計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、目錄1 引言12 課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求23 直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)概述23.1 直流伺服系統(tǒng)的構(gòu)成23.1.1 伺服系統(tǒng)的定義23.1.2 伺服系統(tǒng)的組成23.1.3 伺服系統(tǒng)的控制器的分類33.1.4 直流伺服系統(tǒng)的工作過程44 直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)54.1方案設(shè)計(jì)步驟54.2 總體方案的設(shè)計(jì)54.3控制系統(tǒng)的建模和數(shù)字控制器設(shè)計(jì)74.4數(shù)字PID工作原理84.5數(shù)字PID算法的simulink仿真85 硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)95.1 選擇計(jì)算機(jī)機(jī)型（采用51內(nèi)核的單片機(jī)）95.1.1 80C51電源105.1.2 80C51時(shí)鐘105.1.3 80C51 控制線105.1.4 80C51 I/

2、O接口115.2 設(shè)計(jì)支持計(jì)算機(jī)工作的外圍電路（鍵盤、顯示接口電路等）115.2.1數(shù)據(jù)鎖存器115.2.2鍵盤115.2.3顯示器125.2.4數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0808125.3 其它相關(guān)電路的設(shè)計(jì)或方案135.3.1 供電電源設(shè)計(jì)135.3.2 檢測電路設(shè)計(jì)135.3.3 功率驅(qū)動(dòng)電路145.4 仿真原理圖146軟件設(shè)計(jì)146.1 程序設(shè)計(jì)思想146.2 主程序模塊框圖156.3編寫主程序157 總結(jié)16附錄1 ADC0808程序17附錄2 數(shù)字控制算法程序18參考文獻(xiàn)19II 第 頁 共 頁 1 引言半個(gè)世紀(jì)來，直流伺服控制系統(tǒng)己經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算

3、機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，使得伺服控制系統(tǒng)朝著控制電路數(shù)字化和功率器件的模塊化的方向發(fā)展。  本文介紹直流伺服電機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的硬件、軟件設(shè)計(jì)方案。通過傳感器對電機(jī)位移進(jìn)行測量，控制器將實(shí)際位移量與給定位移量進(jìn)行比較，控制信號驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)控制電源工作，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的位置控制。其電機(jī)位置隨動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括:總體方案設(shè)計(jì)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)和測量電路設(shè)計(jì)。軟件編制采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，通過系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，完成了系統(tǒng)的基本要求，系統(tǒng)可以穩(wěn)定的運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)說明書主要包括主要包括主程序設(shè)計(jì)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809程序及數(shù)字控制算法程序的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。 通過本次設(shè)計(jì)，加深在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

4、課程中所學(xué)的知識(shí)的理解，提高電氣設(shè)計(jì)與分析的能力，為今后的工作打下基礎(chǔ)。0 第 頁 共19 頁 2 課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 課程設(shè)計(jì)對象是直流伺服電機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)。由測量元件(位移傳感器)對被控對象(電機(jī))的被控參數(shù)(位移)進(jìn)行測量，由變換發(fā)送單元(AD轉(zhuǎn)換器)將被控參數(shù)(位移)變成一定形式的信號，送給控制器CPU，控制器將測量信號(實(shí)際位移量)與給定信號(位移量)進(jìn)行比較，若有誤差則按預(yù)定的控制規(guī)律產(chǎn)生一控制信號驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(伺服電機(jī)控制電源)工作，使被控參數(shù)(實(shí)際位移量)與給定值(給定位移量)保持一致。其電機(jī)位置隨動(dòng)系統(tǒng)：式中，K=50， T1=1.1，T2

5、=0.15，T3=0.2控制算法選用數(shù)字PID控制。 要求根據(jù)所給條件確定能夠根據(jù)功能要求查找相關(guān)的元器件的說明書。能夠?qū)υ骷恼f明書進(jìn)行學(xué)習(xí)并掌握元器件的控制方法和時(shí)序要求。能夠利用相關(guān)仿真軟件對電路進(jìn)行仿真調(diào)試。能夠按著規(guī)范的課程設(shè)計(jì)的格式完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。按照任務(wù)書要求，提交一份紙制課程設(shè)計(jì)報(bào)告，控制程序工程文件。3 直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)也稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，屬于自動(dòng)控制系統(tǒng)的一種，它是用來控制被控對象的轉(zhuǎn)角或位移，使其能自動(dòng)的、連續(xù)的、精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令的變化規(guī)律，它通常具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。3.1 直流伺服系統(tǒng)的構(gòu)成3.1.1 伺服系統(tǒng)的定義“伺服系統(tǒng)”是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照控

