基于C8051F020单片机的PID控制系统设计论文
基于C8051F020单片机和SJA1000控制器实现深海测控系统的设计
基于C8051F020单片机和SJA1000控制器实现深海测控系统的设计1、引言为了开发海洋资源，人类必须首先了解海底环境。
然而，海底环境十分复杂，对海底探测的要求很高，深海环境下需要采集的参数比较多，包括深度、温度、盐度、PH值、溶解氧及各种化学元素等。
深海测控系统工作时需要接收来自甲板控制中心的命令，同时要将采集到的数据反送到甲板控制中心，二者之间的最大通信距离大于5km，因此，它们之间的通信要求很高。
CAN 总线与一般的通信总线相比，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。
CAN的直接通信距离最远可达10km（速率在5kb/s以下），报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低。
为此，采用CAN总线作为通信方式。
2、深海测控系统的基本组成深海测控模块由二大部分组成：测控子模块和通信子模块。
测控子模块的主要功能是根据甲板控制中心的命令启动系统并完成参数提取、转换、数据处理、存储及发送等操作。
通信子模块的功能是完成甲板与水下测控系统的通信。
测控子模块以Cygnal公司的C8051F020型单片机为核心，扩展信号调理电路及与CAN 总线的接口。
通信子模块是Philips公司的SJA1000型CAN控制器。
2.1 测控子模块深海测控子模块由微控制器系统和I/O系统组成。
微控制器是Cygnal公司的C8051F020型单片机。
C8051F020采用CIP－51型微控制器内核及流水线指令结构，70％的指令执行时间为1个或2个系统时钟周期，峰值速度达到25MI/s，能满足深海环境下多路数据的快速采集与分析。
C8051F020型单片机内部集成1个12位8通道带可编程增益放大器的A/D转换器和1个8位8通道A/D转换器，能满足深海多路环境参数采集；2路12位电压输出D/A转换器；16位可编程定时/计数器阵列PCA可用于输出PWM以控制步进电机的运转；64个耐5V电压的通用I/O口可控制开关器件的启动和停止。
基于单片机C8051F020控制直流电机的设计
、
弱 了电动机 的驱动力 。基于上述考虑 ，我们运 用 了４ Ｎ ２ ５ 光耦 集成块 ，将控 制部分与 电动 机的 驱动部分 隔离开来 。输入 端各通过一个 三极管 增大光耦 的驱动 电流 ；电动 机驱动部分通 过外 接１ ２ Ｖ 电源 驱动 。这样 不仅增 加 了各 系统模 块 之 间的隔离度 ，也使驱 动电流得到 了大 大的增
强
共 七 档 固 定 占空 比 ， 即相 应 档 位 相 应 改 变 ｈ ｌ ｔ ，ｌ ｌ ｔ 的值， 以实现 调速档位 的调速 。而要 实 现按住 ） ｍ／ 减 速键不 放时恒 加或恒 减速 直到 放 开停 止 ，就 需在 判 断是 否松 开 该按 键时 ， 每进 行 一次 增加／ 减少 １ ％ 占空 比（ 即ｈ ｌ ｔ ＋ ＋ ／ 一
： ｌ ｉ ｔ 一 一 ／ ＋ ＋ ） 。
图２电动机Ｐ 嗍驱动模块 电路
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— ． ． — ．向单 片机 输入 相应 控 制指 令 ， 由单 片机 通过 Ｐ ２ ． Ｏ 与Ｐ ２ ． １ 其 中一 口输 出与转 速相 应 的Ｐ Ｗ Ｍ 脉冲 ，另一 口输 出低 电平 ，经过信 号 放大 、光耦 传递 ，驱动Ｈ 型桥 式 电动机 控制 电 路 ，实现 电动机转 向与转速 的控制 。电动机 的 运转 状态通 过Ｌ Ｅ Ｄ 显示 出来 。 电动机 所处速 度 级 以速度档 级数显示 。正转时数字 向右移 动， 反转 时数字 向左移 动 。移动速度 分７ 档 ，快 慢 与 电动机 所处速度级快 慢一一对应 。每次电动 机 启动后 开始计 时 ，停 止时Ｌ Ｅ Ｄ 显示 出本 次运 转所用时 间，时 间精确到０ ． ｉ ｓ 。 １ ． 系 统的硬件 电路 设计与分析 电动机Ｐ Ｗ Ｍ 驱 动模块 的 电路 设计与 实现具 体 电路如 图２ 所示 。 本 电路采用 的是基 于Ｐ Ｗ Ｍ 原理的Ｈ 型桥式驱 动 电路 。Ｐ Ｗ Ｍ 电路由四个大功率 晶体管组成Ｈ 型 桥 式 电路构成 ，四部分 晶体管 以对 角组合分为 两 组 ：根据两个 输入端 的高低 电平决定 晶体 管 的导通 和截止 。４ 个 二极 管在 电路 中起 防止 晶 体 管产 生反 向 电压 的保护 作用 。４ 个 电感在 电 路 中是起 防止 电动机两端 的 电流和 晶体 管上的 电流过大的保护作用 。 在实验 中的控制系统 电压统一为 ５ ｖ 电源 ， 因此若达 林顿管基极 由控制系统直接控 制，则 控制 电压最高为５ Ｖ ，再加上三极 管本身压 降， 加 到电动机两端 的电压就只有４ Ｖ 左 右，严重减
基于80C51单片机的智能PID控制器的设计与实现
电子器件
