陳振潘 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、姓名-學(xué)號(hào)成績(jī)分組序號(hào)同組人員（簽名）本人貢獻(xiàn)排名指導(dǎo)教師（簽名）本課程設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能：1. 設(shè)置有正轉(zhuǎn)按鍵、反轉(zhuǎn)按鍵、加速按鍵、減速按鍵；2. 顯示馬達(dá)的運(yùn)行狀態(tài)（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止），顯示轉(zhuǎn)速；3. 測(cè)量馬達(dá)的反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)；4. 測(cè)量馬達(dá)的力矩系數(shù)；5. 創(chuàng)建馬達(dá)的數(shù)學(xué)模型；6. 實(shí)現(xiàn)比例控制；7. 實(shí)現(xiàn)比例積分控制；摘 要 本課程設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)了一個(gè)以單片機(jī)為控制核心的直流電機(jī)控制系統(tǒng)。采用PWM 控制電機(jī)，提高了調(diào)速范圍，精度，改善了快速性能、功率和功率因數(shù)。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中被控對(duì)象采用 的直流電機(jī)，以 12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，采用 LCD12864 液晶作為顯示元件，進(jìn)行軟硬

2、件的設(shè)計(jì)。，主要設(shè)計(jì)了液晶顯示電路、鍵盤(pán)控制電路、復(fù)位電路、測(cè)速電路和驅(qū)動(dòng)電路。軟件設(shè)計(jì)在 Keil 開(kāi)發(fā)平臺(tái)用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，程序采用模塊化設(shè)計(jì)方案，包括液初始化程序、液晶顯示程序、鍵盤(pán)控制程序、電機(jī)控制程序等。本系統(tǒng) PWM 控制直流電機(jī)采用調(diào)壓調(diào)速的方法通過(guò)利用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 控制信號(hào)控制直流電機(jī)，詳細(xì)介紹脈寬調(diào)制 ( PWM) 控 制原理，直流電機(jī)的工作原理和數(shù)學(xué)模型以及用 H型橋電路基本原理設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路。 通過(guò)硬件電路的模擬情況，說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行正常，各個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)是可行的，控制精度比較高，能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)的基本要求。關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；PWM；直流電機(jī) 目錄1. 直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

3、的設(shè)計(jì)任務(wù)11.1. 任務(wù)總述11.2. 設(shè)計(jì)任務(wù)12. 總體方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)12.1. 總體方案設(shè)計(jì)13. 硬件設(shè)計(jì)23.1. 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)23.2. STC12最小系統(tǒng)23.3. 直流電機(jī)基本工作原理53.4. L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊83.5. 12864液晶顯示模塊113.6. 測(cè)速模塊134. 軟件設(shè)計(jì)154.1. 主程序154.2. 初始化模塊程序設(shè)計(jì)154.3. 測(cè)速模塊程序設(shè)計(jì)164.4. 電機(jī)控制模塊程序設(shè)計(jì)184.5. PWM程序設(shè)計(jì)204.6. 菜單程序設(shè)計(jì)204.7. 按鍵程序設(shè)計(jì)235. 直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立246. 數(shù)據(jù)處理與調(diào)速數(shù)據(jù)286.1. 電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)系

4、數(shù)286.2. 電機(jī)的力矩系數(shù)296.3. 比例調(diào)速數(shù)據(jù)296.4. PID調(diào)速數(shù)據(jù)297. 系統(tǒng)調(diào)試307.1. 硬件調(diào)試307.2. 軟件調(diào)試308. 心得體會(huì)309. 參考文獻(xiàn)3210. 致 謝3311. 附錄：部分程序341. 直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)1.1. 任務(wù)總述本課題主要目的是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)出一個(gè)直流電機(jī)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制單元，通過(guò)與12864液晶顯示模塊、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤(pán)掃描模塊、測(cè)速模塊、PWM調(diào)節(jié)模塊、電機(jī)控制模塊等組成一個(gè)直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、加減速、比例控制調(diào)速和PID控制調(diào)速等功能