6、制信號的要求而動(dòng)作，即控制信號到來之前，被控對象時(shí)靜止不動(dòng)的；接收到控制信號后，被控對象則按要求動(dòng)作；控制信號消失之后，被控對象應(yīng)自行停止。伺服系統(tǒng)的主要任務(wù)是按照控制命令要求，對信號進(jìn)行變換、調(diào)控和功率放大等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的轉(zhuǎn)矩、速度及位置都能靈活方便的控制。3.1.2 伺服系統(tǒng)的組成伺服系統(tǒng)是具有反饋的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它由檢測部分、誤差放大部分、部分及被控對象組成。（1）功率變換器直流伺服系統(tǒng)功率變換器的主要功能是根據(jù)控制電路的指令，功率變換器主要包括控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、功率變換主電路等。功率變換主電路主要由整流電路、濾波電路和逆變電路三部分組成?？刂齐娐分饕蛇\(yùn)算電路、PWM生成

7、電路、檢測信號處理電路、輸入輸出電路、保護(hù)電路等構(gòu)成，其主要作用是完成對功率變換主電路的控制和實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能等。驅(qū)動(dòng)電路的作用是根據(jù)控制信號對功率半導(dǎo)體開關(guān)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并為器件提供保護(hù)，主要包括開關(guān)器件的前級驅(qū)動(dòng)電路和輔助開關(guān)電源電路等。（2）傳感器在伺服系統(tǒng)中，需要對伺服電機(jī)的繞組電流及轉(zhuǎn)子速度、位置進(jìn)行檢測，以構(gòu)成電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)，因此需要相應(yīng)的傳感器及其信號變換電路。電流檢測通常采用電阻隔離檢測或霍爾電流傳感器。速度檢測可采用無刷測速發(fā)電機(jī)或無刷旋轉(zhuǎn)變壓器。位置檢測通常采用絕對式光電編碼器或無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，也可采用增量式光電編碼器進(jìn)行位置檢測。（3）控制器在直流電機(jī)伺服系統(tǒng)中，控制

8、器的設(shè)計(jì)直接影響著伺服電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，從而在很大程度上決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能。位置伺服系統(tǒng)的伺服控制器主要包括電流控制器和速度控制器和位置控制器。其中電流控制器是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。因?yàn)闊o論是速度控制還是位置控制，最終都將轉(zhuǎn)換為對電機(jī)的電流控制。電流環(huán)的響應(yīng)速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于速度環(huán)和位置環(huán)。對于速度和位置控制，由于其時(shí)間常數(shù)較大，因此可借助計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的基于現(xiàn)代控制理論的控制策略，從而提高伺服系統(tǒng)的性能。3.1.3 伺服系統(tǒng)的控制器的分類伺服系統(tǒng)控制器主要有以下三種：電流控制器電流環(huán)由電流控制器和逆變器組成，其作用是使電機(jī)繞組電流實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地跟蹤電流指令信號。速度控制器速度環(huán)的作用是保證電機(jī)的轉(zhuǎn)速

9、與速度指令值一致，消除負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)等因素對電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。速度指令與反饋的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速相比較，其差值通過速度控制器直接產(chǎn)生交軸電流指令。并進(jìn)一步用直軸電流指令共同作用，控制電機(jī)加速、減速或勻速旋轉(zhuǎn)，使電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令值保持一致。速度控制器通常采用的是數(shù)字PID控制方式。位置控制器位置環(huán)的作用是產(chǎn)生電機(jī)的速度指令并使電機(jī)準(zhǔn)確定位和跟蹤。通過比較設(shè)定的目標(biāo)位置與電機(jī)的世紀(jì)位置，利用其偏差通過位置控制器來產(chǎn)生電機(jī)的速度指令當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)后在大偏差區(qū)域，產(chǎn)生最大速度指令，使電機(jī)加速運(yùn)行后以最大速度恒速運(yùn)行；在小偏差區(qū)域，產(chǎn)生逐次遞減的速度指令，使電機(jī)減速運(yùn)行直至最終定位。3.1.4 直流伺服系統(tǒng)的工作

