PID控制PWM調(diào)節(jié)直流電機速度

1、本次設計主要研究的是PID控制技術在運動控制領域中的使用，縱所周知運動 控制系統(tǒng)最主要的控制對象是電機， 在不同的生產(chǎn)過程中，電機的運行狀態(tài)要滿足生 產(chǎn)要求，其中電機速度的控制在占有至關重要的作用，因此本次設計主要是利用PID控制技術對直流電機轉(zhuǎn)速的控制。其設計思路為：以 AT89S51單片機為控制核心， 產(chǎn)生占空比受PID算法控制的PWM脈沖實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速的控制。同時利用光 電傳感器將電機速度轉(zhuǎn)換成脈沖頻率反饋到單片機中，構成轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)，達到轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)的目的。在系統(tǒng)中采 128W4LCD顯示器作為顯示部件，通過 4M 鍵盤設置P、I、D、V四個參數(shù)和正反轉(zhuǎn)控制，啟動后通過顯示部

2、件了解電機當前 的轉(zhuǎn)速和運行時間。因此該系統(tǒng)在硬件方面包括：電源模塊、電機驅(qū)動模塊、控制模 塊、速度檢測模塊、人機交互模塊。軟件部分采用C語言進行程序設計，其優(yōu)點為：可移植性強、算法容易實現(xiàn)、修改及調(diào)試方便、易讀等。本次設計系統(tǒng)的主要特點：(1) 優(yōu)化的軟件算法，智能化的自動控制，誤差補償；(2) 使用光電傳感器將電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為脈沖頻率， 比較精確的反映出電機的轉(zhuǎn)速， 從而和設定值進行比較產(chǎn)生偏差，實現(xiàn)比例、積分、微分的控制，達到轉(zhuǎn)速無靜差調(diào) 節(jié)的目的；(3) 使用光電耦合器將主電路和控制電路利用光隔開，使系統(tǒng)更加安全可靠；(4) 128x 64LCD顯示模塊提供一個人機對話界面，并實時顯示電

3、機運行速度 和運行時間；(5) 利用Proteus軟件進行系統(tǒng)整體仿真，從而進一步驗證電路和程序的正確 性，避免不必要的損失；(6) 采用數(shù)字PID算法，利用軟件實現(xiàn)控制，具有更改靈活，節(jié)約硬件等優(yōu)點；(7) 系統(tǒng)性能指標：超調(diào)量乞8%；調(diào)節(jié)時間-4s； 轉(zhuǎn)速誤差乞-1r/min。1 PID算法及PWM控制技術簡介1.1 PID算法控制算法是微機化控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，整個系統(tǒng)的控制功能主要由控 制算法來實現(xiàn)。目前提出的控制算法有很多。根據(jù)偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)進行的控制，稱為 PID控制。實際經(jīng)驗和理論分析都表明， PID控制能夠滿足相當多工業(yè)對象的控制要求，至今仍是

4、一種使用最為廣泛的控制算法之一 分別介紹模擬PID、數(shù)字PID及其參數(shù)整定方法。1.1.1 模擬 PID在模擬控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器最常用的控制規(guī)律是PID控制，常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖1.1所示，系統(tǒng)由模擬PID調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機構及控制對象組成。+ 史u(t)執(zhí)行機構PID調(diào)節(jié)器制偏差：積分圖1.1模擬PIID 控制系統(tǒng)種線性調(diào)節(jié)器，它根據(jù)給定值r(t)和實際輸出值c(e(t) = r(t) c(t)*對象c(t)t)構成的控(1.1)將偏差的比例、積分、微分通過線性組合構成控制量，對控制對象進行控制，故稱為PID調(diào)節(jié)器。在實際使用中，常根據(jù)對象的特征和控制要求，將P、I、D基本控制規(guī)律進行

5、適當組合，以達到對被控對象進行有效控制的目的。例如，P調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器等。模擬PID調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律為1tde(t)、u(t)二 K pe(t).e(t)dt Td(1.2)Ti0dt式中，Kp為比例系數(shù)，T為積分時間常數(shù),Td為微分時間常數(shù)。簡單的說，PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用是：(1) 比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反應控制系統(tǒng)的偏差信號e(t),偏差一旦產(chǎn)生，調(diào) 節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減少偏差；(2) 積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于 積分時間常數(shù)T , Ti越大，積分作用越弱，反之則越強；(3) 微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)

