計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 直流電機(jī)測速調(diào)速系統(tǒng)

1、XIAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY課程名稱 直流電機(jī)測速調(diào)速實(shí)驗(yàn) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 秦剛 成 績： 2016 年 7 月 11日計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 直流電機(jī)測速調(diào)速系統(tǒng)1、 選定題目：電機(jī)速度控制系統(tǒng) 二、設(shè)計(jì)目的和要求：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合運(yùn)用知識(shí)的過程，它不僅需要微型機(jī)控制理論、程序設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，而且還需要具備一定的生產(chǎn)工藝知識(shí)。課程設(shè)計(jì)包括確定控制任務(wù)、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制軟件的設(shè)計(jì)等，以便使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路和方法。三、功能需求： 1、基本功能： （1

2、）該系統(tǒng)使用實(shí)驗(yàn)箱的直流電機(jī)、1602液晶、DA、鍵盤等模塊完成設(shè)計(jì)； （2）直流電機(jī)通過DA模塊使用PWM方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)及調(diào)速； （3）能夠通過1602液晶顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速及PWM占空比； （4）通過按鍵控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止。2、擴(kuò)展功能： （1）能夠通過按鍵手動(dòng)輸入目標(biāo)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/秒），啟動(dòng)電機(jī)后控制電機(jī)穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速； （2）使用1602液晶實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)轉(zhuǎn)速、當(dāng)前轉(zhuǎn)速及啟停狀態(tài)（on/off）。4、 實(shí)驗(yàn)思路：本直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以單片機(jī)系統(tǒng)為依托，根據(jù)PWM調(diào)速的基本原理，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，并通過單片機(jī)控制速度的變化。本設(shè)計(jì)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部

3、分組成。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動(dòng)對電機(jī)速度的有效控制。 用51來產(chǎn)生PWM波就必須要用軟件編程的方法來模擬。方法大概可以分為軟件延時(shí)和定時(shí)器產(chǎn)生兩種方法。本次課程設(shè)計(jì)我們采用定時(shí)器產(chǎn)生PWM方波。定時(shí)器產(chǎn)生PWM:這種方法利用了定時(shí)器溢出中斷，在中斷服務(wù)程序改變電平的高低，在程序較復(fù)雜、多操作時(shí)仍能輸出較準(zhǔn)確的pwm波形。 五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：單片機(jī)開發(fā)實(shí)驗(yàn)儀一臺(tái)；AT89C51；LCD1602；DA數(shù)模轉(zhuǎn)換；按鍵；光電開關(guān)六、實(shí)驗(yàn)原理： 1、硬件

4、框圖： 硬件部分主要由電位器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、 51單片機(jī)、顯示模塊、驅(qū)動(dòng)電路和無刷直流電機(jī)組成。其功能框圖如下：2、硬件介紹：1)1602液晶顯示模塊電路1602C字符型液晶：CS：片選信號(hào)，低電平有效；RS：選擇讀寫的是指令或數(shù)據(jù)，L：指令，H：為數(shù)據(jù)。RW：讀寫控制端，L：寫操作，H：讀操作。12864J圖形點(diǎn)陣液晶：CS：片選信號(hào)，低電平有效；CS1/2：左右半屏使能選擇，H：左半屏，L：右半屏；RS：選擇讀寫的是指令或數(shù)據(jù)，L：指令，H：為數(shù)據(jù)。RW：讀寫控制端，L：寫操作，H：讀操作。12864M圖形點(diǎn)陣液晶：JP6的16腳是空腳，JP6的15腳是PSB：PSB接高電平，CPU與液晶

5、使用并行接口連接，連接方法與12864J完全相同；PSB接低電平，CPU與液晶使用串行接口連接，此時(shí)，RS、RW、E與CPU的I/O管腳相連（STAR ES59PA才有該功能）。(1602C字符型液晶) (1602C字符型液晶)（12864J圖形點(diǎn)陣液晶）2）DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換CS：片選，低有效；OUT：轉(zhuǎn)換電壓輸出；OUT1：經(jīng)功放電路的電壓輸出；電位器W5：調(diào)整基準(zhǔn)電壓。3）發(fā)光管、按鍵、開關(guān)JP65：發(fā)光管控制接口，0燈亮，1燈滅第 頁按鍵電路原理圖開關(guān)電路原理圖JP74：按鍵控制接口；按下0信號(hào)，松開1信號(hào) JP80：開關(guān)控制接口；閉合0信號(hào)，斷開1信號(hào)4） AT89C51本課題中

6、控制芯片的作用主要是與ADC0809相連接，采集模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的8位二進(jìn)制碼，過公式計(jì)算后得到電壓值，同時(shí)連接四位數(shù)碼管進(jìn)行顯示。綜合考慮，選用AT89C51即滿足要求。 簡介：AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。&