10、過程直流伺服電機(jī)采用改變電樞電壓的電樞控制法。該方法以電樞繞組為控制繞組，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，保持勵(lì)磁電壓恒定，通過改變電樞電壓來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流伺服電動(dòng)機(jī)輸出恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，且電磁轉(zhuǎn)矩只與電樞電流的大小有關(guān)。直流伺服電動(dòng)機(jī)通過轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測出轉(zhuǎn)子的位置信號。經(jīng)過換相驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)與電樞繞組連接的各功率開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制定子繞組的通電，在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，位置傳感器不斷地送出信號，以改變電樞的通電狀態(tài)，使得在同一磁極下的導(dǎo)體中的電流方向不變。因此，就可產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩使直流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來。將直流伺服電機(jī)與微型計(jì)算機(jī)連接，首先，用位移傳感器將每個(gè)

11、采樣周期內(nèi)的直流電機(jī)控制試驗(yàn)臺(tái)移動(dòng)的距離進(jìn)行檢測，將控制信號傳輸?shù)芥i存器中。然后經(jīng)鎖存器送到微型計(jì)算機(jī)，與數(shù)字給定值進(jìn)行比較，并進(jìn)行數(shù)字PID運(yùn)算；再經(jīng)鎖存器送到D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字量變成脈沖信號，再由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)節(jié)脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制試驗(yàn)臺(tái)的移動(dòng)。4 直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1方案設(shè)計(jì)步驟一、總體方案設(shè)計(jì)二、控制系統(tǒng)的建模和數(shù)字控制器設(shè)計(jì)三、硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)1. 選擇計(jì)算機(jī)機(jī)型（采用51內(nèi)核的單片機(jī)）；2. 設(shè)計(jì)支持計(jì)算機(jī)工作的外圍電路（EPROM、RAM、I/O端口、鍵盤、顯示接口電路等）；3. 設(shè)計(jì)輸入信號接口電路；4. 設(shè)計(jì)信號輸出控制電路；5. 其它相關(guān)

12、電路的設(shè)計(jì)或方案（電源、通信等）四、軟件設(shè)計(jì)1.分配系統(tǒng)資源，編寫系統(tǒng)初始化和主程序模塊框圖；2.編寫A/D轉(zhuǎn)換和位置檢測子程序框圖；3.編寫控制程序和D/A轉(zhuǎn)換控制子程序模塊框圖；4.其它程序模塊(顯示與鍵盤等處理程序) 框圖。五、編寫課程設(shè)計(jì)說明書，繪制完整的系統(tǒng)電路圖（A3幅面）4.2 總體方案的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法是從內(nèi)環(huán)到外環(huán)，逐步設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器，為了使直流伺服控制系統(tǒng)各個(gè)硬件設(shè)備能夠正常運(yùn)行，有效實(shí)現(xiàn)電機(jī)的實(shí)時(shí)控制。在總體方案選擇時(shí)，不僅要有合理設(shè)計(jì)的硬件電路外，還要按照數(shù)字PID控制原理完成數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)。其中位置調(diào)節(jié)器是位移的校正裝置，它的類型和

13、參數(shù)決定了位置隨動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差和動(dòng)態(tài)性能。從動(dòng)態(tài)要求上看，系統(tǒng)通過電流調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)電樞電流的控制，以保證電樞電流不超過如允許值。位置控制器采用數(shù)字PID增量型控制算法。為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制生產(chǎn)過程變量，必須將模擬PID算式離散化，變?yōu)閿?shù)字PID算式，為此，在采樣周期T遠(yuǎn)小于信號變化周期時(shí)，作如下近似(T足夠小時(shí)，如下逼近相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近)：于是有：u(k)是全量值輸出，每次的輸出值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置(如控制閥門的開度)一一對應(yīng)，所以稱之為位置型PID算法。在這種位置型控制算法中，由于算式中存在累加項(xiàng)，因此輸出的控制量u(k)不僅與本次偏差有關(guān)，還與過去歷次采樣偏差有關(guān)，使得u

