数字PID直流调速系统

数字PID直流调速系统

1.调试软件介绍

Proteus软件是一种低投资的电子设计自动化软件，提供可仿真数字和模拟、

交流和直流等数千种元器件和多达30多个元件库。Proteus软件提供多种现实存

在的虚拟仪器仪表。此外，Proteus还提供图形显示功能，可以将线路上变化的

信号，以图形的方式实时地显示出来。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，

例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗，尽可能减少仪器对测量结果的影响，

Proteus软件提供丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号

和数字信号。提供SchematicDrawing、SPICE仿真与PCB设计功能，同时可以

仿真单片机和周边设备，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU,并提供

周边设备的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件库，有

RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分HC器

件，编译方面支持Keil和MPLAB等编译器。一台计算机、-套电子仿真软件，

在加上一本虚拟实验教程，就可相当于一个设备先进的实验室。以虚代实、以软

代硬，就建立一个完善的虚拟实验室。在计算机上学习电工基础，模拟电路、数

字电路、单片机应用系统等课程，并进行电路设计、仿真、调试等。当电路设计

完成之后，为了减少在电路板上调试时的难度，保证电路设计的正确性，将Keil

c51编译生成的*.HEX文件载入Proteus软件，实现电路仿真。

2.调速设计方案

调速采用PWM(PulseWidthModulation)脉宽调制的工作原理是通过产生

矩形波，改变占空比，以达到调整脉宽的目的。脉宽调制(PWM)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技术，它广泛应用在测量、通信到功率

控制与变换的许多领域中。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能

属于预先确定的可能取值集合之内，例如在｛0V,5V｝这一集合中取值。模拟电压

和电流可直接用来进行控制。模拟控制看起来直观而简单，而且模拟信号的值可

以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。但它也有缺点，模拟电路容易

随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路非常庞大、笨重

和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的

乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流

值的大小。所以通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功

耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上都包含了PWM控制器，这使数字控

制的实现变得更加容易了。

3.LCD显示模块

液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点

阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、

和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母

“A”的代码是01000001B（41H）,显示时模块把地址41H中的点阵字符图

形显示出来，我们就能看到字母“A”。因为其识别的是ASCII码，试验可

以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，

如‘A'。LCD采用标准的14脚接口，其中：

第1脚：VSS为电源地

第2脚：VDD接5V电源正极

第3脚：VEE为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接

地电源时对比度最高。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选

择指令寄存器。

第5脚：RW为读写信号线，高电平⑴时进行读操作，低电平（0）时进行

写操作。

第6脚：E（或EN）端为使能（enable）端。

第7〜14脚：D0〜D7为8位双向数据端。

LCD图如下

LCD1

UIO16L

♦59,H*l第0H

4.系统程序如下：

ftinclude<reg51.h>

ttdefineucharunsignedchar

ttdefineuintunsignedint

sbitopen=P20;

sbitclose=P21;

sbitswap=P22;

sbitsub__speed=P2'3;

sbitadd_speed=P24;

sbitPW1=P3-0;

sbitPWM2=P3」；

/************************液晶显示*************/

sbitE=P37;

sbitRW=P36;

sbitRS=P3'5;

sbittest=P34;

inttime=0;

inthigh=20;

intperiod=30;

intchange=0;

intflag=0;

intnum_medium=0;

intnum_display=0;

intcount_speed=0;

ucharword[]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39};

/*******************延时t毫秒****************/

voiddelay(uchart)

(

uinti;

while(t)

(

/*对于11.0592MHz时钟，延时1ms*/

for(i=0;i<125;i++);

t—;

)

)

〃写命令函数LCD

voidwc51r(ucharj)

RS=O;

RW=O;

Pl=j；

E=1;

E=0;

delay⑶；

)

〃写数据函数LCD

voidwc51ddr(ucharj)

(

RS=1;

RW=0;

Pl=j；

E=l;

E=0;

delay(2);

〃初始化函数LCD

voidinit()

(

wc51r(0x01);〃清屏

wc51r(0x38);〃使用8位数据，显示两行，使用5*7的字型

wc51r(0x0c);〃显示器件，光标开，字符不闪烁

wc51r(0x06);〃字符不动，光标自动右移一格

/***********8T0中断服务程序************PWM波的生成**********/

voidtimeO_int(void)interrupt1

(

time++;

THO=Oxec;

TLO=0x78;

if(change==0)

(

PWM2=1;

if(time==high)

PWM1=O;

elseif(time==period)

!

