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L298N+51单片机串口、按键控制直流电机,PID速度闭环控制程序,串口和数码管显示

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楼主
ID:431385 发表于 2018-12-5 15:09 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
这是楼主的课程作业，代码写的可能有点乱，见谅见谅。
可能后面串口部分代码注释不是很多，赶时间，没办法
移植注意了，我用的是12Mhz的晶振，1200波特率
数码管用了IO扩展芯片，所以看代码时注意

直流电机速度闭环控制实验
一.实物图
1.1 补充材料清单
序号
材料名称
1
51单片机开发板
（带数码管和矩阵键盘）
2
12V直流减速电机
3
12V电池
4
L298N电机驱动模块
  • 系统电路连接示意图
  • 实验原理及配置
（1）原理：直流减速电机尾部为霍尔测速传感器，每转一圈，产生两个脉冲，单片机外部中断计数，在用定时器得到准确的时间，可以计算出电机转速和位置。
（2）用读取脉冲的单片机资源配置如下

  • 速度和角度解算
每500ms读取一次速度，由于电机每一转产生两个脉冲，因此500ms的计数可以近似看作每一秒钟转过的圈数。
分正反转累加或累减，可以得到电机的位置。
  • 实验数据记录
用Keil C编写程序,串口调试助手控制和显示电机状态，如下图


单片机源程序如下:
  1. /************************************
  2. 在基础版上增加了串口控制功能
  3. 计数方式由计数器变为外部中断0，编码器输出口接P32
  4. 波特率为1200，晶振为12Mhz      移植需注意

  6. 串口控制命令
  7. #start#                    启动
  8. #stop#                    停止
  9. #foreward#             正转
  10. #back#                    反转
  11. #speed up-N#        占空比增加N%
  12. #speed down-N#   占空比减少N%
  13. #pwm-N#               占空比调到N%

  15. ***************************************/

  17. #include "reg52.h"               //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器
  18. #include "stdio.h"                                 //printf头文件
  19. #include "string.h"                                 //字符串处理  头文件

  21. #define T0_time 1000             //计时器T0时间   单位us      晶振12MHz
  22. #define Total_PWM 100                         //占空比可以100级调整
  23. #define GPIO_KEY P1              //矩阵键盘

  25. typedef unsigned char u8;
  26. typedef unsigned int  u16;

  28. sbit Int1=P2^0;
  29. sbit Int2=P2^1;

  31. sbit LSA=P2^2;
  32. sbit LSB=P2^3;
  33. sbit LSC=P2^4;

  35. int SetPoint=0;          //目标速度
  36. double Proportion=0.32;  //比例常数
  37. double Integral=0.15;     //积分常数
  38. double Derlvative=0.12;   //微分常数
  39. int LastError;                //Error[-1]
  40. int PrevError;      //Error[-2]
  41. int Pid_flag=0;

  43. long angle=0;                 //记录角度
  44. int  i=0,j=0,Data=0,flag=1;         //用于串口接受数据，不得用于其他地方,flag用于区分接收指令1还是数据0
  45. char ReceiveData,Command[15];   //command接收指令
  46. char code Command_Choose[][20]={"start","stop","foreward","back","speed up","speed down","pwm","pid"};
  47.         
  48. int PWM_TIME_H=0,PWM=0;                  //用于控制占空比，高电平比例，最大为100
  49. u16 count=0,int_time=0,speed=0;               //count计脉冲数,int_time多少时间读取一次脉冲数
  50. u8 key=0,gear=0,speed_show_time=0;                                                //key表示被按下的按键,gear=1正转，2反转        .0停止           speed_show_time用于显示数码管
  51. u8 code smgduan[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
  52.                                         0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//显示0~F的值
  53. u8 code smgduan_direction[3]={0x00,0x00,0x40};


  56. void delay(unsigned int z);                    //延时函数
  57. void speed_out();      //数码管速度显示
  58. void Init(void);                //初始化定时器T0，计数器T1
  59. void Motor();                //电机驱动
  60. void KeyDown(void);                                //检测按键
  61. int PID(int NextPoint);                         //增量式PID算法
  62. void ChooseFunction(void);                 //执行按键对应的功能



