(开题报告)基于proteus和keil的直流拖动控制系统

毕业设计（开题报告）

题目名称：基于proteus和keil c的直流拖

动控制系统设计

院系名称：

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

2011年2月

一、课题背景与意义

单片机是现代电子技术的新兴领域，它的出现极大地推动了电子工业的发展，已成为电子系统设计中最为普遍的应用手段。近年来单片机技术得到了突飞猛进的发展，各种单片机开发工具层出不穷。虚拟仿真就是近年来兴起的一种新型应用技术，采用虚拟仿真技术，在原理图设计阶段就可以对单片机应用设计进行评估，验证所设计电路是否达到所要求的技术指标，还可以通过改变元器件参数使整个电路性能达到最优化。这样就无须多次购买元器件及制作印刷电路板，节省了设计时间与经费，提高了设计效率与质量。

Proteus软件已有20多年的历史，在国外应用较为普遍，尤其在教育界的口碑极佳。近年来Proteus软件被引入国内，在多所高等工科院校中得到成功应用。采用Proteus软件，使单片机的运行过程变得直观形象，可以直接在基于原理图的虚拟模型上进行编程，并实现源码级的程序仿真调试，如有显示及输出，还能看到程序运行后的输出效果，配合各种虚拟仪表来展现整个单片机系统的运行过程

采用PC进行虚拟仿真实验要比单片机实际控制更为有效，因为用户可以根据需要随时对原理电路图进行修改，并立即获得仿真结果。由于在PC上修改原理电路图要比在实验箱上修改硬件电路容易得多，而且还可以根据设计要求采用不同元器件，或者修改元器件参数以获得不同输出结果，在成功进行虚拟仿真并获得期望结果的条件下，再制作实际硬件进行在线调试，可以获得事半功倍的效果。

二、工具介绍

1.proteus介绍

英国Labcenter公司推出的Proteus软件是一款极好的单片机应用开发平台，它以其特有的虚拟仿真技术很好地解决了单片机及其外围电路的设计和协同仿真问题，可以在没有单片机实际硬件的条件下，利用PC以虚拟仿真方式实现单片机系统的软、硬件同步仿真调试，使单片机应用系统设计变得简单容易。Proteus软件涵盖了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微处理器模型，以及多种常用电子元器件，包括74系列、CMOS 4000系列集成电路、A/D和D/A转换器、键盘、LCD显示器、LED显示器，还提供示波器、逻辑分

析仪、通信终端、电压/电流表、I2C/SPI终端等各种虚拟仪表，这些都可以直

接用于仿真设计，极大地提高了设计效率和设计水平。

2、keil c介绍

Keil uVision2是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统c语言的语法来开发，与汇编相比，C语

言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,他还能嵌入汇编，您可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。

另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil

C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易

理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

三、课题主要研究目标与内容

本调速控制系统软件要完成数据采集，对数据依据PID调节规律进行运算，利用偏差对电机转速实行调节，同时能够接受修改参数，使系统达到最佳工作

状态，设计采用模块化设计方法，各个功能字块独立调节方便，并且根据需求

扩展，整个软件在结构上分为主程序和中断服务程序。主程序包括转速给定，

A/D转换，转速反馈，速度调节等。

系统构成

该系统由单片机在内部通过带限幅的PI增量式控制算法实现的转速单闭

环调节，所得控制结果再转换为有单片机内部时钟相应的时间常数，根据这一

常数输出占空比可变的PWM脉宽调制信号，经驱动器控制开关器件的状态，

从而完成对电机的控制。改变给定值，即可改变电机速度，打到调速的目的。

程序设计是单片机开发最重要的工作程序，设计就是利用单片机的指令系

统根据应用系统即目标产品的要求编写单片机的应用程序。单片机的程序语言

基本有三类：1、完全面向机器的机器语言（即数字0和1）。2、汇编语言。3、C语言（高级单片机语言）。本次设计使用C语言编译程序。

在整个设计过程中，需要以下过程:

1．给定环节

本次设计的给定量由电位器提供，电位器是可变电阻器的一种，通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电

压输出。由于电位器输出给单片机的是模拟量，需要经过A/D转换器转换，才

能得到单片机识别的数字量 .

2．测速环节

对于直流调速系统，要获得优良的性能指标，需对电动机的两个基本状态

变量，即点数电流和转速进行检测，并实行有效控制，。电流和转速两个状态

变量的检测，是实现系统闭环控制的必要条件（本次设计主要以转速单闭环为主）。

在数字测速中，常用光电式旋转编码器作为转速或转角的检测元件。测速

原理为：由光电式旋转编码器产生与被测转速成正比的脉冲，测速装置将输入

脉冲转换为以数字形式表示的转速值。常用的检测方法主要有以下几种：

.M法测速

在一定的时间T内测取旋转编码输出的脉冲个数M，用以计算这段时间内

的转速，称作M法测速。把M除以T就可得到旋转编码器输出脉冲的频率

f=M\T，又称为频率法。

T法测速

T法测速是测出旋转编码器两个输出脉冲之间的间隔时间来计算转速，它又被成为周期法测速。

M/T法测速

在M法测速中，随着电动机的转速的降低，计数值M减少，测速装置的分辨能力变差，测速误差增大。如果速度过低，M将小于1，测速装置便不能正常工作。T法测速正好相反，随着电动机转速的增加，计数值M减小，测速装置的分辨能力越来越差。综合这两种测速方法的特点，产生了M/T法测速，它无论在高速还是在低速时都具有较高的分辨能力和检测精度。如以下波形图显示，所以，我们通常使用的都是M/T法测速。

3.控制环节

由于直流调速系统受控对象的时间常数较小,响应时间较快,采样周期短,用模拟化方法即数字PI调节器的方法进行设计,可得到较简洁的控制算法,易实现高速采样的实时控制.模拟PI调节器控制规律为

（1）

式中:e(t)为调节器输入函数,给定与反馈量的偏差;u(t)—调节器输出函数;Kp为比例系数;TI为积分时间常数.取T为采样周期,K为采样序号,将上式离散化

（2）

则采样时刻(k-1)的输出为