直流电机闭环调速控制系统设计报告

1 目录 1 一 课设任务 2 1 1 设计内容 2 1 2 具体要求 2 1 3 程序调试建议 2 二 系统方案 3 三 硬件设计 3 3 1 数码管显示和行列式键盘电路 4 3 2 数模变换电路 5 3 3 直流电机驱动电路 6 3 4 片选译码电路 7 3 5 RAM 电路 7 四 软件设计 8 五 调试及结果 19 六 心得体会 19 七 参考文献 20 八 附录 20 2 直流电机闭环调速控制系统设计报告 一 课设任务 1 1 1 1设计内容 设计内容 以实验室实验装置为设计对象 从中选择出合适的部分 构成一个直流电机恒转速 控制系统 具有如下功能 1 可以通过按键设定直流电机转速 转 分钟 r min 2 可以实时显示电机转速 同时显示设定值 各用三位显示 3 运行过程中改变负载可以维持设定的转速稳定后保持不变 稳态误差小于等于 设定值的 5 4 开始时只显示设定值 采集值显示为 0 按运行键后显示实时采集值与设定值 左边三位是设定值 右边三位是实时值 5 设置停止运行键 控制直流电机停止运行 6 其它扩展发挥功能 1 21 2 具体要求具体要求 1 根据功能要求从实验装置上选择合适电路构成系统 用 protel 软件画出原理图 与控制系统结构图 分析系统工作过程 2 根据实验装置具体情况确定接线方法 从而确定各端口的口地址 D A 键盘 显示等 3 采用 PID 算法作为恒转速控制算法 对 PID 算法加以分析说明 4 按照系统工作过程要求编制程序 画出流程图与编写具体程序 5 调试运行 记录运行结果 6 书写课程设计报告 符合学院有关课程报告的要求 1 31 3 程序调试建议 程序调试建议 3 1 先通过简单程序验证硬件工作正常 D A 输出 带负载能力 显示器正常等等 不正常时及时与实验室老师联系更换器件 2 调试测速显示子程序 3 调试参数设置程序 4 调试控制算法程序 5 调试综合程序 二 系统方案 直流电动机具有良好的起 制动性能 宜于大范围内平滑调速 在许多需要调速或 快速正反向的电力拖动领域得到了广泛的应用 采用 PID 调节的转速单环直流调速系统 可以在保证稳定的前提下实现转速无静差 系统进行信号采集进行 D A 转换 使单片机送出脉冲来控制触发器 控制电路输出 驱动电动机工作 再由检测电路带回实际转速给单片机 让单片机根据实际转速和给定 的转速进行比较 放大及 PID 运算等操作 从而控制整流电路 角的大小 进而改变 电机电枢电压的大小 达到调节电动机转速的目的 三 硬件设计 3 13 1 数码管显示和行列式键盘电路数码管显示和行列式键盘电路 4 5 数码管显示和行列式键盘电路图 6 3 23 2 数模变换电路数模变换电路 数模变换电路图 7 3 33 3 直流电机驱动电路 直流电机驱动电路 直流电机驱动电路图 3 43 4 片选译码电路 片选译码电路 片选译码电路图 3 5 RAM 电路 电路 RAM 电路图 8 四 软件设计 MCS 51 8031 ROM 2662 DAC 0832 模数 转换 LED 显示 PID 调速 键盘设 定速度 LED 显示 判断按键执行跳转 图 1 结构框图 9 开始 显示初始化 有键按下 是 运行设定结束 If 0 9IF DIF E flag 1 PID 控制 否 显示 否 是 LOOP 主程序流程图 10 开始 定义变量 扫描模式置初值 扫描模式送输入口 取显示数据查表转 换成段码 调用延时子程序 扫描模式左移一位 循环是否结束 返回 Y N 显示程序流程图 程序 课程设计 PID 直流电机调速 include 地址定义 xdata unsigned char IN at 0 x8001 键盘读入口 xdata unsigned char OUTBIT at 0 x8002 位控制口 11 xdata unsigned char OUTSEG at 0 x8004 段控制口 xdata unsigned char CS0832 at 0 x9000 DA 地址约定 变量定义 unsigned int VOUT 0 DA 输出缓存变量 unsigned int FDC 0 FREF 0 DFDC 0 uctrl 0 转速检测值 FDC 给定值 FREF unsigned int PVAL 10 PIVAL 1 IVAL 0 unsigned int ERROR 缓冲区及其长度定义 define LEDLen 6 数码管数量 unsigned char LEDBuf LEDLen 显示缓冲 八段管显示码 code unsigned char LEDMAP 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 0 x77 0 x7c 0 x39 0 x5e 0 x79 0 x71 键码定义 code unsigned char KeyTable 0 x16 0 x15 0 x14 0 xff 0 x13 0 x12 0 x11 0 x10 0 x0d 0 x0c 0 x0b 0 x0a 0 x0e 0 x03 0 x06 0 x09 0 x0f 0 x02 0 x05 0 x08 0 x00 0 x01 0 x04 0 x07 延时程序 void Delay unsigned char CNT 12 unsigned char i while CNT 0 for i 100 i 0 i 动态显示程序 void DisplayLED unsigned char i unsigned char Pos