PID电动机转速控制与显示

PID电动机转速掌握与显示摘要:在运动掌握系统中,电机转速掌握占有至关重要的作用.本文以AT89S51单片机为掌握核心,产生占空比受数字PID算法掌握的PWＭ脉冲实现对直流电机转速的掌握。同时利用光电传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环掌握，达到转速无静差调节的目的。在系统中采１28×64LCD显示器作为显示部件，通过４×４键盘设置Ｐ、I、D、V四个参数和正反转掌握，启动后可以通过显示部件了解电机当前的转速和运行时间。该系统掌握精度高，具有很强的抗干扰能力。关键词:数字PIＤ；PWＭ脉冲;占空比;无静差调节１.PIＤ掌握技术简介１.1PID算法掌握算法是微机化掌握系统的一个重要组成部分,整个系统的掌握功能主要由掌握算法来实现。目前提出的掌握算法有很多。依据偏差的比例(P)、积分（I）、微分(D）进行的掌握，称为PIＤ掌握。实际阅历和理论分析都表明,PＩD掌握能够满意相当多工业对象的掌握要求,至今仍是一种应用最为广泛的掌握算法之一.下面分别介绍模拟ＰIＤ、数字PID及其参数整定方法。１．1.１模拟ＰIＤ在模拟掌握系统中，调节器最常用的掌握规律是PID掌握，常规ＰID掌握系统原理框图如图1．1所示，系统由模拟PＩD调节器、执行机构及掌握对象组成.图1．1模拟ＰID掌握系统原理框图PＩD调节器是一种线性调节器,它依据给定值与实际输出值构成的掌握偏差:＝－（1.1）将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成掌握量，对掌握对象进行掌握，故称为ＰID调节器。在实际应用中，常依据对象的特征和掌握要求,将Ｐ、Ｉ、Ｄ基本掌握规律进行适当组合，以达到对被控对象进行有效掌握的目的.例如,P调节器，ＰＩ调节器，ＰID调节器等。模拟PIＤ调节器的掌握规律为(１.2）式中,为比例系数,为积分时间常数,为微分时间常数。简洁的说，PID调节器各校正环节的作用是：(1）比例环节：即时成比例地反应掌握系统的偏差信号，偏差一旦产生，调节器立即产生掌握作用以削减偏差；（２）积分环节:主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数,越大，积分作用越弱,反之则越强；(3）微分环节：能反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度,削减调节时间.由式１.2可得，模拟ＰIＤ调节器的传递函数为（１．3）由于本设计主要采纳数字PID算法,所以对于模拟ＰID只做此简要介绍。1。1.2数字PＩD在ＤDC系统中，用计算机取代了模拟器件，掌握规律的实现是由计算机软件来完成的.因此，系统中数字掌握的设计,实际上是计算机算法的设计。由于计算机只能识别数字量,不能对连续的掌握算式直接进行运算,故在计算机掌握系统中，首先必须对掌握规律进行离散化的算法设计。为将模拟PID掌握规律按式(1。2）离散化，我们把图１.1中、、、在第n次采样的数据分别用、、、表示，于是式(1。1)变为：=－（１.4）当采样周期T很小时可以用Ｔ近似代替，可用近似代替,“积分”用“求和”近似代替，即可作如下近似(1。5）（１。6）这样，式(１．2）便可离散化以下差分方程（1.７)上式中是偏差为零时的初值,上式中的第一项起比例掌握作用，称为比例(P）项,即（１.８)其次项起积分掌握作用,称为积分（I)项即（1。9）第三项起微分掌握作用，称为微分(Ｄ）项即（1.１0)这三种作用可单独使用(微分作用一般不单独使用）或合并使用,常用的组合有：P掌握:（１．１1）PI掌握:（1.1２）PＤ掌握：(１。1３）ＰＩD掌握：（１。1４)式（1.７）的输出量为全量输出，它对于被控对象的执行机构每次采样时刻应达到的位置。因此,式(１。7）又称为位置型PID算式.由（1。７）可看出，位置型掌握算式不够便利,这是由于要累加偏差，不仅要占用较多的存储单元,而且不便于编写程序，为此对式（１.7)进行改进.依据式(１。7）不难看出ｕ(ｎ－1)的表达式,即(1.１5)将式(1．7）和式（1。