基于VC++的伺服電機(jī)速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、基于vc+的伺服電機(jī)速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)完成是基于visual c+6.0軟件下實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)控制界面的編程，并完成pid控制算法。該控制界面不僅簡潔實(shí)用，而且具有良好的人機(jī)交流部分。上位機(jī)控制界面所實(shí)現(xiàn)的功能有電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正傳、反轉(zhuǎn)、速度給定、實(shí)時(shí)曲線顯示等，在完成pid算法后同時(shí)下發(fā)pid調(diào)節(jié)后的pwm占空比，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制。在完成串口通訊編程本文采用mscomm控件實(shí)現(xiàn)pc機(jī)與單片機(jī)通訊，數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收采用統(tǒng)一通訊協(xié)議，這種方法不僅簡單，而且實(shí)用。本文采用單片機(jī)作為下位機(jī)來驗(yàn)證上位機(jī)控制功能的實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)作為下位機(jī)主要負(fù)責(zé)直流電機(jī)的各種參數(shù)數(shù)據(jù)的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過串行端

2、口把數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，pc機(jī)作為上位機(jī)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分析處理和顯示。關(guān)鍵詞：伺服電機(jī)；vc+；串口通訊；pwm調(diào)速；pid； the servo motor speed control system design based on vc+abstractthis designs core is under the software of visual c+6.0, realizes the servo motor control contact surface programming, and completes the pid control algorithm. this control

3、interface has not only succinct practical, but also has the good man-machine exchange part. the superior machine control interface realizes the function has the electrical machinerys start, electrical machinerys stop, electrical machinerys main story, electrical machinerys reverse, the speed value a

4、ssigns, curve demonstration and so on. after completing the pid algorithm simultaneously after-crops pid the adjustment the pwm current output.in completing serial port communication programming this article to use mscomm to control to realize pc machine and the monolithic integrated circuit communi

5、cation, the data transmission and the receive uses the unified communication protocol, in this method is not only simple but also practical. in this article uses the monolithic integrated circuit to confirm the superior machine control function as the lower position machine realization, monolithic i

6、ntegrated circuit as lower position machine primary cognizance direct current machines each kind of parameter data gathering and with a/d conversion. then through the serial port the data transmission for the superior machine, pc machine takes the superior machine primary cognizance data the analysi

7、s processing and the demonstration.key word: servo electrical machinery; vc+; serial port communication; pwm control speed; pid;目 錄摘 要iabstractii第一章 引言11.1 設(shè)計(jì)的目的11.2 設(shè)計(jì)的意義2第二章 電機(jī)調(diào)速32.1 直流伺服電機(jī)簡介32.2 直流伺服電機(jī)調(diào)速52.2.1 v-m調(diào)速系統(tǒng)52.2.2 pwm調(diào)速系統(tǒng)7第三章 gui設(shè)計(jì)103.1 主界面103.2 實(shí)時(shí)曲線123.3 按鈕圖標(biāo)的實(shí)現(xiàn)13第四章 串口通訊174.1 pc機(jī)與單片機(jī)通

8、信方式174.2 vc實(shí)現(xiàn)串口通訊的四種方式194.2.1 基于windows api通信函數(shù)194.2.2 利用端口函數(shù)直接操作214.2.3 基于mscomm控件224.2.4 基于cserial類234.2.5 四種實(shí)現(xiàn)方式的分析244.3 串口編程254.3.1 插入mscomm控件254.3.2 設(shè)置屬性254.3.3 設(shè)置串口264.3.4 數(shù)據(jù)類型的處理294.4 幀格式定義294.5 發(fā)送數(shù)據(jù)幀304.6 接收數(shù)據(jù)幀304.6.1 檢測接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)304.6.2 從接收緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)32第五章 pid算法335.1 pid算法簡介335.2 參數(shù)調(diào)整一般規(guī)則345.3 pid

9、算法在vc中的實(shí)現(xiàn)34結(jié) 論37參考文獻(xiàn)38附錄 程序40致 謝63第一章 引言在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域，有大量的生產(chǎn)機(jī)械要求在不同的場合，用不同的速度來進(jìn)行工作，以提高生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品的質(zhì)量，如機(jī)床、軋鋼機(jī)、造紙機(jī)、紡織機(jī)械等。在工程實(shí)踐中，有很多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。所以如何能充分發(fā)揮生產(chǎn)機(jī)械效能，提高生產(chǎn)率，是電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)首先要解決的問題。 1.1 設(shè)計(jì)的目的隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的采集與控制越來越被大家所重視，上位機(jī)提供良好的人機(jī)界面,使現(xiàn)場監(jiān)控更直接、簡潔可靠和穩(wěn)定。應(yīng)用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控，主要是通過上位機(jī)本身配

10、置的串行口，通過串行通訊技術(shù)，控制和管理若干以單片機(jī)。由于上位機(jī)界面的應(yīng)用給現(xiàn)場監(jiān)控提供的極大的方便，所以上位機(jī)控制界面的設(shè)計(jì)也成為工業(yè)控制的重點(diǎn)內(nèi)容。在visual c+6.0界面下完成上位機(jī)的編程具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢，當(dāng)vb成功推出后，microsoft又將c+包裝成為了面向windows的visual c+（以下簡稱vc）。從vc1.0到vc6.0，每一個(gè)版本的推出都激動(dòng)人心。vc借助傳統(tǒng)的c/c+的美名加上microsoft這個(gè)金字招牌，使廣大的程序員和專業(yè)編程人員紛紛投靠在vc的大旗下16。伺服系統(tǒng)在機(jī)械制造行業(yè)中用得最多最廣泛，各種高性能機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的速度控制運(yùn)動(dòng)軌跡控制、位置控制，

