畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的PWM直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）題 目：基于單片機(jī)的pwm直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：專 業(yè)：自動(dòng)化班 級(jí)：06（4）指導(dǎo)教師： 基于單片機(jī)的pwm直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及日常生活中起著越來越重要的作用，因此，對(duì)電機(jī)調(diào)速的研究有著積極的意義.長期以來，直流電機(jī)被廣泛應(yīng)用于調(diào)速系統(tǒng)中，而且一直在調(diào)速領(lǐng)域占居主導(dǎo)地位?；趩纹瑱C(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響。其控制軟件能夠進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算。系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，可靠性高。直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍

2、內(nèi)平滑調(diào)速。在軋鋼機(jī)、礦井卷機(jī)、挖掘機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)控制的pwm直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以at89c52單片機(jī)為核心，以2a、1000r/min小直流電機(jī)為控制對(duì)象，以l298n為h橋驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)。采用pid控制算法，調(diào)節(jié)pwm 占空比從而控制電機(jī)兩端電壓，以達(dá)到調(diào)速的目的。用4*3鍵盤輸入有關(guān)控制信號(hào)及參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)。并在4位led上實(shí)時(shí)顯示輸入?yún)?shù)及動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵詞：單片機(jī)、直流電機(jī)、pwm、 pidbased on scm pwm dc speed control system de

3、signabstractwith the progress of the times and the development of science and technology, motor speed system in agricultural production, transportation and daily life plays a more and more important role in motor speed, therefore, the research has positive significance. for a long time, have been wi

4、dely applied in dc motor control system, and has been inhabited areas in speed dominant. based on scm dc motor speed control system of high degree of standardization of hardware circuit, low cost, and the temperature drift. device, the control software to logic and complex operation. the system has

5、good stability and reliability. dc motor with excellent, braking performance, and in a wide range smooth speed. in the mill, mine machine, excavator, metal cutting machine, paper machine, high-level elevator is widely used in the fields.the design is based on single chip microcomputer control system

6、 of dc motor control pwm, by at89c52 singlechip system, and 1000r/min small double-a dc motor to control, l298n h bridge to drive chip realize speed, double loop current feedback. pid control algorithm, regulate and control pwm occupies emptiescompared to achieve both voltage motor speed. use 4 * 3

7、keyboard input signal and the relevant control parameters, can realize the rev brake motor speed regulation, and positive &negative. and in four led on real-time display input parameters and dynamic speed.keywords ： monolithic integrated circuits, a direct motor，pwm，pid目錄基于單片機(jī)的pwm直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)i摘要iabstrac

8、tii第一章 緒論11.1課題背景11.2課題功能1第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)22.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)22.1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖22.1.2單片機(jī)的選擇及其簡介22.1.3 其他芯片簡介62.2pwm信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)182.2.1 pwm的基本原理182.2.2 pwm信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)192.2.3 h橋芯片的工作原理202.3主電路設(shè)計(jì)232.4轉(zhuǎn)速和電流的測量232.5 ad轉(zhuǎn)換252.6顯示與鍵盤電路25第三章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)273.1pid控制算法原理及流程圖273.2 系統(tǒng)部分程序的設(shè)計(jì).29 3.2.1 單片機(jī)資源分配.293.2.2 程序流程圖29結(jié)論32參考文獻(xiàn)33附錄34致

9、謝47第一章 緒論1.1課題背景隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及日常生活中起著越來越重要的作用，因此，對(duì)電機(jī)調(diào)速的研究有著積極的意義.長期以來，直流電機(jī)被廣泛應(yīng)用于調(diào)速系統(tǒng)中，而且一直在調(diào)速領(lǐng)域占居主導(dǎo)地位，這主要是因?yàn)橹绷麟姍C(jī)不僅調(diào)速方便，而且在磁場一定的條件下，轉(zhuǎn)速和電樞電壓成正比，轉(zhuǎn)矩容易被控制；同時(shí)具有良好的起動(dòng)性能，能較平滑和經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)速度。因此采用直流電機(jī)調(diào)速可以得到良好的動(dòng)態(tài)特性。由于直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速。在軋鋼機(jī)、礦井卷機(jī)、挖掘機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。近年來交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很

