綜合電子設(shè)計課程設(shè)計報告-直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

課程設(shè)計報告 課程名稱 _綜合電子設(shè)計_ 題目 _直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 指導(dǎo)教師 _陳福斌_ 設(shè)計起止日_2011-4-184-27_學(xué) 院 _自動化_專 業(yè) _自動化_ 學(xué)生姓名 _班級/學(xué)號 _成 績 _摘要 本系統(tǒng)由CPLD，單片機(jī)控制模塊，鍵盤，LED，幅度控制模塊，低通濾波模塊組成，采用當(dāng)前主流DDS技術(shù)完成，能產(chǎn)生從1HZ-260KHZ正弦波，方波，三角波以及這三種同頻率波的線性組合，失真度限制在6%之內(nèi)。 在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，自動控制系統(tǒng)，電子儀器設(shè)備、家用電器、電子玩具等等方面，直流電機(jī)都得到了廣泛的應(yīng)用。大家熟悉的錄音機(jī)、電唱機(jī)、錄相機(jī)、電子計算機(jī)等，都不能缺少直流電機(jī)。所以直流電機(jī)的控制是一門很實用的技術(shù)。直流電機(jī)，大體上可分為四類：幾相繞組的步進(jìn)電機(jī)、永磁式換流器直流電機(jī)、伺服電機(jī)、 兩相低電壓交流電機(jī)直流電機(jī)具有良好的啟動性能和調(diào)速特性，它的特點是啟動轉(zhuǎn)矩大，最大轉(zhuǎn)矩大，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟(jì)地調(diào)速，轉(zhuǎn)速控制容易，調(diào)速后效率很高。與交流調(diào)速相比，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，維護(hù)工作量大。隨著大功率晶體管的問世以及矢量控制技術(shù)的成熟，使得矢量控制變頻技術(shù)獲得迅猛發(fā)展，從而研制出各種類型、各種功率的變頻調(diào)速裝置，并在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。適用范圍：直流調(diào)速器在數(shù)控機(jī)床、造紙印刷、紡織印染、光纜線纜設(shè)備、包裝機(jī)械、電工機(jī)械、食品加工機(jī)械、橡膠機(jī)械、生物設(shè)備、印制電路板設(shè)備、實驗設(shè)備、焊接切割、輕工機(jī)械、物流輸送設(shè)備、機(jī)車車輛、醫(yī)療設(shè)備、通訊設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備、衛(wèi)星地面接受系統(tǒng)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。高性能的交流傳動應(yīng)用比重逐年上升，在工業(yè)部門中，用可調(diào)速交流傳動取代直流傳動將成為歷史的必然。盡管如此，我認(rèn)為設(shè)計一個直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，不論是從學(xué)習(xí)還是實踐的角度，對一名自動化專業(yè)的大學(xué)生都會產(chǎn)生積極地作用，有利于提高學(xué)習(xí)熱情。目錄摘要1目錄11、總體設(shè)計21.1芯片介紹21.2 設(shè)計目的51.3設(shè)計任務(wù)與要求51.4設(shè)計原理：52.PWM設(shè)計方案6（一）方案一：PWM波調(diào)速物理結(jié)構(gòu)6（二）PWM 調(diào)壓調(diào)速原理：7（三）PWM軟件設(shè)計：73. H橋驅(qū)動電路設(shè)計方案103.1 H橋驅(qū)動電路原理103.2 H橋驅(qū)動硬件電路114電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)及調(diào)速的設(shè)計124.1電機(jī)軟件設(shè)計流程圖124.2電機(jī)軟件設(shè)計12加速控制17減速控制19停機(jī)控制20 PID控制設(shè)計205.設(shè)計總結(jié)226.參考文獻(xiàn)23附錄231、總體設(shè)計1.1芯片介紹C8051F系列單片機(jī)是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，C8051F020的指令運行速度是一般80C51系列單片機(jī)的10倍以上。因為其CIP-51中采用了流水線處理結(jié)構(gòu)，已經(jīng)沒有了機(jī)器周期時序，指令執(zhí)行的最小時序單位為系統(tǒng)時鐘，大部分指令只要12個系統(tǒng)周期即可完成。又由于其時鐘系統(tǒng)比80C51的更加完善，有多個時鐘源，且時鐘源可編程，時鐘頻率范圍為025 MHz，當(dāng)CIP-5l工作在最大系統(tǒng)時鐘頻率25 MHz時，它的峰值速度可以達(dá)到25 MIs，C8051F020已進(jìn)入了8位高速單片機(jī)行列。 IO端口的配置方式：C8051F020擁有8個8位的IO端口，大量減少了外部連線和器件擴(kuò)展，有利于提高可靠性和抗干擾能力。