7、#160;AT89C51引腳圖如下： 主要特性：與MCS-51 兼容·；4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；  數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz  ； 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；128×8位內(nèi)部RAM  ；32可編程I/O線；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源；可編程串行通道； 低功耗的閑置和掉電模式； 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量/控制5）使用光電開關(guān)測速第 頁 CTRL：控制電壓(DAC0832經(jīng)功放電路提供)輸入；REV：

8、光電開關(guān)脈沖輸出(用于轉(zhuǎn)速測量)；LIGHT：低電平點(diǎn)亮發(fā)光管。3、 軟件設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)：主程序是一個(gè)循環(huán)程序，其主要思路是，先設(shè)定好速度初始值，這個(gè)初始值與測速電路送來的值相比較得到一個(gè)誤差值，然后用PID增量式算法輸出控制系數(shù)給PWM發(fā)生電路改變波形的占空比，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。主程序流程圖如下：第 頁五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)相比硬件的課程設(shè)計(jì)，簡直難了不止一個(gè)檔次，作為主要的編程人員，當(dāng)我實(shí)際要去控制一個(gè)物體的時(shí)候，我才知道自己以前學(xué)的知識(shí)有多么的不牢固，不過真真正正的去做一個(gè)實(shí)物控制程序的時(shí)候，才能真切的體會(huì)到以前書本上學(xué)的知識(shí)是如何運(yùn)用到實(shí)際的，我基本上可以說

9、是為了應(yīng)付考試勉勉強(qiáng)強(qiáng)學(xué)了一些，這次實(shí)際做到項(xiàng)目設(shè)計(jì)后，才理解其真正的含義。還有本次項(xiàng)目，我們采用了LCD顯示屏作為顯示單元，比LED數(shù)碼管復(fù)雜，LCD液晶顯示屏這也是以前沒有運(yùn)用到過的，所以總體來說，這次課程設(shè)計(jì)帶給我的不僅僅是舊知識(shí)的復(fù)習(xí)，還有新的探索。本課程設(shè)計(jì)得以完成，首先要感謝秦剛老師，因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)在他的悉心指導(dǎo)下才能順利完成。他淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范、樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力對我的影響非常深遠(yuǎn)。本設(shè)計(jì)從選題到完成，每一部步是在老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了老師大量的心血。通過此次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知

10、識(shí)，跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學(xué)的體制束縛，在課程設(shè)計(jì)的寫作過程中，通過查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力。并且由原先的被動(dòng)的接受知識(shí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的尋求知識(shí)，這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個(gè)很大的突破。在以往的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式下，我們學(xué)會(huì)了如何將學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會(huì)了怎么更好地處理知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的問題。在課程設(shè)計(jì)的寫作過程中也學(xué)到了做任何事情所要的態(tài)度和心態(tài)，對于發(fā)展過程中出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問題的。再次感謝給我鼓勵(lì)的老師、同學(xué)和朋友，謝謝！第 頁6、 附件

11、：程序#include<reg52.h>#include<math.h>/*以下硬件連線設(shè)置*/sbit key0=P10; /占空比（設(shè)定值）增按鍵；且rev接int0sbit key1=P11; /占空比（設(shè)定值）減按鍵sbit power = P17; /啟停按鍵sbit auto_run=P15; /自動(dòng)運(yùn)行按鍵sbit set=P14; /set按鍵sbit left=P12; /左移光標(biāo)sbit right=P13; /右移光標(biāo)sbit LCD_RS=P30; /1602的RSsbit LCD_RW=P31; /1602的RWsbit sys_data=P3

12、4; /繼電器控制腳，用于切換DA功率輸出方向（電機(jī)or加熱電阻）xdata unsigned char dac0832_addr _at_ 0xd000;/DA的地址xdata unsigned char LCD_DATA _at_ 0x8000;/LCD1602的地址/*以下為系統(tǒng)的狀態(tài)量設(shè)置*/bit rps_triger=0;/轉(zhuǎn)速（溫度）刷新顯示控制，1為需要刷新顯示，0為不需要刷新顯示bit scale_triger=0;/占空比刷新顯示控制bit power_triger=0;/電源指示刷新顯示控制bit power_data=0;/電源狀態(tài)，0為關(guān)斷，1為運(yùn)行bit set_t

13、riger=0;/設(shè)置狀態(tài)，0為正常運(yùn)行，1為設(shè)置模式bit auto_triger=0;/auto（自動(dòng)調(diào)整）狀態(tài)，0為正常模式，1為自動(dòng)調(diào)整模式bit auto_triger_triger=0;/auto標(biāo)志刷新顯示控制，當(dāng)auto狀態(tài)被被改變時(shí)才需刷新顯示/*以下為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量*/char set_data=0; /設(shè)置模式下設(shè)置的是第幾位，03（轉(zhuǎn)速設(shè)定為4位），02（溫度設(shè)定為3位）unsigned int scale=10;/占空比數(shù)據(jù)（2倍關(guān)系，可以控制到0.5%），初值為5%unsigned int rps=0;/轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)變量unsigned int rps1=0;/目標(biāo)值變量