5、。通過(guò)比例控制、與PID控制，本系統(tǒng)能比較精確地控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。1.2. 設(shè)計(jì)任務(wù)1.設(shè)置有正轉(zhuǎn)按鍵、反轉(zhuǎn)按鍵、加速按鍵、減速按鍵；2.顯示馬達(dá)的運(yùn)行狀態(tài)（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止），顯示轉(zhuǎn)速；3.測(cè)量馬達(dá)的反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)；4.測(cè)量馬達(dá)的力矩系數(shù)；5.創(chuàng)建馬達(dá)的數(shù)學(xué)模型；6.實(shí)現(xiàn)比例控制；7.實(shí)現(xiàn)比例積分控制；8.緩存馬達(dá)動(dòng)態(tài)過(guò)程運(yùn)行數(shù)據(jù)，并上傳到PC機(jī)繪出動(dòng)態(tài)過(guò)程 曲線(xiàn)。2. 總體方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1. 總體方案設(shè)計(jì)直流電機(jī)調(diào)速控制采用脈寬調(diào)制(pulse width modulation，簡(jiǎn)稱(chēng)PWM)。因?yàn)樵撜{(diào)速方法具有開(kāi)關(guān)頻率高、低速運(yùn)行穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良、效率高等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是這種調(diào)速方式

6、很容易在單片機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，硬件比較簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快，精度高。使用H型全橋式驅(qū)動(dòng)電路為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。這種驅(qū)動(dòng)電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。用測(cè)速碼盤(pán)編碼器對(duì)直流電機(jī)的進(jìn)行測(cè)速，并將速度顯示在液晶顯示器上，同時(shí)將轉(zhuǎn)速反饋給單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。設(shè)置功能鍵盤(pán)，可通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定以及調(diào)節(jié)控制。3. 硬件設(shè)計(jì)3.1. 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖如下所示：顯示器單片機(jī)核心H橋隔離直流馬達(dá)測(cè)速碼盤(pán)編碼器脈沖鍵盤(pán)和開(kāi)關(guān)電源12864液晶STC12C52A圖3-1 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2. STC12最小系統(tǒng)(1) STC

7、12C5A60S2芯片STC12C5A60S2不但和8051指令、管腳完全兼容，而且速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S)，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合，其片內(nèi)的具有大容量程序存儲(chǔ)器60K FLASH ROM，用戶(hù)可以用電的方式瞬間擦除、改寫(xiě)。STC系列單片機(jī)支持串口程序燒寫(xiě)，對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。以下是STC12C5A60S2的功能：1) 增強(qiáng)型8051CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；2) 工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V-3.3V（5V單片機(jī)）STC12L

8、E5A60S2系列工作電壓：3.6V-2.2V（3V單片機(jī)）；3) 工作頻率范圍：0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的0420MHz；4) 用戶(hù)用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)；5) 片上集成1280字節(jié)RAM；6) 通用I/O口（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口），可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi)漏，每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò)55Ma；7) ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器可通過(guò)串口（P

9、3.0/P3.1）直接下載用戶(hù)程序，數(shù)秒即可完成一片；8) 有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無(wú)內(nèi)部EEPROM)；9) 看門(mén)狗；10) 內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）；11) 外部掉電檢測(cè)電路：在P4.6口有一個(gè)低壓門(mén)檻比較器，5V單片機(jī)為1.32V，誤差為+/-5%，3.3V單片機(jī)為1.30V，誤差為+/-3%；12) 時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為+/-5%到+/-10%以?xún)?nèi))1用戶(hù)在下載用戶(hù)程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘，常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片

10、機(jī)為：11MHz15.5MHz，3.3V單片機(jī)為：8MHz12MHz，精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)；13) 共4個(gè)16位定時(shí)器，兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí)器T0和T1，沒(méi)有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器；14) 2個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時(shí)鐘；15) 外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，PowerDown模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.

