毕业设计-基于fuzzy-pi控制的直流电机系统的研究

编号审定成绩重庆邮电大学毕业论文设计（论文）题目基于FUZZYPI控制的直流电机系统的研究学院名称自动化学生姓名邓鹏专业电气工程及其自动化班级0830905学号2009214826指导教师冯辉宗答辩组负责人填表时间二一三年五月重庆邮电大学教务处制摘要在当代社会，电机的应用十分广泛。随着生产技术的不断发展和提高，对电机的调速特性的要求就显得特别高，同时对电机转速的测量也提出了更高的要求。在国外，这类调速系统的价格是十分昂贵的；而在国内的同类型的产品性能就远远不及人家，要求也达不到一个绝对稳定的状态。因此，设计一个性能良好的直流电机调速系统，对于当代的社会生产特别是工业方面就具有十分重要的现实意义。本文设计了一种以STC12C5410AD单片机作为主控制器，以普通PI和模糊PI两种控制算法来控制电机，使用霍尔传感器进行测量，以LCD来显示的直流电机转速测量系统。首先对模糊PI控制作了简单的介绍，构建直流电机调速系统的模型。本系统采用集成霍尔传感器敏感速率信号，具有频率响应快，抗干扰能力强等特点。文章介绍了霍尔传感器的工作原理，阐述了霍尔传感器测速系统的工作过程，利用脉冲计数法实现了对转速的测量，通过LCD直观地显示电机的转速值。实现对直流电机的良好调速性能。结合硬件电路设计，采用模块化方法进行了软件设计。编制了电机转速的测量设计了测量模块、转速模块、显示模块等的C51程序，来表明基于模糊PI控制的直流电机调速方案是可行的，并且有较好的发展前景。【关键词】单片机电机转速测量模糊PI霍尔传感器液晶显示ABSTRACTINCONTEMPORARYSOCIETY,THEMOTORISWIDELYUSEDASPRODUCTIONTECHNOLOGYCONTINUESTODEVELOPANDIMPROVE,WEHAVEHIGHERREQUIREMENTSABOUTTHECHARACTERISTICSOFTHEMOTORSPEEDCONTROL,ANDWEHAVEHIGHERREQUIREMENTSABOUTTHEMEASUREMENTOFTHEMOTORSPEED,TOOINOTHERCOUNTRIES,THISTYPEOFSPEEDCONTROLSYSTEMISVERYEXPENSIVEINCHINA,THEPERFORMANCESOFTHESAMETYPEOFPRODUCTAREFARWORSETHANOTHERCOUNTRIESANDITISHARDTOREACHANABSOLUTELYSTABLESTATETHEREFORE,DESIGNINGAGOODPERFORMANCEDCMOTORSPEEDCONTROLSYSTEMHASAVERYIMPORTANTPRACTICALINFLUENCETOTHEMODERNSOCIETYOFCHINATHISPAPERPRESENTSADCMOTORSPEEDMEASUREMENTSYSTEMWHICHUSINGSTC12C5410ADASTHEMAINCONTROLLER,USINGORDINARYPIANDFUZZYPITWOKINDSALGORITHMSTOCONTROLTHEMOTOR,USINGAHALLSENSORTOMEASURE,THELCDDISPLAYSTHEDCMOTORSPEEDFIRSTLY,WEMAKEABRIEFINTRODUCTIONABOUTFUZZYPI,ANDBUILDADCMOTORSPEEDCONTROLSYSTEMMODELTHESYSTEMUSESINTEGRATEDHALLSENSORASTHEMEASUREPARTITHASFASTFREQUENCYRESPONSE,ANTIINTERFERENCEABILITYANDOTHERCHARACTERISTICSTHISPAPERINTRODUCESTHEWORKINGPRINCIPLEOFTHEHALLSENSOR,HALLSENSORSPEEDSYSTEMELABORATEDTHEWORKINGPROCESS,THEUSEOFPULSECOUNTINGMETHODTOACHIEVETHESPEEDMEASUREMENT,THROUGHTHELCDVISUALLYDISPLAYTHEMOTORSPEEDVALUETOACHIEVEGOODSPEEDPERFORMANCEDCMOTOR,WECOMBINEWITHHARDWARECIRCUITDESIGN,MODULARSOFTWAREDESIGNMETHODSPREPAREDTHEMOTORSPEEDMEASUREMENTDESIGNMEASUREMENTMODULES,SPEEDMODULE,DISPLAYMODULE,ETCC51PROCEDURE,TOINDICATETHATFUZZYPICONTROLDCMOTORSPEEDCONTROLSCHEMEISFEASIBLEANDHASGOODPROSPECTSFORDEVELOPMENT【KEYWORDS】MICROCONTROLLERMOTORSPEEDMEASUREMENTFUZZYPIHALLSENSORLCD目录前言1第一章绪论2第一节引言2第二节本章小结3第二章直流电机调速系统设计4第一节常见算法简介4第二节模糊PI控制5231模糊PI背