陳振潘 電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告(共40頁)

1、姓名-學(xué)號成績分組序號同組人員（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：設(shè)置有正轉(zhuǎn)按鍵、反轉(zhuǎn)按鍵、加速按鍵、減速按鍵；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；測量馬達(dá)的反電動勢系數(shù)；測量馬達(dá)的力矩系數(shù)；創(chuàng)建馬達(dá)的數(shù)學(xué)模型；實(shí)現(xiàn)比例控制；實(shí)現(xiàn)比例積分控制；摘 要 本課程(kchng)設(shè)計(jì)(shj)主要設(shè)計(jì)了一個(gè)(y )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)行軟硬件的設(shè)計(jì)。

2、，主要設(shè)計(jì)了液晶顯示電路、鍵盤控制電路、復(fù)位電路、測速電路和驅(qū)動電路。軟件設(shè)計(jì)在 Keil 開發(fā)平臺用 C 語言編寫，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)速的方法通過利用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 控制信號控制直流電機(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)動電路。 通過硬件電路的模擬情況，說明系統(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(ml)TOC o 1-3 h u

3、HYPERLINK l _Toc6666 1. 直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(shj)任務(wù)任務(wù)(rn wu)總述本課題主要(zhyo)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，通過與12864液晶顯示模塊、L298N電機(jī)驅(qū)動模塊、鍵盤掃描模塊、測速模塊、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。通過比例控制、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。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

4、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.測量馬達(dá)的反電動勢系數(shù)；4.測量馬達(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)動態(tài)過程運(yùn)行數(shù)據(jù)，并上傳到PC機(jī)繪出動態(tài)過程 曲線。總體方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)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，簡稱PWM)。因?yàn)樵撜{(diào)速方法具有開關(guān)頻率高、低速運(yùn)行穩(wěn)定、動態(tài)性能優(yōu)良、效率高等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是這種調(diào)速方式很容易在單片機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，硬件比較簡單，運(yùn)算速度快，精度高。使用H型全橋式驅(qū)動電路為直流電機(jī)驅(qū)動電路。這種驅(qū)動電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四

5、象限運(yùn)行，分別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動。用測速碼盤編碼器對直流電機(jī)的進(jìn)行測速，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)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。設(shè)置功能鍵盤，可通過按鍵實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定以及調(diào)節(jié)控制。硬件(yn jin)設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(shj)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)測速碼盤編碼器脈沖鍵盤和開關(guān)電源12864液晶STC12C52A圖3-1 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)STC12最小系統(tǒng)STC12C5A60S2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專用復(fù)位電路，2路

6、PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S)，針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合，其片內(nèi)的具有大容量程序存儲器60K FLASH ROM，用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。STC系列單片機(jī)支持串口程序燒寫，對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。以下是STC12C5A60S2的功能：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；工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V-3.3V（5V單片機(jī)）STC12LE5A60S2系列工作電壓：3.6V-2.2V（3V單片機(jī)）；工作頻率范圍：0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的0420MHz；用戶用程序空間8K/16

7、K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)；片上集成(j chn)1280字節(jié)RAM；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(s zhn)模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個(gè)I/O口驅(qū)動能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過55Ma；ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用(yngyng)可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM)；看門

8、狗；內(nèi)部集成MAX810專用復(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）；外部掉電檢測電路：在P4.6口有一個(gè)低壓門檻比較器，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%；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%以內(nèi))1用戶在下載用戶程序時(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)際測試為準(zhǔn)；共4個(gè)16位定時(shí)器，兩個(gè)與傳

9、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；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；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/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3(也可通過寄存器設(shè)置到P4.2)，CCP1/P1.4(也可通過寄存器設(shè)置到P4.3)；16）PWM(2路）

10、/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路）也可用來當(dāng)2路D/A使用 也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器 也可用來再實(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)；A/D轉(zhuǎn)換，10位精度(jn d)ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬次)；通用(tngyng)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；STC12C5A60S2系列(xli)有雙串口，后綴有S2標(biāo)志 的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過寄存器設(shè)置到P4.2)， TxD2/P1.3(可通過寄存器設(shè)置到P4.3)；工作溫度范圍：-40 - +85(工業(yè)級) /

11、0 - 75 (商 業(yè)級)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口線外接74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴(kuò)展I/O口，還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU，三線通信，還多了串口。圖3-2 12C5A60S2芯片復(fù)位電路單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動復(fù)位和手動按鍵復(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，自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動復(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(f wi)電路接線圖系統(tǒng)(xtng)時(shí)鐘電路單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)

