【正文】 時(shí) /計(jì)數(shù)器控制寄存器，它是用來(lái)控。 在編寫(xiě)程序時(shí)首先要對(duì) 1602 初始化： 初始化按鍵查詢(xún)啟動(dòng)鍵按下 正轉(zhuǎn)鍵按下 反轉(zhuǎn)鍵按下 加速鍵按下 減速鍵按下 急停鍵按下電機(jī)啟動(dòng) 電機(jī)正轉(zhuǎn) 電機(jī)反轉(zhuǎn)PW M 占空比增加PW M 占空比減小電機(jī)急停開(kāi)始 0X01 清屏 0X06 字符不動(dòng)，光標(biāo)自動(dòng)右移一格 0X0C 顯示開(kāi)關(guān)設(shè)置 0X80 顯示第一行首地址 0X38 使用 8 位數(shù)據(jù)顯示兩行，使用 5*7 字符 根據(jù) 1602 的特性對(duì)三個(gè)控制端口經(jīng)過(guò)單片機(jī)的 I/O 口進(jìn)行控制。因此，用 input、 displaychar 和displaydata 三個(gè)函數(shù)分別實(shí)現(xiàn) LCD 寫(xiě)指令、 LCD 寫(xiě)字符和 LCD 寫(xiě)數(shù)據(jù)的功能，用延時(shí)程序來(lái)判斷 LCD 忙碌狀態(tài)。=0，電機(jī)急停。PWM 輸出高電平， count 計(jì)數(shù)也自動(dòng)加 1，即 1ms 計(jì)數(shù)加 1；此時(shí) PWM 波以 100hz 的頻率輸出。 //大于則輸出低電平 count=(count+1)。當(dāng)實(shí)測(cè)速度大于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)， PWM 占空比自動(dòng)減??；當(dāng)實(shí)測(cè)速度小于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)， PWM 占空比自動(dòng)增大。 PWM 波程序的設(shè)計(jì) PWM 波可以由具有 PWM 輸出的單片機(jī)通過(guò)編程來(lái)得以產(chǎn)生，也可以采 用 PWM 專(zhuān)用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體控制思路如下： 通過(guò)控制 T0,T1 兩個(gè)定時(shí)器定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷實(shí)現(xiàn)對(duì) PWM 波形占空比的控制，使能ENA 輸出 PWM 波驅(qū)動(dòng)電機(jī)的加減速 。鍵盤(pán)處理上采用中斷方式，不必使程序?qū)︽I盤(pán)反復(fù)掃描，提高了程序的效率。對(duì)定時(shí)器置初值 0x38， 可定時(shí) 200us，即系統(tǒng)時(shí)鐘精度可達(dá) 。 } （ 2） 鍵盤(pán)中斷處理子程序：采用中斷方式，按下鍵，完成延時(shí)去抖動(dòng)、鍵碼識(shí)別、按鍵功能執(zhí)行。a0。其中兩個(gè)定時(shí)器中斷主要是來(lái)控制產(chǎn)生 所需的 PWM脈沖，從而通過(guò)控制定時(shí)計(jì)數(shù)器的初值變化來(lái)實(shí)現(xiàn)占空比的變化以達(dá)到要求。 主程序的設(shè)計(jì) 在主程序中 ， 主要完成對(duì)各個(gè)可編程芯片進(jìn)行初始化 ， 用 if 語(yǔ)句掃描判斷單片機(jī)的P1 口的 六 個(gè) 狀態(tài)，每次 當(dāng) 有按鍵按下經(jīng)過(guò)延時(shí)消抖后分別調(diào)用 其 相關(guān)的子程序。 電路中，電阻 R1 為上拉電阻，目的是使信號(hào)穩(wěn)定，然后通過(guò)一個(gè) 9013 型 NPN 三極管輸出 給 單片機(jī)。 STC89C52 單片機(jī)的 P0 口是一個(gè)八位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，單片機(jī)內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，因此需要外部連接上 拉電阻，一般都是加上阻值 為 10K 的排阻。 當(dāng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)突然改變時(shí)，可以通過(guò)續(xù)流二極管形成回路釋放反電動(dòng)勢(shì)的電能從而起到保護(hù)電機(jī)的作用。 需要注意的是，雖然在 L298N 內(nèi)部的 H 橋驅(qū)動(dòng)電路中含有續(xù)流二極管，但它只是用來(lái)防止同側(cè)三極管導(dǎo)通時(shí)燒壞三極管。將六個(gè)按鍵的一端與單片機(jī)的 P1 口連接，另一端接低電平。所以，在整流和濾波電路之后還需要連接穩(wěn)壓電路，維持輸出直流電壓穩(wěn)定 [13]。 ?CeIaR aun ?? 各主要器件及元件介紹 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 小功率的直流電源一般都 由變壓器電路、整流電路 、濾波電路、穩(wěn)壓電路這四部分組成。這種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行。 2） 磁場(chǎng)控制，即用調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)速。 直流電機(jī)的簡(jiǎn)介 電動(dòng)機(jī)是用來(lái)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的，根據(jù)負(fù)載的需要，在生產(chǎn)需要中希望電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能在一定或更寬廣的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，且要求調(diào)節(jié)的方法既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)。 