51单片机PID控制直流电机实验报告

基于51单片机的

直流电机PID控制

一、试验器件选择

1、控制芯片的作用主要是与L289相连接驱动直流电机，以及与八位数码管相连显示。

(1)、AT89C51是一种带4K自己FLASH存储器的低压、高性能CMOS8为微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失真存储制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出关键相兼容。由于将多功能8位CPU和闪存组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性奥高且廉价的方案。

（2）、AT89C51引脚图如下：

2、电机驱动芯片

（1）、电机驱动芯片选择L298。其主要功能是作为单片机与直流电机中间的过度链接，单片机输出的信号通过L298加载到直流电机上驱动直流电机运行。其引脚图如下：

（2）、主要工作原理：

1、15脚分别是两个H桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地；

2、3为一对输出端口，13、14为一对输出端口；

4为驱动电压输入，最小值必须比输入的低电平高2；

5、7一对输入端口，10、12一对输入端口，TTL电平兼容

6、11使能端，低电平禁止输出；

8、9分别为接地和逻辑电源

3、直流电机。在protues中选择motor-encoder直流电机，引脚图如下：

上方左右的两个引脚在点击运转时输出频

率相同的方波，但是在相位上相差90 ，而且

在正转和反转是相反，因此可以根据这两个引

脚的输出情况判断点击的转向。上方中间的引

脚每当电机转一圈就输出一个正脉冲，可以据

此册数点击的转速。左右两个引脚是电机的电

压输入端。

4、74HC74。当D触发器的D和CLK输入端分别接电机上方的左右两个输出端口时可以根据D触发器的输出情况判断点击的转速。

5、八位数码管。用以显示。

二、系统硬件设计连接

1、系统的器件连接图如下：

2、单片机与数码管通过P0口和P2口相连，其中P2口选择点亮哪一个数码管，P0口则控制被点亮的数码管显示的数据。

3、单片通过P1^0和P1^1和L298的第一对输入端IN1和IN2相连，然后又L298的第一对输出端OUT1和OUT2与直流电机相连，已达到控制直流电机的目的。

4、从P1^4到P1^7分别接一个Button按钮来实现PID控制，P3^6和P3^7分别接Button按钮实现对电机的加速与减速控制。

5、双刀双掷开关SW1课实现点击的正转与反转，单刀双掷开关SW2可实现点击的开启与停止。

三、系统程序设计及功能实现

1、程序流程图：

2、各部分实现程序：

（1）、普通延时：

#include

void delayms(unsigned char x)

{

unsigned char i ;

while(x--)

for(i = 0 ; i

}

（2）、数码管显示：

#include

void display_lilun(double num)

{

char code table[] = {

0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, //0~7对应数码 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71}; //8~F对应数码 long int n=num;

P0 = 0; P2 =0x7f; P0 = table[n % 1000/100]; delayms(2);//百位加小数点

P0 = 0; P2 =0xbf; P0 = table[n % 100 / 10]; delayms(2);//十位

P0 = 0; P2 =0xdf; P0 = table[n % 10]; delayms(2);//个位

P0 = 0; //关闭显示器

}

void display(double num,int dir)

{

char code table[] = {

0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, //0~7对应数码 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71}; //8~F对应数码 long int n=num*10;

P0 = 0; P2 =0xf7; P0 = table[n / 1000]; delayms(2); //百位加小数点

P0 = 0; P2 =0xfb; P0 = table[n % 1000/100]; delayms(2); //百位加小数点

P0 = 0; P2 =0xfd; P0 = table[n % 100 / 10]+128; delayms(2);//十位

P0 = 0; P2 =0xfe; P0 = table[n % 10]; delayms(2);//个位

P0 = 0; //关闭显示器

if(dir==1)

{

P0=0;P2=0xef;P0=0x40;delayms(2);

}

（3）、按键扫描：

#include

sbit jiashi=P1^3; //

sbit jianshi=P1^4;

sbit jia=P1^5;

sbit jian=P1^6;

sbit enter=P1^7;

extern int num_key[5]; //

void keyscan()

{

if(jiashi==0)

{

while(!jiashi);

num_key[0]++;

