计算机控制系统课程设计 直流电机测速调速系统

1、XIAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY课程名称 直流电机测速调速实验 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 秦刚 成 绩： 2016 年 7 月 11日西安工业大学课程设计（论文）用纸- 1 -计算机控制系统课程设计计算机控制系统课程设计 直流电机测速调速系统直流电机测速调速系统1、选定题目：电机速度控制系统选定题目：电机速度控制系统 二、设计目的和要求：二、设计目的和要求：计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它不仅需要微型机控制理论、程序设计方面的基础知识，而且还需要具备一定的生产工艺知识。课程设计包括确定控制任务、系统总体

2、方案设计、硬件系统设计、控制软件的设计等，以便使学生掌握计算机控制系统设计的总体思路和方法。三、功能需求：、功能需求： 1、基本功能： （1）该系统使用实验箱的直流电机、1602 液晶、DA、键盘等模块完成设计； （2）直流电机通过 DA 模块使用 PWM 方式进行驱动及调速； （3）能够通过 1602 液晶显示当前转速及 PWM 占空比； （4）通过按键控制电机的启动和停止。2、扩展功能： （1）能够通过按键手动输入目标转速（转/秒） ，启动电机后控制电机稳定在目标转速； （2）使用 1602 液晶实时显示目标转速、当前转速及启停状态（on/off） 。4 4、实验思路：实验思路：本直流电机

3、调速系统以单片机系统为依托，根据 PWM 调速的基本原理，控制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的调速，并通过单片机控制速度的变化。本设计的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软西安工业大学课程设计（论文）用纸- 2 -件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制器自动对电机速度的有效控制。 用 51 来产生 PWM 波就必须要用软件编程的方法来模拟。方法大概可以分为软件延时和定时器产生两种方法。本次课程设计我们采用定时器产生 PWM 方波。定时器产生 P

4、WM:这种方法利用了定时器溢出中断，在中断服务程序改变电平的高低，在程序较复杂、多操作时仍能输出较准确的 pwm 波形。 五、实验设备：五、实验设备：单片机开发实验仪一台；AT89C51；LCD1602；DA 数模转换；按键；光电开关六、实验原理：六、实验原理： 1 1、硬件框图：、硬件框图： 硬件部分主要由电位器、模数转换模块、 51 单片机、显示模块、驱动电路和无刷直流电机组成。其功能框图如下：西安工业大学课程设计（论文）用纸- 3 -2 2、硬件介绍：、硬件介绍：1)1602 液晶显示模块电路1602C 字符型液晶：CS：片选信号，低电平有效；RS：选择读写的是指令或数据，L：指令，H：

5、为数据。RW：读写控制端，L：写操作，H：读操作。12864J 图形点阵液晶：CS：片选信号，低电平有效；CS1/2：左右半屏使能选择，H：左半屏，L：右半屏；RS：选择读写的是指令或数据，L：指令，H：为数据。RW：读写控制端，L：写操作，H：读操作。12864M 图形点阵液晶：JP6 的 16 脚是空脚，JP6 的 15 脚是 PSB：PSB 接高电平，CPU 与液晶使用并行接口连接，连接方法与 12864J 完全相同；PSB 接低电平，CPU 与液晶使用串行接口连接，此时，RS、RW、E 与 CPU 的 I/O 管脚相连（STAR ES59PA 才有该功能） 。西安工业大学课程设计（论文

6、）用纸- 4 -10KW2D0D1D2D3D4D5D6D7RSRW564U3B123U5AWRRD12JP9CSVSS1VDD2V03RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714LED+15LED-16JP61602CVCC10KR31470R4DS1(1602C 字符型液晶字符型液晶)10KW2D0D1D2D3D4D5D6D7RSRW231U3A564U3B123U5AWRRD12JP9CSVSS1VDD2V03RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714CS115CS216RST17VOUT18LE

7、D+19LED-20JP612864JVCCCS1/210KR31470R4DS1 (1602C 字符型液晶字符型液晶)西安工业大学课程设计（论文）用纸- 5 -（12864J 图形点阵液晶）图形点阵液晶）2）DAC0832 数模转换VREF8RFB9DGND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416DI07CS1WR12AGND3DI34DI25DI16XFER17WR218ILE19VDD20U20DAC0832LCN1KW5510R780.1uFC3323647185U23LM741CN10KW64.7KR79-12VVCCD5+12V-12VOUTD0D1