景介绍5232模糊PI理论分析6第三节直流电机调速原理6第四节无刷直流电机7第五节本章小结8第三章系统硬件设计10第一节电路原理设计10第二节主要元器件介绍11321单片机STC12C5410AD11322显示电路LCD160213323霍尔传感器测速模块18324L298驱动芯片18325键盘电路19第三节本章小结19第四章系统软件设计20第一节软件设计总体方案20411主程序设计总体思路21412模糊PI21413PWM功能配置22414显示程序设计23415中断程序设计24416转速程序设计25417键盘设计26第二节本章小结26第五章结果及分析28第一节结果及其分析28第二节本章小结30结论31致谢32参考文献33附录35前言随着现代化进程的步伐的加快，人们生活水平的不断提高，大家以及整个社会对自动化的需求也是越来越高，依赖性也是越来越强。其中控制算法就是集中的一个良好体现。PID调节是连续系统中技术较为成熟、应用比较广泛的一种调节方式，其调节的实质是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，它的运算结果用于对输出的控制。PID控制算法在相当多的控制领域的应用中都取得了比较满意的效果。PID控制算法的种类很多，根据其应用场合不同，对算法的要求也有所不同。本文主要通过对主要PID算法存在的问题进行分析并对PID控制算法进行改进。模糊PI调节是连续系统控制中的一种更加有效的控制方法。模糊PI控制是基于规则的一种智能控制方式，它不依赖于被控制对象的精确数学模型，特别适合于对具有多输入多输出的强耦合性、参数的时变性和严重的非线性与不确定性的复杂系统的控制，控制的方法较为简单，鲁棒性更好。当然无刷直流电动机的应用领域也是在逐步的扩大。正是由于微电子技术、电力电子技术、自动控制理论等方面理论和实践知识的快速发展,无刷直流电机得到了前所未有的迅速推广。当无刷直流电机调速系统用于要求调速性能、控制精度等很多需求较高的场合时，比如精密电子仪器设备、深海潜水、机器人控制、航天航空设备等方面的场合时,无刷直流电机系统调速的快速性、稳定性以及鲁棒性就成为了衡量它们性能好坏的一些非常重要也十分关键的标准。对于这个毕业设计系统，我在分析无刷直流电机的数学模型的基础上，建立了整个无刷直流电机控制系统的模型，采用一种新型的模糊PI控制方法，在无刷直流电机双闭环调速系统中，电流控制采用滞环电流调节器，转速的测量通过霍尔测速元件，而转速控制通过采用普通PI控制和模糊控制相结合的方法来实现，通过对结果的分析来证实这种新型的模糊PI智能控制方法响应快、无超调、鲁棒性强、抗干扰能力好，较传统PI控制具有更好的动、静态特性。第一章绪论第一节引言现代化的建设离不开机械，而机械运转的动力很多是由电机提供的，这主要包括了直流电机和交流电机两种，虽然交流电机的发展将最终取代直流电机，但直流电机还将在很长一段时间里一直占据重要地位。直流电动机具有良好的启动和制动性能，易于在大范围内平滑调速，在很多的需要调速的电力拖动领域中得到了广泛的应用。直流电机都占有主要地位。111直流电机调速方法根据直流电机调速方程2EEETUIRNC右公式可知，可以通过三种方法来调节电机转速1、调节电枢电压。2、调节电枢回路电阻。3、减弱励磁磁通。对于要求在一定范围呢无极平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式最好。112直流调速系统发展因为直流电机调速主要采用调压调速，电机电枢电压需要有专门的可控盒子里电源，所以，以可控直流电源的发展可把直流电机分为三个阶段旋转变流机组；静止式可控整流器；直流斩波器或脉冲宽度调制变换器。20世纪60年代以前官方使用的是旋转变流机组，由交流电动机拖动直流发电机实现变流，给需要调速的直流电机供电，调节的励磁电流即可改变输出电压，从而调节电机转速。静止式变流装置供电的直流调速系统最开始时时有的是闸流管整流器的离子拖动系统。它虽然克服了旋转变流机组的许多缺点，而且还大大缩短了相应时间，但闸流管容量小，维护麻烦。到了20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，出现了全控型器件。采用简单的单管控制时，称作直流斩波器，后来逐渐发展成各种脉冲宽度调制的开关电路，简称脉宽调制变换器。双极性控制的桥式可逆PWM变换器有以下优点1、电流连续2、可使电机在4象限运行3、电机停止是有微震电流，能消除静摩擦死去区。4、低速平稳性好。5、低速时，每个开关器件的驱动脉冲任然较宽，有利于保证器件的可靠性双极性控制的桥式可逆PWM变换器在工作过程中，4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。80年代以后，以晶闸管为功率开关器件的斩波调压调速器以其无级、高效、节能而得到大力推广。113直流调速系统国内外现状我国从60年代初试制成功第一只硅晶闸管以来，晶闸管直流调速系统也得到迅速的发展和广泛的应用。目前，用于中、小功率的晶闸管直流调速装置已作为标准化，系列化通用产品批量生产，用于大功率的产品也开始在某些大型机械上应用。晶闸管供电的直流调速系统在我国国民经济各部门得到广泛的应用。随着各种新型控制期间的发展，直流电动机晶闸管调速系统除向大功率发展外，正在实现控制单元标准化、集成化、小型化。