基于单片机的直流电机调速系统设计木子单片机摘要本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量经过滤波电路后将测量值送到A/D转换器并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面文章中详细介绍了PI运算程序初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。关键词 PWM信号测速发电机PI运算The Design of Direct Current Motor speed Regulation System Based OnSCMChenliSchool of Information and EngineeringAbstractThis article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation of D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculation. As for the software, this article introduces in detail the idea of the programming and how to make it.Key words:PWM signaltachogeneratorPI calculation目录1. 引言1.1 开发背景1.2 选题的目的和意义1.3 研究方法2. 总体设计概述2.1 总体硬件电路设计2.1.1系统总体设计框图2.1.2 8051单片机简介2.1.3单片机系统中所用其他芯片选型2.2 PWM信号发生电路设计2.2.1 PWM的基本原理2.2.2 PWM信号发生电路设计2.2.3 PWM发生电路主要芯片的工作原理2.3 功率放大驱动电路设计2.3.1芯片IR2110性能及特点2.3.2 IR2110的引脚图以及功能2.4 主电路设计2.4.1 延时保护电路2.4.2 主电路2.4.3 输出电压波形2.4.4系统总体电路图2.5 测速发电机2.6 滤波电路2.7 A/D转换2.7.1芯片选型2.7.2 ADC0809的引脚及其功能3. 系统软件部分的设计3.1 PI 转速调节器原理图及参数计算3.2 系统中的部分程序设计3.2.1主程序设计3.2.2 PI控制算法子程序设计4. 系统调试4.1软件调试4.2系统仿真结论致谢参考文献附录1.引言1.1开发背景现代工业生产中电动机是主要的驱动设备目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统又伴随着电子技术的高度发展促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变特别是单片机技术的应用使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。直流电机调速基本原理是比较简单的相对于交流电机只要改变电机的电压就可以改变转速了。改变电压的方法很多最常见的一种PWM脉宽调制调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压控制转速。PWM控制的基本原理很早就已经提出但是受电力电子器件发展水平的制约在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用PWM控制技术获得了空前的发展到目前为止已经出现了多种PWM控制技术。1.2选题的目的和意义直流电动机具有良好的起动、制动性能宜于在大范围内平滑调速在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成控制系统的硬件部分非常复杂功能单一而且系统非常不灵活、调试困难阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成为直流电动机的控制提供了更大的灵活性并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统可以节约人力资源和降低系统成本从而有效的提高工作效率。传统的控制系统采用模拟元件虽在一定程度上满足了生产要求但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响并且线路复杂、通用性差控制效果受到器件性能、温度等因素的影响故系统的运行可靠性及准确性得不到保证甚至出现事故。