【正文】 真流程：初 始 化循 環(huán) 次 數(shù)j＝ 2 ?寫 入 數(shù) 據(jù) 字節(jié) 數(shù) i＝ 16？設(shè) 置 顯 示 起 始頁 、 起 始 列調(diào) 用 寫 入 數(shù)據(jù) 子 程 序j=+1。 （7）讀顯示數(shù)據(jù) D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 1 顯 示 數(shù) 據(jù)該操作將 12864 模塊中的 DDRAM 存儲器對應(yīng)單位中的內(nèi)容讀出，然后列地址計數(shù)器自動加一。（5）列地址設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 1 Yaddress（0~63）列地址是 DDRAM 的列地址。（2）顯示開關(guān)設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 1 1 1 1 1 DD=1：開顯示；D=0 關(guān)顯示。圖 定時程序流程 顯示程序流程顯示模塊是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的重要部分，在這里選用 12864LCD 顯示器可實(shí)現(xiàn)對漢字和字符的顯示，該顯示器的引腳功能在上面已經(jīng)做了說明，下面介紹12864LCD 的相關(guān)指令。在設(shè)計中采用了光電傳感器做為測速裝置，其計算公式為： v= r/min60?tNn從這里可以看出速度 v 的誤差主要是由圓盤邊緣上的凹槽數(shù)的多少決定的，為了減少系統(tǒng)誤差應(yīng)盡量提高凹槽的數(shù)量，在本次設(shè)計中取凹槽數(shù) N 為 120，采樣時間 t為 ，則速度計算具體程序流程如圖 所示。按照要求設(shè)計操作面板如圖 所示：圖 鍵盤模塊鍵盤操作說明：在系統(tǒng)開始運(yùn)行時，12864LCD 將顯示開機(jī)界面，若按下設(shè)置鍵顯示屏進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，此時按 4 進(jìn)入相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置的狀態(tài)，輸入相應(yīng)的數(shù)字即可完成該參數(shù)的設(shè)置，待所有量設(shè)置完成后按正/反控制鍵設(shè)置正反轉(zhuǎn)，最后按啟動鍵啟動系統(tǒng)，在運(yùn)行過程中可按下相應(yīng)鍵對電機(jī)進(jìn)行暫停、繼續(xù)、停止運(yùn)行的控制。 圖 12864LCD 引腳分布表 12864 液晶顯示模塊引腳功能引腳 符 號 引 腳 功 能 引腳 符 號 引 腳 功 能1 VSS 電源地 15 CS1 CS1=1 芯片選擇左邊 64*64圓 盤 光 敏 三 極 管發(fā) 光 二 極 管+5V R2RST9XTAL218XTAL119GND20 21 22 23 24 25 26 27 28RSEN 29ALE 30EA 31 32 33 34 35 36 37 38 39VCC 40U189S511234567891011121314151617181920LCDPOT110KR710KR847+5C15220μF1 2 3 4 5 6 7 8 9RN8 5K+5v+5v+5v點(diǎn)2 VDD 電源正+5V 16 CS2 CS2=1 芯片選擇右邊 64*64點(diǎn)3 VO 液晶顯示驅(qū)動電源 17 /RST 復(fù)位（低電平有效）4 RS H：數(shù)據(jù)輸入；L：指令碼輸入18 VEE LCD 驅(qū)動負(fù)電源5 R/W H：數(shù)據(jù)讀取；L：數(shù)據(jù)寫入19 A 背光電源（+）6 E 使能信號。這樣就可根據(jù)低電平的數(shù)量來計算電機(jī)此時轉(zhuǎn)速了。其電路如圖 所示，利用兩個光電耦合器將單片機(jī)的 I/O 與驅(qū)動電路進(jìn)行隔離，保證電路安全可靠。圖 電源電路 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計驅(qū)動模塊是控制器與執(zhí)行器之間的橋梁，在本系統(tǒng)中單片機(jī)的 I/O 口不能直接驅(qū)動電機(jī)，只有引入電機(jī)驅(qū)動模塊才能保證電機(jī)按照控制要求運(yùn)行，在這里選用L298N 電機(jī)驅(qū)動芯片驅(qū)動電機(jī)， 該芯片是由四個大功率晶體管組成的 H 橋電路構(gòu)P0.～ 12864LCD顯 示 模 電 機(jī) 驅(qū) 動 模 ～ 鍵 盤 ～ ～ ～ 3H0～ 3 P3./IT1 電 機(jī)轉(zhuǎn) 速 檢 測四 輸 入 與 門A1A2SEN1 11Y12 1Y23Vs4 1A1 51EN61A2 7GND8Vcc92A1 102A2 122EN112Y113 2Y214SEN2 15U5L298ND4D3D1D2C10 20μFC9 20μF+5V+12V+12VR1470R2 5KR45KR3470R5470MG1成，四個晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在開關(guān)狀態(tài)，通過調(diào)整輸入脈沖的占空比，調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。 3 單元電路設(shè)計 硬件資源分配本系統(tǒng)電路連接及硬件資源分配見圖 所示。方案一：通過電阻分壓的形式將整流后的電壓分別降為控制芯片和電機(jī)運(yùn)行所需的電壓，此種方案原理和硬件電路連接都比較簡單，但對能量的損耗大，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)同一般不宜采用。