14、unsigned int rps_data=0;/轉(zhuǎn)速值unsigned int time=0;/每秒計(jì)數(shù)變量（計(jì)數(shù)周期為250u秒，故4000次為1秒）unsigned int time2=0;/檢測插值計(jì)數(shù)變量（0.05秒檢測1次，實(shí)時(shí)調(diào)整比例系數(shù)）unsigned int time3=0;/比例系數(shù)控制（若當(dāng)前值和目標(biāo)值差值值大，則調(diào)整迅速，反之則緩慢調(diào)整）unsigned char time_scale=0;/占空比總周期計(jì)數(shù)變量，一個(gè)周期200次，可以精確到0.5%unsigned int time_check4=1000,3000,6000,10000;/轉(zhuǎn)速調(diào)整時(shí)間系數(shù)表格uns

15、igned char check=0;/檢測周期等級(jí)，分為04共5個(gè)等級(jí)，0為極小時(shí)間系數(shù)，4為穩(wěn)定不變void _nop_(void);/*延時(shí)函數(shù)*/void delay(int a)while(a-);/*外部中斷初始化*/void init_int0() IT0=1;EX0=1;EA=1;/*計(jì)數(shù)器0初始化*/void T0_init() TMOD = 0x01; TH0 = 0xff; /計(jì)數(shù)周期為250u秒TL0 = 0x1a; ET0=1; EA=1; TR0=1; /*LCD1602相關(guān)函數(shù)*/void LCD_write_com(unsigned char com)LCD_R

16、S=0;LCD_RW=0;LCD_DATA=com;delay(80);void LCD_write_data(unsigned char dat)LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_DATA=dat;delay(80);/*LCD1602在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)下的初始化函數(shù)*/void LCD_init(void)LCD_write_com(0x38);LCD_write_com(0x0c);LCD_write_com(0x06);LCD_write_com(0x01);LCD_write_com(0x80);LCD_write_data('R');LCD_write_dat

17、a('P');LCD_write_data('M');LCD_write_com(0x88);LCD_write_data('S');LCD_write_data('e');LCD_write_data('t');LCD_write_com(0xc8);LCD_write_data('R');LCD_write_com(0xcd);LCD_write_data('.');LCD_write_com(0xcf);LCD_write_data('%');LCD_write

18、_com(0x8b);LCD_write_data(rps1/1000+0x30);LCD_write_data(rps1%1000/100+0x30);LCD_write_data(rps1%100/10+0x30);LCD_write_data(rps1%10+0x30);/*光標(biāo)閃爍開*/void flash_on(void)LCD_write_com(0x0f);/*光標(biāo)閃爍關(guān)*/void flash_off(void)LCD_write_com(0x0c);/*顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速或溫度*/void display_rps(void)flash_off();LCD_write_com(0x8

19、0);LCD_write_data('R');LCD_write_data('P');LCD_write_data('M');LCD_write_data(rps_data/1000+0x30);LCD_write_data(rps_data%1000/100+0x30);LCD_write_data(rps_data%100/10+0x30);LCD_write_data(rps_data%10+0x30);rps_triger=0;/*顯示當(dāng)前占空比*/void display_scale(void)flash_off();LCD_write

20、_com(0xcb);LCD_write_data(scale/2/10+0x30);LCD_write_data(scale/2%10+0x30);LCD_write_com(0xce);LCD_write_data(scale%2*5+0x30);scale_triger=0;/*顯示auto模式的狀態(tài)*/void display_auto(void)flash_off();if(auto_triger=1)LCD_write_com(0xc3);LCD_write_data('a');LCD_write_data('u');LCD_write_data(&

21、#39;t');LCD_write_data('o');elseLCD_write_com(0xc3);LCD_write_data(' ');LCD_write_data(' ');LCD_write_data(' ');LCD_write_data(' ');auto_triger_triger=0;/*顯示power的狀態(tài)（on或off）*/void display_power(void)flash_off();LCD_write_com(0xc0);if(power_data=0) LCD_writ

22、e_data('o');LCD_write_data('f');LCD_write_data('f');power_triger=0;auto_triger=0;elseLCD_write_data('o');LCD_write_data('n');LCD_write_data(' ');power_triger=0;auto_triger=0;/*調(diào)整輸出占空比函數(shù)*/void check_rps(void)if(power_data=0) return;if(rps1<rps_data)