6、，并能在偏差信號的值 變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度， 減少調(diào)節(jié)時間由式1.2可得，模擬PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為DdEt1 Ts Tds)(1.3)由于本設計主要采用數(shù)字 PID算法，所以對于模擬PID只做此簡要介紹1.1.2 數(shù)字 PID在DDC系統(tǒng)中，用計算機取代了模擬器件，控制規(guī)律的實現(xiàn)是由計算機軟件來 完成的。因此，系統(tǒng)中數(shù)字控制的設計，實際上是計算機算法的設計。由于計算機只能識別數(shù)字量，不能對連續(xù)的控制算式直接進行運算，故在計算機控制系統(tǒng)中，首先必須對控制規(guī)律進行離散化的算法設計。為將模擬PID控制規(guī)律按式(1.2)離散化，我們把圖1.1中r

7、(t)、e(t)、u(t)、 c(t)在第n次采樣的數(shù)據(jù)分別用r(n)、e(n)、u(n)、c(n)表示，于是式(1.1) 變?yōu)椋?1.4)e(n) =r( n) c(n)當采樣周期T很小時dt可以用T近似代替，de(t)可用e(n)-e(n-1)近似代替，“積 分”用“求和”近似代替，即可作如下近似(1.5)(1.6)de(t) e(n)-e(n-1)Rz：dtJ0e(t)dt ： e(i)Ti詔這樣，式(1.2)便可離散化以下差分方程T nTu(n)二 Kpe(n)e(n)De(n) - e(n -1) u(1.7)Ti yT上式中U。是偏差為零時的初值，上式中的第一項起比例控制作用，稱為

8、比例(P)項 山(n),即(1.8)(1.9)(1.10)Up(n) = K pe(n)第二項起積分控制作用，稱為積分(I )項U| (n)即 T nU|(n)二 Kp e(i)T| t第三項起微分控制作用，稱為微分(D)項Ud(n)即Ud(n)二心半n)-e(n-1)這三種作用可單獨使用(微分作用一般不單獨使用)或合并使用，常用的組合有：P控制：u(n)二 Up(n) Uo(1.11)PI控制:u(n) = Up(n) Ui (n) U(1.12)PD控制：U(n)二 Up(n) Ud(n) U(1.13)PID控制：U(n) = Up(n) Ui (n) Ud(n) U(1.14)式(1.

9、7)的輸出量u(n)為全量輸出，它對于被控對象的執(zhí)行機構每次采樣時刻 應達到的位置。因此，式(1.7)又稱為位置型PID算式。由(1.7)可看出，位置型控制算式不夠方便，這是因為要累加偏差e(i),不僅要占用較多的存儲單元，而且不便于編寫程序，為此對式(1.7)進行改進。根據(jù)式(1.7)不難看出u(n-1)的表達式，即T 2TDu(n-1) = Kpe(n-1)e(n) De(n-1) - e(n- 2) u。( 1.15)Ti yT將式(1.7)和式(1.15)相減，即得數(shù)字PID增量型控制算式為u(n)二 u(n) - u(n - 1)二 Kpe(n)-e(n -1) Qe(n) Ke(n

10、) - 2e(n-1) e(n - 2)( 1.16)從上式可得數(shù)字PID位置型控制算式為u(n)二 Kpe(n) e(n -1) Kie(n) Ke(n) 2e(n -1) e(n 2) u。 ( 1.17)式中： Kp稱為比例增益；K | = K p 稱為積分系數(shù)；TiKd = Kp td稱為微分系數(shù)。數(shù)字piD位置型示意圖和數(shù)字piD增量型示意圖分別如圖1.2和1.3所示：數(shù)字PID參數(shù)整定方法如何選擇控制算法的參數(shù)，要根據(jù)具體過程的要求來考慮。一般來說，要求被控 過程是穩(wěn)定的，能迅速和準確地跟蹤給定值的變化， 超調(diào)量小，在不同干擾下系統(tǒng)輸 出應能保持在給定值，操作變量不宜過大，在系統(tǒng)和

11、環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時控制應保持 穩(wěn)定。顯然，要同時滿足上述各項要求是很困難的，必須根據(jù)具體過程的要求，滿足 主要方面，并兼顧其它方面。PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法有很多，但可歸結為理論計算法和工程整定法兩種。 用理論計算法設計調(diào)節(jié)器的前提是能獲得被控對象準確的數(shù)學模型，這在工業(yè)過程中一般較難做到。因此，實際用得較多的還是工程整定法。 這種方法最大優(yōu)點就是整定 參數(shù)時不依賴對象的數(shù)學模型，簡單易行。當然，這是一種近似的方法，有時可能略 嫌粗糙，但相當適用，可解決一般實際問題。下面介紹兩種常用的簡易工程整定法。(1)擴充臨界比例度法這種方法適用于有自平衡特性的被控對象。使用這種方法整定數(shù)字調(diào)節(jié)器參數(shù)

