基于51单片机的直流电机控制

51 单片机的直
流电机控制
一、试验器件选择
1、控制芯片的作用主要是与L289相连接驱动直流电机，以及与八位数码管相连显
示。

(1)、AT89C51是一种带4K自己FLASH存储器的低压、高性能CMOS8为微处理器。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用ATMEL高密度非易失真存储制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出关键相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪存组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性奥高且廉价的方案。

(2)、AT89C51引脚图如下：
2、电机驱动芯片
(1)、电机驱动芯片选择L298。

其主要功能是作为单片机与直流电机中间的过度链接，单片机输出的信号通过L298加载到直流电机上驱动直流电机运行。

(2)、主要工作原理：
1、15脚分别是两个H 桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地;
2、3为一对输出端口， 1
3、14为一对输出端口； 4为驱动电压输入，最小值必须比输入的低电平高 2; 5、7一对输入端口，10、12 —对输入端口，TTL 电平兼容 6、11使能端，低电平禁止输出； 8、9分别为接地和逻辑电源
3、直流电机。

在protues 中选择motor-encoder 直流电机，引脚图如下:
上方左右的两个引脚在点击运转时输出频 率相同的方波，但是在相位上相差 90
,而且
在正转和反转是相反，因此可以根据这两个引 脚的输出情况判断点击的转向。

上方中间的引
脚每当电机转一圈就输出一个正脉冲， 可以据此册数点击的转速。

左 右两个引脚是电机的电压输入端。

4、74HC74 。

当D 触发器的D 和CLK 输入端分别接电机上方的左右两个输出
其引脚图如下:
U2
13
VS
0UT1 0UT2
OUT3 VCC IN1
IN2 IN3 IN4 ENA ENB 10 12
77
0UT4
GND
L298
SENSA SENSB
端口时可以根据D触发器的输出情况判断点击的转速。

5、八位数码管。

用以显示。

二、系统硬件设计连接
1、系统的器件连接图如下：
2、单片机与数码管通过P0 口和P2 口相连，其中P2 口选择点亮哪一个数码管，P0 口则控制被点亮的数码管显示的数据。

3、单片通过P1A0和P1A1和L298的第一对输入端IN1和IN2相连，然后又
L298的第一对输出端OUT1和OUT2与直流电机相连，已达到控制直流电机的目的。

