1、- 0 - / 32XIAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY課程名稱 直流電機測速調(diào)速實驗 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 秦剛 成 績： 2016 年 7 月 11日計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 直流電機測速調(diào)速系統(tǒng)直流電機測速調(diào)速系統(tǒng)1、選定題目：電機速度控制系統(tǒng)選定題目：電機速度控制系統(tǒng) 二、設(shè)計目的和要求：二、設(shè)計目的和要求：計算機控制技術(shù)的課程設(shè)計是一個綜合運用知識的過程，它不僅需要微型機控制理論、程序設(shè)計方面的基礎(chǔ)知識，而且還需要具備一定的生產(chǎn)工藝知識。課程設(shè)計包括確定控制任務(wù)、系統(tǒng)總體方案設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計

2、、控制軟件的設(shè)計等，以便使學(xué)生掌握計算機控制系統(tǒng)設(shè)計的總體思路和方法。三、功能需求：、功能需求： 1、基本功能： （1）該系統(tǒng)使用實驗箱的直流電機、1602 液晶、DA、鍵盤等模塊完成設(shè)計； （2）直流電機通過 DA 模塊使用 PWM 方式進行驅(qū)動及調(diào)速； （3）能夠通過 1602 液晶顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速及 PWM 占空比； （4）通過按鍵控制電機的啟動和停止。2、擴展功能： （1）能夠通過按鍵手動輸入目標(biāo)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/秒） ，啟動電機后控制電機穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速； （2）使用 1602 液晶實時顯示目標(biāo)轉(zhuǎn)速、當(dāng)前轉(zhuǎn)速及啟停狀態(tài)（on/off） 。4 4、實驗思路：實驗思路：本直流電機調(diào)速系統(tǒng)以單片機系統(tǒng)為

3、依托，根據(jù) PWM 調(diào)速的基本原理，控制電動機的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實現(xiàn)對直流電動機的調(diào)速，并通過單片機控制速度的變化。本設(shè)計的直流電機調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運行的平臺。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)控制器所要實現(xiàn)的各項功能，達到控制器自動對電機速度的有效控制。 用 51 來產(chǎn)生 PWM 波就必須要用軟件編程的方法來模擬。方法大概可以分為軟件延時和定時器產(chǎn)生兩種方法。本次課程設(shè)計我們采用定時器產(chǎn)生 PWM 方波。定時器產(chǎn)生 PWM:這種方法利用了定時器溢出中斷，在中斷服務(wù)程序改變電平的高低

4、，在程序較復(fù)雜、多操作時仍能輸出較準(zhǔn)確的 pwm 波形。 五、實驗設(shè)備：五、實驗設(shè)備：單片機開發(fā)實驗儀一臺；AT89C51；LCD1602；DA 數(shù)模轉(zhuǎn)換；按鍵；光電開關(guān)六、實驗原理：六、實驗原理： 1 1、硬件框圖：、硬件框圖： 硬件部分主要由電位器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、 51 單片機、顯示模塊、驅(qū)動電路和無刷直流電機組成。其功能框圖如下：2 2、硬件介紹：、硬件介紹：1)1602 液晶顯示模塊電路1602C 字符型液晶：CS：片選信號，低電平有效；RS：選擇讀寫的是指令或數(shù)據(jù)，L：指令，H：為數(shù)據(jù)。RW：讀寫控制端，L：寫操作，H：讀操作。12864J 圖形點陣液晶：CS：片選信號，低電平有效；

5、CS1/2：左右半屏使能選擇，H：左半屏，L：右半屏；RS：選擇讀寫的是指令或數(shù)據(jù)，L：指令，H：為數(shù)據(jù)。RW：讀寫控制端，L：寫操作，H：讀操作。12864M 圖形點陣液晶：JP6 的 16 腳是空腳，JP6 的 15 腳是 PSB：PSB 接高電平，CPU 與液晶使用并行接口連接，連接方法與 12864J 完全相同；PSB 接低電平，CPU 與液晶使用串行接口連接，此時，RS、RW、E 與 CPU 的 I/O 管腳相連（STAR ES59PA 才有該功能） 。10KW2D0D1D2D3D4D5D6D7RSRW564U3B123U5AWRRD12JP9CSVSS1VDD2V03RS4RW5E

