計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計直流電機測速調(diào)速系統(tǒng)

1、XIAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY課程名稱直流電機測速調(diào)速實驗專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：秦剛成績：2016年7月11日西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計直流電機測速調(diào)速系統(tǒng)一、選定題目：電機速度控制系統(tǒng)二、設(shè)計目的和要求：計算機控制技術(shù)的課程設(shè)計是一個綜合運用知識的過程，它不僅需要微型機控制理論、程序設(shè)計方面的基礎(chǔ)知識， 而且還需要具備一定的生產(chǎn)工藝知識。課程設(shè)計包括確定控制任務(wù)、 系統(tǒng)總體方案設(shè)計、 硬件系統(tǒng)設(shè)計、 控制軟件的設(shè)計等，以便使學(xué)生掌握計算機控制系統(tǒng)設(shè)計的總體思路和方法。三、功能需求：1、基本功能：（1）該系統(tǒng)

2、使用實驗箱的直流電機、1602 液晶、 DA、鍵盤等模塊完成設(shè)計；（2）直流電機通過 DA模塊使用 PWM方式進(jìn)行驅(qū)動及調(diào)速；（3）能夠通過 1602 液晶顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速及 PWM占空比；（4）通過按鍵控制電機的啟動和停止。2、擴(kuò)展功能：（1）能夠通過按鍵手動輸入目標(biāo)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn) / 秒），啟動電機后控制電機穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速；（2）使用 1602 液晶實時顯示目標(biāo)轉(zhuǎn)速、當(dāng)前轉(zhuǎn)速及啟停狀態(tài)（on/off ）。四、實驗思路：本直流電機調(diào)速系統(tǒng)以單片機系統(tǒng)為依托，根據(jù) PWM調(diào)速的基本原理， 控制電動機的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實現(xiàn)對直流電動機的調(diào)速， 并通過單片機控制速度的變化。本設(shè)計的直流電機調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和

3、軟件兩大部分組成。硬件部分是前- 1 -西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙?zhí)幔钦麄€系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運行的平臺。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)控制器所要實現(xiàn)的各項功能，達(dá)到控制器自動對電機速度的有效控制。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和定時器產(chǎn)生兩種方法。本次課程設(shè)計我們采用定時器產(chǎn)生PWM方波。定時器產(chǎn)生PWM:這種方法利用了定時器溢出中斷，在中斷服務(wù)程序改變電平的高低，在程序較復(fù)雜、多操作時仍能輸出較準(zhǔn)確的pwm波形。五、實驗設(shè)備：單片機開發(fā)實驗儀一臺；AT89C51；LCD160

4、2；DA數(shù)模轉(zhuǎn)換；按鍵；光電開關(guān)六、實驗原理：1、硬件框圖：硬件部分主要由電位器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、51 單片機、顯示模塊、驅(qū)動電路和無刷直流電機組成。其功能框圖如下：- 2 -西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙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，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 圖形點陣液晶： CS：片選信號，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，

5、 L：寫操作， H：讀操作。12864M圖形點陣液晶： 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，RS、RW、E 與 CPU的 I/O 管腳相連（STARES59PA才有該功能）。- 3 -西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙R4VCCDS1470R31W2WR110K10K35RD246U5ACSU3BRSRWJP921(1602C 字符型液晶 )R4VCCDS1470R31W2WR110K10K35RD24U5A6CSU3BRS(160

6、2C 字符型液晶 )RWJP61VSS2VDD3V04RS5RW6ED07DB0D18DB1D29DB2D310DB3D411DB4D512DB5D613DB6D714DB715LED+16LED-1602CJP61VSS2VDD3V04RS5RW6ED07DB0D18DB1D29DB2D310DB3D411DB4D512DB5D613DB6D714DB7CS1/22115CS116CS23U3A2117RST18VOUT19LED+20LED-JP912864J- 4 -西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙（12864J 圖形點陣液晶）2） DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換R71DS23VCC470CS

7、U20R781CSVDD202510WR118-12VWRWR2W5D5C3319ILE170.1uFR151XFER1KD07DI0NVREF8VCCD16CDI1L+12V4D2529DI23RFB7R162U26CD348U2389DI30D416CIOUT1112R1508Q7D515DI4A126CC2655DI5DIOUT210D6143DI6LM324ND713LM741CN1DI75OUT14W613R149AGND-12V10DGND10KR794.7KOUT1-12VCS：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)