10、快，然而直流控制系統(tǒng)畢竟在理論上和在時(shí)間上都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流系統(tǒng)的基礎(chǔ)，長期以來，由于直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)優(yōu)于交流調(diào)速系統(tǒng)。因此，直流調(diào)速系統(tǒng)一直在調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)占重要位置。1.2課題功能 本論文介紹了基于at89c52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)pid控制的直流脈沖（pwm）調(diào)速系統(tǒng)，并且詳細(xì)論述了該系統(tǒng)的控制方法、結(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)等方面的問題。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速性能好，性能價(jià)格比高，真正實(shí)現(xiàn)了直流調(diào)速系統(tǒng)的高精度控制。本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)控制的pwm直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以at89c52單片機(jī)為核心，以2a、1000r/min小直流電機(jī)為控制對(duì)象，l298n

11、為h橋驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)。采用pid控制算法，調(diào)節(jié)pwm 占空比從而控制電機(jī)兩端電壓，以達(dá)到調(diào)速的目的。用4*3鍵盤輸入有關(guān)控制信號(hào)及參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)。并在4位led上實(shí)時(shí)顯示輸入?yún)?shù)及動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速。第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)的任務(wù)是基于單片機(jī)控制的pwm直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，以小直流電機(jī)為控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)、采用pid控制算法。方便的人機(jī)對(duì)話接口，用鍵盤輸入有關(guān)控制信號(hào)及參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)。并在led上實(shí)時(shí)顯示輸入?yún)?shù)及動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速。因此整個(gè)系統(tǒng)大致包

12、括五部分：單片機(jī)、顯示電路、鍵盤電路、驅(qū)動(dòng)電路、檢測電路?！?】根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，提出如圖2.1所示的硬件電路組成框圖。圖2.12.1.2單片機(jī)的選擇及其簡介本設(shè)計(jì)選用了at89c52單片機(jī)【2】，下面對(duì)它進(jìn)行介紹。圖2.2給出了at89c52的芯片引腳結(jié)構(gòu)。 at89c52單片機(jī)是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容。功能強(qiáng)大的at89c52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜的

13、控制應(yīng)用場合。（1）at89c52 主要性能參數(shù)與mcs-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。8字節(jié)可重擦寫flash閃速存儲(chǔ)器1000 次擦寫周期全靜態(tài)操作：0hz-24mhz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器256x8字節(jié)內(nèi)部ram32個(gè)可編程i/0口線3個(gè)16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器8個(gè)中斷源可編程串行uart通道、低功耗空閑和掉電模式 （2）at89c52功能特性 at89c52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8字節(jié)flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部ram , 32個(gè)i/o口線，3個(gè)16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，at89c52可降至ohz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟

14、件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu 的工作，但允許ram，定時(shí)計(jì)數(shù)器串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位.圖2.2 at89c52引腳圖（3）at89c52部分引腳功能說明xtal1：片內(nèi)晶振電路反相放大器的輸入端xtal2：片內(nèi)晶振電路反相放大器的輸出端。p0：p0口是一組8位漏極開路型雙向i/o 口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl 邏輯門電路，對(duì)端口p0 寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)

15、總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在flash中編程時(shí)，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。p1口：p1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。與at89c51不同之處是，pl.0 和p1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 的外部計(jì)數(shù)輸入（pl.0/t2 ）和外部觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex) , flash編程和程序校驗(yàn)期間，pl接收低8位地址。

16、p2口：p2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯電路。對(duì)端口p2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movxdptr 指令）時(shí)，p2送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、如執(zhí)行movxri指令）時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。 flash編程或校驗(yàn)時(shí)，p2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 p3口：p3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口輸出緩沖

17、級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)p3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流。 p3口除了作為i/0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2.1所示。此外，p3口還接收一些用于flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。表2.1端口引腳第二功能 p3.0rxd（串行輸入口 p3.1txd（串行輸出口 p3.2into（外中斷0 p3.3into（外中斷l(xiāng)) p3.4to （定時(shí)計(jì)數(shù)器0 ) p3.5tl （定時(shí)計(jì)數(shù)器l ) p3