11、都是依靠各種伺服系統(tǒng)控制的。它們不僅能完成轉(zhuǎn)動(dòng)控制、直線運(yùn)動(dòng)控制，而且能依靠多套伺服系統(tǒng)的配合，完成復(fù)雜的空間曲線運(yùn)動(dòng)的控制，如仿型機(jī)床的控制、機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制等等。它們可以完成的運(yùn)動(dòng)控制精度高、速度快、遠(yuǎn)非一般人工操作所能達(dá)到。電動(dòng)機(jī)是伺服系統(tǒng)的重要執(zhí)行元件，又稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，其任務(wù)是將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，以帶動(dòng)控制對象。因此，對伺服系統(tǒng)的控制關(guān)鍵所在就是對伺服電機(jī)的控制。伺服電動(dòng)機(jī)一般分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)，對于直流伺服電機(jī)具有響應(yīng)快、低速平穩(wěn)性好、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，常用于實(shí)現(xiàn)精密調(diào)速和位置控制的隨動(dòng)系統(tǒng)中，在工業(yè)、國防和民用等領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用

12、13 。而對于交流伺服電機(jī)，雖然控制精度較高，但控制較復(fù)雜,驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場調(diào)整pid參數(shù)整定,需要更多的連線18。所以本文主要介紹直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。1.2 設(shè)計(jì)的意義工業(yè)控制領(lǐng)域，往往需要組成上位機(jī)下位機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)一般為pc機(jī)，下位機(jī)一般為單片機(jī)系統(tǒng)1。上位機(jī)主要完成數(shù)據(jù)的采集、顯示、以及數(shù)據(jù)的給定等隨著，單片機(jī)做為下位機(jī)本主要負(fù)責(zé)直流電機(jī)的各種參數(shù)數(shù)據(jù)的采集和和模數(shù)轉(zhuǎn)換。利用vc+編程上位機(jī)控制界面可以解決很多工業(yè)控制中出現(xiàn)的難題，傳統(tǒng)的上位機(jī)控制界面參數(shù)給定更改比較麻煩，需要浪費(fèi)大量時(shí)間從新更改程序。而vc+的上位機(jī)控制界面就很容易實(shí)現(xiàn)，只需對程序中設(shè)置的參數(shù)加以更換就可以，特

13、別是上位機(jī)一般都是計(jì)算機(jī)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的功能也越來越強(qiáng)大，很多復(fù)雜算法很容易實(shí)現(xiàn)，也為工業(yè)的中出現(xiàn)的復(fù)雜算法提供方便。在更變復(fù)雜算法時(shí)，由vc+編程上位機(jī)控制界面也十分方便。本文在完成控制伺服電機(jī)速度過程中介紹了pid算法的編程過程。第二章 電機(jī)調(diào)速2.1 直流伺服電機(jī)簡介直流伺服電機(jī)是將輸入的直流電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移或角速度信號(hào)的裝置。直流伺服電機(jī)具有良好的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速性能，可以再較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑無極的調(diào)速，因而適應(yīng)于調(diào)速性能較高的場合4。(1)直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)；定子。定子磁極磁場由定子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場的方式，直流伺服電動(dòng)機(jī)可分為永磁式和他激式。永磁式磁極由

14、永磁材料制成，他激式磁極由沖壓硅鋼片疊壓而成，外繞線圈通以直流電流便產(chǎn)生恒定磁場。轉(zhuǎn)子。又稱為電樞，由硅鋼片疊壓而成，表面嵌有線圈，通以直流電時(shí)，在定子磁場作用下產(chǎn)生帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。電刷與換向片。為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持恒定方向，轉(zhuǎn)子能沿固定方向均勻的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，電刷與外加直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相接。 (2)直流電機(jī)的分類；一般直流電機(jī)按結(jié)構(gòu)、用途、容量的大小等分類。但從運(yùn)行的觀點(diǎn)來看，按勵(lì)磁方式分類更用意義，因?yàn)槌松倭课⑿碗姍C(jī)的磁極是永磁鐵外，絕大多數(shù)電機(jī)的磁場都是在磁極繞組中通以直流電流而建立的。因此都是通常都是按勵(lì)磁繞組的連接方式(即按勵(lì)磁方式)對直流電機(jī)進(jìn)行分類。直流電