12、的步驟是： 選擇一個足夠小的采樣周期，具體地說就是選擇采樣周期為被控對象純滯后時 間的十分之一以下。 用選定的采樣周期使系統(tǒng)工作：工作時，去掉積分作用和微分作用，使調(diào)節(jié)器 成為純比例調(diào)節(jié)器，逐漸減小比例度 ：G = 1/ K p )直至系統(tǒng)對階躍輸入的響應達 到臨界振蕩狀態(tài)，記下此時的臨界比例度及系統(tǒng)的臨界振蕩周期Tk。 選擇控制度：所謂控制度就是以模擬調(diào)節(jié)器為基準，將DDC的控制效果和模近2 擬調(diào)節(jié)器的控制效果相比較。控制效果的評價函數(shù)通常用誤差平方面積,0 e (t)表示。f e2(t)dtDDC控制度二亠蔦(1.18)J。e (t)dt模擬實際使用中并不需要計算出兩個誤差平方面積，控制度

13、僅表示控制效果的物理 概念。通常，當控制度為1.05時，就可以認為DDC和模擬控制效果相當；當控制 度為2.0時，DDC比模擬控制效果差。 根據(jù)選定的控制度，查表1.1求得T、Kp、Td的值。表1.1擴充臨界比例度法整定參數(shù)控制度控制規(guī)律TKpTiTd1.05PI0.03Tk0.53g0.88Tk1.05PID0.014Tk0.63g0.49Tk0.14Tk1.20PI0.05Tk0.49%0.91Tk1.20PID0.043Tk0.047%0.47Tk0.16Tk1.50PI0.14Tk0.42%0.99Tk1.50PID0.09Tk0.346k0.43Tk0.20Tk2.00PI0.22T

14、k0.36%1.05Tk2.00PID0.16Tk0.27%0.40TK0.22Tk(2)經(jīng)驗法經(jīng)驗法是靠工作人員的經(jīng)驗及對工藝的熟悉程度，參考測量值跟蹤和設定值曲 線，來調(diào)整P、I、D三者參數(shù)的大小的，具體操作可按以下口訣進行：參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查；先是比例后積分，最后再把微分加； 曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大； 曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳； 曲線偏離回復慢，積分時間往下降； 曲線波動周期長，積分時間再加長； 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來； 動差大來波動慢，微分時間應加長。下面以PID調(diào)節(jié)器為例，具體說明經(jīng)驗法的整定步驟： 讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)Ki =0，實際微分系數(shù)Kd=

15、O，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運行， 由小到大改變比例系數(shù)Kp，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意 的控制過程為止。 取比例系數(shù)Kp為當前的值乘以0.83，由小到大增加積分系數(shù)K|，同樣讓擾動 信號作階躍變化，直至求得滿意的控制過程。 積分系數(shù)Ki保持不變，改變比例系數(shù)Kp ,觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。否則，將原比例系數(shù)Kp增大一些，再調(diào)整積分系數(shù)Ki， 力求改善控制過程。如此反復試湊，直到找到滿意的比例系數(shù)k p和積分系數(shù)K|為止。 弓I入適當?shù)膶嶋H微分系數(shù) Kd和實際微分時間Td，此時可適當增大比例系數(shù) Kp和積分系數(shù)Ki。和前述步驟相同，微分時間的整定也

16、需反復調(diào)整，直到控制過 程滿意為止。PID參數(shù)是根據(jù)控制對象的慣量來確定的。大慣量如：大烘房的溫度控制，一般P可在10以上,I在(3、10)之間，D在1左右。小慣量如：一個小電機閉環(huán) 控制，一般P在(1、10)之間,I在(0、5)之間,D在(0.1、1)之間,具體參 數(shù)要在現(xiàn)場調(diào)試時進行修正。1.2 PWM脈沖控制技術PWM( Pulse Width Modulatio n)控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術。即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值)。1.2.1 PWM控制的基本原理在采樣控制理論中有一個重要的結論： 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣 性的環(huán)

