1、桂林電子科技大學課程設計說明用紙 引言(ynyn)自動(zdng)控制技術自動控制技術是20世紀發展最快、影響最大的技術之一，也是21世紀最重要的高技術之一。今天，技術、生產、軍事、管理(gunl)、生活等各個領域，都離不開自動控制技術。就定義而言，自動控制技術是控制論的技術實現應用，是通過具有一定控制功能的自動控制系統，來完成某種控制任務，保證某個過程按照預想進行，或者實現某個預設的目標。隨著計算機技術的發展，控制技術走向了自動化的方向。隨著計算機技術的日漸成熟，自動化控制技術與計算機的結合已經成為必然。用計算機控制所有機械的運行才能減少勞動力的浪費。利用自動化技術控制減速直流電機已經越來越

2、廣泛的應用到，制造工業的各個領域。由于現代制造業對于制造精度提出了越來越高的精度要求，使用計算機控制數字控制技術，可以大大提高控制精度，尤其對于復雜的控制系統。本文介紹的，直流減速電機角度空度控制系統，是基于STC12系列單片機作為主控芯片的。配合使用，L298電機專用驅動芯片，作為驅動電路。通過單片機產生PWM信號，控制L298的輸入信號，實現對直流減速電機的角度的控制。采用增量式光電編碼器將轉動角度轉化為脈沖數進行角度測量，并反饋到單片機，單片機根據反饋信息發出控制命令，實現對直流減速電機0至180的轉動控制，精度要求+ 0.5。1 緒論1.1課題產生(chnshng)背景及現狀隨著現代制

3、造業對精度與效率要求(yoqi)不斷提高，自動化控制技術也得到(d do)飛速發展。工業制造自動化、智能化成為未來發展必然趨勢，并廣泛用于航空航天工業、農業、軍事、科學研究、交通運輸、商業、醫療、服務和家庭等方面。控制技術是在是在上世紀20年代建立了以頻域法為主的經典控制理論后發展起來的，控制技術首先在工業生產中得到了廣泛的應用。在空間技術發展的推動下，50年代又出現了以狀態空間法的現代控制理論，使控制技術得到了廣泛的發展，產生了更多的應用領域。60年代以來，隨著計算機技術的發展，控制技術走向了自動化的方向。工業控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術，對工業生產過程實

4、現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增產、提高質量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術，主要包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分。工業控制自動化技術作為20世紀現代制造領域中最重要的技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。自動化系統本身不直接創造效益，但它對企業生產過程有明顯提升作用。長期以來自動化裝備基本都被國外一些大型跨國企業壟斷，尤其高端領域產品。我國工業控制自動化發展道路，大多是引進成套設備同時進行消化吸收，然后進行二次開發和應用。目前我國工業控制自動化技術、產業和應用都有了很大發展，我國工業計算機系統行業已經形成。目前，工業控制自動化技術正向智能化、網絡化和集成化方向發展。

5、直流電機可以說是最早發明能將電力轉換為機械功率的電動機，直流減速電機，即齒輪減速電機，是在普通直流電機的基礎上，加上配套齒輪減速箱。齒輪減速箱的作用是，提供較低的轉速，較大的力矩。同時，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉速和力矩。這大大提高了，直流電機在自動化行業中的使用率。減速電機是指減速機和電機的集成體。這種集成體通常也可稱為齒輪馬達或齒輪電機。通常由專業的減速機生產廠進行集成組裝好后成套供貨。減速電機廣泛應用于鋼鐵行業、機械行業等。使用減速電機的優點是簡化設計、節省空間。現如今直流電機與直流伺服系統已成為自動化工業與精密加工的關鍵技術。1.2課題研究的意義本文介紹的減速直流電機角度控制系

6、統，在工業生產過程中，直流減速電機角度控制器能實現控制生產流程、控制器械精度并可實現精確的檢測與調度工作。同時它也有簡單易操作、界面友好快捷的特點，對于工業生產也起到了提高生產效率的作用。以下概述直流減速電機角度控制器存在的意義：直流減速電機角度控制器被廣泛應用于磁盤驅動器、機器人動作控制、天線掃描、電子瞄準、飛行器姿態控制、導航(dohng)控制、太空中的人造衛星等方面都必須達到準確速度控制和定位控制的目的才能使其正常工作否則系統就會出現工作故障。在日常生活中直流減速(jin s)電機角度控制器也得到了廣泛的應用，最典型的應用為停車場道閘與玩具等。 （圖1-1）1.3課題(kt)研究要求將減