8、光管、按鍵、開關(guān)- 5 -12西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙JP65123456 78VCCJP63AR10712LED1470LED2DS32LED3LED4123456781111111111111111RRRRRRRR000000001111111155555555DS35DS36DS37DS38DS39DS40DS41DS42B1JP65：發(fā)光管控制接口， 0燈亮， 1燈滅JP74VCC12345678R11910K1A23456789CS29S30S31S32S33S34S35S36B按鍵電路原理圖- 6 -D12西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙JP80VCC12345678R12

9、410K1A2K5K6K7K83456789S21S22S23S24S25S26S27S28B開關(guān)電路原理圖CJP74：按鍵控制接口；按下0 信號，松開 1 信號JP80：開關(guān)控制接口；閉合0 信號，斷開 1 信號4） AT89C51本課題中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，過公式計算后得到電壓值，同時連接四位數(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存儲器的低電壓、高性能CMOS 8 位微處理器。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000 次。該器件采用ATMEL高密度非易失存

10、儲器制造技術(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和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器。 AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。- 7 -西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙AT89C51引腳圖如下：主要特性：與 MCS-51 兼容 ·；4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器；壽命： 1000寫 /擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間： 10 年全靜態(tài)工作： 0Hz-24MHz ； 三級程序存儲器鎖定； 128×8 位內(nèi)部 RAM ； 32 可編程 I/O 線；兩個 16 位定時器 /

11、計數(shù)器； 5個中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；直流電機轉(zhuǎn)速測量 / 控制5）使用光電開關(guān)測速VCCJP4R8DS41R18DS10CTRLVCC4702330R17DS9330LIGHTR16R20R19DS8330 OP14.7KMQ4330直流電機13855024U7AU7BR281234GP2S054.7KREVSN74LS14NSN74LS14NCTRL ：控制電壓 (DAC0832經(jīng)功放電路提供 ) 輸入；REV：光電開關(guān)脈沖輸出 ( 用于轉(zhuǎn)速測量 ) ；LIGHT：低電平點亮發(fā)光管。- 8 -西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙3、軟件設(shè)計主程序設(shè)

12、計：主程序是一個循環(huán)程序， 其主要思路是， 先設(shè)定好速度初始值， 這個初始值與測速電路送來的值相比較得到一個誤差值，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)而控制電機的轉(zhuǎn)速。主程序流程圖如下：- 9 -西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙五、實驗總結(jié)：計算機控制技術(shù)的課程設(shè)計相比硬件的課程設(shè)計，簡直難了不止一個檔次，作為主要的編程人員， 當(dāng)我實際要去控制一個物體的時候，我才知道自己以前學(xué)的知識有多么的不牢固， 不過真真正正的去做一個實物控制程序的時候，才能真切的體會到以前書本上學(xué)的知識是如何運用到實際的，我基本上可以說是為了應(yīng)付考試勉勉強強學(xué)了一些，這次實際做到

13、項目設(shè)計后，才理解其真正的含義。還有本次項目，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用到過的，所以總體來說，這次課程設(shè)計帶給我的不僅僅是舊知識的復(fù)習(xí)，還有新的探索。本課程設(shè)計得以完成， 首先要感謝秦剛老師， 因為課程設(shè)計在他的悉心指導(dǎo)下才能順利完成。他淵博的專業(yè)知識，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， 我學(xué)到了很多知識， 跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學(xué)的體

14、制束縛，在課程設(shè)計的寫作過程中， 通過查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)， 培養(yǎng)了自學(xué)能力和動手能力。并且由原先的被動的接受知識轉(zhuǎn)換為主動的尋求知識， 這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個很大的突破。 在以往的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式下， 我們學(xué)會了如何將學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會了怎么更好地處理知識和實踐相結(jié)合的問題。在課程設(shè)計的寫作過程中也學(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， 只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。再次感謝給我鼓勵的老師、同學(xué)和朋友，謝謝！六、附件：程序#inclu

15、de<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 int0-10-西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙sbit key1=P11;/ 占空比（設(shè)定值）減按鍵sbit power = P17;/啟停按鍵sbit auto_run=P15;/自動運行按鍵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

16、 sys_data=P34;/繼電器控制腳，用于切換DA 功率輸出方向（電機 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)

17、， 0 為關(guān)斷， 1 為運行bit set_triger=0;/設(shè)置狀態(tài)， 0 為正常運行， 1 為設(shè)置模式bit auto_triger=0;/auto（自動調(diào)整） 狀態(tài)，0 為正常模式，1 為自動調(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， 0 3（轉(zhuǎn)速設(shè)定為 4 位），02（溫度設(shè)定為 3 位）-11-西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙unsigned int scale=10;/占空比數(shù)據(jù)（ 2 倍關(guān)系，可以控制到0.5