目前直流电动机调速系统数字化已经走向实用化伴随着电子技术的高度发展促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变特别是单片机技术的应用使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。1.3研究方法本文主要研究了利用MCS-51系列单片机通过PWM方式控制直流电机调速的方法。PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统然后通过放大来驱动电机。利用直流测速发电机测得电机速度经过滤波电路得到直流电压信号把电压信号输入给A/D转换芯片最后反馈给单片机在内部进行PI运算输出控制量完成闭环控制实现电机的调速控制。2.总体设计概述单片机直流电机调速简介单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率从而改变负载两端的电压进而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动控制的调整系统中按一个固定的频率来接通和断开电源并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小从而控制电动机的转速。因此PWM又被称为“开关驱动装置”。本系统以89C51单片机为核心通过单片机控制C语言编程实现对直流电机的平滑调速。系统控制方案的分析本直流电机调速系统以单片机系统为依托根据PWM调速的基本原理以直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小从而控制电动机的转速为依据实现对直流电动机的平滑调速并通过单片机控制速度的变化。本文所研究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。2.1总体硬件电路设计2.1.1系统总体设计框图本系统采用89C51控制输出数据由PWM信号发生电路产生PWM信号送到直流电机直流电机通过测速电路滤波电路和A/D转换电路交数据重新送回单片机进行PI运算从而实现对电机速度和转向的控制达到直流电机调速的目的。图2-1系统总体设计图2.1.2 8051单片机简介18051单片机的基本组成8051单片机由CPU和8个部件组成它们都通过片内单一总线连接其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本组成如下图所示图2-2 8051基本结构图2CPU及部分部件的作用功能介绍如下中央处理器CPU它是单片机的核心完成运算和控制功能。内部数据存储器8051芯片中共有256个RAM单元能作为存储器使用的只是前128个单元其地址为00H—7FH。通常说的内部数据存储器就是指这前128个单元简称内部RAM。内部程序存储器8051芯片内部共有4K个单元用于存储程序、原始数据或表格简称内部ROM。定时器8051片内有2个16位的定时器用来实现定时或者计数功能并且以其定时或计数结果对计算机进行控制。中断控制系统该芯片共有5个中断源即外部中断2个定时/计数中断2个和串行中断1个。38051单片机引脚图图2-3 8051单片机引脚图2.1.3 单片机系统中所用其他芯片选型1地址锁存器地址锁存器可以选择多种有地址锁存功能的器件有74LS373、8282、74LS273等8282是地址锁存器功能与74LS373类似但本系统选用74LS373作为地址锁存器考虑到其应用的广泛性以及具有良好的性价比成为目前在单片机系统中应该较广泛的地址锁存器。74LS373片内是8个输出带三态门的D锁存器。当使能端呈高电平时锁存器中的内容可以更新而在返回低电平的瞬间实现锁存。如果此时芯片的输出控制端为低也即是输出三态门打开锁存器中的地址信息便可以通过三态门输出。其引脚图如图2-4所示图2-4 74L373引脚图2程序存储器存储器是单片机的又一个重要组成部分其中程序存储器是单片机中非常重要的存储器但由于其存储空间不足常常需要对单片机的存储器空间进行扩展扩展程序存储器常用芯片有EPROM紫外线可擦除型如27162KB、27324KB、27648KB、2712816KB、2725632KB等另外还有5V电擦除E2PROM如28162KB、28648KB等等。考虑到系统功能的可扩展性以及程序功能的扩展本系统采用16KB的27128作为程序存储器扩展芯片在满足系统要求的前提下还存有一定的扩展空间是本系统最合适的程序存储器扩展芯片。27128的引脚图如图2-5所示图2-5 27128结构图3数据存储器8051单片机有128B RAM当数据量超过128B也需要把数据存储区进一步扩展。常用RAM芯片分静态和动态两种。