  66. void main()
  67. {        
  68.         Init();

  70.         while(1)
  71.         {
  72.                 if(gear)
  73.                 {
  74.                         if(gear==1)
  75.                               printf("PWM=%d%%, Speed=%dn/s",PWM_TIME_H,speed);
  76.                         if(gear==2)
  77.                               printf("PWM=%d%%, Speed=-%dn/s",PWM_TIME_H,speed);
  78.                         
  79.                         if(Pid_flag||key>=5&&key<=8)                 //如果处于pid模式
  80.                                 printf(", PID=%d",SetPoint);

  82.                                                                                  //角度读取
  83.                                 printf(", angle=180*%ld\n",angle);

  85.                 }
  86.                 else
  87.                       printf("PWM=%d%%, Waiting to start\n",PWM_TIME_H);
  88.                 KeyDown();                                  //按键        
  89.         }               
  90. }

  92. int PID(int NextPoint)
  93. {
  94.         int iError,PID;                                         //当前误差和反馈量
  95.         iError = SetPoint-NextPoint;         //计算当前误差
  96.         PID = Proportion*iError                         //E[K]
  97.                 + Integral*LastError                 //E[K-1]
  98.                 + Derlvative*PrevError;                 //E[K-2]
  99.                                                                         
  100.         PrevError = LastError;                        //存储误差
  101.         LastError = iError;
  102.         return PID;
  103. }


  106. void uart_receiver(void) interrupt 4 //串口中断
  107. {
  108.     if(RI)  // 判断是串口接收产生中断
  109.     {
  110.         RI = 0;       // 清接收中断标志
  111.         ReceiveData = SBUF;  // 接收到的数据写入缓冲BUF

  113.                 if(flag)          Command[i++]= ReceiveData;                        //保存到字符组
  114.                 if(flag==0 && ReceiveData != '#')        
  115.                         Data=Data*10 + (int)ReceiveData-48;        //计算出数值
  116.                  
  117.                 if(ReceiveData == '-')        
  118.                         Data=0,flag=0,Command[i-1]='\0';        //准备开始接收数据
  119.                
  120.                 if(ReceiveData == '#')                                                         
  121.                  {        Command[i-1]='\0',i=0,flag=1;           //接收数据完成，i清零，准备下次接收
  122.                         Pid_flag=0,key=0;                                            //每次先关闭pid调速
  123.                         for(j=0;j<10;j++)
  124.                         {
  125.                                 if(strcmp(Command,Command_Choose[j])==0)
  126.                                 {
  127.                                         switch(j)                                   //每个按键对应相应的功能
  128.                                         {
  129.                                         case(0):                                                        //开始               
  130.                                                 gear=1;break;
  131.                                         case(1):                                                        //停止   
  132.                                                 gear=0;break;
  133.                                         case(2):                                                         //正转
  134.                                                 gear=1;break;
  135.                                         case(3):                                                         //反转
  136.                                                 gear=2;break;
  137.                                         case(4):                                                          //加速
  138.                                                 PWM_TIME_H+=Data;
  139.                                                 if(PWM_TIME_H>Total_PWM)   PWM_TIME_H=Total_PWM;
  140.                                                 break;
  141.                                         case(5):                                                           //减速
  142.                                                 PWM_TIME_H-=Data;
  143.                                                 if(PWM_TIME_H<0)   PWM_TIME_H=0;
  144.                                                 break;
  145.                                         case(6):                                                           //pwm
  146.                                                 if(Data>100)   PWM_TIME_H=100;
  147.                                                 else                    PWM_TIME_H=Data;
  148.                                                 break;
  149.                                         case(7):                                                                   //PID目标速度
  150.                                                 if(Data>70)    SetPoint=70;
  151.                                                 else                    SetPoint=Data;
  152.                                                 Pid_flag=1;
  153.                                                 break;
  154.                                         }
  155.                                 }        
  156.                         }
  157.                 }
  158.         }
  159. }


  162. void Count_EX0(void) interrupt 0        //外部中断0的中断函数
  163. {
  164.                    count++;                                        //脉冲计数
  165. }


