基于单片机的直流电机闭环调速控制系统xin

下载后可任意编辑 滨江学院 专 业 综 合 设 计 题 目 直流电机闭环调速系统控制 院 系 自动控制 专 业 自动化 组 别 第二组 组 长 周未政 指导老师 周旺平 二 0 一 0 年 十二 月 二十八 日 基于单片机的直流电机闭环调速控制系统 摘要：设计以AT89C51单片机控制模块为核心，由单片机控制、红外线光电检测装置、直流电机转速为被测量组成的控制系统。原理是利用红外线光电传感器接收直流电机转速所产生的红外信号转换成电信号传输给单片机，并调节转速的闭环调速控制系统。 1. AT80C51单片机介绍 1.1主电源引脚 Vss—(20脚)： 电路地电平 Vcc—(40脚)： 正常运行和编程校检（8051/8751)时为+5V电源。 1.2外接晶振或外部振荡器引脚 XTAL1—(19脚)： 接外部晶振的一个引脚. 在单片机内部， 它是一个反相放大器的输入端， 这个放大器构成了片内振荡器. 当采纳外部振荡器时， 此引脚应该接地. XTAL2—(18脚)： 接外部晶振的另一个引脚. 在片内接至振荡器的反相放大器的输出和内部时钟发生器的输入端. 当采纳外部振荡器时， 则此引脚接外部振荡信号的输入。 1.3控制、选通或电源复用引脚 RST/Vpd—(9引脚)： RST即Reset（复位)信号输入端。 ALE/PROG—(30引脚)： ALE， 允许地址索存信号输出。 PSEN—(29脚)： 访问外部程序存储器选通信号， 低电平有效。. Vpp/EA—(31引脚)： EA为访问内部或外部程序存储器选择信号。 1.4多功能I/O口引脚 P0口—（32-39脚)：8位漏极开路双向并行I/O接口. P1口—（1-8脚)： 8位准双向并行I/O接口. P2口—（21-28脚)：8位准双向并行I/O接口. P3口—（10-17脚)：具有内部上拉电路的8位准双向并行I/O端口。它还提供第二特别功能，具体含义为： P3.0—(10脚)RXD： 串行数据接收端。 P3.1—(10脚)TXD： 串行数据发送端。 P3.2—(10脚)INT0： 外部中断0请求端， 低电平有效。 P3.3—(10脚)INT1： 外部中断1请求端， 低电平有效。. P3.4—(10脚)T0： 定时器/计数器0外部事件计数输入端。. P3.5—(10脚)T1： 定时器/计数器1外部事件计数输入端。 P3.6—(10脚)WR： 外部数据存储器写选通， 低电平有效。 P3.7—(10脚)RD： 外部数据存储器读选通， 低电平有效。 2. 设计任务 通过加速、减速按键实现电机的加速与减速，并将当前的转速的设定值反馈回来经PID调解后的转速经LCD显示出来。 电机调速系统框图 3.系统流程图 电机控制软件流程图 上图为积分分离式PID控制算法的流程图。通过80C51给定的转速与红外检测电路测得的经计算后的速度得到偏差ek 。与设定的e max相比较，若e k ＜e max可以采纳PID控制提高系统的控制精度，若ek ≥e max则采纳PD控制，可以避开系统产生较大的超调量而且采纳PD控制又可以提高系统的灵敏性。 4.电路模块及原理 4.1驱动电路 直流电动机驱动电路图如图1所示。其中L298 的ENA、IN1和IN2引脚 与单片机的输出引脚相连，图中未表示。 图2 直流电动机驱动电路图 L298芯片 管脚说明： （1） SENSA：电流监测端，H桥的电流反馈脚，不用时可直接接地。 （2） OUT1：输出端，与M1对应。 （3） OUT2：输出端，与M2对应。 （4） VS：电源，用来给电动机供电。 （5） IN1：输入端。 （6） ENA：使能端，和M1、M2配合使用。 （7） IN2：输入端。 （8） GND：接地。 （9） VCC：电源，用来给芯片供电。 （10） IN3：输入端 （11） ENB：使能端，和M3、M4配合使用。 （12） IN2：输入端。 （13） OUT3：输出端，与M3对应。 （14） OUT4：输出端，与M4对应。 （15） SENSB：电流监测端，H桥的电流反馈脚，不用时可直接接地。 电机控制说明如表1所示，其中*值可取1也可取0。 SENSEENA IN1 IN2 电机效果 0 * * 停止 1 1 0 正传 1 0 1 反转 1 0 0 停止 PROTEUS仿真加速PWM脉宽如下图 4.2稳压电路L7805cc 其中1接整流器输出的+电压，2为公共地(也就是负极)，3就是我们需要的正5V输出电压了 4.3时钟电路 就单片机内部每个部件要想协调一致地工作，必须在统一口令——时钟信号的控制下工作。单片机工作所需要的时钟信号有两种产生方式，即内部时钟方式和外部时钟方式。图是内部时钟方式：单片机内部有一个构成振荡器的增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，这个放大器与作为反馈元件的片外晶振一起构成自激振荡器。在该图中，电容C1和C2取30pf，晶体的振荡频率取12Mhz，晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。实际连接如图所示 4.4按键电路 4.5复位电路 8051系列单片机在启动时都需要复位， 使CPU及系统部件处于确定的初始状态， 并从初始状态开始工作. 8051系列单片机的复位信号从RST引脚接入到芯片的施密特触发器中. 当单片机系统处于正常工作状态， 且振荡器稳定后， 在每个机器周期都要对RST引脚的状态进行采样[7]. 复位电路有上电复位和手动复位 上电复位： 上电复位电路是一种简单的复位电路， 只要在RST复位引脚接一个电容到Vcc，接一个电阻到低就可以了. 上电复位是指在给系统上电时， 复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号， 这个复位信号随着Vcc对电容的充电过程而回落, 所以RST复位引脚的高电平维持时间取决于电容的充电时间. 为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间. 手动复位： 手动复位需要人为在复位输入端加高电平让系统复位. 一般采纳的方法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按键，当按下按键后， Vcc和RST端接通， RST引脚在高电平， 而且按键动作一般是数十毫秒， 大于2个机器周期的时间， 能够安全的让系统复位. 本系统采纳的是上电复位方式 4.6检测电路 4.6.1传感器 本设计采纳的是红外传感器（由红外线发射管、红外线接收管构成的红外计数电路） 红外线发射管 简介：红外线发射管也称红外线发射二极管，属于二极管类。它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射