8、D2D3D4D5D6D7DS23470R71-12VWRCS1098C411U26CLM324NR150R151R162Q7C2655VCCOUT1R149CS：片选，低有效；OUT：转换电压输出；OUT1：经功放电路的电压输出；电位器 W5：调整基准电压。3）发光管、按键、开关西安工业大学课程设计（论文）用纸- 6 -11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2006-7-4Sheet of File:F:Inovation.Sheet1.SchDocDrawn By:DS35 DS36 DS37 DS38 DS39 DS40 DS41 DS

9、4212345678JP6512JP63510R118510R117510R116510R115510R114510R113510R112510R111DS32470R107VCCLED1LED2LED3LED4JP65：发光管控制接口，0灯亮，1灯灭第 页11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2006-7-4Sheet of File:F:Inovation.Sheet1.SchDocDrawn By:S29S30S31S32S33S34S35S3612345678JP7412345678910KR119VCC按键电路原理图西安工业大学课

10、程设计（论文）用纸- 7 -11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2006-7-4Sheet of File:F:Inovation.Sheet1.SchDocDrawn By:12345678JP8012345678910KR124S21S22S23S24S25S26S27S28VCCK5K6K7K8开关电路原理图JP74：按键控制接口；按下0 信号，松开1 信号 JP80：开关控制接口；闭合0 信号，断开1 信号4） AT89C51本课题中控制芯片的作用主要是与 ADC0809 相连接，采集模数转换后得到的 8 位二进制码，过公式计算后

11、得到电压值，同时连接四位数码管进行显示。综合考虑，选用 AT89C51 即满足要求。 简介：AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51是一种高效微控制器。AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 西安工业大学课程设计（论文）用纸- 8 -AT89C51 引脚图如

12、下： 主要特性：与 MCS-51 兼容；4K 字节可编程 FLASH 存储器；寿命：1000写/擦循环； 数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24MHz ； 三级程序存储器锁定；1288 位内部 RAM ；32 可编程 I/O 线；两个 16 位定时器/计数器；5 个中断源；可编程串行通道； 低功耗的闲置和掉电模式； 片内振荡器和时钟电路；直流电机转速测量/控制5）使用光电开关测速1122334455667788991010111112121313141415151616DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA0Date:2005-12-19Sheet of F

13、ile:F:Inovation.STAR.SCHDOCDrawn By:8550Q44.7KR28VCCREV1234GP2S05OP1330R164.7KR2012JP4470R8DS4VCC12SN74LS14NU7A34SN74LS14NU7BM机机机机CTRLDS8DS9DS10330R19330R17330R18LIGHT CTRL：控制电压(DAC0832 经功放电路提供)输入；REV：光电开关脉冲输出(用于转速测量)；LIGHT：低电平点亮发光管。第 页西安工业大学课程设计（论文）用纸- 9 -3 3、 软件设计软件设计主程序设计：主程序是一个循环程序，其主要思路是，先设定好速度

14、初始值，这个初始值与测速电路送来的值相比较得到一个误差值，然后用 PID 增量式算法输出控制系数给 PWM 发生电路改变波形的占空比，进而控制电机的转速。主程序流程图如下：第 页西安工业大学课程设计（论文）用纸- 10 -五、实验总结：五、实验总结：计算机控制技术的课程设计相比硬件的课程设计，简直难了不止一个档次，作为主要的编程人员，当我实际要去控制一个物体的时候，我才知道自己以前学的知识有多么的不牢固，不过真真正正的去做一个实物控制程序的时候，才能真切的体会到以前书本上学的知识是如何运用到实际的，我基本上可以说是为了应付考试勉勉强强学了一些，这次实际做到项目设计后，才理解其真正的含义。还有本

15、次项目，我们采用了 LCD 显示屏作为显示单元，比 LED 数码管复杂，LCD 液晶显示屏这也是以前没有运用到过的，所以总体来说，这次课程设计带给我的不仅仅是旧知识的复习，还有新的探索。本课程设计得以完成，首先要感谢秦刚老师，因为课程设计在他的悉心指导下才能顺利完成。他渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范、朴实无华、平易近人的人格魅力对我的影响非常深远。本设计从选题到完成，每一部步是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。通过此次的课程设计，我学到了很多知识，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚，在课程设计的写作过程中，通过查资

16、料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传统学习模式下，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好地处理知识和实践相结合的问题。在课程设计的写作过程中也学到了做任何事情所要的态度和心态，对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。再次感谢给我鼓励的老师、同学和朋友，谢谢！6 6、附件：程序附件：程序#include#include第 页西安工业大学课程设计（