14、(k)產(chǎn)生大幅度變化。這樣會(huì)引起系統(tǒng)沖擊，甚至造成事故。所以實(shí)際中當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對值，而是其增量時(shí)，可以采用增量型PID算法。當(dāng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器為步進(jìn)電機(jī)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、多圈電位器等具有保持歷史位置的功能的這類裝置時(shí)，一般均采用增量型PID控制算法。圖4.1 基本原理圖圖4.2 程序流程圖直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)由直流伺服電機(jī)，微控制器，位移傳感器，計(jì)數(shù)器，定時(shí)器，A/D轉(zhuǎn)換器等組成。微控制器選用Atmel公司生產(chǎn)的89C51單片機(jī)。A/D轉(zhuǎn)換器則選用ADC0808 8位精度轉(zhuǎn)換器。4.3控制系統(tǒng)的建模和數(shù)字控制器設(shè)計(jì)圖4.3 PID算法流程圖4.4數(shù)字PID工作原理PID調(diào)節(jié)器結(jié)

15、構(gòu)簡單，參數(shù)整定方便，易于工業(yè)實(shí)現(xiàn)，適用面廣，因而它是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟，適用最廣泛的一種調(diào)節(jié)器。隨之計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字PID控制器正在逐步取代模擬PID。數(shù)字PID算法的基本原理就是利用偏差來計(jì)算系統(tǒng)的輸出量，實(shí)現(xiàn)不斷糾偏的過程，使系統(tǒng)最終趨于穩(wěn)定。數(shù)字PID控制分為位置式PID控制和增量式PID控制。由于位置式PID采用全量輸出，輸出的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，每次輸出均與過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對偏差進(jìn)行累加，工作計(jì)算量大，并且，一旦數(shù)據(jù)處理計(jì)算芯片出現(xiàn)問題，將會(huì)使輸出大幅波動(dòng)，從而造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)大幅波動(dòng)，很有可能引起巨大的事故。而增量式PID算法較好。所以本系統(tǒng)采用增量式P

16、ID算法。增量式PID算法公式如下所示：其中為積分系數(shù)，為微分系數(shù)。4.5數(shù)字PID算法的simulink仿真圖4.4 PID算法simulink仿真參數(shù)整定的結(jié)果：圖4.5 PID算法仿真結(jié)果1Simulink的仿真結(jié)果：圖4.6 PID算法仿真結(jié)果25 硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)5.1 選擇計(jì)算機(jī)機(jī)型（采用51內(nèi)核的單片機(jī)）此設(shè)計(jì)采用AT89C16RD2作為控制芯片。它是在MCS-48系列的基礎(chǔ)上發(fā)展的高性能的8位單片機(jī)。所出的系列產(chǎn)品有8051、8031、8751。其代表就是8051。其他系列的單片機(jī)都以它為核心,所以本設(shè)計(jì)采用的核心芯片是8051單片機(jī)。CPU是它的核心設(shè)備,從功能上看,CPU包

17、括兩個(gè)部分:運(yùn)算器和控制器,它執(zhí)行對輸入信號的分析和處理。每片80C51包括：一個(gè)8位的微型處理器CPU；128B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；64kb片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM；四個(gè)8位并行的I/O接口P0-P3，每個(gè)接口既可以輸入，也可以輸出；兩個(gè)定時(shí)器/記數(shù)器；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是11.05926MHZ。以上各個(gè)部分通過內(nèi)部總線相連接。整個(gè)系統(tǒng)電控部分以ATMEL公司的8051為核心芯片，控制信號采集、處理、輸出三個(gè)過程。這種芯片內(nèi)置4KROM，因?yàn)橄到y(tǒng)要求控制線較多，如果采用8031外

18、置EPROM程序控制結(jié)構(gòu)，則造成控制線不夠，而8051卻可以利用P0、P2口作控制總線，大大簡化了硬件結(jié)構(gòu)，并可以直接控制LED數(shù)據(jù)顯示，方便現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)，使整個(gè)系統(tǒng)的通用性和智能化得到了很大的提高?，F(xiàn)在介紹下在此設(shè)計(jì)中用到的引腳,引腳圖如圖3-1所示。單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。圖5.1 80C51單片機(jī)引腳圖5.1.1 80C51電源VCC - 芯片電源，接+5V；VSS - 接地端；5.1.2 80C51時(shí)鐘XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。5.1.3 80C51 控制線ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖

19、ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。PSEN:外ROM讀選通信號。RST/VPD:復(fù)位/備用電源。RST（Reset）功能：復(fù)位信號輸入端。VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。5.1.4 80C51 I/O接口P0口（39腳32腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向8位輸入/輸出接口。當(dāng)接有外