7、速直流電機的輸出軸與光電編碼器的軸連接，利用編碼器進行角度測量，設計H橋功率驅動電路，采用PWM驅動電動機正反轉，設計單片機控制板實現0180.0度電機角度控制，控制精度0.5度，通過鍵盤進行角度設置，實際角度可以實時顯示。2 硬件電路原理及設計減速直流電機角度控制器主要(zhyo)是以單片機為核心，L298驅動(q dn)電路、光電編碼器檢測(jin c)模塊來完成所需功能。總體系統框圖如圖2-1所示：時鐘電路按鍵輸入檢測光電編碼器檢測模塊控制L298驅動電路驅動電機轉動1602液晶顯示模塊減速直流電機角度控制系統復位電路STC12單片機主控系統 （圖2-1）2.1 主控電路的設計本系統的主

8、控系統采用STC12系列單片機做微控制器，該系列單片機以高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩定可靠并且自帶10位AD，并且不需要使用下載器，直接用PL2303USBS轉串口即可下載，方便快捷。單片機結合簡單的接口電路即可構成單片機最小系統，主控系統還包括了由晶振組成的外部晶振振蕩電路和開關復位電路，還包括六個按鍵，一個1602液晶顯示模塊，MAX232串口下載模塊，以及一些引腳接口電路等組成。主控原理圖如圖2-2所示。（圖2-2）2.1.1 STC12C5A08S2MCU簡介(jin ji)單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字

9、母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個(y )芯片中，使計算機系統更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發展便分道揚鑣。單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(xtng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一

10、塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。八位單片機由于內部構造簡單，體積小，成本低廉，在一些較簡單的控制器中應用很廣。即便到了本世紀，在單片機應用中，仍占有相當的份額。由于八位單片機種類繁多，綜合考慮，選用STC12C5A60S2單片機作為微處理器。選用STC單片機的理由：降低成本，提升性能，原有程序直接使用,硬件無需改動，支持串口下載。STC12C5A60S2系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051,但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉換(25

11、0K/S，即25萬次/秒),針對電機控制，強干擾場合。另外還有以下特點：1.增強型8051CPU，1T，單時鐘(shzhng)/機器周期，指令代碼完全兼容(jin rn)傳統8051。2.工作電壓：5.5V-3.5V。3.工作頻率范圍(fnwi)：035MHz，相當于普通8051的0420MHz。4.用戶應用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節等。5.片上集成1280字節RAM。6.通用I/O口（36/40/44個），復位后為：準雙向口/弱上拉（普通8051傳統I/O口）可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，強推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個I

12、/O口驅動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不要超過120mA。7.ISP（在系統可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數秒即可完成一片。8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無內部EEPROM)。9.獨立看門狗功能。10.內部集成MAX810專用復位電路（外部晶體12M以下時，復位腳可直接1K電阻到地）。11.外部掉電檢測電路: 在P4.6口有一個低壓門檻比較器。5V單片機為1.33V，誤差為5%,3.3V單片機為1.31V，誤差為3%.12.時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內部R/C振蕩器

13、(溫漂為5%到10%以內)用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內部R/C 振蕩器還是外部晶體/時鐘，常溫下內部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機為：11MHz17MHz 3.3V 單片機為：8MHz12MHz，精度要求不高時，可選擇使用內部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準。13.共4個16位定時器，兩個與傳統8051兼容的定時器/計數器,16位定時器T0和T1，沒有定時器2，但有獨立波特率發生器做串行通訊的波特率發生器,再加上2路PCA模塊可再實現2個16位定時器。14.3個時鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時鐘,獨立波特率發生器可

14、以在P1.0口輸出時鐘。15.外部中斷I/O口7路,傳統的下降沿中斷或低電平觸發中斷,并新增支持上升沿中斷的CA模塊，Power Down模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通過寄存器設置到P4.2), CCP1/P1.4(也可通過寄存器設置到P4.3)。16.PWM(2路）/PCA（可編程計數器陣列(zhn li),2路），也可用來當2路D/A使用(shyng)，也可用來再實現2個定時器，也可用來再實現(shxin)2個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時支持)。17.A/D轉換

