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江湖救急 如何将pid算法 写入单片机中

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楼主
ID:183114 发表于 2017-3-24 17:06 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
  老师要求 机械臂中要加入智能算法 ，可是我完全是外行 ，请问 如何将pid 模糊算法加入单片机中
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沙发
ID:155507 发表于 2017-3-24 19:46 | 只看该作者

  2. //一个典型的PID处理程序，包含了最常用的PID算法的基本架构，没有包含输入输出处理部分。适合新手了解PID结构，入门学习用。

  4. /*
  5. 注意：
  6. 使用不同的MCU的时候，需要进行相应的简化和改写。而且由于单片机的处理速度和ram资源的限制，一般不采用浮点数运算。而将所有参数全部用整数，运算到最后再除以一个2的N次方数据（相当于移位），作类似定点数运算。这样可大大提高运算速度，根据控制精度的不同要求，当精度要求很高时，注意保留移位引起的“余数”，做好余数补偿就好了。
  7. */

  9. #include<reg51.h>
  10. #include<intrins.h>
  11. #include<math.h>
  12. #include<string.h>

  14. struct PID {
  15.         unsigned int SetPoint; // 设定目标 Desired Value
  16.         unsigned int Proportion; // 比例常数 Proportional Const
  17.         unsigned int Integral; // 积分常数 Integral Const
  18.         unsigned int Derivative; // 微分常数 Derivative Const
  19.         unsigned int LastError; // Error[-1]
  20.         unsigned int PrevError; // Error[-2]
  21.         unsigned int SumError; // Sums of Errors
  22. };
  23. struct PID spid; // PID Control Structure
  24. unsigned int rout; // PID Response (Output)
  25. unsigned int rin; // PID Feedback (Input)
  26. sbit data1=P1^0;
  27. sbit clk=P1^1;
  28. sbit plus=P2^0;
  29. sbit subs=P2^1;
  30. sbit stop=P2^2;
  31. sbit output=P3^4;
  32. sbit DQ=P3^3;
  33. unsigned char flag,flag_1=0;
  34. unsigned char high_time,low_time,count=0;//占空比调节参数
  35. unsigned char set_temper=35;
  36. unsigned char temper;
  37. unsigned char i;
  38. unsigned char j=0;
  39. unsigned int s;
  40. /***********************************************************
  41.                 延时子程序,延时时间以12M晶振为准,延时时间为30us×time
  42.                 ***********************************************************/
  43. void delay(unsigned char time)
  44. {
  45.         unsigned char m,n;
  46.         for(n=0;n<time;n++)
  47.         for(m=0;m<2;m++){}
  48. }
  49. /***********************************************************
  50.                 写一位数据子程序
  51.                 ***********************************************************/
  52. void write_bit(unsigned char bitval)
  53. {
  54.         EA=0;
  55.         DQ=0; /*拉低DQ以开始一个写时序*/
  56.         if(bitval==1)
  57.         {
  58.                 _nop_();
  59.                 DQ=1; /*如要写1，则将总线置高*/
  60.         }
  61.         delay(5); /*延时90us供DA18B20采样*/
  62.         DQ=1; /*释放DQ总线*/
  63.         _nop_();
  64.         _nop_();
  65.         EA=1;
  66. }
  67. /***********************************************************
  68.                 写一字节数据子程序
  69. ***********************************************************/
  70. void write_byte(unsigned char val)
  71. {
  72.         unsigned char i;
  73.         unsigned char temp;
  74.         EA=0;
  75.         TR0=0;
  76.         for(i=0;i<8;i++) /*写一字节数据，一次写一位*/
  77.         {
  78.                 temp=val>>i; /*移位操作，将本次要写的位移到最低位*/
  79.                 temp=temp&1;
  80.                 write_bit(temp); /*向总线写该位*/
  81.         }
  82.         delay(7); /*延时120us后*/
  83.         // TR0=1;