15）相减,即得数字PID增量型掌握算式为(１.1６）从上式可得数字ＰＩＤ位置型掌握算式为(1．１７)式中：称为比例增益；称为积分系数；称为微分系数［1］。数字PID位置型示意图和数字PＩD增量型示意图分别如图１．2和１。3所示:图1。2数字PIＤ位置型掌握示意图图1．3数字PID增量型掌握示意图1.１。3数字ＰID参数整定方法如何选择掌握算法的参数，要依据简略过程的要求来考虑。一般来说，要求被控过程是稳定的，能飞快和精准地跟踪给定值的变化,超调量小，在不同干扰下系统输出应能保持在给定值,操作变量不宜过大，在系统和环境参数发生变化时掌握应保持稳定。显然，要同时满意上述各项要求是很困难的,必须依据简略过程的要求,满意主要方面,并兼顾其它方面。PID调节器的参数整定方法有很多,但可归结为理论计算法和工程整定法两种。用理论计算法设计调节器的前提是能获得被控对象精准的数学模型,这在工业过程中一般较难做到.因此，实际用得较多的还是工程整定法.这种方法最大优点就是整定参数时不依靠对象的数学模型，简洁易行。当然,这是一种近似的方法,有时可能略嫌粗糙，但相当适用，可解决一般实际问题。下面介绍两种常用的简易工程整定法。(1)扩充临界比例度法这种方法适用于有自平衡特性的被控对象。使用这种方法整定数字调节器参数的步骤是:①选择一个足够小的采样周期,简略地说就是选择采样周期为被控对象纯滞后时间的十分之一以下.②用选定的采样周期使系统工作:工作时,去掉积分作用和微分作用，使调节器成为纯比例调节器，逐渐减小比例度(）直至系统对阶跃输入的响应达到临界振荡状态，登记此时的临界比例度及系统的临界振荡周期。③选择掌握度：所谓掌握度就是以模拟调节器为基准,将ＤDＣ的掌握效果与模拟调节器的掌握效果相比较.掌握效果的评价函数通常用误差平方面积表示。掌握度=（1。１8）实际应用中并不需要计算出两个误差平方面积，掌握度仅表示掌握效果的物理概念.通常，当掌握度为１.05时,就可以认为DDC与模拟掌握效果相当;当掌握度为２。０时，ＤDＣ比模拟掌握效果差。④依据选定的掌握度,查表1．1求得T、、、的值[1]。表1．1扩充临界比例度法整定参数掌握度掌握规律T１.0５PI0．0３0．53０。881。０５PID0。０１4０．6３０．49０．141.2０PＩ０.０50．490。９1１。20PIＤ0.0４３0.０４７0.47０.1６１.50PI０．140。４20。９91．５0PID0.0９０。3４０。430。２02．００PI０．２2０．３６1.０5２。０0ＰID０。160。270。４00.２２（2)阅历法阅历法是靠工作人员的阅历及对工艺的熟识程度，参考测量值跟踪与设定值曲线，来调整P、I、D三者参数的大小的,简略操作可按以下口诀进行：参数整定找最佳,从小到大挨次查；先是比例后积分,最后再把微分加;曲线振荡很频繁，比例度盘要放大；曲线漂移绕大湾，比例度盘往小扳；曲线偏离回复慢,积分时间往下降;曲线波动周期长，积分时间再加长；曲线振荡频率快,先把微分降下来;动差大来波动慢，微分时间应加长。下面以ＰID调节器为例,简略说明阅历法的整定步骤:①让调节器参数积分系数=0，实际微分系数=0，掌握系统投入闭环运行，由小到大转变比例系数，让扰动信号作阶跃变化,观察掌握过程,直到获得满意的掌握过程为止。②取比例系数为当前的值乘以0.8３，由小到大增加积分系数,同样让扰动信号作阶跃变化，直至求得满意的掌握过程。③积分系数保持不变,转变比例系数,观察掌握过程有无改善,如有改善则连续调整,直到满意为止.否则,将原比例系数增大一些,再调整积分系数，力求改善掌握过程。如此反复试凑，直到找到满意的比例系数和积分系数为止。④引入适当的实际微分系数和实际微分时间,此时可适当增大比例系数和积分系数.和前述步骤相同，微分时间的整定也需反复调整,直到掌握过程满意为止。PＩD参数是依据掌握对象的惯量来确定的。大惯量如：大烘房的温度掌握，一般Ｐ可在10以上,I在(3、１０)之间,D在1左右。小惯量如：一个小电机闭环掌握，一般P在(１、1０)之间,Ｉ在(0、５）之间,Ｄ在(0。1、1）之间,简略参数要在现场调试时进行修正。1.