【導(dǎo)讀】日常生活中起著越來越重要的作用，因此，對電機(jī)調(diào)速的研究有著積極的意義.基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且。不受器件溫度漂移的影響。其控制軟件能夠進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算。定性好，可靠性高。直流電動機(jī)具有優(yōu)良的起、制動性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平。在軋鋼機(jī)、礦井卷機(jī)、挖掘機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等領(lǐng)。域中得到廣泛應(yīng)用。片實(shí)現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)。采用PID控制算法，調(diào)節(jié)PWM占空比從而控。制電機(jī)兩端電壓，以達(dá)到調(diào)速的目的。用4*3鍵盤輸入有關(guān)控制信號及參數(shù)，可。以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟制動、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)。并在4位LED上實(shí)時顯示輸入?yún)?shù)

　　

【正文】 24 圖 具有使能控 制和方向邏輯的 H 橋電路 圖 使能信號與方向信號的使用 主電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中電機(jī)兩端電樞電壓由 L298 提供，通過調(diào)節(jié) PWM 占空比來調(diào)節(jié) L298輸出電壓即電機(jī)兩端電樞電壓。主電路設(shè)有 H 橋型二級管電路作為保護(hù)電路。 電源經(jīng)單相整流，電容濾波、穩(wěn)壓后提供本設(shè)計(jì)所需 電源。穩(wěn)壓器 7807905 分別提供 +5V、 5V 電壓， 781 7915 分別提供 +15V、 15V 電壓。 轉(zhuǎn)速檢測的傳感器、電流檢測的傳感器都要與直流電機(jī)連接。 電源部分如圖 。 轉(zhuǎn)速和電流的測量 本設(shè)計(jì)采用 3020T 和 CS040G 分別對電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行測量。 25 3020T 其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。 設(shè)計(jì)中采用定時器 T0，再配以軟件計(jì)數(shù)器對脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 CS040G 應(yīng)用霍 爾效應(yīng)開環(huán)原理的電流傳感器，能在電隔離條件下測量直流、交流、脈沖以及各種不規(guī)則波形的電流。當(dāng)待測電流從傳感器穿芯孔中穿入，即可從輸出端測得與被測電流一一對應(yīng)的電壓值 。如圖 。 圖 圖 26 AD 轉(zhuǎn)換 由于本設(shè)計(jì)只有電流信號需要進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，因此采用單通道 AD 轉(zhuǎn)換芯片AD574。而電流隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動方向的不同會有正負(fù)之分，因此 AD574 采用雙極性接法。 AD 芯片與采樣保持其的連接如下： 圖 顯示與鍵盤電路 本設(shè)計(jì)需要 4 為ＬＥＤ來實(shí)時顯示轉(zhuǎn)速值，且當(dāng)有鍵盤 按下時，要給予相應(yīng)的顯示，本設(shè)計(jì)采用動態(tài)顯示。 動態(tài)顯示方式：動態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點(diǎn)亮每位顯示器（稱為掃描），即每個數(shù)碼管的位選被輪流選中，多個數(shù)碼管公用一組段選，段選數(shù)據(jù)僅對位選選中的數(shù)碼管有效。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。通過調(diào)整電流和時間參數(shù)，可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示器的位數(shù)不大于 8位，則顯示器的公共端只需一個 8 位 I/O 口進(jìn)行動態(tài)掃描（稱為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需一個 8 位口（稱為段碼輸出 ）。 27 ４位共陽極ＬＥＤ，用ＰＮＰ型三極管進(jìn)行驅(qū)動。 8255A 口的 PA3 到 PA0分別控制 4 位 LED 的選通，ＰＢ口則進(jìn)行８位筆段代碼的傳輸。 本設(shè)計(jì)采用３＊４矩陣鍵盤，由 8255 的 C 口控制鍵盤， PC2 到 PC0 作為列線， PC7 到 PC4 作為行線。 第 三 章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì) PID 控制算法 原理及 流程圖 所謂增量式 PID 是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量 Δ ku。