15、機(jī)按其勵(lì)磁繞組與電樞繞組連接方式的不同，可他勵(lì)；并勵(lì)；串勵(lì)；復(fù)勵(lì)等四種，如圖2.1圖2.1直流電機(jī)勵(lì)磁方式圖圖2.1(a)為他勵(lì)直流電機(jī)，其特點(diǎn)是勵(lì)磁繞組接在獨(dú)立大勵(lì)磁電源上，而與電樞的繞組無關(guān)，圖2.1(b)為并勵(lì)直流電機(jī)，其特點(diǎn)是勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，這種勵(lì)磁繞組的匝數(shù)較多，導(dǎo)線較細(xì)，圖2.1(c)為串勵(lì)直流電機(jī)，其特點(diǎn)是勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，電樞電流就是勵(lì)磁電流，勵(lì)磁繞組匝數(shù)少、導(dǎo)線較粗。圖2.1(d)為復(fù)勵(lì)直流電機(jī)，其特點(diǎn)是在主磁極上裝有兩套勵(lì)磁繞組，一套是與電樞繞組并聯(lián)時(shí)并勵(lì)繞組，另一套與電樞繞組串聯(lián)是串勵(lì)繞組20。(3)直流伺服電機(jī)工作原理；直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與一般直流電

16、動(dòng)機(jī)的工作原理是完全相同，如圖2.2所示。他激直流電機(jī)轉(zhuǎn)子上的載流導(dǎo)體（即電樞繞組），在定子磁場中受到電磁轉(zhuǎn)矩m的作用，使電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由直流電機(jī)的基本原理分析得到轉(zhuǎn)速值如2.1式所示： (2.1)n電樞的轉(zhuǎn)速，r/min；u電樞電壓；ia 電機(jī)電樞電流； ra電樞電阻； ke電勢系數(shù)（ke=ce）。 圖2.2直流電機(jī)原理圖2.2 直流伺服電機(jī)調(diào)速直流伺服電機(jī)的調(diào)速有三種方法：(1)改變電樞電壓u：由額定電壓向下調(diào)低，轉(zhuǎn)速也由額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)低，調(diào)速范圍大。(2)改變磁通量（即改變ke）：改變激磁回路的電阻可改變。由于激磁回路電感大，電氣時(shí)間常數(shù)大，調(diào)速快速性差，轉(zhuǎn)速只能由額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)高。(3

17、)在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻。轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，銅耗大，不經(jīng)濟(jì)。直流伺服電機(jī)通常采用調(diào)壓調(diào)速，通常改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法。改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓或者改變勵(lì)磁磁通，都需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種：(1)旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。(2)靜止可控整流器。用靜止的可控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產(chǎn)生可調(diào)的直流電壓。(3)直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。下面分別對各種可控直流電源以及由它

18、供電的直流調(diào)速系統(tǒng)作概括性介紹。2.2.1 v-m調(diào)速系統(tǒng)1957年，晶閘管問世，它是一種大功率半導(dǎo)體可控整流元件，俗稱可控硅整流元件，簡稱“可控硅”，20世紀(jì)60年代起就已生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置。晶閘管問世以后，變流技術(shù)出現(xiàn)了根本性的變革。目前，采用晶閘管整流供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（即晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡稱v-m系統(tǒng)，又稱靜止ward-leonard系統(tǒng)）已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。圖2.3所示是v-m系統(tǒng)的原理框圖，圖中v是晶閘管可控整流器，它可以是任意一種整流電路，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置gt的控制電壓來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，從而改變整流輸出電壓平均值，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。和旋轉(zhuǎn)變

19、流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流相比，晶閘管整流不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上顯示出很大的優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)大約在，控制功率小，有利于微電子技術(shù)引入到強(qiáng)電領(lǐng)域；在控制作用的快速性上也大大提高，有利于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能5。但是，晶閘管整流器也有它的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下方面：(1)晶閘管一般是單向?qū)щ娫?，晶閘管整流器的電流是不允許反向的，這給電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行造成困難。必須實(shí)現(xiàn)四象限可逆運(yùn)行時(shí)，只好采用開關(guān)切換或正、反兩組全控型整流電路，構(gòu)成v-m可逆調(diào)速系統(tǒng)，后者所用變流設(shè)備要增多一倍。(2)晶閘管元件對于過電壓、過電流以及過高的du/dt和di/dt十分敏感，其

20、中任一指標(biāo)超過允許值都可能在很短時(shí)間內(nèi)元件損壞，因此必須有可靠的保護(hù)裝置和符合要求的散熱條件，而且在選擇元件時(shí)還應(yīng)保留足夠的余量，以保證晶閘管裝置的可靠運(yùn)行。(3)晶閘管的控制原理決定了只能滯后觸發(fā)，因此，晶閘管可控制整流器對交流電源來說相當(dāng)于一個(gè)感性負(fù)載，吸取滯后的無功電流，因此功率因素低，特別是在深調(diào)速狀態(tài)，即系統(tǒng)在較低速運(yùn)行時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角很小，使得系統(tǒng)的功率因素很低，并產(chǎn)生較大的高次諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備。如果采用晶閘管整流裝置的調(diào)速系統(tǒng)在電網(wǎng)中所占容量比重較大，將造成所謂的“電力公害。為此，應(yīng)采取相應(yīng)的無功補(bǔ)償、濾波和高次諧波的抑制措施。(4)晶閘管整流

21、裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，而且脈波數(shù)總是有限的。如果主電路電感不是非常大，則輸出電流總存在連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，因而機(jī)械特性也有連續(xù)和斷續(xù)兩段，連續(xù)段特性比較硬，基本上還是直線；斷續(xù)段特性則很軟，而且呈現(xiàn)出顯著的非線性。圖2.3晶閘管電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖（v-m）2.2.2 pwm調(diào)速系統(tǒng)直流斬波器又稱直流調(diào)壓器，是利用開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過通、斷時(shí)間的變化來改變負(fù)載上的直流電壓平均值，將固定電壓的直流電源變成平均值可調(diào)的直流電源，亦稱直流直流變換器。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于地鐵、電力機(jī)車、城市無軌電車以及電瓶搬運(yùn)車等電力牽引設(shè)備的

