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AT89C51单片机PWM直流电机转速PID控制源程序

(2017-01-30 08:36:28)
标签：

51单片机

c语言源程序

pid控制转速
    AT89C51单片机PWM直流电机转速PID控制源程序，重点介绍利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。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,float vi_SpeedBack)
{   
    register float error1,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<=vi_Ref-5))
    {
        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<0)pwm=0;
              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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