15、,10位精度ADC，共8路，轉換速度可達250K/S(每秒鐘25萬次)。18.通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時器或PCA軟件實現多串口。19.STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標志的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過寄存器設置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通過寄存器設置到P4.3)。20.工作溫度范圍：-40 +85(工業級)/075(商業級)。21.封裝：LQFP-48, LQFP-44, PDIP-40, PLCC-44, QFN-40，I/O口不夠時，可用2到3根普通I/O口線外接74HC164/165/595（均可

16、級聯）來擴展I/O口,還可用A/D做按鍵掃描來節省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。STC12C5A60S2系列單片機的定時器0/定時器1與傳統8051完全兼容，上電復位后，定時器部分缺省還是除12再計數的，而串由定時器1控制速度，所以定時器/串口完全兼容。增加了獨立波特率發生器，省去了傳統8052的定時器2，如是用T2做波特率的，則改用獨立波特率發生器做波特率發生器既可。 圖2-3 STC12C5A08S2單片機引腳圖（圖2-4STC單片機實物圖DIP40封裝）2.1.2 主控電路功能(gngnng)簡介外部(wib)晶振振蕩電路用于產生外部時鐘和復位(f wi)電路用于單片機系

17、統的復位，這兩個(lin )模塊是單片機最小系統中最基本，也是必不可少的，在這里就不詳細介紹。本系統中采用1602，當用STC12系列單片機P0口作為8位數據輸入端，需要像8051單片機一樣，需加上1K到10K的上拉電阻來加強P0口的驅動能力。主控系統中的6個按鍵用于獨立控制電機轉動角度輸入用；P1.0、P1.1口分別作為控制L298的1A1、1A2控制端口，用于發送驅動電機正反轉的信號。P1.2作為單片機PWM輸出端，用于控制L298 芯片EN1使能端，產生PWM驅動信號，驅動電機。P3.0口即外部中斷0輸入端口，用于采集來自光電編碼器的脈沖個數，進而轉換為轉動角度。2.1.3 STC12C

18、5A08S2下載電路的簡介STC系列單片機可以使用通用型串口下載，方法和普通單片機一樣，只需要用過串口線與電腦連接,再借助RS232芯片的轉換,最終連到單片機上P3.0(RXD)口與P3.1(TXD)口,即可通過電腦端的STC-ISP軟件控制下載用戶程序到STC單片機上了。RS232接口就是串口，電腦機箱后方的9芯插座。計算機與計算機或計算機與終端之間的數據傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設備可以方便地連接起來進行通訊。 RS-2

19、32-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。RS-232-C是美國電子工業協會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數。RS-232-C總線標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現，如一條發送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標準規定的數據傳輸速率為每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。R

20、S-232-C標準規定，驅動器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內的通信。對于一般的雙向通信, 只需使用串行輸入RXD , 串行輸出TXD 和地線GND1RS - 232C 標準的電平采用負邏輯, 規定+ 3V + 15V 之間的任意電平為邏輯“0”電平, - 3V - 15V 之間的任意電平為邏輯“1”電平, 與TTL 和CMOS 電平是不同的1 在接口電路和計算機

21、接口芯片中大都為TTL 或CMOS 電平, 所以在通信時, 必須進行電平轉換, 以便與RS - 232C 標準的電平匹配1MAX232 芯片可以完成電平轉換這一工作。（1）接口的信號內容 實際上RS-232-C的25條引線中有許多(xdu)是很少使用的，在計算機與終端通訊中一般只使用3-9條引線。RS-232-C最常用的9條引線的信號內容見附表1所示 （2）接口的電氣特性(txng) 在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即：邏 輯“1”，-5-15V；邏輯(lu j)“0” +5 +15V 。噪聲容限為2V。即 要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信

22、號 作為邏輯“1”。 (3) 接口的物理結構 RS-232-C接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端. 一些設備與PC機連接的RS-232-C接口,因為不使用對方的傳送控制信號,只需三條接口線,即“發送數據”、“接收數據”和“信號地”。所以采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。（4）傳輸電纜長度 由RS-232C標準規定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應為50英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺，美國DEC公司曾規定允許碼