Chinese Journal of Electron Devices
Vol. 29 No. 3 Sep. 2006
Designing and Implementing of Intelligent PID Controller Based on 80C51
上, 结合人工智能的方法, 设计了多模式 PI D 控制算法; 而 且基于 80C51 单片机实现了该 PI D 控制器, 在实践 中得到了较传 统
PID 控 制器优越的控制性能。
关键词: 比例- 微分- 积分控制 单片机 人工智能
中图分类号: TP273
文献标识码: A 文章编号: 1005-9490( 2006) 03-0972-04
M 2 < | e( k) | < M1 Q10: e( k) e( k) < 0, e( k) e( k - 1) < 0,
E< | e( k) | < M 2 Q11 : | e( k) | [ E ⑶ 决策 模态集 W = { W1 , W 2, W 3, W 4, W 5,
W6, W7 } W1 : u( k) = u( k - 1) + umax W2 : u( k) = u( k - 1) + k1 { kp [ e( k) - e( k
仿人智能控制以人工智能和自动控制理论为基 础, 总结人的控制经验, 以产生式规则描述其启发、知
收稿日期: 2005- 10- 19 作者简介: 吴占雄, ( 1979- ) , 男, 硕士研 究生, 研究方向为嵌入式系统开发, wuzhanx iong @ so hu. co m;
王友剑( 1961- ) , 男 , 硕士, 研 究方向为嵌入式系统开发, 钢厂检测系统设计与开发 。
基于单片机C8051F的智能温控系统的设计与实现
基于单片机C8051F的智能温控系统的设计与实现.txt“我羡慕内些老人羡慕他们手牵手一直走到最后。
━交话费的时候，才发现自己的话那么值钱。
·490·计算机测量与控制.2009.17(3)Computer Measurement & Control 控制技术中华测控网收稿日期:2008-07-27; 修回日期:2008-08-30。
基金项目:西北工业大学创新实验室资助项目(07031)作者简介:赵跃齐(1983-),在读研究生,主要从事计算机测控技术方向的研究。
马瑞卿(1963-),教授,博士,主要从事电机智能控制技术方向的研究。
文章编号:1671-4598(2009)03-0490-02 中图分类号:TP274·5文献标识码:A基于单片机C8051F的智能温控系统的设计与实现赵跃齐,马瑞卿,梁贵毅,曾重,梁波(西北工业大学自动化学院,陕西西安710072)摘要:随着自动化水平的不断提高,工业现场对温度的控制越来越高,设计了一种适用于现代工业现场的实时高精度温度监控系统;采用单片机C8051F020和PC机相结合,具有数据采集、数据显示、数据通信及数据存储等功能,通过RS485总线和上位机相连,上位机可以通过软件对系统进行设置和控制,系统同时通过液晶模块实时显示监测到的温度和万年历;试验证明,本系统具有一定的实时高精度性能,有着很强的推广价值。
关键词:单片机;智能温控;液晶模块;上位机Design and Realization of Intelligent Temperature Control SystemBased on C8051F MicrocontrollersZhao Yueqi, Ma Ruiqing, Liang Guiyi, Zeng Zhong, Liang Bo(Automation College, Northwestern Polytechnical University, Xi an 710072, China) Abstract:With the continuous improvement of automated level, the requirements for temperature control is more and more high in in-dustry scene. This article develops a temperature control system, which can suit to modern industry, use single chip computer C8051F020and personal computer together, have the functions of data acquisition, data display, data communication and data storage. implementedthrough RS485 connect to host conputer, the host computer can use software to control and setting the system , at the same time, the sys-tem can display the temperature and calendar by LCD module in time. The practical results has proved that this system has high precisionand worthy of using abroad.Key words:microcontrollers; intelligent temperature control; LCD module; host computer0 引言现代工业技术的自动化程度在不断提高。