18、.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） p3.7rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） ale/prog:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale(地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)一般情況下，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ale脈沖。 對(duì)flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(prog)。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令才能將ale激活,此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，

19、應(yīng)設(shè)置ale禁止位無效。psen：程序儲(chǔ)存允許psen輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89c52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次psen信號(hào)。ea/vpp：外部訪問允許。欲使cpu 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000h-ffffh ) , ea端必須保持低電平(接地）需注意的是：如果加密位lbi被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端）, cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v

20、編程電壓vpp 。（4）at89c52特殊功能寄存器在at89c52片內(nèi)存儲(chǔ)器中，80h-ffh共128個(gè)單元為特殊功能寄存器（sfe ) 。并非所有的地址都被定義，從80h-ffh共128 個(gè)字節(jié)只有一部分被定義，還有相當(dāng)一部分沒有定義。對(duì)沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數(shù)位將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。 不應(yīng)將數(shù)據(jù)1寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產(chǎn)品中可能賦予新的功能。在這種情況下，復(fù)位后這些單元數(shù)值總是“0”。（5）at89c52單片機(jī)擴(kuò)展電路及分析at89c52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8字節(jié)flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部ram , 32個(gè)i/o口線，3個(gè)16 位定時(shí)計(jì)數(shù)

21、器，一個(gè)6向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。由于at89c52具有256字節(jié)內(nèi)部ram。 對(duì)本設(shè)計(jì)已經(jīng)足夠使用，因此不需要再擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。但本設(shè)計(jì)需外擴(kuò)i/o接口，因此采用8255擴(kuò)展外部i/o口。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的0口是數(shù)據(jù)總線和低八位地址線共用的，所以需要使用地址鎖存器74373。由此將0口地址送于74373鎖存，以便下一時(shí)刻，口傳送數(shù)據(jù)。2.1.3 其他芯片簡介2.1.3.1 8255的簡介【3】8255是一個(gè)并行輸入/輸出的lsi芯片,多功能的i/o器件,可作為cpu總線與外圍的接口.它具有24個(gè)可編程設(shè)置的i/o口,即3組8位的i/o口，為pa口,pb口和

22、pc口.它們又可分為兩組12位的i/o口,a組包括a口及c口(高4位,pc4pc7),b組包括b口及c口(低4位,pc0pc3).a組可設(shè)置為基本的i/o口,閃控(strobe)的i/o閃控式,雙向i/o3種模式;b組只能設(shè)置為基本i/o或閃控式i/o兩種模式,而這些操作模式完全由控制寄存器的控制字決定。圖2.3給出了8255芯片引腳結(jié)構(gòu).8255引腳功能 reset:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外接高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器(包括控制寄存器)均被清除，所有i/o口均被置成輸入方式。圖2.38255引腳圖 cs:芯片選擇信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/cs=0時(shí),表示芯片被選中，允許8255與c

23、pu進(jìn)行通訊;/cs=1時(shí),8255無法與cpu做數(shù)據(jù)傳輸. rd:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/rd=0且/cs=0時(shí),允許8255通過數(shù)據(jù)總線向cpu發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即cpu從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 wr:寫入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/wr=0且/cs=0時(shí),允許cpu將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。 d0d7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與cpu數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)cpu 執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。 pa0pa7:端口a輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 pb0pb7:

24、端口b輸入輸出線，一個(gè)8位的i/o鎖存器， 一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。 pc0pc7:端口c輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口c可以通過工作方式設(shè)定而分成2個(gè)4位的端口， 每個(gè)4位的端口包含一個(gè)4位的鎖存器，分別與端口a和端口b配合使用，可作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信號(hào)輸入端口。8255 有4 個(gè)內(nèi)部緩存器，分別是a 端口緩存器、b 端口緩存器、c 端口緩存器及控制緩存器。 當(dāng)微電腦要讀寫8255 的內(nèi)部緩存器時(shí)，必須利用a1 及a0 指定要對(duì)那一個(gè)暫器進(jìn)行讀寫動(dòng)作。下表為a1、a0 配合rd、wr及cs 的控制狀態(tài)表。表2.2a1 a0 rdwrcs操

