51單片機(jī)控制PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的方法
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設(shè)計(jì)中采用了專門的芯片組成了PWM信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)并且對(duì)PWM信號(hào)的原理、產(chǎn)生方法以及如何通過軟件編程對(duì)PWM信號(hào)占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)從而控制其輸入信號(hào)波形等均作了詳細(xì)的闡述。另外本系統(tǒng)中使用了紅外對(duì)管對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過整形電路后將測(cè)量值送到單片機(jī)，并且最終作為反饋值輸入到單片機(jī)進(jìn)行PID運(yùn)算從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)速度的控制。在軟件方面，文章中詳細(xì)介紹了PID運(yùn)算程序初始化程序等的編寫思路和具體的程序?qū)崿F(xiàn)。
1 單片機(jī)最小系統(tǒng):單片機(jī)最小系統(tǒng)由51單片機(jī)，晶振電路，復(fù)位電路，電源組成。大家都比較熟悉，這里不再贅述。
2 四位數(shù)碼管顯示:在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不同，因此就生產(chǎn)了位數(shù)，尺寸，型號(hào)不同的LED顯示器供選擇，在本設(shè)計(jì)中，選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器，簡(jiǎn)稱“4-LED”。本系統(tǒng)中前三位顯示電壓的整數(shù)位，最后一位顯示轉(zhuǎn)速的小數(shù)位。4-LED顯示器引腳如圖2所示，是一個(gè)共陰極接法的4位LED數(shù)碼顯示管，其中a，b，c，e，f，g為4位LED各段的公共輸出端，1、2、3、4分別是每一位的位數(shù)選端，dp是小數(shù)點(diǎn)引出端，4位一體LED數(shù)碼顯示管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個(gè)單獨(dú)的LED組成，每個(gè)LED的段輸出引腳在內(nèi)部都并聯(lián)后，引出到器件的外部。
3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路:電機(jī)驅(qū)動(dòng)電中是采用ULN2003來(lái)驅(qū)動(dòng)。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)：ULN2003的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)，輸入5VTTL電平，輸出可達(dá)500mA/50V。
ULN2003的引腳圖，其中IN1~IN7為輸入控制端;OUT1~OUT7為輸出端;8腳為芯片的接地端;9腳為公共端，該腳是內(nèi)部7個(gè)續(xù)流二極管負(fù)極的公共端，各二極管的正極分別接各達(dá)林頓管的集電極。用于感性負(fù)載時(shí)，該腳接負(fù)載電源正極，實(shí)現(xiàn)續(xù)流作用。如果該腳接地,實(shí)際上就是達(dá)林頓管的集電極對(duì)地接通。
當(dāng)P1.0中為高電平時(shí)，其內(nèi)部三極管導(dǎo)通，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)P1.0為低電平時(shí)，內(nèi)部三極管截止，電路斷開，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。所以在程序中可以利用P1.0口輸出PWM波來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
4 紅外測(cè)速電路:發(fā)射管工作時(shí)發(fā)出紅外線，當(dāng)接收管收到紅外信號(hào)時(shí)，其電阻變小(本設(shè)計(jì)相當(dāng)于從無(wú)窮大變到1k左右)。利用其電阻變化，改變接收管分壓情況。擋片是利用圓盤上剪四個(gè)孔，當(dāng)擋片隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，接收管兩端電平發(fā)生變化，產(chǎn)生脈沖。
5 整形電路:本設(shè)計(jì)的整形電路是用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)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}; //共陰數(shù)碼管顯示碼(0-9)
sbit xiaoshudian=P0^7;
sbit wei1=P2^4; //數(shù)碼管位選定義
sbit wei2=P2^5;
sbit wei3=P2^6;
sbit wei4=P2^7;
sbit beep=P2^3; //蜂鳴器控制端
sbit motor = P1^0; //電機(jī)控制
sbit s1_jiasu = P1^4; //加速按鍵
sbit s2_jiansu= P1^5; //減速按鍵
sbit s3_jiting=P1^6; //停止/開始按鍵
uint pulse_count; //INT0接收到的脈沖數(shù)
uint num=0; //num相當(dāng)于占空比調(diào)節(jié)的精度
uchar speed[3]; //四位速度值存儲(chǔ)
float bianhuasudu; //當(dāng)前速度(理論計(jì)算值)
float reallyspeed; //實(shí)際測(cè)得的速度
float vv_min=0.0;vv_max=250.0;
float vi_Ref=60.0; //給定值
float vi_PreError,vi_PreDerror;
uint pwm=100; //相當(dāng)于占空比標(biāo)志變量
int sample_time=0; //采樣標(biāo)志
float v_kp=1.2,v_ki=0.6,v_kd=0.2; //比例，積分，微分常數(shù)
void delay (uint z)
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for (y=20;y>0;y--);
}
void time_init()
{
ET1=1; //允許定時(shí)器T1中斷
ET0=1; //允許定時(shí)器T0中斷
TMOD = 0x15; //定時(shí)器0計(jì)數(shù)，模式1;定時(shí)器1定時(shí)，模式1
TH1 = (65536-100)/256; //定時(shí)器1值,負(fù)責(zé)PID中斷 ,0.1ms定時(shí)
TL1 = (65536-100)%6;
TR0 = 1; //開定時(shí)器
TR1 = 1;
IP=0X08; //定時(shí)器1為高優(yōu)級(jí)
EA=1; //開總中斷
}
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) //減速
{
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,float vi_SpeedBack)
{
register float error1,d_error,dd_error;
error1=vi_Ref-vi_SpeedBack; //偏差的計(jì)算
d_error=error1-vi_PreError; //誤差的偏差
dd_error=d_error-vi_PreDerror; //誤差變化率
vi_PreError=error1; //存儲(chǔ)當(dāng)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之后強(qiáng)制轉(zhuǎn)化成整型
speed[3]=sudu/1000; //百位
speed[2]=(sudu00)/100; //十位
speed[1]=(sudu0)/10; //個(gè)位
speed[0]=sudu; //小數(shù)點(diǎn)后一位
wei1=0; //第一位打開
P0=table[speed[3]];
delay(5);
wei1=1; //第一位關(guān)閉
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) //對(duì)按鍵3進(jìn)行掃描，增強(qiáng)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定時(shí)
TL1 = (65536-100)%6;
sample_time++;
if(sample_time==5000) //采樣時(shí)間0.1ms*5000=0.5s
{
TR0=0; //關(guān)閉定時(shí)器0
sample_time=0;
pulse_count=TH0*255+TL0; //保存當(dāng)前脈沖數(shù)
keyscan(); //掃描按鍵
reallyspeed=pulse_count/(4*0.6); //計(jì)算速度
pwm=pwm+v_PIDCalc(vi_Ref,reallyspeed);
if(pwm
if(pwm>100)pwm=100;
TH0=TL0=0;
TR0=1; //開啟定時(shí)器0
}
num++;
if(num==pwm) //此處的num值，就是占空比
{
motor=0;
}
if(num==100) //100相當(dāng)于占空比調(diào)節(jié)的精度
{
num=0;
motor=1;
}
}
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