对某些中小功率装置，正在做到使电动机课控制设备组合一体化。国外主要电气公司如ABB公司、西门子公司、AEG公司、三菱公司等，均已开发出全数字直流调速装置，有成熟的系列化、标准化、模板化的应用产品。我国关于数字直流调速系统的研究主要有综合性最优控制、补偿PID控制，很少将模糊控制等智能技术应用于其中。随着新型电力半导体器件MOSFETIGBT等的发展，开关器件具有了开关速度快、驱动简单和可自关断等优点，克服了晶闸管的主要缺点。我国直流调速整向前发展。第二节本章小结本章节主要对直流电机调速系统做了一个简要的介绍，包括我们常用到的一些调速方法，电机调速系统的整个发展的大致情况，以及就目前而言，国内和国外的直流电机调速的一些进步性的突破与发展情况做了一些介绍。第二章直流电机调速系统设计该系统是以STC12C5410AD单片机作为主控制器，通过普通PI控制算法和模糊PI两种控制算法来控制电机，通过比较两种控制算法的优劣，来体现模糊PI控制算法的优越性。该系统是使用霍尔传感器来对直流电机的速度进行测量，通过LCD1602来显示的直流电机转速测量系统。本系统采用集成霍尔传感器敏感速率信号，具有频率响应快，抗干扰能力强等特点。结合硬件电路设计，采用模块化方法进行了软件设计。编制了电机转速的测量设计了测量模块、转速模块、显示模块等的C51程序，来表明基于模糊PI控制的直流电机调速方案是可行的，并且有较好的发展前景。第一节PI算法在工程设计运用工程中，应用最为广泛的调节器控制规律是比例、积分、微分控制，简称PID控制。PID控制器结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便因而成为工业控制的主要技术之一。对于PID算法可以选择的功能有1、比例控制规律P采用P控制规律的显著优点是克服扰动影响的能力比较强，它经常用于输出值较快，但输出值不能够稳定在一个有效的数字上。虽然能有效的克服扰动的影响，但往往还是会有余差出现。它适用于控制要求不高、控制通道滞后较小、被控参数允许在一定范围内有余差、负荷变化不大的场合。2、比例积分控制规律PI在工程中，比例积分控制规律应用往往是最为广泛的一种控制规律。积分能在比例的基础上消除余差，它适用于被控参数不允许有余差、控制通道滞后较小、负荷变化不大、的场合。对于PID算法，可以选择的功能有（1）加速的动态过程在这个算法之中，基于P和I的正负符合有如下的关系相同的符号的条件是当被控制的量一直偏离于给定值；这两项符号相反的条件是改变给定值方向。接近到一个给定值时，积分作用就不及反号的比例作用大，从而避免了振荡，这会起到更加有效的控制。然而，被控制量的值小于给定值，P和I的作用是反向的，那么整个控制过程将会减慢很多。要加快启动的动态过程，当然，我们可以通过定偏差范围V，当偏差E（T）的绝对值小于的时候，我们就正常的调节，来缩短起步动态过程的时间。偏差E（T）的绝对值大于，调整的方向会自动的趋向去给定值的方向，也可以减少起步动态过程的时间，从而使整个动态过程得到更快的控制。（2）滤波器选择对于该输入，可以添加一个预过滤器，访问的控制算法的一个给定值不发生突然的变化，但有一定的惯性变量延迟缓冲器。（3）PID增量算法饱和效应在增量式的PID算法之中，执行元件本身的性质是物理的存储性质，遇到一些突发情况的话，PD的增量部分比较大，往往超过执行器的最大允许范围，整个系统的动态过程的时间将会变得更长，那么我们如何来弥补呢我们可以采用累积补偿法，通过累积超出额定承受能力以外的部分，把额定范围之内的部分执行完之后，再着手于执行累积起来的部分，这样就可以弥补整个动态过程，从而使得整个动态过程的时间缩短。当被控制对象的结构和参数不能够完全掌握，我们无法得到精确的数学模型，采用其他的技术就难以实现。如果应用PID控制技术，就会分成方便。当然PID控制技术也有它的不足，那就说被控对象通常要呈现出一种线性关系，这种方法才能够得到很好的控制。所以我们就想法在PI算法的基础上加以改善，来让系统得到更好的控制，那便是模糊PI控制。第二节模糊PI控制模糊PI控制是该系统中运用到的一种关键控制算法，那么到底什么是模糊PI控制算法呢下面对模糊PI控制做一下简单的了解。221模糊PI背景介绍PI控制算法不但简单，而且易于调整参数，它被广泛地用于电机双闭环控制，但由于该控制是线性控制PI，那么当被控对象的非线性特性的时候，设计将不能够保持性能，鲁棒性也就不能够达到令我们十分满意的效果。因此，在该系统中，我们提出模糊PI控制速度控制回路和闭环电流控制方法从而达到令人满意的效果。令基准速度的信号和实际速度的反馈信号来做一个有效的进行比较，把他们所不同的圆周速度调节器的模糊输入，输出的基准电流信号。速度控制器的输出基准电流的反馈信号，比较实际的电流值的电流调节器的输入圆周率的周期序列，形成一个PWM的逻辑控制信号的输出信号，然后再根据换向逻辑模块，顺序控制设备来打开电源的开关，从而控制逆变器输出电压的振幅，采用相位电流来充分控制绕组，使逆变器的输出电流，根据一个给定的电流变化，稳态的静态误差。222模糊PI理论分析要想更清楚的了解模糊PI控制理论，我们必须要充分的了解常规PID控制算法。因为模糊PI算法就是在普通PI控制算法的基础上做适当修正而形成的。