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1、1 微机原理课程设计报告小型直流电机闭环调速系统PID 控制设计（限 2-3 人）设计题目：_ 学院：_ 专业班级：姓名：学号：指导老师：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 33 页 -2 目录一、实验设计要求-2 二、控制系统总体设计方案-3三、系统框图-4 四、程序流程图-4-5 五、重要单元的介绍-5-9 六、硬件连接图-9-10 七、系统连接图-11 八、调试及结果-11-12 九、程序代码-13-31 十、心得体会-32 十一、参考文献-33 一、设计要求：1、设计基于 80 x86 微机接口控制电路；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页
2、，共 33 页 -3 2、分别用 C 语言和汇编语言编程完成硬件接口功能设计；3、程序功能要求：电机速度由按键分段给定或电位器连续给定，计算机屏幕和数码管同步跟踪显示当前给定速度和电机实际运行速度，实现 PID参数在线显示和修改。二、控制系统总体设计方案本设计是利用 PC微机一台、TD-PIT 实验系统一套实现对直流电机转速调节的应用。编写程序，用ADC0809完成模拟信号到数字信号的转换。输入模拟信号有A/D 转换单元可调电位器提供的05V，将其转换后的数字信号读入累加器，做为控制电机的给定转速。用8255 的 B口作为直流电机的控制信号输出口，通过对电机转速反馈量的运算，调节控制信号，达到
3、控制电机匀速转动的的作用。并将累加器中给定的转速和当前测量转速显示在屏幕上。再通过 LED灯显示出转速的大小变化。整个程序设计过程分为基本功能实现阶段，检测程序阶段，功能扩展和功能验证及程序补充四个实验阶段。基本功能实验阶段，在“轻松编程”软件中完成，主要完成各个子程序的调试；在检测程序阶段，在“轻松编程”软件中通过编译和链接，并反复检查没有逻辑错误；调试结果正确以后在进行相应的连接，将各个子模块联系起来功能扩展及程序的补充，在实验室里完成，使用唐都硬件实验箱，用 TDPIT来编程实现；功能验证阶段,在实验室里完成。由于程序中要用到中断，但是在windows 下不能使用中断，所以必须在dos
4、环境下才能进行程序的调试。三、系统框图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 33 页 -4 四、程序流程图开始模拟给定AD转换得给定量Z定义全局变量Z,b,d开外部中断 1，定时器 0，设置计数初值，定时0.25ms开关为低电平？开总中断关总中断计算各数码管显示的数值根据 138片选逐次显示是否根据比例，确定显示设定转速 b=Z*19,实际转速 d主程序流程图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 33 页 -5 开始赋定时初值定时值C+1，H+1H U?输出高电平U H 255？输出低电平H=255？H=0C=4000？d=中断 1的计数值*60
5、中断 1计数值清零由给定量z,反馈量 d/19,计算控制量UC=0结束是否是否否是是否中断服务子程序流程图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 33 页 -6 五、重要单元的介绍5.1 8255 工作原理：本设计利用 8255 的 A口作为输出口，控制8 个单色 LED灯，来实现电机转速的大小调节。并行接口是以数据的字节为单位与I/O 设备或被控制对象之间传递信息，CPU和接口之间的数据传递总是并行的，即可以同时进行传递8 位，16 位，32位等。8255可编程外围接口芯片是具有A、B、C三个并行接口，+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0基本输入/出方式、方
6、式 1选通输入/出方式、方式 2双向选通工作方式。其控制字、内部结构图和引脚图见图1-1-1、图 1-1-2.图 1-1-1 8255控制字名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 33 页 -7 图 1-1-2 8255内部结构图和引脚图5.2 转速调节原理：PWM 的占空比决定输出到直流电机的平均电压.PWM 不是调节电流的.PWM的意思是脉宽调节,也就是调节方波高电平和低电平的时间比,一个 20%占空比波形,会有 20%的高电平时间和 80%的低电平时间，而一个 60%占空比的波形则具有60%的高电平时间和 40%的低电平时间,占空比越大,高电平时间越长,则输出的脉冲
7、幅度越高,即电压越高.如果占空比为0%,那么高电平时间为 0,则没有电压输出.如果占空比为 100%,那么输出全部电压.所以通过调节占空比,可以实现调节输出电压的目的,而且输出电压可以无级连续调节.在使用 PWM 控制的直流无刷电动机中，PWM 控制有两种方式：（1）使用 PWM 信号，控制三极管的导通时间，导通的时间越长，那么做功的时间越长，电机的转速就越高（2）使用 PWM 控制信号控制三极管导通时间，改变控制电压高低来实现直流电机单元由 DC12V、1.1W的直流电机，小磁钢，霍尔元件及输出电路构成。PWM 示意图如图 1-1-3 所示。通过调节 T1的脉冲宽度，改变T1的占空比，从而改
8、变输出，达到改变直流电机转速的目的名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 33 页 -8 图 1-1-3 PWM 示意图利用 8255 的 PB0产生脉冲信号作为控制量，经驱动电路驱动电机运转。霍尔测速元件输出的脉冲信号记录电机转速构成反馈量。在参数给定的情况下，经PID 运算，电机可在控制量的作用下，按PC机累加器给定的转速运转。通过PC的 0 号通道，设置为输出1ms方波，作为采样时钟，PB0产生 PWM 脉冲计时及转速累加，系统总线上INTR中断用于测量电机转速。5.3 AD 转换原理图 1-1-4 ADC0809 外部管脚图本设计用ADC0809完成模拟信号到数字
