【導(dǎo)讀】機(jī)的調(diào)速在實(shí)際工作中具有非常大的使用價(jià)值。直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)性能和調(diào)速特性，它的。特點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟(jì)地調(diào)速，轉(zhuǎn)速控制容易，調(diào)速后效率很高。路以及獨(dú)立按鍵組成的電子產(chǎn)品。電源采用78系列芯片實(shí)現(xiàn)+5V、+15V對(duì)電機(jī)的調(diào)速采用PWM波。方式，PWM是脈沖寬度調(diào)制。本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為控制核心，產(chǎn)生占空比受數(shù)字PID算法。工控制，LED實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)（速度）的顯示。電機(jī)轉(zhuǎn)速利用霍爾傳感器檢測(cè)輸出方波，通過(guò)51. 單片機(jī)對(duì)1秒內(nèi)的方波脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算出電機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)的反饋控制。

　　

【正文】 )管腳圖 其中：圖（ a）為共陰極結(jié)構(gòu)， 8 斷發(fā)光二極管的陰極端連接在一起，陽(yáng)極端分 開(kāi)控制，使用時(shí)公共端接地，要使哪根發(fā)光二極管，則對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極端接高電平。圖（ b）為共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)， 8 端發(fā)光二極管的陽(yáng)極端連接在一起，陰極端分開(kāi)控制，使用時(shí)公共端接電源。要使哪根發(fā)光二極管，則對(duì)應(yīng)的陰極端接地。其中 7 段發(fā)光二極管構(gòu)成 7 筆的字形 “8”,1 根發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。圖 “c” 為引腳圖，從 ag 引腳輸入不同的 8 位二進(jìn)制編碼，可顯示不同的數(shù)字或字符。通常把控制發(fā)光二極管的 7（或 8）位二極管編制稱(chēng)為字段碼。不同數(shù)字或字符其字段碼不一樣，對(duì)于同一個(gè)數(shù)字或字符，共陰極連接和共陽(yáng)極連接的字段碼也不一樣，共陰極和共陽(yáng)極的 字段碼互為反碼。 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 獨(dú)立式鍵盤(pán)的按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵接一根 I/O 口線(xiàn)，一根 I/O 口線(xiàn)上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它 I/O 口線(xiàn)的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè) I/O 口線(xiàn)的電平狀態(tài)，即可判斷鍵盤(pán)上哪個(gè)鍵被按下。 圖 47 鍵盤(pán)電路 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 43 頁(yè) 整體硬件電路圖 圖 48 整體電路 圖 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 共 43 頁(yè) 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主程序流程圖 圖 51 主程序流程圖 直流電機(jī)速度控制程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用增量式 PID 控制對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，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 ()en ，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(lái)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。其運(yùn)算公式為： U(K)=0[ ( ) ( 1 ) ] ( ) [ ( )2 ( 1 ) ( 2 ) ]P I DK e n e n K e n K e ne n e n u? ? ? ?? ? ? ? ? (51) 因此要想實(shí)現(xiàn) PID 控制在單片機(jī)就必須存在上述算法，其程序流程如圖 52 所示。 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 共 43 頁(yè) 圖 52 程序流程圖 先通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定期望速度，再通過(guò) PID 算法對(duì) PWM 輸出的占空比進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)達(dá)到設(shè)定速度時(shí)，保持占空比的輸出。采用經(jīng)驗(yàn)法對(duì) PID 參數(shù)進(jìn)行調(diào)試修正，最后取 P=10， I=2， D=。 圖 53 直流電機(jī)速度控制子程序流程圖 PID 輸出是否 大于上限 開(kāi)始 速度采樣，求取偏差及其增量 求取 PID 輸出值 PID 輸出是否 小于下限 PID 輸出等于上限 值 PID 輸出等于上限 值 直接輸出 PID 值 控制 PWM 輸 出 返回 Y Y N N 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 共 43 頁(yè) 鍵盤(pán)程序程序流程 采用中斷方式，按下鍵，單片機(jī) 腳產(chǎn)生一負(fù)跳沿， 響應(yīng)該中斷處理程序，完成延時(shí)去抖動(dòng)、鍵碼識(shí)別、按鍵功能執(zhí)行。 如圖 54 所示。 圖 54 鍵盤(pán)程序流程 定時(shí)程序流程 在本系統(tǒng)中定時(shí)器 T0 中斷子程序是用來(lái)控制電機(jī)運(yùn)行時(shí)間和進(jìn)行速度計(jì)算和 PID 運(yùn)算，其程序流程如圖 55 所示。 