电机PID控制

电机PID控制

⼀、实验名称：51系列单⽚机直流电机闭环调速实验——基于Proteus仿真实验平台实现基本情况：

1. 学⽣姓名：

2. 学号：

3. 班级：

4. 实验项⽬组长：

5. 同组其他成员：

6.具体分⼯：

（1）组长电路设计仿真整合实验报告

（2）组员相关资料收集

（3）组员程序编写7.本⼈在项⽬组的作⽤描述：

主要负责实验⽅案的确定，电路设计仿真和实验报告的整理及完成

主要负责实验前相关资料的收集和试验中主要原理的收集

主要负责C语⾔程序编写，根据电路仿真图及实验要求，编写程序

⼆、实验内容(实验原理介绍)：1、实验原理

通过12位的模数串⾏转换器TLC2543模拟给定直流电机的速度，AT89C51单⽚机通过电机驱动电路控制直流电机的运转。同时可以通过4*4键盘对PID的参数进⾏设定，把实时的速度反馈回来经过PID进⾏调节，并将调节后的转速通过显⽰界⾯LCD1602液晶显⽰器显⽰出来。

2、元件原理简介

2.1、TLC2543

TLC2543是是⼀种数模转换器芯⽚，是TI公司的12位串⾏模数转换器，使⽤开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串⾏输⼊结构，能够节省51系列单⽚机I/O资源；且价格适中，分辨率较⾼，因此在仪器仪表中有较为⼴泛的应⽤。1、TLC2543具有以下特点：

（1）12位分辩率A/D转换器；

（2）在⼯作温度范围内10µs转换时间；

（3）11个模拟输⼊通道；

（4）3路内置⾃测试⽅式；

（5）采样率为66kbps；（6）线性误差±1LSBmax；

（7）有转换结束输出EOC；

（8）具有单、双极性输出；

（9）可编程的MSB或LSB前导；

（10）可编程输出数据长度。2、TLC2543的引脚排列及说明

TLC2543有两种封装形式：DB、DW或N封装以及FN封装，这两种封装的引脚排列如图1，引脚说明见表1。

图1TLC2543的封装3、接⼝时序

可以⽤四种传输⽅法使TLC2543得到全12位分辩率，每次转换和数据传递可以使⽤12或16个时钟周期。⼀个⽚选（）脉冲要插到每次转换的开始处，或是在转换时序的开始处变化⼀次后保持为低，直到时序结束。图2显⽰每次转换和数据传递使⽤16个时钟周期和在每次传递周期之间插⼊的时序，图3显⽰每次转换和数据传递使⽤16个时钟周期，仅在每次转换序列开始处插⼊⼀次时序。

⽚选端。在

转换结果的三态串⾏输出端。为⾼时处于⾼阻抗状态，

表1TLC2543引脚说明2.2、L298

L298是⼀款单⽚集成的⾼电压、⾼电流、双路全桥式电机驱动，设计⽤于连接标准TTL逻辑电平，驱动电感负载（诸如继电器、线圈、DC和步进电机）。L298提供两个使能输⼊端，可以在不依赖于输⼊信号的情况下，使能或禁⽤L298器件。L298低位晶体管的发射器连接到⼀起，⽽其对应的外部端⼝则可⽤来连接⼀个外部感应电阻。L298还提供⼀个额外的电压输⼊，所以其逻辑电路可以⼯作在更低的电压下。L298具有以下特性：

（1） L298⼯作电压⾼达46V

（2）总DC电流达4A

（3）低饱和电压

（4） L298具有过温保护功能

（5）逻辑“0”输⼊电压⾼达1.5V(⾼抗噪性)2.3、AT89C51

AT89C51是⼀个低电压，⾼性能CMOS 8位单⽚机，⽚内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采⽤ATMEL公司的⾼密度、⾮易失性存储技术⽣产，兼容标准MCS-51指令系统，⽚内置通⽤8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单⽚机在电⼦⾏业中有着⼴泛的应⽤。AT89C51为8 位通⽤微处理器，采⽤⼯业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通⽤的8xc52 相同，其主要⽤于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接⼝等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输⼊输出端⼝，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输⼊端⼝，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端⼝，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通⽤I/O 脚，其功能⽤途由软件定义，在本设计中，P0 端⼝（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端⼝，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输⼊端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端⼝，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端⼝，12 脚、27 脚及28 脚定义为握⼿信号功能端⼝，连接主板CPU 的相应功能端，⽤于当前制式的检测及会聚调整状态进⼊的控制功能。2.4、Proteus基本操作