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的控制量是增量，而不是位置量的絕對數(shù)值時，可以使用增量式 PID 控制算法進(jìn)行控制。 增量式 PID 控制算法可以通過（式 ）推導(dǎo)出。 （ ） 由（式 ）可以得到控制器的第 k－ 1個采樣時刻的輸出值為： （ ） 將（式 ）與（式 ）相減并整理，就可以得到增量式 PID 控制算法公式為： () 其中： () 28 由（式 ）可以看出，如果計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期 T，一旦確定 A、 B、 C，只要使用前后三次測量的偏差值，就可以由（式 ）求出控制量。 增量式 PID 控制算法與位置式 PID 算法（式 ）相比，計(jì)算 量小的多，因此在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。 而位置式 PID 控制算法也可以通過增量式控制算法推出遞推計(jì)算公式： () 上式就是目前在計(jì)算機(jī)控制中廣泛應(yīng)用的數(shù)字遞推 PID 控制算法。 物理模型 : 圖 PID增量式控制算法原理圖 29 圖 在實(shí)際編程時 α0 、 α1 、 α2 可預(yù)先算出，存入預(yù)先固定的單元，設(shè)初值 e（ k1）、 e（ k2）為 0。 增量式 PID 算法的優(yōu)點(diǎn) （ 1）位置式算法每次輸出與整個過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的積累誤差。而增量式只 需計(jì)算增量，當(dāng)存在計(jì)算誤差或精度不足時，對控制量計(jì)算的影響較小。 30 系統(tǒng)中部分程序的設(shè)計(jì) 單片機(jī)資源分配 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)存分配表： 地址 功能 地址 功能 E0H~FFH 堆棧 42H 電流給定首地址 39H~3CH 顯示緩沖區(qū) 53H 電流采樣首地址 3DH 置轉(zhuǎn)速比例值 57H 轉(zhuǎn)速采樣首地址 3EＨ 置轉(zhuǎn)速積分值 5BH 中值濾波數(shù)據(jù)首地址 3FH 置電流比例值 5EH 標(biāo)度變換數(shù)據(jù)地址 40H 置電流積分值 45H 轉(zhuǎn)速 PID 輸出首地址 41H 置轉(zhuǎn)速給定首 地址 47H 電流 PID 輸出首地址 程序流程圖 主程序包括如下三個環(huán)節(jié)： 實(shí)現(xiàn)各種初始化，包括設(shè)置堆棧指針、 8255 初始化、定時器 /計(jì)數(shù)器初始化、以及開中斷、定時器 /計(jì)數(shù)器啟動等。 實(shí)現(xiàn)顯示（按照人機(jī)對話功能顯示各種不同參數(shù)） 不斷地進(jìn)行鍵掃描，判斷是否有鍵按下。如無鍵按下，則返回；若有鍵按下，則轉(zhuǎn)各鍵處理子程序。 主程序流程圖如圖 系統(tǒng)每隔 10ms 對轉(zhuǎn)速、電流采樣一次，每采樣三次，進(jìn)行一次數(shù)據(jù)處理。即分別對轉(zhuǎn)速、電流采樣值進(jìn)行中值濾波，標(biāo)度變換，之后送顯示緩存區(qū)，對轉(zhuǎn)速進(jìn)行 PID 運(yùn)算 ，輸出作為電流 PID 運(yùn)算的輸入，電流 PID運(yùn)算的輸出用來調(diào)節(jié)PWM 占空比。 中斷程序流程如圖 31 圖 主程序流程圖 32 圖 中斷程序流程圖 結(jié)論 ： 本次設(shè)計(jì)我做的是直流電機(jī)調(diào)速，以前也接觸過，是在實(shí)訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)臺上實(shí)現(xiàn)。 33 通過本次設(shè)計(jì)我了解了許多關(guān)于直流電機(jī)調(diào)速的知識，也查詢了許多的資料，并結(jié)合自己的想法完成了課題。經(jīng)過學(xué)習(xí)，使我對 51 單片機(jī)有了更進(jìn)一步的了解，對一個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要如何入手有了更加深刻的體會。在整個設(shè)計(jì)過程中，也遇到了一些問題，如 PID 算法、 PWM 占空比調(diào)節(jié)等，但經(jīng)過努力都一一 解決了。 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是基于單片機(jī)控制的 PWM 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，以 小 直流電機(jī)為控制對象，實(shí)現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)、采用 PID控制算法。方便的人機(jī)對話接口，用鍵盤輸入有關(guān)控制信號及參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟制動、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)。并在 LED 上實(shí)時顯示輸入?yún)?shù)及動態(tài)轉(zhuǎn)速。 