２ＰＷＭ脉冲掌握技术PWＭ（ＰｕｌｓｅWiｄｔｈMｏｄｕlatｉｏn)掌握就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形(含外形和幅值）。1．2。1ＰWM掌握的基本原理在采样掌握理论中有一个重要的结论:冲量相等而外形不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅立叶变换分析，则其低频段格外接近，仅在高频段略有差异。例如图1.4中a、b、c所示的三个窄脉冲外形不同，其中图1．4的a为矩形脉冲，图1。４的ｂ为三角脉冲，图１.4的c为正弦半波脉冲,但它们的面积（即冲量）都等于1，那么，当它们分别加在具有惯性的同一环节上时,其输出响应基本相同。当窄脉冲变为如图1．４的d所示的单位脉冲函数时，环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。图1.4外形不同而冲量相同的各种窄脉冲图1。5a的电路是一个简略的例子。图中为窄脉冲，其外形和面积分别如图1.4的ａ、b、c、ｄ所示,为电路的输入。该输入加在可以看成惯性环节的R－Ｌ电路上，设其电流为电路的输出。图1．５ｂ给出了不同窄波时的响应波形。从波形可以看出，在的上升段，脉冲外形不同时的外形也略有不同,但其下降段几乎完全相同。脉冲越窄，各波形的差异也越小。如果周期性的施加上述脉冲，则响应也是周期性的。用傅立叶级数分解后将可看出，各在低频段的特性格外接近，仅在高频段有所不同［2].图１。5冲量相同的各种窄脉冲的响应波形１．2．2直流电机的PWM掌握技术直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑、便利，调速范围广，过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;能满意生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求,在很多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。直流电动机的转速调节主要有三种方法：调节电枢供电的电压、减弱励磁磁通和转变电枢回路电阻.针对三种调速方法，都有各自的特点，也存在肯定的缺陷。例如转变电枢回路电阻调速只能实现有级调速，减弱磁通虽然能够平滑调速，但这种方法的调速范围不大,一般都是协作变压调速使用。所以在直流调速系统中，都是以变压调速为主.其中，在变压调速系统中，大体上又可分为可控整流式调速系统和直流PWM调速系统两种。直流ＰWＭ调速系统与可控整流式调速系统相比有下列优点：由于ＰWM调速系统的开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流,低速特性好、稳速精度高、调速范围宽。同样，由于开关频率高,快速响应特性好，动态抗干扰能力强，可以获得很宽的频带；开关器件只工作在开关状态，因此主电路损耗小、装置效率高；直流电源采纳不行控整流时,电网功率因数比相控整流器高。正由于直流PＷＭ调速系统有以上优点，并且随着电力电子器件开关性能的不断提高,直流脉宽调制(PＷM)技术得到了飞速的进展.随着科学技术的迅猛进展传统的模拟和数字电路已被大规模集成电路所取代,这就使得数字调制技术成为可能。目前,在该领域中大部分应用的是数字脉宽调制技术。电动机调速系统采纳微机实现数字化掌握，是电气传动进展的主要方向之一.采纳微机掌握后，整个调速系统实现全数字化,并且结构简洁、牢靠性高、操作维护便利，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满意工业生产中高性能电气传动的要求。下面主要介绍直流电机PＷM调速系统的算法实现.依据PWＭ掌握的基本原理可知，一段时间内加在惯性负载两端的ＰＷM脉冲与相等时间内冲量相等的直流电加在负载上的电压等效，那么如果在短时间Ｔ内脉冲宽度为，幅值为U，由图1．6可求得此时间内脉冲的等效直流电压为：图1。6PWＭ脉冲,若令,即为占空比,则上式可化为：(U为脉冲幅值)(1．19）若PWＭ脉冲为如图１.7所示周期性矩形脉冲，那么与此脉冲等效的直流电压的计算方法与上述相同，即(为矩形脉冲占空比）（1．