要实现PID算法，必须在硬件上除了要有闭环控制以外，还得有反馈。比如控制一个电机的转速，就得有一个测量转速的传感器，并将结果反馈到控制路线上，下面我以转速控制为例，对PID算法做简要分析。PID是比例、积分、微分控制算法的简称。但事实上，我们并不是同时运用这三种算法，我们经常运用其中的两种或者是一种。比如可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。当我以前开始学自动控制原理的时候，对于闭环控制的一个最朴素的想法就只有P控制，那就是把当前结果反馈回来，与目标量相减，为正的话，就减速，为负的话就加速。现在知道这只是最简单的闭环控制算法。3，比例P、积分I、微分D控制算法各有作用比例，反应系统的基本（当前）偏差ET，系数大，可以加快调节，减小误差，但过大的比例使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定；积分，反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分调节就进行，直至无误差；微分，反映系统偏差信号的变化率ETET1，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。但是微分对噪声干扰有放大作用，加强微分对系统抗干扰不利。积分和微分都不能单独起作用，必须与比例控制配合。FUZZYPI实际上就是在常规PID控制器的基础上,应用FUZZY建立参数KP、KI与KD同偏差绝对值|E|和偏差变化|EC|间的二元连续函数关系KPF1|E|,|EC|KIF2|E|,|EC|KDF3|E|,|EC|。第三节直流电机调速原理在直流电机转速关系式中，电机速度只和电压电流有关，我们通常都会采用改变电枢电压的方式来对直流电机的速度进行调节，这里我们常用都就是PWM调速。脉冲宽度调制（PWM）是英文“PULSEWIDTHMODULATION”的缩写，简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定。脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有ON，要么完全无OFF。电压或电流源是以一种通ON或断OFF的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。第四节无刷直流电机该系统中的一个非常重要的部分就是无刷直流电机部分，下面就对无刷直流电机座一个简要的介绍。无刷直流电机是同步电机的一种，也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数P影响N60F/P。在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制驱动器，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。普通直流电机的磁场做定子，给转子通电，所以必须用电刷给转子通电。直流无刷电机正好反过来，定子做成线圈，转子做成永磁体，靠定子磁场吸引转子永磁体旋转，所以不需要给转子通电，也就不需要碳刷了。换相的时候，检测转子位置，通过电子换向根据转子永磁体地位置改变定子磁场的方向吸引永磁体旋转。取消了碳刷，效率高，寿命长，功率体积比高，噪音小。但是永磁体采用稀土合金制造，成本较高，还需要额外的电子换向器控制，所以成本比直流电机更高。无刷直流电机可以想象成与刷式直流电机截然相反，其中永久磁性在转子上，而绕线在定子上。因此，该电机没有刷子和换向器，消除了与刷式直流电机产生火花相关的劣势。该电机被称为直流电机，是因为其线圈通过直流电源驱动，而直流电源是按预定顺序的形式应用到不同的定子线圈。这一过程称为换向。但是，无刷直流并不恰当，因为该电机实际上属于交流电机。在电路循环过程中，每个线圈中的电流正负交替。定子一般是凸极结构，旨在产生梯形反电动势波形，尽可能符合所应用的换向电压波形。但是实际上很难做到，产生的反电动势波形通常更像正弦，而非梯形。因此，PMSM电机使用的许多控制技术（如场定向控制）同样适用于无刷直流电机电机。对BLDC电机的另一个误解是关于其如何驱动。不同于开环步进应用中驱动的定子线圈决定转子位置，在BLDC电机中，转子位置决定要驱动哪个定子线圈。定子磁通矢量位置必须与转子磁通矢量位置保持同步（而非相反），以使电机操作顺畅。要实现这一目的，需要了解转子位置来确定要驱动的定子线圈。现有多种技术可实现这一目的，但最常用的技术是使用霍尔效应传感器监控转子位置。遗憾的是，这些传感器及其相关连接器和线束会增加系统成本，并降低可靠性。为减少这些问题，已有多种技术开发出来用于消除这些传感器，进而实现无传感器操作。多数技术依靠在电机旋转时，从定子绕线的反电动势波形中提取位置信息。但是，依靠反电动势传感的技术在电机旋转缓慢或静止时便无用武之地，因为此时反电动势波形很弱或根本不存在。因此，我们不断开发新技术，以在低转速或零转速时从其它信号中获取转子位置信息。BLDC电机在效率额定值方面占绝对优势，一般可达到95左右。当前对新非晶合金材料的研究正在将这一数字推向新高。已有报道称100W范围内效率为96。