計算機控制技術(shù)課程設(shè)計

1、目錄1引言 12課程設(shè)計任務(wù)和要求 23直流伺服電機控制系統(tǒng)概述 23.1直流伺服系統(tǒng)的構(gòu)成 23.1.1伺服系統(tǒng)的定義 23.1.2伺服系統(tǒng)的組成 23.1.3伺服系統(tǒng)的控制器的分類 33.1.4直流伺服系統(tǒng)的工作過程 44直流伺服電機控制系統(tǒng)的設(shè)計 54.1方案設(shè)計步驟 54.2 總體方案的設(shè)計 54.3控制系統(tǒng)的建模和數(shù)字控制器設(shè)計 74.4數(shù)字PID工作原理 84.5數(shù)字PID算法的simulink 仿真 85硬件的設(shè)計和實現(xiàn) 95.1選擇計算機機型（采用51內(nèi)核的單片機） 95.1.1 80C51電源 105.1.2 80C51時鐘 105.1.3 80C51控制線 105.1.4

2、80C51I/O 接口 115.2設(shè)計支持計算機工作的外圍電路（鍵盤、顯示接口電路等） 115.2.1數(shù)據(jù)鎖存器 115.2.2 鍵盤 115.2.3顯示器 125.2.4數(shù)模轉(zhuǎn)換器 ADC0808 125.3其它相關(guān)電路的設(shè)計或方案 135.3.1 供電電源設(shè)計 135.3.2 檢測電路設(shè)計 13533功率驅(qū)動電路 145.4仿真原理圖 146軟件設(shè)計 146.1程序設(shè)計思想 146.2主程序模塊框圖 156.3編寫主程序 157 總結(jié) 16附錄1 ADC0808程序 17附錄2數(shù)字控制算法程序 18參考文獻 19第|頁共n頁1引言半個世紀來，直流伺服控制系統(tǒng)己經(jīng)得到了廣泛的應用。隨著伺服電

3、動機技術(shù)、 電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)的發(fā)展，使得伺服控制系統(tǒng)朝著控制電路數(shù)字化和功 率器件的模塊化的方向發(fā)展。本文介紹直流伺服電機實驗臺的硬件、軟件設(shè)計方案。通過傳感器對電機位移進 行測量，控制器將實際位移量與給定位移量進行比較，控制信號驅(qū)動伺服電機控制電 源工作，實現(xiàn)伺服電機的位置控制。其電機位置隨動系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括：總體方案 設(shè)計、單片機應用系統(tǒng)設(shè)計、驅(qū)動電路設(shè)計和測量電路設(shè)計。軟件編制采用模塊化的 設(shè)計方式，通過系統(tǒng)的整體設(shè)計，完成了系統(tǒng)的基本要求，系統(tǒng)可以穩(wěn)定的運行。本次設(shè)計說明書主要包括主要包括主程序設(shè)計、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC08091序及數(shù)字控制算法程序的設(shè)計等內(nèi)容。通過本次設(shè)

4、計，加深在計算機控制系統(tǒng)課程中所學的知識的理解，提高電氣設(shè)計 與分析的能力，為今后的工作打下基礎(chǔ)。第19頁共19頁2課程設(shè)計任務(wù)和要求課程設(shè)計對象是直流伺服電機實驗臺，設(shè)計一個計算機控制的直流伺服電機控制 系統(tǒng)。由測量元件（位移傳感器）對被控對象（電機）的被控參數(shù)（位移）進行測量，由變 換發(fā)送單元（AD轉(zhuǎn)換器）將被控參數(shù)（位移）變成一定形式的信號，送給控制器CPU控 制器將測量信號（實際位移量）與給定信號（位移量）進行比較，若有誤差則按預定的控 制規(guī)律產(chǎn)生一控制信號驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)（伺服電機控制電源）工作，使被控參數(shù)（實際位移 量）與給定值（給定位移量）保持一致。其電機位置隨動系統(tǒng)：G（S）心 &