20）图1。7周期性PWM矩形脉冲由式１.2０可知,要转变等效直流电压的大小，可以通过转变脉冲幅值U和占空比来实现,由于在实际系统设计中脉冲幅值一般是恒定的,所以通常通过掌握占空比的大小实现等效直流电压在0~Ｕ之间任意调节,从而达到利用ＰWM掌握技术实现对直流电机转速进行调节的目的。２.设计要求与方案论证2。1设计要求(1)电机转速可以键盘设计(２）使用光电传感器将电机转速转换为脉冲频率，比较精确的反映出电机的转速,从而与设定值进行比较产生偏差，实现比例、积分、微分的掌握,达到转速无静差调节的目的；（３）使用光电耦合器将主电路和掌握电路利用光隔开,使系统更加平安牢靠;（4）１2８×６4LCD显示模块供应一个人机对话界面，并实时显示电机运行速度和运行时间;（5）利用Ｐｒoteｕs软件进行系统整体仿真,从而进一步验证电路和程序的正确性,避开不必要的损失；（6）采纳数字ＰＩD算法，利用软件实现掌握，具有更改灵敏,节省硬件等优点；（7）系统性能指标：超调量８％；调节时间4ｓ;转速误差1ｒ/miｎ。2.2方案论证２．2.１系统总体方案依据系统设计的任务和要求，设计系统方框图如图３。１所示。图中掌握器模块为系统的核心部件，键盘和显示器用来实现人机交互功能,其中通过键盘将需要设置的参数和状态输入到单片机中，并且通过掌握器显示到显示器上。在运行过程中掌握器产生ＰWＭ脉冲送到电机驱动电路中，经过放大后掌握直流电机转速，同时利用速度检测模块将当前转速反馈到掌握器中，掌握器经过数字ＰＩD运算后转变PＷＭ脉冲的占空比，实现电机转速实时掌握的目的。图2—1系统方案框图2．2.2掌握器模块方案依据设计任务，掌握器主要用于产生占空比受数字PＩＤ算法掌握的ＰWＭ脉冲，并对电机当前速度进行采集处理,依据算法得出当前所需输出的占空比脉冲。对于掌握器的选择有以下三种方案。方案一：采纳FPGA（现场可编辑门列阵）作为系统的掌握器，FPGA可以实现各种简洁的规律功能［3]，模块大，密度高，它将全部器件集成在一块芯片上,削减了体积,提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试,易于进行功能掌握.ＦPGA采纳并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的掌握核心。通过输入模块将参数输入给FPGA,ＦＰGＡ通过程序设计掌握ＰWＭ脉冲的占空比,但是由于本次设计对数据处理的时间要求不高,ＦＰGA的高速处理的优势得不到充分体现,并且由于其集成度高,使其成本偏高,同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线简洁，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案二:采纳ＡT89S51作为系统掌握的方案.AT８９S51单片机算术运算功能强,软件编程灵敏、自由度大,可用软件编程实现各种算法和规律掌握[4］。相对于FPGA来说,它的芯片引脚少，在硬件很容易实现.并且它还具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，在各个领域中应用广泛。方案三：采纳传统的AT89C51单片机作为运动物体的掌握中心。它和AT８9S５１一样都具有软件编程灵敏、体积小、成本低，使用简洁等特点,但是它的频率较低、运算速度慢，RＡM、ＲOＭ空间小等缺点。本题目在确定圆周坐标值时，需要进行大量的运算。若采纳８9C51需要做RＡM,ROM来扩展其内存空间，其硬件工作量必定大大增多。综合上述三种方案比较，采纳ＡT89S5１作为掌握器处理输入的数据并掌握电机运动较为简洁，可以满意设计要求。因此在本次设计选用方案二.2．2.3电机驱动模块设计方案本次设计的主要目的是掌握电机的转速,因此电机驱动模块是必不行少,其方案有一下两种。方案一：采纳大功率晶体管组合电路构成驱动电路，这种方法结构简洁,成本低、易实现，但由于在驱动电路中采纳了大量的晶体管相互连接，使得电路简洁、抗干扰能力差、牢靠性下降,我们知道在实际的生产实践过程中牢靠性是一个格外重要的方面。