25、作情形 0 0 0 1 0 a 端口數(shù)據(jù)送到總線 0 1 0 1 0 b 端口數(shù)據(jù)送到總線 1 0 0 1 0 c 端口數(shù)據(jù)送到總線 0 0 1 0 0 總線數(shù)據(jù)存入a 端口 0 1 1 0 0 總線數(shù)據(jù)存入b 端口 1 0 1 0 0 總線數(shù)據(jù)存入c 端口 1 1 1 0 0 總線數(shù)據(jù)存入控制緩存器 1 總線呈高阻抗 1 1 0 1 0 錯(cuò)誤操作 1 0 總線呈高阻抗 2.1.3.2 74hc373簡介【4】373為三態(tài)輸出的八 d 透明鎖存器,共有 54/74s373 和 54/74ls373 兩種線路結(jié)構(gòu)型式。74hc373其主要電器特性的典型值如下(不同廠家具體值有差別):型號(hào) tpd

26、 pd54s373/74s373 7ns 525mw54ls373/74ls373 17ns 120mw 373 的輸出端 o0o7 可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端 oe 為低電平時(shí)，o0o7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) oe 為高電平時(shí)，o0o7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當(dāng)鎖存允許端 le 為高電平時(shí)，o 隨數(shù)據(jù) d 而變。當(dāng) le 為低電平時(shí)，o 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng) le 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mv。圖2.4給出了74hc373芯片引腳結(jié)構(gòu)。圖2.4 74hc373引

27、腳圖2.1.3.3 l298n簡介【5】l298是sgs公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳multiwatt封裝的l298n，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。圖2.5是l298n內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖l298n可接受標(biāo)準(zhǔn)ttl邏輯電平信號(hào)vss，vss可接457 v電壓。4腳vs接電源電壓，vs電壓范圍vih為2546 v。輸出電流可達(dá)25 a，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。l298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，out1，out2和out3，out4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，如圖2.7此裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5

28、，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ena，enb接pwm端，控制電機(jī)的速度。表2.3是l298n功能邏輯圖。 圖2.5 表2.3in3，in4的邏輯圖與表1.3相同。由表2.3可知ena為低電平時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行，當(dāng)ena為pwm時(shí)，輸入電平為一高一低，電機(jī)正或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機(jī)停止，同為高電平電機(jī)剎停。下圖是其引腳圖：圖2.6圖2.7圖2.8為采用內(nèi)部集成有兩個(gè)橋式電 路的專用芯片l298所組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)芯片l298是驅(qū)動(dòng)二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用芯片，我們利用它內(nèi)部的 橋式電路來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，這種方法有一系列的優(yōu)點(diǎn)。每一組pwm波用來控制一個(gè)電機(jī)的速度，而另外兩個(gè)

29、i/o口可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制比較簡單，電路也很簡單，一個(gè)芯片內(nèi)包含有8個(gè)功率管，這樣簡化了電路的復(fù)雜性，如圖所示iob10、iob11控制第一個(gè)電機(jī)的方向，iob8輸入的pwm控制第一個(gè)電機(jī)的速度；iob12、iob13控制第二個(gè)電機(jī)的方向，iob9輸入的pwm控制第二個(gè)電機(jī)的速度。圖2.82.1.3.4 ad574簡介【6】ad574a 是美國模擬數(shù)字公司（analog）推出的單片高速 12 位逐次比較型 a/d 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換芯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容器件即可構(gòu)成一個(gè)完整的 a/d 轉(zhuǎn)換

30、器.ad574是一種常用的12位ad變換芯片，也可以實(shí)現(xiàn)8位轉(zhuǎn)換。有兩個(gè)模擬信號(hào)輸入端，分別為10v輸入端和20v輸入端，各自都既允許單極性輸入，也允許雙極性輸入。但芯片本身是單路工作，只允許一個(gè)模擬信號(hào)輸入端接入信號(hào)。它可以和16位cpu相連接，也可以和8位cpu相連接。只需要適當(dāng)?shù)母淖兡承┛刂埔_的接法。ad574可以通過簡單的三態(tài)門 、鎖存器接口與微機(jī)的系統(tǒng)總線相連接，也可以通過編程接口與系統(tǒng)總線相連接。采用查詢sts狀態(tài)可判斷變換是否完成。ad574a主要功能特性如下：分辨率：12位非線性誤差：小于1/2lbs或1lbs 轉(zhuǎn)換速率：25us 模擬電壓輸入范圍：010v和020v，05v

