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基于51單片機的直流電機的pid控制器畢業(yè)論文-文庫吧資料

2025-05-16 02:00本頁面
  

【正文】 電機轉(zhuǎn)一圈時就會輸出一個脈沖,這也就注定了仿真出來的速度只能是按秒計數(shù),亦決定了仿真的精度不會很高。內(nèi)部部結(jié)構(gòu)如圖 58所示。其內(nèi)部具有 2個完全相同的 PWM 功率放大回路 ,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 57 所示。 圖 56 74HC240 真值表 電機驅(qū)動模塊 L298 是雙電源大電流功率集成電路 , 直接采用 TTL 邏輯電平控制 ,可用來驅(qū)動繼電器、線 圈、直流電動機、步進電動機等電感性負(fù)載。該三態(tài)輸出由輸出使能端 1OE 和 2OE 控制。 74HC240 是一款高速 CMOS 器件, 23 74HC240 引腳兼容低功耗肖特基 TTL( LSTTL)系列。 雖然按這種工作方式, LED 顯示屏是一行一行點亮的,每次都只有一行亮,但只要保證每行每秒鐘能點亮 50 次以上,即刷新頻 率高于 50Hz,那么由于人的視覺惰性,所 看到的 LED 顯示屏顯示的圖像還是全屏穩(wěn)定的圖像。單片機對 LED 顯示屏第 2行的掃描控制、第 3 行的掃描控制??直到第 8行的掃描控制,其過程與第 1行的掃描控制過程相同。接著第 2排第 1行、第 3排第 1行 ?? 直到最后一排第 1行的 點亮。 圖 54 鍵盤掃描流程圖 返回 等待按鍵釋放 該列有鍵輸入? 讀入行信號 返回 開始 4 列掃描完? 初始化地址參數(shù) 按照行列計算鍵值 查表得鍵碼 否 輸出列掃描信號 列掃描信號移位 是 否 是 22 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比獨立式鍵盤復(fù)雜些,識 別也要復(fù)雜一些,在上圖中,列線通過單片機的輸出而呈現(xiàn)高電平,并將行線通過單片機的輸出而呈現(xiàn)低電平,這樣,當(dāng)按鍵沒有被按下時,列線都是高電平,代表無按鍵按下,行線輸出是低電平;一旦有鍵按下,輸入線就會被拉低,這樣,通過讀入輸入線的狀態(tài)就可以得知是否有鍵按下了,具體的識別及編程方法如圖 54。比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤,而直接用端口線則只能多出一個鍵( 9鍵)。 矩陣式鍵盤的連接方法和工作原理 圖 53 4*4 鍵盤 21 什么是矩陣式鍵盤?當(dāng)鍵盤中按鍵數(shù)量較多時,為了減少 I/O 口線的占用,通常將按鍵排列成矩陣式,在矩陣式鍵盤中, 每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通,而是通過一個按鍵加以連接,如圖 53。硬件去抖動方法很多,這不在我們的討論范圍。 20 圖 52 鍵盤抖動 鍵盤消抖 通常我們用來做鍵盤的 有觸點式和非觸點式兩種,單片機中應(yīng)用的一般是由機械觸點 構(gòu)成的觸點式微動開關(guān),這種開關(guān)具有結(jié)構(gòu)簡單,使用可靠的優(yōu)點,但當(dāng)我們按下按鍵或釋放按鍵的時候它有一個特點,就是會產(chǎn)生抖動,看上圖的按鍵脈沖波形,這種抖動對于人來說是感覺不到的,但對單片機來說,則是完全可以感應(yīng)到的,因為計算機處理的速度是在微秒級的,而機械抖動的時間至少是毫秒級,對計算機而言,這已是一個很“漫長”的過程了,如圖 52。如果按鍵不被按下,其端口就為高電平,如果相應(yīng)的按鍵被按下,則端口變?yōu)榈碗娖健H绻到y(tǒng)在上電時得不到有效的復(fù)位,則程序計數(shù)器 PC 將得不到一個合適的初值,因此, CPU 可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序,所以需上電復(fù)位電路。在圖 2 的復(fù)位電路中,當(dāng) Vcc 掉電時,必然會使 RST 端電壓迅速下降到 0V以下,但是,由于內(nèi)部電路的限制作用,這個負(fù)電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位, RST 端的高電平信號必須維持足夠長的時間。F。 AT89C51 的上電復(fù)位電路如圖 51 所示,只要在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端,下接一個電 阻到地即可。而單片機復(fù)位電路設(shè)計的好壞 ,直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。 硬件電路 復(fù)位電路的作用 在上電或復(fù)位過程中,控制 CPU的復(fù)位狀態(tài):這段時間內(nèi)讓 CPU 保持復(fù)位狀態(tài),而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作,防止 CPU 發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作,也可以提高電磁兼容性能。如果程序錯誤,設(shè)計人員很容易發(fā)現(xiàn)出錯的代碼段;并且,也可以很清晰地觀察到每句程序?qū)纹瑱C電路的控制。