因此此中方案不宜采纳.方案二:采纳专用的电机驱动芯片,例如L２98Ｎ、L２97Ｎ等电机驱动芯片，由于它内部已经考虑到了电路的抗干扰能力,平安、牢靠行，所以我们在应用时只需考虑到芯片的硬件连接、驱动能力等问题就可以了,所以此种方案的电路设计简洁、抗干扰能力强、牢靠性好。设计者不需要对硬件电路设计考虑很多,可将重点放在算法实现和软件设计中,大大的提高了工作效率。基于上述理论分析和实际情况,电机驱动模块选用方案二。2.２。4速度采集模块设计方案本系统是一闭环掌握系统，在调节过程中需要将设定与当前实际转速进行比较，速度采集模块就是为完成这样功能而设计的，其设计方案以下三种：方案一:采纳霍尔集成片。该器件内部由三片霍尔金属板组成。当磁铁正对金属板时，由于霍尔效应,金属板发生横向导通[5］，因此可以在电机上安装磁片,而将霍尔集成片安装在固定轴上，通过对脉冲的计数进行电机速度的检测。方案二:采纳对射式光电传感器。其检测方式为:放射器和接受器相互对射安装，放射器的光直接对准接受器,当测物挡住光束时,传感器输出产生变化以指示被测物被检测到.通过脉冲计数,对速度进行测量。方案三:采纳测速发电机对直流电机转速进行测量.该方案的实现原理是将测速发电机固定在直流电机的轴上，当直流电机转动时，带动测速电机的轴一起转动,因此测速发电机会产生大小随直流电机转速大小变化的感应电动势，因此精度比较高,但由于该方案的安装比较简洁、成本也比较高,在本次设计没有采纳此方案.以上三种方案中,第三种方案不宜采纳，第一种和其次种方案的测速原理基本相同都是将电机转速转换为电脉冲的频率进行测量,但考虑到市场中的霍尔元件比较难买,而且成本也比较高,所以综合考虑在设计中选用其次种方案进行设计。2.2．5显示模块设计方案在电机转速掌握系统中，系统需要对参数、工作方式以及电机当前运行状态的显示，因此在整个系统中必须设计一个显示模块,考虑有三种方案：方案一:使用七段数码管(LED）显示。数码管具有亮度高、工作电压低、功耗小、易于集成、驱动简洁、耐冲击且性能稳定等特点,并且它可采纳ＢCＤ编码显示数字，编程容易，硬件电路调试简洁。但由于在此次设计中需要设定的参数种类多，而且有些需要进行汉字和字符的显示，所以使用LＥD显示器不能完成设计任务，不宜采纳。方案二：采纳１６0２LCD液晶显示器,该显示器掌握方法简洁,功率低、硬件电路简洁、可对字符进行显示，但考虑到1602ＬCＤ液晶显示器的屏幕小，不能显示汉字,因此对于需要显示大量参数的系统来说不宜采纳。方案三:采纳１２８×6４LCD液晶显示器，该显示器功率低,驱动方法和硬件连接电路较上面两种方案简洁，显示屏幕大、可对汉字和字符进行显示.依据本次设计的设计要求，显示模块选用方案三。２．2.6键盘模块设计方案在电机转速掌握系统中,系统需要按键进行参数的输入、工作方式的设定以及电机起停的掌握，因此键盘在整个系统中是不行缺少的一部分，考虑有二种方案：方案一：采纳独立式键盘,这种键盘硬件连接和软件实现简洁,并且各按键相互独立,每个按键均有一端接地，另一端接到输入线上。按键的工作状态不会影响其它按键上的输入状态。但是由于独立式键盘每个按键需要占用一根输入口线，所以在按键数量较多时，I／Ｏ口浪费大,故此键盘只适用于按键较少或操作速度较高的场合.方案二：采纳行列式键盘，这种键盘的特点是行线、列线分别接输入线、输出线。按键设置在行、列线的交叉点上，利用这种矩阵结构只需m根行线和n根列线就可组成个按键的键盘，因此矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合。但此种键盘的软件结构较为简洁[6］。依据上面两种方案的论述，由于本次设计的系统硬件连接比较简洁，对软件的运行速度要求不高,所以采纳方案二矩阵式键盘进行设计.２．2。7电源模块设计方案电源是任何系统能否运行的能量来源，无论那种电力系统电源模块都是不行或缺的,对于该模块考虑一下两种方案。方案一:通过电阻分压的形式将整流后的电压分别降为掌握芯片和电机运行所需的电压,此种方案原理和硬件电路连接都比较简洁，但对能量的损耗大，在实际应用系统同一般不宜采纳。