内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
+3V~+15V。RS-232适用于设备之间的通信距离不大于15m，传输速率最大为20KB/s的数据传输领域，对于较短的通信，异步串行通信的速率可115200B/s。MC9S12DG128上面带有一个串行接口，可以通过串口驱动电路的RS-232电平转换芯片MAX232将TTL电平转换成RS-232电平，然后通过9芯串行电缆和PC机进行通信。
1.2.2.1MC9S12DG128最小系统组成
MC9S12DG128最小系统为保证系统能够成功运行，应该包括以下几个部分：电源电路、时钟电路、串口电路、BDM接口、复位电路、调试小灯。
１．电源电路
HCS12 MCU的芯片内部使用3V电压，I/O端口和外部供电电压5V。在电源电路部分可增加电容构成滤波电路，可以改善系统的电磁兼容性，降低电源波动对系统的影响，增强电路工作稳定性。为标识系统通电与否，可以增加一个电源指示灯。
２．PLL电路
片内的PLL电路兼有频率放大和信号提纯的功能，因此，系统可以以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率，以降低因调整开关时钟所造成调频噪声，PLL电路中，VDDPLL引脚由片内提供2.5V电压；CS、CP和RS的取值与晶振、REFDV寄存器和SYNR寄存器有关，需要通过计算得出。对fOSC=4MHz，总线时钟为25MHz，通过计算得出CS、CP和RS的值分别为4.7nF、470pF和10kΩ。
PLL的滤波电路要尽量靠近MCU，每个电源端和接地端都要接一个去耦电
容，去耦电容要尽量接近MCU。
３．复位电路
HCS12系列MCU共有四种事件可以触发系统复位。
（1）外部复位：HCS12 MCU配备一个标记为RESET的低电平有效复位引脚，当该引脚电压为低时，触发复位。
（2）回电复位：在MC9S12DG128的VDD引脚上的一个正向变化将触发加电复位。当给HCS12加电时，它以一个已知的、确定的设置启动。
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（3）计算机工作正常（Computer Operating Properly，COP）COP系统包含一个用户设置的倒计数定时器。若定时器过期，则触发一个系统复位。为了防止定时器过期，执行的程序必须在倒计数定时器失效前向其中顺序写入$55和$AA(必须按此顺序)。若程序陷入死循环，则触发COP复位（向ARMCOP寄存器写入其他值也会导致COP复位）。
（4）时钟监控复位：当系统时钟频率低于某个预设值时或停止时，将触发时钟监控复位。当上述事件触发复位时，HCS12在程序计数器中旋转一个复位向量（内存地址），处理器执行启动例程。COP复位和时钟监控复位还有其各自的复位向量。如果复位引脚被一直拉低，则MCU将不能正常工作。
对于最小系统的复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号和在系统运行不正常时提供手动复位信号。
4．晶振电路
时钟脉冲是CPU工作的基础，MC9S12微控制器的系统时钟信号，由时钟振
荡电路或专用时序脉冲信号提供。MCU内部的所有时钟信号都来源EXTAL引脚。也为MCU与其他外接芯片之间的通信提供了可靠的同步时钟信号。S12微控制器系统时钟范围较广，实际可以高达到40MHz。
MC9S12在内部集成了完整的振荡电路，XTAL和EXTAL分别为振荡器的输出和输入引脚。XTAL和EXTAL引脚可接入一个石英或陶瓷振荡空器。晶体振荡器分为有源晶振和无源晶振两种类型。需要外接电源的称为有源晶振。无源晶振是有两个引脚的无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来。DG128的XCLKS引脚是晶振电路类型选择引脚。S12的总线时钟是MCU系统的定时基准和工作同步脉冲，其频率固定为晶体频率的1/2。
5． BDM接口电路
背景调试模式(BDM)是由Freescale半导体公司自定义的片上调试规范。开发人员可以能过它向目标板下载程序，同时也可通过BDM对调试器对目标板MCU的Flash存储器进行写入、擦除等操作。BDM硬件调试插头的设计非常简单，标准BDM调试手头如下所示：
BKGD1NC 3NC 52 GND4 RESET6 VDD
图1-４ BDM接口图
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BDM调试的各个端口含义如表1-2所示。
表1-2 BDM调试的端口定义列表
BKGDGNDVDDRESET单线背景调试模式引脚接地电源目标机复位引脚
6．LED调试小灯
