1、實驗六 直流電機(jī)脈寬調(diào)制調(diào)速一、實驗?zāi)康暮鸵蠖嶒炘O(shè)備三、實驗內(nèi)容四、實驗步驟五、實驗原理六、思考題1一、實驗?zāi)康暮鸵笳莆彰}寬調(diào)制調(diào)速的原理與方法，學(xué)習(xí)頻率/周期測量的方法，了解閉環(huán)控制的原理。2二、實驗設(shè)備單片機(jī)測控實驗系統(tǒng)直流電機(jī)調(diào)速實驗?zāi)KKeil開發(fā)環(huán)境STC-ISP程序下載工具3三、實驗內(nèi)容1. 在液晶顯示屏上顯示出直流電機(jī)的：當(dāng)前轉(zhuǎn)速、低目標(biāo)轉(zhuǎn)速、高目標(biāo)轉(zhuǎn)速。2. 固定向P1.1輸出0，然后測量每秒鐘電機(jī)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)，將其顯示在數(shù)碼管，每秒刷新一次即可。3. 使用脈寬調(diào)制的方法，動態(tài)調(diào)整向P1.1輸出的內(nèi)容，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠穩(wěn)定在一個預(yù)定值附近，同時實時顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速。4三、實驗

2、內(nèi)容4. 根據(jù)輸入修改電機(jī)得目標(biāo)轉(zhuǎn)速值，設(shè)置兩個轉(zhuǎn)速目標(biāo)值：低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速。5. 每隔一秒鐘讀取兩個開關(guān)的狀態(tài)，如果S1按下，動態(tài)調(diào)整輸出，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠穩(wěn)定到低轉(zhuǎn)速目標(biāo)值附近，如果S2按下，動態(tài)調(diào)整輸出，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠穩(wěn)定到高轉(zhuǎn)速目標(biāo)值附近。交替顯示目標(biāo)值和當(dāng)前轉(zhuǎn)速值。5四、實驗步驟4.1 建立工程，實現(xiàn)實驗內(nèi)容14.2 編寫中斷程序，測量電機(jī)轉(zhuǎn)速4.3 完成控制轉(zhuǎn)速程序4.4 完成整體實驗內(nèi)容64.1 建立工程，實現(xiàn)實驗內(nèi)容1預(yù)習(xí)附錄四，學(xué)習(xí)C51編程方法。設(shè)計實現(xiàn)一個進(jìn)行顯示的C51程序。建立工程，實現(xiàn)實驗內(nèi)容1。將例子程序補(bǔ)充完整。建立一個新的工程，然后加入一個C語言文件，輸入上述

3、例子程序，編譯并下載執(zhí)行調(diào)試。 74.2 編寫中斷程序，測量電機(jī)轉(zhuǎn)速編寫中斷程序，測量直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。按照實驗原理，電機(jī)轉(zhuǎn)速就是一秒鐘之內(nèi)INT0的中斷個數(shù)。編寫帶有中斷的C51程序，包括一個能夠?qū)崿F(xiàn)1秒鐘的定時器中斷和一個外部中斷。注意外部中斷要設(shè)置邊沿觸發(fā)方式。程序框架參考附錄四。84.3 完成控制轉(zhuǎn)速程序按照脈寬調(diào)制的原理，再添加一個快速的定時中斷（0.1ms左右），在這個中斷里面動態(tài)改變P1.1的輸出，宏觀上輸出有效（0）的比例就是預(yù)定的控制變量。這個控制變量增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速就應(yīng)該提高，但由于各種內(nèi)部和外部因素，它們之間不存在簡單的函數(shù)關(guān)系，因此必須根據(jù)測量出來的實際轉(zhuǎn)速進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。首

4、先將電機(jī)轉(zhuǎn)速控制在一個預(yù)定數(shù)值附近，在每一個1秒鐘中斷測量出當(dāng)前轉(zhuǎn)速之后，將其與目標(biāo)值相對比，如果不夠則增加控制變量，否則減少之，這樣就能逐步達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的目的。同時將速度顯示出來。94.4 完成整體實驗內(nèi)容在上面程序的基礎(chǔ)上，再加上根據(jù)開關(guān)狀態(tài)改變預(yù)定轉(zhuǎn)速的代碼。同時，在主程序中交替顯示目標(biāo)值和當(dāng)前轉(zhuǎn)速值，顯示一個內(nèi)容之后等待一段時間（可以由延時代碼實現(xiàn)），然后再顯示另一個并延時。要顯示的內(nèi)容都是在中斷中被修改的。10五、實驗原理本實驗示意電路原理圖右圖的P1.3改為P1.111五、實驗原理對于直流電機(jī)來說，其轉(zhuǎn)速由輸入電壓決定，因此具有平滑調(diào)速的效果；相比而言，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速由交流電頻率和

