计算机控制系统课程设计直流电机测速调速系统

XI`ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY课程名称直流电机测速调速实验专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：秦刚成绩：2016年7月11日西安工业大学课程设计（论文）用纸-1-计算机控制系统课程设计——直流电机测速调速系统一、选定题目：电机速度控制系统二、设计目的和要求：计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它不仅需要微型机控制理论、程序设计方面的基础知识，而且还需要具备一定的生产工艺知识。课程设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制软件的设计等，以便使学生掌握计算机控制系统设计的总体思路和方法。三、功能需求：1、基本功能：（1）该系统使用实验箱的直流电机、1602液晶、DA、键盘等模块完成设计；（2）直流电机通过DA模块使用PWM方式进行驱动及调速；（3）能够通过1602液晶显示当前转速及PWM占空比；（4）通过按键控制电机的启动和停止。2、扩展功能：（1）能够通过按键手动输入目标转速（转/秒），启动电机后控制电机稳定在目标转速；（2）使用1602液晶实时显示目标转速、当前转速及启停状态（on/off）。四、实验思路：本直流电机调速系统以单片机系统为依托，根据PWM调速的基本原理，控制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的调速，并通过单片机控制速度的变化。本设计的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制器自动对电机速度的有效控制。西安工业大学课程设计（论文）用纸-2-用51来产生PWM波就必须要用软件编程的方法来模拟。方法大概可以分为软件延时和定时器产生两种方法。本次课程设计我们采用定时器产生PWM方波。定时器产生PWM:这种方法利用了定时器溢出中断，在中断服务程序改变电平的高低，在程序较复杂、多操作时仍能输出较准确的pwm波形。五、实验设备：单片机开发实验仪一台；AT89C51；LCD1602；DA数模转换；按键；光电开关六、实验原理：1、硬件框图：硬件部分主要由电位器、模数转换模块、51单片机、显示模块、驱动电路和无刷直流电机组成。其功能框图如下：西安工业大学课程设计（论文）用纸-3-2、硬件介绍：1)1602液晶显示模块电路1602C字符型液晶：CS：片选信号，低电平有效；RS：选择读写的是指令或数据，L：指令，H：为数据。RW：读写控制端，L：写操作，H：读操作。12864J图形点阵液晶：CS：片选信号，低电平有效；CS1/2：左右半屏使能选择，H：左半屏，L：右半屏；RS：选择读写的是指令或数据，L：指令，H：为数据。RW：读写控制端，L：写操作，H：读操作。12864M图形点阵液晶：JP6的16脚是空脚，JP6的15脚是PSB：PSB接高电平，CPU与液晶使用并行接口连接，连接方法与12864J完全相同；PSB接低电平，CPU与液晶使用串行接口连接，此时，RS、RW、E与CPU的I/O管脚相连（STARES59PA才有该功能）。10KW2D0D1D2D3D4D5D6D7RSRW564U3B123U5AWRRD12JP9CSVSS1VDD2V03RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714LED+15LED-16JP61602CVCC10KR31470R4DS1(1602C字符型液晶)西安工业大学课程设计（论文）用纸-4-10KW2D0D1D2D3D4D5D6D7RSRW231U3A564U3B123U5AWRRD12JP9CSVSS1VDD2V03RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714CS115CS216RST17VOUT18LED+19LED-20JP612864JVCCCS1/210KR31470R4DS1（12864J图形点阵液晶）2）DAC0832数模转换VREF8RFB9DGND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416DI07CS1WR12AGND3DI34DI25DI16XFER17WR218ILE19VDD20U20DAC0832LCN1KW5510R780.1uFC3323647185U23LM741CN10KW64.7KR79-12VVCCD5+12V-12VOUTD0D1D2D3D4D5D6D7DS23470R71-12VWRCS1098C411U26CLM324NR150R151R162Q7C2655VCCOUT1R149CS：片选，低有效；OUT：转换电压输出；OUT1：经功放电路的电压输出；电位器W5：调整基准电压。西安工业大学课程设计（论文）用纸-5-3）发光管、按键、开关11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2006-7-4SheetofFile:F:\Inovation\..\Sheet1.SchDocDrawnBy:DS35DS36DS37DS38DS39DS40DS41DS4212345678JP6512JP63510R118510R117510R116510R115510R114510R113510R112510R111DS32470R107VCCLED1LED2LED3LED4JP65：发光管控制接口，0－灯亮，1－灯灭11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2006-7-4SheetofFile:F:\Inovation\..