31、和010v兩檔四種 電源電壓：15v和5v 數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位 芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式圖2.9 ad574引腳圖ad574a的引腳結(jié)構(gòu)如圖2.9。1. pin1(+v)+5v電源輸入端。2. pin2(12/8 )數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出。3. pin3(cs )片選端。4. pin4(a0)字節(jié)地址短周期控制端。與 端用來控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。須注意的是， 端ttl電平不能直接+5v或0v 連接。5. pin5(r/c)讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。6. pin6(ce)使能端。 7. pin7(v+)正電源輸入端，輸入+15v電源

32、。 8. pin8(ref out)10v基準(zhǔn)電源電壓輸出端。9. pin9(agnd)模擬地端。10. pin10(ref in)基準(zhǔn)電源電壓輸入端。11. pin(v-)負(fù)電源輸入端，輸入-15v電源。12. pin1(v+)正電源輸入端，輸入+15v電源。13. pin13(10v in)10v量程模擬電壓輸入端。14. pin14(20v in)20v量程模擬電壓輸入端。15. pin15(dgnd)數(shù)字地端。16. pin16pin27(db0db11)12條數(shù)據(jù)總線。通過這12條數(shù)據(jù)總線向外輸出a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。17. pin28(sts)工作狀態(tài)指示信號(hào)端，當(dāng)sts=1時(shí)，表示轉(zhuǎn)換

33、器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng)sts=0時(shí)，聲明a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號(hào)可以判別a/d轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或查詢信號(hào)之用。 ad574工作時(shí)序的控制功能狀態(tài)表。表 2.42.1.3.5 lf398簡介lf398是一種反饋型采樣保持放大器，也是目前較為流行的通用型采樣保持放大器。與lf398結(jié)構(gòu)相同的還有l(wèi)f198/lf298等，都是由場效應(yīng)管構(gòu)成，具有采樣速度高，保持電壓下降慢和精度高等特點(diǎn)。當(dāng)作為單一放大器時(shí)，lf398直流增益精度為0.002%,采樣時(shí)間小于6us時(shí)精度可達(dá)0.01%;輸入偏置電壓的調(diào)整只需在偏置端(2腳)調(diào)整即可,并且在不降低偏置電流的情況下,帶寬允許1mhz,其主

34、要技術(shù)指標(biāo)有:1、工作電壓：+5-+18v2、采樣時(shí)間：10us3、可與ttl、pmos、cmos兼容4、當(dāng)保持電容為0.01uf時(shí)，典型保持步長為0.5mv5、低輸入漂移，保持狀態(tài)下輸入特性不變6、在采樣或保持狀態(tài)時(shí)高電源抑制下圖為集成采樣/保持器-lf398引腳圖。圖2.10 lf398引腳圖2.1.3.6 3020t簡介霍爾傳感器【7】是對(duì)磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號(hào)采集的有cs3020、cs3040等，這種傳感器是一個(gè)3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（oc）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖2.11所示是cs3020的外形圖，將有

35、字面對(duì)準(zhǔn)自己，三根腳從左右分別是vcc，地，輸出。, e o&is8i%j0圖2.11cs3020外形圖電子園51單片機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)+pm:x _8w使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對(duì)磁場方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試。z t7g5fd0這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。2.1.3.7 cs040g簡介cs040g系列霍爾

36、電流傳感器應(yīng)用霍爾效應(yīng)開環(huán)原理的電流傳感器，能在電隔離條件下測量直流、交流、脈沖以及各種不規(guī)則波形的電流。結(jié)構(gòu)參數(shù)（mm）：圖2.12引腳說明：1：+ 15v2：0v(電源地)3：vout4：-15v表2.5結(jié)構(gòu)參數(shù)型號(hào)cs010gcs020gcs030gcs040gipn原邊額定輸入電流10203040aip原邊電流測量范圍 020040060080avsn副邊額定輸出電壓11%vvc電源電壓1215（5%）vic電流消耗vc=15v 20mavd絕緣電壓在原邊與副邊電路之間2 .5kv有效值/50hz/1分鐘l線性度 1%fsv0零點(diǎn)失調(diào)電壓ta=25 30mvvom磁失調(diào)電壓 ipn0