其中低4個IO端口除可作為一般的通用IO端口外，還可作為其他功能模塊的輸入或輸出引腳，它是通過交叉開關(guān)配置寄存器XBR0、XBR1、XBR2(各位名稱及格式如表1所示)選擇并控制的，它們控制優(yōu)先權(quán)譯碼選擇開關(guān)電路如圖1所示，可將片內(nèi)的計數(shù)器定時器、串行總線、硬件中斷、比較器輸出及其它的數(shù)字信號配置為在端口IO引腳出現(xiàn)，這樣用戶可以根據(jù)自己的特定需要選擇所需的數(shù)字資源和通用IO口。數(shù)字交叉開關(guān)是一個比較大的數(shù)字開關(guān)網(wǎng)路，這在所有80C51系列單片機(jī)上是一個空白。另外P1MDIN用于選擇P1的輸入方式是模擬輸入還是數(shù)字輸入，復(fù)位值為11111111B，即默認(rèn)為數(shù)字輸入方式。而80C51單片機(jī)的IO引腳是固定分配的，即占用引腳多，配置又不夠靈活。C8051F020通過優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器(如圖2所示)控制數(shù)字開關(guān)網(wǎng)路，端口引腳的分配順序是從P0.0開始一直到P3.7。當(dāng)交叉開關(guān)配置寄存器XBR0、XBR1和XBR2中外設(shè)的對應(yīng)使能位被設(shè)置為邏輯“1”時，交叉開關(guān)將端口引腳分配給外設(shè)，例如，如果UARTOEN位(XBR0.2)被設(shè)置為邏輯“1”，則TX0和RX0引腳將分別被分配到P0.0和P0.1。因為UART0有最高優(yōu)先權(quán)，所以當(dāng)UARTOEN位被設(shè)置為邏輯“1”時其引腳將總是被分配到P0.0和P0.1。未被設(shè)置的交叉開關(guān)分配端口可作為通用IO口。注意：當(dāng)選擇了串行通信外設(shè)(即SMBus、SPI或UART)時，交叉開關(guān)將為所有相關(guān)功能分配引腳。例如，不能為UART0功能只分配TX0引腳而不分配RX0引腳。交叉開關(guān)寄存器被正確配置后，通過將XBARE(XBR2.6)設(shè)置為邏輯“1”來使能交叉開關(guān)。 內(nèi)部功能：C8051F020內(nèi)部帶有數(shù)據(jù)采集所需的ADC和DAC，其中ADC有兩個，一個是8路12位逐次逼近型ADC，可編程轉(zhuǎn)換速率，最大為100 kSs可通過多通道選擇器配置為單端輸入或差分輸入。內(nèi)有可編程增益放大器PGA用于將輸入的信號放大，提高AD的轉(zhuǎn)換精度?？删幊淘鲆鏋椋?.5、1、2、4、8或16，復(fù)位時默認(rèn)值為1。另一個是8路8位ADC，可編程轉(zhuǎn)換速率最大為500 kSs，其可編程放大增益為0.5、1、2、4，復(fù)位時默認(rèn)值為0.5。有2個12位的DAC，用于將12位的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為電壓量，可產(chǎn)生連續(xù)變化的波形，兩路信號可同步輸出。 外部接口:C8051F020外設(shè)還增添了三個串行口?？赏瑫r與外界進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，SMBus兼容于I2C串行擴(kuò)展總線；SPI串行擴(kuò)展接口；兩個增強(qiáng)型UART串口。C8051F020具有基于JTAG接口的在系統(tǒng)調(diào)試功能，片內(nèi)的調(diào)試電路通過JTAG接口可提供高速、方便的在系統(tǒng)調(diào)試。1.2 設(shè)計目的了解電機(jī)的基本控制原理，主要利用C8051F020開發(fā)板、電機(jī)控制板，實現(xiàn)對直流電機(jī)的開環(huán)、閉環(huán)調(diào)速控制。通過設(shè)計需要理解直流電機(jī)的基本控制原理，掌握處理器C8051F020芯片的定時器多通道PWM輸出功能、頻率信號捕獲功能，多通道ADC采集功能等應(yīng)用技術(shù)。應(yīng)用外設(shè)掌握人機(jī)交互技術(shù)，設(shè)計友好的人機(jī)交互界面。 1.3設(shè)計任務(wù)與要求 1：產(chǎn)生兩路pwm波形。 2： 實現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，并且通過按鍵實現(xiàn)加速減速。 3：實現(xiàn)簡單閉環(huán)控制，PID調(diào)節(jié)。實現(xiàn)LCD顯示轉(zhuǎn)速等參數(shù)。1.4設(shè)計原理：（ 1）系統(tǒng)框圖 本系統(tǒng)主要包括中央控制模塊、H 橋驅(qū)動電路、光電測速模塊、人機(jī)交互控制模塊、電樞電流采集模塊、電源管理模塊。系統(tǒng)組成如圖 1.4.1 所示。(1)微處理器模塊：實現(xiàn)信號處理與協(xié)調(diào)控制。2)H橋驅(qū)動電路：實現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的切換操作。(3)光電測速模塊：對直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集。(4)電樞電流采集模塊：對電樞電流進(jìn)行采樣。(5)人機(jī)交互控制模塊：包括鍵盤和液晶顯示。鍵盤顯示用來完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置以及動作方式指示等。