4、从PW4到P1A7分别接一个Button按钮来实现PID控制，P3A6和P3A7 分别接Button按钮实现对电机的加速与减速控制。

5、双刀双掷开关SW1课实现点击的正转与反转，单刀双掷开关SW2可实现点
击的开启与停止
三、系统程序设计及功能实现
1、程序流程图:
通过按钮加减 改变当前值，
差值，将差值加到原值上， 通过PID 算法改变PWM 波
2、各部分实现程序: #include <delay.h>
输入一个值，点击 Enter 按 钮，通过PID 算法，改变 PWM 波输出让电机运行
循环
(1)、普通延时:
Enter 键确定
判断新的输入值与当前值的
输出控制电机运行
______ __ _____ J
{
unsigned char i ; while(x--)
for(i = 0 ; i < 120 ; i++) ;
}
2) 、数码管显示： #include <reg51.h> #include <display.h> #include <delay.h>
void display_lilun(double num)
{
char code table[] = {
0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66,
0x6d, 0x7d, 0x07, //0~7 对应数
码
0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39,
0x5e, 0x79, 0x71}; //8~F 对应数码
long int n=num;
P0 = 0; P2 =0x7f; P0 =
table[n % 1000/100]; table[n %
100
delayms(2);// 十位
P0 = 0; P2 =0xdf; table[n
%
delayms(2);// 个位
P0 = 0; 二 aa 示器 }
void display(double num,int dir)
{
char code table[] = {
0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66,
0x6d, 0x7d, 0x07, //0~7 对应数
码
0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39,
0x5e, 0x79, 0x71}; //8~F 对应数码
long int n=num*10;
P0 = 0; P2 =0xf7; P0 = table[n
/ 1000]; delayms(2); // 百位
delayms(2);// 百位加小数点
void delayms(unsigned char x) P0 0; P2 =0xbf; P0
/
10];
P0 = 10];
// 关闭显
加小数点
table[n % 1000/100];
delayms(2); // 百位加小数点
P0 = 0; P2 =0xfd; P0 = table[n %
100
/
10]+128;
delayms(2);// 十位
P0 = 0; P2 =0xfe; P0 = table[n%
10];
delayms(2);// 个位
示器
if(dir==1)
{
P0=0;P2=0xef;P0=0x40;delay ms(2); } }
义全局变量 void keyscan() // 对各
{
if(jiashi==0) {
while(!jiashi); num_key[0]++ }
// 定 if(jianshi==0)
P0 0; P2 =0xfb; P0
P0 = 0; // 关闭显
3) 、按键扫描： #include <reg51.h> sbit jiashi=P1A 3; 个按钮进行位定义 sbit jianshi=P1A4; sbit jia=P1A5; sbit jian=P1A6; sbit enter=P1A7; extern int num_key[5];
{
while(!jianshi);
num_key[1]++;
}
if(jia==0)
{
while(!jia);
num_key[2]++;
}
if(jian==0)
{
while(!jian);
num_key[3]++;
}
if(enter==0)
{
while(!enter);
num_key[4]++;
}
}
4) 、PWM 波输出：#include <reg51.h> #include <delay.h> #include <PWM.h>
extern int PWM ; // 赋初值extern int start,sudu_lilun;
extern double dis_count;
sbit S2 =P3A6 ; //PWM 值减少键
sbit S3 =P3A7 ; //PWM
值增加键
void PWM_duty()
{
if(start>=1)
PWM=sudu_lilun;
do
{
if(PWM!=0xff)
{
PWM++ ;
delayms(10);
}
}
while(S3==0);
delayms(10);
{
if(PWM>=0x02)
{
PWM-- ;
}
}
while(S2==0); }
5) 、中断服务程序：
#include <reg51.h>
extern int PWM,count,count1,dir,count20
ms_flag;
extern double dis_count;
sbit PWM_OUT1=P1A1;
sbit PWM_OUT2=P1A0；
void timer0() interrupt 1
{
TL0=0x00;
TH0=0xd8; //10ms
TL0=0xf0;
TH1=PWM ;
TR1=1 ;
PWM_OUT1=0 ; // 启动输出
PWM_OUT2=0;
if(i++==492)
{
count20ms_flag=1;
long int i;
i=0;
TR1=0 ;
dir=0;
do
dis_count=(double)(count+co unt1)/2;
count=0;
count1=0;
}
}
void timer1() interrupt 3
{
TR1=0 ;
if(dir==0)
{
PWM_OUT1=1 ; //
结
束输出
PWM_OUT2=0;
}
else
{
PWM_OUT1=0;
PWM_OUT2=1;
}
} {
EX0=0;
count++;
EX0=1;
}
void EIRQ1(void) interrupt 2 {
EX1=0;
count1++;
EX1=1;
}
6) ) 、PID 控制：
#include <PID.h>
#include <PWM.h>
int P,I,D;
extern int sudu_lilun; typedef struct PID // 定义结构体
{
int SetPoint; // 目标
long SumError; // 误差
void EIRQ0(void) interrupt 0
double Proportion; // 比例系
数
double Integral; // 积分系数int IncPIDCalc(int NextPoint)
double Derivative; // 微分系数int LastError;
int PrevError;
}PID;
static PID sPID;
static PID *sptr = &sPID;
void IncPIDInit()
{
sptr->SumError = 0;
sptr->LastError =0; //Error[-1] sptr->PrevError =0; //Error[-2] sptr->Proportion =0.5; // 比例系数
sptr->Integral =0.3; // 积分系数sptr->Derivative = 0.3; // 微分系
数
sptr->SetPoint =sudu_lilun;
} {
register int iError, iIncpid; // 当
前的误差值
iError = sptr->SetPoint - NextPoint; // 计算增加量
iIncpid = sptr->Proportion * iError //E[k] 项
- sptr->Integral * sptr->LastError //E[k －1]项
+ sptr->Derivative * sptr->PrevError; //E[k －2]项
// 存储当前误差以便后面计算
sptr->PrevError = sptr->LastError;
sptr->LastError = iError;
// 返回增量值
return(iIncpid);
}
#include <intrins.h>
#include <reg51.h> #include <key.h> 7) 、main 函数：
#include <delay.h>
#include <display.h>
#include <PWM.h>
#include <PID.h>
sbit P10=P1A2; 〃确定电机转
向
int num_key[5];
int
PWM,PWM1,count,count1,dir,su du_lilun,start,count20ms_flag; double dis_count;
int PWM_PID;
void init();
void main()
{
init();
while(1)
{
PWM_duty();
if(P10==1)
dir=0;
keyscan();
sudu_lilun=num_key[0]*10- num_key[1]*10+num_key[2]- num_key[3];
display_lilun(sudu_lilun);
if(num_key[4]==1)
start=1;
display(dis_count,dir);
if(start>=1&&count20ms_flag ==1)
{
count20ms_flag=0;
IncPIDInit();
PWM_PID=IncPIDCalc(dis_cou nt);
PWM=PWM+PWM_PID*2;
else
dir=1;
IT1=1;
}
void init()
器、外部中断初始化{
TMOD=0x01 ; TH0=0xd8;
TL0=0xf0;
IT0=1;
EX0=1;
EX1=1;
〃定时TH1=PWM ;
TL1=0xff ;
EA=1;
ET0=1;
ET1=1;
TR0=1 ;
}
3、程序实现效果：。