37、20mvvot失調(diào)電壓溫漂 ipn=0 ta=25+85 1mv/tr響應(yīng)時(shí)間3sf頻帶寬度（-3db）dc20khzta工作環(huán)境溫度25+85ts貯存環(huán)境溫度40+100rl負(fù)載電阻ta=25 10k使用說明1.傳感器按結(jié)構(gòu)圖說明接線，當(dāng)待測電流從傳感器穿芯孔中穿入，即可從輸出端測得與被測電流一一對(duì)應(yīng)的電壓值。（注：錯(cuò)誤的接線可能導(dǎo)致傳感器的損壞）2.根據(jù)用戶需求定制不同額定輸入電流和輸出電壓的傳感器。3.傳感器的輸出幅度可根據(jù)用戶需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。2.2pwm信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)2.2.1 pwm的基本原理直流電機(jī)脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation-簡稱pwm) 【8】

38、調(diào)速產(chǎn)生于20 世紀(jì)70 年代中期，最早用于自動(dòng)跟蹤天文望遠(yuǎn)鏡、自動(dòng)記錄儀表等的驅(qū)動(dòng)，后來由于晶體管器件水平的提高及電路技術(shù)的發(fā)展, pwm 技術(shù)得到了高速發(fā)展,各式各樣的脈寬調(diào)速控制器，脈寬調(diào)速模塊也應(yīng)運(yùn)而生，許多單片機(jī)也都有了pwm輸出功能。而mcs-51 系列單片機(jī)作為應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)之一，卻沒有pwm 輸出功能，本文采用定時(shí)器配合軟件的方法實(shí)現(xiàn)了mcs-51單片機(jī)的pwm輸出調(diào)速功能,這對(duì)精度要求不高的場合是非常實(shí)用的。理論基礎(chǔ)： 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高

39、頻段略有差異。圖2.13形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 面積等效原理： 分別將如圖2.13所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（r-l電路）上，如圖2.14a所示。其輸出電流i(t)對(duì)不同窄脈沖時(shí)的響應(yīng)波形如圖2.14b所示。從波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各i(t)響應(yīng)波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)i(t)也是周期性的。用傅里葉級(jí)數(shù)分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。圖2.14 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波，正弦半波n等分，看成n個(gè)

40、相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。 spwm波形脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的pwm波形。要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。 pwm電流波： 電流型逆變電路進(jìn)行pwm控制，得到的就是pwm電流波。 spwm波：等效正弦波形，還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和spwm控制相同，也基于等效面積原理2.2.2 pwm信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)采用定時(shí)器及軟件編程輸出pwm。用單片機(jī)控制h橋芯片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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的

41、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(shí)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)。本設(shè)計(jì)采用h橋驅(qū)動(dòng)芯片l298n來實(shí)現(xiàn)pwm電機(jī)調(diào)速。圖2.15 用pwm波代替正弦半波2.2.3 h橋芯片的工作原理【9】圖2.16中所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于“h橋式驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜竓。4個(gè)三極管組成h的4條垂直腿，而電機(jī)就是h中的橫杠（注意：圖2.16及隨后的兩個(gè)圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動(dòng)電路沒有畫出來）。 如圖2.16所示，h橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通

42、對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)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(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如，如圖2.17所示，當(dāng)q1管和q4管導(dǎo)通時(shí)，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(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管q1和q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向）。圖2.16h橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 圖2.17h橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 圖2.18所示為另一對(duì)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(shí)

43、，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向）。二、使能控制和方向邏輯 驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證h橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。如果三極管q1和q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管。 基于上述原因，在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。圖2.18h橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 圖2.19所示就是基于這種考慮的改進(jìn)電路，它在基本h橋電路的基礎(chǔ)上增加了4個(gè)與門和2個(gè)非門。4個(gè)與門同一個(gè)“使能”導(dǎo)通信號(hào)相