17、節(jié)上時，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同， 是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。 如果把各輸出波形用傅立葉變換分析， 則其低頻 段非常接近，僅在高頻段略有差異。例如圖1.4中a、b、c所示的三個窄脈沖形狀不同，其中圖1.4的a為矩形脈沖，圖1.4的b為三角脈沖，圖1.4的c為正弦半 波脈沖，但它們的面積(即沖量)都等于 1,那么，當它們分別加在具有慣性的同一 環(huán)節(jié)上時，其輸出響應基本相同。當窄脈沖變?yōu)槿鐖D1.4的d所示的單位脈沖函數(shù);(t)時，環(huán)節(jié)的響應即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。f(t)f(t)f(t)f(t)A0圖1.4形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖圖1.5a的電路是

18、一個具體的例子。圖中e(t)為窄脈沖，其形狀和面積分別如圖1.4的a、b、c、d所示，為電路的輸入。該輸入加在可以看成慣性環(huán)節(jié)的R-L電路上，設其電流i(t)為電路的輸出。圖1.5b給出了不同窄波時i(t)的響應波形。 從波形可以看出，在i(t)的上升段，脈沖形狀不同時i(t)的形狀也略有不同，但其 下降段幾乎完全相同。脈沖越窄，各i(t)波形的差異也越小。如果周期性的施加上 述脈沖，則響應i(t)也是周期性的。用傅立葉級數(shù)分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性非常接近，僅在高頻段有所不同2i(t) *i(t)R一量相同的各種窄脈沖的響應波形直流電機的尿屮皿控制技術便，調(diào)速范圍廣，過載能力大

19、,直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動和反轉(zhuǎn)；能滿足生產(chǎn)過程 自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動系統(tǒng) 領域中得到了廣泛的使用。直流電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)主要有三種方法： 調(diào)節(jié)電樞供電的電壓、減弱勵磁磁通和改變電樞回路電阻。針對三種調(diào)速方法，都有各自的特點，也存在一定的缺陷。例如 改變電樞回路電阻調(diào)速只能實現(xiàn)有級調(diào)速，減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但這種方法 的調(diào)速范圍不大，一般都是配合變壓調(diào)速使用。所以在直流調(diào)速系統(tǒng)中，都是以變壓 調(diào)速為主。其中，在變壓調(diào)速系統(tǒng)中，大體上又可分為可控整流式調(diào)速系統(tǒng)和直流 PWM

20、調(diào)速系統(tǒng)兩種。直流PWM調(diào)速系統(tǒng)和可控整流式調(diào)速系統(tǒng)相比有下列優(yōu)點： 由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直 流電流，低速特性好、穩(wěn)速精度高、調(diào)速范圍寬。同樣，由于開關頻率高，快速響應特性好,動態(tài)抗干擾能力強，可以獲得很寬的頻帶；開關器件只工作在開關狀態(tài)，因 此主電路損耗小、裝置效率高；直流電源采用不可控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整 流器高。正因為直流 PWM調(diào)速系統(tǒng)有以上優(yōu)點，并且隨著電力電子器件開關性能 的不斷提高，直流脈寬調(diào)制（PWM）技術得到了飛速的發(fā)展。隨著科學技術的迅猛發(fā)展傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字電路已被大規(guī)模集成電路所取代，這就使得數(shù)字調(diào)制技術成為可能。

21、目前，在該領域中大部分使用的是數(shù)字脈寬調(diào)制技術。 電動機調(diào)速系統(tǒng)采用微機實現(xiàn)數(shù)字化控制，是電氣傳動發(fā)展的主要方向之一。采用微 機控制后，整個調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化，并且結構簡單、可靠性高、操作維護方便，電動機穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速精度可達到較高水平，靜動態(tài)各項指標均能較好地滿足工業(yè)生 產(chǎn)中高性能電氣傳動的要求。下面主要介紹直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)的算法實現(xiàn)。根據(jù)PWM控制的基本原理可知，一段時間內(nèi)加在慣性負載兩端的 PWM脈沖 和相等時間內(nèi)沖量相等的直流電加在負載上的電壓等效，那么如果在短時間 T內(nèi)脈 沖寬度為t0 ,幅值為U，由圖1.6可求得此時間內(nèi)脈沖的等效直流電壓為：U。二trU，若令二T0，:即為