一共4个LED小灯开在B口，可以做信号指示，以及程序运行调试的时候，
用于判断程序的运行状态。
1.3 PID控制的运算规律和构成
1.3.1 PID控制的原理和特点
在工程实际中，比例、积分、微分控制，即PID控制作为连续系统中技术最成熟，应用最广泛的一种控制方式，其控制的实质就是根据输入输出的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用以控制输出。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术就难以采用，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。因此当我们不完全了解一个系统和被控对象时，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。
在单回路控制系统中，由于扰动作用使被控变量偏离给定值，从而产生偏差e(t)=r(t)-y(t) 式中e(t)为偏差，r(t)为输入值，y(t)测量值。习惯上称e(t)>0为正偏差，e(t)<0为负偏差。
扰动r(t)─e(t)控制器对象y(t)
图1-5 单回路控制系统方框图
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在模拟电路中，PID控制器的运算功能实际上是由电阻、电容、运算放大器构成的模拟电子电路来实现的，模拟电路的PID算法表达式为：
1P(t)=Kp[e(t)+TI或用传递函数表示为 w(s)=式中
?t0e(t)dt+TDde(t)] (1) dtΔY(s)1=Kp(1++TDs) E(s)TIsP(t)—调节器的输出信号
e(t)—调节器的偏差信号，它等于测量值与给定值之差
Kp—调节器比例系数
TI—调节器的积分时间 TD—调节器的微分时间
常规的模拟PID控制系统原理框图如图所示。该系统由模拟PID控制器和被控制对象组成。图中，r(t)是给定值，y(t)是系统的实际输出值，偏差e(t)=r(t)-y(t)。
图1-6 模拟PID控制方框图
常见的PID控制规律有P(比例)控制规律，PI(比例-积分)控制规律，PD(比例-微分)控制规律，PID(比例-积分-微分)控制规律。
1. P(比例)控制规律
当PID控制器只有比例控制规律时，就称为P(比例)控制器。比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与误差信号成比例关系，也是唯一能复原输入信号的控制规律。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差，比例控制的阶跃响应特性如图1-7所示。
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εKpεtt
图1-7 比例控制的阶跃响应特性
e(t)，在模拟电路的PID控制器中，比例环比例部分的数学式表示是：Kp?节的作用是以瞬间偏差做出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数Kp，比例系数Kp越大，控制作用越强，则过度过程越快，控制过程的静态偏差也就越小；但是Kp越大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定性。故而，比例系统Kp选择必须恰当，才能达到过渡时间少、静差小而又稳定的效果。
2. PI(比例积分运算规律) 积分部分的数学式表示是
KPTI?e(t)dt+ Kp*e(t)
0t (2)
或 W(s)=Kp(1+
1) TIs从积分部分的数学表达式可以知道，只要存在偏差，则它的控制作用就不断的增加，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。随着时间的增加积分项增大，这样即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小。只有在偏差e(t)＝0时，它的输出才能是一个常数。可见，积分部分可以消除系统的偏差。
积分环节的调节作用虽然会消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。积分常数TI越大，积分的积累作用越弱，这时系统在过渡时不会产生振荡，但是增大积分常数TI会减慢静态误差的消除过程，消除偏差所要的时间也较长，这样会造成控制不及时，使系统稳定裕度下降。因此，控制系统中积分项是不能单独使用的，而是与比例作用组合起来构成PI控制器。由于TI较
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