6、6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714LED+15LED-16JP61602CVCC10KR31470R4DS1(1602C 字符型液晶字符型液晶)10KW2D0D1D2D3D4D5D6D7RSRW231U3A564U3B123U5AWRRD12JP9CSVSS1VDD2V03RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714CS115CS216RST17VOUT18LED+19LED-20JP612864JVCCCS1/210KR31470R4DS1 (1602C 字符型液晶字符型液晶)（12864J 圖形點陣液晶

7、）圖形點陣液晶）2）DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換VREF8RFB9DGND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416DI07CS1WR12AGND3DI34DI25DI16XFER17WR218ILE19VDD20U20DAC0832LCN1KW5510R780.1uFC3323647185U23LM741CN10KW64.7KR79-12VVCCD5+12V-12VOUTD0D1D2D3D4D5D6D7DS23470R71-12VWRCS1098C411U26CLM324NR150R151R162Q7C2655VCCOUT1R149CS：片選，低有效；OUT：轉(zhuǎn)換電

8、壓輸出；OUT1：經(jīng)功放電路的電壓輸出；電位器 W5：調(diào)整基準(zhǔn)電壓。3）發(fā)光管、按鍵、開關(guān)11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2006-7-4Sheet of File:F:Inovation.Sheet1.SchDocDrawn By:DS35 DS36 DS37 DS38 DS39 DS40 DS41 DS4212345678JP6512JP63510R118510R117510R116510R115510R114510R113510R112510R111DS32470R107VCCLED1LED2LED3LED4JP65：發(fā)光管控制

9、接口，0燈亮，1燈滅第 頁11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2006-7-4Sheet of File:F:Inovation.Sheet1.SchDocDrawn By:S29S30S31S32S33S34S35S3612345678JP7412345678910KR119VCC按鍵電路原理圖11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2006-7-4Sheet of File:F:Inovation.Sheet1.SchDocDrawn By:12345678JP80123456789

10、10KR124S21S22S23S24S25S26S27S28VCCK5K6K7K8開關(guān)電路原理圖JP74：按鍵控制接口；按下0 信號，松開1 信號 JP80：開關(guān)控制接口；閉合0 信號，斷開1 信號4） AT89C51本課題中控制芯片的作用主要是與 ADC0809 相連接，采集模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的 8 位二進制碼，過公式計算后得到電壓值，同時連接四位數(shù)碼管進行顯示。綜合考慮，選用 AT89C51 即滿足要求。 簡介：AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度

11、非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器。AT89C 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89C51 引腳圖如下： 主要特性：與 MCS-51 兼容；4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器；壽命：1000寫/擦循環(huán)； 數(shù)據(jù)保留時間：10 年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz ； 三級程序存儲器鎖定；1288 位內(nèi)部 RAM ；32 可編程 I/O 線；兩個 16 位定時器/計數(shù)器；5 個中斷源；可編程串行通道； 低功耗的閑置和

12、掉電模式； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；直流電機轉(zhuǎn)速測量/控制5）使用光電開關(guān)測速1122334455667788991010111112121313141415151616DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA0Date:2005-12-19Sheet of File:F:Inovation.STAR.SCHDOCDrawn By:8550Q44.7KR28VCCREV1234GP2S05OP1330R164.7KR2012JP4470R8DS4VCC12SN74LS14NU7A34SN74LS14NU7BM機機機機CTRLDS8DS9DS10330R19330R1733

13、0R18LIGHT CTRL：控制電壓(DAC0832 經(jīng)功放電路提供)輸入；REV：光電開關(guān)脈沖輸出(用于轉(zhuǎn)速測量)；LIGHT：低電平點亮發(fā)光管。第 頁3 3、 軟件設(shè)計軟件設(shè)計主程序設(shè)計：主程序是一個循環(huán)程序，其主要思路是，先設(shè)定好速度初始值，這個初始值與測速電路送來的值相比較得到一個誤差值，然后用 PID 增量式算法輸出控制系數(shù)給 PWM 發(fā)生電路改變波形的占空比，進而控制電機的轉(zhuǎn)速。主程序流程圖如下：第 頁五、實驗總結(jié)：五、實驗總結(jié)：計算機控制技術(shù)的課程設(shè)計相比硬件的課程設(shè)計，簡直難了不止一個檔次，作為主要的編程人員，當(dāng)我實際要去控制一個物體的時候，我才知道自己以前學(xué)的知識有多么的不

