基于stm8的pid控制器課程設(shè)計(jì)

ID:83710 · 發(fā)表于 2015-6-25 02:35

孫鵬
摘要：

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的電子設(shè)備開始變得智能化。對(duì)于傳統(tǒng)pid控制法，在一些簡(jiǎn)單，精度要求低的場(chǎng)所下，起著很重要的作用，本文介紹實(shí)習(xí)過程中做pid電機(jī)調(diào)速的一些心得。

一題目要求：

本題是以8/16位微控制器為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)小型直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速功能，設(shè)計(jì)PID數(shù)字控制器。

具體設(shè)計(jì)要求：熟悉微控制器，選擇適合的微控制器芯片；設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速編碼檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制設(shè)計(jì)，電機(jī)速度由按鍵分段給定或電位器連續(xù)給定，數(shù)碼管跟蹤顯示當(dāng)前給定速度和電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)在線顯示和修改；完成硬件電路設(shè)計(jì)和測(cè)控程序的設(shè)計(jì)；文擋整理，撰寫報(bào)告。

二題目理解：

因?yàn)橹昂噶肆?font face="Times New Roman">stm8開發(fā)板，而stm8作為意法半導(dǎo)體的一款8位mcu，自帶ad,定時(shí)器，捕獲，電機(jī)控制pwm波，完全能夠滿足題目8位微處理器的要求。實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)閉環(huán)控制，即需要用pid 控制，因?yàn)橹帮L(fēng)馳電掣比賽上有看過，所以代碼也很簡(jiǎn)單。

我選用的是stm103k3t6,8kflash,1kram，640bitepprom.內(nèi)置高級(jí)定時(shí)器time1，通用定時(shí)器（16位）timer2,8位定時(shí)器time4.電機(jī)使用廢棄的剃須刀上的馬達(dá)，傳感器是用100k的光敏電阻和100mw的激光頭，電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用航模通用nmos管st2302.使用鋰電池供電，lcd1602作為顯示模塊，紅外遙控作為控制鍵盤。

三硬件設(shè)計(jì)3.1CPU選擇因?yàn)?font face="Times New Roman">stm32是32位單片機(jī)，而430是16位單片機(jī)，c51為8位單片機(jī)。用stm32和430均可實(shí)現(xiàn)本題的要求，但用c51來(lái)完成本題恐怕有些挑戰(zhàn)性。為了用最簡(jiǎn)單的方法完成本題，我選用了stm8103k3t6.8位單片機(jī)中性價(jià)比之王。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖一所示：

圖一

3.2顯示模塊： 因?yàn)轭}目要求顯示模塊需要顯示當(dāng)前速度和設(shè)定速度外，還需要能夠修改pid的參數(shù)，所以選擇了最通用的顯示屏幕lcd1602.
3.3控制模塊

因?yàn)橹坝眠^按鍵掃描和按鍵中斷的函數(shù)，但發(fā)現(xiàn)按鍵需要延時(shí)，很浪費(fèi)CPU資源，所以選擇用紅外發(fā)射接收模塊。既可拓展功能，又可節(jié)省CPU資源，最大的好處就是不用觸摸按鍵，桌面的抖動(dòng)可能導(dǎo)致光電傳感器檢測(cè)到的計(jì)數(shù)脈沖不準(zhǔn)確。

3.4電源部分

電源為自己手機(jī)電池，系統(tǒng)工作電流120ma-200ma，待機(jī)電流80ma左右。而電池的電量為2100ma/h。實(shí)際在帶電機(jī)工作情況下可以工作5小時(shí)上。

為了方便電池充電，本系統(tǒng)自帶鋰電池專用充電芯片tp4056.

為了給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的5v電源，本系統(tǒng)采用了專用700ma5v升壓模塊，實(shí)際測(cè)得升壓模塊輸出電壓為5.1-5.2v�？梢越o系統(tǒng)大部分電路供電。

3.5驅(qū)動(dòng)模塊

為了給電機(jī)添上驅(qū)動(dòng)，我開始考慮到lm298,但其體積龐大，需要7v以上電源。但我發(fā)現(xiàn)了一款實(shí)用的nmos管st2302，航模經(jīng)典驅(qū)動(dòng)芯片，3.3v就可以驅(qū)動(dòng)。所以按照網(wǎng)上的電路圖給焊接起來(lái)，發(fā)現(xiàn)確實(shí)管用。