  84.         EA=1;
  85. }
  86. /***********************************************************
  87.                 读一位数据子程序
  88. ***********************************************************/
  89. unsigned char read_bit()
  90. {
  91.         unsigned char i,value_bit;
  92.         EA=0;
  93.         DQ=0; /*拉低DQ，开始读时序*/
  94.         _nop_();
  95.         _nop_();
  96.         DQ=1; /*释放总线*/
  97.         for(i=0;i<2;i++){}
  98.         value_bit=DQ;
  99.         EA=1;
  100.         return(value_bit);
  101. }
  102. /***********************************************************
  103.                 读一字节数据子程序
  104. ***********************************************************/
  105. unsigned char read_byte()
  106. {
  107.         unsigned char i,value=0;
  108.         EA=0;
  109.         for(i=0;i<8;i++)
  110.         {
  111.                 if(read_bit()) /*读一字节数据，一个时序中读一次，并作移位处理*/
  112.                 value|=0x01<<i;
  113.                 delay(4); /*延时80us以完成此次都时序，之后再读下一数据*/
  114.         }
  115.         EA=1;
  116.         return(value);
  117. }
  118. /***********************************************************
  119.                 复位子程序
  120. ***********************************************************/
  121. unsigned char reset()
  122. {
  123.         unsigned char presence;
  124.         EA=0;
  125.         DQ=0; /*拉低DQ总线开始复位*/
  126.         delay(30); /*保持低电平480us*/
  127.         DQ=1; /*释放总线*/
  128.         delay(3);
  129.         presence=DQ; /*获取应答信号*/
  130.         delay(28); /*延时以完成整个时序*/
  131.         EA=1;
  132.         return(presence); /*返回应答信号，有芯片应答返回0,无芯片则返回1*/
  133. }
  134. /***********************************************************
  135.                 获取温度子程序
  136. ***********************************************************/
  137. void get_temper()
  138. {
  139.         unsigned char i,j;
  140.         do
  141.         {
  142.                 i=reset(); /*复位*/
  143.         }  while(i!=0); /*1为无反馈信号*/
  144.         i=0xcc; /*发送设备定位命令*/
  145.         write_byte(i);
  146.         i=0x44; /*发送开始转换命令*/
  147.         write_byte(i);
  148.         delay(180); /*延时*/
  149.         do
  150.         {
  151.                 i=reset(); /*复位*/
  152.         }  while(i!=0);
  153.         i=0xcc; /*设备定位*/
  154.         write_byte(i);
  155.         i=0xbe; /*读出缓冲区内容*/
  156.         write_byte(i);
  157.         j=read_byte();   
  158.         i=read_byte();
  159.         i=(i<<4)&0x7f;
  160.         s=(unsigned int)(j&0x0f);            //得到小数部分
  161.         s=(s*100)/16;
  162.         j=j>>4;
  163.         temper=i|j; /*获取的温度放在temper中*/
  164. }
  165. /*====================================================================================================
  166.                 Initialize PID Structure

  168. =====================================================================================================*/
  169. void PIDInit (struct PID *pp)
  170. {
  171.         memset ( pp,0,sizeof(struct PID));           //全部初始化为0
  172. }
  173. /*====================================================================================================
  174.                 PID计算部分