14、牢固，不過真真正正的去做一個實物控制程序的時候，才能真切的體會到以前書本上學(xué)的知識是如何運用到實際的，我基本上可以說是為了應(yīng)付考試勉勉強強學(xué)了一些，這次實際做到項目設(shè)計后，才理解其真正的含義。還有本次項目，我們采用了 LCD 顯示屏作為顯示單元，比 LED 數(shù)碼管復(fù)雜，LCD 液晶顯示屏這也是以前沒有運用到過的，所以總體來說，這次課程設(shè)計帶給我的不僅僅是舊知識的復(fù)習(xí)，還有新的探索。本課程設(shè)計得以完成，首先要感謝秦剛老師，因為課程設(shè)計在他的悉心指導(dǎo)下才能順利完成。他淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范、樸實無華、平易近人的人格魅力對

15、我的影響非常深遠。本設(shè)計從選題到完成，每一部步是在老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了老師大量的心血。通過此次的課程設(shè)計，我學(xué)到了很多知識，跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學(xué)的體制束縛，在課程設(shè)計的寫作過程中，通過查資料和搜集有關(guān)的文獻，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動手能力。并且由原先的被動的接受知識轉(zhuǎn)換為主動的尋求知識，這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個很大的突破。在以往的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式下，我們學(xué)會了如何將學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會了怎么更好地處理知識和實踐相結(jié)合的問題。在課程設(shè)計的寫作過程中也學(xué)到了做任何事情所要的態(tài)度和心態(tài)，對于發(fā)展過程中出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力

16、，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。再次感謝給我鼓勵的老師、同學(xué)和朋友，謝謝！6 6、附件：程序附件：程序#include#include第 頁/*以下硬件連線設(shè)置*/sbit key0=P10; /占空比（設(shè)定值）增按鍵；且 rev 接 int0sbit key1=P11; /占空比（設(shè)定值）減按鍵sbit power = P17; /啟停按鍵sbit auto_run=P15; /自動運行按鍵sbit set=P14; /set 按鍵sbit left=P12; /左移光標(biāo)sbit right=P13; /右移光標(biāo)sbit LCD_RS=P30; /1602

17、 的 RSsbit LCD_RW=P31; /1602 的 RWsbit sys_data=P34; /繼電器控制腳，用于切換 DA 功率輸出方向（電機 or 加熱電阻）xdata unsigned char dac0832_addr _at_ 0 xd000;/DA 的地址xdata unsigned char LCD_DATA _at_ 0 x8000;/LCD1602 的地址/*以下為系統(tǒng)的狀態(tài)量設(shè)置*/bit rps_triger=0;/轉(zhuǎn)速（溫度）刷新顯示控制，1 為需要刷新顯示，0 為不需要刷新顯示bit scale_triger=0;/占空比刷新顯示控制bit power_tri

18、ger=0;/電源指示刷新顯示控制bit power_data=0;/電源狀態(tài)，0 為關(guān)斷，1 為運行bit set_triger=0;/設(shè)置狀態(tài)，0 為正常運行，1 為設(shè)置模式bit auto_triger=0;/auto（自動調(diào)整）狀態(tài)，0 為正常模式，1 為自動調(diào)整模式bit auto_triger_triger=0;/auto 標(biāo)志刷新顯示控制，當(dāng) auto 狀態(tài)被被改變時才需刷新顯示/*以下為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量*/char set_data=0; /設(shè)置模式下設(shè)置的是第幾位，03（轉(zhuǎn)速設(shè)定為 4 位） ，02（溫度設(shè)定為 3 位）unsigned int scale=10;/占空比數(shù)據(jù)（2

19、 倍關(guān)系，可以控制到0.5%） ，初值為 5%unsigned int rps=0;/轉(zhuǎn)速計數(shù)變量unsigned int rps1=0;/目標(biāo)值變量unsigned int rps_data=0;/轉(zhuǎn)速值unsigned int time=0;/每秒計數(shù)變量（計數(shù)周期為 250u 秒，故4000 次為 1 秒）unsigned int time2=0;/檢測插值計數(shù)變量（0.05 秒檢測 1 次，實時調(diào)整比例系數(shù)）unsigned int time3=0;/比例系數(shù)控制（若當(dāng)前值和目標(biāo)值差值值大，則調(diào)整迅速，反之則緩慢調(diào)整）unsigned char time_scale=0;/占空比總周期

20、計數(shù)變量，一個周期200 次，可以精確到 0.5%unsigned int time_check4=1000,3000,6000,10000;/轉(zhuǎn)速調(diào)整時間系數(shù)表格unsigned char check=0;/檢測周期等級，分為 04 共 5 個等級，0 為極小時間系數(shù)，4 為穩(wěn)定不變void _nop_(void);/*延時函數(shù)*/void delay(int a)while(a-);/*外部中斷初始化*/void init_int0() IT0=1;EX0=1;EA=1;/*計數(shù)器 0 初始化*/void T0_init() TMOD = 0 x01; TH0 = 0 xff; /計數(shù)周期