PWMl=1：

time=0：

)

)

else

{PWMl=1;

if(time==high)

PWM2=0;

elseif(time==period)

PWM2=1;

time=0;

)

)

)

/****T1中断服务程序********单位时间(S)方波的个数*************/

voidtimel_int(void)interrupt3

(

count_speed++；

if(count_speed==20)

{count_speed=0;

numdisplay=num_medium;

num_medium=0;

}

)

/************************速度显示的数据处理*********************/

voiddatamadeO

(

uintdataMM,NN;

wc51r(0xc2);

wc51ddr('S');

wc51ddr('p');

wc51ddr('e');

wc51ddr('e);

wc51ddr(，d');

wc51ddr(0x3a);

NN=numdisplay%100;

MM=numdisplay/100;

wc51ddr(wword[MM]);

MM=NN/10;

NN=NN%10;

wc5Iddr(wword[MM]);

wc5Iddr(wword[NN]);

)

/**********通过按键实现对电机开关、调速、转向的控制***************/

voidmotor_control()

{

if(open==1)

EA=1;

if(close==1)

EA=0;

if(swap==1)

(

change=^change;

while(swap!=0)

()

if(sub_speed==1)

(

high++;

if(high==30)

EA=0;

while(sub_speed!=0)

()

)

if(add_speed==1)

(

high—;

if(high==5)

high=5;

while(add_speed!=0)

(}

voidmain()

(

P2=0x00;

ETO=1;

ET1=1;

TMOD=Oxll;

THO=Oxec;〃定时器TO设置参数

TLO=0x78;

TH1=0x3c;〃定时器T1设置参数

TL1=OxbO;

TRO=1;

TRI=1;

init();〃液晶显示初始化程序

while(l)

(

wc51r(0x84);

wc51ddr('H');

wc51ddr('e');

wc51ddr(T');

wc51ddr('1');

wc51ddr('o');

if(test==0)

num_medium++;

datamade();

motor_control();

)

}

5.直流电机的调速功能仿真

系统总框图

1.调速前的波形图

2.调速后的波形图

6.电机速度的测量并显示功能仿真

对电机转速的显示，可以根据液晶显示屏上的数字，调整电机的转速，为调

速提供了方便。从显示数字的稳定程度，也可以判断电机转速的稳定性。若显示

数字几乎不变，则说明电机工作十分稳定；与之相反，显示数字不停地变化，则

说明电机工作非常不稳定。

7.设计心得

本次作业要求我们设计一套数字PID直流控制直流电机PWM调压调速器系

统。这一整套系统的设计要求我们不仅仅要设计出完整得PID调制的电路，同时

也需要编写出相应的程序。要在有限的时间内完成这两项任务对我们是一个非常

大的挑战。但是，但是通过我们查找资料和其他同学的帮助最终完成了整套系统

的设计。

在进行设计的过程中，我们把与自动控制系统相关的知识和与单片机相关的

知识结合起来，通过分析具体的问题，首先列出解决课题的方案，从中论证出较

合适的方案作为最终的实际方案。在具体进行过程中，我采用了将大系统分解为

零的方法，将其中的各个独立部分分别设计最后进行整合。这样也大大提高了设

计的效率，也便于我们之间的分工协作。

总的来说，本次设计锻炼了我们把理论联系到实际的能力，同时在设计的过

程中，通过查阅各种资料，我们对整个行业的发展和最新的技术都有了一定的了

解。通过同学的帮助和我们团结协作使这次课程设计得以顺利的完成。

计

算

机

控

制

期

中

作

业

03班

化07

自动

315

6050

070

李磊

04班