方案二：通过固定芯片对整流后的电压进行降压、稳压处理(如７812、7８05等)，此种方案牢靠性、平安性高,对能源的利用率高，并且电路简洁容易实现。依据系统的简略要求,采纳方案二作为系统的供电模块。3单元电路设计3.1硬件资源安排本系统电路连接及硬件资源安排见图3.１所示。采纳AT89S51单片机作为核心器件,转速检测模块作为电机转速测量装置，通过AT８９S51的Ｐ３.3口将电脉冲信号送入单片机处理，L２9８作为直流电机的驱动模块,利用128×64LＣD显示器和4×4键盘作为人机接口.图3．1系统电路连接及硬件资源安排图3．2电源电路电源是整个系统的能量来源，它直接关系到系统能否运行。在本系统中直流电机需要12V电源,而单片机、显示模块等其它电路需要5V的电源,因此电路中选用78０5和７８1２两种稳压芯片，其最大输出电流为1．５A，能够满意系统的要求，其电路如图3.2所示。图3.2电源电路3.3电机驱动电路驱动模块是掌握器与执行器之间的桥梁，在本系统中单片机的Ｉ/O口不能直接驱动电机,只有引入电机驱动模块才能保证电机依据掌握要求运行，在这里选用L2９８N电机驱动芯片驱动电机,该芯片是由四个大功率晶体管组成的Ｈ桥电路构成，四个晶体管分为两组，交替导通和截止,用单片机掌握达林顿管使之工作在开关状态,通过调整输入脉冲的占空比,调整电动机转速。其中输出脚(SEＮSＥA和SＥNSEB)用来连接电流检测电阻，Vｓｓ接规律掌握的电源。Vs为电机驱动电源。ＩN１—IＮ4输入引脚为标准ＴＴL规律电平信号，用来掌握H桥的开与关即实现电机的正反转，ENＡ、ENＢ引脚则为使能掌握端,用来输入ＰＷM信号实现电机调速。其电路如图3.3所示，利用两个光电耦合器将单片机的I/O与驱动电路进行隔离，保证电路平安牢靠。这样单片机产生的ＰＷM脉冲掌握Ｌ298N的选通端［７],使电机在PWM脉冲的掌握下正常运行，其中四个二极管对芯片起保护作用.图3。３电机驱动电路3．4电机速度采集电路在本系统中由于要将电机本次采样的速度与上次采样的速度进行比较,通过偏差进行PID运算,因此速度采集电路是整个系统不行缺少的部分。本次设计中应用了比较常见的光电测速方法来实现,其简略做法是将电机轴上固定一圆盘，且其边缘上有N个等分凹槽如图3.５（a）所示，在圆盘的一侧固定一个发光二极管，其位置对准凹槽处，在另一侧和发光二极光平行的位置上固定一光敏三极管，如果电动机转到凹槽处时，发光二极管通过缝隙将光照耀到光敏三极管上,三极管导通，反之三极管截止，电路如图3。4(b）所示，从图中可以得出电机每转一圈在P3．3的输出端就会产生N个低电平。这样就可依据低电平的数量来计算电机此时转速了。例如当电机以肯定的转速运行时,P3.3将输出如图3．５所示的脉冲，若知道一段时间t内传感器输出的低脉冲数为n,则电机转速v＝r／ｓ。图３。4电机速度采集方案图3．5传感器输出脉冲波形3.5显示电路设计依据设计要求要对系统各项参数和电机运行状态进行显示，因此在电路中加入显示模块是格外必要的。在系统运行过程中需要显示的数据比较都,而且需要汉字显示，在这里选用128×6４液晶显示器比较适合,它是一种图形点阵液晶显示器,主要由行驱动器/列驱动器及１２８×64全点阵液晶显示器组成，可完成汉字（16×１6)显示和图形显示共有2０个引脚［8]，其引脚名称及引脚编号的对应关系如图3.6，引脚功能如表３。１所示。图3.6128×64ＬCD引脚分布表3.11２864液晶显示模块引脚功能引脚符号引脚功能引脚符号引脚功能1VSS电源地1５CＳ1CS1＝１芯片选择左边６4＊64点２ＶDＤ电源正+５Ｖ16ＣS2CＳ２=１芯片选择右边64*6４点3VO液晶显示驱动电源17/RＳT复位(低电平有效）4RＳH:数据输入；L：指令码输入18VEＥLCD驱动负电源5R／WH：数据读取；Ｌ：数据写入１9A背光电源(＋)6E使能信号。２０Ｋ背光电源（—）7-１4DB０-ＤＢ7数据线有些型号的模块19、2０脚为空脚１2８×6４液晶显示器与单片机的连接电路如图３.7所示:图3．7显示模块电路图3。６键盘电路设计依据设计需求,本系统中使用了4×4键盘用以实现对Ｐ、I、Ｄ三个参数和电机正反转的设定,以及对电机启动、停止、暂停、连续的掌握，其电路原理图如图４.8所示.图中L０~L３为