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一、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）该系统使用实验箱的直流电机、160

2、2 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 ）。四、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分组成。硬件部分是

3、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、硬件框图：硬件部分

4、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

5、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（STARES59PA才有该功能）。VCCR4DS1470R31W2WR110K10K35RD246U5ACSU3BRSRWJP921(1602C 字符型液晶 )R4VCCDS1470R31W2WR110K10K35RD24U5A6CSU3BRS(1602C 字符型液晶 )RW2CS1/21JP61VSS2VDD3V04RS5RW6ED07DB0D18DB1D29DB2D310DB3D411DB4D51

6、2DB5D613DB6D714DB715LED+16LED-1602CJP61VSS2VDD3V04RS5RW6ED07DB0D18DB1D29DB2D310DB3D411DB4D512DB5D613DB6D714DB715CS116CS23U3A2117RST18VOUT19LED+20LED-JP912864J（12864J 图形点阵液晶）2） DAC0832数模转换DS23R71470CSU201CSVDD2WR118WRWR219ILE17XFERD07DI0NVREFD16CDI1LD252DI23RFBD348DI30D416CDI4AIOUT1D515DI5DIOUT2D614D

7、I6VCC20W5D51K897U23112123R78510-12VC330.1uF+12V8R1626R150R151VCC4U26C9Q7C8C265510D713DI73AGNDLM741CN541W6-12VOUTLM324N11R14910DGND10KR794.7K-12VOUT1CS：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12JP65123 456 78VCCJP63AR10712LED1470LED2DS32LED3LED4123456781111111111111111RRRRRRRR00000

8、0001111111155555555DS35DS36DS37DS38DS39DS40DS41DS42B1JP65：发光管控制接口， 0灯亮， 1灯灭JP74VCC12345678R11910K1A23456789CS29S30S31S32S33S34S35S36B按键电路原理图D12JP80VCC12345678R12410K1A2K5K6K7K83456789S21S22S23S24S25S26S27S28B开关电路原理图CJP74：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

9、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。AT89C51引脚图如下：主要特性：与

10、 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VCCJP4R8DS41R18DS10CTRLVCC4702330R17DS9330LIGHTR16R20R19DS8M330 OP14.7KQ433013直流电机8550U7AU7B24R281234GP2S054

11、.7KREVSN74LS14NSN74LS14NCTRL ：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。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：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

12、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

13、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，

14、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！六、 附件：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=P1

15、3;/ 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 or 加热电阻）xdata unsigned char dac0832_addr _at_ 0xd000;/DA xdata unsigned char LCD_DATA _at_ 0x8000;/LCD1602的地址的地址/*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

16、;/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， 0（3转速设定为 4 位），02（温度设定为 3 位

17、）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

18、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 inttime_check4=1000,3000,6000,10000;/转速调整时间系数表格unsigned char check=0;/ 检测周期等级， 分为 0 4 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

19、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_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在电机调速系统下的初始化函数*/void LCD_init(void)LCD_write_c

20、om(0x38);LCD_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

21、_write_data('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);/*光标闪烁开 */void flash_on(void)LC

22、D_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(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+0x30);LCD_wr

23、ite_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_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 di

24、splay_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(' ');LCD_write_data(

25、' ');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_write_data('o');LCD_write_data('f');LCD_write_data('f');power_triger=0;auto_triger=0;elseLCD_write_data('o');LCD_write_data('n

26、');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)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(s

27、et_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:flash_on();LCD_write_com(0x8d);LCD_write_data(rps1%100/10+0x30);LCD_wr

28、ite_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;/*以下为各个按键的函数 */*power void fn_power() 电源键 */if(power=1) return;elsedelay(20);/按键去抖if(power=0)while(power!=1);power_data=power_data;power_t

29、riger=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 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) retu

30、rn;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) 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

31、; 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(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(

32、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=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 scal

33、e+;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_data>=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)w

34、hile(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void int0() interrupt 0/0）*/外部中断 0 处理程序rps+;/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 1unsigned 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-rps