【正文】 中的內(nèi)容讀出，然后列地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加一。 （ 2） 顯示開(kāi)關(guān)設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 1 BUSY 0 ON／ OFF RST 0 0 0 0 湖南電子電 氣網(wǎng) 28 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 D D=1：開(kāi)顯示； D=0 關(guān)顯示。在設(shè)計(jì)中采用了光電傳感器做為測(cè)速裝置，其計(jì)算公式為： v= 60??tNn r/min 從這里可以看出速度 v 的誤差主要是由圓盤(pán)邊緣上的凹槽數(shù)的多少?zèng)Q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(jì)中取凹槽數(shù) N 為 120，采樣時(shí)間 t為 ，則速度計(jì)算具體程序流程如圖 所示。 圖 12864LCD 引腳分布 圓盤(pán) 光敏三極管發(fā)光二極管+ 5 VP 3 . 3470 Ω200 ΩR 1 R 2湖南電子電 氣網(wǎng) 22 P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8R S T9P /R X D10P /T X D11P /IN T 012P /IN T 113P /T 014P /T 115P /W R16P /R D17X T A L 218X T A L 119G N D20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28R S E N29A L E30EA31P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39V C C40U18 9 S 5 11234567891011121314151617181920L C DP O T 11 0KR71 0KR847+5C 152 20 μ F1 2 3 4 5 6 7 8 9R N 8 5K+ 5v+ 5v+ 5vP P P 表 12864 液晶顯示模塊引腳功能 引腳 符 號(hào) 引 腳 功 能 引腳 符 號(hào) 引 腳 功 能 1 VSS 電源地 15 CS1 CS1=1芯片選擇左邊 64*64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(dòng)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 LC 驅(qū)動(dòng)負(fù)電源 5 R/W H： 數(shù)據(jù)讀??； L： 數(shù)據(jù)寫(xiě)入 19 A 背光電源（ +） 6 E 使能信號(hào)。 其電路如圖 所示，利用兩個(gè)光電耦合器將單片機(jī)的 I/O 與驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行隔離，保證電路安全可靠。 湖南電子電 氣網(wǎng) 19 U7C20 .3 3 μ FC60 .3 3 μ FV in1GND2+ 5 V3U47 8 0 5V in1GND2+ 1 2 V3U37 8 1 2C30 .1 μ FC70 .1 μ F+ 5 v+ 1 2 v1234U6C82 0 μ FC53 3 0 0 μ FC42 0 μ FC13 3 0 0 μ F12J1~ 2 2 0 V3 單元電路設(shè)計(jì) 硬件 資源分配 本系統(tǒng)電路連接及硬件資源分配見(jiàn)圖 所示。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 nm? 個(gè)按鍵的鍵盤(pán)，因此矩陣式鍵盤(pán)適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合。 但由于在此次設(shè)計(jì)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(jì)任務(wù)，不宜采用。 湖南電子電 氣網(wǎng) 17 方案二： 采用對(duì)射式光電傳感器。 方案一：采用大功率晶體管組合電路構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、易實(shí)現(xiàn)，但由于在驅(qū)動(dòng)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(guò)程中可靠性是一個(gè)非常重要的方面。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(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。 圖 系統(tǒng)方案框圖 控制器模塊設(shè)計(jì)方案 根據(jù)設(shè)計(jì)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(duì)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。 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) 。 針對(duì)三種調(diào)速方法，都有各自的特點(diǎn)，也存在一定的缺陷。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 )(ti 為電路的輸出。 PWM 控制的基本原理 在采樣控制理論中有一個(gè)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(shí)，其效果基本相同。如此反復(fù)試湊，直到找到滿意的比例系數(shù) PK 和積分系數(shù) IK 為止。 控制度＝模擬])([])([0202????dttedtte DDC （ ） 實(shí)際應(yīng)用中并不需要計(jì)算出兩個(gè)誤差平方面積，控制度僅表示控制效果的物理 湖南電子電 氣網(wǎng) 10 概念。這種方法最大優(yōu)點(diǎn)就是整定參數(shù)時(shí)不依賴對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，簡(jiǎn)單易行。 