BLDC电机还在争夺“世界最快电机”之称，部分电机速度可达到数十万RPM（其中一项应用中已报道400KRPM）最常用的BLDC电机拓扑使用3相定子结构。因此，标准的6晶体管反向器是最常用的功率级，根据运行要求（含传感器与无传感器、换向与正弦、PWM与SVM等），有很多方法可驱动晶体管来达到所需目标，不胜枚举。这对一般位于微处理器中的PWM发生器的灵活性提出了极高要求。第五节本章小结本章节着重对直流电机调速整个系统中运用到的控制算法以及被控对象做简要的介绍，其中包括了以下几个部分常用的一些算法（PI控制算法），模糊PID控制的原理，无刷直流电机工作的相关原理，了解他们的具体控制算法和被控对象的原理有助于我们来实现让整个系统得到改善的。第三章系统硬件设计第一节调速系统硬件设计图21中所示的是直流电动机调速系统的框图。这个系统是基于STC12C5410AD单片机组成的闭环实时控制系统的核心，是一个典型的直接数字控制系统。控制系统可实现预先设定的速度，速度显示，并能够进行精确的速度控制。霍尔高速采样电路产生一个外部中断是通过发送脉冲计数器计数速度来计算。此速度值与预置的速度值进行比较，所不同的是通过MCU之间的差异进行PI运算，得到的控制增量，那么MCU输出的控制参数，由PWM电路改变电机两端的有效电压，最终达到速度控制的目的。由PWM波形发生器和放大器电路的PWM控制器。系统的一部分使用定时器的速度T0，STC12C5410自己AD降低了软件任务，从而提高了整个系统的实时控制。SCM提供的控制参数，改变脉冲的占空比，频率控制电机的转速来实现。PWM波输出负载容量太小，不能直接驱动电机，所以我们用一个脉冲宽度调制放大器LN298。图21电机调速系统框图第二节主要元器件介绍在整个直流电机调速系统的硬件中，我们用到的几个主要的元器件有以下元器件。321单片机STC12C5410ADSTC12C5410单片机所产生的宏观技术的单时钟/机器周期（1T）8051兼容微控制器核心。他是更加先进的单片机，它的工作条件和特点有1。512字节的片上RAM2。电压55V34V3。时钟源外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器4。SPI同步通信口，主模式/从模式5。看门狗6。工作温度范围075/40857。（4位）PWM/PCA（可编程计数器阵列），也可用于实现四个定时器8。EPROM功能9。ADC，10位分辨率的ADC，共8个10。频率范围035MHZ时4。应用空间最大12K字节11。内部集成MAX810专用复位电路12。两个16位定时器/计数器13。通用异步串行口（UART）14。包含了几乎所有必要的控制单元模块，可以看作是在一个芯片上的系统（SOC），可以很容易地构成了一个典型的控制系统。1、STC12系列单片机的典型结构STC12系列单片机是一个宏观晶体技术公司的新的低功耗16位闪存微控制器，其16个中断，高效的寻址模式，10K大容量闪存，EEPROM，A/D转换，硬件乘法器，硬件脉冲宽度调制控制器（PWM）和其他功能，STC还是比较强悍的。60K的ROM，1K的RAM。定时器有4个。有10位A/D。有硬件PWM速度也比51系列的单片机有很大幅度的提高。I/0也可以选择好几种工作状态，还有就是便宜供货稳定。在线STC12C5412AD10K的容量，是我们在做设计的时候所需要用到的。2、基本配置STC12C5412AD单片机除了具有STC12一系列单片它们整体都具有的一些普遍特点外，当然，它还有它自己独有的关键性的一些特点，下面我就对STC12C5412AD单片机的一些基本配置做一下简单的介绍首先是（1）、FLASH存储器对于单片机来说,你通过外接FLASH,单片机也一样可以执行外部FLASH的程序就看你硬件的设计了而有的单片机的内部FLASH也可当做EEPROM用STC12C5412AD的FLASH储存的大小为L0KB。存储程序是它的主要功能，下载程序的方式是通过计算机串行接口来实现的，如果程序正在运行的时间段或在进行段擦除或者写的操作，那么这两个数据的存储能力是同时具备的。闪存的作用体现在很多方面如1、当电源突然断电，可以起到保护电路的作用；2、它也可以起到保存程序数据的作用，3、我们可以按字或字节来读取闪存里面的内容。其次是（2）、脉宽调节模式PWMSTC单片机和51单片机基本上差不多，如果要输出PWM波进行电机调速的话，可以用两个定时器产生可变占空比可变周期的PWM波来驱动主电路定时器1用来控制PWM波的周期定时器2用来控制PWM波的占空比在定时中断中改变输出的电平就可产生需要的PWM波可用于所有的PCA模块PMW输出。输出频率取决于PCA定时器的时钟源。由于所有模块共享PCA定时器，所有它们的输出频率。STC12C5410AD作为PWM输出的，直接按照文档配置相应的寄存器就可以了啊。输出口是固定的PIN，在手册上标明为PWMX的就是，X为相应的PWM的通道，我用的有4通道，也就是PWM0,PWM1,PWM2,PWM3除此之外还有（3）、I/O口工作类型设置STC12C5412AD的I/O引脚一共有多种，我用的是24个的，其I/O与传统的I/O是不同的，每个I/O端口可以通过软件设置成4种类型的工作，使嘴和通用I/O口的功能重用。4种类型分别是漏极开路输出，仅为输入（高阻抗），推挽输出，和准双向口（标准8051输出模式）。