11、2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3(也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2)，CCP1/P1.4(也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3)；16）PWM(2路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路）也可用來(lái)當(dāng)2路D/A使用 也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器 也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持)；17） A/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬(wàn)次)；18） 通用全雙工異步串行口(UART)，由STC12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口；19） STC12C5A60S2系列有雙串

12、口，后綴有S2標(biāo)志 的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2)， TxD2/P1.3(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3)；20） 工作溫度范圍：-40 - +85(工業(yè)級(jí)) / 0 - 75 (商 業(yè)級(jí))21.封裝：PDIP-40，LQFP-44，LQFP-48 I/O口不夠時(shí)，可用2到3根普通I/O口線(xiàn)外接74HC164/165/595（均可級(jí)聯(lián)）來(lái)擴(kuò)展I/O口，還可用A/D做按鍵掃描來(lái)節(jié)省I/O口，或用雙CPU，三線(xiàn)通信，還多了串口。圖3-2 12C5A60S2芯片（2） 復(fù)位電路單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自

13、動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開(kāi)關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位電路結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。圖3-3 復(fù)位電路接線(xiàn)圖（3） 系統(tǒng)時(shí)鐘電路單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，系統(tǒng)時(shí)鐘電路結(jié)構(gòu)如圖所示，可以根據(jù)情況選擇6MHz、8MHz或12MHz等頻率的石英晶體，本系統(tǒng)采用12MHz的晶振。補(bǔ)償電容通常選擇20-30pF左右的瓷片電容。 （4）最小系統(tǒng)原理圖圖 3-4 最小系統(tǒng)原理圖3.3. 直流電機(jī)基本工作原理 （1）直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖3-5：圖3-5

14、 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) （2）直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)特性1)感應(yīng)電勢(shì)E （3-1）式中: -電動(dòng)勢(shì)(V); 一對(duì)磁極的磁通(Wb);-電樞轉(zhuǎn)速(r/min); -與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù).2)電磁轉(zhuǎn)矩T （3-2）式中:-電磁轉(zhuǎn)矩(Nm); 一對(duì)磁極的磁通(Wb);-電樞電流(A); -與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù).3)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓平衡方程式 （3-3）為電樞電阻4)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般表達(dá)式 （3-4） （3） 直流電機(jī)的機(jī)械特性曲線(xiàn)直流電機(jī)的機(jī)械特性曲線(xiàn)如下圖3-6所示：TNTn 0nN圖3-6 直流電機(jī)的機(jī)械特性曲線(xiàn)轉(zhuǎn)速下降的原因：電機(jī)帶負(fù)載勻速運(yùn)行時(shí)，TeTL，若負(fù)載TL增加，則電機(jī)的輸出電磁轉(zhuǎn)距Te也

15、要隨之增加，也即電樞電流Ia增大。那么電樞繞組的內(nèi)阻所消耗的壓降IaRa增加，所以轉(zhuǎn)速n下降。 （3-5） （4）永磁直流電機(jī)調(diào)速調(diào)壓調(diào)速通：過(guò)改變輸入電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速，如圖3-3所示。n 0n 1n 2n 3UNU1U2U3UN U1 U2 U3UNn圖3-7降壓調(diào)速原理3.4. L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 （1）H型全橋式驅(qū)動(dòng)電路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用最廣泛的就是H型全橋式驅(qū)動(dòng)電路，這種驅(qū)動(dòng)電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。它的基本原理圖如圖所示。MNET1NET0NET0NET1V3V1V4V2VCC圖3-8 H型橋式驅(qū)動(dòng)電路 H型全橋式驅(qū)動(dòng)電路的4只

16、三極管都工作在斬波狀態(tài)，V1、V4為一組，V2、V3為另一組，兩組的狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通則另一組必須關(guān)斷。當(dāng)V1、V4導(dǎo)通時(shí)，V2、V3關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng)；當(dāng)V2、V3導(dǎo)通時(shí)，V1、V4關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動(dòng)。在直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，我們要不斷地使電機(jī)在四個(gè)象限之間切換，即在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間切換，也就是在V1、V4導(dǎo)通且V2、V3關(guān)斷，到V1、V4關(guān)斷且V2、V3導(dǎo)通，這兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在這種情況下，理論上要求兩組控制信號(hào)完全互補(bǔ)，但是，由于實(shí)際的開(kāi)關(guān)器件都存在開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，絕對(duì)的互補(bǔ)控制邏輯必然導(dǎo)致上下橋臂直通短路，比如在上橋臂關(guān)斷的