由 （ ） 可看出，位置型控制算式不夠方便，這是因?yàn)橐奂悠?)(ie ,不僅要占用較多的存儲(chǔ)單元，而且不便于編寫(xiě)程序，為此對(duì)式 （ ） 進(jìn)行改進(jìn)。 簡(jiǎn)單的說(shuō)， 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(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào) )(te ,偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)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(wú)差度。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。其設(shè)計(jì)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(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。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(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。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(gè)方面。 控制理論的發(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(gè)階段。s easy to meet normal control39。湖南電子電 氣網(wǎng) 1 摘要 在運(yùn)動(dòng)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(lái)的控制策略之一，長(zhǎng)期以來(lái)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，但由于在模擬 PID 控制系統(tǒng) 中，參數(shù)一旦整定好后，在整個(gè)控制過(guò)程中都是固定不變的，而在實(shí)際中，由于現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)參數(shù)、溫度等條件發(fā)生變化，使系統(tǒng)很難達(dá)到最佳的控制效果，因此采用模擬 PID控制器難以獲得滿意的控制效果。s rotate speed is of great importance,there are a lot of speed control arithmetics and methods ,the analog PID control is one of the earliest developed control policies which has formed typical structure ,its parametric setting is convenient and it39。我們已進(jìn)入高速發(fā)展的信息時(shí)代，控制技術(shù)成為當(dāng)今科技的主流之一，廣泛深入到研究和應(yīng)用工程等各個(gè)領(lǐng)域。 受益于數(shù)十年來(lái) 全球 經(jīng)濟(jì)高速成長(zhǎng)所獲得的 PID 控制 成果 ,在中國(guó)市場(chǎng)， 一大批機(jī)器設(shè)備制造商正處于蓬勃發(fā)展階段，除滿足本土市場(chǎng)龐大的機(jī)器 設(shè)備需求外，走向國(guó)際市場(chǎng)，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)也成為現(xiàn)實(shí)需求 。 PID 控制器就是根據(jù) 偏差的 比例、積分、微分進(jìn)行控制的。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差 進(jìn)一步減小，直到等于零。 本次設(shè)計(jì)主要研究的是 PID 控制技術(shù)在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，縱所周知運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)最主要的控制對(duì)象是電機(jī)，在不同的生產(chǎn)過(guò)程中，電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)要滿足生產(chǎn)要求 ，其中電機(jī)速度的控制在占有至關(guān)重要的作用，因此本次設(shè)計(jì)主要是利用 PID控制技術(shù)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。目前提出的控制算法有很多。 模擬 PID 調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律為 ])()(1)([)(0 dttdeTdtteTteKtu DtIp??? ? （ ） 式中， PK 為比例系數(shù)， IT 為積分 時(shí)間常數(shù)， DT 為微分時(shí)間常數(shù)。因此 ,式 （ ） 又稱為位置型 PID 算式。因此，實(shí)際用得較多的還是工程整定法。 控制效果的評(píng)價(jià)函數(shù)通常用誤差平方面積 ??0 2 )(te表示。否則，將原比例系數(shù) PK 增大一些，再調(diào)整積分系數(shù) IK ，力求改善控制過(guò)程。即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。圖中 )(te 為窄脈沖，其形狀和面積分別如圖 的 a、 b、 c、 d 所示，為電路的輸入 。 直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 速調(diào)節(jié)主要有三種方法 ： 調(diào)節(jié)電樞供電的電壓、減弱勵(lì)磁磁通和改變電樞回路電阻。 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展 傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字電路已被大規(guī)模集成電路所取代 ， 這就使得數(shù)字調(diào)制技術(shù)成為可能 。