5、#176;s（TiS 1）（T21）式中，K=50, Ti=1.1，T2=0.15，Ta=0.2控制算法選用數(shù)字PID控制。要求根據(jù)所給條件確定能夠根據(jù)功能要求查找相關(guān)的元器件的說明書。能夠?qū)υ?器件的說明書進行學習并掌握元器件的控制方法和時序要求。能夠利用相關(guān)仿真軟件 對電路進行仿真調(diào)試。能夠按著規(guī)范的課程設(shè)計的格式完成課程設(shè)計報告。按照任務(wù) 書要求，提交一份紙制課程設(shè)計報告，控制程序工程文件。3直流伺服電機控制系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)也稱為隨動系統(tǒng)，屬于自動控制系統(tǒng)的一種，它是用來控制被控對象的 轉(zhuǎn)角或位移，使其能自動的、連續(xù)的、精確地復現(xiàn)輸入指令的變化規(guī)律，它通常具有 負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。3.

6、1直流伺服系統(tǒng)的構(gòu)成3.1.1伺服系統(tǒng)的定義“伺服系統(tǒng)”是指執(zhí)行機構(gòu)按照控制信號的要求而動作，即控制信號到來之前， 被控對象時靜止不動的；接收到控制信號后，被控對象則按要求動作；控制信號消失 之后，被控對象應自行停止。伺服系統(tǒng)的主要任務(wù)是按照控制命令要求，對信號進行變換、調(diào)控和功率放大等 處理，使驅(qū)動裝置輸出的轉(zhuǎn)矩、速度及位置都能靈活方便的控制。3.1.2伺服系統(tǒng)的組成伺服系統(tǒng)是具有反饋的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。它由檢測部分、誤差放大部分、部分及被控對象組成（1）功率變換器直流伺服系統(tǒng)功率變換器的主要功能是根據(jù)控制電路的指令，功率變換器主要包 括控制電路、驅(qū)動電路、功率變換主電路等。功率變換主電路主

7、要由整流電路、濾波電路和逆變電路三部分組成?？刂齐娐分饕蛇\算電路、PWM生成電路、檢測信號處理電路、輸入輸出電路、 保護電路等構(gòu)成，其主要作用是完成對功率變換主電路的控制和實現(xiàn)各種保護功能等。驅(qū)動電路的作用是根據(jù)控制信號對功率半導體開關(guān)進行驅(qū)動，并為器件提供保護,主要包括開關(guān)器件的前級驅(qū)動電路和輔助開關(guān)電源電路等。（2）傳感器在伺服系統(tǒng)中，需要對伺服電機的繞組電流及轉(zhuǎn)子速度、位置進行檢測，以構(gòu)成 電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)，因此需要相應的傳感器及其信號變換電路。電流檢測通常采用電阻隔離檢測或霍爾電流傳感器。速度檢測可采用無刷測速發(fā)電機或無刷旋轉(zhuǎn)變壓器。位置檢測通常采用絕對式光電編碼器或無刷旋轉(zhuǎn)變

8、壓器，也可采用增量式光電編 碼器進行位置檢測。（3）控制器在直流電機伺服系統(tǒng)中，控制器的設(shè)計直接影響著伺服電機的運行狀態(tài)，從而在 很大程度上決定了整個系統(tǒng)的性能。位置伺服系統(tǒng)的伺服控制器主要包括電流控制器和速度控制器和位置控制器。其 中電流控制器是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。因為無論是速度控制還是位置控制，最終都將轉(zhuǎn)換為對電機的電流控制。電流環(huán) 的響應速度要遠遠大于速度環(huán)和位置環(huán)。對于速度和位置控制，由于其時間常數(shù)較大，因此可借助計算機技術(shù)實現(xiàn)許多復 雜的基于現(xiàn)代控制理論的控制策略，從而提高伺服系統(tǒng)的性能。3.1.3伺服系統(tǒng)的控制器的分類伺服系統(tǒng)控制器主要有以下三種：電流控制器電流環(huán)由電流控制器和逆變器組成，