9、信号的转换。输入模拟信号有A/D转换单元可调电位器提供的05V，将其转换后的数字信号读入累加器，做为控制电机的给定转速。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 33 页 -9 _ 5.4 LED 灯的工作原理：LED灯显示器有8 个单色发光二极管构成，在共阳极接法中，各二极管的阳极被连在一起，使用的时候要将它与+5V项链，而把各段的阴极连到器件的相 应 引 脚 上。当 某 的LED 灯 的 引 脚 为 低 电 平 的 时 候，该 灯 工 作。图 1-1-5 LED灯管脚图通过 8255的 A口信号作为输入信号，控制各灯的工作状态。来显示出此时电机转速的大小变化六、硬件连接
10、图6.1 单元接线图：图 1-1-5 AD转换接线图 ADC转换单元中，D0-D7 分别与系统总线的XD0-XD7对应相连，WRRD、CLK分别与系统总线 XIOW、XIOR、CLK相连，片 选 引 脚 与 系 统IOY0 相连，A、B、C 接地，IN0 接+5V直流电压名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 33 页 -10 源，1-1-6 所示。图 1-1-6 直流电机闭环接线图直流电机闭环接线中，8255芯片的 A口作为输出信号与LED灯项连，即 PA0-PA7与系统总线的 XD0-XD7相连,同时与 ADC0809 的 D0-D7相连；B口的 PB0作为直流电机控
11、制信号输出口，经驱动电路 A口，与直流电机相连驱动电机运转；片选信号线接系统的 IOY1，读写信号线分别对应系统的XIO、RXIOW 相连，其中,系统的中断 INTR引脚用于测量电机转速与直流电机的HR引脚相连。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 33 页 -11 七、系统连线图八、调试及结果8.1 调试步骤：（1）确认从 PC机引出的两根扁平电缆已经连接在平台上。（2）首先运行 CHECK 程序，查看 I/O 空间始地址。（3）利用查出的地址编写程序，然后编译连接。（4）参照接线图连接电路。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 33 页
12、-12（5）运行程序，调节电位器的大小，观察电机的运行情况以及显示在屏幕上的结果和 LED灯的变化。9.2 结果分析：A/D 实现模拟信号转换为数字信号，通过电位器调节输入电压（05V），改变输出的数字信号，进而改变8255 的给定信号（给定转速），即通过改变PB0通道输出方波的占空比，实现PWM 调速，改变脉冲的宽度。若占空比越大,高电平时间越长,则输出的脉冲幅度越高,即电压越高.根据直流电动机的机械特性，电机转速与电压呈正比变化。基本功能实验阶段，在“轻松编程”软件中完成，主要完成各个子程序的调试；在检测程序阶段，在“轻松编程”软件中通过编译和链接，并反复检查没有逻辑错误；调试结果正确以后
13、在进行相应的连接，将各个子模块联系起来，由于自己不具备硬件资源，所以调试的时候只能检查程序本身的错误，经过调试能显示各个子程序的功能，同时嵌套有延时子程序，方便程序的调用，而端口地址的选择与确定，只能在实验室里完成，功能扩展及程序的补充，在实验室里完成，使用唐都硬件实验箱，用TDPIT来编程实现，实验的过程中，注意端口地址，要与硬件实验箱上的匹配；功能验证阶段，实验发现已经编好的程序仍存在问题，其中菜单显示和 A/D 转换是好的，然而电机不转，LED灯也不能正确的显示电机的转速（即相应的速度对应的相应的等不能正常显示）针对原来的程序及老师给的要求进行修改，并添加了一个判断是否有按键输入的子程序
14、通过调整不同的速度后来实现任意状态下的按键停止。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 33 页 -13 九、程序代码*根据 CHECK 配置信息修改下列符号值*INTR_IVADD EQU 01CCH ;INTR对应的中断矢量地址INTR_OCW1 EQU 0A1H ;INTR对应 PC机内部 8259 的 OCW1 地址INTR_OCW2 EQU 0A0H ;INTR对应 PC机内部 8259 的 OCW2 地址INTR_IM EQU 0F7H ;INTR对应的中断屏蔽字PCI_INTCSR EQU 0EC38H ;PCI卡中断控制寄存器地址IOY0 EQU 0C4
15、00H ;片选 IOY0对应的端口始地址IOY1 EQU 0C440H IOY2 EQU 0C480H IOY3 EQU 0C4C0H;*MY8255_A EQU IOY0+00H*4 ;8255的 A口地址MY8255_B EQU IOY0+01H*4 ;8255的 B口地址MY8255_C EQU IOY0+02H*4 ;8255的 C口地址MY8255_MODE EQU IOY0+03H*4 ;8255的控制寄存器地址PC8254_COUNT0 EQU 40H ;PC机内 8254定时器 0 端口地址PC8254_MODE EQU 43H ;PC机内 8254控制寄存器端口地址AD080
16、9 EQU IOY1+00H STACK1 SEGMENT STACK DW 64 DUP(?)TOP LABEL WORD STACK1 ENDS DATA SEGMENT TABLE1 DB Assumed Fan Speed:(/s),$;字符串变量TABLE2 DB Current Fan Speed:(/s),$;字符串变量名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 33 页 -14 ENT DB ,$;换行，回车CS_BAK DW?;保存 INTR 原中断处理程序入口段地址的变量IP_BAK DW?;保存 INTR 原中断处理程序入口偏移地址的变量IM_BAK DB?;保存 INTR原中断屏蔽字的变量CS_BAK1 DW?;保存定时器 0 中断处理程序入口段地址的变量IP_BAK1 DW?;保存定时器 0 中断处理程序入口偏移地址的变量IM_BAK1 DB?;保存定时器 0 中断屏蔽字的变量DTABLE DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H ;键值表，0F对应