unsigned char LED Pos 0 x20 从左边开始显示 for i 0 i 1 显示下一位 键闭合程序 unsigned char TestKey OUTBIT 0 输出线置为 0 13 return IN 读入键状态 高四位不用 得键值程序 unsigned char GetKey unsigned char Pos unsigned char i unsigned char k i 6 Pos 0 x20 do OUTBIT Pos Pos 1 k IN while i 0 if k 0 i 4 if k else if k else if k OUTBIT 1 do Delay 10 while TestKey 等键释放 14 return KeyTable i 取出键码 else return 0 xff 速度设定程序 void speedset unsigned char i 0 j 0 k 0 s KEY m unsigned char b 0 c 0 LEDBuf 0 LEDMAP 0 LEDBuf 1 LEDMAP 0 LEDBuf 2 LEDMAP 0 LEDBuf 3 LEDMAP 0 LEDBuf 4 LEDMAP 0 LEDBuf 5 LEDMAP 0 while k 10 A 键为确认键 m 0 LEDBuf i 0 x00 关闭相应位 while m 10 DisplayLED m 延时 m 0 LEDBuf j LEDMAP KEY 重新放回设定值 LEDBuf i LEDBuf i 3 实现闪烁原来的值 while m 20 DisplayLED m 延时 m 0 DisplayLED 15 if TestKey s GetKey k s if k 0 IVAL IVAL ERROR 8 17 if IVAL 0Xf5 IVAL 0Xf5 uctrl PVAL ERROR PIVAL IVAL VOUT uctrl if VOUT 0 xf0 VOUT 0 xf0 if VOUT 0 x80 VOUT 0 x80 if FREF 0XF5 IVAL 0XF5 uctrl PVAL ERROR PIVAL IVAL VOUT uctrl if VOUT 0 xf0 VOUT 0 xf0 if VOUT 0 x8f VOUT 0 x80 LEDBuf 2 LEDMAP DFDC 1000 实际转速千位 LEDBuf 3 LEDMAP DFDC 1000 100 实际转速 百位 LEDBuf 4 LEDMAP DFDC 100 10 实际转速 十位 LEDBuf 5 LEDMAP DFDC 10 实际转速 个位 DisplayLED 主程序 void main unsigned char KEY i s 18 for i 0 i 5 i LEDBuf i LEDMAP 0 初始值显示 0 while 1 DisplayLED if TestKey s getkey KEY s if KEY 13 D 键运行 InitT CS0832 0X80 Delay 5 while KEY 14 运行时按 E 停止键 s getkey KEY s DisplayLED CS0832 VOUT PIDTiaoSu while KEY 14 E 键停止 for i 2 i 5 i LEDBuf i LEDMAP 0 CS0832 0 s getkey KEY s 19 if KEY 12 speedset 停止后设定速度 DisplayLED if KEY 12 speedset C 键设置速度值 五 调试及结果 正确连接硬件电路 打开伟福编译程序 将编写好的程序调出 设置伟福实验装 置 点击编译 运行 按下设置键 C 数码管显示 然后按键盘上的数字 设置电机速 度 如按下 32 显示结果 点击 A 键确定 点击启动键 D 电机运转 后四位显示电机 实际转速 显示结果 理论值应是 1920 允许有 5 的误差 E 键停止运行 如果想在 设置其他值 点击 C 设置新的转速 如果想让电机停转 点击停止键 E 并且重新设 置电机转速 运行过程中 如设置新的转速 30 运行结果为 但是在程序的编写过程中 由于设置了电机启动电压的上下限 故实际测得的电机转速有一定的范围值 为 22 45 r s 超过这个范围 实际测得的电机转速误差很大 六 心得体会 通过这次期两个星期的课程设计 发现了自己的很多不足 自己知识的很多漏洞 看到了自己的实践经验还比较缺乏 理论联系实际的能力还急需提高 这次的课设我感觉收获很大 虽然遇到了很多困难 但还是被我们一一解决了 它不单是要求你单纯地完成一个题目 而是要求你对所学的知识都要弄懂 并且能将其 贯穿起来 综合性比较强 首先要把设计任务搞清 不能盲目的去做 如果连任务都不清楚从何做起呢 接 下来是我们两人一组 然后找相关的资料 将有用的整理出来 这次的课设我感觉最不 20 好做的还是程序的编程 它需要把所有的电路硬件图以及连线都非常清楚 并根据这些 编写相应的程序 最后把这些程序整合到一起进行调试 在完成这次课设的同时 我们也把前边学过的和其有关的课程复习了一遍 把以 前没有弄懂得问题也搞清楚了 总之 这次课设带给我的收获是没有预料的 当你解决 一个问题后 你会有一种成就感 那种心情是无法比拟的 这次课设我体会到不仅要掌握书本上的基本内容 还要灵活思考 善于变换 这 样才能找到最优设计 只有不断的学习 实践 再学习 再实践才能不被社会淘汰 当然这次课设离不开老师的耐心教导 没有他给我们灌输的知识 我们根本就无 从下手