17、過(guò)程中，下橋臂導(dǎo)通了。為了避免直通短路且保證各個(gè)開(kāi)關(guān)管動(dòng)作之間的同步性，兩組控制信號(hào)在理論上要求互為倒相的邏輯關(guān)系，而實(shí)際上卻必須相差一個(gè)足夠的死區(qū)時(shí)間，這個(gè)矯正過(guò)程既可以通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)，即在上下橋臂的兩組控制信號(hào)之間增加延時(shí)。圖3-9 L298N芯片邏輯結(jié)構(gòu)引腳說(shuō)明見(jiàn)表3-1：表3-1 MW.15NameFunction1;15Sense A; Sense B在這個(gè)引腳和低之間可以接感應(yīng)電阻用于控制負(fù)載電流2;3Out 1; Out 2A橋的輸出端口；流經(jīng)這兩個(gè)端子連接的負(fù)載電流在端子1被檢測(cè)4VS用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的功率輸出電源電壓。在這個(gè)引腳和地之間必須接一個(gè)100nf的無(wú)極性電容5;7Inpu

18、t 1; Input 2A橋TTL輸入端6;11Enable A; EnableBTTL使能輸入端：低電平使橋A或橋B無(wú)效8GND地9VSS邏輯模塊的電源供應(yīng)。引腳與地間必須接一個(gè)100nF的電容10; 12Input 3; Input 4B橋TTL輸入端13; 14Out 3; Out 4B橋的輸出；流經(jīng)這兩個(gè)端子連接的負(fù)載電流在端子15被檢測(cè)極限參數(shù)： 表3-2Vs：功率電源50VVss：邏輯電源電壓7VVi、Ven：輸入和使能電壓-0.37VIo：最大輸出電流（每個(gè)通道）無(wú)重復(fù)重復(fù)直流操作3A2.5A2AVsens：感應(yīng)電壓-12.3VPtot：總的功率耗散（溫度達(dá)到75度）25WTop

19、：結(jié)操作溫度-25130度Tstg、Ti:儲(chǔ)存和結(jié)溫度-40150度芯片引腳圖如圖3-10所示:圖3-10 L298N芯片引腳功能圖3-11 L298N芯片引腳接線(xiàn)圖3.5. 12864液晶顯示模塊（1）芯片介紹LCD12864液晶顯示器如下圖所示：圖3-12 LCD12864液晶顯示器引腳功能：LCD12864及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器的引腳功能如下：表 3-3 LCD12864及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器的引腳功能引腳符號(hào)狀態(tài)引腳名稱(chēng)功能CS1，CS2，CS3輸入芯片片選段CS1和CS2低電平選通，CS3高電平選通E輸入讀寫(xiě)時(shí)能端在E下降沿，數(shù)據(jù)被鎖存（寫(xiě)）入LCD12864及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器；在E高電平期

20、間，數(shù)據(jù)被讀出R/W輸入讀寫(xiě)選擇信號(hào)R/W=1，為讀選通，R/W=0，為寫(xiě)選通，D/I輸入數(shù)據(jù)、指令選擇信號(hào)D/I=1為數(shù)據(jù)操作D/I=0為寫(xiě)指令或讀狀態(tài)DB0DB7三態(tài)數(shù)據(jù)總線(xiàn)RST輸入復(fù)位信號(hào)復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，關(guān)閉液晶顯示，使顯示起始行為0。RST可跟MPU相連，由MPU控制；也可直接接Vcc，使之不起作用。 （2）原理圖LCD12864接線(xiàn)原理圖如下：圖3-13 LCD12864接線(xiàn)圖3.6. 測(cè)速模塊 本系統(tǒng)采用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)測(cè)速，通過(guò)兩個(gè)對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)之間的距離，以及測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體通過(guò)兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)的次數(shù)，然后做除法而得到其平均速度的測(cè)速方法。當(dāng)無(wú)遮擋對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)時(shí)，紅外對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)的