按鍵設(shè)置在行、列線的交叉點(diǎn)上，利用這種矩陣結(jié)構(gòu)只需 m 根行線和 n 根列線就可組成 個按鍵的鍵盤，因此矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合。 鍵盤模塊設(shè)計方案 在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要按鍵進(jìn)行參數(shù)的輸入、工作方式的設(shè)定以及電機(jī)起停的控制，因此鍵盤在整個系統(tǒng)中是不可缺少的一部分，考慮有二種方案：方案一：采用獨(dú)立式鍵盤，這種鍵盤硬件連接和軟件實(shí)現(xiàn)簡單，并且各按鍵相互獨(dú)立，每個按鍵均有一端接地，另一端接到輸入線上。但由于在此次設(shè)計中需要設(shè)定的參數(shù)種類多，而且有些需要進(jìn)行漢字和字符的顯示，所以使用 LED 顯示器不能完成設(shè)計任務(wù)，不宜采用。該方案的實(shí)現(xiàn)原理是將測速發(fā)電機(jī)固定在直流電機(jī)的軸上，當(dāng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶動測速電機(jī)的軸一起轉(zhuǎn)動，因此測速發(fā)電機(jī)會產(chǎn)生大小隨直流電機(jī)轉(zhuǎn)速大小變化的感應(yīng)電動勢，因此精度比較高，但由于該方案的安裝比較復(fù)雜、成本也比較高，在本次設(shè)計沒有采用此方案。方案二：采用對射式光電傳感器?；谏鲜隼碚摲治龊蛯?shí)際情況，電機(jī)驅(qū)動模塊選用方案二。方案一：采用大功率晶體管組合電路構(gòu)成驅(qū)動電路，這種方法結(jié)構(gòu)簡單，成本低、易實(shí)現(xiàn)，但由于在驅(qū)動電路中采用了大量的晶體管相互連接，使得電路復(fù)雜、抗干擾能力差、可靠性下降，我們知道在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐過程中可靠性是一個非常重要的方面。若采用 89C51 需要做 RAM，ROM 來擴(kuò)展其內(nèi)存空間，其硬件工作量必然大大增多。并且它還具有功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各個領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。通過輸入模塊將參數(shù)輸入給 FPGA，F(xiàn)PGA 通過程序設(shè)計控制PWM 脈沖的占空比，但是由于本次設(shè)計對數(shù)據(jù)處理的時間要求不高，F(xiàn)PGA 的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實(shí)際焊接的工作。鍵 盤 模 塊 控 制 器 模 塊顯 示 模 塊 電 機(jī) 驅(qū) 動 模 塊 直 流 電 機(jī)速 度 檢 測 模 塊PWM脈 沖圖 系統(tǒng)方案框圖 控制器模塊設(shè)計方案根據(jù)設(shè)計任務(wù)，控制器主要用于產(chǎn)生占空比受數(shù)字 PID 算法控制的 PWM 脈沖，并對電機(jī)當(dāng)前速度進(jìn)行采集處理，根據(jù)算法得出當(dāng)前所需輸出的占空比脈沖。U ( t )0tTt 0UU ( t )0tTt 0U2 T2 t 0 3 T3 t 0 4 t 0n T ( n + 1 ) t 0根據(jù) PWM 控制的基本原理可知，一段時間內(nèi)加在慣性負(fù)載兩端的 PWM 脈沖與相等時間內(nèi)沖量相等的直流電加在負(fù)載上的電壓等效，那么如果在短時間 T 內(nèi)脈沖寬度為 ,幅值為 U，由圖 可求得此時間內(nèi)脈沖的等效直流電壓為：0t 圖 PWM 脈沖，若令 ， 即為占空比，則上式可化為： TUt??0Tt0?? (U 為脈沖幅值) U?0（）若 PWM 脈沖為如圖 所示周期性矩形脈沖，那么與此脈沖等效的直流電壓的計算方法與上述相同，即 （ 為矩形脈沖占空比） UTtnt?????00 ?（）圖 周期性 PWM 矩形脈沖由式 可知，要改變等效直流電壓的大小，可以通過改變脈沖幅值 U 和占空比 來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵趯?shí)際系統(tǒng)設(shè)計中脈沖幅值一般是恒定的，所以通常通過控制?占空比 的大小實(shí)現(xiàn)等效直流電壓在 0～U 之間任意調(diào)節(jié)，從而達(dá)到利用 PWM控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。目前，在該領(lǐng)域中大部分應(yīng)用的是數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)。直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)與可控整流式調(diào)速系統(tǒng)相比有下列優(yōu)點(diǎn)：由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流，低速特性好、穩(wěn)速精度高、調(diào)速范圍寬。針對三種調(diào)速方法，都有各自的特點(diǎn)，也存在一定的缺陷。如果周期性的施加上)(ti述脈沖，則響應(yīng) 也是周期性的。該輸入加在可以看成慣性環(huán)節(jié)的 RL電路上，設(shè)其電流 為電路的輸出。