20、部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。它分時(shí)提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。P1口（1腳8腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對于MCS52子系列單片機(jī)，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P0口接收輸入的低8位地址。P2口（21腳28腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過256個(gè)字節(jié)時(shí)，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于EPROM編程和

21、進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P2口接收輸入的8位地址。P3口（10腳17腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。5.2 設(shè)計(jì)支持計(jì)算機(jī)工作的外圍電路（鍵盤、顯示接口電路等）5.2.1數(shù)據(jù)鎖存器74HC573鎖存器的使用可以大大的緩解處理器在這方面的壓力。當(dāng)處理器把數(shù)據(jù)傳輸?shù)芥i存器并將其鎖存后，鎖存器的輸出引腳便會(huì)一直保持?jǐn)?shù)據(jù)狀態(tài)直到下一次鎖存新的數(shù)據(jù)為止。這樣在數(shù)碼管的顯示內(nèi)容不變之前，處理器的處理時(shí)間和I/O引腳便可以釋放。5.2.2鍵盤鍵盤是一組按鍵的集合，它是最常用

22、的單片機(jī)輸入設(shè)備操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)通訊。鍵盤用于啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)切換和轉(zhuǎn)速輸入。為了能更方便地利用數(shù)字鍵輸入轉(zhuǎn)速，設(shè)置了行列鍵盤，占用和P口。采用行列鍵盤可以在獲得多鍵盤的同時(shí)節(jié)省I/O口，但占用大量的CPU資源，對控制系統(tǒng)不利。本設(shè)計(jì)采用改進(jìn)掃描算法，即先掃描全行或全列，沒有電平改變時(shí)返回主程序，當(dāng)檢測到有鍵按下時(shí)，再進(jìn)入進(jìn)一步的掃描和按鍵判斷，可在一定程序上減輕CPU負(fù)擔(dān)。5.2.3顯示器顯示器使用的是6位共陽極LED數(shù)碼管。 LED數(shù)碼管連接到電源正極的稱為共陽極數(shù)碼管。實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c

23、,d,e,f,g,dp來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個(gè)發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。5.2.4數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0808ADC0808是CMOS器件，不僅包括一個(gè)8位的逐次逼近型的ADC部分，而且還提供一個(gè)8通道的模擬多路開關(guān)和通道尋址邏輯，因而有理由把它作為簡單的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。利用它可直接輸入8個(gè)單端的模擬信號分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，在多點(diǎn)巡回檢測和過程控制、運(yùn)動(dòng)控制中應(yīng)用十分廣泛。1) 主要技術(shù)指標(biāo)和特性（1）分辨率： 8位。（2）總的不

24、可調(diào)誤差： ADC0808為±LSB,ADC 0809為±1LSB。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間： 取決于芯片時(shí)鐘頻率，如CLK=500kHz時(shí)，TCONV=128s。（4）單一電源： +5V。（5）模擬輸入電壓范圍： 單極性05V；雙極性±5V,±10V(需外加一定電路)。（6）具有可控三態(tài)輸出緩存器。（7）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制為脈沖式(正脈沖)，上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使A/D轉(zhuǎn)換開始。（8）使用時(shí)不需進(jìn)行零點(diǎn)和滿刻度調(diào)節(jié)。2) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳ADC0808/0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳分別如圖11.19和圖11.20所示。內(nèi)部各部分的作用和工作原理在內(nèi)部結(jié)

25、構(gòu)圖中已一目了然，在此就不再贅述，下面僅對各引腳定義分述如下（1）IN0IN78路模擬輸入，通過3根地址譯碼線ADDA、ADDB、ADDC來選通一路。（2）D7D0A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。8位排列順序是D7為最高位，D0為最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模擬通道選擇地址信號，ADDA為低位，ADDC為高位。地址信號與選中通道對應(yīng)關(guān)系如表11.3所示。（4）VR(+)、VR(-)正、負(fù)參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi)DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電壓。在單極性輸入時(shí)，VR(+)=5V，VR(-)=0V；雙極性輸入時(shí)，VR(+)、VR(-)分別接正、負(fù)極