44、接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控制整個(gè)電路的開關(guān)。而2個(gè)非門通過提供一種方向輸人，可以保證任何時(shí)候在h橋的同側(cè)腿上都只有一個(gè)三極管能導(dǎo)通。（與本節(jié)前面的示意圖一樣，圖2.19所示也不是一個(gè)完整的電路圖，特別是圖中與門和三極管直接連接是不能正常工作的。）采用以上方法，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需要用三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。如果dirl信號(hào)為0，dirr信號(hào)為1，并且使能信號(hào)是1，那么三極管q1和q4導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機(jī)（如圖2.20所示）；如果dirl信號(hào)變?yōu)?，而dirr信號(hào)變?yōu)?，那么q2和q3將導(dǎo)通，電流則反向流過電機(jī)。實(shí)際使用的時(shí)候，用分立件制作h橋式是很麻煩的，好在現(xiàn)在市面上有

45、很多封裝好的h橋集成電路，接上電源、電機(jī)和控制信號(hào)就可以使用了，在額定的電壓、電流內(nèi)使用非常方便可靠。比如常用的l293d、l298n、ta7257p、sn754410等。圖2.19具有使能控制和方向邏輯的h橋電路 圖2.20使能信號(hào)與方向信號(hào)的使用 2.3主電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中電機(jī)兩端電樞電壓由l298提供，通過調(diào)節(jié)pwm占空比來調(diào)節(jié)l298輸出電壓即電機(jī)兩端電樞電壓。主電路設(shè)有h橋型二級(jí)管電路作為保護(hù)電路。電源經(jīng)單相整流，電容濾波、穩(wěn)壓后提供本設(shè)計(jì)所需電源。穩(wěn)壓器7805、7905分別提供+5v、-5v電壓，7815、7915分別提供+15v、-15v電壓。轉(zhuǎn)速檢測的傳感器、電流檢測的傳感器都

46、要與直流電機(jī)連接。電源部分如圖2.21。2.4轉(zhuǎn)速和電流的測量本設(shè)計(jì)采用3020t和cs040g分別對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行測量。3020t其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。設(shè)計(jì)中采用定時(shí)器t0，再配以軟件計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。cs040g 應(yīng)用霍爾效應(yīng)開環(huán)原理的電流傳感器，能在電隔離條件下測量直流、交流、脈沖以及各種不規(guī)則波形的電流。當(dāng)待測電流從傳感器穿芯孔中穿入，即可從輸出端測得與被測電流一一對(duì)應(yīng)的電壓值。如圖2.22。 圖2.21 圖2.222.5 ad轉(zhuǎn)換由于本設(shè)計(jì)只有電流信號(hào)需要進(jìn)行ad

47、轉(zhuǎn)換，因此采用單通道ad轉(zhuǎn)換芯片ad574。而電流隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的不同會(huì)有正負(fù)之分，因此ad574采用雙極性接法。ad芯片與采樣保持其的連接如下：圖2.232.6顯示與鍵盤電路本設(shè)計(jì)需要4為來實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)速值，且當(dāng)有鍵盤按下時(shí)，要給予相應(yīng)的顯示，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)顯示方式：動(dòng)態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點(diǎn)亮每位顯示器（稱為掃描），即每個(gè)數(shù)碼管的位選被輪流選中，多個(gè)數(shù)碼管公用一組段選，段選數(shù)據(jù)僅對(duì)位選選中的數(shù)碼管有效。對(duì)于每一位顯示器來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。通過調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示器的位數(shù)

48、不大于8位，則顯示器的公共端只需一個(gè)8位i/o口進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描（稱為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需一個(gè)8位口（稱為段碼輸出）。 位共陽極，用型三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。8255a口的pa3到pa0分別控制4位led的選通，口則進(jìn)行位筆段代碼的傳輸。本設(shè)計(jì)采用矩陣鍵盤，由8255的c口控制鍵盤，pc2到pc0作為列線，pc7到pc4作為行線。第三章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)3.1pid控制算法原理及流程圖所謂增量式pid是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量ku。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的控制量是增量，而不是位置量的絕對(duì)數(shù)值時(shí)，可以使用增量式pid控制算法進(jìn)行控制。 增量式pid控制算法可以通過（式3.1）推導(dǎo)出。

