基于单片机的直流电机转速PID控制设计详解

本文档详细介绍了基于单片机的直流电机转速PID控制系统的设计，旨在实现对电机转速的精确控制和实时显示。设计主要包括以下几个关键部分： 1. 直流电机选型与工作原理： 学员需选择一款直流电机，并深入理解其工作原理，包括电磁场作用、电枢绕组和换向器等结构如何协同工作，以及转速与输入电流的关系。 2. PID控制原理： PID（比例-积分-微分）控制器是核心部分，用于根据设定的转速目标和实际转速的偏差，自动调整电机驱动信号，以达到稳态精度±5r/min的要求。PID控制方框图展示了整个控制系统的逻辑流程。 3. 硬件设计： 硬件设计包含PID控制电路、复位电路、键盘输入、显示电路、串行通信电路和温度检测模块。PID控制电路负责调节电机，复位电路确保单片机初始化，键盘用于用户交互，DS18B20用于实时监测电机运行环境温度。 4. 软件设计： 软件设计流程图展示程序执行顺序，包括直流电机控制子程序，使用定时器0进行定时计算，以及温度检测子程序。外部中断INT1用于捕捉电机转速变化，一号单片机利用定时器1生成串行通信所需的波特率。 5. 调试与运行结果： 设计完成后，学员需要通过实际操作进行系统调试，验证PID控制的效果，确保电机能在指定的转速范围内稳定运行，并记录运行结果，如实际转速与设定值的比较。 6. 课程设计体会： 通过这次设计，学生将加深对单片机工作原理、硬件设计和控制理论的理解，同时锻炼了实践能力和问题解决能力。 在整个设计过程中，参考了《单片机原理与接口技术》和《单片机微型计算机原理与接口技术》两本书籍，为设计提供了理论基础。 这份文档提供了一个完整的设计过程，涵盖了从硬件选择到软件编程，再到系统测试的各个环节，是学习和研究单片机控制技术的一个实用案例。