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 共 43 頁(yè) 圖 55 定時(shí)程序流程 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 43 頁(yè) 6 系統(tǒng)調(diào)試 keilC51軟件簡(jiǎn)介 keilC51 軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編、 PLM 語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，界面友好，易學(xué)易用。 本文中由于我們主要使用 keilC51 軟件編輯、調(diào)試程序， Proteus 軟件仿真單 片機(jī)。我們重點(diǎn)研究了 Proteus 的 ISIS 模塊用法，在下面的內(nèi)容中，如不特別說(shuō)明，我們所說(shuō)的Proteus 軟件特指其 ISIS 模塊。 ISIS 直譯為智能原理圖輸入系統(tǒng)。從 ISIS 窗口各欄內(nèi)容可知： PROTEUS VSM 所包括的內(nèi)容都已整合到 ISIS 中，所以， ISIS 實(shí)際上是 PROTEUS VSM 的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。 圖 61 keilC51 軟件界面 系統(tǒng) Proteus仿真 Proteus 軟件是 Lab center Electronics 公司的一款電路設(shè)計(jì)與仿真軟件，是一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè) 計(jì)仿真平臺(tái)，包括 ISIS、 ARES 等軟件模塊， ARES 模塊主要用來(lái)完成 PCB 的設(shè)計(jì)，而 ISIS 模塊用來(lái)完成電路原理圖的布圖與仿真。 Proteus 的軟件仿真基于處理器虛擬系統(tǒng)仿真模型 VSM，是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢(shì)就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如 MCS51 系列、 AVR、 PIC湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 共 43 頁(yè) 系列等常用的 MCU，以及單片機(jī)外圍電路，比如 LCD， RAM， ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)， LED， AD/DA等。通過(guò) Proteus 軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個(gè)功能齊全、實(shí)用方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn) 室。 ISIS 界面如下： 圖 62 ISIS 界面 以下為本系統(tǒng)在 Proteus 中的仿真流程： （ 1）新建文件：打開(kāi) Proteus 點(diǎn) File，在彈出的下拉菜單中選擇 New Design，在彈出的圖幅選擇對(duì)話(huà)框中選 Default。 （ 2）設(shè)置編輯環(huán)境：按上述的方法對(duì) Proteus 的設(shè)計(jì)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。 （ 3）元器件選?。喊丛O(shè)計(jì)要求，在對(duì)象選擇窗口中點(diǎn) P，彈出 Pick devices 對(duì)話(huà)框，在 Keywords 中填寫(xiě)要選擇的元器件，然后在右邊對(duì)話(huà)框中選中要選的元器件，則元器件列在對(duì)象選擇的窗口中如圖 63 所示 。 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 共 43 頁(yè) 圖 63 Proteus 元器件選取界面 本設(shè)計(jì)所需選用的元器件如下： ① AT89S52:單片機(jī)（ Proteus 元件庫(kù)里無(wú) AT89S52，可以用 AT89C52 替代） ② RES、 RX RESPACK8:電阻、排阻、上拉電阻 ③ CRYSTAL:晶振 ④ CAP、 CAPELEC:電容、電解電容 ⑤ 780 7812:5V、 12V 三端穩(wěn)壓塊 ⑥ IN4007：二極管 ⑦ 7SEGMPX4CA： LED 液晶顯示器 ⑧ IPULSE：脈沖信號(hào)檢測(cè)器 ⑨ BUTTON：按鍵 ⑩ MOTORENCODER：直流電機(jī) 放置元器件、放置電源和地、連線(xiàn)，得到附錄Ⅱ所示的系統(tǒng)整體電路，最后進(jìn)行電氣檢測(cè)。 （ 4）程序編譯 點(diǎn)菜單 Source→ Add/Remove source Files”，選擇 ASEM51 編輯器， 將上面的匯編源程序 添加。再點(diǎn)菜單 Source→ Build ALL 編譯匯編源程序，生成目標(biāo)代碼文件 。 （ 5）程序加載 在編輯環(huán)境左擊單片機(jī)然后右擊，在彈出的對(duì)話(huà)框中將編譯生成的 HEX 文件加載到芯片中，設(shè)單片機(jī)的時(shí)鐘工作頻率為 12MHZ。 （ 6）電路仿真 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) 共 43 頁(yè) 點(diǎn)仿真按鍵，按照前面介紹的系統(tǒng)使用方法進(jìn)行仿真。 仿真結(jié)果分析 啟動(dòng)仿真后，初始狀態(tài)， H 橋兩端均為低電平，電機(jī)停轉(zhuǎn)。 圖 64 上電狀態(tài) 按下啟停按鈕。電機(jī)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)， Q5 一端固定為低電平， Q6 一端為變化的 PWM 信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。倘若此時(shí)按方向按鈕，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 67 所 示，此時(shí)， Q6 一端固定為低電平， Q5 一端為變化的 PWM 信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。