  168. void timer0(void) interrupt 1                //定时器T0的中断函数
  169. {
  170.   TH0=(65536-T0_time)/256;                //TH0=(2^16-t)/256          晶振12MHZ   t单位us           
  171.   TL0=(65536-T0_time)/256;                //TL0=(2^16-t)%256          晶振12MHZ   t单位us
  172.   
  173.   PWM++;
  174.   if(PWM==Total_PWM)  PWM=0;
  175.   
  176.   int_time++;
  177.   if(int_time==500)                            //每500次（500ms）T0中断，测速一次
  178.   {
  179.           int_time=0;                     //重新赋值0
  180.         speed=count;                                //读取速度

  182.         if(gear==1)
  183.         angle+=count;                                //读取角度正转+
  184.         if(gear==2)
  185.         angle-=count;                                //反转-

  187.         count=0;                                    //计数清零
  188.   /******PID***********/
  189.         if(key>=5&&key<=8||Pid_flag)
  190.                 if((speed-SetPoint>1) || (speed-SetPoint<-1))
  191.                     {
  192.                         PWM_TIME_H+=PID(speed);
  193.                           if(PWM_TIME_H>Total_PWM) PWM_TIME_H=Total_PWM;
  194.                  }
  195. /*************************/
  196.   }
  197.   Motor();
  198.   speed_out();

  200. }

  202. void ChooseFunction(void)
  203. {
  204.         Pid_flag=0;                                            //每次先关闭pid调速
  205.         switch(key)                                   //每个按键对应相应的功能
  206.         {
  207.         case(1):                                                        //选择正反转，1正转，2反转
  208.                 if(gear==1)             gear=2;
  209.                 else if(gear==2)        gear=1;
  210.                 else gear=0;
  211.                 break;
  212.         case(2):                                                        //加占空比   
  213.                 PWM_TIME_H+=10;
  214.                 if(PWM_TIME_H>Total_PWM)  PWM_TIME_H=Total_PWM;
  215.                 break;
  216.         case(3):                                                         //减占空比
  217.                 PWM_TIME_H-=10;
  218.                 if(PWM_TIME_H<0)  PWM_TIME_H=0;
  219.                 break;
  220.         case(4):                                                         //开关
  221.                 if(gear==1||gear==2)        gear=0;
  222.                 else                                        gear=1;
  223.                 break;
  224.         case(5):                                                          //PID目标速度40
  225.                 SetPoint=40;
  226.                 break;
  227.         case(6):                                                           //PID目标速度50
  228.                 SetPoint=50;
  229.                 break;
  230.         case(7):                                                           //PID目标速度60
  231.                 SetPoint=60;
  232.                 break;
  233.         case(8):                                                                   //PID目标速度70
  234.                 SetPoint=70;
  235.                 break;
  236.         }
  237. }


  240. void KeyDown(void)
  241. {
  242.         char a=0;
  243.         GPIO_KEY=0x0f;
  244.         if(GPIO_KEY!=0x0f)//读取按键是否按下
  245.         {
  246.                 delay(100);//延时1ms进行消抖
  247.                 if(GPIO_KEY!=0x0f)//再次检测键盘是否按下
  248.                 {        
  249.                         //测试列
  250.                         GPIO_KEY=0X0F;
  251.                         switch(GPIO_KEY)
  252.                         {
  253.                                 case(0X07):        key=1;break;
  254.                                 case(0X0b):        key=2;break;
  255.                                 case(0X0d): key=3;break;
  256.                                 case(0X0e):        key=4;break;
  257.                         }
  258.                         //测试行
  259.                         GPIO_KEY=0XF0;
  260.                         switch(GPIO_KEY)
  261.                         {
  262.                                 case(0X70):        key=key;break;
  263.                                 case(0Xb0):        key=key+4;break;
  264.                                 case(0Xd0): key=key+8;break;
  265.                                 case(0Xe0):        key=key+12;break;
  266.                         }
  267.                         if(key==16) key=0;
  268.                         ChooseFunction();
  269.                         while((a<50)&&(GPIO_KEY!=0xf0))         //检测按键松手检测
  270.                         {
  271.                                 delay(100);
  272.                                 a++;
  273.                         }
  274.                 }         
  275.         }