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì) 初步設(shè)定基于 PWM 的直流電機(jī)調(diào) 速系統(tǒng)需要電源模塊、命令輸入模塊（即按鍵模塊）、控制處理模塊（單片機(jī)）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、測(cè)速系統(tǒng)模塊、顯示模塊等幾個(gè)主要模塊。 以下是對(duì) 轉(zhuǎn)速 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 的幾點(diǎn)介紹 ： （ 1） 轉(zhuǎn)速 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性：根據(jù)自控原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行 系統(tǒng)的 控制， 可以有效的抑制甚至消除擾動(dòng)造成的誤差， 只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。 閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在負(fù)反饋基礎(chǔ)上“檢測(cè)誤差。 在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中采用了軟件方法產(chǎn)生的 PWM 波形。 圖 3— 4 用 PWM 波代替正弦半波 軟件產(chǎn)生有兩種 方法 ： ，產(chǎn)生的脈沖寬度及其精確，誤差只有幾個(gè)微 秒 。 分辨率 : 占空 比 的 最小值。 圖 3— 3 形狀不 相 同 但 沖量相 同的各 類(lèi) 窄 波 SPWM 波形 ： 和正弦 波等效 ，但 脈沖寬 度 是 按 照 正弦規(guī) 律 而改變 的 脈寬調(diào)制 波形 。在采樣控制理論中有個(gè)重要的結(jié)論：沖量 相 同但 形 狀不 相 同 的窄 波 加在 有慣 性的環(huán)節(jié)上 ，效 果比較相似 。 由上面的公式可見(jiàn)，當(dāng)我們改變占空比 TtD 1? 時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度t11 T t2 Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 脈寬調(diào)制可 應(yīng)用在 很 多方面 ，比如：電機(jī) 的 調(diào)速 ， 溫度 的 控制 ， 壓力 的 控制等 。 （ 2）單極性工作制 ： 單極性工作制是指單片機(jī)控制口一端置低電平，另一端輸出PWM 信號(hào)，經(jīng)過(guò)兩口輸出的切換和對(duì) PWM 占空比調(diào)節(jié)，改變端口的高低電平來(lái)控制正反轉(zhuǎn)， PWM 的占空比的調(diào)節(jié)來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 [9]。 （ 2）直接由軟件產(chǎn)生一組二進(jìn)制數(shù)控制 PWM 波形發(fā)生器產(chǎn)生 PWM 波，但這種方法還需要設(shè)計(jì)一個(gè)波形發(fā)生器，需要器件較多，成本較高，比較麻煩。這個(gè)方案調(diào)速性?xún)?yōu)良、調(diào)速范圍很廣并且可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。這種方法不僅容易實(shí)現(xiàn)而且通過(guò)計(jì)數(shù)脈沖所得的電機(jī)速度為數(shù)字量可以被單片機(jī)直接處理。若編碼數(shù)為 l，測(cè)量時(shí)間為 t，測(cè)量到的脈沖數(shù)為 N， 則轉(zhuǎn)速 n=(N/t*1)*60。 目前通常采用的測(cè)速方法有光電 編碼盤(pán)測(cè)速法、紅外對(duì)管測(cè)速法、霍爾元件測(cè)速法等測(cè)速方法 。這種顯示器是由 5*8 的字 符構(gòu)成，可以顯示出所有的 ASCII 碼和簡(jiǎn)單的漢字。由于這種顯示器由點(diǎn)陣組成，所以能夠顯示較完整的漢字。 因此該設(shè)計(jì)中按鍵控制模塊包括 六 個(gè)按鍵， 實(shí)物圖中由上到下 依次為 啟動(dòng)， 正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，減速和急停按鍵。但是這種集成鍵盤(pán)處理芯片價(jià)格較高，硬件開(kāi)銷(xiāo)較大。 通過(guò)對(duì)比以上三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)并且以及我們常用的經(jīng)驗(yàn)熟悉度，本次設(shè)計(jì)在根據(jù)脈寬調(diào)速要求，采用直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)。 （ 2）靜止可控整流器，如晶閘管可控整流器，可以通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置來(lái)觸發(fā)脈沖的相位，從而改變平均電壓，實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速 ，控制作用快同時(shí)性能也較好。 電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的方法 變壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)中的最主要的方法，而調(diào)節(jié)直流電樞供電電壓所需的可控制電源通常有 3 種：旋轉(zhuǎn)交流機(jī)組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。