23、元畸變為10%而得出附表2 的實驗結果。其中1號電纜為屏蔽電纜，型號為DECP.NO.9107723 內有三對雙絞線，每對由22#AWG組成，其外覆以屏蔽網。2號電纜為不帶屏蔽的電纜。型號為DECP.NO.9105856-04是22#AWG的四芯電纜。 MAX232芯片是MAXIM公司生產的低功耗、單電源雙RS232 發送/接收器。適用于各種EIA-232E 和V.28/ V.24的通信接口。MAX232 芯片內部有一個電源電壓變換器, 可以把輸入的+ 5V電源變換成RS-232C 輸出電平所需10V 電壓, 所以采用此芯片接口的串行通信系統只要單一的+5V 電源就可以。（圖2-5 MAX23

24、2芯片(xn pin)管腳圖） MAX232外圍(wiwi)需要4個電解電容C1、C2、C3、C4 ,是內部電源(dinyun)轉換所需電容。其取值均為1F/25V。宜選用鉭電容并且應盡量靠近芯片。C5為0.1F的去耦電容。MAX232 的引腳T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT 為接TTL/ CMOS 電平的引腳。引腳T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN為接RS-232C電平的引腳。因此TTL/CMOS電平的T1IN、T2IN引腳應接MCS-51的串行發送引腳TXD； R1OUT、R2OUT應接MCS-51的串行接收引腳RXD。與之對應的RS-232C電平的T1OUT、T2OUT

25、 應接PC 機的接收端RD；R1IN、R2IN應接PC機的發送端TXD。MAX232的用法如下：1. 在C1+和C1-兩端、C2+和C2-兩端、V+和地兩端、V-和地兩端分別接一個0.1f(105)電容。2. 可以將兩路RS-232C電平轉換成兩路TTL電平。分別從R1IN和R2IN輸入，對應從T1OUT和T2OUT輸出。注意，輸入和輸出的邏輯值保持一致，如輸入-5V，即邏輯1，輸出也是邏輯1，TTL電平為高電平，即3.6V左右。3. 可以將兩路TTL電平轉換成兩路RS-232C電平，分別從T1IN和T2IN輸入，對應從R1OUT和R2OUT輸出。同樣輸入和輸出的邏輯值保持一致。如下圖為MAX

26、電平轉換電路。如圖2-3所示：（圖2-5MAX232電平(din pn)轉換電路）方法二：對于沒有串口的筆記本電腦，還可以(ky)使用，USB轉串口芯片PL2303進行下載，該方案更加方便。直接使用USB對STC單片機下載用戶程序。（圖2-6PL2303USB轉串口電路(dinl)原理圖）2.2 L298電機驅動電路介紹L298N是SGS公司的產品，內部包含4通道邏輯驅動電路。是一種二相和四相電機的專用驅動器，即內含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機。使用(shyng)L298作為驅動芯片(xn pin)，電路簡單：使用元件(yunj

27、in)少，組件的損耗低，可靠性高體積小，軟件開發簡單，并且計算機(或單片機)硬件 費用大大減少。L298引腳圖，及邏輯圖如下圖所示：L298驅動電路元件少，使用很方便，也便于編程控制。(L298驅動電路原理圖)2.2.1 PWM驅動電機原理 開關驅動方式是使半導體功率器件工作在開關狀態(zhungti)，通過脈調制（PWM）來控制電動機的電壓，從而實現電動機轉速的控制。當開關管的驅動信號為高電平時，開關管導通，直流電動機電樞繞組兩端有電壓U。1秒后，驅動信號變為低電平，開關管截止，電動機電樞兩端電壓為0。t2秒后，驅動信號重新變為高電平，開關管的動作重復前面的過程。PWM輸出(shch)波形和

28、計算：電動機的電樞(din sh)繞組兩端的電壓平均值U為：U =（t1U）/（t1t2） =( t1U)/T=D*U式中D為占空比，D= t/T。占空比D表示了在一個周期T里開關管導通的時間(shjin)與周期的比值。D的變化范圍為0D1。當電源電壓U不變的情況下，輸出電壓的平均值U取決于占空比D的大小，改變D值也就改變了輸出電壓的平均值，從而(cng r)達到控制電動機轉速的目的，即實現PWM調速。 在PWM調速時，占空比D是一個重要(zhngyo)參數。改變占空比的方法有定寬調頻法、調寬調頻法和定頻調寬法等。常用的定頻調寬法，同時改變t1和t2，但周期T（或頻率）保持不變。2.3 電機轉