9、其作用是使電機繞組電流實時、準確地跟蹤電流指令信號。速度控制器速度環(huán)的作用是保證電機的轉(zhuǎn)速與速度指令值一致，消除負載轉(zhuǎn)矩擾動等因素對 電機轉(zhuǎn)速的影響。速度指令與反饋的電機實際轉(zhuǎn)速相比較，其差值通過速度控制器直接產(chǎn)生交軸電 流指令。并進一步用直軸電流指令共同作用，控制電機加速、減速或勻速旋轉(zhuǎn)，使電機的 實際轉(zhuǎn)速與指令值保持一致。速度控制器通常采用的是數(shù)字PID控制方式。位置控制器位置環(huán)的作用是產(chǎn)生電機的速度指令并使電機準確定位和跟蹤。通過比較設(shè)定的 目標位置與電機的世紀位置，利用其偏差通過位置控制器來產(chǎn)生電機的速度指令當電 機啟動后在大偏差區(qū)域，產(chǎn)生最大速度指令，使電機加速運行后以最大速度恒速運

10、行； 在小偏差區(qū)域，產(chǎn)生逐次遞減的速度指令，使電機減速運行直至最終定位。3.1.4直流伺服系統(tǒng)的工作過程直流伺服電機采用改變電樞電壓的電樞控制法。該方法以電樞繞組為控制繞組， 在負載轉(zhuǎn)矩一定時，保持勵磁電壓恒定，通過改變電樞電壓來改變電動機的轉(zhuǎn)速。直流伺服電動機輸出恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，且電磁轉(zhuǎn)矩只與電樞電流的大小有關(guān)。直 流伺服電動機通過轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測出轉(zhuǎn)子的位置信號。經(jīng)過換相驅(qū)動電路驅(qū)動與 電樞繞組連接的各功率開關(guān)管的導通與關(guān)斷，從而控制定子繞組的通電，在定子上產(chǎn) 生旋轉(zhuǎn)磁場，拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，位置傳感器不斷地送出信號，以改變 電樞的通電狀態(tài)，使得在同一磁極下的導體中的電流方向不

11、變。因此，就可產(chǎn)生恒定 的轉(zhuǎn)矩使直流伺服電動機運轉(zhuǎn)起來。將直流伺服電機與微型計算機連接，首先，用位移傳感器將每個采樣周期內(nèi)的直 流電機控制試驗臺移動的距離進行檢測，將控制信號傳輸?shù)芥i存器中。然后經(jīng)鎖存器 送到微型計算機，與數(shù)字給定值進行比較，并進行數(shù)字PID運算；再經(jīng)鎖存器送到D/A 轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字量變成脈沖信號，再由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)節(jié)脈沖，經(jīng)驅(qū)動放大后控制 電機轉(zhuǎn)動，從而控制試驗臺的移動。4直流伺服電機控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1方案設(shè)計步驟一、總體方案設(shè)計二、控制系統(tǒng)的建模和數(shù)字控制器設(shè)計三、硬件的設(shè)計和實現(xiàn)1. 選擇計算機機型（采用51內(nèi)核的單片機）；2. 設(shè)計支持計算機工作的外圍電路（EPRO

12、M RAM I/O端口、鍵盤、顯示接口電 路等）；3. 設(shè)計輸入信號接口電路；4. 設(shè)計信號輸出控制電路；5. 其它相關(guān)電路的設(shè)計或方案（電源、通信等）四、軟件設(shè)計1. 分配系統(tǒng)資源，編寫系統(tǒng)初始化和主程序模塊框圖；2. 編寫A/D轉(zhuǎn)換和位置檢測子程序框圖；3. 編寫控制程序和D/A轉(zhuǎn)換控制子程序模塊框圖；4. 其它程序模塊（顯示與鍵盤等處理程序）框圖。五、編寫課程設(shè)計說明書，繪制完整的系統(tǒng)電路圖（ A3幅面）4.2總體方案的設(shè)計本系統(tǒng)是采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器的設(shè)計方法是從內(nèi)環(huán)到外環(huán)，逐步設(shè)計各環(huán) 節(jié)的調(diào)節(jié)器，為了使直流伺服控制系統(tǒng)各個硬件設(shè)備能夠正常運行，有效實現(xiàn)電機的 實時控制。在總體方