基于单片机的PID温度控制器研究【文献综述】
毕业设计文献综述电气工程与自动化基于单片机的PID温度控制器研究摘要：在现代工业生产的许多环节中，温度是非常重要的一个指标。
随着控制理论和电子技术的发展，温度控制器的适应能力增强和高智能化正逐步成为现实。
其中以单片机为核心的数字控制器以其体积小、成本低、功能强而得到广泛应用。
本文主要研究在过程控制中得到广泛应用的PID控制在单片机温度控制系统中的作用。
该温度控制系统是一个典型的闭环反馈调节系统，采用一种新型的数字温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号处理电路和A／D转换电路就能直接与单片机完成数据采集和处理，并将所得的温度值与设定温度值相比较得到偏差。
通过对偏差信号的处理获得控制信号，采用PWM调节加热器的通断，从而实现对电热壶水温度的显示和控制。
本文主要介绍了电热壶水温控制系统的工作原理和设计方法，论文主要由三部分构成。
①系统整体方案设计。
②硬件设计，主要包括温度检测电路、显示电路、键盘输入电路和控制电路等。
③系统软件设计，软件的设计采用模块化设计，主要包括温度采集模块、显示模块、键盘模块、控制模块和报警模块。
关键词：单片机；温度传感器；PID控制1.课题研究的目的及意义在现代工业生产中，电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。
温度作为一个基本物理量，与人们的生产生活密切相关。
在工业生产过程中，温度作为一种常用的被控参数，在许多生产过程中都需要我们对温度参数进行检测控制。
例如：在化工生产、电力工程、冶金工业、造纸行业、食品加工和机械制造等领域中，人们都需要对各类加热炉、反应炉、热处理炉和锅炉中的温度进行检测控制。
通常的温度控制都采用偏差控制法。
偏差控制的原理是求出实测值对所需值的偏差量，然后通过对偏差量处理获得控制信号去调节加热器的功率，以实现对温度的控制。
通常，对偏差进行比例、积分和微分控制称为PID控制，是一种应用较为广泛的控制形式。
本课题是结合生产实际的科研工作，以单片机为核心，运用PID算法对温度进行控制，以达到较好的控制效果。
基于单片机的PID温度控制系统
基于单片机的PID温度控制系统【摘要】本设计在单片机的基础上，利用PID算法完成了温度控制系统的硬件设计和软件设计，实现更加精确高效的水的温度控制。
本系统主要分为单片机控制模块，LCD显示模块，传感器检测模块，继电器控制模块等，通过传感器模块检测水温然后发送给单片机，单片机对数据进行处理后由LCD显示，同时反馈给继电器，继电器接收到信号后控制加热器进行对水温的加热，从而达到精确控制水的温度的目的。
该系统以节能高效为出发点，适用于小到热带鱼缸大到渔场养殖等多种场所。
【关键词】单片机、PID、温度控制1.前言1.1课题的背景及研究意义温度作为一个不可忽视的因素存在于现代工业的生产中，工业生产过程中的温度控制一直是十分重要的环节。
但控制在工业生产中已很难把握，并且对于那些以严格为目标的生产工艺，太高或太低的温度会对生产效率和质量造成显著的影响，从而导致生产效益的降低。
这就要求我们开发出一种能够很好控制并且可以随时将温度展示给客户观看的温度控制器。
单片机拥有着如同那些计算机一样强大的数据分析与处理能力，通过与PID相结合，我们可以很大程度上提高控制程序的能力，这样就能使生产效益得到提高[2]。
温度的测量、控制与保持是单片机温度测量系统中的重要部分，温度测量是工业生产中最要要的物理量之一。
而有效的测量温度的方法之一就是通过单片机，所以单片机温度测量系统能够广泛的应在工业生产中，在电力工程、化工、机械、冶金等重点行业，有一个重要的测量任务，在日常生活中也可以得到广泛的应用。
以热带鱼缸为例，系统设计不够周全、结构不够简单化、性价比不够高等问题普遍的存在于目前市场上的各种热带鱼缸中，很多的鱼缸在温度控制方面都存在着许多缺陷，比如对温度控制的不够精确，常常还没达到设定温度就停止加热等。
即使它达到了设定的温度，也有因加热时间长短不能有效地控制而导致能量的浪费问题。
本次设计的温度控制系统是以51单片机为基础利用PID算法进行精确的温度控制，功能主要有温度设定、显示与控制等方面。
基于单片机的pid控制器设计论文毕设论文