21、為 250u 秒TL0 = 0 x1a; ET0=1; EA=1; TR0=1; /*LCD1602 相關(guān)函數(shù)*/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 在電機調(diào)速系統(tǒng)下的初始化函數(shù)*/void LCD_init(void)LCD_write_com(0 x38);LCD_write_com(0 x0c)

22、;LCD_write_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_writ

23、e_data(%);LCD_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);/*光標(biāo)閃爍開*/void flash_on(void)LCD_write_com(0 x0f);/*光標(biāo)閃爍關(guān)*/void flash_off(void)LCD_write_com(0 x0c);/*顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速或溫度*/void display_rps(void)fla

24、sh_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;/*顯示當(dāng)前占空比*/void display_scale(void)flash_off();LCD_writ

25、e_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);scale_triger=0;/*顯示 auto 模式的狀態(tài)*/void display_auto(void)flash_off();if(auto_triger=1)LCD_write_com(0 xc3);LCD_write_data(a);LCD_write_data(u);LCD_write_data(t);LCD_write

26、_data(o);elseLCD_write_com(0 xc3);LCD_write_data( );LCD_write_data( );LCD_write_data( );LCD_write_data( );auto_triger_triger=0;/*顯示 power 的狀態(tài)（on 或 off）*/void display_power(void)flash_off();LCD_write_com(0 xc0);if(power_data=0) LCD_write_data(o);LCD_write_data(f);LCD_write_data(f);power_triger=0;auto

27、_triger=0;elseLCD_write_data(o);LCD_write_data(n);LCD_write_data( );power_triger=0;auto_triger=0;/*調(diào)整輸出占空比函數(shù)*/void check_rps(void)if(power_data=0) return;if(rps1rps_data) scale-;if(scalerps_data) scale+;if(scale=199) scale=199;scale_triger=1;/*顯示電機調(diào)速系統(tǒng)下 set 模式函數(shù)*/void display_set(void)switch(set_dat

28、a) 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);break;case 2:flash_on();LCD_write_com(0 x8d);LCD_write_data(rps1%100/10+0 x30);

29、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; /*以下為各個按鍵的函數(shù)*/*power 電源鍵*/void fn_power()if(power=1) return;elsedelay(20); /按鍵去抖if(power=0)while(power!=1);power_data=power_da

30、ta;power_triger=1;set_triger=0;auto_triger_triger=1;else return;/*自動調(diào)整模式鍵*/void fn_auto()if(auto_run=1) return;elsedelay(20); /按鍵去抖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 設(shè)置模式鍵*/void fn_set()if(s

31、et=1) return;elsedelay(20); /按鍵去抖if(set=0)while(set!=1);set_triger=set_triger;auto_triger=0;auto_triger_triger=1;else return;/*減鍵（set 模式為調(diào)整目標(biāo)值，運行模式調(diào)整占空比）*/void fn_key0()if(key0=1) return;elsedelay(20); /按鍵去抖if(key0=0)while(key0!=1);if(set_triger=1)switch(set_data)case 0:if(rps1/1000=1) rps1=rps1-100

32、0; 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) scale=1; else scale-; scale_triger=1;else return;/*加鍵（set 模式為調(diào)整目標(biāo)值，運行模式調(diào)整占空比）*/void fn_key1()if(key1=1) return;elsedelay(20); /按鍵去抖if(key1=0)

33、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; break;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;/*光標(biāo)左移鍵（set 模式下有效）*/void fn_left()if(left=1)

34、 return;elsedelay(20); /按鍵去抖if(left=0)while(left!=1);if(set_triger=1)if(set_data=3) set_data=3; else set_data+; else return;else return;/*光標(biāo)右移鍵（set 模式下有效）*/void fn_right()if(right=1) return;elsedelay(20); /按鍵去抖if(right=0)while(right!=1);if(set_triger=1)if(set_data=200) time_scale=0;/占空比計數(shù)控制if(time=4000) /如果計滿 1 秒，計秒變量歸零，并將 rps的轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)據(jù)送到轉(zhuǎn)速（溫度）數(shù)據(jù)變量中保存 time=0;time_scale=0;if(sys_data=1) r