5、電機(jī)結(jié)構(gòu)決定，難以改變速度。當(dāng)然，交流電機(jī)構(gòu)造簡單，沒有換向器，所以容易制造高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機(jī)；而直流電機(jī)一般用在負(fù)荷小，但要求轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)的場合，如伺服電機(jī)。12五、實驗原理脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）是一種能夠通過開關(guān)量輸出達(dá)到模擬量輸出效果的方法。使用PWM可以實現(xiàn)頻率調(diào)制、電壓調(diào)制等效果，并且需要的外圍器件較少，特別適合于單片機(jī)控制領(lǐng)域。這里只關(guān)心通過PWM實現(xiàn)電壓調(diào)制，從而控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的效果。也稱作脈寬調(diào)制調(diào)速。13五、實驗原理PWM的基本原理是通過輸出一個很高頻率的0/1信號，其中1的比例為（也叫做占空比），在外圍積分元件的

6、作用下，使得總的效果相當(dāng)于輸出A（A為高電平電壓）的電壓。通過改變占空比就可以調(diào)整輸出電壓，從而達(dá)到模擬輸出并控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的效果。14五、實驗原理使用單片機(jī)實現(xiàn)PWM，就是根據(jù)預(yù)定的占空比來輸出0和1，這里就是控制變量。最簡單的辦法就是以某個時間單位（如0.1ms，相當(dāng)于10kHz）為基準(zhǔn)，在前N段輸出1，后M-N段輸出0，總體的占空比就是N/M。這種方法由于0和1分布不均勻，所以要求基準(zhǔn)頻率要足夠高，否則會出現(xiàn)顛簸現(xiàn)象。15五、實驗原理要達(dá)到更穩(wěn)定的效果，可以采用累加進(jìn)位法如果將總的周期內(nèi)的0和1均勻分散開。設(shè)置一個累加變量x，每次加N，若結(jié)果大于M，則輸出1，并減去M；否則輸出0。這樣整體

7、的占空比也是N/M。在實驗中取M=256可以使程序更加簡單。另外，由于本實驗板的設(shè)計，輸出0使電機(jī)工作。因此對于本實驗，上面所說的0和1要翻轉(zhuǎn)過來用。16五、實驗原理在本實驗板中，電機(jī)每轉(zhuǎn)動一次，與之相連的偏心輪將遮擋光電對管一次，因此會產(chǎn)生一個脈沖，送到INT0。要測量轉(zhuǎn)速，既可以測量相鄰兩次中斷之間的時間；也可以測量一秒種之內(nèi)發(fā)生的中斷次數(shù)。顯然，后一種方法更加簡單。17五、實驗原理進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制時，涉及到三個變量：預(yù)期轉(zhuǎn)速，實際轉(zhuǎn)速和控制變量。這里控制變量就是占空比。我們并不能夠預(yù)先精確知道某個控制變量的值會導(dǎo)致多少的實際轉(zhuǎn)速，因為這里有很多內(nèi)部和外部因素起作用（如摩擦力，慣性等），但可以確定就是隨著控制變量的增加，實際轉(zhuǎn)速會增加。18五、實驗原理反饋控制的基本原理就是根據(jù)實際結(jié)果與預(yù)期結(jié)果之間的差值，來調(diào)節(jié)控制變量的值。當(dāng)實際轉(zhuǎn)速高于預(yù)期轉(zhuǎn)速時，我們需要減少控制變量，以降低速度；反之則需要調(diào)高控制變量。19五、實驗原理本實驗的轉(zhuǎn)速控制可以使用簡單的比例控制算法，也就是當(dāng)轉(zhuǎn)速S大于預(yù)定值時，將輸出0的個數(shù)減少；當(dāng)轉(zhuǎn)速小于預(yù)定值時，將輸出0的個數(shù)增加。改變值正比于測量出的差值。也可自行使用其他更加復(fù)雜的算法。實驗中采用