22、變速拖動(dòng)中。圖2.4為直流斬波器的原理電路和輸出電壓波型，(a)圖中vt代表開關(guān)器件。當(dāng)開關(guān)vt接通時(shí)，電源電壓。加到電動(dòng)機(jī)上；當(dāng)vt斷開時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)電樞端電壓為零。如此反復(fù)，得電樞端電壓波形如圖2.4（b）所示。圖2.4 直流斬波器的原理圖這樣，電動(dòng)機(jī)電樞端電壓的平均值如式2.2所示： (2.2)式中，t開關(guān)器件的通斷周期； 輸出電壓平均值可以通過改變占空比k，即通過改變開關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)間來調(diào)節(jié)，常用的改變輸出平均電壓的調(diào)制方法有以下三種：(1)脈沖寬度調(diào)制（pulse width modulation，簡稱pwm）。開關(guān)器件的通斷周期t保持不變，只改變器件每次導(dǎo)通的

23、時(shí)間t，也就是脈沖周期不變，只改變脈沖的寬度，即定頻調(diào)寬。(2)脈沖頻率調(diào)制（pulse frequency modulation，簡稱pfw）。開關(guān)器件每次導(dǎo)通的時(shí)間t不變，只改變通斷周期t或開關(guān)頻率f，也就是只改變開關(guān)的關(guān)斷時(shí)間，即定寬調(diào)頻，稱為調(diào)頻。(3)兩點(diǎn)式控制。開關(guān)器件的通斷周期t和導(dǎo)通時(shí)間t均可變，即調(diào)寬調(diào)頻，亦可稱為混合調(diào)制。當(dāng)負(fù)載電流或電壓低于某一最小值時(shí)，使開關(guān)器件導(dǎo)通；當(dāng)電流或電壓高于某一最大值時(shí)，使開關(guān)器件關(guān)斷。導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間以及通斷周期都是不確定的。構(gòu)成直流斬波器的開關(guān)器件過去用得較多的是普通晶閘管和逆導(dǎo)晶閘管，它們本身沒有自關(guān)斷的能力，必須有附加的關(guān)斷電路，增加了

24、裝置的體積和復(fù)雜性，增加了損耗，而且由它們組成的斬波器開關(guān)頻率低，輸出電流脈動(dòng)較大，調(diào)速范圍有限。自20世紀(jì)70年代以來，電力電子器件迅速發(fā)展，研制并生產(chǎn)了多種既能控制其導(dǎo)通又能控制其關(guān)斷的全控型器件，如門極可關(guān)斷晶閘管（gto）、電力電子晶體管（gtr）、電力場效應(yīng)管（p-mosfet）、絕緣柵雙極型晶體管（igbt）等，這些全控型器件性能優(yōu)良，由它們構(gòu)成的脈寬調(diào)制直流調(diào)速系統(tǒng)（簡稱pwm調(diào)速系統(tǒng)）近年來在中小功率直流傳動(dòng)中得到了迅猛的發(fā)展，與v-m調(diào)速相比，pwm調(diào)速系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：采用全控型器件的pwm調(diào)速系統(tǒng)，其脈寬調(diào)制電路的開關(guān)頻率高，一般在幾khz，因此系統(tǒng)的頻帶寬，響應(yīng)速度快，動(dòng)

25、態(tài)抗擾能力強(qiáng)。由于開關(guān)頻率高，僅靠電動(dòng)機(jī)電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都較小。pwm系統(tǒng)中，主回路的電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，裝置效率高，而且對交流電網(wǎng)的影響小，沒有晶閘管整流器對電網(wǎng)的“污染”，功率因數(shù)高，效率高。主電路所需的功率元件少，線路簡單，控制方便。所以本文采用脈沖寬度調(diào)制的方法來調(diào)試電機(jī)的速度。脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱pwm變換器。pwm變換器有不可逆和可逆兩類，可逆變換器又有雙極式、單極式和受限單極式等多種電路， 本文采用不可逆pwm變換器，其原理

26、簡單容易實(shí)現(xiàn)19。第三章 gui設(shè)計(jì)3.1 主界面上位機(jī)界面主要完成pid試調(diào)、速度給定、速度顯示、曲線顯示等功能?？蓪?shí)現(xiàn)的軟件有vc、delphi、vb、cai、labview。本文是用visual c+6.0來完成上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)；如圖3.1所示：圖3.1 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制界面圖visual c+6.0作為可視化編程軟件具有獨(dú)特優(yōu)勢。是目前綜合性最高、最強(qiáng)大，也是最為復(fù)雜的windows 應(yīng)用程序開發(fā)軟件。visual c+是一個(gè)功能強(qiáng)大的可視化軟件開發(fā)工具。自1993年microsoft公司推出visual c+1.0后，隨著其新版本的不斷問世，visual c+已成為專業(yè)程序員進(jìn)行軟件開發(fā)