13、案選擇時，不僅要有合理設(shè)計的硬件電路外，還要按照數(shù)字PID控制原理完成數(shù)字控制器的設(shè)計。其中位置調(diào)節(jié)器是位移的校正裝置，它的類型和參數(shù)決定了位置隨動系統(tǒng)的系統(tǒng) 誤差和動態(tài)性能。從動態(tài)要求上看，系統(tǒng)通過電流調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)電樞電流的控制，以保證電樞電流 不超過如允許值。位置控制器采用數(shù)字PID增量型控制算法。為了實現(xiàn)微機控制生產(chǎn)過程變量，必 須將模擬PID算式離散化，變?yōu)閿?shù)字PID算式，為此，在采樣周期T遠小于信號變化 周期時，作如下近似（T足夠小時，如下逼近相當準確，被控過程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近）:于是有:t0edt T e(j)j ode e(k) e(k 1) dt Tu(k) Kpe(k)T

14、e(j) ¥【e(k) e(k 1)Ti j oTu(k)是全量值輸出，每次的輸出值都與執(zhí)行機構(gòu)的位置(如控制閥門的開度)一一對應，所以稱之為位置型PID算法。在這種位置型控制算法中，由于算式中存在累加項，因此輸出的控制量u(k)不僅與本次偏差有關(guān)，還與過去歷次采樣偏差有關(guān)，使得u(k)產(chǎn)生大幅度變化。這樣會引起系統(tǒng)沖擊，甚至造成事故。所以實際中當執(zhí)行機構(gòu)需要的不是控制量的絕對值，而是其增量時，可以采用增 量型PID算法。當控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器為步進電機、電動調(diào)節(jié)閥、多圈電位器等具有 保持歷史位置的功能的這類裝置時，一般均采用增量型 PID控制算法。TTdu(k) Kpe(k) e(k

15、 1)e(k)卡e(k)2e(k 1) e(k 2)TiT圖4.1基本原理圖+- fl-入 I ib i I 11 (JA 乜射LUAJn，hli 炊.t 冋“ i I幹屈門or輛竹聃I點淞UW柑刪I L H rz于*序怦了打I"WJVI.I.圖4.2程序流程圖直流伺服電機控制系統(tǒng)由直流伺服電機，微控制器，位移傳感器，計數(shù)器，定時 器，A/D轉(zhuǎn)換器等組成。微控制器選用Atmel公司生產(chǎn)的89C51單片機。A/D轉(zhuǎn)換器則選用 ADC0808 8位精度轉(zhuǎn)換器4.3控制系統(tǒng)的建模和數(shù)字控制器設(shè)計IftVFflvCk L>-*<k H! -4)羸（UK柑00計<hb=T(l

16、L)-T<kl糖甜4u(k?圖4.3 PID算法流程圖4.4數(shù)字PID工作原理PID調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)整定方便，易于工業(yè)實現(xiàn)，適用面廣，因而它是連續(xù) 系統(tǒng)中技術(shù)最成熟，適用最廣泛的一種調(diào)節(jié)器。隨之計算機技術(shù)的發(fā)展，由計算機實 現(xiàn)的數(shù)字PID控制器正在逐步取代模擬 PID。數(shù)字PID算法的基本原理就是利用偏差來計算系統(tǒng)的輸出量，實現(xiàn)不斷糾偏的過 程，使系統(tǒng)最終趨于穩(wěn)定。數(shù)字 PID控制分為位置式PID控制和增量式PID控制。由 于位置式PID采用全量輸出，輸出的是執(zhí)行機構(gòu)的實際位置，每次輸出均與過去狀態(tài) 有關(guān)，計算時要對偏差進行累加，工作計算量大，并且，一旦數(shù)據(jù)處理計算芯片出現(xiàn) 問題，將

17、會使輸出大幅波動，從而造成執(zhí)行機構(gòu)大幅波動，很有可能引起巨大的事故。 而增量式PID算法較好。所以本系統(tǒng)采用增量式 PID算法。增量式PID算法公式如下 所示：u(k) Kpe(k) e(k 1) Kie(k) Kde(k) 2e(k 1) e(k 2) 其中Ki KpT為積分系數(shù)，Kd KpTd為微分系數(shù)。p Tip T4.5數(shù)字PID算法的simulink 仿真S：x:ze圖4.4 PID 算法simulink 仿真參數(shù)整定的結(jié)果:ATLAbCuirrTt Of etla工m十 rrLBUBKhdhlxINa田由田田田E田田卩叫(92 363PDOIp 00 10C10 2(K70 09&