21、接收端輸出高電平信號(hào)，當(dāng)有物體經(jīng)過(guò)無(wú)遮擋時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)的接收端輸出低電平信號(hào)。其工作原理圖如圖所示。圖3-14光電開(kāi)關(guān)工作原理圖 由于光電開(kāi)關(guān)輸出的電壓太低，本系統(tǒng)采用了8050三極管放大電路對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大。電路圖如圖所示。圖3-15 測(cè)速電路接線(xiàn)圖4. 軟件設(shè)計(jì)4.1. 主程序圖4-1 主程序流程圖4.2. 初始化模塊程序設(shè)計(jì)初始化模塊主要是將程序中要進(jìn)行初始化的各個(gè)子程序模塊進(jìn)行初始化，以便它們能正常工作，本系統(tǒng)中對(duì)測(cè)速模塊、PWM輸出模塊和液晶顯示模塊進(jìn)行了初始化，其子流程圖如圖4-2所示。圖4-2 初始化模塊流程圖圖4-3 初始化模塊子程序4.3. 測(cè)速模塊程序設(shè)計(jì)測(cè)速模塊中主

22、要用到定時(shí)器T0和計(jì)數(shù)器T1來(lái)輔助測(cè)速，當(dāng)定時(shí)器T0定時(shí)1秒鐘后，用公式：電機(jī)轉(zhuǎn)速=（T1計(jì)數(shù)數(shù)值/每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)）*60 對(duì)計(jì)數(shù)器T1里面的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而得到電機(jī)的每分鐘的轉(zhuǎn)速，其流程圖如圖4-2所示。圖4-2 測(cè)速模塊流程圖其程序如下：（1） 定時(shí)器計(jì)數(shù)器初始化 void measure_speed_init()TMOD=0x51;TH0=(65536-46080)/256;TL0=(65536-46080)%256;TH1=0;TL1=0;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1; （2） 測(cè)速函數(shù)，每分鐘轉(zhuǎn)速 void measure_speed() if(minute

23、_flag=1)TR1=0;minute_flag=0;TL1=0; TH1=0;TR1=1;（3） T0定時(shí)中斷服務(wù)程序void timer0() interrupt 1 using 1TH0=(65536-46080)/256;TL0=(65536-46080)%256;timer0_num+;if(timer0_num=20)motor_speed=(TH1*256+TL1)/41.0)*60.0;TL1=0; TH1=0;timer0_num=0; 4.4. 電機(jī)控制模塊程序設(shè)計(jì)電機(jī)控制模塊主要判斷電機(jī)狀態(tài)是否有變化，如果有變化則更新電機(jī)的狀態(tài)，其流程圖與程序如下所示。圖4-3 電機(jī)控

24、制模塊流程圖圖4-4 電機(jī)控制模塊子程序4.5. PWM程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用STC12C5A芯片自帶的PWM模塊對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。單片機(jī)產(chǎn)生PWM的程序如下：sfr CCON=0xD8; /PCA控制寄存器sbit CCF0=CCON0; /PCA module-0中斷標(biāo)志sbit CCF1=CCON1; /PCA module-1 interrupt flagsbit CR= CCON6; /PCA定時(shí)器運(yùn)行控制位sbit CF=CCON7; /PCA timer overflow flagsfr CMOD=0xD9; /PCA mode registersfr CL=0xE9; /P

25、CA base timer LOWsfr CH=0xF9; /PCA base timer HIGHsfr CCAPM0=0xDA; /PCA module-0 mode registersfr CCAPM1=0xDB; /PCA module-1 mode registersfr PCAPWM0=0xf2;sfr PCAPWM1=0xf3;void pwm_init() CCON = 0;/Initial PCA control register CL = 0;/Reset PCA base timer CH = 0; CMOD = 0x00; /時(shí)鐘源輸入 系統(tǒng)時(shí)鐘/2 CCAP0H =

