可以处理的数字量。调节器输出要控制执行器，而执行 器所需要的是模拟量， 通过 D/A 转换把单片处理后的数字量装换成标准的模拟量 给执行器。但是 D/A 输出的是电压量，所以采用电压转换成电流电路，把 A/D 输出的电压量转换成执行机构所需要的标准的电流量。 单片机的供电电压是 DC5V，给定的电源是 DC12V。通过稳压芯片
6、把 DC12V 变成 DC5V。需要用 7805 芯片整定成 DC5V 来给单片机供电。 3 3、课程设计用资料、课程设计用资料 3.13.1、数字调节器介绍、数字调节器介绍 用数字技术和微电子技术实现闭环控制的调节器，又称数字调节仪表，是数 字控制器的一种。它接受来自生产过程的测量信号，由内部的数字电路或微处 理机作数字处理，按一定调节规律产生输出数字信号或模拟信号驱动执行器，完 成对生产过程的闭环控制。 数字调节器分为数字式混合比率调节器、多回路调节器和单回路调节器三 类。 数字式混合比率调节器 它是控制组分混合比的仪表。它与流量 计、 执行器配套构成混合比率控制系统和混合-批量控制系统,用于液料混合配比 和混合产品的批量发货系统。 多回路调节器 用微处理机实现多回路 调节功能的仪表。 它可独立应用于单元性生产装置 （如工业炉窑、 精馏塔等） 中， 完成装置的全部或大部分控制作用。由于单元性装置的类型很多，多回路调节器 的品种和类型也很繁杂。一台多回路调节器可控制 816 个调节回路，有的还 可完成简单的程序控制或批量控制。