17、论文）用纸- 11 -/*以下硬件连线设置*/sbit key0=P10; /占空比（设定值）增按键；且 rev 接 int0sbit key1=P11; /占空比（设定值）减按键sbit power = P17; /启停按键sbit auto_run=P15; /自动运行按键sbit set=P14; /set 按键sbit left=P12; /左移光标sbit right=P13; /右移光标sbit LCD_RS=P30; /1602 的 RSsbit LCD_RW=P31; /1602 的 RWsbit sys_data=P34; /继电器控制脚，用于切换 DA 功率输出方向（电机

18、or 加热电阻）xdata unsigned char dac0832_addr _at_ 0 xd000;/DA 的地址xdata unsigned char LCD_DATA _at_ 0 x8000;/LCD1602 的地址/*以下为系统的状态量设置*/bit rps_triger=0;/转速（温度）刷新显示控制，1 为需要刷新显示，0 为不需要刷新显示bit scale_triger=0;/占空比刷新显示控制bit power_triger=0;/电源指示刷新显示控制bit power_data=0;/电源状态，0 为关断，1 为运行bit set_triger=0;/设置状态，0 为

19、正常运行，1 为设置模式bit auto_triger=0;/auto（自动调整）状态，0 为正常模式，1 为自动调整模式bit auto_triger_triger=0;/auto 标志刷新显示控制，当 auto 状态被被改变时才需刷新显示/*以下为系统的数据量*/西安工业大学课程设计（论文）用纸- 12 -char set_data=0; /设置模式下设置的是第几位，03（转速设定为 4 位） ，02（温度设定为 3 位）unsigned int scale=10;/占空比数据（2 倍关系，可以控制到0.5%） ，初值为 5%unsigned int rps=0;/转速计数变量unsign

20、ed int rps1=0;/目标值变量unsigned int rps_data=0;/转速值unsigned int time=0;/每秒计数变量（计数周期为 250u 秒，故4000 次为 1 秒）unsigned int time2=0;/检测插值计数变量（0.05 秒检测 1 次，实时调整比例系数）unsigned int time3=0;/比例系数控制（若当前值和目标值差值值大，则调整迅速，反之则缓慢调整）unsigned char time_scale=0;/占空比总周期计数变量，一个周期200 次，可以精确到 0.5%unsigned int time_check4=1000,

21、3000,6000,10000;/转速调整时间系数表格unsigned char check=0;/检测周期等级，分为 04 共 5 个等级，0 为极小时间系数，4 为稳定不变void _nop_(void);/*延时函数*/void delay(int a)while(a-);/*外部中断初始化*/void init_int0() 西安工业大学课程设计（论文）用纸- 13 -IT0=1;EX0=1;EA=1;/*计数器 0 初始化*/void T0_init() TMOD = 0 x01; TH0 = 0 xff; /计数周期为 250u 秒TL0 = 0 x1a; ET0=1; EA=1;

22、 TR0=1; /*LCD1602 相关函数*/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);西安工业大学课程设计（论文）用纸- 14 -/*LCD1602 在电机调速系统下的初始化函数*/void LCD_init(void)LCD_write_com(0 x38);LCD_write_com(0 x0c);LCD_write_

23、com(0 x06);LCD_write_com(0 x01);LCD_write_com(0 x80);LCD_write_data(R);LCD_write_data(P);LCD_write_data(M);LCD_write_com(0 x88);LCD_write_data(S);LCD_write_data(e);LCD_write_data(t);LCD_write_com(0 xc8);LCD_write_data(R);LCD_write_com(0 xcd);LCD_write_data(.);LCD_write_com(0 xcf);LCD_write_data(%);L

24、CD_write_com(0 x8b);LCD_write_data(rps1/1000+0 x30);LCD_write_data(rps1%1000/100+0 x30);LCD_write_data(rps1%100/10+0 x30);LCD_write_data(rps1%10+0 x30);/*光标闪烁开*/void flash_on(void)西安工业大学课程设计（论文）用纸- 15 -LCD_write_com(0 x0f);/*光标闪烁关*/void flash_off(void)LCD_write_com(0 x0c);/*显示当前转速或温度*/void display_r

25、ps(void)flash_off();LCD_write_com(0 x80);LCD_write_data(R);LCD_write_data(P);LCD_write_data(M);LCD_write_data(rps_data/1000+0 x30);LCD_write_data(rps_data%1000/100+0 x30);LCD_write_data(rps_data%100/10+0 x30);LCD_write_data(rps_data%10+0 x30);rps_triger=0;/*显示当前占空比*/void display_scale(void)flash_off