18、#187;92 0©Twbcr of function 匸口scccded.LhCt B&Se out ICSftSu lsil -Jrj=VllE訂巧=0監(jiān)氈注 a M13 S. &E70»圖4.5 PID算法仿真結(jié)果1Simulink的仿真結(jié)果:圖4.6 PID算法仿真結(jié)果25硬件的設(shè)計和實現(xiàn)5.1選擇計算機機型（采用51內(nèi)核的單片機）此設(shè)計采用AT89C16RD作為控制芯片。它是在MCS-48系列的基礎(chǔ)上發(fā)展的高性 能的8位單片機。所出的系列產(chǎn)品有8051、8031、8751。其代表就是8051。其他系列 的單片機都以它為核心，所以本設(shè)計采用的核心芯片

19、是8051單片機。CPU是它的核心 設(shè)備,從功能上看,CPU包括兩個部分：運算器和控制器，它執(zhí)行對輸入信號的分析和處 理。每片80C51包括：一個8位的微型處理器CPU 128B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM 64kb 片內(nèi)程序存儲器ROM四個8位并行的I/O接口 P0-P3,每個接口既可以輸入，也可以 輸出；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART勺串行I/O 口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最咼允許振蕩頻 率是11.05926MHZ以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。整個系統(tǒng)電控部分以ATMEL公司的8051為核心芯片，控制信號采集、處理、輸出 三個

20、過程。這種芯片內(nèi)置4KROM因為系統(tǒng)要求控制線較多，如果采用8031外置EPROM 程序控制結(jié)構(gòu)，則造成控制線不夠，而 8051卻可以利用P0 P2 口作控制總線，大大 簡化了硬件結(jié)構(gòu)，并可以直接控制 LED數(shù)據(jù)顯示，方便現(xiàn)場調(diào)試和維護，使整個系統(tǒng) 的通用性和智能化得到了很大的提高。現(xiàn)在介紹下在此設(shè)計中用到的引腳，引腳圖如圖3-1所示。單片機的40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。圖5.1 80C51單片機引腳圖5.1.1 80C51 電源VCC -芯片電源，接+5V;VSS -接地端；5.1.2 80C51 時鐘XTAL1 XTAL2 -晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。5.

21、1.3 80C51 控制線ALE/PROG地址鎖存允許/片內(nèi)EPROMS程脈沖ALE功能：用來鎖存P0 口送出的低8位地址PROG功能：片內(nèi)有EPRO的芯片，在EPRO編程期間，此引腳輸入編程脈沖PSEN夕卜ROM讀選通信號。RST/VPD復位/備用電源。RST( Reset)功能：復位信號輸入端。VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPRO編程電源。EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。Vpp功能：片內(nèi)有EPRO的芯片，在EPRO編程期間，施加編程電源 Vppo5.1.4 80C51 I/O 接口P0 口（ 39腳32腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0 口。當不

22、接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可作為準雙向8位輸入/輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展 I/O 口時，P0 口為地址/數(shù)據(jù)分時復用口。它分時提供 8位雙向數(shù)據(jù)總線。P1 口（ 1腳8腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1 口，可作為準雙向I/O接口使用。對 于MC52子系列單片機，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0 口用作定時器/計數(shù)器2 的計數(shù)脈沖輸入端T2; P1.1用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX對于EPRO編 程和進行程序校驗時，P0 口接收輸入的低8位地址。P2 口（ 21腳28腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2 口，一般可作為準雙向I/O接口。 當接有外部程序存儲器或

23、擴展I/O接口且尋址范圍超過256個字節(jié)時，P2 口用于高8 位地址總線送出高8位地址。對于EPROMS程和進行程序校驗時，P2 口接收輸入的8 位地址。P3 口（ 10腳17腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3 口。它為雙功能口，可以作為一般 的準雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3 口的每一條引腳均可獨立 定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。5.2設(shè)計支持計算機工作的外圍電路（鍵盤、顯示接口電路等）5.2.1數(shù)據(jù)鎖存器74HC573鎖存器的使用可以大大的緩解處理器在這方面的壓力。當處理器把數(shù)據(jù)傳輸?shù)芥i存器并將其鎖存后，鎖存器的輸出引腳便會一直保持數(shù) 據(jù)狀態(tài)直到下一次鎖存新的數(shù)據(jù)