倘若此時(shí)按啟停按鈕，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，回到圖 64 狀態(tài)。 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 共 43 頁(yè) 圖 65 啟動(dòng)狀態(tài)（電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)） 圖 66 正轉(zhuǎn)數(shù)碼管顯示 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 31 頁(yè) 共 43 頁(yè) 圖 67 啟動(dòng)狀態(tài)（電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)） 圖 68 反轉(zhuǎn)數(shù)碼管顯示 在圖 65 電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，對(duì)單片機(jī) 端口的 PWM 波形做了粗略測(cè)量，按動(dòng)多次減速鍵后，當(dāng) COT0=0AH＝ 10 后，減速檔位到達(dá)最高，不再減速，相當(dāng)于速度 1 檔。 圖 69 減速后 波形（ COT0=10） 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè) 共 43 頁(yè) 同理，按動(dòng)多次加速鍵后，當(dāng) COT1=0AH＝ 10 后，加速檔位到達(dá)最高，不再加速，相當(dāng)于速度 11 檔。 圖 610 加速后 波形（ COT1=10） 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 33 頁(yè) 共 43 頁(yè) 7 總結(jié)與展望 總結(jié) 本課題的目的在于利用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 脈沖，采用數(shù)字 PID 算法調(diào)節(jié) PWM 的占空比來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)采用鍵盤(pán)輸入有關(guān)控制信號(hào)及參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)，并在 LED 上實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速。采用單片機(jī)控制取代了以往的模擬控制，使控制精度更高，而且方便系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)，靈活性和適應(yīng)性更強(qiáng)。軟件方面利用 C 語(yǔ)言進(jìn)行編程，增強(qiáng)了程序的可移植性和靈活性，并且利用 Proteus 軟件進(jìn)行仿真更加保證了程序的準(zhǔn)確性。 展望 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我學(xué)到了許多書(shū)本上無(wú)法學(xué)到的知識(shí) ,也使我深刻體會(huì)到單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛。不僅讓我對(duì)學(xué)過(guò)的單片機(jī)知識(shí)有了很多的 鞏固，同時(shí)也對(duì)單片機(jī)這一門(mén)課程產(chǎn)生了更大的興趣。在本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我學(xué)會(huì)了在網(wǎng)絡(luò)上查找有關(guān)本設(shè)計(jì)的各硬件的資源，其中包括：直流電機(jī) PWM 調(diào)速、 AT89S52 單片機(jī)、 L289N 引腳圖及其引腳功能等 、 LED 數(shù)碼管顯示，為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了一定的資料。 由于實(shí)驗(yàn)條件不足沒(méi)能做出實(shí)物圖，所以沒(méi)有遇到做 PCB 板焊接電路之類(lèi)的硬件設(shè)計(jì)問(wèn)題。另外 ， 此電路中 LED 可以換成 LCD 以便可以用鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)更多功能。 鑒于時(shí)間倉(cāng)促和本人水平有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，難免在設(shè)計(jì)上存在一定的缺陷，請(qǐng)各位老師多多指正。 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 34 頁(yè) 共 43 頁(yè) 致謝 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，凝結(jié)了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。沒(méi)有他們的幫助，我將無(wú)法順利完成這次設(shè)計(jì)。 首先，我要特別感謝 ***老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間 *老師指導(dǎo)我、幫助我收集文獻(xiàn)資料，理清設(shè)計(jì)思路，完善操作方法，并對(duì)我所做的設(shè)計(jì)提出有效的改進(jìn)方案。老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、誨人不倦的態(tài)度和學(xué)術(shù)上精益求精的精神讓我受益終生。在此，再一次向 **老師以及關(guān)心幫助我的教師同學(xué)表示最誠(chéng)摯的謝意。 其次，學(xué)校在這方面也給我們提供了很大的支持和幫助，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)比較重視，每個(gè)設(shè)計(jì)小組配有專(zhuān)門(mén)的指導(dǎo)老師，幫助 我們能順利完成整個(gè)設(shè)計(jì)。對(duì)于學(xué)校和老師為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)所提供的極大幫助和關(guān)心，在此我致以衷心的感謝！ 在 **度過(guò)的四年是我學(xué)生生涯中最有價(jià)值的一段時(shí)光，也將會(huì)成為我以后永遠(yuǎn)的美好的回憶。謝謝大家。 湖北科技學(xué)院本科