  176. =====================================================================================================*/
  177. unsigned int PIDCalc( struct PID *pp, unsigned int NextPoint )
  178. {
  179.         unsigned int dError,Error;
  180.         Error = pp->SetPoint - NextPoint;          // 偏差           
  181.         pp->SumError += Error;                     // 积分                                   
  182.         dError = pp->LastError - pp->PrevError;    // 当前微分  
  183.         pp->PrevError = pp->LastError;                           
  184.         pp->LastError = Error;                                       
  185.         return (pp->Proportion * Error             // 比例项           
  186.         + pp->Integral * pp->SumError              // 积分项
  187.         + pp->Derivative * dError);                // 微分项
  188. }
  189. /***********************************************************
  190.                 温度比较处理子程序
  191. ***********************************************************/
  192. void compare_temper()
  193. {
  194.         unsigned char i;
  195.         if(set_temper>temper)      //是否设置的温度大于实际温度
  196.         {
  197.                 if(set_temper-temper>1)         //设置的温度比实际的温度是否是大于1度
  198.                 {
  199.                         high_time=100;                     //如果是，则全速加热
  200.                         low_time=0;
  201.                 }
  202.                 else                                         //如果是在1度范围内，则运行PID计算
  203.                 {
  204.                         for(i=0;i<10;i++)
  205.                         {
  206.                                 get_temper();                          //获取温度
  207.                                 rin = s; // Read Input
  208.                                 rout = PIDCalc ( &spid,rin ); // Perform PID Interation
  209.                         }
  210.                         if (high_time<=100)
  211.                         high_time=(unsigned char)(rout/800);
  212.                         else
  213.                         high_time=100;
  214.                         low_time= (100-high_time);
  215.                 }
  216.         }
  217.         else if(set_temper<=temper)
  218.         {
  219.                 if(temper-set_temper>0)
  220.                 {
  221.                         high_time=0;
  222.                         low_time=100;
  223.                 }
  224.                 else
  225.                 {
  226.                         for(i=0;i<10;i++)
  227.                         {
  228.                                 get_temper();
  229.                                 rin = s; // Read Input
  230.                                 rout = PIDCalc ( &spid,rin ); // Perform PID Interation
  231.                         }
  232.                         if (high_time<100)
  233.                         high_time=(unsigned char)(rout/10000);
  234.                         else
  235.                         high_time=0;
  236.                         low_time= (100-high_time);
  237.                 }
  238.         }
  239.         // else
  240.         // {}
  241. }
  242. /*****************************************************
  243.                 T0中断服务子程序，用于控制电平的翻转 ,40us*100=4ms周期
  244. ******************************************************/
  245. void serve_T0() interrupt 1 using 1
  246. {
  247.         if(++count<=(high_time))
  248.         output=1;
  249.         else if(count<=100)
  250.         {
  251.                 output=0;
  252.         }
  253.         else
  254.         count=0;
  255.         TH0=0x2f;
  256.         TL0=0xe0;
  257. }
  258. /*****************************************************
  259.                 串行口中断服务程序，用于上位机通讯
  260. ******************************************************/
  261. void serve_sio() interrupt 4 using 2
  262. {
  263.         /* EA=0;
  264.                 RI=0;
  265.                 i=SBUF;
  266.                 if(i==2)
  267.                 {
  268.                 while(RI==0){}
  269.                 RI=0;
  270.                 set_temper=SBUF;
  271.                 SBUF=0x02;
  272.                 while(TI==0){}
  273.                 TI=0;
  274.                 }
  275.                 else if(i==3)
  276.                 {
  277.                 TI=0;
  278.                 SBUF=temper;
  279.                 while(TI==0){}
  280.                 TI=0;
  281.                 }
  282.                 EA=1; */
  283. }
  284. void disp_1(unsigned char disp_num1[6])
  285. {
  286.         unsigned char n,a,m;
  287.         for(n=0;n<6;n++)
  288.         {
  289.                 // k=disp_num1[n];
  290.                 for(a=0;a<8;a++)
  291.                 {
  292.                         clk=0;