  277. }


  280. void speed_out()//数码管显示速度与档位
  281. {        
  282.         u8 speed_3=speed%1000/100;                //速度百位数字
  283.         u8 speed_2=speed%100/10;                //速度十位数字
  284.         u8 speed_1=speed%10;                         //速度个位数字

  286.         u8 PWM_TIME_H_2=PWM_TIME_H/10;                         //档位十位数字
  287.         u8 PWM_TIME_H_1=PWM_TIME_H%10;                         //档位个位数字
  288.         
  289.         speed_show_time++;
  290.         if(speed_show_time==7)
  291.                 speed_show_time=0;
  292.         P0=0x00;                          //消影
  293.         switch(speed_show_time)
  294.         {
  295.         case(0):
  296.                 LSA=0;LSB=0;LSC=0;
  297.                 P0=smgduan[speed_1];
  298.                 break;
  299.         case(1):                                                           
  300.                 LSA=1;LSB=0;LSC=0;
  301.                 P0=smgduan[speed_2];
  302.                 break;
  303.         case(2):
  304.                 LSA=0;LSB=1;LSC=0;
  305.                 P0=smgduan[speed_3];
  306.                 break;
  307.         case(3):
  308.                 LSA=0;LSB=0;LSC=1;
  309.                 P0=smgduan[PWM_TIME_H_1];
  310.                 break;
  311.         case(4):
  312.                 LSA=1;LSB=0;LSC=1;
  313.                 P0=smgduan[PWM_TIME_H_2];
  314.                 break;
  315.         case(5):
  316.                 LSA=0;LSB=1;LSC=1;
  317.                 P0=smgduan_direction[gear];
  318.                 break;
  319.         case(6):
  320.                 LSA=1;LSB=1;LSC=1;
  321.                 P0=smgduan[key];
  322.                 break;        
  323.         }
  324. }

  326. void Motor(void)           //电机驱动
  327. {         switch(gear)
  328.          {
  329.          case(0):                 //电机停止
  330.                 Int2=Int1=0;
  331.                 break;

  333.          case(1):                        //电机正转
  334. ……………………

  336. …………限于本文篇幅 余下代码请从51黑下载附件…………
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沙发
ID:454653 发表于 2018-12-26 19:42 | 只看该作者
感觉不错
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板凳
ID:462570 发表于 2019-7-5 11:50 | 只看该作者
前来学习一波。
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地板
ID:578419 发表于 2019-7-5 12:42 | 只看该作者
强如大佬，表示好多地方看不懂，好高深的样子
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5#
ID:462570 发表于 2019-7-6 11:14 | 只看该作者
我仔细看了一下代码，发现里面错误很多，比如高级版 timer0中断函数里TL0的赋值就是不对的。还有基础版里面的问题就更多了，感觉牛头不对马嘴，貌似是硬凑出来的代码。我不知道楼主代码是否实际运行过，抑或这是楼主修改后（刻意）再发出来的代码。 如果是这样，那真是在坑人了。   不过这段代码可以借鉴，还是感谢楼主的分享。
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6#
ID:421308 发表于 2019-7-22 18:57 | 只看该作者
好多都看不懂啊
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7#
ID:436394 发表于 2019-12-21 20:52 | 只看该作者
觉得很棒
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8#
ID:671899 发表于 2019-12-23 23:23 | 只看该作者
感谢分享，对我的课程设计很有帮助
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9#
ID:298008 发表于 2020-2-17 19:13 | 只看该作者
谢谢楼主分享！！！
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10#
ID:110278 发表于 2020-4-7 14:51 | 只看该作者
感谢分享
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11#
ID:803822 发表于 2022-4-20 20:56 | 只看该作者
请问有没有电路仿真图哇
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12#
ID:228452 发表于 2022-4-20 23:34 | 只看该作者
"DC Motor Speed ​​Closed-loop"
What about position closed loop ?
Thanks for code...
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