静态RAM有6116(2KB)、6264(8KB)等动态DRAM2164(8KB)等另外还有集成IRAM和E2PROM。使用E2PROM作数据存储器有断电保护数据的优点。数据存储器扩展常使用随机存储器芯片用的较多的是Intel公司的6116容量为2KB和6264容量为8KB。本系统采用容量8KB的6264作为数据存储器扩展芯片。其引脚图如图2-6所示图2-6 6264引脚图2.1.4 8051单片机扩展电路及分析图2-7 8051单片机扩展电路及分析接线分析P0.7---P0.0这8个引脚共有两种不同的功能分别使用于两种不同的情况。第一种情况是8051不带片外存储器P0口可以作为通用I/O口使用P0.7---P0.0用于传送CPU的I/O数据。第二种情况是8051带片外存储器P0.7---P0.0在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址然后传送CPU对片外存储器的读写数据。P2.7---P2.0这组引脚的第一功能可以作为通用的I/O使用。它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合用于输出片外存储器的高8位地址共同选中片外存储器单元但是并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。P3.7---P3.0这组引脚的第一功能为传送用户的输入/输出数据。它的第二功能作为控制用每个引脚不尽相同。VCC为5V电源线VSS为接地线。ALE/地址锁存允许/编程线配合P0口引脚的第二功能使用在访问片外存储器时8051CPU在P0.7---P0.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE/线上输出一个高电位脉冲其下降沿用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器以便空出P0.7---P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器的读写数据。/VPP允许访问片外存储器/编程电源线可以控制8051使用片内ROM还是片外ROM。如果1那么允许使用片内ROM如果0那么允许使用片外ROM。XTAL1和XTAL2片内振荡电路输入线这两个端子用来外接石英晶体和微调电容即用来连接8051片内OSC的定时反馈电路。石英晶振起振后应能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波以便于8051片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡电容C1、C2可以帮助起振调节它们可以达到微调fOSC的目的。2.2PWM信号发生电路设计2.2.1 PWM的基本原理PWM脉冲宽度调制是通过控制固定电压的直流电源开关频率改变负载两端的电压从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面比如电机调速、温度控制、压力控制等等。在PWM驱动控制的调整系统中按一个固定的频率来接通和断开电源并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的从而来控制电动机的转速。也正因为如此PWM又被称为“开关驱动装置”。如图2-8所示图2-8 PWM方波设电机始终接通电源时电机转速最大为Vmax设占空比为D t1 / T则电机的平均速度为Va Vmax * D其中Va指的是电机的平均速度Vmax 是指电机在全通电时的最大速度D t1 / T是指占空比。由上面的公式可见当我们改变占空比D t1 / T时就可以得到不同的电机平均速度Vd从而达到调速的目的。严格来说平均速度Vd与占空比D并非严格的线性关系但是在一般的应用中我们可以将其近似地看成是线性关系。2.2.2 PWM信号发生电路设计图2-9PWM信号发生电路PWM波可以由具有PWM输出的单片机通过编程来得以产生也可以采用PWM专用芯片来实现。当PWM波的频率太高时它对直流电机驱动的功率管要求太高而当它的频率太低时其产生的电磁噪声就比较大在实际应用中当PWM波的频率在18KHz左右时效果最好。在本系统内采用了两片4位数值比较器4585和一片12位串行计数器4040组成了PWM信号发生电路。两片数值比较器4585即图上U2、U3的A组接12位串行4040计数输出端Q2—Q9而U2、U3的B组接到单片机的P1端口。只要改变P1端口的输出值那么就可以使得PWM信号的占空比发生变化从而进行调速控制。