27、的首選工具。首先，要了解vc+6.0則必須先了解c/c+語言。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，c/c+語言相信一定無人不知、無人不曉。c語言最初主要用于unix系統(tǒng)，大多數(shù)unix系統(tǒng)的程序都是用c編寫的。借助早期unix系統(tǒng)的流行和c本身的優(yōu)秀品質(zhì)，c語言從此名揚(yáng)天下、威震四方。而后，伴隨著面向?qū)ο蟾拍畹奶岢龊蛻?yīng)用，形成了c+語言，att公司于1985年正式推出了c+1.0版，它是c語言面向?qū)ο蟮臄U(kuò)充。c+1.0增加了類和實(shí)例、單繼承、重載、虛函數(shù)、友員、內(nèi)聯(lián)等面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)機(jī)制。1989年推出的c+2.0版和1993年推出的c+3.0版分別增加了支持多繼承、保護(hù)接口、模板和異常等。c+被公認(rèn)為“最好的面

28、向?qū)ο蟮木幊陶Z言，是學(xué)習(xí)面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)人員較好的啟蒙語言。visual c+6.0不僅是一個(gè)c+編譯器，而且是一個(gè)基于windows操作系統(tǒng)的可視化集成開發(fā)環(huán)境。visual c+6.0由許多組件組成，包括編輯器、調(diào)試器以及程序向?qū)ppwizard、類向?qū)lass wizard等開發(fā)工具。 這些組件通過一個(gè)名為developer studio的組件集成為和諧的開發(fā)環(huán)境17。vc+是微軟公司開發(fā)的c+語言開發(fā)環(huán)境，vc的特點(diǎn)是微軟公司做了一個(gè)自己獨(dú)有的類庫mfc，里面封裝了絕大多數(shù)的api函數(shù)，使得windows程序的開發(fā)變的高效和易于理解，如果用api直接開發(fā)windows程序的話，將會(huì)

29、是一件非常煩瑣的工作，windows對資源的管理是非常嚴(yán)格的這與dos可直接用中斷處理程序和i/o指令操作硬件端口是截然相反的；所以這個(gè)mfc就是vc和其他公司出產(chǎn)的編譯器的最大區(qū)別了，當(dāng)然了別的公司也有自己封裝api的類庫比如delphi等，不過由于微軟公司掌握著windows內(nèi)核的全部秘密，所以他們的編譯器與其他公司的相比有其獨(dú)到的優(yōu)勢。主界面控件參數(shù)設(shè)置首先打開vc+6.0集成開發(fā)環(huán)境，選擇菜單項(xiàng)file/new，在出現(xiàn)的對話框中選中projects標(biāo)簽中的mfc appwizard(exe)，然后在project name框中填入mycomm(可根據(jù)需要命名)，之后點(diǎn)ok按鈕。在接著出

30、現(xiàn)的對話框中選中dialog based項(xiàng)，然后點(diǎn)next按鈕。以下的各對話框都按照缺省設(shè)置，這樣即可生成一個(gè)基于對話框的應(yīng)用程序。在資源編程器中會(huì)出現(xiàn)其對話框模板。在對話框中添加相應(yīng)應(yīng)用的控件，再對參數(shù)進(jìn)行屬性設(shè)置，如設(shè)置id，設(shè)置后的界面如圖3.2所示：圖3.2伺服電機(jī)控制界面圖3.2 實(shí)時(shí)曲線在伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制過程中，需要采集電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，并實(shí)時(shí)顯示到控制界面上，這樣可以輕松的觀察的速度曲線的實(shí)時(shí)變化。實(shí)現(xiàn)的方法為在工程中添加曲線資源，然后自dlg中添加代碼：getdlgitem(idc_oscope)-getwindowrect(rect) ;screentoclient(rect)

31、 ; /適應(yīng)picture控件的大小創(chuàng)建畫圖工具m_quxian.create(ws_visible | ws_child, rect, this) ;初始化畫圖工具 m_quxian.setrange(0, 200, 0) ; /設(shè)置縱坐標(biāo)以及小數(shù)位數(shù) m_quxian.setyunits(電機(jī)轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒) ; /設(shè)置y軸標(biāo)題 m_quxian.setxunits(時(shí)間軸) ; /設(shè)置x軸標(biāo)題 m_quxian.setbackgroundcolor(rgb(0, 0, 64) ; /背景色 m_quxian.setgridcolor(rgb(192, 192, 255) ; /坐標(biāo)顏色 m

32、_quxian.setplotcolor(rgb(255, 255, 255) ; / 曲線顏色當(dāng)串口調(diào)通后可以收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，便可以接收下位機(jī)的速度給定時(shí)，可以實(shí)時(shí)顯示速度曲線，如圖3.3所示。圖3.3速度曲線顯示圖3.3 按鈕圖標(biāo)的實(shí)現(xiàn)按鈕圖標(biāo)是通過cbuttonst這個(gè)類實(shí)現(xiàn)的，cbuttonst是目前最強(qiáng)大功能最全的cbutton派生類，cbuttonst類主要包括btnst.h、btnst.cpp、bcmenu.h和bcmenu.cpp四個(gè)文件，在vc+的workspace fileview中導(dǎo)入以上的四個(gè)文件之后，然后在sdtafx.h文件中添加合適的include語句，如#inclu

