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