24、為止。這樣在數(shù)碼管的顯示內(nèi)容不變之前，處理器的處理時間和I/O引腳便可以釋放。5.2.2鍵盤鍵盤是一組按鍵的集合，它是最常用的單片機輸入設(shè)備操作人員可以通過鍵盤 輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機通訊。鍵盤用于啟動、停止、正反轉(zhuǎn)切換和轉(zhuǎn)速輸入。為了能更方便地利用數(shù)字鍵輸入轉(zhuǎn)速，設(shè)置了 4 4行列鍵盤，占用P0.4 P0.7和P1.0 P1.3P 口。采用行列鍵盤可以在獲得多鍵盤的同時節(jié)省 I/O 口，但占用大量的CPU資源，對 控制系統(tǒng)不利。本設(shè)計采用改進掃描算法，即先掃描全行或全列，沒有電平改變時返 回主程序，當檢測到有鍵按下時，再進入進一步的掃描和按鍵判斷，可在一定程序上減輕CPU負擔。523

25、顯示器顯示器使用的是6位共陽極LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管連接到電源正極的稱為共陽 極數(shù)碼管。實際上是由七個發(fā)光管組成 8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是8個。這些段 分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp 來表示。當數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段 就會發(fā)亮，小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個或多個發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過 30mA5.2.4數(shù)模轉(zhuǎn)換器 ADC0808ADC0808是 CMO器件，不僅包括一個8位的逐次逼近型的ADC部分，而且還提供 一個8通道的模擬多路開關(guān)和通道尋址邏輯，因而有理由把它作

26、為簡單的“數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)”。利用它可直接輸入8個單端的模擬信號分時進行 A/D轉(zhuǎn)換，在多點巡回檢測 和過程控制、運動控制中應用十分廣泛。1) 主要技術(shù)指標和特性(1) 分辨率：8位。1(2) 總的不可調(diào)誤差： ADC0808為土 - LSB,ADC 0809為土 1LSB(3) 轉(zhuǎn)換時間： 取決于芯片時鐘頻率，如 CLK=500kHZ時，TCONV=12(8s。(4) 單一電源：+5V。(5) 模擬輸入電壓范圍：單極性05V;雙極性土 5V, ± 10V(需外加一定電路)<(6) 具有可控三態(tài)輸出緩存器。(7) 啟動轉(zhuǎn)換控制為脈沖式(正脈沖)，上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿

27、使 A/D轉(zhuǎn)換開始。(8) 使用時不需進行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。2) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳ADC0808/0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳分別如圖 11.19和圖11.20所示。內(nèi)部各部 分的作用和工作原理在內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中已一目了然，在此就不再贅述，下面僅對各引腳 定義分述如下(1) IN0IN7 8路模擬輸入，通過3根地址譯碼線ADDA ADDB ADD(來選通一路(2) D7D - A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理 器數(shù)據(jù)線連接。8位排列順序是D7為最高位，D0為最低位。(3) ADDA ADDB ADD模擬通道選擇地址信號， ADDA為低位，ADD(為高位。 地址信號與選中

28、通道對應關(guān)系如表 11.3所示。(4) VR(+)、VR(-)正、負參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi) DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的基 準電壓。在單極性輸入時，VR(+)=5V, VR(-)=0V ;雙極性輸入時，VR(+)、VR(-)分別 接正、負極性的參考電壓。IFSIUI EXHIZ7IZ3IFN4IZ占IZHIhJT1 OS-33ADD AAOLJ> l.iVF?EF( + )W-Y 匕 U23斗sdT忘 匕 丁丁丁丁匸|丁 0 uLJmLJ 0C00Z00i呂T?AOCOQS圖5.2 ADC0808引腳圖5.3其它相關(guān)電路的設(shè)計或方案5.3.1供電電源設(shè)計供電電路分別為單片機、運算放大器、功率驅(qū)

