【正文】 拉菜單中選擇 New Design，在彈出的圖幅選擇對話框中選 Default。 圖 中斷請求 加速 減速 正轉(zhuǎn) X3=0? 反轉(zhuǎn) 停止 X2=0? X1=0? X0=0? 是 是 是 是 否 否 否 X4=0? 否 是 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 20頁 共 37頁 顯示程序流程圖 顯示 模塊是實現(xiàn)人機對話的重要部分，在這里選用 LCD1602 作為顯示器，其工作流程圖如下所示： 圖 顯示程序流程圖 開始 對 LCD初始化 將已知要提示的內(nèi)容送入 LCD并顯示在第一行 將讀取的速度和轉(zhuǎn)向送入 LCD 并使其顯示在第二行 一直等待 LJMP 設置電機的速度是否為 0 一直等待 是 否 是否有命令 輸入 否 是 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 21頁 共 37頁 5 系統(tǒng)功能調(diào)試 Proteus 使用 Proteus 是英國 Labcenter electronics 公司研發(fā)的 EDA 設計軟件，是一個基于ProSPICE 混合模型仿真器的，完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設計仿真平臺。 X X X PS PT1 PX1 PT0 PX0 外部中 斷擴展 在圖 電路 ，設 X0、 X X X X4 為外部警情信號， X0代表是加速信號， X0=0表示加速； X1代表減速信號， X1=0 表示減速； X2代表正轉(zhuǎn)信號， X2=0表示正轉(zhuǎn)； X3 代表反轉(zhuǎn)信號， X3=0表示反轉(zhuǎn)； X4代表停止信號， X4=0 表示停止處理。 （ 3） 外部優(yōu)先級設置 外部中斷 IN0、 INT1 的中斷優(yōu)先級的設置是通過設置 IP 寄存器實現(xiàn)的， IP 的 PX0 對應INT0， PX1 對應 INT1。 脈沖觸發(fā)設置方法： SETB ITX＝ 1，為脈沖下降沿觸發(fā)方式。 如：開放外部中斷 0的設置： 初始化 設置周期 將從鍵盤（中斷）讀取的數(shù)據(jù)送到 TH0 中，從而設計脈沖 給電機驅(qū)動芯片輸出脈沖 開始 count=256? count=count+1 恢復現(xiàn)場 是 否 返回 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 18頁 共 37頁 SETB EX0 SETB EA 開放外部中斷 0和 1的設置： SETB EX0 SETB EX1 SETB EA （ 2） 外部中斷觸發(fā)方式設置 單片機外部中斷有兩種觸發(fā)方式，一種是電平觸發(fā)方式，另一種是脈沖觸發(fā)方式，單片機外部中斷觸發(fā)方式與 TCON 的 IT 位有關。 引腳分布和接口信號說明 (1)引腳分布 1602 液晶顯示共有 16個引腳，其引腳分布如圖 所示。 脈沖信號的周期與電機的轉(zhuǎn)速 的 關系 為 ： n=PT60 （ n 為電機轉(zhuǎn)速； P為電機轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)； T 為輸出方波信號周期 ）。 （ 1）霍爾傳感器的工作原理 霍爾開關集成電路中的信號放大器將霍爾元件產(chǎn)生的幅值隨磁場強度變化的霍爾電壓UH放大后再經(jīng)信號變換器、驅(qū)動器進行整形、放大后輸出幅值相等、頻率變化的方波信號。電路圖如圖 ： 圖 電源電路 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 14頁 共 37頁 速度采集設計模塊 速度 的采集 用霍爾傳感器。在本系統(tǒng)中直流電機需要 12V電源，而單片機、顯示模塊等其它電路需要 5V 的電 源，因此電路中選用 7805 和7812 兩種穩(wěn)壓芯片 。 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 13頁 共 37頁 該芯片是 由四個大功率晶體管組成 的 H橋電路構成，四個晶體管分為兩組，交替導通和截止，用單片機控制達林頓管使之工作在開關狀態(tài)， 通過 調(diào)整輸入脈沖的占空比，調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速 。 電機驅(qū)動模塊設計方案 驅(qū)動模塊是控制器與執(zhí)行器之間的橋梁，在本系統(tǒng)中單片機的 I/O 口不能直接驅(qū)動電機，只有引入電機驅(qū)動模塊才能保證電機按照控制要求運行，在這里選用 L298 電機驅(qū)動芯片驅(qū)動電機 ，由于它內(nèi)部已經(jīng)考慮到了電路的抗干擾能力，安全、可靠行，所以我們在應用時只需考慮到芯片的硬件連接、 驅(qū)動能力等問題就可以了，所以此種方案的電路設計簡單、抗干擾能力強、可靠性好。相對于FPGA 來說，它的芯片引腳少，在硬件很容易實現(xiàn)。 圖 系統(tǒng)方案框圖 控制器模塊設計方案 根據(jù)設計任務要求，采用 AT89S51 作為系統(tǒng)控制的方案。圖 中控制器模塊為系統(tǒng)的核心部件，鍵盤和顯示器用來實現(xiàn)人機交互功能。 根據(jù) PWM控制的基本原理可知，一段時間內(nèi)加在慣性負載兩端的 PWM 脈沖與相等時間內(nèi)沖量相等的直流電加在負載上的電壓等效，那么如果在短時間 T內(nèi)脈沖寬度為 0t ,幅值為 U，由圖 可求得此時間內(nèi)脈沖的等效直流電壓為： 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 11頁 共 37頁 U ( t )0tTt 0UU ( t )0tTt 0U2 T2 t 0 3 T3 t 0 4 t 0n T ( n + 1 ) t 0 圖 PWM脈沖 TUtU ?? 00 ，若令 Tt0?? ， ? 即為占空比，則上式可化為： UU ???0 (U 為脈沖幅值 ) （ ） 若 PWM 脈沖為如圖 ，那么與此脈沖等效的直流電壓的計算方法與上述相同，即 UT UtnT UntU ?????? ?000 （ ? 為矩形脈沖占空比） （ ） 圖 周期性 PWM矩形脈沖 由式 可知，要改變等效直流電壓的大小，可以通過改變脈沖幅值 U 和占空比 ?