2.PWM設(shè)計方案（一）方案一：PWM波調(diào)速物理結(jié)構(gòu)采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路（圖11）。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因為采用這種方式，電動機(jī)在運轉(zhuǎn)時比較穩(wěn)定；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實現(xiàn)上比較方便。且對于直流電機(jī)，采用軟件延時所產(chǎn)生的定時誤差在允許范圍。圖1 PWM波調(diào)速電路其結(jié)構(gòu)圖如圖12所示：單片機(jī)（速度的測量計算、輸入設(shè)定及系統(tǒng)控制）單片機(jī)（PID運算控制器、PWM模擬發(fā)生器）電機(jī)速度采集電路電機(jī)驅(qū)動電路鍵 盤顯示器圖2 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖（二）PWM 調(diào)壓調(diào)速原理：直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為：其中，U 為電樞端電壓；I 為電樞電流；R 為電樞電路總電阻；F為每極磁通量；K 為電動機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。所以直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法可分為兩類：對勵磁磁通進(jìn)行控制的勵磁控制法和對電樞電壓進(jìn)行控制的電樞控制法。其中勵磁控制法在低速時受磁極飽和的限制，在高速時受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，并且勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少?，F(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞控制法。絕大多數(shù)直流電機(jī)采用開關(guān)驅(qū)動方式。開關(guān)驅(qū)動方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制 PWM 來控制電動機(jī)電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。圖1.4.8 是利用開關(guān)管對直流電動機(jī)進(jìn)PWM調(diào)速控制的原理圖和輸入輸出電壓波形。圖中，當(dāng)開關(guān)管MOSFET的柵極輸入高電平時，開關(guān)管導(dǎo)通，直流電動機(jī)電樞繞組兩端有電壓Us。t1秒后，柵極輸入變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管截止，電動機(jī)電樞兩端電壓為0。t2秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖剑_關(guān)管的動作重復(fù)前面的過程。這樣，對應(yīng)著輸入的電平高低，直流電動機(jī)電樞繞組兩端的電壓波形如圖中所示。電動機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均值Uo為 式中a為占空比，a=t1/T。占空比a表示了在一個周期T里，開關(guān)管導(dǎo)通的時間與周期的比值。a的變化范圍為0a1。由此式可知，當(dāng)電源電壓Us不變的情況下，電樞的端電壓的平均值Uo取決于占 空比a的大小，改變a值就可以改變端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的，這就是PWM調(diào)速原理。（三）PWM軟件設(shè)計：/*功能:實現(xiàn)用PCA在P0.0輸出8位雙路PWM信號,可用示波器觀察占空比變化*/#include /*SFR定義*/#include /-/ Function PROTOTYPES/-void PORT_Init (void);void PCA_Init (void);void PCA_ISR (void);/-/ MAIN Routine/-void main (void)unsigned char a =0;unsigned long b;bitPWM_PAC; /*關(guān)看門狗*/WDTCN = 0xde; WDTCN = 0xad; PORT_Init ();/*初始化I/O口*/ PCA_Init ();/*PCA初始化成8位脈寬調(diào)置方式*/ while (1) if(PWM_PAC=0)/占空比由00xfePCA0CPH0=a; a+; if(a=0xfe)PWM_PAC=1;else/占空比由0xfe0PCA0CPH0=a; a-; if(a=0)PWM_PAC=0;for(b=0;b0xffffffff;b+)/延時_nop_();/配置I/O端口void PORT_Init (void) XBR0 = 0x08;/*CEX0-P0.0*/ XBR2 = 0x40; /*使能交叉開關(guān)和弱閃拉*/ P0MDOUT |= 0x01; /*使能P0.0腳推挽輸出*/配置PCA的CEX0輸出8位PWM信號void PCA_Init (void) PCA0CN = 0x40; PCA0CPM0 = 0x42; PCA0CPL0 = 0x00; PCA0CPH0 = 0x00;3. H橋驅(qū)動電路設(shè)計方案3.1 H橋驅(qū)動電路原理 圖1.4.2中所示為一個典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于H橋驅(qū)動電路是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是 H 中的橫杠。