计算机控制系统课程设计-直流电机测速调速系统.doc

西安工业大学课程设计（论文）用纸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、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）。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CMOS8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：0Hz24MHz;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）使用光电开关测速第 页 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。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 页六、 附件:程序#includereg52.hinclude/*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_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，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5unsigned 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(） 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_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_com（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_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(rps11000/100+0x30)；LCD_write_data（rps1100/10+0x30);LCD_write_data(rps110+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（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_write_data（rps_data100/10+0x30）;LCD_write_data（rps_data10+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%25+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（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_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);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(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_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（rps1100/10+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；default：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(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）*/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=rps11000； break;case 1:if（rps11000/100=1) rps1=rps1100； break;case 2：if(rps1100/10=1) rps1=rps1-10； break;case 3：if(rps110=1） rps1=rps1-1; 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（rps1/10009) rps1=rps1+1000； break；case 1:if(rps11000/1009） rps1=rps1+100； break；case 2：if（rps1%100/109） rps1=rps1+10； break;case 3：if(rps110=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=rps60/4; /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+; /如果没计满1秒,则继续计数 if（power_data=1）/PWM信号输出if（time_scale=scale） dac0832_addr=0xff;/PWM信号输出else dac0832_addr=0x00;/PWM信号输出else dac0832_addr=0x00；/PWM信号输出if（time2=200）/数据差值检测,0.5秒1次time2=0;t=abs(rps_data-rps1)；/电机调速系统下的参数调整等级划分if(t1200） check=0；else if（t500) check=1;else if（t200） check=2;elseif(t80） check=3；else check=4；/差值小于80rpm进入稳态模式，不再调整输出占空比 else time2+;if（check!=4）/在非稳态的情况下查表确定时间参数if(time3=time_checkcheck）/不同的系统查不同的表time3=0;if（auto_triger=1) check_rps（）； else time3+;/*主函数*/ void main（）key0=1；/读引脚之前要写1key1=1；power=1;set=1；T0_init()；/T0初始化init_int0（）;/外部中断int0初始化while（1) fn_switch(）;/按键查询函数fn_power(）;/按键查询函数fn_set（);/按键查询函数fn_key0(）；/按键查询函数fn_key1（)；/按键查询函数fn_auto()；/按键查询函数if(power_triger=1) display_power()；/当电源状态有改变时刷新显示电源状态 if(rps_triger=1) display_rps（);/当系统实时数据需要刷新时,刷新实时数据if(scale_triger=1) display_scale(）；/当占空比发生改变时刷新占空比数据if(auto_triger_triger=1) display_auto(）;/当auto状态发生改变时刷新auto状态显示if（set_triger=1) /当进入set状态时fn_left(）;/查询左移右移按键fn_right（）；if（sys_data=1） display_set（);/不同的系统（电机调速、温度控制）不同的set状态显示第 页第 页- 21 -