中国矿业大学徐海学院本科生毕业论文学院：徐海学院专业：自动化论文题目：基于单片机的PID控制器设计中国矿业大学徐海学院毕业论文任务书任务下达日期：2011年12月14日毕业论文日期: 2011年12月20日至2012年6月5日毕业论文题目：基于单片机的PID控制器设计毕业论文专题题目：毕业论文主要内容和要求：1、基于单片机的PID控制器整体方案设计2、硬件电路设计，包括电源、显示、按键、A/D、D/A转换等外围电路设计3、软件设计，包括参数设置程序、显示程序、按键程序、PID算法程序等4、应用PROTEUS、Keil C51软件进行设计及仿真指导教师签字：郑重声明本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。
所有数据、图片资料真实可靠。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。
本论文属于原创。
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本人签名：日期：指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学徐海学院毕业论文答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日摘要现代工业生产中，随着生产规模的不断壮大，人们对产品质量的要求日益提高，以及现代环境的复杂化，使工业过程控制系统已成为生产中必不可少的设备。
PID温度控制(论文最终)
目 录
摘 要 ...........................................................................................................................I Abstract ...................................................................................................................II 第 1 章 绪 论 .............................................................................................................1 1 ． 1 课 题 的 背 景 与 意 义 ...........................................................................1 1 ． 3 课 题 举 例 简 介 .................................................................................... 2 第 2 章 总 体 方 案 ................................................................................................... 3 2 ． 1 系 统 结 构 ............................................................................................. 3 2 ． 2 具 体 设 计 考 虑 .................................................................................... 3 本 章 小 结 ........................................................................................................... 4 第 3 章 元 器 件 简 介 ...............................................................................................5 3 ． 1 AT89C51 单 片 机 .................................................................................5 3． 1． 1 概 述 ..........................................................................................5 3． 1． 2 主 要 特 性 ................................................................................ 5 3． 1． 3 引 脚 功 能 ................................................................................ 5 3 ． 