來實現(xiàn)，因為在實際系統(tǒng)設計中脈沖幅 值一般 是恒定的，所以通常通過控制占空比 ? 的大小實現(xiàn)等效直流電壓在 0～ U 之間任意調(diào)節(jié)，從而達到利用 PWM 控制技術實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)的目的。 同樣 ， 由于開關頻率高 ,快速響應特性好 ,動態(tài)抗干擾能力強 ， 可以獲得很寬的頻帶 ； 開關器件只工作在開關狀態(tài) ，因此 主電路損耗小 、 裝置效率高 ； 直流電源采用不 可 控整流時 ， 電網(wǎng) 功率因數(shù)比相控整流器高。其中，在變壓調(diào)速系統(tǒng)中，大體上又可分為可控整流式調(diào)速系統(tǒng)和直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)兩種。例如改變電樞回路電阻調(diào)速只能實現(xiàn)有級調(diào)速，減弱磁通雖然能夠平滑調(diào) 速，但這種方法的調(diào)速范圍不大 ， 一般都是配合變壓調(diào)速使用 。 直流電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)主要有三種方法 ： 調(diào)節(jié)電樞供電的電壓、減弱勵磁磁通和改變電樞回路電阻。用傅立葉級數(shù)分解后將可看出，各 )(ti 在低頻段的特性非常接近，僅在高頻段有所不同。脈沖越窄，各 )(ti 波形的差異也越小。圖 給出了不同窄波時 )(ti 的響應波形。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。當窄脈沖變?yōu)槿鐖D d所示的單位 脈沖函數(shù) )(t? 時，環(huán)節(jié)的響應即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù) ]7[ 。如果把各輸出波形用傅立葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。沖量即指窄 脈沖的面積。即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值） 。和前述步驟相同，微分時間的整定也需反復調(diào)整，直到控制過程滿意為止。如此反復試湊，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 控制規(guī)律 T PK IT DT PI KT K? KT PID KT K? KT PI KT K? KT PID KT K? KT PI KT K? KT PID KT K? KT PI KT K? KT PID KT K? KT 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 8頁 共 37頁 ③ 積分系數(shù) IK 保持不變，改變比例系數(shù) PK ，觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。 下 面以 PID 調(diào)節(jié)器為例，具體說明經(jīng)驗法的整定步驟： ① 讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù) IK =0，實際微分系數(shù) DK =0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，由小到大改變比例系數(shù) PK ，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意的控制過程為止。通常，當控制度為 時，就可以認為 DDC 與模擬控制效果相當；當控制度 為 時， DDC 比模擬控制效果差。 控制效果的評價函數(shù)通常用誤差平方面積 ??0 2 )(te表示。 ②用選定的采樣周期使系統(tǒng)工作：工作時，去掉積分作用和微分作用，使調(diào)節(jié)器成為純比例調(diào)節(jié)器，逐漸減小比例度 ? （ PK/1?? ）直至系統(tǒng)對階躍輸入的響應達到臨界振蕩狀態(tài)，記下此時的臨界比例度 K? 及系統(tǒng)的臨界振蕩周期 kT 。 （ 1） 擴充臨界比例度法 這種方法 適用于有自平衡特性的被控對象。當然，這是一種近似的方法，有時可能略嫌粗糙，但相當適用，可解決一般實際問題 ]6[ 。因此，實際用得較多的還是工程整定法。 PID 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法有很多，但可歸結(jié)為理論計算法和工程整定法兩種。一般來說，要求被控過程是穩(wěn)定的，能迅速和準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)生變化時控制應保持穩(wěn)定。 根據(jù)式 （ ） 不難看出 u(n1)的表達式，即 011 })]2()1([)()1({)1( uneneTTneTTneKnu niDIP????????? ??? （ ） 將式 （ ） 和式 （ ） 相減，即得數(shù)字 PID 增量型控制算式為 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 5頁 共 37頁 P I D位 置 算 法控 制 器 被 控 對 象r ( t )+e ( t ) uc ( t )P I D增 量 算 法控 制 器 被 控 對 象r ( t )+e ( t ) uc ( t ))1()()( ???? nununu )]2()1(2)([)()]1()([ ????????? neneneKneKneneK DIP （ ） 從上式可得數(shù)字 PID 位置型控制算式為 )(nu 0)]2()1(2)([)()]1()([ uneneneKneKneneK DIP ?????????? （ ） 式中： PK 稱為比例增益； IPI TTKK ? 稱為積分系數(shù)； TTKK DPD ?稱為微分系數(shù) [1]。因此 ,式 （ ） 又稱為位置型 PID 算式。由于計算機只能識別數(shù)字量，不能對連續(xù)的控制算式直接進行運算，故在計算機控制系統(tǒng)中，首先必須對控制規(guī)律進行離散化的算法設計。 數(shù)字 PID 在 DDC 系 統(tǒng)中，用計算機取代了模擬器件，控制規(guī)律的實