计算机控制系统课程设计直流电机测速调速系统.docx
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计算机控制系统课程设计直流电机测速调速系统
XI`ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY
课程名称直流电机测速调速实验
专业：
电气工程及其自动化
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
秦刚
成绩：
2016年7月11
日
西安工业大学课程设计（论文）用纸
计算机控制系统课程设计
——直流电机测速调速系统
一、选定题目：
电机速度控制系统
二、设计目的和要求：
计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它不仅需要微型机
控制理论、程序设计方面的基础知识，而且还需要具备一定的生产工艺知识。
课
程设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制软件的设计
等，以便使学生掌握计算机控制系统设计的总体思路和方法。
三、功能需求：
1、基本功能：
（1）该系统使用实验箱的直流电机、1602液晶、DA、键盘等模块完成设
计；
（2）直流电机通过DA模块使用PWM方式进行驱动及调速；（3）能够通过1602液晶显示当前转速及PWM占空比；（4）通过按键控制电机的启动和停止。
2、扩展功能：
（1）能够通过按键手动输入目标转速（转/秒），启动电机后控制电机稳定
在目标转速；
（2）使用1602液晶实时显示目标转速、当前转速及启停状态（on/off）。
四、实验思路：
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，控制
电动机的转速为依据，实现对直流电动机的调速，并通过单片机控制速度的变化。
本设计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
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西安工业大学课程设计（论文）用纸
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。
用51来产生PWM波就必须要用软件编程的方法来模拟。
方法大概可以分为
软件延时和定时器产生两种方法。
本次课程设计我们采用定时器产生PWM方波。
定时器产生PWM:
这种方法利用了定时器溢出中断，在中断服务程序改变电
平的高低，在程序较复杂、多操作时仍能输出较准确的pwm波形。
五、实验设备：
单片机开发实验仪一台；
AT89C51；
LCD1602；
DA数模转换；
按键；
光电开关
六、实验原理：
1、硬件框图：
硬件部分主要由电位器、模数转换模块、51单片机、显示模块、驱动电路
和无刷直流电机组成。
其功能框图如下：
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西安工业大学课程设计（论文）用纸
2、硬件介绍：
1）1602液晶显示模块电路
1602C字符型液晶：
CS：
片选信号，低电平有效；RS：
选择读写的是指
令或数据，L：
指令，H：
为数据。
RW：
读写控制端，L：
写操作，H：
读操作。
12864J图形点阵液晶：
CS：
片选信号，低电平有效；CS1/2：
左右半屏使能
选择，H：
左半屏，L：
右半屏；RS：
选择读写的是指令或数据，L：
指令，H：
为
数据。
RW：
读写控制端，L：
写操作，H：
读操作。
12864M图形点阵液晶：
JP6的16脚是空脚，JP6的15脚是PSB：
PSB接高
电平，CPU与液晶使用并行接口连接，连接方法与12864J完全相同；PSB接低电
平，CPU与液晶使用串行接口连接，此时，RS、RW、E与CPU的I/O管脚相连（STAR
ES59PA才有该功能）。
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西安工业大学课程设计（论文）用纸
R4
VCC
DS1
470
R31
W2
WR
1
10K
10K
3
5
RD
2
4
6
U5A
CSU3B
RS
RW
JP9
2
1
（1602C字符型液晶）
R4
VCC
DS1
470
R31
W2
WR
1
10K
10K
3
5
RD
2
4
U5A
6
CS
U3B
RS
（1602C字符型液晶）
RW
JP6
1
VSS
2
VDD
3
V0
4
RS
5
RW
6
E
D0
7
DB0
D1
8
DB1
D2
9
DB2
D3
10
DB3
D4
11
DB4
D5
12
DB5
D6
13
DB6
D7
14
DB7
15
LED+
16
LED-
1602C
JP6
1
VSS
2
VDD
3
V0
4
RS
5
RW
6
E
D0
7
DB0
D1
8
DB1
D2
9
DB2
D3
10
DB3
D4
11
DB4
D5
12
DB5
D6
13
DB6
D7
14
DB7
CS1/2
2
1
15
CS1
16
CS2
3
U3A
2
1
17
RST
18
VOUT
19
LED+
20
LED-
JP9
12864J
-4-
西安工业大学课程设计（论文）用纸
（12864J图形点阵液晶）
2）DAC0832数模转换
R71
DS23
VCC
470
CS
U20
R78
1
CS
VDD
20
2
510
WR1
18
-12V
WR
WR2
W5
D5
C33
19
ILE
17
0.1uF
R151
XFER
1K
D0
7
DI0
N
VREF
8
VCC
D1
6
C
DI1
L
+12V
4
D2
5
2
9
DI2
3
RFB
7
R162
U26C
D3
4
8
U23
8
9
DI3
0
D4
16
C
IOUT1
11
2
R150
8
Q7
D5
15
DI4
A
12
6
C
C2655
DI5
D
IOUT2
10
D6
14
3
DI6
LM324N
D7
13
LM741CN