2 PT100 温 度 传 感 器 ............................................................................ 7 3． 2． 1 概 述 ..........................................................................................7 3． 2． 2 主 要 特 性 ................................................................................ 7 3． 2． 3 PT100 工 作 原 理 ....................................................................8 3 ． 3 ADC0804 模 数 转 换 器 ....................................................................... 9 3． 3． 1 主 要 特 性 ................................................................................ 9 3． 3． 2 ADC0804 工 作 原 理 .............................................................10 本 章 小 结 ......................................................................................................... 11 第 4 章 硬 件 设 计 ................................................................................................. 12 4 ． 1 外 围 电 路 设 计 ..................................................................................12 4 ． 2 电 机 驱 动 电 路 设 计 ........................................................................ 12 4 ． 3 按 键 电 路 设 计 ..................................................................................12 4 ． 4 电 桥 电 路 设 计 ..................................................................................13 4． 4． 1 桥 路 形 式 .............................................................................. 13 4． 4． 2 工 作 方 式 .............................................................................. 13 4． 4． 3 根 据 PT100 的 经 典 电 路 .................................................. 14 4 ． 5 LCD 显 示 电 路 设 计 ..........................................................................14
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帆板控制系统摘要：设计并制作了帆板控制系统，完成了风扇转速、风力大小及帆板转角的控制。
帆板控制系统主要由硬件和软件两部分组成。
硬件部分，搭建了控制装置平台，以C8051F020单片机作为控制核心，使用L298N搭建了风扇转速控制电路，利用ADXL345模块完成了转角检测，利用HD7279A键盘管理芯片及12864液晶模块完成了人机交互，使用WT588D-16P语音模块实现了语音提示功能。
软件部分，设计了基于I2C的角度传输程序，基于PID算法的PWM调速的程序，基于SPI的键盘检测程序，液晶显示及其菜单程序，语音单线串口控制程序。
测试结果表明，系统在手动状态下能较好完成规定动作，在自动状态下能在规定时间内，顺利完成转角控制，分辨力小于为2°，绝对误差≤5°。