按 Ctrl+F5 進入調(diào)試界面或者點擊工具欄的調(diào)試按鈕。 第五步, Proteus 的設(shè)置。再點擊 Setting設(shè)置通信接口,在 Host 后面添上 ,如果你是用的不是同一臺電腦,在這里添上另一臺電腦的 IP 地址 (另一臺電腦已安裝 Proteus), 在 Port 后面添上 8000,點擊 OK按鈕即可。 17 第四步, Kei 的設(shè)置。 第二步,安裝完畢,把 Proteus 6 Professional\MODELS\目錄下的 文件復(fù)制到 Keil\C51\BIN 文件夾下。其中, Keil 是目前世界上最好的 51 單片機的 C 語言的開發(fā)工具。但是,現(xiàn)在的大部分的單片機研發(fā)人員都用 C 語言對單片機進行編程控制。這樣可以讓學(xué)生了解將仿真軟件和具體的工程實踐如何結(jié)合起來,利于學(xué)生對工程實踐過程的了解和學(xué)習(xí)。 (4)實驗過程中損耗小 用 Proteus 仿真軟件進行的實驗教學(xué),其在實驗的過程中,學(xué)生們可以將自己的構(gòu)思付諸于設(shè)計,不用因為元器件和儀器儀表的損耗問題而畏首畏尾。 (3)硬件投入少 由于 Proteus 軟件實驗資源庫非常豐富,對于從模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路到單片機系統(tǒng)等領(lǐng)域都可以進行電路的設(shè)計,而且其虛擬元器件的參數(shù)都是由實際元器件廠家提供,然后生成 SPICE(Simulation Program with Integrated CircuitEmphasis)模型,這樣就可以用 Proteus 軟件中的虛擬元器件代替實際元器件進行設(shè)計電路,而無需去購買實際的元器件。 (2) 實驗周期短 在 Proteus 軟件中設(shè)計電路可以很方便的判斷是硬件錯誤,還是軟件錯誤,方法如下:運行 Proteus 的 ISIS 程序后,進 入該仿真軟件的主界面。 Proteus 提供了豐富的測試信號用于電路的測試。 對于一個仿真軟件或?qū)嶒炇?,測試的儀器儀表的數(shù)量、類型和質(zhì)量,是衡量實驗室是否合格 的一個關(guān)鍵因素。 (1) 實驗資源豐富 Proteus 軟件所提供了 30 多個元件庫,數(shù)千種元件。 高級圖形分析 PROTEUS 處理器仿真模塊 動態(tài)器件庫 混合模型反震 原理圖編輯 ISIS 布線系統(tǒng) ARES 15 PROTEUS 系統(tǒng)特性 Proteus 軟件支持許多通用的微控制器,如 PCI、 AVR、 HC11 以及 8051;包含強大的調(diào)試工具,具有對寄存器和存儲器,斷點和單 步模式 IAR CSPY、 Keil、 MALAB 等開發(fā)工具的源程序進行調(diào)試的功能;能夠觀察代碼在仿真硬件上的實時運行效果、對顯示、按鈕、鍵盤等外設(shè)的交互可視化進行仿真;具有 6000 多種模擬和數(shù)字器件的模型庫;具有單步斷點設(shè)置等調(diào)試功能;能夠與常用的匯編器、編譯器如 IAR、 Keil、 Proton 等協(xié)同調(diào)試;有直流電流表 /電壓表、交流電壓表 /電流表、示波器邏輯分析儀、計數(shù) /按時 /頻率計虛擬終端、 SPI 調(diào)試器等虛擬儀器,以仿真中的測量記錄提供了方便;支持圖形化的分析功能,具有頻率特性、傅立葉、失真、噪聲 分析等多種繪圖方式、可將仿真曲線精美地繪制出來。目標(biāo)文件可由 LIB51創(chuàng)建生成庫文件,也可以與庫文件一起經(jīng) L51連接定位生成絕對目標(biāo)文件 (.ABS)。開發(fā)人員可用IDE 本身或其它 編輯器 編輯 C或匯編源文件。另外重要的一點,只要看一下 編譯 后生成的匯編代碼, 就能體會到 Keil 的優(yōu)勢。運行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN2000、 WINXP、 WIN7等操作系統(tǒng)。 圖 41 Proteus 分解圖 KEIL 簡介 Keil C51是 美國 Keil Software 公司出品的 51系列兼容 單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng),與匯編相比, C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢,因而易學(xué)易用。 Proteus 軟件集成了高級原理布圖、混合模式 SPICE 電路仿真、 PCB 設(shè)計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計系統(tǒng)。 K TK aE a ( S )I a ( S )T e ( S )T l ( S )++1L a S + R a1J S + K D圖 32直流電動機數(shù)學(xué)模型 14 第四章 仿真軟件 PROTEUS 簡介 Proteus 軟件是由英國 Lab Center Electronics 公司開發(fā)的 EDA 工具軟件。 動態(tài)工作特性是指實際的動作與相應(yīng)的動作命令之間的響應(yīng)關(guān)系。 Tl負(fù)載轉(zhuǎn)距 。 Ω 轉(zhuǎn)動的角速度 。 Ea電樞反電動勢 。 