12、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(ky)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)圖見圖3-5：圖3-5 直流電機(jī)的基本(jbn)結(jié)構(gòu) （2）直流電動機(jī)(dngj)的參數(shù)特性1)感應(yīng)(gnyng)電勢E （3-1）式中: -電動勢(V); 一對磁極的磁通(Wb);-電樞轉(zhuǎn)速(r/min);

13、 -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)直流電動機(jī)電樞電壓平衡方程式 （3-3）為電樞電阻4)直流電動機(jī)機(jī)械特性的一般表達(dá)式 （3-4） （3） 直流電機(jī)的機(jī)械特性曲線直流電機(jī)的機(jī)械特性曲線如下圖3-6所示：TNTn 0nN圖3-6 直流電機(jī)的機(jī)械特性(txng)曲線轉(zhuǎn)速(zhun s)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(xioho)的壓降IaRa增加，所以轉(zhuǎn)速n下降。 （3-5）

14、（4）永磁直流電機(jī)調(diào)速調(diào)壓調(diào)速通：過改變輸入電壓實(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L298N電機(jī)驅(qū)動(q dn)模塊 （1）H型全橋式驅(qū)動(q dn)電路直流電機(jī)驅(qū)動電路使用最廣泛的就是H型全橋式驅(qū)動電路，這種驅(qū)動電路可以很方便(fngbin)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動。它的基本原理圖如圖所示。MNET1NET0NET0NET1V3V1V4V2VCC圖3-8 H型橋式驅(qū)動電路 H型全橋式驅(qū)動電路的4只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)，

15、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；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。在直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，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完全互補(bǔ)，但是，由于實(shí)際的開關(guān)器件都存在開通和關(guān)斷時(shí)間，絕對的互補(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)斷的過程中，下橋臂導(dǎo)通了。為了避免直通短路且保證各個(gè)開關(guān)管動作之間的同步性，兩組控

16、制信號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)矯正過程既可以通過硬件實(shí)現(xiàn)，即在上下橋臂的兩組控制信號之間增加延時(shí)。圖3-9 L298N芯片(xn pin)邏輯結(jié)構(gòu)引腳說明(shumng)見表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4VS用于驅(qū)動負(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的無極性電容5;7Input 1; Input 2A橋TTL輸入端6;1

17、1Enable A; EnableBTTL使能輸入端：低電平使橋A或橋B無效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被檢測極限(jxin)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：結(jié)操作溫度-25130度Tstg

18、、Ti:儲存和結(jié)溫度-40150度芯片(xn pin)引腳圖如圖3-10所示:圖3-10 L298N芯片(xn pin)引腳功能圖3-11 L298N芯片(xn pin)引腳接線圖12864液晶顯示模塊（1）芯片介紹LCD12864液晶(yjng)顯示器如下圖所示：圖3-12 LCD12864液晶(yjng)顯示器引腳功能(gngnng)：LCD12864及其兼容控制驅(qū)動器的引腳功能如下：表 3-3 LCD12864及其兼容控制驅(qū)動器的引腳功能引腳符號狀態(tài)引腳名稱功能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輸入讀寫時(shí)能端在E下降沿，數(shù)據(jù)被鎖存（寫）入LC

19、D12864及其兼容控制驅(qū)動器；在E高電平期間，數(shù)據(jù)被讀出R/W輸入讀寫選擇信號R/W=1，為讀選通，R/W=0，為寫選通，D/I輸入數(shù)據(jù)、指令選擇信號D/I=1為數(shù)據(jù)操作D/I=0為寫指令或讀狀態(tài)DB0DB7三態(tài)數(shù)據(jù)總線RST輸入復(fù)位信號復(fù)位信號有效時(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接線原理圖如下：圖3-13 LCD12864接線圖測速模塊(m kui) 本系統(tǒng)采用對射式光電開關(guān)測速，通過兩個(gè)對射式光電開關(guān)之間的距離，以及測量運(yùn)動物體通過兩個(gè)光電開關(guān)的次數(shù)，然后(rnhu)做除法而得到其平均速

20、度的測速方法。當(dāng)無遮擋對射式光電開關(guān)時(shí)，紅外對射式光電開關(guān)的接收端輸出高電平信號，當(dāng)有物體經(jīng)過無遮擋時(shí)，對射式光電開關(guān)的接收端輸出低電平信號。其工作原理圖如圖所示。圖3-14光電開關(guān)工作(gngzu)原理圖 由于光電開關(guān)輸出的電壓太低，本系統(tǒng)采用了8050三極管放大電路(dinl)對輸出信號進(jìn)行放大。電路圖如圖所示。圖3-15 測速電路(dinl)接線圖軟件設(shè)計(jì)主程序圖4-1 主程序流程圖初始化模塊(m kui)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)(gg)子程序模塊進(jìn)行初始化，以便它們能正常工作，本系統(tǒng)中對測速模塊、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