22、占空比，則上式可化為:(1.19)Uo U （ U為脈沖幅值）若PWM脈沖為如圖1.7所示周期性矩形脈沖，那么和此脈沖等效的直流電 壓的計算方法和上述相同，即nt-引腳符號引腳功能1VSS連源地1R S C BB515 DD D DCS1r ODCs少=1芯片選擇左邊64*64點2VDD0|98|111 14|電源正| +5V1 1 1| 16I8!7 叩ICS2=1芯片選擇右邊64*64點3VO液晶顯示驅(qū)動電源17/RST復位（低電平有效）4RSH :數(shù)據(jù)輸入；L :指令碼輸入18VEELCD驅(qū)動負電源5R/WH :數(shù)據(jù)讀取；L :數(shù)據(jù)寫入19A背光電源（+）6E使能信號。20K背光電源（-

23、）7-14DB0-DB7數(shù)據(jù)線有些型號的模塊19、20腳為空腳12864液晶顯示器和單片機的連接電路如圖 3.7所示:I3.6鍵盤電路設計圖3.7顯示模塊電路圖P0T1+5LCD+5v根據(jù)設計需求，本系統(tǒng)中使40123456789鍵P1.0VCC正反2轉(zhuǎn)的設定，以及對電0機啟動、停止 所示匕中$0L3為05 統(tǒng)中 鯛.0P1.30連接H39。按照要求設計操作面板如圖3.87號H09 L310?1匚亍12?RSTP07P3.0/RXDEA381234實現(xiàn)對P、I、D三個參數(shù)和電機67 410K自也續(xù)|的控制，其電路原理圖如圖.8X43鍵盤的列36接鍵盤的列信號343231300-為4 4鍵盤的行

24、信號。P0.4 P0.7連接鍵盤在本系J0”圖v3.8鍵盤模塊L0 | P3.1/TXDAL29鍵盤操作說明：在系統(tǒng)開始運行時,.128的行信121314151664” -Hr P3.3/INT1P7 ?置鍵顯示榻進T 入?yún)?shù)設置訴面3.5/T1P2.5 c 匸J數(shù)數(shù):減R可完成該參數(shù)的設置，待所有量設P3.7/RD q 卜畑 23 | 皂 0 1TH3-入相應的1192P3.5/TP2.5LCD將顯示開機界面，若按下設418進入.相f應參數(shù)的設置的狀態(tài),輸R720XTA 丄2XtA|1 qGNDP2.2P2 1P2P222189S51 851C9成后按返控制鍵設置正反20K47暫亭轉(zhuǎn)，最后按

25、啟動鍵啟動系統(tǒng)，在運行過程中可按下相應鍵對電機進行暫停、繼續(xù)、停 止運行的控制。4軟件設計4.1算法實現(xiàn)4.1.1 PID 算法本系統(tǒng)設計的核心算法為 PID算法，它根據(jù)本次 采樣的數(shù)據(jù)和設定值進行比較得出偏差 e(n)，對偏差進 行P、I、D運算最終利用運算結果控制 PWM脈沖的 占空比來實現(xiàn)對加在電機兩端電壓的調(diào)節(jié)10，進而控制電機轉(zhuǎn)速。其運算公式為：u(n) = KPe(n) -e(n-1) KIe(n) KDe(n)-2e( n -1) e(n - 2) u0因此要想實現(xiàn)PID控制在單片機就必須存在上述算法, 其程序流程如圖4.1所示。電機速度采集算法本系統(tǒng)中電機速度采集是一個非常重要

26、的部分，它 的精度直接影響到整個控制的精度。在設計中采用了光電傳感器做為測速裝置，其計算公式為:圖4.1PID程序流程v-60 r/minN t從這里可以看出速度 v的誤差主要是由圓盤邊緣上的凹槽數(shù)的多少決定的，為了減 少系統(tǒng)誤差應盡量提高凹槽的數(shù)量，在本次設計中取凹槽數(shù)N為120,采樣時間t為0.5s,則速度計算具體程序流程如圖 4.2所示。4.2程序流程主流程圖圖4.2測速程序流程t=0.5s?N審Y在一個完整的系統(tǒng)中,計算 r=n/120只有硬件部分是不能完成相應設計任務的,所以在該系統(tǒng)中軟件部分是非常重要的，按照要求和系統(tǒng)運0行過程設計出 示。主程序流程如圖4.3所返回開始圖4.3初主