为了提高了港口的功能和灵活性，我们可以在对相同的I/O口进行操作，再选择其对应要它实现的功能。当然，除此之外，这些I/O端口还可以用一种特殊的模块STC12C5410AD组合来完成更复杂的工作。为了可以实现与A/D模块结合实现A/D转换，我们可以通过加上捕获比较模块的串行通信。此外，STC12C5410ADI/O端口有非常突出的电气特性，那便是，绝大多数的I/O口的驱动能力6毫安，普通的液晶，蜂鸣器都可以直接驱动，而不需要再添加额外的辅助电路。为了可以方便地与外围设备进行有效的快速的连接，在很多的端口上都集成内部设置了上拉电阻器来实现这一目标。下面就准双向口输出配置做分析准双向口输出配置标准的话，想写就写，想读就读，但51单片机的I/O口如果要读必须先写1才可以，就因为这个条件在这里，所以称为“准”双向口。准双向口输出类型，由于当口线输出一个为1时驱动能力很弱的原因，就会推倒允许外部装置，我们完全可以不用重新配置端口输出状态，可以作为输入和输出。然而当输出为低，它的驱动能力很强，电流就会变得非常大。3个上拉晶体在准双向口中就会为不同的需要提供作用。有一个被称为“弱”上拉的上拉晶体管是三个上拉晶体管中的其中一个，当端口寄存器是1和引脚本身也是开放100。那么这个上拉提供准双向输出电流的主要来源就是来自于1。如果一个引脚是由一个外部设备的产量下降，低，弱上拉和“极弱上拉”的体上，为了是外部设备有足够的电流能力使得脚电压低于阈值电压，可以通过以强拉该引脚为低的方法来实现该过程。（4）、AD模数转换寄存器STC12C5412AD单片机的P1口（P17P10），8通道10位高速A/D转换器，STC12C5410AD系列12位精度的A/D转换，速度可以达到100KHZ的A/D转换端口。8电压输入型A/D的功能有很多，可完成频谱检测，温度检测，按键扫描，电池电压检测。在上电复位P1口是弱上拉输入A/D端口的I/O端口，可通过软件设置，在任何路8路A/D转换，而不可以继续使用作为I/O端口使用。通过这种方式，A/D转换和I/O端口，可灵活使用，节省了时间和软件。322显示电路LCD1602对于液晶显示器，其实我们大家并不陌生，相对于数码管来说，它显示的东西更多更丰富，在很多常见的电子仪器设备中，我们都可以看到它的影子。当然，在于单片机之间的通信之间，我们会通过以下几种方式来将此应用LED数码管，液晶显示器。液晶显示屏的显示品质相对而言会比较高，之所以会比较高的原因是因为在液晶显示器上的每个单位点上接收到的信号一直保持一种固定的色彩和亮度，而不像普通阴极射线管显示器（CRT）那样，需要不断地一遍又一遍地刷新使之得到显示。因此，液晶显示器的质量非常高。第二，液晶显示器会让数字，微处理器系统的接口更加简单可靠，操作也会变得更加的方便。第三，显示面积比同样的传统显示器要轻得多，那是因为状态的液晶显示是通过显示器上的液晶分子的电极来实现的，让显示的内容更加丰富。与此同时，相对于其他的普通显示器而言，其内部的电极和驱动器IC才是液晶显示器的功耗主要消耗场所，因此它会更加有效，效率更高，消耗更小。1、液晶显示原理物理性能的液晶是液晶显示所采用的的液晶，它的具体原理是用一个电压来控制其显示区域，其中示出一个电信号的，从而让需要显示的内容得到显示。液晶显示装置的特点有很多，比如适用性广，它适用于直接驱动大规模的基础电路，材料轻便，薄是它的另一个主要的特征，当然，它显示的画面也可以非常多元化，色彩丰富绚丽。（1）、线段的显示由液晶显示器（LCD）的单位的MN个图象的形式，假设LCD显示器有64行，每128，每一个对应于一个8字节的8，它由每行16字节，共168128点，6416在屏幕上的显示部分和显示出来的RAM区与1024个字节相对应，显示屏上的位置相对应的亮与暗是源于每个字节的内容的值来控制。举例说明RAM000H00FH16字节的内容就决定了在液晶显示屏幕上第一行的区域。（2）、字符的显示要想在液晶显示屏幕上显示出一个字符来，其实是一个相对而言比较复杂的过程，为撒这样子说呢其原因就是要从88点阵中去找到并显示在液晶显示屏幕上的显示区所对应的数字，但也让每个WORDTHE部分字符不同的位是“0”，“1”，“0”表示的是不亮，“1”表示的是亮通过这样的规定一下亮另一些不亮，从而来构成一个我们想要它显示的字符。（3）、汉字的显示要想在液晶显示器上显示一个汉字，就要用到显示中国常用字显卡，预装显示中国汉字点阵码（字模提取软件）从电脑中提取，每个字符占32B，分为左，右两半，每16B，左边是1,35正确的显示中文字符可以找出显示RAM的地址对应2,4,6根据数量的行和列，每行的列的数目，在LCD显示器上，光标的建立，发送的的第一字节，光标在地址上的逐步增加得到一个完整的中文字符，直到32B被显示在液晶显示屏上。2、1602字符型LCD简介所谓字符型液晶，就是用于显示模块是一个用来显示数字，特殊符号，字母等与字符型相关的液晶显示那么字符型常用到的模块是相对而言比较多样的一种显示，常用161,162,20402行2等模块。3、LCD1602的参数及引脚LCD1602分为背光和无背光两种，大多数基本控制器HD44780，比较背光无背光厚，带或不带背光中的应用并没有什么区别LCD1602主要参数显示容量162个字符；芯片工作电压4555V；工作电流20MA50V；模块最佳工作电压50V；字符尺寸295435WHMM。