\Sheet1.SchDocDrawnBy:S29S30S31S32S33S34S35S3612345678JP7412345678910KR119VCC按键电路原理图西安工业大学课程设计（论文）用纸-6-11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2006-7-4SheetofFile:F:\Inovation\..\Sheet1.SchDocDrawnBy:12345678JP8012345678910KR124S21S22S23S24S25S26S27S28VCCK5K6K7K8开关电路原理图JP74：按键控制接口；按下－0信号，松开－1信号JP80：开关控制接口；闭合－0信号，断开－1信号4）AT89C51本课题中控制芯片的作用主要是与ADC0809相连接，采集模数转换后得到的8位二进制码，过公式计算后得到电压值，同时连接四位数码管进行显示。综合考虑，选用AT89C51即满足要求。简介：AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。西安工业大学课程设计（论文）用纸-7-AT89C51引脚图如下：主要特性：与MCS-51兼容·；4K字节可编程FLASH存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz；三级程序存储器锁定；128×8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路；直流电机转速测量/控制5）使用光电开关测速1122334455667788991010111112121313141415151616DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA0Date:2005-12-19SheetofFile:F:\Inovation\..\STAR.SCHDOCDrawnBy:8550Q44.7KR28VCCREV1234GP2S05OP1330R164.7KR2012JP4470R8DS4VCC12SN74LS14NU7A34SN74LS14NU7BM直流电机CTRLDS8DS9DS10330R19330R17330R18LIGHTCTRL：控制电压(DAC0832经功放电路提供)输入；REV：光电开关脉冲输出(用于转速测量)；LIGHT：低电平点亮发光管。西安工业大学课程设计（论文）用纸-8-3、软件设计主程序设计：主程序是一个循环程序，其主要思路是，先设定好速度初始值，这个初始值与测速电路送来的值相比较得到一个误差值，然后用PID增量式算法输出控制系数给PWM发生电路改变波形的占空比，进而控制电机的转速。主程序流程图如下：西安工业大学课程设计（论文）用纸-9-五、实验总结：计算机控制技术的课程设计相比硬件的课程设计，简直难了不止一个档次，作为主要的编程人员，当我实际要去控制一个物体的时候，我才知道自己以前学的知识有多么的不牢固，不过真真正正的去做一个实物控制程序的时候，才能真切的体会到以前书本上学的知识是如何运用到实际的，我基本上可以说是为了应付考试勉勉强强学了一些，这次实际做到项目设计后，才理解其真正的含义。还有本次项目，我们采用了LCD显示屏作为显示单元，比LED数码管复杂，LCD液晶显示屏这也是以前没有运用到过的，所以总体来说，这次课程设计带给我的不仅仅是旧知识的复习，还有新的探索。本课程设计得以完成，首先要感谢秦刚老师，因为课程设计在他的悉心指导下才能顺利完成。他渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范、朴实无华、平易近人的人格魅力对我的影响非常深远。本设计从选题到完成，每一部步是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。通过此次的课程设计，我学到了很多知识，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚，在课程设计的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传统学习模式下，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好地处理知识和实践相结合的问题。在课程设计的写作过程中也学到了做任何事情所要的态度和心态，对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。再次感谢给我鼓励的老师、同学和朋友，谢谢！！六、附件：程序#includereg52.h#includemath.h/*******************以下硬件连线设置**************/sbitkey0=P1^0;//占空比（设定值）增按键；且rev接int0西安工业大学课程设计（论文）用纸-10-sbitkey1=P1^1;//占空比（设定值）减按键sbitpower=P1^7;//启停按键sbitauto_run=P1^5;//自动运行按键sbitset=P1^4;//set按键sbitleft=P1^2;//左移光标sbitright=P1^3;//右移光标sbitLCD_RS=P3^0;//1602的RSsbitLCD_RW=P3^1;//1602的RWsbitsys_data=P3^4;//继电器控制脚，用于切换DA功率输出方向（电机or加热电阻）xdataunsignedchardac0832_addr_at_0xd000;//DA的地址xdataunsignedcharLCD_DATA_at_0x8000;//LCD1602的地址/*******************以下为系统的状态量设置**************/bitrps_triger=0;//转速（温度）刷新显示控制，1为需要刷新显示，0为不需要刷新显示bitscale_t