【正文】 ) JSΩ (s)=Te(s)一 Tl(s)一 KDSΩ (s) (公式 36) Ea(s)= KeΩ (s) (公式 37) Te(s)=KTIa(s) (公式 38) 上面的式子可以用下面的方框圖表示。 La電樞電感 。盡管如此，直流電機(jī)仍有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 內(nèi)部 EPROM 編程：編程的主要操作是將原始程序、數(shù)據(jù)寫入到內(nèi)部 EPROM 中，為了對(duì)片內(nèi) EPROM 編程， MCS51 系列單片機(jī)的時(shí)鐘頻率應(yīng)在 4～ 6MHz 的范圍內(nèi)，要用專門的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)，編程時(shí)各引腳的用法如下所示： P1 口和 P2 口的 ～ EPROM 的 4K 地址輸入， P1 口為低 8位地址； P0 口為編程數(shù)據(jù)輸入； ～ 以及 PSEN 應(yīng)為低電平， 和 RST 為高電平； 11 以上除 RST 的邏輯電平為 外，其余均為 TTL 電平。程序執(zhí)行方式有兩種：連續(xù)執(zhí)行和單步執(zhí)行。單片機(jī)工作方式的多少是衡量單片機(jī)性能的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)。 （ 5） 1個(gè)全雙工串行 I/O 接口 全雙工串行口具有 4 種 工作方式，用于單片機(jī)和 9 其他微機(jī)之間的串行通信，可構(gòu)成對(duì)及系統(tǒng)。 8 圖 21 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 該圖中可以看出其各個(gè)功能部件是由內(nèi)部總線緊密聯(lián)系在一起的。 （ 5）通信領(lǐng)域 單片機(jī)普遍具有通信接口，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的智能控制，從手機(jī)、電話機(jī)、小型程控交換機(jī)再到日常生活中的集群移動(dòng)通信、限線對(duì)講機(jī)等。 （ 3）控制功能強(qiáng) 單片機(jī)指令系統(tǒng)、硬件資源豐富，能充分滿足工業(yè)控制的各種要求。隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的各種外圍功能器件集成在片內(nèi)。但在需要復(fù)雜控制的場合，該存儲(chǔ)容量是不夠的，必須進(jìn)行外接擴(kuò)充。 低功耗化 單片機(jī)的功耗已從 Ma 級(jí)，甚至 1uA 以下；使用電壓在 3~6V 之間，完全適應(yīng)電池工作。 5 第二章 單片機(jī)的介紹 單片機(jī)的概述 單片機(jī)自 20 世紀(jì) 70 年代問世以來，作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，得到了快速的發(fā)展。 我國從 20 世紀(jì) 60 年代初試制成功第一只硅晶閘管以來，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。其中，脈寬調(diào)制（ PWM）方法，變頻技術(shù)在直流調(diào)速和交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。近年來，一些先進(jìn)國家陸續(xù)推出并大量使用以微機(jī)為控制核心的直流電氣傳動(dòng)裝置，如西門子公司的 SIMOREG K 6RA2 ABB 公司的 PAD/PSD 等等。由于它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長、 維修簡便等一系列優(yōu)點(diǎn)，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上和可靠性有所提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。這種方法簡單易行設(shè)備制造方便，價(jià)格低廉。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。 1 第一章 緒論 前言 21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)日新月異，科技的進(jìn)步帶動(dòng)了控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化。目前， PID控制及其控制器或智能 PID 控制器已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在 10000 以上，比機(jī)組 (放大倍數(shù) 10)高 1000 倍，比汞弧變流器 (放大倍數(shù) 1000)高 10 倍 。 隨著現(xiàn)代化步伐的加快，人們生活水平的不斷提高，對(duì)自 動(dòng)化的需求也越來越高，直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。永磁材料技術(shù)的突破與微電子技術(shù)的結(jié)合又產(chǎn)生了一批新型的電動(dòng)機(jī)，如永磁直流電動(dòng)機(jī)， 交流伺服電動(dòng)機(jī)，超聲波電動(dòng)機(jī)等。目前，晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在我國國民經(jīng)濟(jì)各部門得到廣泛的應(yīng)用。它以體積小、功能全、價(jià)格低等特點(diǎn)，贏得了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)滲透到了社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)砹水a(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求，運(yùn)用新的工藝，使片內(nèi)存儲(chǔ)器大容量化。除了一般必須具有的 CPU、 ROM、 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等以外，片內(nèi)集成的 部件還有模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、 DMA 控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時(shí)器、液晶顯示驅(qū)動(dòng)器、彩色電視機(jī)和錄像機(jī)用的鎖相電路等。 （ 4）低電壓，低功耗。 （ 6）商業(yè)營銷 采用單片機(jī)構(gòu)成專用系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在了電子稱、收款機(jī)、條形數(shù)碼閱讀器、倉儲(chǔ)安全監(jiān)控系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保鮮系統(tǒng)等生活當(dāng)中的方方面面，極大的服務(wù)了人民。其基本機(jī)構(gòu)如下所示 : （ 1） 1個(gè) 8 位中央處理器 單片機(jī) CPU 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 ALU、累加器 ACC、程序狀態(tài)寄存器 PSW、堆棧指針 SP、寄存器 B、程序計(jì)數(shù)器（指令指針）PC、數(shù)據(jù)指針 DPTR、指令寄存器 IR、暫存器（ TMP）等部件構(gòu)成。 （ 6）兩個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 片內(nèi)兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 和 T1，有 4種工作方式，用于精確定時(shí)（或延時(shí)）控制及其對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （ 1）復(fù)位方式：復(fù)位是單片機(jī)進(jìn)入狀態(tài)的初始化操作，是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。連續(xù)執(zhí)行方式是所有單片機(jī)都需要的一種基本工作方式，用戶編寫好的被執(zhí)行程序放在片內(nèi)或片外ROM 中；單步運(yùn)行方式是用戶調(diào)試程序的一種工作方式，在單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)上有一個(gè) 10 專用的單步執(zhí)行按鍵，每按下一次，單片機(jī)就順序執(zhí)行一條 指令（僅僅執(zhí)行一條），單片機(jī)的單步運(yùn)行方式通常只在用戶調(diào)試程序時(shí)使用，用于觀察每條指令的執(zhí)行情況。應(yīng)當(dāng)注意的是 EA/ ppV 上編程電壓不能大于 ，因此要求該電壓非常穩(wěn)定。 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)由 定子和轉(zhuǎn)子 兩大部分組成。 Ea電樞反電動(dòng)勢 。 K TK aE a ( S )I a ( S )T e ( S )T l ( S )++1L a S + R a1J S + K D圖 32直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型 14 第四章 仿真軟件 PROTEUS 簡介 Proteus 軟件是由英國 Lab Center Electronics 公司開發(fā)的 EDA 工具軟件。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下 編譯 后生成的匯編代碼， 就能體會(huì)到 Keil 的優(yōu)勢。 (1) 實(shí)驗(yàn)資源豐富 Proteus 軟件所提供了 30 多個(gè)元件庫，數(shù)千種元件。 (3)硬件投入少 由于 Proteus 軟件實(shí)驗(yàn)資源庫非常豐富，對(duì)于從模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路到單片機(jī)系統(tǒng)等領(lǐng)域都可以進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，而且其虛擬元器件的參數(shù)都是由實(shí)際元器件廠家提供，然后生成 SPICE(Simulation Program with Integrated CircuitEmphasis)模型，這樣就可以用 Proteus 軟件中的虛擬元器件代替實(shí)際元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)電路，而無需去購買實(shí)際的元器件。其中， Keil 是目前世界上最好的 51 單片機(jī)的 C 語言的開發(fā)工具。 第五步， Proteus 的設(shè)置。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞 ,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。在圖 2 的復(fù)位電路中，當(dāng) Vcc 掉電時(shí)，必然會(huì)使 RST 端電壓迅速下降到 0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。硬件去抖動(dòng)方法很多，這不在我們的討論范圍。接著第 2排第 1行、第 3排第 1行 ?? 直到最后一排第 1行的 點(diǎn)亮。該三態(tài)輸出由輸出使能端 1OE 和 2OE 控制。 PROTEUS 軟件中的電機(jī)模塊提供了一個(gè)輸出脈沖，每當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈時(shí)就會(huì)輸出一個(gè)脈沖，這也就注定了仿真出來的速度只能是按秒計(jì)數(shù)，亦決定了仿真的精度不會(huì)很高。因此，隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法。使用下面三種方法中的任何一種，都可以改變 ? 的值，從而達(dá)到調(diào)壓的目的： （ 1）定寬調(diào)頻法： T1保持一定，使 T2在 0∞范圍內(nèi)變化； （ 2）調(diào)寬調(diào)頻法： T2保持一定，使 T1在 0∞范圍內(nèi)變化； （ 3）定頻調(diào)寬法： T1+ T2=T 保持一定，是 T1在 0T 內(nèi)變化。 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用 微處理器 的數(shù)字信號(hào)對(duì) 模擬電路 進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù) Ti， Ti 越小，積分作用就越強(qiáng)。