18、%），初值為 5%unsigned int rps=0;/轉(zhuǎn)速計數(shù)變量unsigned int rps1=0;/目標(biāo)值變量unsigned int rps_data=0;/轉(zhuǎn)速值unsigned int time=0;/ 每秒計數(shù)變量（計數(shù)周期為250u 秒，故4000 次為 1 秒）unsigned int time2=0;/檢測插值計數(shù)變量（ 0.05 秒檢測 1 次，實時調(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;/占空比總周期計數(shù)變量， 一個周期 20

19、0次，可以精確到0.5%unsigned int time_check4=1000,3000,6000,10000;/轉(zhuǎn)速調(diào)整時間系數(shù)表格unsigned char check=0;/檢測周期等級，分為 04 共 5 個等級，0 為極小時間系數(shù)， 4 為穩(wěn)定不變void _nop_(void);/*延時函數(shù) */void delay(int a)while(a-);/*外部中斷初始化 */void init_int0()IT0=1;EX0=1;-12-西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙EA=1;/*計數(shù)器 0 初始化 */void T0_init()TMOD = 0x01;TH0 = 0xff;

20、/計數(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_RS=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在電機調(diào)速系統(tǒng)下的初始化函數(shù)*/void LCD_init(void)-13-西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙LCD_write_com(0x38);LC

21、D_write_com(0x0c);LCD_write_com(0x06);LCD_write_com(0x01);LCD_write_com(0x80);LCD_write_data('R');LCD_write_data('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

22、('R');LCD_write_com(0xcd);LCD_write_data('.');LCD_write_com(0xcf);LCD_write_data('%');LCD_write_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

23、(0x0f);-14-西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙/*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(0x80);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+0x3

24、0);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_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;-15-西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論

25、文）用紙/*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('t');LCD_write_data('o');elseLCD_write_com(0xc3);LCD_write_data(' ');LCD_write_data(' ');LCD_write_data

26、(' ');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_write_data('o');-16-西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙LCD_write_data('f');LCD_write_data('f');power_triger=0;auto_triger=0;else

27、LCD_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)scale-;if(scale<=1) scale=1;else if(rps1>rps_data)scale+;if(scale>=199) scale=199;scale_triger=1;-17

28、-西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙/*顯示電機調(diào)速系統(tǒng)下set 模式函數(shù) */void display_set(void)switch(set_data)case0:flash_on();LCD_write_com(0x8b);LCD_write_data(rps1/1000+0x30);LCD_write_com(0x8b);delay(1000);break;case1:flash_on();LCD_write_com(0x8c);LCD_write_data(rps1%1000/100+0x30);LCD_write_com(0x8c);delay(1000);break;case2:f

29、lash_on();LCD_write_com(0x8d);LCD_write_data(rps1%100/10+0x30);LCD_write_com(0x8d);delay(1000);break;case3:flash_on();LCD_write_com(0x8e);LCD_write_data(rps1%10+0x30);LCD_write_com(0x8e);delay(1000);break;default:flash_off();break;/*以下為各個按鍵的函數(shù) */*power電源鍵 */void fn_power()if(power=1) return;else-18-

30、西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙delay(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(auto_run!=1);if(power_data=0) auto_triger=0;else auto_triger=auto_triger

31、;auto_triger_triger=1;set_triger=0;else return;-19-西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙/*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 行 模 式 調(diào) 整 占 空 比）*/void fn_key0()if(key0=1) return;

32、elsedelay(20);/按鍵去抖if(key0=0)while(key0!=1);if(set_triger=1)-20-西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙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; break;elseif(

33、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 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)-21-西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙switch(set_data)case 0:if(rps1/1000<9) rps1=rps1+1000; break; case 1:if(rps1%1

34、000/100<9) rps1=rps1+100; break; case 2:if(rps1%100/10<9) rps1=rps1+10; break; case 3:if(rps1%10<9) rps1=rps1+1; break;elseif(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(

35、set_triger=1)-22-西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）用紙if(set_data>=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;-23-西安工業(yè)大學(xué)課

36、程設(shè)計（論文）用紙/*轉(zhuǎn)數(shù)計數(shù)（外部中斷0） */void int0() interrupt 0/外部中斷 0 處理程序rps+;/對轉(zhuǎn)數(shù)計數(shù)器進(jìn)行累加計數(shù)/*定時器 0 中斷服務(wù)函數(shù) */void timer0(void) interrupt 1unsigned int t;TH0 = 0xff;/重新裝載計時常數(shù)TL0 = 0x1a;if(time_scale>=200) time_scale=0;/占空比計數(shù)控制if(time>=4000)/如果計滿1 秒，計秒變量歸零，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;/在電機調(diào)速模式下：每轉(zhuǎn)有4 個脈沖，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)