29、動角度檢測2.3.1增量式光電編碼器工作原理增量編碼器是一種將旋轉位移轉換為一連串數字脈沖信號的旋轉式傳感器。這些脈沖用來控制角位移。在Eltra編碼器中角位移的轉換采用了光電掃描原理。同時被一個紅外光源垂直照射，光把碼盤的圖像投射到接收器表面上。接收器覆蓋著一層衍射光柵，它具有和碼盤相同的窗口寬度。接收器的工作是感受光盤轉動所產生的變化，然后將光變化轉換成相應的電變化。再使低電平信號上升到較高電平，并產生沒有任何干擾的方 形脈沖，這就必須用電子電路來處理。讀數系統通常采用差分方式，即將兩個波形一樣但相位差為180的不同信號進行比較，以便提高輸出信號的質量和穩定性。讀數是再兩個信號的差別基礎上

30、形成的，從而消除了干擾。順時針運動逆時針運動A B1 10 10 01 0A B1 11 00 00 1增量編碼器增量編碼器給出兩相方波，它們的相位差90，通常稱為A通道和B通道。其中一個通道給出與轉速相關的信息，與此同時，通過兩個通道信號進行順序對比，得到旋轉方向的信息。還有一個特殊信號稱為Z或零通道，該通道給出編碼器的絕對零位，此信號是一個方波與A通道方波的中心線重合。增量型編碼器精度取決于機械和電氣兩種因素，這些因素有：光柵分度誤差、光盤偏心、軸承偏心、電子讀數裝置引入的誤差以及光學部分的不精確性。確定編碼器精度的測量單位是電氣上的度數，編碼器精度決定了編碼器產生的脈沖分度。以下用360

31、電氣度數來表示機械軸的以下(yxi)用360電氣度數來表示機械軸的轉動，而軸的轉動必須是一個完整的周期(zhuq)。要知道多少機械(jxi)角度相當于電氣上的360，可以用下面公式計算：電氣360=機械360/N脈沖/轉圖：A、B換向時信號編碼器分度誤差是以電氣角度為單位的兩個連續脈沖波的最大偏移來表示。誤差存在于任何編碼器中，這是由前述各因素引起的。Eltra編碼器的最大誤差為25電氣角度（在已聲明的任何條件下），相當于額定值偏移7%，至于相位差90（電氣上）的兩個通道的最大偏差為35電氣度數相當于額定值偏移10%左右。2.3.2 增量編碼器與單片機的接口用51單片機實現的具體方法：將A信號

32、連接至外部中斷INT0，再將其反向后連接至外部中斷INT1,將B信號作為方向信號連接至某一輸入端口(P3.0)，這樣在信號A的上升沿和與下降沿都會產生中斷。由于在不同轉向時，信號A的下降沿所對應的方向信號電平正好相反，單片機在中斷服務程序中先檢測B信號的狀態，根據不同的狀態進行不同的處理(計數值增加還是減小)，這樣能夠有效的防止反轉產生的誤差，從而實現精確計數，相應的C程序段如下：sbit DIR = P3.0;int cnt; /計數器數值變量void Int0ISR(void) interrupt 0 using 1if( DIR ) cnt+; else cnt-;void Int1IS

33、R(void) interrupt 2 using 2if( DIR ) cnt-; else cnt+;2.4 減速(jin s)直流電機的簡介減速直流電機是指減速機和直流電機的集成體。這種集成體通常也可稱為齒輪(chln)馬達或齒輪電機。通常由專業的減速機生產廠進行集成組裝好后成套供貨。減速電機廣泛應用于鋼鐵行業、機械行業等。使用減速電機的優點是簡化設計、節省空間。而減速電機還有下列特點：1、減速電機(dinj)結合國際技術要求制造,具有很高的科技含量。2、節省空間,可靠耐用,承受過載能力高,功率可達95KW以上。3、能耗低,性能優越,減速機效率高達95%以上。4、振動小,噪音低,節能高,