在 Flash編程期間，該引腳應(yīng)接 +12V的電源 [6]。對(duì)于Flash存儲(chǔ)器，在編程期間，該引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或者數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)該信號(hào)兩次有效，以通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn) P0口讀到常數(shù) 或相應(yīng)指令。其 第二功能如表 2— 1示 。 P2端口（ ～ ， 21～ 28引腳）： P2口也是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向端口， 。在 Flash ROM編程時(shí)， P0端口接收指令字節(jié)； 而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。 P0端口（ ～ ， 39～ 32引腳）： P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的 8位雙向 I/O口。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，它是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，操作方便，引腳也充足，而且 STC89C52，支持 ISP 串口下載，使得 STC89C52 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路以及擴(kuò)展的程序，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等組成。 為實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的要求，現(xiàn)將單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分成以下幾部分進(jìn)行方案的 比較和選擇。 通過(guò)上文對(duì)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的建模和分 析，決定采用 PI算法控制來(lái)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)速。 而且，在轉(zhuǎn)速反饋比環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中， PI 調(diào)節(jié)器應(yīng)用也很廣泛。積分控制可以使系統(tǒng)在無(wú)靜 差的情況下保持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速，比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。對(duì)大慣性的環(huán)節(jié)使用比例微分可以最大程度的改善控制質(zhì)量，減小最大偏差，縮短控制時(shí)間。 控制系統(tǒng)的控制方法 控制器的控制規(guī)律其實(shí)就是輸出信號(hào)與偏差信號(hào)之間的函數(shù)關(guān)系， 常 用在直流電機(jī)調(diào)速中的可以分為以下 4 種。 由自動(dòng)控制原理的知識(shí)可知，若將系統(tǒng)中的比例調(diào)節(jié)器改換為比例積分調(diào)節(jié)器，則由于有了積分的累積功能，可以使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài) 時(shí)無(wú)靜差。 當(dāng)然，以上的優(yōu)點(diǎn)都與 K 的取值有關(guān)。 由系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的 輸入、輸出關(guān)系，我們可以畫(huà)出該系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖 2— 2 所示。反饋理論及其在自動(dòng)控制中應(yīng)用的關(guān)鍵是：做出正確測(cè)量與比較后，如何用于系統(tǒng)的糾正與調(diào)節(jié) 。 圖 2— 1 自動(dòng) 控制系統(tǒng) 控制規(guī)律其實(shí)是指系統(tǒng)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系。該控制系統(tǒng)是以 STC89C52 單片機(jī)為核心控制單元， L298N 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī) ， 單片機(jī)用軟件產(chǎn)生的 PWM信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的啟動(dòng)，停止，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，減速，用霍爾元件測(cè)得脈沖信號(hào)，再把最終的轉(zhuǎn)速反饋給單片機(jī)， 對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行 顯示 并進(jìn)行控制 。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐 的要求，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、多電動(dòng)機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類(lèi)型。 （ 2）用 1602 液晶顯示模塊簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的顯示，在 LCD 上顯示電機(jī)的工作狀態(tài)，觀察轉(zhuǎn)速的變化。系統(tǒng) 主要是利用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生 PWM 脈沖 ,通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行直流電機(jī)調(diào)速，鍵盤(pán)操縱電機(jī)進(jìn)行停、轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)、加速、減速。然而單片機(jī)的應(yīng)用遠(yuǎn)不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是它已經(jīng)從根本上改變了傳統(tǒng)的 控制方法和設(shè)計(jì)思想，是控制技術(shù)的一次革命，是一座重要的里程碑。單片機(jī)全稱(chēng)為單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer） ,簡(jiǎn)稱(chēng) SCM，又稱(chēng)微控制器（ Microcontroller Unit, MCU）或嵌入式控制器（ Embedded Controller） 。 直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩易于控制。 本課題研究的目的和意義 直流調(diào)速系統(tǒng)研究意義 直流電機(jī)是 最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早能實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。一 直到上世紀(jì) 80 年代，全控型電力電子器件出現(xiàn) ，并且得到 迅速 的 發(fā)展， PWM 技術(shù)才真正 開(kāi)始得到 應(yīng)用。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)功能的不斷提高以及電力電子、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，電氣傳動(dòng)領(lǐng)域出現(xiàn)了以微機(jī)為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)。 基于直流電機(jī)的電氣系統(tǒng)一般都用于調(diào)速， 最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電機(jī) 的 電樞繞組供電， 經(jīng)過(guò) 改變 電機(jī) 電樞回路 當(dāng) 中的電阻 值 來(lái) 達(dá)到 調(diào)速 的 目的。我國(guó)通過(guò)自主研發(fā)生產(chǎn)出的電機(jī)不僅滿(mǎn)足了內(nèi)需，而且還有部分可供出口。 說(shuō)到我國(guó)的直流電機(jī)的發(fā)展，相對(duì)其他國(guó)家起步還是較晚的。至于電機(jī)理論方面， 1886 年霍普金斯兄弟確定了磁路的歐姆定律。與交流 電機(jī)相比，直流電機(jī)的主要不足在換向的問(wèn)題上，它限制了直流電機(jī)的極限容量，又使直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，消耗較多有色金屬，維護(hù)比較麻煩，致使直流電機(jī)的應(yīng)用受到一定的限制。 在直流電機(jī)的測(cè)速系統(tǒng)中，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)廣泛使用 PWM 技術(shù)來(lái)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，而且在電機(jī)的調(diào)速模塊中，是從最初的用電位器 調(diào)整直流電壓從而達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的；然后是采用繼電器的開(kāi)關(guān)切換對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度的控制；現(xiàn)在是用封裝集成好的 H 型器件，或是 IGBT 組成的 H 型電路，從而對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī) 就是 因其轉(zhuǎn)速比較靈活，方法 簡(jiǎn)單， 且有很多優(yōu)點(diǎn) 。 對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的控制 ， 可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。 關(guān)鍵詞： 直流電機(jī)， 單片機(jī) ， 占空比， 調(diào)速系統(tǒng) ， 閉環(huán)控制 Subject: The Speed Control System of DC motor Based on PWM（ Software） Specialty: Automation Name: (Signature）＿＿＿＿ Instructor: (Signature）＿＿＿＿ ABSTRCAT DC motor has good liner speed characteristics , simple control performance, high efficiency and excellent dynamic performance。 本 設(shè)計(jì) 是基于 PWM 的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 的軟件設(shè)計(jì) 。 顯然對(duì)它的控制也越來(lái)越重要。 本 論文重點(diǎn)介