27、程化流程鍵盤程序程序流程調(diào)用清屏子程序鍵盤中斷程序是用來設在系統(tǒng)相應參始界 流程圖如圖4.4所示。顯示系統(tǒng)進入相應的運行狀態(tài),其程序/ 設置鍵N按下？延時去抖動讀pi 口低四位定時程序流程數(shù)據(jù)弓丄KEYLY1圖調(diào)用清屏子 勾4 4鍵盤程程序 呈序流程rpi 口低四位置設置界面顯示pi 口高四位置 1在本系統(tǒng)中定時器口高四位中斷子程序是用來控制電機運行時間和進行速度計算和 pid運算，其程序數(shù)據(jù)到如圖ey45所示按下？Ykeyl、keyh相與為 keykey=oxee ?- key=oxed ?顯示程序流程根據(jù)設置 計算參數(shù)脈仲計數(shù)時-數(shù)字鍵0圖調(diào)間持定屏子程流程 一:丄 丫數(shù)字鍵速電機運行 Y

28、丿狀顯示示.里于N key=oxeb ?一、.顯示模塊是實現(xiàn)人機對n舌的重要部分Di在這里選用_引腳功能在沖面已經(jīng)做了說明，下面 各變量重新賦值 p=*數(shù)字鍵顯示數(shù)據(jù)刷新數(shù)字鍵“1228X64LCD 顯尺器可實現(xiàn)對漢字和字符的顯示?丫該顯示器的 128W4LCD的相關Y旨令DE ?(1 )讀取狀態(tài)字* N二 key=oxdd ?N=0令de ?數(shù)字鍵介紹D/IR/W；. KEB70XDB DB6 定時遍BT0賦初值Db4數(shù)字DB36DE2DB01 . BUYYxd； ?0RST字鍵 7當R/W=1DEYOx時,?在:e信號為高的作用下數(shù)字鍵態(tài)分別輸出到數(shù)據(jù) 狀態(tài)字是了解模塊當前工作狀態(tài)的唯一的

29、信.、 key=oxbd ?.出狀態(tài)字判斷BUSY是否為“0”。若不為“ 0”Y為止。 KEY=0XBB ?”1總線上。息渠操作之前，都要讀 數(shù)字鍵9,則計算機需要等待,直至BUS Y =0正/反功能鍵N,(2) 顯示開關設EY=oxb7 ?一Y* 暫停功能鍵D/IR/W、DEY=ox7E DB6 DfeKEY=0X7D ?* NY KEY=0X7B ?.* NDB4繼續(xù)功能鍵啟動功能鍵停止功能鍵DB1DB0000011111DD=1 ：開顯示；D=0關顯示(3)顯示起始行設置D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00011顯示起始行(063)指令表中DB5DB0為顯示起始

30、行的地址，取值在03FH (164行)范 圍內(nèi)，它規(guī)定了顯示屏上最頂一行所對應的顯示存儲器的行地址。(4)頁面地址設置D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00010111Page(07)頁面地址是DDRAM 的行地址。8行為一頁，DDRAM 共64行即8頁,DB2-DB0 表示 0-7 頁。(5)列地址設置D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00001Yaddress (063)列地址是 DDRAM 的列地址。共64列，DB5-DB0取不同值得到0-3FH(1-64)，代表某一頁面上的某一單元地址，列地址計數(shù)器在每一次讀/寫數(shù)據(jù)后它將自動加一。(6)

31、寫顯示數(shù)據(jù)D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB010顯示數(shù)據(jù)該操作將8位數(shù)據(jù)寫入先前已確定的顯示存儲器的單元內(nèi)。操作完成后列地址計數(shù)器自動加一。(7)讀顯示數(shù)據(jù)D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB011顯示數(shù)據(jù)該操作將12864模塊中的DDRAM存儲器對應單位中的內(nèi)容讀出，然后列地址計數(shù)器自動加一。根據(jù)上面指令結合系統(tǒng)要實行的功能，其顯示子程序流程如圖4.6所示。a）寫入16*16漢字程序流程圖4.6顯示程序流程4.3系統(tǒng)Proteus仿真4.3.1 Proteus軟件簡介Proteus是英國Labcenter electronics公司研發(fā)的EDA

32、設計軟件， 是一個 基于ProSPICE混合模型仿真器的，完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設計仿真平臺。Proteus不僅可以做數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)?；旌想娐返姆抡妫€可進行多種CPU 的仿真，涵蓋了 51、PIC、AVR、HC11、ARM等處理器，真正實現(xiàn)了在計算機 從原理設計、電路分析、系統(tǒng)仿真、測試到 PCB板完整的電子設計，實現(xiàn)了從 概念到產(chǎn)品的全過程。以下為本系統(tǒng)在 Protues中的仿真流程：（1） 新建文件：打開Protues點File，在彈出的下拉菜單中選擇 New Design， 在彈出的圖幅選擇對話框中選 Default o（2）設置編輯環(huán)境：按上述的方法對 Protues的設計

