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计算机控制课程设计 直流电机调速系统 一.实验要求 使用PID算法实现直流电机的调速控制。 利用光电开关测量直流电机转速，通过控制加在直流电机两端的电压调节其转速，使之达到所设置的转速。 通过键盘设置期望转速，要求有两组转速显示值，一组为期望转速；一组为电机的实时转速。 二.系统需求分析 （1）电机控制需要驱动电路，常用的电机驱动电路是H桥驱动，bts7960是常用的半桥驱动芯片，利用PWM波控制半桥驱动电路可实现对电机的速度调节。两片bts7960可以组成一个全桥驱动电路，可以控制电机的转向。实验不要求控制转向，所以可用一片bts7960。 （2）电机控制需要PWM波，可以利用单片机的定时器模拟PWM，用一个普通IO接口进行输出。 （3）光电开关测速输出为脉冲信号，通过检查输出脉冲的频率来计算电机转速，检查信号的频率可以利用单片机的计数器模块。检查脉冲频率需要没个固定时间读取计数器的值。利用一个定时器可以固定一定时间进行中断，在中断子程序中读取计数器的值。 （4）显示可用OLED液晶屏，选用的液晶屏有SPI通用接口，可以用普通IO可模拟SPI时序。 （5）根据以上要求，需要两个定时器，一个计数器。共需要三个定时器/计数器模块，和一些普通IO接口，可选用STC89C52单片机，其内部共有三个定时器/计数器模块。定时器0工作在方式三，分为两个八位定时器TL0做计数器，TL1做模拟PWM，定时器2做定时中断，定时器1作为串口波特率发生器，串口用于调试过程中观察数据。 三.硬件设计 1.主电路图: 本系统采用STC89C52单片机主要功能特性: 硬件接口说明： 串口接口：T - P3.0 R - P3.1 测速接口：P3.4 模拟PWM电机控制接口：P1.0 OLED显示屏接口：D0 – P2.3 D1 – P2.2 RST – P2.1 DC – P2.0 2. 电机驱动电路 该电机驱动电路是是由两片bts7960组成，BTS7960是NovalithIC家族三个独立的芯片的一部分:一是p型通道的高电位场效应晶体管，二是一个n型通道的低电位场效应晶体管，结合一个驱动晶片,形成一个完全整合的高电流半桥。所有三个芯片是安装在一个共同的引线框,利用芯片对芯片和芯片芯片技术。电源开关应用垂直场效应管技术来确保最佳的阻态。由于p型通道的高电位开关，需要一个电荷泵消除电磁干扰。通过驱动集成技术，逻辑电平输入、电流取样诊断、转换速率调整器，失效发生时间、防止欠电压、过电流、短路结构轻易地连接到一个微处理器上。BTS7960可结合其他的BTS7960形成全桥和三相驱动结构。 当EN1输入高电平EN2输入低电平时，左边的NMOS导通PMOS关断，右边的NMOS关断，PMOS导通，所以电机电流从左箱右流动，当两个输入口电压取反，MOS管的开关状态变反，所以电流方向改变，电机转向也改变。 3.稳压电路 7805三端稳压集成电路，电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 ×× 系列。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。 4.光栅测速码盘 工作原理:当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，传感器将会输出一个低电平，而当没有物体挡在中间时则输出为高电平，从而形成一个脉冲。系统在光电传感器收发端间加入电动机，并在电动机的转轴上安装一转盘。在这个转盘的上挖一些光栅，把传感器的检测部分放在圆孔的光栅位置。每当转盘随着电机旋转的时候，传感器将向外输出若干个脉冲。可以利用单片机进行计数，即可算出轮子即时的转速 5.OLED屏 简介： OLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称 为有机电激光显示（Organic Electroluminesence Display, OELD）。 因为具备轻薄、省电等特性，因此从2003年开始，这种显示设备在MP3 播放器上得到了广泛应用，而对于同属数码类产品的DC 与手机，此前只 是在一些展会上展示过采用OLED 屏幕的工程样品。自2007 年后，寿命 得到很大提高，具备了许多LCD 不可比拟的优势。 四.软件设计 1.单片机资源分配 根据系统需求分析，电机测速需要一个计数器和一个定时器，电机控速PWM需要一个定时器。测速定时中断设计为5ms定时中断，使用定时器2，工作在自动重装工作方式。测速5ms的脉冲数最大经测速约为200，所以可使用一个8位计数器，模拟PWM频率为4KHZ，周期为250us，所以定时器最长定时时间需250us，可使用一个8位定时器，所以可以将定时器0工作在工作方式3，作为两个8为定时器使用，因为TH0只能作为定时器，