33、de btnst.h。下面介紹應(yīng)用cbuttonst可實(shí)現(xiàn)下面6種效果；(1)在按鈕上加入icon，使icon和文字同時(shí)顯示；假設(shè)按鈕id為idc_button1;添加成員變量 cbuttonstm_btn;添加icon資源，設(shè)其id設(shè)為idi_icon1;在oninitdialog函數(shù)中初始化按鈕；m_btn.subclassdlgitem(idc_button1,this); m_btn.seticon(idi_icon1);m_btn.setflat(false); 根據(jù)icon的大小調(diào)整按鈕的大小。(2)顯示平面按鈕;只需要在效果一的基礎(chǔ)上把m_btn.setflat(false);語

34、句去掉。(3)使按鈕上的圖標(biāo)可變；假設(shè)按鈕id為idc_button1; 添加成員變量cbuttonstm_btn; 添加兩個(gè)icon資源，id設(shè)為idi_icon1和idi_icon2;idi_icon1是普通狀態(tài)的圖標(biāo)，idi_icon2是按下時(shí)的圖標(biāo)； 在oninitdialog函數(shù)中初始化按鈕；m_btn.subclassdlgitem(idc_button1,this); m_btn.seticon(idi_icon2,idi_icon1)；(4)設(shè)置按鈕在不同狀態(tài)下的底色和文字顏色；假設(shè)按鈕id為idc_button1; 添加成員變量 cbuttonstm_btn; 添加icon資

35、源，設(shè)其id設(shè)為idi_icon1; 在oninitdialog函數(shù)中初始化按鈕;m_btn.subclassdlgitem(idc_button1,this); m_btn.seticon(idi_icon1);m_btn.setcolor(cbuttonst:btnst_color_bk_out, rgb(208,208,208); m_btn.setcolor(cbuttonst:btnst_color_bk_focus,rgb(208,208,208); m_btn.offsetcolor(cbuttonst:btnst_color_bk_in, 30);setcolor函數(shù)和offs

36、etcolor函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)表示按鈕的各個(gè)狀態(tài)，前景色就是文字的顏色，它們的取值表示：btnst_color_bk_in;/鼠標(biāo)放在按鈕內(nèi)時(shí)的背景色btnst_color_fg_in;/鼠標(biāo)放在按鈕內(nèi)時(shí)的前景色btnst_color_bk_out;/普通狀態(tài)時(shí)的背景色btnst_color_fg_out;/普通狀態(tài)時(shí)的前景色btnst_color_bk_focus;/按鈕被按下后的背景色btnst_color_fg_focus;/按鈕被按下后的前景色實(shí)例：演示程序中的4848 icon 按鈕、zip按鈕等。(5)設(shè)置圖標(biāo)和文字的位置;假設(shè)按鈕id為idc_button1;添加成員變量 cbu

37、ttonstm_btn;添加icon資源，id設(shè)為idi_icon1;在oninitdialog函數(shù)中初始化按鈕;m_btn.subclassdlgitem(idc_button1,this);m_btn.seticon(idi_icon1); m_btn.setalign(cbuttonst:st_align_vert);setalign函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)表示位置信息，缺省情況下，文字在圖標(biāo)右邊st_align_horiz; / 文字在右st_align_vert; /文字在下st_align_horiz_right; / 文字在左(6)根據(jù)icon的形狀設(shè)置按鈕的形狀;假設(shè)按鈕id為idc_

38、button1;添加成員變量 cbuttonstm_btn;添加icon資源，設(shè)其id設(shè)為idi_icon1;在oninitdialog函數(shù)中初始化按鈕;m_btn.subclassdlgitem(idc_button1,this); m_btn.seticon(idi_icon1); m_btn.drawborder(false); m_btn.setcolor(cbuttonst:btnst_color_bk_out, rgb(208,208,208); m_btn.setcolor(cbuttonst:btnst_color_bk_in, rgb(208,208,208); m_btn.

39、setcolor(cbuttonst:btnst_color_bk_focus, rgb(208,208,208);為達(dá)到最好效果，請根據(jù)icon的大小調(diào)整按鈕的大小。并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置背景顏色,請事先將按鈕的文字去掉。第四章 串口通訊4.1 pc機(jī)與單片機(jī)通信方式pc機(jī)與單片機(jī)通訊通常采用兩種方式:并行通信和串行通信。并行通信是指代發(fā)送的數(shù)據(jù)各位同時(shí)傳送，串行通信則是數(shù)據(jù)一位一位的按順序傳送。并行通信雖然傳輸效率高，由于所需硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜，不適于長距離通信，所以一般只適用于要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)。傳送速率較高的測控系統(tǒng)中，實(shí)用面較窄；相比之下，串行通信簡單易實(shí)現(xiàn)，傳輸距離較長，所以已被廣泛應(yīng)用于各種工控

40、系統(tǒng)中2。串行通行分為同步通行和異步通信2種方式。同步通信是指通過在每個(gè)數(shù)據(jù)塊開始時(shí)的同步字符來實(shí)現(xiàn)收/發(fā)雙方同步的一種數(shù)據(jù)傳送方法，常用于信息量大，速度要求高的場合；異步通信則規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的字符數(shù)據(jù)傳輸格式，即每一幀信息由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位組成3。由于有冗余位，所以傳送效率不高，常用于信息量不大，速度較低的場合。在計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)中，由于串行接口的標(biāo)準(zhǔn)化，一般采用異步串行通信方式，以提高其通用性。pc機(jī)與下位機(jī)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)通訊端口rs-232。目前rs-232是pc機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口，而對于單片機(jī)與pc機(jī)的串行通信,可以進(jìn)一步簡化接法,只需要三根線:rxd (