1
DI7
5
OUT
1
4
W6
1
3
R149
AGND
-12V
10
DGND
10K
R79
4.7K
OUT1
-12V
CS：
片选，低有效；
OUT：
转换电压输出；
OUT1：
经功放电路的电压输出；
电位器W5：
调整基准电压。
3）发光管、按键、开关
-5-
12
西安工业大学课程设计（论文）用纸
JP65
1
2
3
4
5
67
8
VCCJP63
A
R107
1
2
LED1
470
LED2
DS32
LED3
LED4
1
2
3
4
5
6
7
8
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
R
R
R
R
R
R
R
R
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
5
5
5
5
5
5
5
5
DS35DS36DS37DS38DS39DS40DS41DS42
B
1
JP65：
发光管控制接口，0－灯亮，1－灯灭
JP74
VCC
12345678
R11910K
1
A
2
3
4
5
6
7
8
9
C
S29S30S31S32S33S34S35S36
B
按键电路原理图
-6-
D
12
西安工业大学课程设计（论文）用纸
JP80
VCC
12345678
R12410K
1
A
2
K5
K6
K7
K8
3
4
5
6
7
8
9
S21S22S23S24S25S26S27S28
B
开关电路原理图
C
JP74：
按键控制接口；按下－0信号，松开－1信号
JP80：
开关控制接口；闭合－0信号，断开－1信号
4）AT89C51
本课题中控制芯片的作用主要是与ADC0809相连接，采集模数转换后得到的
8位二进制码，过公式计算后得到电压值，同时连接四位数码管进行显示。
综合考虑，选用AT89C51即满足要求。
简介：
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处
理器。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高
密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼
容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51
是一种高效微控制器。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高
且价廉的方案。
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西安工业大学课程设计（论文）用纸
AT89C51引脚图如下：
主要特性：
与MCS-51兼容·；4K字节可编程FLASH存储器；寿命：
1000
写/擦循环；数据保留时间：
10年全静态工作：
0Hz-24MHz；三级程序存储
器锁定；128×8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5
个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电
路；直流电机转速测量/控制
5）使用光电开关测速
VCC
JP4
R8
DS4
1
R18
DS10
CTRL
VCC
470
2
330
R17
DS9
330
LIGHT
R16
R20
R19
DS8
330OP1
4.7K
M
Q4
330
直流电机
1
3
8550
2
4
U7A
U7B
R28
1
2
3
4
GP2S05
4.7K
REV
SN74LS14N
SN74LS14N
CTRL：
控制电压（DAC0832经功放电路提供）输入；
REV：
光电开关脉冲输出（用于转速测量）；
LIGHT：
低电平点亮发光管。
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3、软件设计
主程序设计：
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PID增量式算法输出控制系
数给PWM发生电路改变波形的占空比，进而控制电机的转速。
主程序流程图如下：
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西安工业大学课程设计（论文）用纸
五、实验总结：
计算机控制技术的课程设计相比硬件的课程设计，简直难了不止一个档次，
作为主要的编程人员，当我实际要去控制一个物体的时候，我才知道自己以前学
的知识有多么的不牢固，不过真真正正的去做一个实物控制程序的时候，才能真
切的体会到以前书本上学的知识是如何运用到实际的，我基本上可以说是为了应
付考试勉勉强强学了一些，这次实际做到项目设计后，才理解其真正的含义。
还有本次项目，我们采用了LCD显示屏作为显示单元，比LED数码管复杂，
LCD液晶显示屏这也是以前没有运用到过的，所以总体来说，这次课程设计带给
我的不仅仅是旧知识的复习，还有新的探索。
本课程设计得以完成，首先要感谢秦刚老师，因为课程设计在他的悉心指导下才能顺利完成。
他渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范、朴实无华、平易近人的人格魅力对我的影响非常深远。
本设计从选题到完成，每一部步是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。
通过此次的课程设计，我学到了很多知识，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚，在课程设计的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。
并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。
在以往的传统学习模式下，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好地处理知识和实践相结合的问题。