33、環(huán)境進行設置。（3） 元器件選?。喊丛O計要求，在對象選擇窗口中點P,彈出Pickdevices對話框，在Keywords中填寫要選擇的元器 件，然后在右邊對話框中選中要選的元器 件，則元器件列在對象選擇的窗口中如圖 4.7所示。本設計所需選用的元器件如下： AT89C51:單片機 RES、RX8、RESPACK-8:電阻、D曲19因宙XXIVCPick Device?|8X51.BUS| MaichWeWffdj?Dsmcc | LH訓 |B0C510U5 MCS8051 8051cffiCiIwlCdMorics1Miowwssa IC$排阻、上拉電阻 CRYSTAL:晶振 CAP、CAP-

34、ELEC:電容、電解電容 7805、7812:5V、12V三端穩(wěn)壓塊 IN4007 :二極管圖4.7 Proteus元器件選取界面 AMPIRE128 64：液晶顯示器 OPTOCUPLER-NPN :光電耦合器 BOUTTON :按鍵 MOTOR-ENCODER :直流電機放置元器件、放置電源和地、連線，得到附錄 H所示的系統(tǒng)整體電路，最后進行電氣檢測。(4)程序編譯點菜單 SourceAdd/Remove sou rce Files”在出現(xiàn)的對話框如圖4.8中， 選擇ASEM51編輯器，將上面的匯編源 程序SEKED.ASM 添加。再點菜單 SourceBuild ALL編譯匯編源程序，

35、生成目標代碼文件SWLED.HEX。(5) 程序加載圖4.8程序添加界面在編輯環(huán)境左擊單片機然后右擊，在彈出的對話框中將編譯生成的 HEX文件加 載到芯片中，設單片機的時鐘工作頻率為 12MHZ。(6) 電路仿真點仿真按鍵，按照前面介紹的系統(tǒng)使用方法進行仿真。5 系統(tǒng)測試和分析為了確定系統(tǒng)和設計要求的符合程度， 需要進行系統(tǒng)測試和分析， 但是由于試驗 調(diào)節(jié)的制約和時間的限制， 不能完成此次制作， 只能通過軟件仿真進行驗證， 在這里 使用的是英國的Proteus軟件進行測試，有關改軟件的使用在前面的章節(jié)已經(jīng)介紹， 在這里不再重復。根據(jù)第1章PID參數(shù)整定方法的介紹和分析，對于本系統(tǒng)采用經(jīng)驗法進行

36、參數(shù)整定，該方法調(diào)試的原則為：先是比例后積分，最后再把微分加；曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大；曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳；曲線偏離回復慢，積分時間往下降；曲線波動周期長，積分時間再加長；曲線振蕩頻率快，先把微分降下來；動差大來波動慢，微分時間應加長。下面以 PID 調(diào)節(jié)器為例，具體說明經(jīng)驗法的整定步驟： 讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)K| =0，實際微分系數(shù)K d =0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，由小到大改變比例系數(shù) K P ，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意 的控制過程為止。 取比例系數(shù)Kp為當前的值乘以0.83,由小到大增加積分系數(shù) K|，同樣讓擾 動信號作階躍變化，直至求得滿意的控

37、制過程。 積分系數(shù) KI 保持不變， 改變比例系數(shù) KP ，觀察控制過程有無改善， 如有改善 則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。否則，將原比例系數(shù) K P 增大一些，再調(diào)整積分系數(shù) KI ， 力求改善控制過程。如此反復試湊，直到找到滿意的比例系數(shù) K P 和積分系數(shù) K I 為 止。 引入適當?shù)膶嶋H微分系數(shù) Kd和實際微分時間Td ,此時可適當增大比例系數(shù) K P 和積分系數(shù) K I 。和前述步驟相同，微分時間的整定也需反復調(diào)整，直到控制過 程滿意為止。PID 參數(shù)是根據(jù)控制對象的慣量來確定的。大慣量如：大烘房的溫度控制，一 般P可在10以上,I在（3、10）之間，D在1左右。小慣量如：一個小電機閉環(huán)