21、示。圖4-2 初始化模塊(m kui)流程圖圖4-3 初始化模塊(m kui)子程序測速模塊(m kui)程序設(shè)計(jì)測速模塊中主要用到定時(shí)器T0和計(jì)數(shù)器T1來輔助測速，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 測速模塊(m kui)流程圖其程序(chngx)如下：定時(shí)器計(jì)數(shù)器初始化 void measure_speed_init()TMOD=0 x51;TH0=(65536-46080)/256;TL0=(65536-46080)%256;TH1=0;TL1=0;E

22、A=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1; 測速函數(shù)(hnsh)，每分鐘轉(zhuǎn)速 void measure_speed() if(minute_flag=1)TR1=0;minute_flag=0;TL1=0; TH1=0;TR1=1;T0定時(shí)(dn sh)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;time

23、r0_num=0; 電機(jī)控制模塊(m kui)程序設(shè)計(jì)電機(jī)(dinj)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)控制(kngzh)模塊流程圖圖4-4 電機(jī)控制(kngzh)模塊子程序PWM程序設(shè)計(jì)(chn x sh j)本系統(tǒng)采用STC12C5A芯片自帶的PWM模塊對電機(jī)的速度(sd)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。單片機(jī)產(chǎn)生PWM的程序(chngx)如下：sfr CCON=0 xD8; /PCA控制寄存器sbit CCF0=CCON0; /PCA module-0中斷標(biāo)志sbit CCF1=CCON1; /PCA module-1 interrupt

24、 flagsbit CR= CCON6; /PCA定時(shí)器運(yùn)行控制位sbit CF=CCON7; /PCA timer overflow flagsfr CMOD=0 xD9; /PCA mode registersfr CL=0 xE9; /PCA base timer LOWsfr CH=0 xF9; /PCA base timer HIGHsfr CCAPM0=0 xDA; /PCA module-0 mode registersfr CCAPM1=0 xDB; /PCA module-1 mode registersfr PCAPWM0=0 xf2;sfr PCAPWM1=0 xf3;v

25、oid pwm_init() CCON = 0;/Initial PCA control register CL = 0;/Reset PCA base timer CH = 0; CMOD = 0 x00; /時(shí)鐘源輸入 系統(tǒng)時(shí)鐘/2 CCAP0H = CCAP0L = 0 xff;/開通端口輸出占空比為0%的方波 CCAPM0 = 0 x42;/PCA module-0工作在8位PWM模式?jīng)]有PCA中斷 CCAP1H = CCAP1L = 0 xff; CCAPM1 = 0 x42;/PCA module-0 CR = 1;/PCA定時(shí)器啟動運(yùn)行菜單程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)提供多個(gè)菜單可供選擇，方便

26、使用者對直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制。提供的菜單有：基本菜單：通過按鍵能實(shí)現(xiàn)對電機(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。比例控制菜單：通過按鍵能對電機(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)行對比。PID控制菜單：通過按鍵能對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，并顯示(xinsh)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)行對比。菜單(ci dn)程序如下：#includeMENU.h#includeMEASURE_SPEED.h#includeLCD12864.h#includeL298n.h#includeKEYSCAN.hunsigned char code table

27、=0123456789;unsigned char display_motor_speed= ;unsigned char code san=0 xc8,0 xfd;unsigned char code zheng=0 xd5,0 xfd;unsigned char code motor_state10=電機(jī)(dinj),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;voi

28、d menu0() DisplayTextLCD12864(0,0,=電機(jī)監(jiān)控=);switch(flag2)case 0:DisplayTextLCD12864(0,2, );DisplayTextLCD12864(0,3, );DisplayTextLCD12864(0,1,);break;case 1:DisplayTextLCD12864(0,1, );DisplayTextLCD12864(0,3, );DisplayTextLCD12864(0,2,);break;case 2:DisplayTextLCD12864(0,1, );DisplayTextLCD12864(0,2,