在運(yùn)行過(guò)程中控制器產(chǎn)生 PWM 脈沖送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，經(jīng)過(guò)放大后控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)利用速度檢測(cè)模塊將 當(dāng)前轉(zhuǎn)速反饋到控制器中，控制器經(jīng)過(guò)數(shù)字 PID 運(yùn)算后改變 PWM 脈沖的占空比，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)控制的目的。相對(duì)于FPGA 來(lái)說(shuō)，它的芯片引腳少，在硬件很容易實(shí)現(xiàn)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)的主要目的是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是必不可少，其方案有一下兩種。當(dāng)磁鐵正對(duì)金屬板時(shí)，由于霍爾效應(yīng)，金屬板發(fā)生橫向?qū)?[5]，因此可以在電機(jī)上安裝磁片，而將霍爾集成片安裝在固定軸上，通過(guò)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)進(jìn)行電機(jī)速度的檢測(cè)。 數(shù)碼管具有 亮度高、工作電壓低、功耗小、易于集成、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、耐沖擊且性能穩(wěn)定 等特點(diǎn) ， 并且它可 采用 BCD 編碼顯示數(shù)字，編程容易，硬件電路調(diào)試簡(jiǎn)單。 方案二：采用行列式鍵盤(pán)，這種鍵盤(pán)的特點(diǎn)是行線、列線分別接輸入線、輸出線。 經(jīng)過(guò)上述的分析 與 論證，系統(tǒng)各模塊采用的方案如下： （ 1） 控制模塊 ： 采用 AT89S51 單片機(jī)； （ 2） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：采用 直流 電機(jī) 驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 實(shí)現(xiàn)； （ 3） 速度采集 模塊：采用 光電 傳感器； （ 4） 顯示 模塊： 采用 1286 4LCD 液晶顯示模塊 ； （ 5） 鍵盤(pán) 模塊： 采用 標(biāo)準(zhǔn)的 44 矩陣式鍵盤(pán) ； （ 6） 電源模塊： 采用 780 7812 芯片實(shí)現(xiàn) 。 IN1IN4 輸入引腳為標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)，用來(lái)控制 H 橋的開(kāi)與關(guān)即實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA、 ENB?引腳則為使能控制端，用來(lái)輸入 PWM 信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中需要顯示的數(shù)據(jù)比較多，而且需要漢字顯示，在這里選用 12864 液晶顯示器比較適合，它是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器 ,主要由行驅(qū)動(dòng)器 /列驅(qū)動(dòng)器及 12864 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成，可完成漢字 （ 1616） 顯示和 圖形顯示共有 20 個(gè)引腳 [8]，其引腳名稱及引腳編號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖 ，引腳功能如表 所示。 電機(jī)速度采集算法 本系統(tǒng)中電機(jī)速度采集是一個(gè)非常重要的部分，它的精度直接影響到整個(gè)控制的精度。若不為“ 0”，則計(jì)算機(jī)需要等待，直至 BUSY =0為止。操作完成后列地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加一。 i = 0i = i + 1RETIYNNY初始化循環(huán)次數(shù)j ＝ 2 ?寫(xiě)入數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù) i ＝ 8 ？設(shè)置顯示起始頁(yè) 、 起始列調(diào)用寫(xiě)入數(shù)據(jù)子程序j = j + 1 。 根據(jù)第 1 章 PID 參數(shù)整定方法的介紹與分析，對(duì)于本系統(tǒng)采用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行參數(shù)整定，該方法調(diào)試的原則為： 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(pán)要 放大 ； 曲線漂浮繞大灣，比例度盤(pán)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(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng) ； 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái) ； 動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢 ， 微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng) 。 PID 參數(shù)是根據(jù)控制對(duì)象的慣量來(lái)確定的。 湖南電子電 氣網(wǎng) 33 結(jié)論 本課題的目的在于利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn) PID 算法產(chǎn)生 PWM 脈沖來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速