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1、毕业设计说明书 基于单片机的直流电机闭环调速 系统的设计 学生姓名： 学号： 学 院： 系 名： 专 业： 指导教师： 2012 年 6 月 XXX 学校 XXX 届毕业设计说明书 基于单片机的直流电机闭环调速系统的设计 摘要：在运动控制系统中，电机转速控制占有至关重要的作用，其控制算法和手段有 很多，模拟 PID 控制是最早发展起来的控制策略之一，长期以来形成了典型的结构， 并且参数整定方便，能够满足一般控制的要求，但由于在模拟 PID 控制系统中，参数 一旦整定好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际中，由于现场的系统参 数、温度等条件发生变化，使系统很难达到最佳的控制效果，因此采用
2、模拟 PID 控制 器难以获得满意的控制效果。随着计算机技术与智能控制理论的发展，数字 PID 技术 渐渐发展起来，它不仅能够实现模拟 PID 所完成的控制任务，而且具备控制算法灵活、 可靠性高等优点，应用面越来越广。 本设计以上面提到的数字 PID 为基本控制算法，以 AT89S51 单片机为控制核心， 产生占空比受数字 PID 算法控制的 PWM 脉冲实现对直流电机转速的控制。同时利用 霍尔传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转 速检测目的。在系统中采用 LCD1602 显示器作为显示部件，通过 5 个按键来实现正反 转和加减速控制，启动后可以通过显示部件了
3、解电机当前的转速。电机驱动部分采用 的是专门的驱动芯片来实现正反转控制。 关键词：数字 PID,PWM 脉冲,直流电机 XXX 学校 XXX 届毕业设计说明书 DC motor closed-loop speed control system based on single-chip design Abstract：In the motion control system, the control of electro motors rotate speed is of great importance, there are a lot of speed control arithmetics
4、 and methods , the analog PID control is one of the earliest developed control policies which has formed typical structure, its parametric setting is convenient and its easy to meet normal controls demand, but as the whole control process is fixed once the parameter has been set while practically th
5、e changes of those conditions like the system parameters and temperature of the environment prohibit the system from reaching its best control effect, so the analog PID controller barely has satisfied effect. With the development of computer technology and intelligent control theory , the digital PI
6、D technology is thriving which can achieve the analog PIDs control tasks and consists of many advantages like flexible control arithmetics and high reliability, it is widely used now. This design is based on the digital PID mentioned above as basic control arithmetic and AT89S51 SCM as control core,
7、 the system produces PWM impulse whose duty ratio is controlled by digital PID arithmetic to make sure the running of direct current machines rotate speed. At the same time using Holzer sensors will be converted into pulse frequency motor speed feedback to the MCU, realize the speed closed-loop cont
8、rol, to achieve speed detection. In a system employing a LCD1602 monitor as a display part, through the 5 keys to achieve positive and acceleration deceleration control, can start the display part understanding the motor current speed. The motor drive part is used in specialized drive chip to achiev
9、e positive control. Keywords: digital PID, PWM impulse, DC motor XXX 学校 XXX 届毕业设计说明书 第页 共页 目 录 1 引言1 2 PID 算法及 PWM 控制技术简介2 2.1 PID 算法2 2.1.1 模拟 PID2 2.1.2 数字 PID3 2.1.3 数字 PID 参数整定方法5 2.2 PWM 脉冲控制技术9 2.2.1 PWM 控制的基本原理9 2.2.2 直流电机的 PWM 控制技 术10 3 硬件电路设计部分12 3.1 系统设计方案12 3.2 控制器模块设计方案12 3.3 电机驱动模块设计方案1
10、2 3.4 电源模块设计方案13 3.5 速度采集设计模块14 3.6 显示模块设计方案14 3.6.1 引脚分布和接口信号说明14 3.6.2 LCD 液晶电路15 4 软件设计部分17 4.1 驱动电力程序流程17 4.2 直流电机的中断键盘控制模块17 4.2.1 外部中断设置17 4.2.2 外部中断扩展18 4.3 显示程序流程图20 5 系统功能调试21 5.1 PROTEUS 使用21 XXX 学校 XXX 届毕业设计说明书 第页 共页 5.2 电路仿真22 XXX 学校 XXX 届毕业设计说明书 第页 共页 6 结论25 附录 A 系统总电路图26 附录 B 源程序27 参考文
11、献35 致 谢37 XXX 学校 XXX 届毕业设计说明书 第 1 页 共 37 页 1 1 引言引言 21 世纪，科学技术日新月异，科技的进步带动了控制技术的发展，现代控制设备 的性能和结构发生了翻天覆地的变化。我们已进入高速发展的信息时代，控制技术成 为当今科技的主流之一，广泛深入到研究和应用工程等各个领域。 1 控制理论的发展经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。 其控制系统包括控制器传感器变送器执行机构输入输出接口。不同的控制系统、传 感器变送器执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制 系统的传感器是温度传感器。目前，PID 控制及其控制器或智
12、能 PID 控制器已经很多， 产品已在工程实际中得到了广泛的应用。 受益于数十年来全球经济高速成长所获得的 PID 控制成果,在中国市场，一大批机 器设备制造商正处于蓬勃发展阶段，除满足本土市场庞大的机器设备需求外，走向国 际市场，参与国际竞争也成为现实需求。在应用方面，这种控制技术已经渗透到了医 疗、汽车制造、铁道运输、航天航空、钢铁生产、物流配送、饮料生产等多个方面。 但是由于中国科技落后，为此，我们需要更进一步的学习、掌握与应用先进的控制技 术与解决方案，以提升设备性能、档次与市场竞争力。在国外，尤其在运动控制及过 程控制方面 PID 控制技术的应用更是越来越广泛和深入。随着科技的进步，
13、人们对 3 生活舒适性的追求将越来越高，PID 控制技术作为一项具有发展前景和影响力的新技术， 正越来越受到国内外各行业的高度重视。 本次设计主要研究的是 PID 控制技术在运动控制领域中的应用，众所周知运动控 制系统最主要的控制对象是电机，在不同的生产过程中，电机的运行状态要满足生产 要求，其中电机速度的控制在占有至关重要的作用，因此本次设计主要是利用 PID 控 制技术对直流电机转速的控制。其设计思路为：以 AT89S51 单片机为控制核心，产生 占空比受 PID 算法控制的 PWM 脉冲实现对直流电机转速的控制。同时利用霍尔传感器 将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，构成转速闭环控制系统。在系统中采 LCD1602 显示器作为显示部件，通过 5 个按键实现正反转控制和速度预置功能，启动后 可以了解当前速度。因此该系统在硬件方面包括：电源模块、电机驱动模块、控制模 块、速度检测模块、人机交互模块。 XXX 学校 XXX 届毕