在课程设计的写作过程中也学到了做任何事情所要的态度和心态，对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。
再次感谢给我鼓励的老师、同学和朋友，谢谢！
！
六、附件：
程序
#include
#include
/*******************以下硬件连线设置**************/
sbitkey0=P1^0;//占空比（设定值）增按键；且rev接int0
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sbitkey1=P1^1;//占空比（设定值）减按键
sbitpower=P1^7;//启停按键
sbitauto_run=P1^5;//自动运行按键
sbitset=P1^4;//set按键
sbitleft=P1^2;//左移光标
sbitright=P1^3;//右移光标
sbitLCD_RS=P3^0;//1602的RS
sbitLCD_RW=P3^1;//1602的RW
sbitsys_data=P3^4;//继电器控制脚，用于切换DA功率输出方向
（电机or加热电阻）
xdataunsignedchardac0832_addr_at_0xd000;//DA的地址xdataunsignedcharLCD_DATA_at_0x8000;//LCD1602的地址
/*******************以下为系统的状态量设置**************/
bitrps_triger=0;//转速（温度）刷新显示控制，1为需要刷新
显示，0为不需要刷新显示
bitscale_triger=0;//占空比刷新显示控制
bitpower_triger=0;//电源指示刷新显示控制
bitpower_data=0;//电源状态，0为关断，1为运行
bitset_triger=0;//设置状态，0为正常运行，1为设置模式
bitauto_triger=0;//auto（自动调整）状态，0为正常模式，
1为自动调整模式
bitauto_triger_triger=0;//auto标志刷新显示控制，当auto状态被被
改变时才需刷新显示
/*******************以下为系统的数据量*****************/
charset_data=0;//设置模式下设置的是第几位，0～3（转
速设定为4位），0～2（温度设定为3位）
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unsignedintscale=10;//占空比数据（2倍关系，可以控制到
0.5%），初值为5%
unsignedintrps=0;//转速计数变量
unsignedintrps1=0;//目标值变量
unsignedintrps_data=0;//转速值
unsignedinttime=0;//每秒计数变量（计数周期为250u秒，故
4000次为1秒）
unsignedinttime2=0;//检测插值计数变量（0.05秒检测1次，
实时调整比例系数）
unsignedinttime3=0;//比例系数控制（若当前值和目标值差值
值大，则调整迅速，反之则缓慢调整）
unsignedchartime_scale=0;//占空比总周期计数变量，一个周期200
次，可以精确到0.5%
unsignedinttime_check[4]={1000,3000,6000,10000};//转速调整时间系数表格
unsignedcharcheck=0;//检测周期等级，分为0～4共5个等级，
0为极小时间系数，4为稳定不变
void_nop_（void）;
/*******************延时函数*****************/
voiddelay（inta）
{
while（a--）;
}
/*******************外部中断初始化*****************/
voidinit_int0（）
{
IT0=1;
EX0=1;
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EA=1;
}
/*******************计数器0初始化*****************/
voidT0_init（）
{
TMOD=0x01;
TH0=0xff;//计数周期为250u秒
TL0=0x1a;
ET0=1;
EA=1;
TR0=1;
}
/*******************LCD1602相关函数*****************/
voidLCD_write_com（unsignedcharcom）
{
LCD_RS=0;
LCD_RW=0;
LCD_DATA=com;
delay（80）;
}
voidLCD_write_data（unsignedchardat）
{
LCD_RS=1;
LCD_RW=0;
LCD_DATA=dat;
delay（80）;
}
/*************LCD1602在电机调速系统下的初始化函数*************/
voidLCD_init（void）
-13-
西安工业大学课程设计（论文）用纸
{
LCD_write_com（0x38）;
LCD_write_com（0x0c）;
LCD_write_com（0x06）;
LCD_write_com（0x01）;
LCD_write_com（0x80）;
LCD_write_data（'R'）;
LCD_write_data（'P'）;
LCD_write_data（'M'）;
LCD_write_com（0x88）;
LCD_write_data（'S'）;
LCD_write_data（'e'）;
LCD_write_data（'t'）;
LCD_write_com（0xc8）;
LCD_write_data（'R'）;
LCD_write_com（0xcd）;
LCD_write_data（'.'）;
LCD_write_com
升级会员 