41、接收)、txd(發(fā)送)、gnd(信號(hào)地,收發(fā)雙方信號(hào)共地,即信號(hào)地線接在一起),這種接法俗稱零modem接法”。rs232傳送的是單端信號(hào),即取rxd及txd對gnd的電壓值為信號(hào)電平,電壓+5v+15v表示邏輯0,電壓-15v-5v表示邏輯1,稱之為eia電平。而單片機(jī)一般采用ttl和coms兼容電平,所以進(jìn)行機(jī)與單片機(jī)的串行通信時(shí),要進(jìn)行eia電平與ttl電平之間的轉(zhuǎn)換。實(shí)施起來很簡單,只要在機(jī)串口和單片機(jī)串口之間再接上一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片就可以了12?？墒褂孟鄳?yīng)的專用芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)化，如max23211。如圖4.1 圖4.1pc機(jī)與單片機(jī)連接圖rs232c是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（eia）于196

42、2年制定并于1968年最后一次修改而成的一種串行通信標(biāo)準(zhǔn),它既是一個(gè)物理接口標(biāo)準(zhǔn),也是一個(gè)電氣標(biāo)準(zhǔn)。rs232c接口采用25根線,實(shí)際使用時(shí),除去接到設(shè)備外殼的一根安全地線以外,真正用于異步串行通信的只有9根線(其余空著沒定義),也正是因?yàn)槿绱?pc機(jī)一般都具有一個(gè)或幾個(gè)針rs232c串行接口，分別稱為 com1 和 com2。(1)由于rs232接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)： 接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cttl 電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與ttl電路連接。 傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20kbps；因此在“南方的老樹51cpld開發(fā)

43、板”中，綜合程序波特率只能采用19200，也是這個(gè)原因。 接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。 傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上也只能用在50米左右10。(2)針對rs232接口的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，rs-485就是其中之一，它具有以下特點(diǎn)：rs-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（26） v表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（26）v表示。接口信號(hào)電平比rs-232降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與ttl電平兼容，可方便與ttl 電路連接。 rs-485的

44、數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10mbps 。rs-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。 rs-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上可達(dá) 3000米，另外rs-232接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器， 即單站能力。而rs-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的rs-485接口建立設(shè)備網(wǎng)絡(luò)6。4.2 vc實(shí)現(xiàn)串口通訊的四種方式4.2.1 基于windows api通信函數(shù)與通信有關(guān)的windows api函數(shù)共有26個(gè)，但主要有關(guān)的有createfile() 用 “comn”（n為串口號(hào)）作為文件名

45、就可以打開串口；readfile() 讀串口；writefile() 寫串口；closehandle() 關(guān)閉串口句柄。初始化時(shí)應(yīng)注意createfile()函數(shù)中串口共享方式應(yīng)設(shè)為0，串口為不可共享設(shè)備，其它與一般文件讀寫類似，以下給出api實(shí)現(xiàn)的源代碼。(1)發(fā)送例程聲明全局變handle m_hidcomdev；overlapped m_overlappedread;void cserialapiview:onsend() /發(fā)送數(shù)據(jù) char szmessage20 = “data”; dword dwbyteswritten; for (int i=0; isizeof(szmess

46、age); i+) writefile(m_hidcomdev,(lpstr)&szmessagei,1,&dwbyteswritten,&m_overlappedwrite); if (waitforsingleobject(m_overlapperwrite, hevent, 1000)dwbyteswritten = 0; else gentoverlappedresult(m_hidcomdev,&m_overlappedwrite,&dwbyteswritten, false); m_overlappedwrite. offset += dwbyteswritten; dwbytes

47、written+; (2)接收例程 dcb comdcb; /設(shè)備控制塊 handle hcom; hcom = createfile (com1,generic_read| generic_write,0, null,open_existing,file_attribute_normal,null); if (hcom=invalid_handle_value) afxmessagebox(無法打開串行口); else commtimeouts commtimeouts ; setcommmask(hcom, ev_rxchar ) ; setupcomm(hcom, 4096, 4096

48、) ; /設(shè)置收發(fā)緩沖區(qū)尺寸為4k purgecomm(hcom, purge_txabort| purge_rxabort | purge_txclear| purge_rxclear ) ; 清收發(fā)緩沖區(qū)；(3)以下初始化commtimeouts和設(shè)置超時(shí)參數(shù) ；commtimeouts.readintervaltimeout = 0ffffffff ; commtimeouts.readtotaltimeoutmultiplier = 0 ; commtimeouts.readtotaltimeoutconstant = 4000 ; commtimeouts.writetotaltim

49、eoutmultiplier = 0; commtimeouts.writetotaltimeoutconstant = 4000 ; setcommtimeouts(hcom, &commtimeouts ); /設(shè)置超時(shí)參數(shù) comdcb.dcblength = sizeof( dcb ) ; getcommstate( hcom, &comdcb ) ; /獲取當(dāng)前參數(shù) comdcb.baudrate =9600; /波特率 comdcb.bytesize = 8; /數(shù)據(jù)位 comdcb.parity = 0; /校驗(yàn) 04=no, odd, even, mark, space set