}

if(jianshi==0)

{

while(!jianshi);

num_key[1]++;

}

if(jia==0)

{

while(!jia);

num_key[2]++;

}

if(jian==0)

{

while(!jian);

num_key[3]++;

}

if(enter==0)

{ 对各个按钮进行位定义定义全局变量

while(!enter);

num_key[4]++;

}

（4）、PWM波输出：

#include

extern int PWM ; //赋初值

extern int start,sudu_lilun;

extern double dis_count;

sbit S2 =P3^6 ; //PWM值减少键

sbit S3 =P3^7 ; //PWM值增加键

void PWM_duty()

{

if(start>=1)

PWM=sudu_lilun;

{

if(PWM!=0xff)

{

PWM++ ;

delayms(10);

}

while(S3==0);

{

if(PWM>=0x02)

{

PWM-- ;

delayms(10);

}

while(S2==0);

}

（5）、中断服务程序：

#include

extern int PWM,count,count1,dir,count20ms_flag;

extern double dis_count;

sbit PWM_OUT1=P1^1;

sbit PWM_OUT2=P1^0;

void timer0() interrupt 1

{

long int i;

TR1=0 ;

dir=0;

TL0=0x00;

TH0=0xd8; //10ms

TL0=0xf0;

TH1=PWM ;

TR1=1 ;

PWM_OUT1=0 ; //启动输出

PWM_OUT2=0;

if(i++==492)

{

count20ms_flag=1;

i=0;

dis_count=(double)(count+count1)/2;

count=0;

count1=0;

}

void timer1() interrupt 3

{

TR1=0 ;

if(dir==0)

{

PWM_OUT1=1 ; //结束输出

PWM_OUT2=0;

}

else

{

PWM_OUT1=0;

PWM_OUT2=1;

}

void EIRQ0(void) interrupt 0

{

EX0=0;

count++;

EX0=1;

}

void EIRQ1(void) interrupt 2

{

EX1=0;

count1++;

EX1=1;

}

（6）、PID控制：

#include

int P,I,D;

extern int sudu_lilun;

typedef struct PID //定义结构体

{

int SetPoint; //目标

long SumError; //误差

double Proportion; //比例系数

double Integral; //积分系数

double Derivative; //微分系数

int LastError;

int PrevError;

}PID;

static PID sPID;

static PID *sptr = &sPID;

void IncPIDInit()

{

sptr->SumError = 0;

sptr->LastError =0; //Error[-1]

sptr->PrevError =0; //Error[-2]

sptr->Proportion =0.5; //比例系数

sptr->Integral =0.3; //积分系数

sptr->Derivative = 0.3; //微分系数

sptr->SetPoint =sudu_lilun;

}

int IncPIDCalc(int NextPoint)

{

iError = sptr->SetPoint - NextPoint; //计算增加量

iIncpid = sptr->Proportion * iError //E[k]项

- sptr->Integral * sptr->LastError //E[k－1]项

+ sptr->Derivative * sptr->PrevError; //E[k－2]项

//存储当前误差以便后面计算

sptr->PrevError = sptr->LastError;

sptr->LastError = iError;

//返回增量值

return(iIncpid);

}

（7）、main函数：

#include

sbit P10=P1^2; //确定电机转向

int num_key[5];

int PWM,PWM1,count,count1,dir,sudu_lilun,start,count20ms_flag; double dis_count;

int PWM_PID;

void init();

void main()

{

init();

while(1)

{

PWM_duty();

if(P10==1)

dir=0;

else

dir=1;

keyscan();

sudu_lilun=num_key[0]*10-num_key[1]*10+num_key[2]-num_key[3]; display_lilun(sudu_lilun);

if(num_key[4]==1)

start=1;

display(dis_count,dir);

if(start>=1&&count20ms_flag==1)

{

count20ms_flag=0;

IncPIDInit();

PWM_PID=IncPIDCalc(dis_count);

PWM=PWM+PWM_PID*2;

}

void init() //定时器、外部中断初始化 {

TMOD=0x01 ;

TH0=0xd8;

TL0=0xf0;

IT0=1;