29、動芯片和無刷電機提供電源。供電 電源電路供電電路中，使用兩組變壓器、使主電路和控制電路分開供電，提高電路的 可靠性。主電路組變壓器輸出經(jīng)濾波電容后再經(jīng)過平波電抗器，使輸出的直流電流更平滑,也可以有效抑制電路中的瞬時過流。5.3.2檢測電路設(shè)計1)位置檢測當伺服電機旋轉(zhuǎn)時，遮擋盤的齒部進入霍爾傳感器定子內(nèi)。根據(jù)這霍爾元件的輸出狀態(tài)，就可以準確地確定轉(zhuǎn)子的磁極位置。2）電流檢測電路在該電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，為了得到較好的動態(tài)性能，以及對主電路電流進行監(jiān) 控，需要對主電路電流信號進行采樣反饋。相電流檢測環(huán)節(jié)的目的是對主電路電流信 號進行檢測。利用功率驅(qū)動采樣電阻上的電壓信號經(jīng)過放大處理以后，送到單片機

30、某一路A/D轉(zhuǎn)換通道，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換以后，所得到的結(jié)果即可用于電流調(diào)節(jié)器和系統(tǒng)的過流保護裝 置。533功率驅(qū)動電路直流伺服電動機的功率驅(qū)動電路采用專用的功率驅(qū)動芯片組成的三相全橋逆變電 路，通過對大功率管的導通與關(guān)斷，達到控制電機的目的。5.4仿真原理圖1 :T7:;p匚:Jtrc亠圖5.3 Proteus 仿真原理圖6軟件設(shè)計6.1程序設(shè)計思想從設(shè)計要求出發(fā)，本次設(shè)計主要完成以下工作：（1）檢測鍵盤，從鍵盤接收電機起停、正反轉(zhuǎn)、控制速度命令，控制電機運轉(zhuǎn),向顯示器傳送電機的實時轉(zhuǎn)速。(2) 用位移傳感器將每個采樣周期內(nèi)的直流電機控制試驗臺移動的距離進行檢測。完成傳感器信號檢測，并對檢測的傳感器

31、信號進行譯碼，產(chǎn)生驅(qū)動功率全橋電路的信 號邏輯，使電機運轉(zhuǎn)。(3) 根據(jù)獲得的電機轉(zhuǎn)速的設(shè)定值以及從傳感器信號測得的電機的實時轉(zhuǎn)速，用PID算法計算出電機的轉(zhuǎn)速控制量，調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。經(jīng)驅(qū)動放大后控制電機轉(zhuǎn)動從而控 制試驗臺的移動。6.2主程序模塊框圖r wt J« i91 If I. 1 11 < Jo m g 空化,VW池 g不.-Wtlfi-!- I < A W. VK Ml <M r 琢 turn d i圖6主程序模塊框圖6.3編寫主程序系統(tǒng)的主程序主要作用是組織系統(tǒng)的整個流程，監(jiān)控系統(tǒng)的運行。在這部分程序中它是通過控制人機交流來控制和顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)。具

32、體說來 就是操作人員可通過監(jiān)控程序建成的人機間的橋梁 -鍵盤，來對單片機發(fā)出控制命 令，使微機完全按人的命令工作。微機也通過這個程序來向操作人員顯示參數(shù)的標志, 以便操作人員的了解運行的狀態(tài)。系統(tǒng)主程序主要完成初始化、鍵盤查詢及參數(shù)設(shè)置鍵功能處理、電機的起動和停 止控制、速度的顯示等功能。7總結(jié)課程設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán) 節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。結(jié)合本次設(shè)計的要求，我利用專業(yè)知識設(shè)計了直流伺服電機控制系統(tǒng)。在設(shè)計過程中鞏固知識的同時，也提高了自身的 學習實踐能力。通過此次課程設(shè)計，把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，使我更加 扎實的掌握了有關(guān)計算機控制計術(shù)方面的知識。實踐出真知，通過親自動手進行課程設(shè)計，使我掌握的知識更加牢固。在今后社 會的發(fā)展和學習實踐過程中，我一定要不懈努力，不能遇到問題就想到退縮。在設(shè)計 過程中雖然遇到了一些困難，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足，對以前所學過 的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。但經(jīng)過仔細的思考和老師的辛勤指導下， 終于找出問題所在，圓滿的完成了本次設(shè)計。最后，感謝老師的指導和無私的幫助。附錄1 ADC0808程序ADC0808程序：#in clude<r