29、);DisplayTextLCD12864(0,3,); break;DisplayTextLCD12864(1,1,狀態(tài)(zhungti)：);switch(flag3)case 0:DisplayTextLCD12864(4,1,停止(tngzh);break;case 1:DisplayTextLCD12864(4,1,+ 轉(zhuǎn));break;case 2:DisplayTextLCD12864(4,1,反轉(zhuǎn)(fn zhun);break;DisplayTextLCD12864(1,2,檔速：);switch(stall_flag)case 0:DisplayTextLCD12864(4,

30、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(zhun s)：);getdisplaymotor_speed();DisplayTextLCD12864(4,3,display_motor_speed);按鍵(n jin)程序設(shè)計(jì)按鍵(n jin)驅(qū)動函數(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。vo

31、id matrix_key(void) /按鍵檢測子程序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)while(!key4);flagkey4=1;while(!key1);if(key5=0)while(!key5);flagkey5=1;while(!key5);if(key6=0)while(!key6);flagkey6=1;whi

32、le(!key6); 直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立(jinl)轉(zhuǎn)速反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的功率主電路是電力電子(dinz)變換器和直流電動機(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)直流電動機(jī)在額定( dng)勵(lì)磁下的等效電路如下：圖5-1假定主電路電流連續(xù)，動態(tài)電壓方程為：（5-2）忽略粘性摩擦及彈性轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)軸上的動力學(xué)方程式為（5-3）式中 包括(boku)電動機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 電力拖動裝置(zhungzh)折算到電動機(jī)軸上的飛輪慣量；額定勵(lì)磁下的感應(yīng)(gnyng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩分別為 （5-4） （5-5）式中 電動機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)（）， （5-5）再定義下列

33、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(diny)和電流間的傳遞函數(shù)為 （5-11）動態(tài)(dngti)結(jié)構(gòu)圖為圖 5-2電流(dinli)與電動勢間的傳遞函數(shù)為 （5-12）動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為 圖5-3將圖 （5-2）和圖（5-3）合并，考慮到 ，即得額定勵(lì)磁下的直流電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖 5-4將擾動(rodng)量 的綜合點(diǎn)移前，進(jìn)行等效(dn xio)變

34、換，得直流電動機(jī)的動態(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(ync)它們的傳遞函數(shù)如下放大器： （5-13）測速反饋： （5-14）綜合上面，可得轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下圖5-6其開環(huán)傳遞函數(shù)是 （5-15）設(shè) =0，從給定輸入(shr)作用上看，閉環(huán)傳遞函數(shù)是（5-16）數(shù)據(jù)(shj)處理與調(diào)速數(shù)據(jù)電機(jī)(dinj)的反電動勢系數(shù)表6-1 電機(jī)反電動勢系數(shù)測量數(shù)據(jù)電機(jī)電壓（V）空載電流（mA）轉(zhuǎn)速（R/min）560160012804300241208600反電動勢 （6-1）直流電動機(jī)電樞(din sh)電壓平衡方

35、程式 （6-2）綜合（6-1）（6-2）代入數(shù)據(jù)可得出反電動勢(fn din dn sh)系數(shù)：=電機(jī)(dinj)內(nèi)阻： 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) 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/MIN995100310049989971002PID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/MIN99399510061003997996系統(tǒng)(xtng

36、)調(diào)試 硬件(yn jin)調(diào)試（1）不接電源，仔細(xì)檢查各輸入/輸出(shch)點(diǎn)是否接好接牢，地線是否接好；（2）用萬用表檢查實(shí)驗(yàn)板線路有沒短路、開路、反接等現(xiàn)象。（3）接通電源，按動各個(gè)功能按鈕，檢查各個(gè)數(shù)碼管能否按照要求正常顯示； 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。心得體會通過這次的課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識到在開始編程時(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，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)過兩周的課程設(shè)計(jì)，有很多新的感受和體會。這次采用的STC12C5A60S2單片機(jī)，程序存儲空間達(dá)到了60KB，如此龐大的存儲空間給了我們在程序上盡情發(fā)揮的空間。所以這次液晶顯示屏采用了LCD12864，并為設(shè)計(jì)出簡潔易看的菜單下了一番功夫。 總得來說吧，這次課程設(shè)計(jì)感覺是好的，因?yàn)槲沂且恢痹趭^斗，在學(xué)習(xí)，不管做出來的作品怎么樣，我相信我都在進(jìn)步中，因?yàn)槲蚁嘈排κ且欢〞惺斋@的。這也讓我明白兩個(gè)道理：一、那個(gè)我們還沒接觸的東西其實(shí)并不像我們想象的那么難的，只要我們用心去學(xué)，很快會有所成；二、努力是