EX0=1;

IT1=1;

EX1=1;

TH1=PWM ;

TL1=0xff ;

EA=1;

ET0=1;

ET1=1;

TR0=1 ;

}

3、程序实现效果：

基于51单片机的

直流电机PID控制

一、试验器件选择

1、控制芯片的作用主要是与L289相连接驱动直流电机，以及与八位数码管相连显示。

（2）、AT89C51引脚图如下：

2、电机驱动芯片

（2）、主要工作原理：

1、15脚分别是两个H桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地；

2、3为一对输出端口，13、14为一对输出端口；

4为驱动电压输入，最小值必须比输入的低电平高2；

5、7一对输入端口，10、12一对输入端口，TTL电平兼容

6、11使能端，低电平禁止输出；

8、9分别为接地和逻辑电源

3、直流电机。在protues中选择motor-encoder直流电机，引脚图如下：

上方左右的两个引脚在点击运转时输出频

率相同的方波，但是在相位上相差90 ，而且

在正转和反转是相反，因此可以根据这两个引

脚的输出情况判断点击的转向。上方中间的引

脚每当电机转一圈就输出一个正脉冲，可以据

此册数点击的转速。左右两个引脚是电机的电

压输入端。

4、74HC74。当D触发器的D和CLK输入端分别接电机上方的左右两个输出端口时可以根据D触发器的输出情况判断点击的转速。

5、八位数码管。用以显示。

二、系统硬件设计连接

1、系统的器件连接图如下：

2、单片机与数码管通过P0口和P2口相连，其中P2口选择点亮哪一个数码管，P0口则控制被点亮的数码管显示的数据。

3、单片通过P1^0和P1^1和L298的第一对输入端IN1和IN2相连，然后又L298的第一对输出端OUT1和OUT2与直流电机相连，已达到控制直流电机的目的。

4、从P1^4到P1^7分别接一个Button按钮来实现PID控制，P3^6和P3^7分别接Button按钮实现对电机的加速与减速控制。

5、双刀双掷开关SW1课实现点击的正转与反转，单刀双掷开关SW2可实现点击的开启与停止。

三、系统程序设计及功能实现

1、程序流程图：

2、各部分实现程序：

（1）、普通延时：

#include

void delayms(unsigned char x)

{

unsigned char i ;

while(x--)

for(i = 0 ; i

}

（2）、数码管显示：

#include

void display_lilun(double num)

{

char code table[] = {

0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, //0~7对应数码 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71}; //8~F对应数码 long int n=num;

P0 = 0; P2 =0x7f; P0 = table[n % 1000/100]; delayms(2);//百位加小数点

P0 = 0; P2 =0xbf; P0 = table[n % 100 / 10]; delayms(2);//十位

P0 = 0; P2 =0xdf; P0 = table[n % 10]; delayms(2);//个位

P0 = 0; //关闭显示器

}

void display(double num,int dir)

{

char code table[] = {

0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, //0~7对应数码 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71}; //8~F对应数码 long int n=num*10;

P0 = 0; P2 =0xf7; P0 = table[n / 1000]; delayms(2); //百位加小数点

P0 = 0; P2 =0xfb; P0 = table[n % 1000/100]; delayms(2); //百位加小数点

P0 = 0; P2 =0xfd; P0 = table[n % 100 / 10]+128; delayms(2);//十位

P0 = 0; P2 =0xfe; P0 = table[n % 10]; delayms(2);//个位

P0 = 0; //关闭显示器

if(dir==1)

{

P0=0;P2=0xef;P0=0x40;delayms(2);

}

（3）、按键扫描：

#include

sbit jiashi=P1^3; //

sbit jianshi=P1^4;

sbit jia=P1^5;

sbit jian=P1^6;

sbit enter=P1^7;

extern int num_key[5]; //

void keyscan()

{

if(jiashi==0)

{

while(!jiashi);

num_key[0]++;

}

if(jianshi==0)

{

while(!jianshi);

num_key[1]++;

}

if(jia==0)

{

while(!jia);

num_key[2]++;

}

if(jian==0)

{

while(!jian);

num_key[3]++;

