两台直流电动机同步或随动位置控制

指导教师评定成绩：

审定成绩：

重庆邮电大学

自动化学院

计算机控制课程设计报告

设计题目：两台直流电动机同步（或随动/位置）控制

单位（二级学院）：

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指导教师：

设计时间：年月

重庆邮电大学自动化学院制

目录

摘要 (3)

一、课程设计任务 (3)

二、基于51系列单片机的温度控制系统设计 (3)

2.1 方案设计 (3)

2.1.1 方案选择 (3)

方案一：热电偶采集温度 (3)

方案二：数字温度传感器DS18B20采集温度 (3)

2.1.2 方案论证 (3)

2.2 基本芯片及PID算法简介 (4)

2.2.1单片机STC89C52 (4)

2.2.2 DS18B20基本工作原理 (4)

2.2.3 PID算法 (5)

三、系统硬件设计 (7)

3.1 数码管显示模块 (7)

3.2 键盘输入模块 (8)

3.3 温度采集模块 (8)

3.4 报警模块 (9)

四、系统软件设计 (10)

4.1 主程序流程图 (10)

4.2 温度检测子程序 (10)

4.3 PID计算子程序 (11)

4.4 PWM子程序 (14)

五、系统功能设计与实现 (14)

5.1 测试系统特性及其传递函数 (14)

5.2 实际温度显示功能的实现 (15)

5.2.1 Proteus仿真图 (15)

5.2.2 实物图 (16)

5.3 控制温度的设定功能的实现 (17)

5.3.1 Proteus仿真图 (17)

5.3.2 实物图 (17)

5.3.3 系统调试 (18)

六、总结 (19)

基于51系列单片机的温度控制系统

摘要：本系统是一个采用STC12C5410AD单片机编程实现两台直流电机能够同步旋转的双直流电机同步驱动控制系统。通过按键输入控制主直流电机调速、正反转，其中直流电机采用PWM脉宽调制方式调速，通过两个转速传感器的差值对系统进行反馈，实现从直流电机跟随主直流电机状态。该系统能够实时检测与显示两直流电机转速，基本完成题目设计要求。

关键词：STC12C5410AD单片机，直流电机，速度传感器，PWM，反馈控制。

一、课程设计任务

1.1 直流电机

直流电机功率不大于20W；

直流电机额定电驱电压为DC12V;

直流电机额定转速为300rpm。

1.2 设计要求及实现功能

1、设计直流电动机控制电路；

2、设计直流电动机调速控制电路，要求采用PWM脉宽调制方式调速，PWM 脉冲宽度调制的频率为10-40KHZ，PWM脉冲宽度调制的占空比为5%-95%。

3、实现两台直流电动机同步旋转，且误差小于3%。

4、实现正反转。

5、速度检测与显示。

二、基于51系列单片机的温度控制系统设计

2.1 方案设计

2.1.1 方案选择

方案一：热电偶采集温度

热电偶利用热电势原理进行温度测量的。其测量精度高、测量范围广。常用的热电偶从-50℃+1600℃均可正常测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。但热电偶测量需要温度补偿。而且输出量为电压，需要经过测量放大器、AD转换后才能送入微处理器处理。

方案二：数字温度传感器DS18B20采集温度

DS18B20采用独特的单线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。在使用中不需要任何外围元件，测温范围－55℃～＋125℃，最小分辨率达0.0625℃。

2.1.2 方案论证

经过比较，因为采用DS18B20测量温度，硬件电路简单，测量精度高，信号易处理，故采用方案二，即温度变送器选用DS18B20。基于51系列单片机的温度控制系统电路总体设计方框图如图2-1所示，

图2-1 数字式温度控制仪总体设计框图

2.2 基本芯片及PID 算法简介

2.2.1单片机STC89C52

STC89C52的结构如图2.1所示。由于它的广泛使用使得市面价格较8155、8255、8279要低，所以说用它是很经济的。该芯片具有如下功能：

①有1个专用的键盘/显示接口； ②有1个全双工异步串行通信接口； ③有2个16位定时/计数器。

这样，1个89C52，承担了3个专用接口芯片的工作，不仅使成本大大下降，而且优化了硬件结构和软件设计，给用户带来许多方便。

STC89C52有40个引脚，有32个输入端口（I/O ），有2个读写口线，可以反复插除。所以可以降低成本。

其主要功能特性有： ① 兼容MCS51指令系统 ② 32个双向I/O 口线

③ 3个16位可编程定时/计数器中断

④ 2个串行中断口 ⑤ 2个外部中断源 ⑥ 2个读写中断口线 ⑦ 低功耗空闲和掉电模式

⑧ 8k 可反复擦写(>1000次)Flash ROM ⑨ 256x8 bit 内部RAM ⑩ 时钟频率0-24MHz 11 可编程UART 串行通道 12 共6个中断源 13 3级加密位

14 软件设置睡眠和唤醒功能。

2.2.2 DS18B20基本工作原理

图2-2 STC89C52引脚图

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。

DS18B20的测温原理：器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将－55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，计数器１和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。

表2-1 部分温度对应值表

预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器１重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。

另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。

2.2.3 PID算法

2.2.

3.1 PID调节器控制原理

在控制系统中,控制器最常用的控制规律是PID控制。PID控制系统原理框图如图2-3所示。系统由PID控制器和被控对象组成。

图2-3 PID控制系统原理框图