34、選用優質段鋼材料,鋼性鑄鐵箱體,齒輪表面經過高頻熱處理。5、經過精密加工,確保定位精度,這一切構成了齒輪傳動總成的齒輪減速電機配置了各類電機,形成了機電一體化,完全保證了產品使用質量特征。6、產品才用了系列化、模塊化的設計思想,有廣泛的適應性,本系列產品有極其多的電機組合、安裝位置和結構方案,可按實際需要選擇任意轉速和各種結構形式。3 系統程序設計主控程序的設計，使用keil4軟件進行編寫，本系統的程序編寫主要分為三個模塊：主控部分程序，1602顯示模塊程序，已經PID算法模塊。3.1 程序流程圖對1602寫入開始電機停轉輸入角度設定值初始化1602初始化定時器T0外部中斷0初始化結束否電機正

35、轉是角度=設定值調用PID函數PID算法流程圖PWM產生(chnshng)流程圖： Y電動機停轉結束角度=設定值執行PID算法，返回值給PWM減小占空比N YError2000) angle_now = 0; /超過(chogu)一圈清零if(angle_now1) INTA1 = 0;INTA2 = 1;flag = 0; pid-MAX = 99;pid-MIN = 0; INTA1 = 0; INTA2 = 0; if(errorMAX = 0;pid-MIN = 99; INTA1 = 0; INTA2 = 0; if(error =-1) INTA1 = 0; INTA2 = 0;

36、if (fabsf(error) pid-epsilon)pid-integral += error * pid-dt;/積分(jfn)derivative = (error - pid-pre_error) / pid-dt;/微分(wi fn)PIDoutput= pid-Kp * error/比例(bl)項 + pid-Ki * pid-integral /積分項 + pid-Kd * derivative;/微分項if (PIDoutput pid-MAX)PIDoutput= pid-MAX;/限制最大值else if (PIDoutputMIN)PIDoutput= pid-MIN

37、;/限制最小值pid-pre_error = error;return PIDoutput;系統根據PID算法的反饋值，調整PWM的占空比，達到精確控制，快速響應。4 系統調試系統調試是設計系統一個非常重要的過程，是對系統是否達到設計要求的一個檢驗(jinyn)。同時也是發現問題找出問題解決問題的一個過程。在開始進行時候首先要在不接電的情況下，檢查電路是否有短路，芯片是否插反等。防止在上電過程中短路燒壞芯片。4.1 靜態(jngti)調試靜態(jngti)調試第一步為觀察電路板。對每一塊加工好的印制電路板要進行仔細的檢查，先檢查印制線是否有斷線、有無脫落現象，如果有的話就要用焊錫將其連接好，并

38、檢查是否有印制線短接，因為有時候由于印制線間距過近腐蝕不夠完全導致導線短接現象，發現短接可用刻刀將諒解的部分劃掉。接著再看過孔是否有氧化現象，如果有，要將其表面的氧化層刮去。第二步使用萬用表檢測。因為在線路間間距較小的時候即使有短接也沒發現，所以需要借助萬用表。先將萬用表置于蜂鳴擋位，用兩個表筆分別接在那些挨得比較近的電路線看看是否有短路。如果發出蜂鳴聲則說明有短路狀況，沒有蜂鳴警報聲則表明正常。接著檢查電源線和地線之間是否有短路現象。焊接好元器件后先觀察本沒有相連的焊點上的焊錫連接在一起，最后用萬用表檢測一些接點，查看他們的通斷狀態是否符合要求的狀態。第三步為上電測試。特別要注意的是這項檢測

39、并不把單片機芯片加上去，加上電源后，將萬用表置于電壓擋去檢測所有插座和引腳兩端的電壓值，查看是否符合要求的電壓值。如果有大于5V太多，則表明不正常，因為單片機的正常工作電壓為5V，電壓值超過這個值太多則有可能造成單片機無法正常工作甚至會燒壞單片機。然后去檢測接地端的電壓值是否接近于零，如不接近零說明有短路。在這項檢測中電路板正常，沒有異常。在靜態調試中常常出現的問題有，首先是印制電路部分線路有短路現象，主要原因是腐蝕得不夠徹底，或者焊接的不好，有連接，用刀具輕輕刮去短路的連接處即可。第二個問題是在認真檢查下發現電路板上的電解電容正負極焊反，借助烙鐵把焊反的電解電容取下重新正確地焊上去即解決。第