  293.                         m=(disp_num1[n]&1);
  294.                         disp_num1[n]=disp_num1[n]>>1;
  295.                         if(m==1)
  296.                         data1=1;
  297.                         else
  298.                         data1=0;
  299.                         _nop_();
  300.                         clk=1;
  301.                         _nop_();
  302.                 }
  303.         }
  304. }
  305. /*****************************************************
  306.                 显示子程序
  307.                 功能：将占空比温度转化为单个字符，显示占空比和测得到的温度
  308. ******************************************************/
  309. void display()
  310. {
  311.         unsigned char code number[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6};
  312.         unsigned char disp_num[6];
  313.         unsigned int k,k1;
  314.         k=high_time;
  315.         k=k%1000;
  316.         k1=k/100;
  317.         if(k1==0)
  318.         disp_num[0]=0;
  319.         else
  320.         disp_num[0]=0x60;
  321.         k=k%100;
  322.         disp_num[1]=number[k/10];
  323.         disp_num[2]=number[k%10];
  324.         k=temper;
  325.         k=k%100;
  326.         disp_num[3]=number[k/10];
  327.         disp_num[4]=number[k%10]+1;
  328.         disp_num[5]=number[s/10];
  329.         disp_1(disp_num);
  330. }
  331. /***********************************************************
  332.                 主程序
  333. ***********************************************************/
  334. void main()
  335. {
  336.         unsigned char z;
  337.         unsigned char a,b,flag_2=1,count1=0;
  338.         unsigned char phil[]={2,0xce,0x6e,0x60,0x1c,2};
  339.         TMOD=0x21;
  340.         TH0=0x2f;
  341.         TL0=0x40;
  342.         SCON=0x50;
  343.         PCON=0x00;
  344.         TH1=0xfd;
  345.         TL1=0xfd;
  346.         PS=1;
  347.         EA=1;
  348.         EX1=0;
  349.         ET0=1;
  350.         ES=1;
  351.         TR0=1;
  352.         TR1=1;
  353.         high_time=50;
  354.         low_time=50;
  355.         PIDInit ( &spid );    // Initialize Structure
  356.         spid.Proportion = 10; // Set PID Coefficients  比例常数 Proportional Const
  357.         spid.Integral = 8;    //积分常数 Integral Const
  358.         spid.Derivative =6;   //微分常数 Derivative Const
  359.         spid.SetPoint = 100; // Set PID Setpoint 设定目标 Desired Value
  360.         while(1)
  361.         {
  362.                 if(plus==0)
  363.                 {
  364.                         EA=0;
  365.                         for(a=0;a<5;a++)
  366.                         for(b=0;b<102;b++){}
  367.                         if(plus==0)
  368.                         {
  369.                                 set_temper++;
  370.                                 flag=0;
  371.                         }
  372.                 }
  373.                 else if(subs==0)
  374.                 {
  375.                         for(a=0;a<5;a++)
  376.                         for(b=0;a<102;b++){}
  377.                         if(subs==0)
  378.                         {
  379.                                 set_temper--;
  380.                                 flag=0;
  381.                         }
  382.                 }
  383.                 else if(stop==0)
  384.                 {
  385.                         for(a=0;a<5;a++)
  386.                         for(b=0;b<102;b++){}
  387.                         if(stop==0)
  388.                         {
  389.                                 flag=0;
  390.                                 break;
  391.                         }
  392.                         EA=1;
  393.                 }
  394.                 get_temper();
  395.                 b=temper;
  396.                 if(flag_2==1)
  397.                 a=b;
  398.                 if((abs(a-b))>5)
  399.                 temper=a;
  400.                 else
  401.                 temper=b;
  402.                 a=temper;
  403.                 flag_2=0;
  404.                 if(++count1>30)
  405.                 {
  406.                         display();
  407.                         count1=0;
  408.                 }
  409.                 compare_temper();
  410.         }
  411.         TR0=0;
  412.         z=1;
  413.         while(1)
  414.         {
  415.                 EA=0;
  416.                 if(stop==0)
  417.                 {
  418.                         for(a=0;a<5;a++)
  419.                         for(b=0;b<102;b++){}
  420.                         if(stop==0)
  421.                         disp_1(phil);
  422.                         // break;
  423.                 }
  424.                 EA=1;
  425.         }
  426. }

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