H 橋式電機(jī)驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機(jī)。要使電機(jī)運轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。要使電機(jī)運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。例如，如圖1.4.3所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時針方向）。 圖 1.4.4 所示為另一對三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3 導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時針方向）。3.2 H橋驅(qū)動硬件電路基于三極管的使用機(jī)理和特性，在驅(qū)動電機(jī)中采用H橋功率驅(qū)動電路，H橋功率驅(qū)動電路可應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)、交流電機(jī)及直流電機(jī)等的驅(qū)動永磁步進(jìn)電機(jī)或混合式步進(jìn)電機(jī)的勵磁繞組都必須用雙極性電源供電，也就是說繞組有時需正向電流，有時需反向電流，這樣繞組電源需用H橋驅(qū)動。直流電機(jī)控制使用H橋驅(qū)動電路（圖2-5），當(dāng)PWM1為低電平,通過對PWM2輸出占空比不同的矩形波使三極管Q1、Q6同時導(dǎo)通Q5截止，從而實現(xiàn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動以及轉(zhuǎn)速的控制；同理，當(dāng)PWM2為高電平,通過對PWM1輸出占空比不同的矩形波使三極管Q1、Q6同時導(dǎo)通，Q6截止，從而實現(xiàn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動以及轉(zhuǎn)速的控制。圖8 H橋的電機(jī)驅(qū)動電路4電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)及調(diào)速的設(shè)計4.1電機(jī)軟件設(shè)計流程圖開始按鍵查詢，判斷標(biāo)志位的奇偶性反轉(zhuǎn)鍵是否按下時電機(jī)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)鍵是否按下初始化是是電機(jī)正轉(zhuǎn)Sub_speed是否按下Add_speed是否按下是減小矩形波占空比增大矩形波占空close是否按下關(guān)閉電機(jī)圖11 軟件電機(jī)控制的方框圖4.2電機(jī)軟件設(shè)計/*程序?qū)崿F(xiàn)功能：K2 實現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)&反轉(zhuǎn)K3 對電機(jī)進(jìn)行減速K4 對電機(jī)進(jìn)行加速K5 停止電機(jī)轉(zhuǎn)動*/源程序：while (1) /PCON |= 0x01;/ set IDLE mode while(i-) ; while(j-) ; while(k-) ; while(l-) ;if(P3=0xef)/K2 zhengzhuanDelayms();/配置CEX0PCA0CPL0 = 0x80;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH0 = 0x80;PCA0CPM0 = 0x42;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counter/配置CEX1 PCA0CPL1 = 0xff;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH1 = 0xff;PCA0CPM1 = 0x02;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counterP1 = 0x01;if(P3=0xfb)/K4 放進(jìn)K2 Delayms();/配置CEX0PCA0CPL0 =PCA0CPL0+0x40;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH0 =PCA0CPH0+0x40;PCA0CPM0 =PCA0CPM0+0x40;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counterif(P3=0xfd)/K5Delayms();/配置CEX0PCA0CPL0 =PCA0CPL0-0x40;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH0 =PCA0CPH0-0x40;PCA0CPM0 =PCA0CPM0-0x40;/ enable PCA counter/ enable PCA counter/*/if(P3=0xf7)/K3 fanzhuanDelayms();/配置CEX0PCA0CPL0 = 