40、三個發現的問題是在焊接時兩個距離較近的焊點的焊錫連在一塊造成短路，用烙鐵加熱處理排除問題。排除上面的一些故障后，就可以進行動態調試了。4.2 動態調試動態調試是對系統工作的情況下對系統功能的測試與檢驗。動態調試一般是由近及遠，由分到合，分模塊對系統進行測試。當各模塊電路調試無故障后，將各塊電路逐塊加入系統中，再對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯系進行試驗。本系統調試過程為，首先調試最小系統板，看看能否(nn fu)正常工作，電源電源是否正常。再檢查，LCD是否正常工作。在以上調試無故障時候，再下載調試程序到單片機，觀察十分正常顯示。在主控板正常工作的情況下，下面對驅動電路進行調試。上電前

41、，仔細檢查芯片(xn pin)是否插反，然后加上電源，觀察指示燈是否亮。先用高電平，代替PWM波形輸入，再用萬用表測出輸出端電壓十分正常，在電壓正常輸出的情況下，接上電動機，觀察是否正常轉動，能否控制電機正反轉。再驅動電路正常工作的情況下，對電路進行整體調試。下載程序到單片機，用示波器測試PWM波形能否正常輸出，如果能正常將PWM輸入到L298的使能端，通過控制(kngzh)L298的1A和1A2控制電機正反轉。在電機正常驅動的情況下，使用按鍵輸入期望轉動的角度，觀察電機轉動角度是否達到精度要求。在整個調試過程中，我認為最難得莫過于，精度要求，由于使用了PID算法控制，在整個調試過程中，最麻煩

42、的莫過于，調整PID參數值。使其達到最優。PID參數的條件遵循一般規律，一般先調P，再調I最后調D，這是一個靠經驗積累的調試過程，要不斷進行摸索，試探找出，最佳參數。5 誤差分析任何系統誤差是在所難免的，對于像電動機這類的機械設備，誤差控制是比較困難的，只要誤差達到可以接受的程度即可。誤差的產生的原因種類是很多的，包括儀器誤差，系統誤差等多種。由于本系統使用的光電編碼器是2000線的，最小分辨率為，0.18度，而系統設計要求為，+0.5度，故完全符合設計要求。下面幾組數據，是我在不斷調整PID參數過程中，得到測量數據。設定值實際值相對誤差3029.90.33%6060.20.33%9090.0

43、0%120120.20.16%160159.90.06%180179.80.11%由上述測量值可以看出，系統設計基本達到要求的+ 0.5。下面分析常見的一些引起誤差的原因：由于使用的事光電編碼器，作為角度測量傳感器，在電機轉動過程中如果有抖動，可能會引起，一些尖峰脈沖，導致，單片機誤記可能造成一些誤差。由于電機在轉動過程中是有很大慣性的，由于PID參數設置的不是那么(n me)合理也會引起較大的誤差，這就需要長時間的調整PID參數，盡可能減少誤差。6 結論(jiln)轉眼間，三個周的課設就結束了，本次課程設計，也基本達到設計要求，在課設的這三個星期里，我學到了，平時在課堂上難以學到的很多東西。

44、不斷鍛煉了自己(zj)的動手能力，還增強了自己的團隊合作能力。選題的時候，我跟同學商量了下，作為自動化專業出身的，我想到要為以后的畢設多積累的經驗，就選了，相對比較難的，電機控制。也是自己的興趣所在吧，所有就跟幾個同學商量了，決定選擇了直流電機數字角度控制這一題。從最開始的方案論證，再到Proteus仿真，再到使用DXP繪制PCB圖，然后腐蝕電路板，再到焊接沒一個電子元件，調試，等等這些過程，我學到了很多經驗，補充自己平時學習理論知識，不注重實踐上的不足。尤其是后期的調試工作，為我積累了很多寶貴經驗。電子設計是一個相對比較枯燥的過程，需要很大耐心。要能夠靜下心來思考問題。這是也是一個自我提升的