引脚功能说明LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表221所示表221LCD1602引脚接口说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号1D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚VSS为地电源。2脚VDD5V电源正极相连。接地针3VL液晶显示器的对比度调整的结束，连接到正电源最弱的对比度，最高的对比度，对比度过高会产生“鬼影”，使用时，通过一个10K的电位器来调整对比度。4脚RS为寄存器选择，选择高数据寄存器，指令寄存器低。5脚R/W为读写信号线，高读，写操作低。当RS和R/W为低，可共同书面指示或显示的地址，当RS低R/W为高忙信号，当RS高R/W为低数据可以写入可以读取。引脚6E端子使能端，当E端由高电平跳变低时，液晶模块执行命令。714脚D0到D7为8位双向数据线。15脚背光灯的正极。16脚背光负。4、LCD1602的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表222所示表222控制指令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回0000000013置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L6置功能00001DLNF7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶显示模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过编程指令来实现。（注高，低）说明1显示清晰，脚本01H，光标位置复位到地址00H。说明2光标复位，光标返回到地址00H。指令3光标和显示模式设置I/D移动光标方向，高层次的右，低的左所有的文字在屏幕上向左或向右。高表示低电平有效无效。说明4开关控制。D控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低代表性关闭显示器C控制光标和关闭，高表示光标，低电平表示无光标B控制光标闪烁，闪烁的低不闪烁。指令5光标或显示移位S/C高移动文本，将光标移到低。指令6功能设置命令DL高四个总线低8位巴士N低单行显示，高两行显示F低5X7点阵字符显示，高点阵显示510字符。指令7字符发生器RAM地址设置。指令8DDRAM地址设置。说明9读忙信号和光标地址BF忙旗高表示忙，模块不能接收命令或数据，如果低电平表示忙。指令10写数据。11指令读取数据。5、LCD1602的RAM地址映射下图是LCD1602的内部显示地址图221LCD1602内部显示地址例如，第二行的第二个字符的地址是41H，41H，所以如果你能直接写在第二行的第一个字符的位置，将光标定位不这样做，因为写入显示地址MSBD7需要一个恒定的高，所以在实际写入的数据应该是01000001B（41H）千万B（80H）11000000B（C0H）。首当其冲的是当我们在对LCD1602模块的初始化中来设置显示模式的要求，液晶显示模块上的字符光标就会自动地向右开始移动。只有当我们在输入命令的时候才能去判断每个LCD模块是否都是处于一种比较忙碌的可控状态。323霍尔元件的测速模块霍尔效应在半导体晶片上，其长度为L，宽度为B，厚度为D，当它被放置在该磁场的磁感应强度B，如果其中的相对侧传递到控制电流I，和磁场方向与电流方向正交，则其他双方的半导体产生的控制电流I和磁场B的大小成比例的商品的电势UH，UHKHIB，其中KH的灵敏度霍尔元件。此电位称为霍尔电势，半导体薄片的霍尔元件。它是如何工作的霍尔开关IC霍尔元件信号放大器会产生变化的磁场强度，然后再被放大的信号转换器的霍尔电压UH的振幅，驱动整形，放大后的输出幅值相等，频率变化的方波信号。每个方波周期信号输出端子输出表示转向的齿。输出的每单位时间的脉冲数N的数量，它可以通过以下方式获得单位时间内的速度VNT。324L298驱动芯片L298N是SGS公司的产品，包括4通道内部逻辑驱动器电路。是一个两相和四相电机的专用驱动器，包含两个H桥的高电压和高电流大号桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，以驱动46V，2A以下的电机。其引脚图如下图222325键盘电路该系统中用到的键盘电路十分简单。该键盘电路分4个部分来实现对电机调速的以下功能电机输出按键控制对电机输出的开关。模式按键控制不同的算法，当按键值为0，表示普通PI控制算法；当按键值为1，表示模糊PI控制算法。减速按键对电机的减速操作。加速按键对电机的加速操作。图223第三节本章小结本章节着重对本次直流电机调速系统在硬件设计上的研究。由于单片机直接使用的STC12C5410AD单片机，使得硬件电路设计方面简化很多，也为软件编写提供了方便，使所测速度更准确，显示更及时。本章节还对液晶显示器、霍尔测速元件以及L298驱动芯片做了了解，一般构建起整个系统的硬件。电源部分整体采用5V的USB供电，电压可能会使整个系统工作起来不太稳定。