0xff;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH0 = 0xff;PCA0CPM0 = 0x02;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counter/配置CEX1 PCA0CPL1 = 0x80;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH1 = 0x80;PCA0CPM1 = 0x42;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40; / enable PCA counterP1 = 0x02;/if(P3=0xfb)/K4 放進(jìn)K2 Delayms();/配置CEX0PCA0CPL0 = 128;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH0 = 128;PCA0CPM0 = 0x42;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counter/配置CEX1 PCA0CPL1 = 50;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH1 = 50;PCA0CPM1 = 0x42;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counterif(P3=0xfd)/K5Delayms();/配置CEX0PCA0CPL0 = 40;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH0 = 40;PCA0CPM0 = 0x42;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counter/配置CEX1 PCA0CPL1 = 80;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH1 = 80;PCA0CPM1 = 0x42;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counter程序解釋：K2鍵設(shè)變量f進(jìn)行奇偶數(shù)的判斷，如果f%2=1則設(shè)定為正轉(zhuǎn)，f%2=0，則設(shè)定為反轉(zhuǎn)流程圖如下：if(keyboard=1)/K2 正轉(zhuǎn)&反轉(zhuǎn) if(f%2=1)/正轉(zhuǎn) /配置CEX0PCA0CPL0 = 0x80;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH0 = 0x80;PCA0CPM0 = 0x42;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counter/配置CEX1 PCA0CPL1 = 0xff;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH1 = 0xff;PCA0CPM1 = 0x02;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counterP1 = 0x01; if(f%2=0)/反轉(zhuǎn) /配置CEX0PCA0CPL0 = 0xff;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH0 = 0xff;PCA0CPM0 = 0x02;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counter/配置CEX1 PCA0CPL1 = 0x80;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH1 = 0x80;PCA0CPM1 = 0x42;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40; / enable PCA counterP1 = 0x02; 加速控制程序if(P3=0xfb)/K4 放進(jìn)K2 Delayms();/配置CEX0PCA0CPL0 =PCA0CPL0+0x40;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH0 =PCA0CPH0+0x40;PCA0CPM0 =PCA0CPM0+0x40;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counterif(P3=0xfd)/K5Delayms();/配置CEX0PCA0CPL0 =PCA0CPL0-0x40;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH0 =PCA0CPH0-0x40;PCA0CPM0 =PCA0CPM0-0x40;/ enable PCA counter減速控制程序if(P3=0xfb)/K4 放進(jìn)K2 Delayms();/配置CEX0PCA0CPL0 =PCA0CPL0+0x40;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH0 =PCA0CPH0+0x40;PCA0CPM0 =PCA0CPM0+0x40;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counterif(P3=0xfd)/K5Delayms();/配置CEX0PCA0CPL0 =PCA0CPL0-0x40;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH0 =PCA0CPH0-0x40;PCA0CPM0 =PCA0CPM0-0x40;/ enable PCA counter停機(jī)控制程序if(P3=0xfd)/K5Delayms();/配置CEX0PCA0CPL0 = 40;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH0 = 40;PCA0CPM0 = 0x42;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counter/配置CEX1 PCA0CPL1 = 80;/ initialize PCA PWM valuePCA0CPH1 = 80;PCA0CPM1 = 0x42;/ CCM0 in 8-bit PWM modePCA0CN = 0x40;/ enable PCA counterPID控制設(shè)計比例（P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積 分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn) 態(tài)誤差。微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。 增量式PID：u(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2) w( s O, q( K2 & I其中：A=Kp(1+T/TI+TD/T) B=Kp(1+2TD/T) C=KpTD/T 示波器顯示圖形如下：5.設(shè)計總結(jié)綜合電子設(shè)計課程是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.俗話說“好的開始是成功的一半”。說起課程設(shè)計，我認(rèn)為最重要的就是做好設(shè)計的預(yù)習(xí)，認(rèn)真的研究老師給的題目，選一個自己有興趣的題目。其次，老師對實驗的講解要一絲不茍的去聽去想，因為只有都明白了，做起設(shè)計就會事半功倍，如果沒弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設(shè)計，到頭來一點收獲也沒有。最后，要重視程序的模塊化，修改的方便，也要注重程序的調(diào)試，掌握其方法。我們選擇的是直流電機(jī)的調(diào)速控制設(shè)計，包括鍵盤功能還有閉環(huán)調(diào)控設(shè)計。這個課程設(shè)計是通過c8051f020開發(fā)板、點擊控制板，實現(xiàn)對直流電機(jī)的開環(huán)閉環(huán)調(diào)速控制。通過設(shè)計需要理解直流電機(jī)基本原理，掌握控制處理器芯片的定時器多通道pwm輸出功能、頻率信號捕獲功能，多通道adc采集功能等應(yīng)用技術(shù)，并設(shè)計人機(jī)交互界面?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C(jī)課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多：在課設(shè)設(shè)計的初步階段，是最困難的階段，我們需要去圖書館翻閱大量程序書籍，尋找可以用的程序段并且加以修改。這是一個漫長的過程大概過了4天，才實現(xiàn)了pwm波的調(diào)節(jié)，這個環(huán)節(jié)對于直流電機(jī)的調(diào)速起到了關(guān)鍵作用：通過調(diào)節(jié)占空比來對電機(jī)速度進(jìn)行控制。接下來拿到了電機(jī)板子，開始正式對電機(jī)調(diào)速發(fā)起了挑戰(zhàn)，將鍵盤功能還有測速功能一一實現(xiàn)，在最后的測試我們嘗試了幾十次才最后獲得成功，讓我們體會到了成功與堅持不懈不可分割。這些天的體會，我們要對所用芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解，知道該芯片內(nèi)有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在實習(xí)過程中遇到問題是很正常的，但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。但是從中學(xué)到的知識會讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實踐能力提高都會受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。6.參考文獻(xiàn)1 綜合電子設(shè)計實驗指導(dǎo)書：北京信息科技大學(xué)20011.42 文東 孫鵬飛 C語言程序設(shè)計 M. 北京：中國人民大學(xué)出版社，2009.23 楊加國 單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計 M. 北京：清華大學(xué)出版社，2008.3附錄主要元器件清單：電機(jī)板簡介：實驗板數(shù)據(jù)線連接定義：表1電機(jī)接口定義： 表2 電機(jī)板接口功能說明 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