双直流电机同步控制系统

指导教师评定成绩：

审定成绩：

重庆邮电大学

自动化学院

计算机控制技术课程设计报告设计题目：双直流电机同步控制系统

单位（二级学院）：自动化学院

学生姓名：

专业：自动化

班级：

学号：

指导教师：

设计时间：2014 年5 月

重庆邮电大学自动化学院制

目录

一、计算机控制技术课程设计题目 (2)

二、摘要 (3)

三、控制对象分析 (4)

1、系统运行结构图与系统框图 (4)

2、建立系统数学模型 (5)

(1)控制模块: (5)

(2)驱动模块 (6)

(3)显示模块 (7)

(4)PWM调速原理 (8)

(5)电源模块 (9)

(6)转速检测模块 (9)

四、硬件电路PCB及实物图的设计 (11)

五、软件的设计与实现 (14)

（1）主程序 (14)

（2）PID控制算法与参数整定 (16)

（3）干扰的抑制 (17)

（4）采样周期的选定 (18)

（5）PID调节 (18)

（6）测速子程序 (20)

（7）单片机资源配置 (20)

六、设计心得 (22)

七、参考文献 (23)

八、附录 (24)

一、计算机控制技术课程设计题目

双直流电机同步控制系统

课程设计要求

（1）实现电机加速减速，正反转。

（2）通过显示屏显示运行情况。

（3）接受键盘输入的控制信号。

（4）产生PWM脉冲，对直流电机进行调速。

（5）接受脉冲测速电路测得的电机的转速。

课程设计说明

本次课程设计实现了对直流电机的同步调速控制。利用PWM来实现直流电机和步进电机的正转、反转、加速、减速、同步调速等操作，电动机的调速在硬件上实现了直流电机转速的调节以及正反转的控制同时在LCD上实时显示，整个硬件系统工作稳定。

摘要

本文旨在建立两台直流电动机同步控制系统（速度控制）的数学模型。首先根据题目，并通过查找资料对对象进行分析，了解基本工作原理。

然后画出系统运行的方框图并对系统过程进行分析。其次就是建立数学模型、求出系统的传递函数，然后进行PID控制算法。在硬件方面，通过STC12C5A60S2单片机，实现对两部直流电动机的启动、停止、加速、减速和转向的控制，具体硬件部分由晶振电路、复位电路、显示电路、键盘电路、电源电路、单片机、电机驱动电路、测速电路等组成。最后再用C语言编程，实现两台电机的速度同步控制。

关键词：同步控制PID控制算法PWM AltiumDesigner 调速正反转

二、 控制对象分析

3．1系统运行结构图与系统框图

图1系统运行结构图

说明:输入电压Ui 控制电机1，在控制器1以及驱动电路1的作用下运行，通过测速传感器将转速转为信号与电机2转速比较后与电机2的反馈信号作为输入信号控制电机2。

图2直流调速系统框图

晶振电路 复位电路 显示电路

键盘电路

单片机 电机驱动电路 电源电路 DC motor DC motor

测速电路

3.2建立系统数学模型

3.2.1控制模块

本设计选用的是STC12C5A60S2，STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。

其主要特性如下：

1.增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051

2.工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V-

3.3V（5V单片机）

3.工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通8051的 0～420MHz

4.片上集成1280字节RAM

5.通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O 口），可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏。每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA

6.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)

7. 看门狗

8.内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）

9.共4个16位定时器，两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器，做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器

14. 2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在

P3.5/T1输出时钟

15.外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2, INT1/P3.3, T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3 (也可通过寄存器设置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到P4.3) 16. PWM(2路）/PCA（可编程计数器阵列,2路）。也可用来当2路D/A使用，也可用来再实现2个定时器，也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)

17.A/D转换, 10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)

18.通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口

19. STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)