13 Ra電樞電阻 (包括電刷、換 向器以及兩者之間的電阻 )。 U aR aL aQT e T lE aNS負(fù) 載 圖 31直流電動機等效圖 電路的電壓平衡方程和力矩平衡方程為 : EILIRUaaaaaa dtd ??? (公式 31) ????? KTTDledtdJ (公式 32) 式中 Ua 電源電壓 。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子,其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢,是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐,所以通常又稱為電樞,由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、 電樞繞組 、 換向器 和風(fēng)扇等組成。 直流電機的結(jié)構(gòu)由 定子和轉(zhuǎn)子 兩大部分組成。近年來,與電力電子裝置結(jié)合而具有直流電機性能的電機不斷涌現(xiàn),使直流電機有被取代的趨勢。直流電動機以其良好的啟動性和調(diào)速性能著稱,直流發(fā)電機供電質(zhì)量較好,常常作為勵磁電源。 12 第三章 直流電機 直流電機的介紹 定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機,稱為直流電機,它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的 電機 。應(yīng)當(dāng)注意的是 EA/ ppV 上編程電壓不能大于 ,因此要求該電壓非常穩(wěn)定。 ( 4) EPROM 編程和校驗方式:編程是指利用特殊手段對單片機內(nèi)部的 EPROM 進行寫入的過程,校驗則是對剛剛寫入的程序代碼讀出校驗的過程。 表 21 PCON 寄存器的位定義 位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位符號 SMOD —— —— —— —— GF1 GF0 IDL SMOD:串行口波特率倍率控制位,用于串行口通信; GF GF0:通用標(biāo)志位; PD:掉電方式控制位, PD=1 進入掉電工作方式; IDL:空閑方式控制位, IDL=1 進入空閑工作方式。 HMOS 單片機的節(jié)電工作方式只有掉電工作方式; CHMOS 單片機的節(jié)電工作方式有掉電工作方式和空閑工作方式兩種。連續(xù)執(zhí)行方式是所有單片機都需要的一種基本工作方式,用戶編寫好的被執(zhí)行程序放在片內(nèi)或片外ROM 中;單步運行方式是用戶調(diào)試程序的一種工作方式,在單片機的開發(fā)系統(tǒng)上有一個 10 專用的單步執(zhí)行按鍵,每按下一次,單片機就順序執(zhí)行一條 指令(僅僅執(zhí)行一條),單片機的單步運行方式通常只在用戶調(diào)試程序時使用,用于觀察每條指令的執(zhí)行情況。 ( 2)程序執(zhí)行方式:程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式,也就是執(zhí)行用戶編好放在程序存儲器中的程序。 MCS51 系列單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的,復(fù)位方式有:上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位。復(fù)位后,單片機內(nèi)部寄存器的值被初始化。 ( 1)復(fù)位方式:復(fù)位是單片機進入狀態(tài)的初始化操作,是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài),并從這個狀態(tài)開始工作。單片機不同的工作方式,代表單片機處于不同的狀態(tài)。 由以上可以看出,單片機的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類齊全的特點,其基本組成和一般微型計算機是相同的,它只不過是把計算機的基本功能部件集成到了一塊芯片上,具有完成特定功能的微型計算機。 ( 8)片外可尋址 64K 程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間 片外最多可擴展 64K 程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間。 ( 6)兩個 16 位的定時器 /計數(shù)器 片內(nèi)兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 T0 和 T1,有 4種工作方式,用于精確定時(或延時)控制及其對外部事件進行計數(shù)。 ( 4) 4 個 8 位并行輸入輸出接口 I/O 口 4 個 8 位并行輸入輸出接口 P0 口、 P1口、 P2口和 P3 口(共 32 根線),用于并行輸入和輸出數(shù)據(jù)。 ( 3) 21 個特殊功能寄存器 特殊功能寄存器反映了單片機的工作狀態(tài),它和單片機 CPU 芯片的引腳和內(nèi)部功能的控制有關(guān),實際上是狀態(tài)字和控制字寄存器,是一個具有特殊功能的片內(nèi)
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