（⼀）启动Proteus仿真软件：双击“isis”图标，出现isis操作页⾯。

（⼆）搭建单⽚机系统仿真电路：分“器件选取”、“器件放置”和“电路连接”三⼤步来操作。

〖第⼀步器件选取〗：isis操作页⾯的左侧中下部分是电路和器件操作的导航区域，器件选取前“Devices”栏⽬下为空，器件选取操作的⽬的是将从器件库中分拣出需要的器件，这些器件排列在“Devices”栏⽬下。A：先选择“器件和仪器⼯具栏”的“放⼤器符号样”图标（该⼯具栏的第⼀个图标），再单击“P”键即弹出“Pick Devices”窗⼝。Pick Devices窗⼝左侧可以输⼊器件类型名称，或者选择器件类型，窗⼝中部即出现相应类型的器件，若⿏标选中器件，窗⼝右侧会出现该器件的引脚图和封装图。B：在Pick Devices窗⼝中，先选中器件，后点击窗⼝右下脚的“确定”按钮，即将器件排列在“Devices”栏⽬下了。或者直接双击被选的器件，也能收到同样的操作结果。C：对于电源、地、输⼊和输出端等特殊器件，不在“Pick Devices”窗⼝中选取⽽在“Pick Terminals”窗⼝中选取。只要选择“器件和仪器⼯具栏”的“输⼊输出符号样”图标（该⼯具栏的第⼋个图标），即变“Devices”栏⽬为“Terminals”栏⽬，“Terminals”栏⽬下已经将电源、地、输⼊和输出端等特殊器件列出了⼀部分，如还要增加时，单击“P”键即弹出“Pick Terminals”窗⼝供选取。

〖第⼆步器件放置〗：isis操作页⾯的中右侧是搭建硬件电路系统原理图和显⽰系统运⾏状态的区域。器件放置前或选择“New Design”⽂件后，器件放置区域同导航区⼀样栏⽬内容为空，器件放置操作是把导航区的器件排列在放置区的适当位置，以便于搭建硬件电路系统原理图。A：器件放置的基本操作：是将导航区的器件选中（左键），然后把⿏标移到放置区中适当位置，再点击左键，即放置了器件。若多次点击左键，则会放置多个相同的器件。B：器件的移动、翻转和删除操作：在放置区中选中器件的⽅法是⽤右键点击⼀次，被选中的器件变成红⾊，然后⽤⿏标选中红⾊的器件再按住左键移动⿏标即移动了器件位置，移动后器件仍然是红⾊，移动完成后将⿏标移开器件⾄空⽩处再点击右键，红⾊器件变回⿊⾊。器件翻转的⽅法是右键选中器件使之变红，然后将⿏标移⾄导航区下⽅，点击红⾊的翻转图标，即可实现器件的翻转，完成后将⿏标移回放置区空⽩处再点击右键，红⾊器件变回⿊⾊。器件删除的的⽅法是右键选中器件使之变红，再对变红的器件点击右键，即删除了相应的器件。C：器件和图形的复制操作：在放置区中，按住⿏标右键适当移动⿏标即画出⼀

个矩形⽅框，⽅框内部的器件和图形变成红⾊，这时再点击菜单下的复制图标和粘贴图标，即会复制出⼀个相同的⽅框图形，移动⿏标即可将复制的图形移到适当的位置，再点击左键定位，若定位之前点击右键即删除复制的图形。D：器件属性的设置：在放置区中右键选中器件后器件变红，再点击左键即弹出“Edit Component”对话框，该对话框内容即器件的属性，其中的⼀些内容可以选择隐藏不被显⽰出来。