12位串行计数器4040的计数输入端CLK接到单片机C51晶振的振荡输出XTAL2。计数器4040每来8个脉冲其输出Q2—Q9加1当计数值小于或者等于单片机P1端口输出值X时图中U2的AB输出端保持为低电平而当计数值大于单片机P1端口输出值X时图中U2的AB输出端为高电平。随着计数值的增加Q2—Q9由全“1”变为全“0”时图中U2的AB输出端又变为低电平这样就在U2的AB端得到了PWM的信号它的占空比为255 -X / 255*100%那么只要改变X的数值就可以相应的改变PWM信号的占空比从而进行直流电机的转速控制。使用这个方法时单片机只需要根据调整量输出X的值而PWM信号由三片通用数字电路生成这样可以使得软件大大简化同时也有利于单片机系统的正常工作。由于单片机上电复位时P1端口输出全为“1”使用数值比较器4585的B组与P1端口相连升速时P0端口输出X按一定规律减少而降速时按一定规律增大。2.2.3 PWM发生电路主要芯片的工作原理1数据比较器具有数据比较功能的芯片有74LS682874LS6838等8位数值比较器4位数值比较器4585等。本PWM发生电路通过两片4位数值比较器4585就可实现PWM信号的产生因此选用4585作为信号发生电路。芯片4585的引脚图图2-10 4585引脚图2串行计数器系统PWM信号发生电路中还使用到一片串行计数器有串行计数功能的芯片有4024、4040等它们具有相同的电路结构和逻辑功能但4024是7位二进制串行计数器而芯片4040是一个12位的二进制串行计数器所有计数器位为主从触发器计数器在时钟下降沿进行计数。当CR为高电平时它对计数器进行清零由于在时钟输入端使用施密特触发器故对脉冲上升和下降时间没有限制所有的输入和输出均经过缓冲。本系统使用4040作为串行计数器芯片4040的引脚图如图2-11所示图2-11 4040引脚图2.3功率放大驱动电路设计功率放大驱动芯片有多种其中较常用的芯片有IR2110和EXB841但由于IR2110具有双通道驱动特性且电路简单使用方便价格相对EXB841便宜具有较高的性价比且对于直流电机调速使用起来更加简便因此该驱动电路采用了IR2110集成芯片使得该集成电路具有较强的驱动能力和保护功能。2.3.1 芯片IR2110性能及特点IR2110是美国国际整流器公司利用自身独有的高压集成电路以及无闩锁CMOS技术于1990年前后开发并且投放市场的IR2110是一种双通道高压、高速的功率器件栅极驱动的单片式集成驱动器。它把驱动高压侧和低压侧MOSFET或IGBT所需的绝大部分功能集成在一个高性能的封装内外接很少的分立元件就能提供极快的功耗它的特点在于将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号可以驱动同一桥臂的两路输出驱动能力强响应速度快工作电压比较高可以达到600V其内设欠压封锁成本低、易于调试。高压侧驱动采用外部自举电容上电与其他驱动电路相比它在设计上大大减少了驱动变压器和电容的数目使得MOSFET和IGBT的驱动电路设计大为简化而且它可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动还具有快速完整的保护功能。与此同时IR2110的研制成功并且投入应用可以极大地提高控制系统的可靠性。降低了产品成本和减少体积。2.3.2 IR2110的引脚图以及功能IR2110将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号可以驱动同一桥臂的两路输出驱动能力强响应速度快工作电压比较高是目前功率放大驱动电路中使用最多的驱动芯片。其结构也比较简单芯片引脚图如下所示图2-12 IR2110引脚图2.4主电路设计2.4.1 延时保护电路利用IR2110芯片的完善设计可以实现延时保护电路。IR2110使它自身可对输入的两个通道信号之间产生合适的延时保证了加到被驱动的逆变桥中同桥臂上的两个功率MOS器件的驱动信号之间有一互琐时间间隔因而防止了被驱动的逆变桥中两个功率MOS器件同时导通而发生直流电源直通路的危险。2.4.2 主电路从上面的原理可以看出产生高压侧门极驱动电压的前提是低压侧必须有开关的动作在高压侧截止期间低压侧必须导通才能够给自举电容提供充电的通路。因此在这个电路中Q1、Q4或者Q2、Q3是不可能持续、不间断的导通的。我们可以采取双PWM信号来控制直流电机的正转以及它的速度。将IC1的HIN端与IC2的LIN端相连而把IC1的LIN端与IC2的HIN端相连这样就使得两片芯片所输出的信号恰好相反。在HIN为高电平期间Q1、Q4导通在直流电机上加正向的工作电压。其具体的操作步骤如下当IC1的LO为低电平而HO为高电平的时候Q2截止C1上的电压经过VB、IC内部电路和HO端加在Q1的栅极上从而使得Q1导通。