50、commstate(hcom, &comdcb ) ; (4)設(shè)置新的通信參數(shù)；dword dread,dreadnum; unsigned char buff 200; dread=readfile(hcom, buff, 100, &dreadnum, null); /接收100個(gè)字符， dreadnu為實(shí)際接收字節(jié)數(shù) ；4.2.2 利用端口函數(shù)直接操作 這種方式主要是采用兩個(gè)端口函數(shù)_inp(), _outp()實(shí)現(xiàn)對串口的讀寫，其中讀端口函數(shù)的原型為： int _inp(unsigned shot port) ；該函數(shù)從端口讀取一個(gè)字節(jié)，端口號(hào)為065535；寫端口的函數(shù)原型為： in

51、t _outp(unsigned shot port, int databyte) 該函數(shù)向指定端口寫入一個(gè)字節(jié)。 不同的計(jì)算機(jī)串口地址可能不一樣，通過向串口的控制及收發(fā)寄存器進(jìn)行讀寫，可以實(shí)現(xiàn)靈活的串口通信功能，一般涉及具體的硬件電路討論比較復(fù)雜。4.2.3 基于mscomm控件 mscomm控件，即microsoft communication control，是microsoft為簡化windows下串行通信編程而提供的activex控件。它提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通信命令的使用接口，利用它可以建立與串口的連接，并可以通過串口連接到其他通信設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器），發(fā)出命令，交換數(shù)據(jù)以及監(jiān)視和響應(yīng)串

52、行連接中發(fā)生的事件和錯(cuò)誤。mscomm控件可用于創(chuàng)建電話撥號(hào)程序、串口通信程序和功能完備的終端程序,mscomm控件提供了兩種處理通信的方式7。(1)事件驅(qū)動(dòng)方式。當(dāng)通信事件發(fā)生時(shí)，mscomm控件會(huì)觸發(fā)oncomm事件，調(diào)用者可以捕獲該事件，通過檢查其commevent屬性便可確認(rèn)發(fā)生的是哪種事件或錯(cuò)誤，從而進(jìn)行相應(yīng)的處理。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)及時(shí)、可靠性高。(2)查詢方式。在程序的每個(gè)關(guān)鍵功能之后，可以通過檢查commevent屬性的值來查詢事件和錯(cuò)誤。如果應(yīng)用程序較小，這種方法可能更可取。例如，如果寫一個(gè)簡單的電話撥號(hào)程序，則沒有必要每接收1個(gè)字符都產(chǎn)生事件，因?yàn)槲┮坏却邮盏淖址钦{(diào)制

53、解調(diào)器的確定響應(yīng)14。(3) mscomm 控件有很多重要的屬性, 其中常用的是如下幾個(gè):commport設(shè)置并返回通信口號(hào), 缺省值為com1, 可設(shè)置1 16 個(gè)。 setstrings設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位的字符串。其中波特率的范圍為300 19 200 b/s。 portopen設(shè)置并返回通信口的狀態(tài), 同時(shí)用來打開和關(guān)閉通信口。 inputlen決定每次input 讀入的字符個(gè)數(shù),缺省為0, 表示讀取接收緩沖區(qū)的全部內(nèi)容。 input讀入并清除接收緩沖區(qū)的字符。 inbuffercount返回接收緩沖區(qū)已接收的字符數(shù), 通過置0可清除接收緩沖區(qū)。 output將發(fā)

54、送的字符串或數(shù)組寫到發(fā)送緩沖區(qū)。 inputmode 定義input 屬性獲得數(shù)據(jù)的方式: 0 為文本; 1 為二進(jìn)制94.2.4 基于cserial類 cserial 是由mumega technologies公司提供的一個(gè)免費(fèi)的vc+類，可方便地實(shí)現(xiàn)串行通信。以下為該類定義的說明部分：class cserial public: cserial(); cserial(); bool open( int nport = 2, int nbaud = 9600 ); bool close( void ); int readdata( void *, int ); int senddata( co

55、nst char *, int ); int readdatawaiting( void ); bool isopened( void ) return( m_bopened ); protected: bool writecommbyte( unsigned char ); handle m_hidcomdev; overlapped m_overlappedread, m_overlappedwrite; bool m_bopened; (1)串行通信類cserial 成員函數(shù)簡介； cserial：cserial是類構(gòu)造函數(shù)，不帶參數(shù)，負(fù)責(zé)初始化所有類成員變量。 cserial: open這個(gè)成員函數(shù)打開通信端口。帶兩個(gè)參數(shù),第一個(gè)是埠號(hào)，有效值是1到4，第二個(gè)參數(shù)是波特率，返回一個(gè)布爾量。 cserial: close函數(shù)關(guān)閉通信端口。類析構(gòu)函數(shù)調(diào)用這個(gè)函數(shù)，所以可不用調(diào)用這個(gè)函數(shù)。 cserial: senddata函數(shù)把數(shù)據(jù)從一個(gè)緩沖區(qū)寫到串行端口。它所帶的第一個(gè)參數(shù)是緩沖區(qū)指針，其中包含要被發(fā)送的資料；這個(gè)函數(shù)返回已寫到端口的實(shí)際字節(jié)數(shù)