49、 （3.1）由（式3.1）可以得到控制器的第k1個(gè)采樣時(shí)刻的輸出值為： （3.2）將（式3.1）與（式3.2）相減并整理，就可以得到增量式pid控制算法公式為： (3.3)其中： (3.4)由（式3.3）可以看出，如果計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期t，一旦確定a、b、c，只要使用前后三次測量的偏差值，就可以由（式3.3）求出控制量。 增量式pid控制算法與位置式pid算法（式3.1）相比，計(jì)算量小的多，因此在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。 而位置式pid控制算法也可以通過增量式控制算法推出遞推計(jì)算公式： (3.5) 上式就是目前在計(jì)算機(jī)控制中廣泛應(yīng)用的數(shù)字遞推pid控制算法。物理模型:圖3.1 pi

50、d增量式控制算法原理圖圖3.2軟件算法流程圖在實(shí)際編程時(shí)0、1、2可預(yù)先算出，存入預(yù)先固定的單元，設(shè)初值e（k-1）、e（k-2）為0。增量式pid算法的優(yōu)點(diǎn)（1）位置式算法每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的積累誤差。而增量式只需計(jì)算增量，當(dāng)存在計(jì)算誤差或精度不足時(shí)，對(duì)控制量計(jì)算的影響較小。3.2 系統(tǒng)中部分程序的設(shè)計(jì)3.2.1 單片機(jī)資源分配系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)存分配表：地址功能地址功能e0hffh堆棧42h電流給定首地址39h3ch顯示緩沖區(qū)53h電流采樣首地址3dh置轉(zhuǎn)速比例值57h轉(zhuǎn)速采樣首地址3e置轉(zhuǎn)速積分值5bh中值濾波數(shù)據(jù)首地址3fh置電流比例值5e

51、h標(biāo)度變換數(shù)據(jù)地址40h置電流積分值45h轉(zhuǎn)速pid輸出首地址41h置轉(zhuǎn)速給定首地址47h電流pid輸出首地址3.2.2 程序流程圖主程序包括如下三個(gè)環(huán)節(jié)：實(shí)現(xiàn)各種初始化，包括設(shè)置堆棧指針、8255初始化、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化、以及開中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)等。實(shí)現(xiàn)顯示（按照人機(jī)對(duì)話功能顯示各種不同參數(shù)）不斷地進(jìn)行鍵掃描，判斷是否有鍵按下。如無鍵按下，則返回；若有鍵按下，則轉(zhuǎn)各鍵處理子程序。主程序流程圖如圖3.3系統(tǒng)每隔10ms對(duì)轉(zhuǎn)速、電流采樣一次，每采樣三次，進(jìn)行一次數(shù)據(jù)處理。即分別對(duì)轉(zhuǎn)速、電流采樣值進(jìn)行中值濾波，標(biāo)度變換，之后送顯示緩存區(qū)，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行pid運(yùn)算，輸出作為電流pid運(yùn)算的輸入

52、，電流pid運(yùn)算的輸出用來調(diào)節(jié)pwm占空比。中斷程序流程如圖3.4圖3.3主程序流程圖圖3.4 中斷程序流程圖結(jié)論：本次設(shè)計(jì)我做的是直流電機(jī)調(diào)速，以前也接觸過，是在實(shí)訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。通過本次設(shè)計(jì)我了解了許多關(guān)于直流電機(jī)調(diào)速的知識(shí)，也查詢了許多的資料，并結(jié)合自己的想法完成了課題。經(jīng)過學(xué)習(xí)，使我對(duì)51單片機(jī)有了更進(jìn)一步的了解，對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要如何入手有了更加深刻的體會(huì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，也遇到了一些問題，如pid算法、pwm占空比調(diào)節(jié)等，但經(jīng)過努力都一一解決了。本設(shè)計(jì)的任務(wù)是基于單片機(jī)控制的pwm直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，以小直流電機(jī)為控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)、采用pid控制算法。方便的人機(jī)對(duì)話接口，