【正文】 ..... 32 參考文獻 ...................................................................................................................... 34 附錄 ................................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 致謝 .............................................................................................................................. 33 1 第一章 緒論 課題背景 隨著時代的進步和科技的發(fā)展，電機調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸以及日常生活中起著越來越重要的作用，因此，對電機調(diào)速的研究有著積極的意義 .長期以來，直流電機被廣泛應(yīng)用于調(diào)速系統(tǒng)中，而且一直在調(diào)速領(lǐng)域占居主導(dǎo)地位，這主要是因為直流電機不僅調(diào)速方便，而且在磁場一定的條件下，轉(zhuǎn)速和電樞電壓成正比，轉(zhuǎn)矩容易被控制；同時具有良好的起動性能，能較平滑和經(jīng)濟地調(diào)節(jié)速度。因此采用直流電機調(diào)速可以得到良好的動態(tài)特性。由于 直流電動機具有優(yōu)良的起、制動性能，宜 于 在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速。在軋鋼機、礦井卷機、挖掘機、金屬切削機床、造紙機、高層電梯等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。近年來交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流控制系統(tǒng)畢竟在理論上和在時間上都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流系統(tǒng)的基礎(chǔ)，長期以來，由于直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)優(yōu)于交流調(diào)速系統(tǒng)。因此，直流調(diào)速系統(tǒng)一直在調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)占重要位置。 課題功能 本論文介紹了基于 AT89C52 單片機來實現(xiàn)最優(yōu) PID控制的直流脈沖（ PWM）調(diào)速系統(tǒng)，并且詳細論述了該系統(tǒng)的控制方 法、結(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)計、程序設(shè)計等方面的問題。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速性能好，性能價格比高，真正實現(xiàn)了直流調(diào)速系統(tǒng)的高精度控制。 本設(shè)計是基于單片機控制的 PWM 直流電機調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以 AT89C52 單片機為核心，以 2A、 1000r/min 小 直流電機為控制對象， L298N 為 H 橋驅(qū)動芯片實現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)。采用 PID 控制算法，調(diào)節(jié) PWM 占空比從而控制電機兩端電壓，以達到調(diào)速的目的。用 4*3 鍵盤輸入有關(guān)控制信號及參數(shù)，可以實現(xiàn)電機的啟制動、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)。并在 4 位 LED 上實時顯示輸入?yún)?shù)及動態(tài)轉(zhuǎn)速。 2 第二章 系 統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 本設(shè)計的任務(wù)是基于單片機控制的 PWM 直流電機調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機為核心，以 小 直流電機為控制對象，實現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)、采用 PID 控制算法。方便的人機對話接口，用鍵盤輸入有關(guān)控制信號及參數(shù)，可以實現(xiàn)電機的啟制動、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)。并在 LED 上實時顯示輸入?yún)?shù)及動態(tài)轉(zhuǎn)速。因此整個系統(tǒng)大致包括五部分：單片機、顯示電路、鍵盤電路、驅(qū)動電路、檢測電路?！?1】 根據(jù)設(shè)計任務(wù)，提出如圖 所示的硬件電路組成框圖。 圖 單片 機 的選擇及其簡介 本設(shè)計選用了 AT89C52 單片機 【 2】 ，下面對它進行介紹。圖 給出了At89C52 的芯片引腳結(jié)構(gòu)。 at89c52 單片機是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8K bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256bytes 的隨機數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容。功能強大的 at89c52 單片機適合于許多較為復(fù)雜 的 控制應(yīng)用場合。 （ 1） At89C52 主要性 能參數(shù) 3 ① 與 Mcs51產(chǎn)品指令和 引腳 完全兼容。 ② 8 字節(jié)可重擦寫 FLASH 閃速存儲器 ③ 1000 次擦寫周期 ④ 全靜態(tài)操作： 0HZ24MHZ ⑤ 三級加密程序存儲器 ⑥ 256X8 字節(jié)內(nèi)部 RAM ⑦ 32 個可編程 I/0 口線 ⑧ 3 個 16 位定時／計數(shù)器 ⑨ 8 個中斷源 ⑩ 可編程串行 UART 通道 、 低功耗空閑和掉電模式 （ 2） At89C52 功能特性 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8字節(jié) FLASH 閃速存儲器， 256 字 節(jié) 內(nèi)部 RAM , 32個 I/O 口線， 3 個 16 位定時／計數(shù)器，一個 6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89c52 可降至 OHz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電 工 作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時／計數(shù)器．串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位 . 圖 AT89C52 引腳圖 4 （ 3） At89C52 部分 引腳 功能 說明 ① XTAL1： 片內(nèi)晶振電路 反相放大器的輸入端． ② XTAL2： 片內(nèi)晶振電路 反相放大器的輸出端。 ③ P0： P0 口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O 口，即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時．每位能 以 吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路， 對端口 P0 寫“1” 時，可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 FLASH 中 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 ④ P1 口： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， Pl的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻某個 引腳 被外部信號拉低時會輸出一個電流。與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和 外部觸發(fā) 輸入（ ) , FLASH 編程和程序校驗期間， Pl接收低 8位地址。 ⑤ P2 口： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個 TTL邏輯電路。對端口 P2寫 “ 1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸 入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個 引腳 被外部信號拉低時會輸出一個電流。 在訪問外部程序存儲器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOvx@DPTR 指令）時， P2 送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器、如執(zhí)行 MOVX@RI 指令）時， P2口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 FLASH 編程或校驗時， P2亦接收高位地址和一些控制信號。 ⑥ P3 口： P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位 雙向 I/O 口。 P3口輸出緩沖級可驅(qū)動 (吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。 P3 口除了作為 I/0 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 所示 。 5 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。⑦ RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳 出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平 將使單片機復(fù)位。 表 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口〕 TXD（串行輸出口〕 INTO（外中斷 0〕 INTO（外中斷 l) TO （定時／計數(shù)器 0 ) Tl （定時／計數(shù)器 l ) WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） ⑧ ALE/PROG:當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù) 存儲器時， ALE(地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)．一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 對 Flash 存儲器編程期間，該 引腳 還用于輸入編程脈沖 (PROG)。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0位置位．可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX和 MOVC 指令才能將 ALE 激活 ,此外，該 引腳 會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 ⑨ PSEN：程序儲存允許 PSEN 輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。 6 ⑩ EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器 (地址為0000HFFFFH ) , EA 端必須保持低電平 (接地）．需注 意 的是：如果加密位 LBI被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端） , CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 flash 存儲器編程時，該 引腳 加上 +12V 的編程允許電源 VPP ，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VPP 。 （ 4） AT89C52 特殊功能寄存器 在 AT89C52片內(nèi)存儲器中， 80HFFH共 128個單元為特殊功能寄 存器（ SFE ) 。并非所有的地址都被定義，從 80HFFH 共 128 個字節(jié)只有一部分被定義，還有相當(dāng)一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數(shù)位將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。 不應(yīng)將數(shù)據(jù) 1寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產(chǎn)品中可能賦予新的功能。在這種情況下，復(fù)位后這些單元數(shù)值總是“ 0”。 （ 5） AT89C52 單片機擴展電路及分析 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8字節(jié) FLASH 閃速存儲器， 256 字 節(jié) 內(nèi)部 RAM , 32個 I/O 口線， 3 個 16 位定