关键词：C8051F020 PWM PID 角度传感器目录1 总体设计 (1)1.1 设计要求 (1)1.2方案论证与比较 (2)1.3系统组成 (5)2 软件设计 (6)2.1转角传感器的数据处理及计算 (6)2.2 PWM产生 (6)2.3PID运算 (7)2.4液晶显示驱动的程序设计 (8)2.5 系统总体流程图 (8)3 系统测试 (9)3.1 测试使用的仪器 (10)3.2 指标测试和测试结果 (10)3.2.1基本要求部分测试 (10)3.2.2 发挥部分测试 (11)4. 结束语 (11)参考文献： (12)附录: (13)帆板控制系统设计1 总体设计1.1 设计要求（1）用手转动帆板时，能够数字显示帆板的转角θ。
显示范围为0~60°，分辨力为2°，绝对误差≤5°。
（2）当间距d=10cm 时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角θ能够在0~60°范围内变化，并实时显示θ。
（3）当间距d=10cm 时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角θ稳定在 45°±5°范围内。
控制过程在10 秒内完成实时显示θ，并由声光提示。
（4）当间距d=10cm 时，通过键盘设定帆板转角，其范围为0~60°。
θ在5 秒内达到设定值，并实时显示θ。
最大误差的绝对值不超过5°。
（5）间距d 在7~15cm 范围内任意选择，通过键盘设定帆板转角，范围为0~60°。
要求θ在5 秒内达到设定值，并实时显示θ。
最大误差的绝对值不超过5°。
1.2方案论证与比较帆板控制系统设计中的核心是帆板转角的测量以及风扇电机的转速控制，关键部分是单片机性能、键盘输入及显示部分。
为了使系统功能更完善，可以增加语音提示及其超声测距功能。
1、转角测量的设计方案方案一：霍尼韦尔HMC5883L 是一种表面贴装的高集成三轴磁阻传感器模块，应用了各向异性磁阻(AMR)技术，带有数字接口的弱磁传感器芯片，应用于低成本罗盘和磁场检测领域。
罗盘精度控制在 1°~2°的 12 位模数转换器，带有简易的I2C 系列总线接口。
方案二：ADXL345数字加速度计。
ADXL345是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，分辨率高(13位)， 其高分辨率(3.9mg/LSB)，能够测量不到1.0°的倾斜角度变化测。
既能测量运动或冲击导致的动态加速度，也能测量静止加速度，例如重力加速度，使得器件可作为倾斜传感器使用，带有简易的I2C 系列总线接口。
方案三：在帆板底部固定一支激光笔，底板上固定一排（大于30个）接收管（60度，分辨力2°），预先测量出帆板转轴与底板距离。
帆板每转过一个角度，激光照射到某个接收管，根据接收管的地址编号可以根据已有数据得到x 长度，从而计算出转角大小。
例如照射到x1处和x2处的接收管时，角度分别是α、β，其中11cot y x arc =α，示意图如图1.1所示。
图1.1 激光笔转角示意图综上所述，方案一中，HMC5883L其磁阻传感器在磁场存在的情况下，随着磁场在感应方向上不断增强，电压也会正向增长，适宜在水平面上测量转角；方案三中，采用激光接收装置检测角度，接收管需要多个且分辨力较低，误差较大；方案二中，ADXL345 模块分辨力较高，其I2C串行接口适宜和控制器连接，故采用ADXL345作为转角检测传感器。
2、微控制器的选择方案一：采用传统的8051单片机作为控制器，8051单片机具有价格低廉、使用简单等特点，但是其存储容量、定时器资源较少，运算速度较低。
方案二：是用宏晶STC单片机，系列产品较多，具有与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器，定时器、串口等资源丰富，但一般没有专用的在线仿真器，增加了程序调试难度。
方案三：采用新华龙C8051F020作为控制器，具有与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器，片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件。
56个I/O引脚，内部带有4K字节内部数据RAM，Flash存储器达64K字节，带有5个定时器，多个PWM控制器，采用流水线指令结构提高了运算速度。
可以在线进行仿真调试。
综上所述，从设备运行速度、片内资源、仿真调试性能等方面比较，本设计选择方案三使用C8051F单片机为整个系统控制的核心。
3、风扇的选择方案一：风扇选用台式计算机散热风扇，供电电源DC12V，转速较高，但风压较小；方案二：直流供电轴流风扇，转速高，风压大，但出风口面积较小，使得帆板波动性较大；方案三：选用额定电流1.05A，尺寸较大的工控机专用直流风扇，出风面积大，低转速性能较好。
通过测试比较三种方案，选择第三种方案。
4、电机驱动模块的选择方案一：采用大功率三极管控制，电路简单稳定性强。
但是大功率三极管的压降很大，风扇电机较难达到额定转速。
方案二：采用继电器控制，使用继电器控制直流电机的通断实现转速或转角控制，开关频率较低，控制不灵敏；方案三：采用L298 驱动直流电机。