45、過程。這一次課設為明年的畢設積累很多寶貴經驗。謝 辭本次(bn c)課設的圓滿完成，很大程度上離不開，指導老師的辛勤指導，這里(zhl)要特別感謝，趙學軍老師，龍超老師對我的關懷指導。還是在方案的確定和問題(wnt)的解決，我都得到了龍學軍老師悉心細致的教誨和無私的幫助，特別是她廣博的學識、嚴謹的治學精神和一絲不茍的工作作風使我終生受益，在此表示真誠地感謝。而在我的課程設計的完成過程中也有很多同學以及我的舍友給我提供了很大的幫助，幫我調試很多程序上的難題，在這里特別感謝他們。參考文獻151單片機C語言教程 電子(dinz)工業出版社 2009.12電力拖動自動(zdng)控制系統：運動控制系統

46、（第4版）機械工業出版社 2010-013微型(wixng)計算機控制技術 機械工業出版社 2010-104許賢澤,童愛清.高精度直流伺服電機的數字控制系統研究J武漢大學學報(工學版),2010 5黃庶,肖丹.自舉式H橋電機驅動電路的優化設計J.應用能源技術, 2009 ,10PCB 截圖源程序代碼(di m)：/*名稱(mngchng)：2013課設 減速直流電機角度控制 董 琪 1000810212 顯示(xinsh)：XZjiaodu：XXX.X 設定角度：XXX.x精度+ 0.5*/#include #include #include 1602.h #include PID.h #de

47、fine uchar unsigned char#define uint unsigned intsfr AUXR = 0X8E; /定義地址 sbit key1 = P15; /按鍵聲明 1加10，2加1，3加0.5,4減10,5減1，6復位sbit key2 = P17;sbit key3 = P37;sbit key4 = P16;sbit key5 = P36;sbit key6 = P20;/bit start;/定義(dngy)P1.0為298 1A1輸入，P1.1為1A2輸入，P1.2為使能端輸入/sbit INTA1 = P10;sbit INTA2 = P11; sbit E

48、NA = P12;uint PWM = 10;int angle_now = 0;uint systick = 0;void PidInit(PID_Struct * pid, float p, float i, float d, float dt)pid-epsilon = 0.1;pid-MAX = 50;pid-MIN = 0;pid-Kp = p;pid-Ki = i;pid-Kd = d;pid-dt = dt;pid-pre_error = 0;pid-integral = 0;float fabsf(float x)if(x 1) INTA1 = 0;INTA2 = 1;flag

49、 = 0; pid-MAX = 99;pid-MIN = 0; INTA1 = 0; INTA2 = 0; if(errorMAX = 0;pid-MIN = 99; INTA1 = 0; INTA2 = 0; if(error =-1) INTA1 = 0; INTA2 = 0; if (fabsf(error) pid-epsilon)pid-integral += error * pid-dt;/積分(jfn)derivative = (error - pid-pre_error) / pid-dt;/微分(wi fn)output = pid-Kp * error/比例(bl)項 +

50、pid-Ki * pid-integral /積分(jfn)項 + pid-Kd * derivative;/微分(wi fn)項if (output pid-MAX)output = pid-MAX;/限制(xinzh)最大值else if (output MIN)output = pid-MIN;/限制最小值pid-pre_error = error;return output;extern angle_now ,angle_real;void jiaodu () interrupt 0 / 記錄光電編碼器A路輸出脈沖，轉換為角度if(!flag)angle_now+; if(flag)a

51、ngle_now-;if(angle_now2000) angle_now = 0;if(angle_now0) angle_now = 0;angle_real = angle_now*1.6;void key_deal(unsigned char key);/按鍵處理函數聲明void initClock(void) /定時器t0初始化/定時器t0初始化 AUXR = 0X80; /輔助寄存器初始化 T0 12分頻 TMOD|=0X01; TH0= (65536-1)/256; /PWM低電平定時時間 TL0= (65536-1)%256; TR0 = 1; TR1=1; EA = 1; ET0=1;/定時器中斷(zhngdun)/void int0_init(void)IT0 = 1;EX0 = 1;EA = 1;/定時器中斷(zhngdun) /void INTT0(void) interrupt 1 using 1 /10ms刷新(shu xn)液晶屏 TL0=0Xff; /10ms 重裝 TH0=0Xb7; systick +;/ l062顯示函數/void disptemp(int x,int