L298N+51單片機串口、按鍵控制直流電機,PID速度閉環控制程序,串口和數碼管顯示

ID:431385 · 發表于 2018-12-5 15:09

這是樓主的課程作業，代碼寫的可能有點亂，見諒見諒。
可能后面串口部分代碼注釋不是很多，趕時間，沒辦法
移植注意了，我用的是12Mhz的晶振，1200波特率
數碼管用了IO擴展芯片，所以看代碼時注意

直流電機速度閉環控制實驗

一.實物圖

1.1 補充材料清單

序號	材料名稱
1	51單片機開發板（帶數碼管和矩陣鍵盤）
2	12V直流減速電機
3	12V電池
4	L298N電機驅動模塊

系統電路連接示意圖

實驗原理及配置

（1）原理：直流減速電機尾部為霍爾測速傳感器，每轉一圈，產生兩個脈沖，單片機外部中斷計數，在用定時器得到準確的時間，可以計算出電機轉速和位置。

（2）用讀取脈沖的單片機資源配置如下

速度和角度解算

每500ms讀取一次速度，由于電機每一轉產生兩個脈沖，因此500ms的計數可以近似看作每一秒鐘轉過的圈數。

分正反轉累加或累減，可以得到電機的位置。

實驗數據記錄

用Keil C編寫程序,串口調試助手控制和顯示電機狀態，如下圖

單片機源程序如下:

/************************************
在基礎版上增加了串口控制功能
計數方式由計數器變為外部中斷0，編碼器輸出口接P32
波特率為1200，晶振為12Mhz 移植需注意
串口控制命令
#start# 啟動
#stop# 停止
#foreward# 正轉
#back# 反轉
#speed up-N# 占空比增加N%
#speed down-N# 占空比減少N%
#pwm-N# 占空比調到N%
***************************************/
#include "reg52.h" //此文件中定義了單片機的一些特殊功能寄存器
#include "stdio.h" //printf頭文件
#include "string.h" //字符串處理頭文件
#define T0_time 1000 //計時器T0時間單位us 晶振12MHz
#define Total_PWM 100 //占空比可以100級調整
#define GPIO_KEY P1 //矩陣鍵盤
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
sbit Int1=P2^0;
sbit Int2=P2^1;
sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;
int SetPoint=0; //目標速度
double Proportion=0.32; //比例常數
double Integral=0.15; //積分常數
double Derlvative=0.12; //微分常數
int LastError; //Error[-1]
int PrevError; //Error[-2]
int Pid_flag=0;
long angle=0; //記錄角度
int i=0,j=0,Data=0,flag=1; //用于串口接受數據，不得用于其他地方,flag用于區分接收指令1還是數據0
char ReceiveData,Command[15]; //command接收指令
char code Command_Choose[][20]={"start","stop","foreward","back","speed up","speed down","pwm","pid"};
int PWM_TIME_H=0,PWM=0; //用于控制占空比，高電平比例，最大為100
u16 count=0,int_time=0,speed=0; //count計脈沖數,int_time多少時間讀取一次脈沖數
u8 key=0,gear=0,speed_show_time=0; //key表示被按下的按鍵,gear=1正轉，2反轉 .0停止 speed_show_time用于顯示數碼管
u8 code smgduan[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//顯示0~F的值
u8 code smgduan_direction[3]={0x00,0x00,0x40};
void delay(unsigned int z); //延時函數
void speed_out(); //數碼管速度顯示
void Init(void); //初始化定時器T0，計數器T1
void Motor(); //電機驅動
void KeyDown(void); //檢測按鍵
int PID(int NextPoint); //增量式PID算法
void ChooseFunction(void); //執行按鍵對應的功能
void main()
{
Init();
while(1)
{
if(gear)
{
if(gear==1)
printf("PWM=%d%%, Speed=%dn/s",PWM_TIME_H,speed);
if(gear==2)
printf("PWM=%d%%, Speed=-%dn/s",PWM_TIME_H,speed);
if(Pid_flag||key>=5&&key<=8) //如果處于pid模式
printf(", PID=%d",SetPoint);
//角度讀取
printf(", angle=180*%ld\n",angle);
}
else
printf("PWM=%d%%, Waiting to start\n",PWM_TIME_H);
KeyDown(); //按鍵
}
}
int PID(int NextPoint)
{
int iError,PID; //當前誤差和反饋量
iError = SetPoint-NextPoint; //計算當前誤差
PID = Proportion*iError //E[K]
+ Integral*LastError //E[K-1]
+ Derlvative*PrevError; //E[K-2]
PrevError = LastError; //存儲誤差
LastError = iError;
return PID;
}
void uart_receiver(void) interrupt 4 //串口中斷
{
if(RI) // 判斷是串口接收產生中斷
{
RI = 0; // 清接收中斷標志
ReceiveData = SBUF; // 接收到的數據寫入緩沖BUF
if(flag) Command[i++]= ReceiveData; //保存到字符組
if(flag==0 && ReceiveData != '#')
Data=Data*10 + (int)ReceiveData-48; //計算出數值
if(ReceiveData == '-')
Data=0,flag=0,Command[i-1]='\0'; //準備開始接收數據
if(ReceiveData == '#')
{ Command[i-1]='\0',i=0,flag=1; //接收數據完成，i清零，準備下次接收
Pid_flag=0,key=0; //每次先關閉pid調速
for(j=0;j<10;j++)
{
if(strcmp(Command,Command_Choose[j])==0)
{
switch(j) //每個按鍵對應相應的功能
{
case(0): //開始
gear=1;break;
case(1): //停止
gear=0;break;
case(2): //正轉
gear=1;break;
case(3): //反轉
gear=2;break;
case(4): //加速
PWM_TIME_H+=Data;
if(PWM_TIME_H>Total_PWM) PWM_TIME_H=Total_PWM;
break;
case(5): //減速
PWM_TIME_H-=Data;
if(PWM_TIME_H<0) PWM_TIME_H=0;
break;
case(6): //pwm
if(Data>100) PWM_TIME_H=100;
else PWM_TIME_H=Data;
break;
case(7): //PID目標速度