第四章系统软件设计单片机控制直流电机调速系统的软件部分主要包括普通PI与模糊PI程序、PWM功能配置、显示程序的设计、中断程序的设计、转速程序设计以及键盘功能程序的设计。先设计各个部分程序，调试运行通过，集成各个部分的程序，综合调试整个控制系统软件。第一节软件设计总体方案该系统的软件设计程序流程图为图31开始设定速度普通PI模糊模式电机转动速度对比减速加速速度对比保持转速图31411主程序设计总体思路KEILC51的软件设计是基于C语言。系统主要模块，AD触发INT0中断子程序，T0中断服务子程序，PI算法子程序和显示键盘处理子程序。主程序一系列的初始化/PWM驱动器，键盘控制处理，调整显示0循环等待中断，外部中断INT0中断服务例程霍尔电路输出转速脉冲计数T0产生50MS的定时器中断，T0中断中断服务例程数量的计数，每20中断（一秒）的读出速度的脉冲计数值，计算出的转速N次/秒，发送到显示缓冲器。PI子程序调用时的测试速度和所设定的速度计算出的差值由P0端口的PWM控制器的控制参数来调节电动机的转速。DDC系统，代替使用计算机模拟调节器控制规律执行的软件中完成，由计算机。因此，该系统的数字控制器的设计，日程安排是计算机算法设计，将专注于解决PI算法及其实现。412模糊PI了解PID的算法，通过PI算法来控制整个系统/PID参数初始化/VOIDPID_INITVOIDSPTRLASTERROR0/ERROR1SPTRPREVERROR0/ERROR2SPTREKP_DATA/比例常数EKCONSTSPTRINTEGRALI_DATA/积分常数INTEGRALCONSTSPTRDERIVATIVED_DATA/微分常数DERIVATIVECONSTSPTRSETPOINT10/目标是40V4042168CM/SSPTRMAX100SPTRMIN5模糊PI控制，通过模糊PI控制来对电机进行更为有效的控制，在超调量和调节时间等方面做出改善。/增量式PI控制设计/INTINCPIDCALCINTNEXTPOINTINTIERROR,IINCPID/当前误差IERRORSPTRSETPOINTNEXTPOINT/增量计算IFMODE1/模糊PIIFABSIERROR1SPTREK2SPTRINTEGRAL05IFABSIERROR12SPTREK3SPTRINTEGRAL06IFABSIERROR15SPTREK3SPTRINTEGRAL07IFABSIERROR20SPTREK4SPTRINTEGRAL09IFABSIERROR25SPTREK5SPTRINTEGRAL1ELSESPTREKP_DATA/比例常数EKCONSTSPTRINTEGRALI_DATA/积分常数INTEGRALCONSTIINCPIDSPTREKIERROR/EK项SPTRINTEGRALSPTRLASTERROR/EK1项SPTRLASTERRORIERROR/存储误差，用于下次计算RETURNIINCPID/返回增量值413PWM功能配置SFRCCON0XD8SBITCCF0CCON0SBITCCF1CCON1SBITCRCCON6SBITCFCCON7SFRCMOD0XD9SFRCL0XE9SFRCH0XF9SFRCCAPM00XDASFRCCAP0L0XEASFRCCAP0H0XFASFRCCAPM10XDBSFRCCAP1L0XEBSFRCCAP1H0XFBSFRCCAPM20XDCSFRCCAP2L0XECSFRCCAP2H0XFCSFRCCAPM30XDDSFRCCAP3L0XEDSFRCCAP3H0XFDSFRPCAPWM00XF2SFRPCAPWM10XF3SFRPCAPWM20XF4SFRPCAPWM30XF5414显示程序设计当我们在使用显示模块，要对其写入数据之前，我们首先需要保证的是液晶显示模块的状态，看它是否处于一个忙碌的状态，如果液晶显示模块处于一个忙碌的状态，那么我们写进去的数据都是无效的，只有当忙碌状态指令我低电平的时候，也就是液晶显示模块空闲，那么我们写进去的数据才会有效，然后被读出来。当我们进入到输入数据到LCD1602的阶段的的时候，我们有两种指令来控制。其中一种便是数据的指令，这条指令的功能就是让液晶显示器初始化然后，确定我们需要显示的内容的具体位置。返回值RESULT。RESULT1，忙碌RESULT0，不忙/UCHARBUSYTESTVOIDBITRESULTRS0/根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态RW1E1/E1，才允许读写/向LCD1602写命令/VOIDWRITE_COMMANDUCHARCOMMANDRS0/选择写命令P0COMMAND/向LCD写命令LCDCS1/信号使能端高电平LCDCS0/信号使能端低电平/向LCD1602写数据/VOIDWRITE_DATAUCHARDATA0RS1/选择写数据P0DATA0/向LCD写数据LCDCS1/信号使能端高电平LCDCS0/信号使能端低电平415中断程序设计通过对中断程序的设计来完成对系统的计算工作。1、外部计数中断/外部中断0计数程序/VOIDCOUNTERVOIDINTERRUPT0EX10/关外部中断0COUNT/计数加1IFCOUNT4/4次循环为电机转一圈COUNT1/初始化计数Z/转圈计数加1EX11/开外部中