【正文】 感謝在課程設(shè)計過程中一直耐心、認真、負責(zé)的指導(dǎo)我的賈玉瑛老師，以及給與我?guī)椭乃型瑢W(xué) 。 在設(shè)計過程中，體會到了設(shè)計一項課題的不易，也體會到了設(shè)計成功之后的小小成就感和同學(xué)之間相互合作的默契。 對我們 自動化 專業(yè)的 學(xué) 生來說，實際能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而這種實際能力的培養(yǎng)單靠 課堂教學(xué)是遠遠不夠的，必須從課堂走向?qū)嵺`。 運用學(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)用于實際設(shè)計工作，并從理 34 論的高度對設(shè)計工作的現(xiàn)代化提出一些有針對性的建議和設(shè)想。通過這次學(xué)習(xí)，使我對本專業(yè)有了更深的認識，也大大提高了我的動手能力。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。它能充分調(diào)動大家的積極性。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，沒有自己真正實踐過。用實驗室現(xiàn)有的資源編譯了我的程序，并且通過了編譯。并在 4位 LED 上實時顯示輸入?yún)?shù)及動態(tài)轉(zhuǎn)速。采用 PID 控制算法，調(diào)節(jié) PWM 占空比從而 控制電機兩端電壓，以達到調(diào)速的目的。并在 LED 上實時顯示輸入?yún)?shù)及動態(tài)轉(zhuǎn)速。 本設(shè)計的任務(wù)是基于單片機控制的 PWM 直流電機調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機為核心，以 小 直流電機為控制對象，實現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)、采用 PID控制算法。經(jīng)過學(xué)習(xí)，使我對 51 單片機有了更進一步的了解，對一個系統(tǒng)的設(shè)計要如何入手有了更加深刻的體會。 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)計我做的是直流電機調(diào)速，以前也接觸過，是在實訓(xùn)的實驗臺上實現(xiàn)。 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，進行一次數(shù)據(jù)處理。 實現(xiàn)顯示（按照人機對話功能顯示各種不同參數(shù)） 不斷地進行鍵掃描，判斷是否有鍵按下。而增量式只 需計算增量，當(dāng)存在計算誤差或精度不足時，對控制量計算的影響較小。 物理模型 : 圖 PID增量式控制算法原理圖 29 圖 在實際編程時 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 控制算法與位置式 PID 算法（式 ）相比，計算 量小的多，因此在實際中得到廣泛的應(yīng)用。 增量式 PID 控制算法可以通過（式 ）推導(dǎo)出。 第 三 章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計 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。 8255A 口的 PA3 到 PA0分別控制 4 位 LED 的選通，ＰＢ口則進行８位筆段代碼的傳輸。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 ）。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。 動態(tài)顯示方式：動態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點亮每位顯示器（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。而電流隨著電機轉(zhuǎn)動方向的不同會有正負之分，因此 AD574 采用雙極性接法。如圖 。 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。 25 3020T 其機械結(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。 電源部分如圖 。穩(wěn)壓器 7807905 分別提供 +5V、 5V 電壓， 781 7915 分別提供 +15V、 15V 電壓。主電路設(shè)有 H 橋型二級管電路作為保護電路。比如常用的 L293D、 L298N、 TA7257P、 SN754410 等。如果 DIR－ L信號為 0， DIR－ R 信號為 1，并且使能信號是 1，那么三極管 Q1 和 Q4 導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機（如圖 所示）；如果 DIR－ L信號變?yōu)?1，而 DIR－ R信號變?yōu)?0，那么 Q2 和 Q3 將 導(dǎo)通，電流則反向流過電機。（與本節(jié)前面的示意圖一樣，圖 所示也不是一個完整的電路圖，特別是圖中與門和三極管直接連接是不能正常工作的。 4 個與門同一個 “使能 ”導(dǎo)通信號相接，這樣， 用這一個信號就能控制整個電路的開關(guān)。 基于上述原因，在實際驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。如果三極管 Q1 和 Q2 同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。當(dāng)三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另 一方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。 