我的設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)控制的 PWM 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以 AT89C52 單片機(jī)為核心，以 2A、 1000r/min 小 直流電機(jī)為控制對象，以 L298N 為 H橋驅(qū)動芯片實(shí)現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)。采用 PID 控制算法，調(diào)節(jié) PWM 占空比從而 控制電機(jī)兩端電壓，以達(dá)到調(diào)速的目的。用 4*3鍵盤輸入有關(guān)控制信號及參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟制動、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)。并在 4位 LED 上實(shí)時顯示輸入?yún)?shù)及動態(tài)轉(zhuǎn)速。 我用了 Protel 99 se 來繪制系統(tǒng)硬件電路圖。用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的資源編譯了我的程序，并且通過了編譯。 致謝 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，感覺到理論和現(xiàn)實(shí)的差別。在過去四年多的大學(xué)學(xué)習(xí)中，大部分時間是在跟著老師學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)過去的一些基本理論、一些基本的思想，感覺上好像學(xué)習(xí)就應(yīng)是這個樣子，就應(yīng)該是老師讓我們干什么我們就干什么，沒有自己真正實(shí)踐過。第 一次接觸這樣的課程，十分高興。它能充分調(diào)動大家的積極性。不僅鍛煉能力，而且可以學(xué)到很多書本上沒有的東西。我上網(wǎng)查找相關(guān)的資料，并從眾多資料中篩選出對自己有用的東西，真正鍛煉了我的能力。在這次的設(shè)計(jì)中，也得到了同學(xué)和老師的幫助。通過這次學(xué)習(xí)，使我對本專業(yè)有了更深的認(rèn)識，也大大提高了我的動手能力。 通過親身體驗(yàn)做畢業(yè)設(shè)計(jì)，我覺得 安排 畢業(yè)設(shè)計(jì)的 基本目的，在于通過理論與實(shí)際的結(jié)合 ， 進(jìn)一步提 高 觀察、分析和解決問題的實(shí)際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)的復(fù)合型人才 。 運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，把課堂上 學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識，嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作，并從理 34 論的高度對設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。 對我們 自動化 專業(yè)的 學(xué) 生來說，實(shí)際能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而這種實(shí)際能力的培養(yǎng)單靠 課堂教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須從課堂走向?qū)嵺`。通過 畢業(yè) 設(shè)計(jì)，讓我們找出自身狀況與實(shí)際需要的差距，并在以后的學(xué)習(xí)期間及時補(bǔ)充相關(guān)知識，為求職與正式工作做好充分的知識、能力準(zhǔn)備，從而 縮短從校園走向社會的心理轉(zhuǎn)型期。 在設(shè)計(jì)過程中，體會到了設(shè)計(jì)一項(xiàng)課題的不易，也體會到了設(shè)計(jì)成功之后的小小成就感和同學(xué)之間相互合作的默契。更重要的是，通過課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了自身存在的更多不足之處和實(shí)際應(yīng)用能力方面的欠缺，這些不足之處在今后的學(xué)習(xí)之中要有意識的彌補(bǔ)和改變。 感謝在課程設(shè)計(jì)過程中一直耐心、認(rèn)真、負(fù)責(zé)的指導(dǎo)我的賈玉瑛老師，以及給與我?guī)椭乃型瑢W(xué) 。 參考文獻(xiàn) 1． 康萬新 畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)及案例剖析 [M]，北京：清華大學(xué)出版社， ,2~2 2． 潘永雄 新編單片機(jī)原理與應(yīng)用 [M]，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，第二版， 2~7 3． 鄭學(xué)堅(jiān) 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 [M]，北京：清華大學(xué)出版社， 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