同理此时IC2的HO为低电平而LO为高电平Q3截止C3上的电压经过VB、IC内部电路和HO端加在Q4的栅极上从而使得Q4导通。电源经Q1至电动机的正极经过整个直流电机后再通过Q4到达零电位完成整个的回路。此时直流电机正转。在HIN为低电平期间LIN端输入高电平Q2、Q3导通在直流电机上加反向工作电压。其具体的操作步骤如下当IC1的LO为高电平而HO为低电平的时候Q2导通且Q1截止。此时Q2的漏极近乎于零电平Vcc通过D1向C1充电为Q1的又一次导通作准备。同理可知IC2的HO为高电平而LO为低电平Q3导通且Q4截止Q3的漏极近乎于零电平此时Vcc通过D2向C3充电为Q4的又一次导通作准备。电源经Q3至电动机的负极经过整个直流电机后再通过Q2到达零电位完成整个的回路。此时直流电机反转。因此电枢上的工作电压是双极性矩形脉冲波形由于存在着机械惯性的缘故电动机转向和转速是由矩形脉冲电压的平均值来决定的。设PWM波的周期为THIN为高电平的时间为t1这里忽略死区时间那么LIN为高电平的时间就为T-t1。HIN信号的占空比为Dt1/T。设电源电压为V那么电枢电压的平均值为Vout [ t1 - ( T - t1 ) ] V / T ( 2 t1 – T ) V / T ( 2D – 1 )V定义负载电压系数为λλ Vout / V 那么 λ 2D – 1 当T为常数时改变HIN为高电平的时间t1也就改变了占空比D从而达到了改变Vout的目的。D在0—1之间变化因此λ在±1之间变化。如果我们联系改变λ那么便可以实现电机正向的无级调速。当λ0.5时Vout0此时电机的转速为0当0.5λ1时Vout为正电机正转当λ1时VoutV电机正转全速运行。图2-13系统主电路2.4.3 输出电压波形系统电路经过单片机控制的PWM信号产生电路送来的PWM信号经过功率放大电路形成输出电压的波形图如下图如示图2-14输出电压波形2.4.4 系统总体电路图直流电机调速系统总体电路设计由单片机产生控制PWM信号发生电路产生PWM信号的数据控制直流电机调速电路对电机进行调速。图2-15系统总休电路图2.5测速发电机测速发电机是一种测量转速的微型发电机他把输入的机械转速变换为电压信号输出并要求输出的电压信号与转速成正比分为直流与交流两种。其绕组和磁路经过精确设计输出电动势E和转速n成线性关系即Ekn其中k是常数。改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。当被测机构与测速发电机同轴连接时只要检测出输出电动势即可以获得被测机构的转速所以测速发电机又称速度传感器。测速发电机广泛应用于各种速度或者位置控制系统在自动控制系统中作为检测速度的元件以调节电动机转速或者通过反馈来提高系统稳定性和精度。2.6滤波电路经整流后的单向直流或单向脉动直流电都是由强度不变的直流成分和一个以上的交流成分叠加形成的。为了使脉动直流电变得较为平稳把其中的交流成分滤掉叫做滤波。滤波有电容滤波、电感滤波等。本系统中对直流电采用电容滤波的方式使得直流电压变得更加平稳调速更加精确。电路图如图2-15所示图2-16滤波电路2.7A/D转换2.7.1芯片选型能够进行A/D转换的芯片很多其中AD系列的有8位A/D转换器ADC0809、AD570、AD670、AD673、AD7574等TLC系列的有TLC545等其中较为常用的是ADC0809和TLC545TLC545是美国TEXAS仪器公司新推出的一种开关电容结构逐次逼近式8位A/D转换器具有19个模拟输入端。而ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关它可以根据地址码锁存译码后的信号只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换具有地址锁存控制的8路模拟开关应用单一的5V电源其模拟量输入电压的范围为0V---5V其对应的数字量输出为00H---FFH转换时间为100μs无须调零或者调整满量程。因此本系统采用ADC0809作为A/D转换芯片。2.7.2 ADC0809的引脚及其功能ADC0809有28个引脚其中IN0---IN7接8路模拟量输入。ALE是地址锁存允许、接基准电源在精度要求不太高的情况下供电电源就可以作为基准电源。START是芯片的启动引脚其上脉冲的下降沿起动一次新的A/D转换。EOC是转换结束信号可以用于向单片机申请中断或者供单片机查询。OE是输出允许端。CLK是时钟端。DB0---DB7是数字量的输出。ADDA、ADDB、ADDC接地址线用以选定8路输入中的一路引脚详见图2-16。