26、CCAP0L = 0xff;/開(kāi)通端口輸出占空比為0%的方波 CCAPM0 = 0x42;/PCA module-0工作在8位PWM模式?jīng)]有PCA中斷 CCAP1H = CCAP1L = 0xff; CCAPM1 = 0x42;/PCA module-0 CR = 1;/PCA定時(shí)器啟動(dòng)運(yùn)行4.6. 菜單程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)提供多個(gè)菜單可供選擇，方便使用者對(duì)直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制。提供的菜單有：1） 基本菜單：通過(guò)按鍵能實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止?fàn)顟B(tài)的設(shè)定，顯示電機(jī)當(dāng)前檔位和轉(zhuǎn)速。2） 比例控制菜單：通過(guò)按鍵能對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，并顯示電機(jī)經(jīng)比例控制后的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，與設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行對(duì)比。3） PI

27、D控制菜單：通過(guò)按鍵能對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，并顯示電機(jī)經(jīng)PID控制后的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，與設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行對(duì)比。菜單程序如下：#includeMENU.h#includeMEASURE_SPEED.h#includeLCD12864.h#includeL298n.h#includeKEYSCAN.hunsigned char code table=0123456789;unsigned char display_motor_speed= ;unsigned char code san=0xc8,0xfd;unsigned char code zheng=0xd5,0xfd;unsigned char co

28、de motor_state10=電機(jī),一檔,檔轉(zhuǎn),檔轉(zhuǎn),一檔,二檔,三檔;/ ,調(diào)節(jié)日期,調(diào)節(jié)小時(shí),調(diào)節(jié)分鐘,調(diào)節(jié)秒數(shù)void main_menu()switch(flag1)case 0: menu0();break;case 1: menu1();break;case 2: menu2();break;void menu0() DisplayTextLCD12864(0,0,=電機(jī)監(jiān)控=);switch(flag2)case 0:DisplayTextLCD12864(0,2, );DisplayTextLCD12864(0,3, );DisplayTextLCD12864(0,1,);

29、break;case 1:DisplayTextLCD12864(0,1, );DisplayTextLCD12864(0,3, );DisplayTextLCD12864(0,2,);break;case 2:DisplayTextLCD12864(0,1, );DisplayTextLCD12864(0,2, );DisplayTextLCD12864(0,3,); break;DisplayTextLCD12864(1,1,狀態(tài)：);switch(flag3)case 0:DisplayTextLCD12864(4,1,停止);break;case 1:DisplayTextLCD128

30、64(4,1,+ 轉(zhuǎn));break;case 2:DisplayTextLCD12864(4,1,反轉(zhuǎn));break;DisplayTextLCD12864(1,2,檔速：);switch(stall_flag)case 0:DisplayTextLCD12864(4,2,0 檔);break;case 1:DisplayTextLCD12864(4,2,1 檔);break;case 2:DisplayTextLCD12864(4,2,2 檔);break;case 3:DisplayTextLCD12864(4,2,3 檔);break;DisplayTextLCD12864(1,3,轉(zhuǎn)速

31、：);getdisplaymotor_speed();DisplayTextLCD12864(4,3,display_motor_speed);4.7. 按鍵程序設(shè)計(jì)按鍵驅(qū)動(dòng)函數(shù)放置于主函數(shù)的while大循環(huán)中，實(shí)現(xiàn)按鍵的實(shí)時(shí)檢測(cè)。void matrix_key(void) /按鍵檢測(cè)子程序if(key1=0)while(!key1);flagkey1=1;while(!key1);if(key2=0)while(!key2);flagkey2=1;while(!key2);if(key3=0)while(!key3);flagkey3=1;while(!key3);if(key4=0)whi

32、le(!key4);flagkey4=1;while(!key1);if(key5=0)while(!key5);flagkey5=1;while(!key5);if(key6=0)while(!key6);flagkey6=1;while(!key6); 5. 直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立轉(zhuǎn)速反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的功率主電路是電力電子變換器和直流電動(dòng)機(jī)，其中PWM控制器和變換器的近似傳遞函數(shù)如下：（5-1）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在額定勵(lì)磁下的等效電路如下：圖5-1假定主電路電流連續(xù)，動(dòng)態(tài)電壓方程為：（5-2）忽略粘性摩擦及彈性轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)軸上的動(dòng)力學(xué)方程式為（5-3）式中 包括電動(dòng)機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；