23、scale-;if(scale<=1) scale=1;else if(rps1>rps_data) scale+;if(scale>=199) scale=199;scale_triger=1;/*顯示電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)下set模式函數(shù)*/void display_set(void)switch(set_data) case 0:flash_on();LCD_write_com(0x8b);LCD_write_data(rps1/1000+0x30);LCD_write_com(0x8b);delay(1000);break;case 1:flash_on();LCD_write

24、_com(0x8c);LCD_write_data(rps1%1000/100+0x30);LCD_write_com(0x8c);delay(1000);break;case 2:flash_on();LCD_write_com(0x8d);LCD_write_data(rps1%100/10+0x30);LCD_write_com(0x8d);delay(1000);break;case 3:flash_on();LCD_write_com(0x8e);LCD_write_data(rps1%10+0x30);LCD_write_com(0x8e);delay(1000);break;de

25、fault:flash_off();break; /*以下為各個(gè)按鍵的函數(shù)*/*power電源鍵*/void fn_power()if(power=1) return;elsedelay(20); /按鍵去抖if(power=0)while(power!=1);power_data=power_data;power_triger=1;set_triger=0;auto_triger_triger=1;else return;/*自動(dòng)調(diào)整模式鍵*/void fn_auto()if(auto_run=1) return;elsedelay(20); /按鍵去抖if(auto_run=0)while

26、(auto_run!=1);if(power_data=0) auto_triger=0;else auto_triger=auto_triger;auto_triger_triger=1;set_triger=0;else return;/*set設(shè)置模式鍵*/void fn_set()if(set=1) return;elsedelay(20); /按鍵去抖if(set=0)while(set!=1);set_triger=set_triger;auto_triger=0;auto_triger_triger=1;else return;/*減鍵（set模式為調(diào)整目標(biāo)值，運(yùn)行模式調(diào)整占空比

27、）*/void fn_key0()if(key0=1) return;elsedelay(20); /按鍵去抖if(key0=0)while(key0!=1);if(set_triger=1)switch(set_data)case 0:if(rps1/1000>=1) rps1=rps1-1000; break;case 1:if(rps1%1000/100>=1) rps1=rps1-100; break;case 2:if(rps1%100/10>=1) rps1=rps1-10; break;case 3:if(rps1%10>=1) rps1=rps1-1;

28、break;else if(scale<=1) scale=1; else scale-; scale_triger=1;else return;/*加鍵（set模式為調(diào)整目標(biāo)值，運(yùn)行模式調(diào)整占空比）*/void fn_key1()if(key1=1) return;elsedelay(20); /按鍵去抖if(key1=0)while(key1!=1);if(set_triger=1)switch(set_data)case 0:if(rps1/1000<9) rps1=rps1+1000; break;case 1:if(rps1%1000/100<9) rps1=rps

29、1+100; break;case 2:if(rps1%100/10<9) rps1=rps1+10; break;case 3:if(rps1%10<9) rps1=rps1+1; break;else if(scale>=199) scale=199; else scale+; scale_triger=1;else return;/*光標(biāo)左移鍵（set模式下有效）*/void fn_left()if(left=1) return;elsedelay(20); /按鍵去抖if(left=0)while(left!=1);if(set_triger=1)if(set_dat

30、a>=3) set_data=3; else set_data+; else return;else return;/*光標(biāo)右移鍵（set模式下有效）*/void fn_right()if(right=1) return;elsedelay(20); /按鍵去抖if(right=0)while(right!=1);if(set_triger=1)if(set_data<=0) set_data=0; else set_data-; else return;else return;/*轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)（外部中斷0）*/void int0() interrupt 0 /外部中斷0處理程序rps

31、+; /對轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器進(jìn)行累加計(jì)數(shù)/*定時(shí)器0中斷服務(wù)函數(shù)*/void timer0(void) interrupt 1 unsigned int t;TH0 = 0xff; /重新裝載計(jì)時(shí)常數(shù) TL0 = 0x1a;if(time_scale>=200) time_scale=0;/占空比計(jì)數(shù)控制if(time>=4000) /如果計(jì)滿1秒，計(jì)秒變量歸零，并將rps的轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)據(jù)送到轉(zhuǎn)速（溫度）數(shù)據(jù)變量中保存 time=0;time_scale=0;if(sys_data=1) rps_data=rps*60/4; /在電機(jī)調(diào)速模式下：每轉(zhuǎn)有4個(gè)脈沖，所以除以4rps=0; /rps歸零rps_triger=1;/rps顯示開關(guān)有效if(check=4) /跳出穩(wěn)態(tài)的判斷 if(sys_data=1) if(abs(rps_data-rps1)>80) check=1;/如果在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)下，跳出穩(wěn)態(tài)的條件是轉(zhuǎn)速差超過80rpm else time_scale+;time+