3.6傳感器

因?yàn)槭稚嫌屑す忸^和光敏電阻，所以選擇了激光頭打在光敏電阻上產(chǎn)生脈沖波，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量。由邏輯器件產(chǎn)生電壓比較輸出脈沖波，由穩(wěn)壓二極管1n4733產(chǎn)生3.3v電壓，供單片機(jī)采集脈沖。

四軟件設(shè)計(jì)4.1pwm波生成    Pwm波由定時(shí)器2產(chǎn)生，初始化為1khz的spwm波，占空比設(shè)置為1/10.通過在程序中調(diào)節(jié)定時(shí)器相關(guān)寄存器值可以改變pwm波的占空比。
4.2lcd顯示    因?yàn)槭怯眠b控控制lcd1602的翻頁(yè)和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，所以我選擇每1.4slcd屏幕上字幕刷新一次。如果刷新時(shí)間太短，紅外遙控可能無(wú)法工作。當(dāng)刷新時(shí)間太快時(shí)，字幕跳的太快會(huì)看不清字幕。
4.3脈沖捕獲 我采用的是stm8外部中斷源，當(dāng)pc1捕獲到上升沿時(shí)，改為下降沿捕獲，連續(xù)一次上升沿和一次下降沿為一個(gè)周期，通過定時(shí)器4算出10個(gè)周期內(nèi)時(shí)間，這樣算10次，去掉最高值和最低值，即為平均值。

4.4pid算法 因?yàn)?font face="Times New Roman">pi,pk,pd均為float值，而系統(tǒng)時(shí)鐘只用16MHZ，用c語(yǔ)言編寫需要消耗上百條指令周期，所以我將pid算法放入定時(shí)器4運(yùn)算，每200ms運(yùn)算一次。

                                                                                                   程序是我一個(gè)一個(gè)敲進(jìn)去的

#pragma vector=0x07 // 這里很關(guān)鍵！看下面說(shuō)明。
__interrupt void EXTI_PC1(void)
{
  asm("sim");
  switch(EXTI_CR1)
  {
  case 0x10:EXTI_CR1=0x20;exit_flag=1;break;
  case 0x20:EXTI_CR1=0x10;exit_flag=2;break;
  default :exit_flag=0;break;
  }
if(exit_flag==2)
{
t++;
exit_flag=0;
if(t%10==0)
{
   ulong chaju;
   now_nus=TIM4_CNTR;
   now_ms=cishu;
   chaju_ms=now_ms-last_ms;
if(cishu_flag==1)
{
   cishu_flag=0;
   chaju_ms=30000+now_ms-last_ms;
}
   chaju_nus=now_nus-last_nus;
   chaju=chaju_ms*250+chaju_nus;
   now_rads=(1250000/chaju);
   last_nus=now_nus;
   last_ms=now_ms;
   last_rads[rads_flag++]=now_rads;
   if(rads_flag==10)
      rads_flag=0;

pid_error1=pid_error;
pid_error=set_rads-now_rads;

   pid_dt2=pid_dt1;
   pid_dt1=pid_error-pid_error1;
   last_radsss=last_radss;
   last_radss =now_rads;
}
}

asm("rim");
}

#pragma vector=TIM4_OVR_UIF_vector//0x19
__interrupt void TIM4_OVR_UIF_IRQHandler(void)//對(duì)應(yīng)IAP的中斷地址：0x8060
{
   ++cishu;

   TIM4_SR=0x00;
   if(cishu==29999)
   {
      cishu_flag=1;
      cishu=0;
      minute++;
   ds1820_flag=0;
   }
   if(cishu%100==0)
   pid_caculate();

}
//pid算法核心
void pid_caculate()
{
int ppk,ppi,ppd;
ppk=(int)((long)(((int)(pk*100))*(pid_error))/100);
ppi=(int)((long)(((int)(pi*100))*(pid_error-pid_error1))/100);
ppd=(int)((long)(((int)(pd*100))*(pid_dt1-pid_dt2))/100);
pid_out+=ppk-ppi+ppd;
if(pid_out>2000)pid_out=2000;
if(pid_out<800)pid_out=800;
TIM2_CCR1H =pid_out/256;
TIM2_CCR1L = pid_out%256;
}

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