26、();LCD_write_com(0 xcb);LCD_write_data(scale/2/10+0 x30);LCD_write_data(scale/2%10+0 x30);LCD_write_com(0 xce);LCD_write_data(scale%2*5+0 x30);西安工业大学课程设计（论文）用纸- 16 -scale_triger=0;/*显示 auto 模式的状态*/void display_auto(void)flash_off();if(auto_triger=1)LCD_write_com(0 xc3);LCD_write_data(a);LCD_write_da

27、ta(u);LCD_write_data(t);LCD_write_data(o);elseLCD_write_com(0 xc3);LCD_write_data( );LCD_write_data( );LCD_write_data( );LCD_write_data( );auto_triger_triger=0;/*显示 power 的状态（on 或 off）*/void display_power(void)flash_off();LCD_write_com(0 xc0);if(power_data=0) 西安工业大学课程设计（论文）用纸- 17 -LCD_write_data(o);

28、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;/*调整输出占空比函数*/void check_rps(void)if(power_data=0) return;if(rps1rps_data) scale-;if(scalerps_data) scale+;if(scale=199) scale=199;西安工业大学课程设计（论文）用纸-

29、18 -scale_triger=1;/*显示电机调速系统下 set 模式函数*/void display_set(void)switch(set_data) case 0:flash_on();LCD_write_com(0 x8b);LCD_write_data(rps1/1000+0 x30);LCD_write_com(0 x8b);delay(1000);break;case 1:flash_on();LCD_write_com(0 x8c);LCD_write_data(rps1%1000/100+0 x30);LCD_write_com(0 x8c);delay(1000);br

30、eak;case 2:flash_on();LCD_write_com(0 x8d);LCD_write_data(rps1%100/10+0 x30);LCD_write_com(0 x8d);delay(1000);break;case 3:flash_on();LCD_write_com(0 x8e);LCD_write_data(rps1%10+0 x30);LCD_write_com(0 x8e);delay(1000);break;default:flash_off();break; /*以下为各个按键的函数*/*power 电源键*/void fn_power()if(power

31、=1) return;西安工业大学课程设计（论文）用纸- 19 -elsedelay(20); /按键去抖if(power=0)while(power!=1);power_data=power_data;power_triger=1;set_triger=0;auto_triger_triger=1;else return;/*自动调整模式键*/void fn_auto()if(auto_run=1) return;elsedelay(20); /按键去抖if(auto_run=0)while(auto_run!=1);if(power_data=0) auto_triger=0;else a

32、uto_triger=auto_triger;auto_triger_triger=1;set_triger=0;else return;西安工业大学课程设计（论文）用纸- 20 -/*set 设置模式键*/void fn_set()if(set=1) return;elsedelay(20); /按键去抖if(set=0)while(set!=1);set_triger=set_triger;auto_triger=0;auto_triger_triger=1;else return;/*减键（set 模式为调整目标值，运行模式调整占空比）*/void fn_key0()if(key0=1)

33、 return;elsedelay(20); /按键去抖if(key0=0)while(key0!=1);西安工业大学课程设计（论文）用纸- 21 -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; break;else if(scale=1

34、) scale=1; else scale-; scale_triger=1;else return;/*加键（set 模式为调整目标值，运行模式调整占空比）*/void fn_key1()if(key1=1) return;elsedelay(20); /按键去抖if(key1=0)西安工业大学课程设计（论文）用纸- 22 -while(key1!=1);if(set_triger=1)switch(set_data)case 0:if(rps1/10009) rps1=rps1+1000; break;case 1:if(rps1%1000/1009) rps1=rps1+100; bre

35、ak;case 2:if(rps1%100/109) rps1=rps1+10; break;case 3:if(rps1%10=199) scale=199; else scale+; scale_triger=1;else return;/*光标左移键（set 模式下有效）*/void fn_left()if(left=1) return;elsedelay(20); /按键去抖if(left=0)西安工业大学课程设计（论文）用纸- 23 -while(left!=1);if(set_triger=1)if(set_data=3) set_data=3; else set_data+; e

36、lse return;else return;/*光标右移键（set 模式下有效）*/void fn_right()if(right=1) return;elsedelay(20); /按键去抖if(right=0)while(right!=1);if(set_triger=1)if(set_data=200) time_scale=0;/占空比计数控制if(time=4000) /如果计满 1 秒，计秒变量归零，并将 rps的转数数据送到转速（温度）数据变量中保存 time=0;time_scale=0;if(sys_data=1) rps_data=rps*60/4; /在电机调速模式下：每转有 4 个脉冲，所以除以 4rps=0; /rps 归零rps_triger=1