图2-17 ADC0809引脚图3.系统软件部分的设计3.1PI转速调节器原理图及参数计算图3-1 PI转速调节器原理图按照典型II型系统的参数选择方法 转速调节器参数和电阻电容值关系如下:Kn Rn/ R0 Γn Rn/ Cn Ton 1/4 R0 * Con参数求法 电动机P10KW U220V I55A n1000转/分 电枢电阻R0.5欧姆 取滤波电路中Ro40千欧Rn470千欧 Cn0.2uF Con1uF 则Umax220VUmin220/0.9*0.5122VYi-10 W1000转/分PKpRn/Ro11.7IKp*T/Ti1253.2系统中的部分程序设计软件由1个主程序、1个中断子程序和1个PI控制算法子程序组成。3.2.1 主程序设计主程序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PI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。其程序流程图如图所示。软件由1个主程序、1个中断子程序和1个PI控制算法子程序组成。主程序主程序是一个循环程序其主要思路是由单片机P1口生数据送到PWM信号发生电路然后用PI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。主程序流程图如图3-2所示3.2.2 PI控制算法子程序设计/*PI控制算法子程序*/void PID_work(){negsum0;possum0;if(BJ0){possumk1;temp[2]temp[2]temp[0];}else{negsumk1;temp[2]temp[2]-temp[0];}k3temp[2]/10;if(possumnegsum){k2possum-negsum; //存储结果CY0;temp[1]k3k1; //误差积累{if(CY1) //16位判断。UK0xfe;elseUKk1k3;}elseUK1;P3UK;}4.系统调试4.1软件调试在程序编写的过程中出现了很多问题包括键盘扫描处理、PWM信号发生电路的控制、以及单片机控制直流电机的转动方向等问题虽然问题不是很大但是也让我研究了好长时间在解决这些问题的时候我不断向老师和同学请教希望能通过大家一块的努力把软件编写的更完整让系统的功能更完备。经过多天的努力探索也经过老师的指导大部分问题都已经解决就是程序还是不能实现应该实现的功能这让我很着急。后来经过一点一点的调试并认真总结发现了问题其实在编写中断处理程序时出现了错误修改后即可实现直流电机调速的目的。总结这次软件调试让我认识到了做软件调试的基本方法与流程1认真检查源代码看是否有文字或语法错误2逐段子程序进行设计找出错误出现的部分重点排查3找到合适的方法仔细检查程序分步调试直到运行成功4.2系统仿真仿真软件选择Proteus 在Proteus中画出系统电路图当程序在Keil C中调试通过后会生成以hex为扩展名的文件这就是使系统能够在Proteus中成功进行仿真的文件。将些文件加载到单片机仿真系统中验证是否能完成对直流电机的速度调节。若不成功则重新回到软件调试步骤进行软件调试。找出错误所在更正后重新运行系统。硬件仿真电路的设计完全按照论文设计方案进行。在仿真的过程中也遇到了很多问题比如元件选择、电路设计等在元件选择方面有的芯片是我以前学习的时候所没有遇到过的所以在寻找和使用的过程中也遇到很多麻烦但经过自己的努力并借鉴从互联网上找到的资料我逐渐掌握这些元件的使用方法和原理为系统设计和仿真提供了良出的基础。另外在进行仿真的时候也经常出现程序没有错误了但是仿真通不过的情况这些大部分原因是在管脚定义上很多系统仿真的问题都出在这。经过这段时间的努力使我对仿真软件以及系统设计电路有了更深一步的认识也为系统的成功奠定了基础。结论本文所述的直流电机闭环调速系统是以低价位的单片微机8051为核心的而通过单片机来实现电机调整又有多种途径相对于其他用硬件或者硬件与软件相结合的方法实现对电机进行调整采用PWM软件方法来实现的调速过程具有更大的灵活性和更低的成本它能够充分发挥单片机的效能对于简易速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。而在软件方面采用PLD算法来确定闭环控制的补偿量也是由数字电路组成的直流电机闭环调速系统所不能及的。曾经也试过用单片机直接产生PWM波形但其最终效果并不理想在使用了少量的硬件后单片机的压力大大减小程序中有充足的时间进行闭环控制的测控和计算使得软件的运行更为合理可靠。致谢这次毕业设计凝结了很多人的心血在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助我将无法顺利完成这次设计。