38、 控制，一般P在（1、10）之間,I在（0、5）之間,D在（0.1、1）之間,具體參 數(shù)要在現(xiàn)場調(diào)試時進行修正。根據(jù)上訴方法，通過軟件仿真系統(tǒng)得出數(shù)據(jù)如表 5.1所示，通過觀察得出該系統(tǒng) 比較合適的P、I、D三者的參數(shù)值為：Kp=2, K i =2.2, Kd =0.2。并且可以反映 表5.1測試數(shù)據(jù)表次數(shù)設定Kp設定K|設定Kd設定（r/min）超調(diào)里調(diào)節(jié)時間（s）誤差122.20.21008%41%232.20.210015%52%342.20.210022%115%412.20.21005%63%502.20.21001%126%621.10.21006%82%7200.21002%15

39、9%823.30.21008%51%924.40.21009%72%1022.20.11008%61%1122.201006%55%1222.20.31007%51%1322.20.41006%74%出PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用是:（1）比例環(huán)節(jié)：Kp值的選取決定于系統(tǒng)的響應速度。增大Kp能提高響應速度， 減小穩(wěn)態(tài)誤差；但是，Kp值過大會產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定減小 Kp可 以減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性，但 K p過小會減慢響應速度，延長調(diào)節(jié)時間；（2）積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于 積分時間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強；（3）微分環(huán)節(jié)：能反映偏

40、差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號的值 變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。通過上訴的數(shù)據(jù)分析可知，該系統(tǒng)完成了設計的任務及要求，證實了設計方案的 可行性和設計方法的正確性。附錄I部分源程序、主程序:main( )zf=0;flag1=0;EA=1;IT0=1;EX0=1;count=0;en=0;en1=0;en2=0;U0=200;Un=0;cc=0;zanting=0;pwm1=0;pwm2=0;P1=0xF0;Init_lcd();/設置液晶顯示器Clr_Scr();/清屏left();Disp_Chinese(0,0,da

41、n);/單left();Disp_Chinese(0,16,pian);/片left();Disp_Chinese(0,32,ji);/機left();Disp_Chinese(0,48,de);/的right();Disp_Chinese(0,0,shu);/數(shù)right();Disp_Chinese(0,16,zi);/字right();Disp_Digit(0,32,dp);/Pright();Disp_Chinese(0,40,di);/Iright();Disp_Digit(0,56,dd);/Dleft();Disp_Chinese(3,16,dian);/ 電left();Dis

42、p_Chinese(3,32,ji);/ 機left();Disp_Chinese(3,48,tiao);/ 調(diào)right();Disp_Chinese(3,0,shu0);/ 速right();Disp_Chinese(3,16,xi);/ 系right();Disp_Chinese(3,32,tong);/ 統(tǒng)left();Disp_Chinese(6,48,heng);/ 橫線right();Disp_Chinese(6,0,heng);/ 橫線right();Disp_Chinese(6,16,jia); right();Disp_Chinese(6,32,xiao); right()

43、;Disp_Chinese(6,48,wei);flag0=0;for( ; ; )/ 等待設置鍵按下 if(flag0=1)break;Clr_Scr(); / 清屏 left();Disp_Chinese(0,32,can); left();Disp_Chinese(0,48,shu); right();Disp_Chinese(0,0,she);right();Disp_Chinese(0,16,zhi); left();Disp_Chinese(2,4,Kp);left();Disp_Digit(2,20,maohao);left();Disp_Digit(2,28,s0);left(

44、);Disp_Digit(2,36,s0); left();Disp_Digit(2,44,dian0);left();Disp_Digit(2,52,s0); right();Disp_Chinese(2,4,Ki);right();Disp_Digit(2,20,maohao);right();Disp_Digit(2,28,s0);right();Disp_Digit(2,36,s0);right();Disp_Digit(2,44,dian0);right();Disp_Digit(2,52,s0);left();Disp_Chinese(4,4,Kd); left();Disp_Di

45、git(4,20,maohao); left();Disp_Digit(4,28,s0); left();Disp_Digit(4,36,s0); left();Disp_Digit(4,44,dian0); left();Disp_Digit(4,52,s0); right();Disp_Chinese(4,4,V); right();Disp_Digit(4,20,maohao); right();Disp_Digit(4,28,s0); right();Disp_Digit(4,36,s0); right();Disp_Digit(4,44,s0); left();Disp_Chinese(6,4,zhuan); left();Disp_Chinese(6,20,xiang); left();Disp_Digit(6,36,maohao); left();Disp_Chinese(6,44,zheng); flag1=0;for(set=0;)