【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現(xiàn)人機對話的重要部分，在這里選用 12864LCD 顯示器可實現(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)開始運行時，12864LCD 將顯示開機界面，若按下設(shè)置鍵顯示屏進入?yún)?shù)設(shè)置界面，此時按 4 進入相應(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)，在運行過程中可按下相應(yīng)鍵對電機進行暫停、繼續(xù)、停止運行的控制。 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2 VDD 電源正+5V 16 CS2 CS2=1 芯片選擇右邊 64*64點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??；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的 I/O 與驅(qū)動電路進行隔離，保證電路安全可靠。圖 電源電路 電機驅(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)中單片機的 I/O 口不能直接驅(qū)動電機，只有引入電機驅(qū)動模塊才能保證電機按照控制要求運行，在這里選用L298N 電機驅(qū)動芯片驅(qū)動電機， 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 驅(qū) 動 模 ～ 鍵 盤 ～ ～ ～ 3H0～ 3 P3./IT1 電 機轉(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，用單片機控制達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運行所需的電壓，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 在電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要按鍵進行參數(shù)的輸入、工作方式的設(shè)定以及電機起停的控制，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：采用獨立式鍵盤，這種鍵盤硬件連接和軟件實現(xiàn)簡單，并且各按鍵相互獨立，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。該方案的實現(xiàn)原理是將測速發(fā)電機固定在直流電機的軸上，當(dāng)直流電機轉(zhuǎn)動時，帶動測速電機的軸一起轉(zhuǎn)動，因此測速發(fā)電機會產(chǎn)生大小隨直流電機轉(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?；谏鲜隼碚摲治龊蛯嶋H情況，電機驅(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，我們知道在實際的生產(chǎn)實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，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，實物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實際焊接的工作。鍵 盤 模 塊 控 制 器 模 塊顯 示 模 塊 電 機 驅(qū) 動 模 塊 直 流 電 機速 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，并對電機當(dāng)前速度進行采集處理，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 來實現(xiàn)，因為在實際系統(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 的大小實現(xiàn)等效直流電壓在 0～U 之間任意調(diào)節(jié)，從而達到利用 PWM控制技術(shù)實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速進行調(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：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，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)驗法的整定步驟：①讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù) =0，實際微分系數(shù) =0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，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，這是因為要累加偏差 ,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（）進行改進。因此，系統(tǒng)中數(shù)字控制的設(shè)計，實際上是計算機算法的設(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）進行的控制，稱為 PID 控制。軟件部分采用 C 語言進行程序設(shè)計，其優(yōu)點為：可移植性強、算法容易實現(xiàn)、修改及調(diào)試方便、易讀等。其設(shè)計思路為：以 AT89S51 單片機為控制核心，產(chǎn)生占空比受 PID 算法控制的 PWM 脈沖實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速的控制。被廣泛應(yīng)用于汽車制造、醫(yī)療、鐵道運輸、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當(dāng)前的轉(zhuǎn)速和運行時間。摘要在運動控制系統(tǒng)中，電機轉(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