首先我要特别感谢曲培新老师对我的悉心指导在毕业设计期间曲老师指导我、帮助我收集文献资料理清设计思路完善操作方法并对我所做的设计提出有效的改进方案。老师渊博的知识、严谨的作风、诲人不倦的态度和学术上精益求精的精神让我受益终生。作为一个本科生的毕业设计由于经验的匮乏难免有许多考虑不周全的地方如果没有导师的督促指导想要完成这个设计是难以想象的。因此特别需要感谢曲培新老师给予的耐心细致的指导在此再一次向曲培新教师以及关心帮助我的教师同学表示最诚挚的谢意其次学校在这方面也给我们提供了很大的支持和帮助学校领导比较重视每个设计小组配有专门的指导老师帮助我们能顺利完成整个设计。对于学校和老师为我的毕业设计所提供的极大帮助和关心在此我致以衷心的感谢最后还要感谢同学四年来对我的关心与支持感谢各位老师在学习期间对我的严格要求。同时也要感谢身边朋友的热心帮助没有你们的关心与支持我不可能这么快完成我的毕业设计这几个月的岁月是我学生生涯中最有价值的一段时光也将会成为我以后永远的美好的回忆在这里有治学严谨而不失亲切的老师也有互相帮助情同骨肉的同学更有和谐、融洽的学习生活氛围这里将是我永远向往的地方。借此论文之际我想向所有人表达我的最诚挚的谢意愿我们将来都越来越好。参考文献[1]张友德等单片机原理应用与实验[M]复旦大学出版社1992.[2]张毅刚彭喜源谭晓钧曲春波.MCS51单片机应用设计[M].哈尔滨工业大学出版社2001.1.[3]宋庆环才卫国高志89C51单片机在直流电动机调速系统中的应用[M]。唐山学院2008.4[4]陈 锟 危立辉基于单片机的直流电机调速器控制电路[J]中南民族大学学报(自然科学版)2003.9.[5]李维军 韩小刚 李 晋基于单片机用软件实现直流电机PWM调速系统[J]维普资讯2007.9[6]曹巧媛.单片机原理及应用[M].北京电子工业出版社1997.[7]刘大茂严飞.单片机应用系统监控主程序的设计方法[J].福州大学学报(自然科学福建农林大学硕士论文版)1998.2.[8]http://hi.baidu.com/wolfwhite/blog/item/1e23bf09e83e16256b60fbf8.html[9]朱定华戴汝平编著.单片机原理与应用[M].清华大学出版社北方交通大学出版社2003.8.[10]http://www.dianzi9.cn/danpianji/200808/10-846.html[11]薛钧义 张彦斌编著. MCS—51/96系列单片微型计算[M].西安交通大学出版社1997.8[12]陈国呈 编著.PWM逆变技术及应用[M].中国电力出版社.2007年7月[13]马忠梅 等编著.单片机的C语言应用程序设计第4版[M]北京航天航空大学出版社.2007. 4[14]刘昌华易逵编著.8051单片机的C语言应用程序设计与实践[M].国防工业出版社2007.9附录1详细电路设计图2程序1延时程序void dealy(){uchar i;for(i0;i100;i);}void t0(void) interrupt 1 using 0 //定时T0中断服务函数{tcnt; //每过250ust tcnt 加一if(tcnt40) //计满40 次1/100 秒时{tcnt0; //重新再计sec;if(sec10) //定时0.1 秒在从零开始计时{sec0;TH00x06; //对TH0 TL0 赋值TL00x06;miaoshucount;count0;}}}2PID运算子程序void PID_work(){negsum0;possum0;if(BJ0){possumk1;temp[2]temp[2]temp[0];}else{negsumk1;temp[2]temp[2]-temp[0];}k3temp[2]/10;if(possumnegsum){k2possum-negsum; //存储结果CY0;temp[1]k3k1; //误差积累{if(CY1) //16位判断。UK0xfe;elseUKk1k3;}elseUK1;P3UK;}(3)主程序void main(){P10x00;P30x00;TMOD0x01; /*定时器0方式1*/TH00xfc; /*定时器装载初值*/TL00x18;ET01; /*开定时器0中断*/TR01; /*启动定时器0*/while(1){if(P1_01)P10xff;if(P1_11)EA0; /*关CPU中断*/if(P1_21){dir~dir; /*转向控制*/while(P1_2!0){};}if(P1_31){high;if(high30)high0;while(P1_3!0){};}}}