L298N 是一种高电压、大电流电机驱动芯片。
内含两个H 桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路，其输入控制信号频率可达40kHz，输出电流可达 2.5A。
该芯片可以驱动一台两相步进电机，也可以驱动两台直流电机。
比较这三个方案，设计中了选择方案三，以L298芯片为基础搭建了电机驱动电路。
5、调速的设计方案论证与选择针对L298芯片的特性，适宜采用PWM调速。
PWM常用于中小功率系统，它采用脉冲宽度调制技术，其工作原理是：通过改变“连接脉冲”的宽度，使直流电机电枢上的电压的“占空比”改变，从而改变电枢电压的平均值，控制电机的转速，具有高的定位速度和精度；低速性能好稳速精度高，调速范围宽，抗干扰能力强等特点。
6、键盘模块的设计方案论证与选择方案一：矩阵式键盘。
矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上。
矩阵键盘工作原理：行线通过上拉电阻接到+5V上。
无按键，行线处于高电平状态，有键按下，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。
列线电平为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平为高。
矩阵式键盘工作时通常采用查询方式，增加了MCU的负担。
方案二：独立式按键。
独立式按键是各按键相互独立，每个按键单独占用一根I/O 口线，每根I/O口线的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的工作状态。
因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。
其电路配置灵活，软件结构简单。
但是每个按键需占用一根I/O口线，在按键数量较多时，I/O口浪费大，电路结构显得复杂。
方案三：采用专用键盘管理芯片HD7279A，该芯片可以管理64个按键，采用SPI 串行控制协议，但有按键按下时便触发中断，并向MCU发送键码。
综上所述，选择方案三，智能键盘控制芯片HD7279管理16个按键，实现命令设置、菜单切换及数值录入。
7、显示方式选择方案一：采用LED数码管显示。
使用多个数码管动态显示，由于显示的内容较多，过多增加数码管个数显然不可行，进行轮流显示则控制复杂，加上数码管需要较多连线，使得电路复杂，功耗比较大。
方案二：采用字符型LCD显示。
可以显示英文及数字，利用FPGA来驱动液晶显示模块，设计简单，且界面美观舒适，耗电小。
综上所述，选择方案二采用LCD实时显示帆板角度值、进行多级菜单操作等功能。
1.3系统组成经过方案比较与论证，最终确定的系统组成框图，如图1.2所示。
图1.2 系统组成框图2 软件设计软件设计的关键是进行转角测量、PWM频率及占空比调整、PID算法实现及菜单显示。
软件实现的功能是：①转角传感器的数据处理及计算；②PWM产生；③PID运算；④128*64LCD驱动；2.1转角传感器的数据处理及计算单片机通过P3^6（时钟引脚）和P3^7（数据引脚）实现与ADXL345的I2C串行通信。
主要包括基本动作：启动控制、停止控制、应答、单字节发送和读取、多字节发送和读取，ADXL345的初始化（测量范围设定、转换速率设定、电源模式选择、X 、Y、Z偏移量的状态测试），角度计算与转换。
数据转换完成后，单片机获取X轴和Z轴16位的分量值，进行数据合成得到ADXL345_dis_data_X和ADXL345_dis_data_Z参量，再根据反正切函数将结果转换为角度angle。
temp_X=(float)ADXL345_dis_data_X*3.9;temp_Z=(float)ADXL345_dis_data_Z*3.9;angle= atan2(temp_Z,temp_X) * (180 / 3.14159265);2.2 PWM产生可编程计数器阵列（PCA0）提供增强的定时器功能，与标准8051计数器/定时器相比，它需要较少的CPU干预。
PCA0包含5个16位捕捉/比较模块。
每个捕捉/比较模块可以被编程为独立工作在下面的6种工作方式之一：边沿触发捕捉、软件定时器、高速输出、频率输出、8位PWM或16位PWM。
8位PWM可以得到更大范围的频率调整范围但调整不够细腻，16位PWM可以得到较细腻的调节效果，但是设计中，最小的周期为3ms，致使频率可调范围较小。
设计中采用了8位PWM调速方式。
每个模块都可以独立地用于在对应的CEXn引脚产生脉宽调制（PWM）输出。
PWM 输出信号的频率取决于PCA0计数器/定时器的时基。
使用模块的捕捉/比较寄存器PCA0CPLn改变PWM输出信号的占空比。
设计中，低电位是风扇导通，故占空比为占空比 =1－ 256n 0256）（CPH PCA - （3-1） 由3-1式可知， 最大占空比为99.61% （PCA0CPHn = 0xFF ） ， 最小占空比为0 % （PCA0CPHn = 0）。