〖第三步电路连接〗：

搭建硬件电路系统原理图需要把器件的引脚连接起来，其操作⽐较简单。A：电路连接操作⽅法：将⿏标移⾄⼀个引脚或⼀条连线上点击左键，再移动⿏标即拉出⼀条红⾊导线，导线要拐弯时，则点击左键再移动⿏标即拉出拐弯的导线，最后导线的另⼀端通常要接到另⼀个引脚或另⼀条连线上，再点击左键导线变回⿊⾊完成连接。若只对导线两端要求正确连接，对导线路由不作要求，则⿏标只需对连接导线始端和末端的引脚进⾏点击左键，便⾃动完成布线。B：电路连接快速操作⽅法：若需要连接的两个器件的引脚都按照⼀个⽅向的顺序、等距离地排列，那么只需对第⼀条导线进⾏⼈⼯布线，从第⼆条导线开始顺序双击连接导线始端的引脚即可完成对应的导线连接。C：导线的删除操作：右键选中导线后导线变红，再对变红的导线点击右键即删除了导线。

D：导线属性的设置：右键选中导线后导线变红，再点击左键即弹出“Edit Wire Style”对话框，即可对导线的属性进⾏设置。

（三）创建和导⼊ASM源⽂件

进⼊菜单栏，选择“Source”下“Add/Remove Source files…”，即弹出“Add/Remove Source Code Files”对话框。再点击“New”按键，弹出“New Source Files”对话框，即可以创建（只在⽂件名栏⽬输⼊⼀个⽂件名，后缀为ASM）或导⼊ASM 源⽂件。确定后，“Add/Remove Source Code Files”对话框中“Source Code Filename”栏⽬即有ASM源⽂件名及路径，然后在“Code Generation Tool”栏⽬中选择“ASEM51”,最后点击“OK”按键，即完成了创建和导⼊ASM源⽂件。此后“Source”下即可以看到相应的ASM源⽂件。

（四）编译ASM和导⼊HEX⽂件

编译ASM⽂件的前提是已导⼊ASM⽂件，启动编译的⽅法有两种：

⽅法⼀：进⼊菜单栏，选择“Source”下“Build All”，即弹出“BUILD LOG”提⽰框，提⽰编译ASM⽂件的结果。⽅法⼆：直接点击器件放置和运⾏区下⽅的“运⾏”按键，若ASM⽂件内容有变化，即⾃动对其编译，若问题即弹出“SOURCECODE BUILD ERRORS”提⽰框，提⽰编译ASM⽂件的结果。

编译ASM⽂件成功后即⽣成HEX⽂件，单⽚机导⼊HEX⽂件的⽅法是，打开单⽚机器件属性对话框，在“Program Files”栏⽬⾥打开⽂件⽬录，选择装⼊HEX ⽂件即可。单⽚机此后按照该HEX⽂件的代码运⾏程序。

【特别注意】单⽚机运⾏速度与晶振频率有关，⽬前PROTEUS的版本不⽀持晶振器属性⾥所设置的频率值，单⽚机晶振频率必须在单⽚机器件本⾝的属性⾥设置，即打开单⽚机器件属性对话框，在其“Clock Frequency”栏⽬⾥输⼊频率值。

（五）软件调试菜单

进⼊菜单栏，选择“Debug”下“Start/Resart Debugging”，即进⼊调试状态，此后可以进⾏单步运⾏、全速运⾏、断点设置等功能。

【特别提⽰】：调试期间，即可看到电路系统的运⾏结果和状态细节。可在电路中进⾏电压、电流和波形测试，其测试操作基本⽅法是选择“器件和仪器⼯具栏”的测试⼯具或测试信号图标，将测试⼯具和测试信号放置到电路的相应位置，并与测试点连接起来（放置和连接⽅法同电路器件⼀样），然后再调试运⾏即可看到测试结果。3、模块简介