當(dāng)三極管 Q1和 Q4 導(dǎo)通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指 示為順時針方向）。例如，如圖 所示，當(dāng) Q1 管和 Q4 管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng) Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4回到電源負極。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。 如圖 所示， H 橋式電機驅(qū)動電路包括 4 個三極管和一個電機。電路得名于 “H橋式驅(qū)動電路 ”是因為它的形狀酷似字母 H。 本設(shè)計采用 H 橋驅(qū)動芯片 L298N 來實現(xiàn) PWM 電機調(diào)速。用單片機控制 H橋芯片 使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。 PWM 電流波： 電流型逆變電路進行 PWM 控制，得到的就是 PWM 電流波。 SPWM 波形 —— 脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形。用傅里葉級數(shù)分解后將可看出，各 i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。脈沖越窄，各 i(t)響應(yīng)波形的差異也越小。其輸出電流 i(t)對不同窄脈沖時的響應(yīng)波形 如圖 。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。沖量指窄脈沖的面積。而 MCS51 系列單片機作為應(yīng)用最廣泛的單片機之一，卻沒有 PWM 輸出功能，本文采用定時器配合軟件的方法實現(xiàn)了 MCS51單片機的PWM輸出調(diào)速功能 ,這對精度要求不高的場合是非常實用的。 。1 mV/℃ Tr 響應(yīng)時間 ≤3 μs f 頻帶寬度（ 3dB） DC～ 20 kHz TA 工 作 環(huán) 境 溫度 –25～ +85 ℃ TS 貯存環(huán)境溫度 –40～ +100 ℃ RL 負載電阻 TA=25℃ ≥10K Ω 使用說明 ，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。30 mV VOM 磁失調(diào)電壓 IPN→0 177。5%） V 18 IC 電流消耗 VC=177。12～ 177。80 A VSN 副邊額定輸出電壓 1177。40 0～ 177。 結(jié)構(gòu)參數(shù)（ mm） ： 17 圖 引腳說明： 1： + 15V 2： 0V(電源地 ) 3： Vout 4： 15V 表 結(jié)構(gòu)參數(shù) 型號 CS010G CS020G CS030G CS040G IPN 原邊額定輸入電流 10 20 30 40 A IP 原邊電流測量范圍 0～ 177。 這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以 實現(xiàn) 旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。如圖 所示是 CS3020 的外形圖，將有字面對準(zhǔn) 自己，三根腳從左 右 分別是 Vcc，地，輸出。輸入偏置電壓的調(diào)整只需在偏置端 (2 腳 )調(diào)整即可 ,并且在不降低偏置電流的情況下 ,帶寬允許 1MHz,其主要技術(shù)指標(biāo)有 : 工作電壓： +5+18V 采樣時間： 10us 可與 TTL、 PMOS、 CMOS 兼容 當(dāng)保持電容為 時，典型保持步長為 低輸入漂移，保持狀態(tài)下輸入特性不變 在采樣或保持狀態(tài)時高電源抑制 下圖為 集成采樣 /保持器 LF398 引腳圖 。與 LF398 結(jié)構(gòu)相同的 還有 LF198/LF298 等，都是由場效應(yīng)管構(gòu)成，具有采樣速度高，保持電壓下降慢和精度高等特點。 AD574 工作時序的控制功能狀態(tài)表。通過這 12 條數(shù)據(jù)總線向外輸出 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 [15]. Pin15(DGND)—— 數(shù)字地端。 [13]. Pin13(10V IN)—— 10V 量程模擬電壓輸入端。 [11]. Pin(V)—— 負電源輸入端，輸入 15V 電源。 [9]. Pin9(AGND)—— 模擬地端。 [7]. Pin7(V+)—— 正電源輸入端，輸入 +15V 電源。 [5]. Pin5(R/C)—— 讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。與 端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。 [3]. Pin3(CS )—— 片選端。 [1]. Pin1(+V)—— +5V 電源輸入端。 10V兩檔四種 ⑤ 電源電壓：177。 1LBS ③ 轉(zhuǎn)換速率： 25us ④ 模擬電壓輸入范圍： 0— 10V和 0— 20V， 0— 177。 AD574A 主要功能特性如下： ① 分辨率： 12 位 ② 非線性誤差：小于177。 AD574 可以通過簡單的三態(tài)門 、鎖存器接口與微機的系統(tǒng)總線相連接，也可以通過編程接口與系統(tǒng)總線相連接。它可以和 16位 CPU 相連接，也可以和 8 位 CPU 相連接。有兩個模擬信號輸入端，分別為 10V 輸入端和 20V輸入端，各自都既允許單極性輸入，也允許雙極性輸入。每一組 PWM 波用來控制一個電機的速度，而另外兩個 I/O 口可以控制電機的正反轉(zhuǎn)，控制比較簡單，電路也很簡單，一個芯片內(nèi)包含有 8 個功率管，這樣簡化了電路的復(fù)雜性，如圖所示 IOB IOB11 控制第一個電機的方向， IOB8 輸入的 PWM 控制第一個電機的速度； IOB1 IOB13 控制第二個電機的方向， IOB9 輸入的 PWM 控制第二個電機的速度。 下圖是其引腳圖：