33、電力拖動(dòng)裝置折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量；額定勵(lì)磁下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩分別為 （5-4） （5-5）式中 電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)（）， （5-5）再定義下列時(shí)間常數(shù)： 電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)（s）， ； （5-6） 電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)（s）， （5-7）代入（5-2）和（5-3）式中，并考慮到（5-4）和（5-5）式，整理得 （5-8） （5-9）式中 負(fù)載電流（A）， （5-10）在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉普拉斯變換，得到電壓和電流間的傳遞函數(shù)為 （5-11）動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為圖 5-2電流與電動(dòng)勢(shì)間的傳遞函數(shù)為 （5-12）動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為 圖5-3將圖 （5-2）和圖（5-3）合并，

34、考慮到 ，即得額定勵(lì)磁下的直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖 5-4將擾動(dòng)量 的綜合點(diǎn)移前，進(jìn)行等效變換，得直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的變換圖5-5考慮到系統(tǒng)中的比例放大器和測(cè)速反饋環(huán)節(jié)，它們的響應(yīng)都可以認(rèn)為是瞬時(shí)的，因此它們的傳遞函數(shù)如下放大器： （5-13）測(cè)速反饋： （5-14）綜合上面，可得轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下圖5-6其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)是 （5-15）設(shè) =0，從給定輸入作用上看，閉環(huán)傳遞函數(shù)是（5-16）6. 數(shù)據(jù)處理與調(diào)速數(shù)據(jù)6.1. 電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)表6-1 電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)電機(jī)電壓（V）空載電流（mA）轉(zhuǎn)速（R/min）560160012804300241208

35、600反電動(dòng)勢(shì) （6-1）直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓平衡方程式 （6-2）綜合（6-1）（6-2）代入數(shù)據(jù)可得出反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)：=電機(jī)內(nèi)阻： 6.2. 電機(jī)的力矩系數(shù)由公式： （6-3）可計(jì)算出電機(jī)的力矩系數(shù) 6.3. 比例調(diào)速數(shù)據(jù)設(shè)置轉(zhuǎn)速：1000R/MIN時(shí)間/S123456轉(zhuǎn)速/R/MIN1134958100510031006992時(shí)間/S789101112轉(zhuǎn)速/R/MIN9951003100499899710026.4. PID調(diào)速數(shù)據(jù)設(shè)置轉(zhuǎn)速：1000R/MIN時(shí)間/S123456轉(zhuǎn)速/R/MIN112096510509751010991時(shí)間/S789101112轉(zhuǎn)速/R/MIN9939951

36、00610039979967. 系統(tǒng)調(diào)試7.1. 硬件調(diào)試（1）不接電源，仔細(xì)檢查各輸入/輸出點(diǎn)是否接好接牢，地線(xiàn)是否接好；（2）用萬(wàn)用表檢查實(shí)驗(yàn)板線(xiàn)路有沒(méi)短路、開(kāi)路、反接等現(xiàn)象。（3）接通電源，按動(dòng)各個(gè)功能按鈕，檢查各個(gè)數(shù)碼管能否按照要求正常顯示；7.2. 軟件調(diào)試（1）先按照要求認(rèn)真程序，然后把程序下載到板上調(diào)試，直到符合設(shè)計(jì)要求。8. 心得體會(huì)通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到在開(kāi)始編程時(shí)，首先要把流程圖設(shè)計(jì)好，這樣才能思路清晰地把程序按步驟一步步設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)出來(lái)，并且使得出現(xiàn)各種錯(cuò)誤的幾率大大減小，也有利于之后的程序調(diào)試。經(jīng)過(guò)兩周的課程設(shè)計(jì)，有很多新的感受和體會(huì)。這次采用的STC12C5A60S2單片機(jī)，程序存儲(chǔ)空間達(dá)到了60KB，如此龐大的存儲(chǔ)空間給了我們?cè)诔绦蛏媳M情發(fā)揮的空間。所以這次液晶顯示屏采用了LCD12864，并為設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)潔易看的菜單下了一番功夫。 總得來(lái)說(shuō)吧，這次課程設(shè)計(jì)感覺(jué)是好的，因?yàn)槲沂且恢痹趭^斗，在學(xué)習(xí)，不管做出來(lái)的作品怎么樣，