}

if(enter==0)

{ 对各个按钮进行位定义定义全局变量

while(!enter);

num_key[4]++;

}

（4）、PWM波输出：

#include

extern int PWM ; //赋初值

extern int start,sudu_lilun;

extern double dis_count;

sbit S2 =P3^6 ; //PWM值减少键

sbit S3 =P3^7 ; //PWM值增加键

void PWM_duty()

{

if(start>=1)

PWM=sudu_lilun;

{

if(PWM!=0xff)

{

PWM++ ;

delayms(10);

}

while(S3==0);

{

if(PWM>=0x02)

{

PWM-- ;

delayms(10);

}

while(S2==0);

}

（5）、中断服务程序：

#include

extern int PWM,count,count1,dir,count20ms_flag;

extern double dis_count;

sbit PWM_OUT1=P1^1;

sbit PWM_OUT2=P1^0;

void timer0() interrupt 1

{

long int i;

TR1=0 ;

dir=0;

TL0=0x00;

TH0=0xd8; //10ms

TL0=0xf0;

TH1=PWM ;

TR1=1 ;

PWM_OUT1=0 ; //启动输出

PWM_OUT2=0;

if(i++==492)

{

count20ms_flag=1;

i=0;

dis_count=(double)(count+count1)/2;

count=0;

count1=0;

}

void timer1() interrupt 3

{

TR1=0 ;

if(dir==0)

{

PWM_OUT1=1 ; //结束输出

PWM_OUT2=0;

}

else

{

PWM_OUT1=0;

PWM_OUT2=1;

}

void EIRQ0(void) interrupt 0

{

EX0=0;

count++;

EX0=1;

}

void EIRQ1(void) interrupt 2

{

EX1=0;

count1++;

EX1=1;

}

（6）、PID控制：

#include

int P,I,D;

extern int sudu_lilun;

typedef struct PID //定义结构体

{

int SetPoint; //目标

long SumError; //误差

double Proportion; //比例系数

double Integral; //积分系数

double Derivative; //微分系数

int LastError;

int PrevError;

}PID;

static PID sPID;

static PID *sptr = &sPID;

void IncPIDInit()

{

sptr->SumError = 0;

sptr->LastError =0; //Error[-1]

sptr->PrevError =0; //Error[-2]

sptr->Proportion =0.5; //比例系数

sptr->Integral =0.3; //积分系数

sptr->Derivative = 0.3; //微分系数

sptr->SetPoint =sudu_lilun;

}

int IncPIDCalc(int NextPoint)

{

iError = sptr->SetPoint - NextPoint; //计算增加量

iIncpid = sptr->Proportion * iError //E[k]项

- sptr->Integral * sptr->LastError //E[k－1]项

+ sptr->Derivative * sptr->PrevError; //E[k－2]项

//存储当前误差以便后面计算

sptr->PrevError = sptr->LastError;

sptr->LastError = iError;

//返回增量值

return(iIncpid);

}

（7）、main函数：

#include

sbit P10=P1^2; //确定电机转向

int num_key[5];

int PWM,PWM1,count,count1,dir,sudu_lilun,start,count20ms_flag; double dis_count;

int PWM_PID;

void init();

void main()

{

init();

while(1)

{

PWM_duty();

if(P10==1)

dir=0;

else

dir=1;

keyscan();

sudu_lilun=num_key[0]*10-num_key[1]*10+num_key[2]-num_key[3]; display_lilun(sudu_lilun);

if(num_key[4]==1)

start=1;

display(dis_count,dir);

if(start>=1&&count20ms_flag==1)

{

count20ms_flag=0;

IncPIDInit();

PWM_PID=IncPIDCalc(dis_count);

PWM=PWM+PWM_PID*2;

}

void init() //定时器、外部中断初始化 {

TMOD=0x01 ;

TH0=0xd8;

TL0=0xf0;

IT0=1;

EX0=1;

IT1=1;

EX1=1;

TH1=PWM ;

TL1=0xff ;

EA=1;

ET0=1;

ET1=1;

TR0=1 ;

}

3、程序实现效果：

51单片机PID控制直流电机实验报告

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