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成 PD 或 PID 控制器。當(dāng)然，這是一種近似的方法，有時(shí)可能略嫌粗糙，但相當(dāng)適用，可解決一般實(shí)際問題。通常，當(dāng)控制度為 時(shí)，就可以認(rèn)為 DDC 與模擬控制效果相當(dāng)；當(dāng)控制度為 時(shí)， DDC 比模擬控制效果差。 ④ 引入適當(dāng)?shù)膶?shí)際微分系數(shù) DK 和實(shí)際微分時(shí)間 DT ，此時(shí)可適當(dāng)增大比例系數(shù) PK和積分系數(shù) IK 。如需要再次設(shè)定，應(yīng)按清除按鈕，然后按數(shù)字鍵，即可再次設(shè)定。通過單片機(jī)的定時(shí)器掃描， 就是采用分時(shí)的方法，使各個(gè)數(shù)碼管逐個(gè)輪流受控顯示。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧都能向前邁一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好基礎(chǔ)。 致謝 在本次設(shè)計(jì)論文完成之際，首先要向我的指導(dǎo)老師表示真誠的謝意。應(yīng)用實(shí)例，北京科技出版社， 1993 【 22】 黃賢武，傳感器實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì)，成都電子科技大學(xué)出版社， 1997 【 23】 李廣軍，實(shí)用接口技術(shù)，電子科技大學(xué)出版社， 1998 【 24】 李華， MCS51 系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社， 1993 附錄 附錄一：程序 include define uint unsigned int define uchar unsigned char sbit p30=P3^0。 uint shu[6]={1,2,3,4,5,6}。x) for(y=110。 shu[4]=b%100/10。 bai=sv%100/10。 ge=num。 for(i=0。y)。 //定義計(jì)數(shù)值 uchar sec,tt,flag,flag1,flag2,flag3。 sbit p32=P3^2。在設(shè)計(jì)過程、論文寫作期間，正 是朱老師的指點(diǎn)和師兄的從旁協(xié)助才能順利完成。本文完成了基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)與模擬。在掃描顯示方式中，所有數(shù)碼管的 8個(gè)筆劃段 ah 同名端連在一起 ，所有數(shù)碼管接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)顯示器亮，取決于 COM 端。 PID 算法 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心算法為 PID 算法，它根據(jù)本次采樣的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較得出偏差 )(ne ，對(duì)偏差進(jìn)行 P、 I、 D 運(yùn)算最終利用運(yùn)算結(jié)果控制 PWM 脈沖的占空比來實(shí)現(xiàn)對(duì)加在電機(jī)兩端電壓的調(diào)節(jié)，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 30 PID 參數(shù)是根據(jù)控制對(duì)象的慣量來確定的。 表 擴(kuò)充臨界比例度法整定參數(shù) 控制度 控制規(guī)律 T PK IT DT PI KT K? KT PID KT K? KT KT PI KT K? KT PID KT K? KT KT 29 PI KT K? KT PID KT K? KT KT PI KT K? KT PID KT K? KT KT （ 2） 經(jīng)驗(yàn)法 經(jīng)驗(yàn)法是 靠 工作人員的 經(jīng)驗(yàn)及 對(duì) 工藝的熟悉 程度 ，參考測量值跟蹤與設(shè)定值曲 線， 來 調(diào)整 P、 I、 D 三者參數(shù) 的大小 的，具體操作可按以下口訣進(jìn)行： 參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查 ； 先是比例后積分，最后再把微分加 ； 曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大 ； 曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳 ； 曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降 ； 曲線波動(dòng)周期長，積分時(shí)間再加長 ； 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來 ； 動(dòng)差大來波動(dòng)慢 ， 微分時(shí)間應(yīng)加長 。 （ 1） 擴(kuò)充臨界比例度法 這種方法適用于有自平衡特性的被控對(duì)象。一般來說，要求被控過程是穩(wěn)定的，能迅速和準(zhǔn)確地跟蹤給定值的變化，超調(diào)量小，在不同干擾下系統(tǒng)輸出應(yīng)能保持在給定值，操作變量不宜過大，在系統(tǒng)和環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時(shí)控制應(yīng)保持穩(wěn)定。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成 PI 調(diào)節(jié)器或 PID 調(diào)節(jié)器。 在本設(shè)計(jì)中是通過 PID 數(shù)值計(jì)算后得出一個(gè)延時(shí)時(shí)間，可以調(diào)節(jié)高低電平作用的時(shí)間，進(jìn)而起到調(diào)節(jié)直流電機(jī)的輸入電壓，從而達(dá)到電機(jī)的調(diào)速目的。當(dāng)需要早正、反向兩個(gè)方向調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，即可逆調(diào)速時(shí)，就要使用