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日计算机控制系统课程设计 直流电机测速调速系统1、 选定题目：电机速度控制系统 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： 1、基本功能： （1

2、）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、 实验思路：本直流电机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

3、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PWM: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：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： 1、硬件

4、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：2、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：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

5、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）。(1602C字符型液晶) (1602C字符型液晶)（12864J图形点阵液晶）2）DAC0832数模转换CS：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JP65：发光管控制接口，0灯亮，1灯灭第 页按键电路原理图开关电路原理图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

6、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。&

7、#160;AT89C51引脚图如下： 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；128×8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）使用光电开关测速第 页 CTRL：控制电压(DAC0832经功放电路提供)输入；REV：

8、光电开关脉冲输出(用于转速测量)；LIGHT：低电平点亮发光管。3、 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

9、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

10、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！第 页6、 附件

11、：程序#include<reg52.h>#include<math.h>/*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=P3

12、4; /继电器控制脚，用于切换DA功率输出方向（电机or加热电阻）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_t

13、riger=0;/设置状态，0为正常运行，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*/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unsigned int rps1=0;/目标值变量

14、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=1000,3000,6000,10000;/转速调整时间系数表格uns

15、igned 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() IT0=1;EX0=1;EA=1;/*计数器0初始化*/void T0_init() TMOD = 0x01; TH0 = 0xff; /计数周期为250u秒TL0 = 0x1a; ET0=1; EA=1; TR0=1; /*LCD1602相关函数*/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在电机调速系统下的初始化函数*/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);/*光标闪烁开*/void flash_on(void)LCD_write_com(0x0f);/*光标闪烁关*/void flash_off(void)LCD_write_com(0x0c);/*显示当前转速或温度*/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;/*显示当前占空比*/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;/*显示auto模式的状态*/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;/*显示power的状态（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;/*调整输出占空比函数*/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;/*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(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; /*以下为各个按键的函数*/*power电源键*/void fn_power()if(power=1) return;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

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

27、）*/void fn_key0()if(key0=1) return;elsedelay(20); /按键去抖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)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)while(left!=1);if(set_triger=1)if(set_dat

30、a>=3) set_data=3; else set_data+; else 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<=0) set_data=0; else set_data-; else return;else return;/*转数计数（外部中断0）*/void int0() interrupt 0 /外部中断0处理程序rps

31、+; /对转数计数器进行累加计数/*定时器0中断服务函数*/void timer0(void) interrupt 1 unsigned int t;TH0 = 0xff; /重新装载计时常数 TL0 = 0x1a;if(time_scale>=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;/rps显示开关有效if(check=4) /跳出稳态的判断 if(sys_data=1) if(abs(rps_data-rps1)>80) check=1;/如果在电机调速系统下，跳出稳态的条件是转速差超过80rpm else time_scale+;time+