if(Data>70) SetPoint=70;
else SetPoint=Data;
Pid_flag=1;
break;
}
}
}
}
}
}
void Count_EX0(void) interrupt 0 //外部中斷0的中斷函數
{
count++; //脈沖計數
}
void timer0(void) interrupt 1 //定時器T0的中斷函數
{
TH0=(65536-T0_time)/256; //TH0=(2^16-t)/256 晶振12MHZ t單位us
TL0=(65536-T0_time)/256; //TL0=(2^16-t)%256 晶振12MHZ t單位us
PWM++;
if(PWM==Total_PWM) PWM=0;
int_time++;
if(int_time==500) //每500次（500ms）T0中斷，測速一次
{
int_time=0; //重新賦值0
speed=count; //讀取速度
if(gear==1)
angle+=count; //讀取角度正轉+
if(gear==2)
angle-=count; //反轉-
count=0; //計數清零
/******PID***********/
if(key>=5&&key<=8||Pid_flag)
if((speed-SetPoint>1) || (speed-SetPoint<-1))
{
PWM_TIME_H+=PID(speed);
if(PWM_TIME_H>Total_PWM) PWM_TIME_H=Total_PWM;
}
/*************************/
}
Motor();
speed_out();
}
void ChooseFunction(void)
{
Pid_flag=0; //每次先關閉pid調速
switch(key) //每個按鍵對應相應的功能
{
case(1): //選擇正反轉，1正轉，2反轉
if(gear==1) gear=2;
else if(gear==2) gear=1;
else gear=0;
break;
case(2): //加占空比
PWM_TIME_H+=10;
if(PWM_TIME_H>Total_PWM) PWM_TIME_H=Total_PWM;
break;
case(3): //減占空比
PWM_TIME_H-=10;
if(PWM_TIME_H<0) PWM_TIME_H=0;
break;
case(4): //開關
if(gear==1||gear==2) gear=0;
else gear=1;
break;
case(5): //PID目標速度40
SetPoint=40;
break;
case(6): //PID目標速度50
SetPoint=50;
break;
case(7): //PID目標速度60
SetPoint=60;
break;
case(8): //PID目標速度70
SetPoint=70;
break;
}
}
void KeyDown(void)
{
char a=0;
GPIO_KEY=0x0f;
if(GPIO_KEY!=0x0f)//讀取按鍵是否按下
{
delay(100);//延時1ms進行消抖
if(GPIO_KEY!=0x0f)//再次檢測鍵盤是否按下
{
//測試列
GPIO_KEY=0X0F;
switch(GPIO_KEY)
{
case(0X07): key=1;break;
case(0X0b): key=2;break;
case(0X0d): key=3;break;
case(0X0e): key=4;break;
}
//測試行
GPIO_KEY=0XF0;
switch(GPIO_KEY)
{
case(0X70): key=key;break;
case(0Xb0): key=key+4;break;
case(0Xd0): key=key+8;break;
case(0Xe0): key=key+12;break;
}
if(key==16) key=0;
ChooseFunction();
while((a<50)&&(GPIO_KEY!=0xf0)) //檢測按鍵松手檢測
{
delay(100);
a++;
}
}
}
}
void speed_out()//數碼管顯示速度與檔位
{
u8 speed_3=speed%1000/100; //速度百位數字
u8 speed_2=speed%100/10; //速度十位數字
u8 speed_1=speed%10; //速度個位數字
u8 PWM_TIME_H_2=PWM_TIME_H/10; //檔位十位數字
u8 PWM_TIME_H_1=PWM_TIME_H%10; //檔位個位數字
speed_show_time++;
if(speed_show_time==7)
speed_show_time=0;
P0=0x00; //消影
switch(speed_show_time)
{
case(0):
LSA=0;LSB=0;LSC=0;
P0=smgduan[speed_1];
break;
case(1):
LSA=1;LSB=0;LSC=0;
P0=smgduan[speed_2];
break;
case(2):
LSA=0;LSB=1;LSC=0;
P0=smgduan[speed_3];
break;
case(3):
LSA=0;LSB=0;LSC=1;
P0=smgduan[PWM_TIME_H_1];
break;
case(4):
LSA=1;LSB=0;LSC=1;
P0=smgduan[PWM_TIME_H_2];
break;
case(5):
LSA=0;LSB=1;LSC=1;
P0=smgduan_direction[gear];
break;
case(6):
LSA=1;LSB=1;LSC=1;
P0=smgduan[key];
break;
}
}
void Motor(void) //電機驅動
{ switch(gear)
{
case(0): //電機停止
Int2=Int1=0;
break;
case(1): //電機正轉
……………………
…………限于本文篇幅余下代碼請從51黑下載附件…………

復制代碼

所有資料51hei提供下載:

程序源代碼.zip (2.29 MB, 下載次數: 212)

ID:454653 · 發表于 2018-12-26 19:42

感覺不錯

ID:462570 · 發表于 2019-7-5 11:50

前來學習一波。

ID:578419 · 發表于 2019-7-5 12:42

強如大佬，表示好多地方看不懂，好高深的樣子

ID:462570 · 發表于 2019-7-6 11:14

我仔細看了一下代碼，發現里面錯誤很多，比如高級版 timer0中斷函數里TL0的賦值就是不對的。還有基礎版里面的問題就更多了，感覺牛頭不對馬嘴，貌似是硬湊出來的代碼。我不知道樓主代碼是否實際運行過，抑或這是樓主修改后（刻意）再發出來的代碼。如果是這樣，那真是在坑人了。不過這段代碼可以借鑒，還是感謝樓主的分享。