西安交通大学城市学院本科毕业生（论文）
GNDSTARTV-STOPV+ 图4-3键盘原理图
4.5.2 键盘功能
根据系统的控制要求，控制输入部分设置了启动控制、加速控制、减速控制、停止控制、反转控制按钮，分别为S1、S2、S3、S4，控制电路如图所示，通过S1实现电机的启动，当S1状态变化时，内部程序检测P1.3的状态来跳动相应的启动程序，实现系统的启动控制。步进电机的转速控制主要通过控制通入电机的脉冲频率，从而控制电机的转速。
表4-1按键功能表
S1 S2 S3 S4 启动 速度增加/定位加 速度减少/定位减 停止 4.6 显示电路
在此次步进电机的控制中，要求显示电以加速、减速。如果采用4位段数码管组成显示电路，将单片机得到的数据通过数码管显示出来。该方案简单易行，但所需的元件较多，且不容易进行操作，可读性差，一旦设定后，很难再加入其他的功能，显示格式受限制且耗电量大，不宜用电池给系统供电。为了方便知道电机的运行状态和转速的多少，设计了电机转速和电机的工作状态的显示电路。在显示电路中，主要是利用了单片机于液晶显示器相结合，来显示所需数据。
采用液晶显示器件，显示比采用数码管的电路结构要简单，电路的连线比较少，且液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求的显示状态，对后续的功能兼容性高，只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数，采用LM016 两行带中文字库显示，能同时显示实际转速与设定转速。如图4-4。
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4.7 测速电路
对简单，如下图所示。
+5GND123VSSVDDVEE测速电路很简单，我们选用的传感器为FC-SPX302关电开关，所以电路相
10kLM016LR1RSRWEN456RSRWET198XTAL1XTAL2+54 硬件设计 GND9RSTP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD739383736353433327891011121314D0D1D2D3D4D5D6D7+LOUT-图4-4 电机运行状态及转速显示电路 901图4-5 测速模块
FC-SPX30212345678PSENALEEAP2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A152122232425262728IN1IN2IN3IN4ENAENBRSRWINTOEN+5234567891P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD1011121314151617RP1RESPACK-8U1AT89C55 19
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5 软件设计
5 软件设计
步进电机控制程序就是完成环形分配器的任务，从而控制步进电机转动，以达到控制转动角度和位移之目的。首先要进行旋转方向的判断，然后转到相应的控制程序。正反向控制程序分别按要求的控制顺序输出相应的控制模型，再加上脉宽延时程序即可。
5.1 PID控制算法
在计算机控制过程中，整个过程采用的是数值计算方法，当采样周期足够小时，这种数值近似计算相当谁确，使离散的被控过程与连续过程相当接近。图5-1为单片机闭环控制系统框图。PID算法是将描述连续过程的微分方程转化为差分方程，然后，根据差分方程编制计算程序来进行控制计算的。
单片机控制系统 脉冲发放电路 生产过程 转速检测电路 图5-1 单片机闭环控制系统框图
5.1.1 位置式PID的控制算法
如前所述PID调节的微分方程见公式（5-1）
y?kp(e?1Ti?t0edt?Tdde)?y0 dt公式（5-1）
将此微分方程写成对应的差分方程形式。
e?e1nyn?kp[en??ekT?Td(nn?1)]?y0
Tik?0T公式（5-2）
公式（5-2）式中en-第n次采样周期内所获得的偏差信号；en?1-第n-1次采样
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周期内所获得的偏差信号；T-采样周期；yn-调节器第rt次控制变量的输出；为了编写计算机程序的方便，现将公式（5-2）写成下列形式
yn?kpen?ka?ek?kb(en?en?1)?y0
k?0n公式（5-3）
公式（5-3）中ka?kp*TTi，kb?kp*TdT。因为采样周期T，积分常数Ti和微
分常数Td选定后皆为常数，因此ka及kb必为常。当调整参数改善控制性能时，也只须调整kp、ka和kb的大小即可。
5.1.2 增量式PID的控制算法
在位置式PID控制算法中，每次的输出与控制偏差e过去整个变化过程相关，这样由于偏差的累加作用很容易产生较大的累积偏差，使控制系统出现不良的超调现象。
由公式（5-4）可得：
yn?2e?e1n?1?kp[en?2??ekT?Td(n?2n?2)]?y0
Tik?0T公式（5-4）
用（5-4）式减去（5-6）式，可得增量式PID的算式：
?yn?kp[(en?en?1)?TT*en?d(en?2en?1?en?2)] TiT公式（5-5）
其中，?yn?yn?yn?1
为了编写程序方便，将(5-5)式改写成下列形式
?yn?A*en?B*en?1?C*en?2
公式（5-6）
式中：A?kp(1?TTTTd?)，B??kp(1?2d)，C?kp*d
TTTiT从增量式PID的算式中可知，只要知道了现时以前的三次采样周期内的偏差
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