设计中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。另外本系统中使用了红外对管对直流电机的转速进行测量,经过整形电路后将测量值送到单片机,并且最终作为反馈值输入到单片机进行PID运算从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面,文章中详细介绍了PID运算程序初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。
1 单片机最小系统:单片机最小系统由51单片机,晶振电路,复位电路,电源组成。大家都比较熟悉,这里不再赘述。 2 四位数码管显示:在应用系统中,设计要求不同,使用的LED显示器的位数也不同,因此就生产了位数,尺寸,型号不同的LED显示器供选择,在本设计中,选择4位一体的数码型LED显示器,简称“4-LED”。本系统中前三位显示电压的整数位,最后一位显示转速的小数位。4-LED显示器引脚如图2所示,是一个共阴极接法的4位LED数码显示管,其中a,b,c,e,f,g为4位LED各段的公共输出端,1、2、3、4分别是每一位的位数选端,dp是小数点引出端,4位一体LED数码显示管的内部结构是由4个单独的LED组成,每个LED的段输出引脚在内部都并联后,引出到器件的外部。 3 电机驱动电路:电机驱动电中是采用ULN2003来驱动。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。该电路的特点:ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据,输入5VTTL电平,输出可达500mA/50V。ULN2003的引脚图,其中IN1~IN7为输入控制端;OUT1~OUT7为输出端;8脚为芯片的接地端;9脚为公共端,该脚是内部7个续流二极管负极的公共端,各二极管的正极分别接各达林顿管的集电极。用于感性负载时,该脚接负载电源正极,实现续流作用。如果该脚接地,实际上就是达林顿管的集电极对地接通。 当P1.0中为高电平时,其内部三极管导通,使电机转动。当P1.0为低电平时,内部三极管截止,电路断开,电机停止转动。所以在程序中可以利用P1.0口输出PWM波来控制电机的转速。 4 红外测速电路:发射管工作时发出红外线,当接收管收到红外信号时,其电阻变小(本设计相当于从无穷大变到1k左右)。利用其电阻变化,改变接收管分压情况。挡片是利用圆盘上剪四个孔,当挡片随电机转动时,接收管两端电平发生变化,产生脉冲。 5 整形电路:本设计的整形电路是用555定时器接成的施密特触发器。
6 源程序: - #include "reg52.h"
- #define uchar unsigned char
- #define uint unsigned int
- uchar code table[10]={0x3f,0x06,0x5b,
- 0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共阴数码管显示码(0-9)
- sbit xiaoshudian=P0^7;
- sbit wei1=P2^4; //数码管位选定义
- sbit wei2=P2^5;
- sbit wei3=P2^6;
- sbit wei4=P2^7;
- sbit beep=P2^3; //蜂鸣器控制端
- sbit motor = P1^0; //电机控制
- sbit s1_jiasu = P1^4; //加速按键
- sbit s2_jiansu= P1^5; //减速按键
- sbit s3_jiting=P1^6; //停止/开始按键
- uint pulse_count; //INT0接收到的脉冲数
- uint num=0; //num相当于占空比调节的精度
- uchar speed[3]; //四位速度值存储
- float bianhuasudu; //当前速度(理论计算值)
- float reallyspeed; //实际测得的速度
- float vv_min=0.0;vv_max=250.0;
- float vi_Ref=60.0; //给定值
- float vi_PreError,vi_PreDerror;
- uint pwm=100; //相当于占空比标志变量
- int sample_time=0; //采样标志
- float v_kp=1.2,v_ki=0.6,v_kd=0.2; //比例,积分,微分常数
- void delay (uint z)
- {
- uint x,y;
- for(x=z;x>0;x--)
- for (y=20;y>0;y--);
- }
- void time_init()
- {
- ET1=1; //允许定时器T1中断
- ET0=1; //允许定时器T0中断
- TMOD = 0x15; //定时器0计数,模式1;定时器1定时,模式1
- TH1 = (65536-100)/256; //定时器1值,负责PID中断 ,0.1ms定时
- TL1 = (65536-100)%6;
- TR0 = 1; //开定时器
- TR1 = 1;
- IP=0X08; //定时器1为高优级
- EA=1; //开总中断
- }
- void keyscan()
- {
- float j;
- if(s1_jiasu==0) //加速
- {
- delay(20);
- if(s1_jiasu==0)
- vi_Ref+=10;
- j=vi_Ref;
- }
- while(s1_jiasu==0);
- if(s2_jiansu==0) //减速
- {
- delay(20);
- if(s2_jiansu==0)
- vi_Ref-=10;
- j=vi_Ref;
- }
- while(s2_jiansu==0);
- if(s3_jiting==0)
- {
- delay(20);
- motor=0;
- P1=0X00;
- P3=0X00;
- P0=0x00;
- }
- while(s3_jiting==0);
- }
- float v_PIDCalc(float vi_Ref,floatvi_SpeedBack)
- {
- register floaterror1,d_error,dd_error;
- error1=vi_Ref-vi_SpeedBack; //偏差的计算
- d_error=error1-vi_PreError; //误差的偏差
- dd_error=d_error-vi_PreDerror; //误差变化率
- vi_PreError=error1; //存储当前偏差
- vi_PreDerror=d_error;
- bianhuasudu=(v_kp*d_error+v_ki*vi_PreError+v_kd*dd_error);
- return (bianhuasudu);
- }
- void v_Display()
- {
- uint sudu;
- sudu=(int)(reallyspeed*10); //乘以10之后强制转化成整型
- speed[3]=sudu/1000; //百位
- speed[2]=(sudu00)/100; //十位
- speed[1]=(sudu0)/10; //个位
- speed[0]=sudu; //小数点后一位
- wei1=0; //第一位打开
- P0=table[speed[3]];
- delay(5);
- wei1=1; //第一位关闭
- wei2=0;
- P0=table[speed[2]];
- delay(5);
- wei2=1;
- wei3=0;
- P0=table[speed[1]];
- xiaoshudian=1;
- delay(5);
- wei3=1;
- wei4=0;
- P0=table[speed[0]];
- delay(5);
- wei4=1;
- }
- void BEEP()
- {
- if((reallyspeed)>=vi_Ref+5||(reallyspeed
- {
- beep=~beep;
- delay(4);
- }
- }
- void main()
- {
- time_init();
- motor=0;
- while(1)
- {
- v_Display();
- BEEP();
- }
- if(s3_jiting==0) //对按键3进行扫描,增强急停效果
- {
- delay(20);
- motor=0;
- P1=0X00;
- P3=0X00;
- P0=0x00;
- }
- while(s3_jiting==0);
- }
- void timer0() interrupt 1
- {
- }
- void timer1() interrupt 3
- {
- TH1 = (65536-100)/256; //1ms定时
- TL1 = (65536-100)%6;
- sample_time++;
- if(sample_time==5000) //采样时间0.1ms*5000=0.5s
- {
- TR0=0; //关闭定时器0
- sample_time=0;
- pulse_count=TH0*255+TL0; //保存当前脉冲数
- keyscan(); //扫描按键
- reallyspeed=pulse_count/(4*0.6); //计算速度
- pwm=pwm+v_PIDCalc(vi_Ref,reallyspeed);
- if(pwm
- if(pwm>100)pwm=100;
- TH0=TL0=0;
- TR0=1; //开启定时器0
- }
- num++;
- if(num==pwm) //此处的num值,就是占空比
- {
- motor=0;
- }
- if(num==100) //100相当于占空比调节的精度
- {
- num=0;
- motor=1;
- }
- }
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