例如圖 中 a、b、c 所示的三個窄脈沖形狀不同，其中圖 的 a 為矩形脈沖，圖 的 b 為三角脈沖，圖 的 c為正弦半波脈沖，但它們的面積（即沖量）都等于 1，那么，當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時，其輸出響應(yīng)基本相同。 PWM 控制的基本原理在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。大慣量如：大烘房的溫度控制，一般 P 可在 10 以上,I 在（10）之間,D 在 1 左右。如此反復(fù)試湊，直到找到滿意的比例系數(shù) 和積分系I PK數(shù) 為止。下面以 PID 調(diào)節(jié)器為例，具體說明經(jīng)驗(yàn)法的整定步驟：①讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù) =0，實(shí)際微分系數(shù) =0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，IKDK由小到大改變比例系數(shù) ，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿P意的控制過程為止。 控制度＝ 模 擬])([02??dteDC（）實(shí)際應(yīng)用中并不需要計算出兩個誤差平方面積，控制度僅表示控制效果的物理概念。使用這種方法整定數(shù)字調(diào)節(jié)器參數(shù)的步驟是：①選擇一個足夠小的采樣周期，具體地說就是選擇采樣周期為被控對象純滯后時間的十分之一以下。這種方法最大優(yōu)點(diǎn)就是整定參數(shù)時不依賴對象的數(shù)學(xué)模型，簡單易行。顯然，要同時滿足上述各項(xiàng)要求是很困難的，必須根據(jù)具體過程的要求，滿足主要方面，并兼顧其它方面。由（）可看出，位置型控制算式不夠方便，這是因?yàn)橐奂悠?,不)(ie僅要占用較多的存儲單元，而且不便于編寫程序，為此對式（）進(jìn)行改進(jìn)。因此，系統(tǒng)中數(shù)字控制的設(shè)計，實(shí)際上是計算機(jī)算法的設(shè)計。PKITD簡單的說，PID 調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用是：（1）比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號 ,偏差一旦產(chǎn)生，調(diào))(te節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減少偏差；（2）積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。 圖 模擬 PID 控制系統(tǒng)原理框圖PID 調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，它根據(jù)給定值 與實(shí)際輸出值 構(gòu)成的)(tr)(tc控制偏差： = － er)(t（）將偏差的比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對控制對象進(jìn)行控制，故稱為 PID 調(diào)節(jié)器。根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進(jìn)行的控制，稱為 PID 控制。軟件部分采用 C 語言進(jìn)行程序設(shè)計，其優(yōu)點(diǎn)為：可移植性強(qiáng)、算法容易實(shí)現(xiàn)、修改及調(diào)試方便、易讀等。其設(shè)計思路為：以 AT89S51 單片機(jī)為控制核心，產(chǎn)生占空比受 PID 算法控制的 PWM 脈沖實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。被廣泛應(yīng)用于汽車制造、醫(yī)療、鐵道運(yùn)輸、航天航空、鋼鐵生產(chǎn)等領(lǐng)域，并受到各行各業(yè)地重視。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。比例控制是一種最簡單的控制方式。PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。在應(yīng)用方面，這種控制技術(shù)已經(jīng)滲透到了醫(yī)療、汽車制造、鐵道運(yùn)輸、航天航空、鋼鐵生產(chǎn)、物流配送、飲料生產(chǎn)等多個方面。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器?？刂评碚摰陌l(fā)展經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。s closed loop control to attain the purpose of rotate speed39。s easy to meet normal control39。在系統(tǒng)中采 12864LCD 顯示器作為顯示部件，通過 44 鍵盤設(shè)置 P、I、 D、V 四個參數(shù)和正反轉(zhuǎn)控制，啟動后可以通過顯示部件了解電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時間。摘要在運(yùn)動控制系統(tǒng)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速控制占有至關(guān)重要的作用，其控制算法和手段有很多，模擬 PID 控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，長期以來形成了典型的結(jié)構(gòu)，并且參數(shù)整定方便，能夠滿足一般控制的要求