26、性的參考電壓。圖5.2 ADC0808引腳圖5.3 其它相關(guān)電路的設(shè)計(jì)或方案5.3.1 供電電源設(shè)計(jì)供電電路分別為單片機(jī)、運(yùn)算放大器、功率驅(qū)動(dòng)芯片和無刷電機(jī)提供電源。供電電源電路供電電路中，使用兩組變壓器、使主電路和控制電路分開供電，提高電路的可靠性。主電路組變壓器輸出經(jīng)濾波電容后再經(jīng)過平波電抗器，使輸出的直流電流更平滑，也可以有效抑制電路中的瞬時(shí)過流。 5.3.2 檢測電路設(shè)計(jì)1) 位置檢測當(dāng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，遮擋盤的齒部進(jìn)入霍爾傳感器定子內(nèi)。根據(jù)這霍爾元件的輸出狀態(tài)，就可以準(zhǔn)確地確定轉(zhuǎn)子的磁極位置。2) 電流檢測電路在該電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，為了得到較好的動(dòng)態(tài)性能，以及對主電路電流進(jìn)行監(jiān)控，需

27、要對主電路電流信號進(jìn)行采樣反饋。相電流檢測環(huán)節(jié)的目的是對主電路電流信號進(jìn)行檢測。利用功率驅(qū)動(dòng)采樣電阻上的電壓信號經(jīng)過放大處理以后，送到單片機(jī)某一路A/D轉(zhuǎn)換通道，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換以后，所得到的結(jié)果即可用于電流調(diào)節(jié)器和系統(tǒng)的過流保護(hù)裝置。5.3.3 功率驅(qū)動(dòng)電路 直流伺服電動(dòng)機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)電路采用專用的功率驅(qū)動(dòng)芯片組成的三相全橋逆變電路，通過對大功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷，達(dá)到控制電機(jī)的目的。5.4 仿真原理圖圖5.3 Proteus仿真原理圖6軟件設(shè)計(jì)6.1 程序設(shè)計(jì)思想從設(shè)計(jì)要求出發(fā)，本次設(shè)計(jì)主要完成以下工作：（1） 檢測鍵盤，從鍵盤接收電機(jī)起停、正反轉(zhuǎn)、控制速度命令，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，向顯示器傳送電機(jī)的實(shí)時(shí)

28、轉(zhuǎn)速。（2）用位移傳感器將每個(gè)采樣周期內(nèi)的直流電機(jī)控制試驗(yàn)臺(tái)移動(dòng)的距離進(jìn)行檢測。完成傳感器信號檢測，并對檢測的傳感器信號進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)功率全橋電路的信號邏輯，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）根據(jù)獲得的電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值以及從傳感器信號測得的電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，用PID算法計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制量，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而控制試驗(yàn)臺(tái)的移動(dòng)。6.2 主程序模塊框圖圖6主程序模塊框圖6.3編寫主程序系統(tǒng)的主程序主要作用是組織系統(tǒng)的整個(gè)流程，監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行。在這部分程序中它是通過控制人機(jī)交流來控制和顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。具體說來就是操作人員可通過監(jiān)控程序建成的人機(jī)間的橋梁-鍵盤，來對單片機(jī)發(fā)出控制命令

29、，使微機(jī)完全按人的命令工作。微機(jī)也通過這個(gè)程序來向操作人員顯示參數(shù)的標(biāo)志，以便操作人員的了解運(yùn)行的狀態(tài)。系統(tǒng)主程序主要完成初始化、鍵盤查詢及參數(shù)設(shè)置鍵功能處理、電機(jī)的起動(dòng)和停止控制、速度的顯示等功能。7 總結(jié)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。結(jié)合本次設(shè)計(jì)的要求，我利用專業(yè)知識(shí)設(shè)計(jì)了直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過程中鞏固知識(shí)的同時(shí)，也提高了自身的學(xué)習(xí)實(shí)踐能力。通過此次課程設(shè)計(jì)，把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)計(jì)算機(jī)控制計(jì)術(shù)方面的知識(shí)。實(shí)踐出真知，通過親自動(dòng)手進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，使我掌握的知識(shí)更加牢固。在今后社會(huì)的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，我一定要不懈努力，不能遇到問題就想到退縮。在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些困難，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足，對以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。但經(jīng)過仔細(xì)的思考和老師的辛勤指導(dǎo)下，終于找出問題所在，圓滿的完成了本次設(shè)計(jì)。最后，感謝老師的指導(dǎo)和無私的幫助。附錄1 ADC0808程序 ADC0808程序：#include<reg51.h>#define uchar unsigned charsbit clock=P24;sbit st