基于 51 单片机的 PID 算法控制电机转速-洪萨配资

基于51单片机的pid算法控制电机转速可以通过按键设置电机转速，结合定时器跟用外部中断检测脉冲，得出当前电机转速，再利用pid算法进行纠正，并将当前转速显示在LCD1602上面包括程序代码+protues仿真

在嵌入式系统开发中，电机转速控制是一个经典且实用的问题。今天咱们就来聊聊如何基于 51 单片机，利用 PID 算法实现电机转速的精准控制，同时还能通过按键设置转速，并且把当前转速显示在 LCD1602 上。

整体思路

要实现这个功能，我们需要几个关键步骤。首先，利用按键来设置我们期望的电机转速；接着，借助定时器和外部中断检测电机的脉冲，从而计算出当前电机的实际转速；然后，使用 PID 算法对实际转速和期望转速进行比较，根据误差来调整电机的控制信号，让实际转速尽可能接近期望转速；最后，把当前的电机转速显示在 LCD1602 上。

硬件准备

我们主要用到 51 单片机、电机驱动模块、按键、LCD1602 显示屏以及电机。在 Proteus 仿真中，我们可以模拟这些硬件的连接和工作。

程序代码及分析

1. 初始化部分

#include <reg52.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit RS = P2^0; sbit EN = P2^1; sbit K1 = P3^2; // 按键 1，用于增加转速 sbit K2 = P3^3; // 按键 2，用于减少转速 sbit IN1 = P1^0; sbit IN2 = P1^1; sbit ENA = P1^2; uchar code table[] = "Speed:"; uint set_speed = 50; // 初始设定转速 uint real_speed = 0; // 实际转速 uint count = 0; // 脉冲计数 uint pid_output = 0; // 定时器 0 初始化 void Timer0_Init() { TMOD |= 0x01; TH0 = (65536 - 1000) / 256; TL0 = (65536 - 1000) % 256; ET0 = 1; EA = 1; TR0 = 1; } // 外部中断 0 初始化 void Int0_Init() { IT0 = 1; EX0 = 1; EA = 1; } // LCD1602 写命令 void Write_Command(uchar command) { RS = 0; P0 = command; EN = 1; _nop_(); EN = 0; delay(5); } // LCD1602 写数据 void Write_Data(uchar dat) { RS = 1; P0 = dat; EN = 1; _nop_(); EN = 0; delay(5); } // LCD1602 初始化 void LCD_Init() { Write_Command(0x38); Write_Command(0x0c); Write_Command(0x06); Write_Command(0x01); }

代码分析：这部分代码主要完成了一些初始化工作。包括定义了一些引脚和变量，对定时器 0 和外部中断 0 进行初始化，以及对 LCD1602 的初始化。定时器 0 用于定时，外部中断 0 用于检测电机的脉冲。LCD1602 的初始化则是为了后续能够正常显示转速信息。

2. 按键处理部分

// 按键扫描 void Key_Scan() { if (K1 == 0) { delay(10); if (K1 == 0) { set_speed += 10; if (set_speed > 255) set_speed = 255; while (K1 == 0); } } if (K2 == 0) { delay(10); if (K2 == 0) { set_speed -= 10; if (set_speed < 0) set_speed = 0; while (K2 == 0); } } }

代码分析：这个函数用于扫描按键。当检测到按键按下时，先进行消抖处理，然后根据按下的是哪个按键来增加或减少设定的转速。同时，对转速进行了范围限制，确保不会超出合理范围。

3. PID 算法部分

// PID 参数 float Kp = 1.0; float Ki = 0.1; float Kd = 0.01; float err = 0; float err_sum = 0; float err_last = 0; // PID 计算 uint PID_Calculate() { err = set_speed - real_speed; err_sum += err; pid_output = Kp * err + Ki * err_sum + Kd * (err - err_last); err_last = err; if (pid_output > 255) pid_output = 255; if (pid_output < 0) pid_output = 0; return (uint)pid_output; }

代码分析：PID 算法是整个系统的核心。这里定义了三个 PID 参数：比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd。通过计算设定转速和实际转速的误差err，并对误差进行积分和微分运算，得到最终的控制输出pid_output。同时，对输出进行了范围限制，确保不会超出 PWM 的范围。

4. 主函数部分

void main() { Timer0_Init(); Int0_Init(); LCD_Init(); while (1) { Key_Scan(); pid_output = PID_Calculate(); ENA = pid_output; // 输出 PWM 控制电机 // 显示转速 Write_Command(0x80); for (uchar i = 0; i < 6; i++) { Write_Data(table[i]); } Write_Command(0x86); Write_Data(real_speed / 100 + 0x30); Write_Data((real_speed % 100) / 10 + 0x30); Write_Data(real_speed % 10 + 0x30); } } // 定时器 0 中断服务函数 void Timer0_ISR() interrupt 1 { TH0 = (65536 - 1000) / 256; TL0 = (65536 - 1000) % 256; real_speed = count; // 计算实际转速 count = 0; } // 外部中断 0 服务函数 void Int0_ISR() interrupt 0 { count++; }

代码分析：主函数中首先进行了各种初始化操作，然后进入一个无限循环。在循环中，不断扫描按键，调用 PID 算法进行计算，并将计算结果输出到电机驱动引脚ENA上，实现对电机转速的控制。同时，将当前的实际转速显示在 LCD1602 上。定时器 0 中断服务函数用于定时计算实际转速，外部中断 0 服务函数用于检测电机的脉冲，每检测到一个脉冲，count就加 1。

Proteus 仿真

在 Proteus 中，我们可以搭建好硬件电路，将编写好的程序烧录到 51 单片机中进行仿真。通过观察电机的转速变化以及 LCD1602 上显示的转速信息，来验证我们的程序是否正常工作。

总结

通过以上的步骤，我们就实现了基于 51 单片机的 PID 算法控制电机转速的功能。利用按键可以方便地设置期望转速，通过定时器和外部中断检测实际转速，再借助 PID 算法进行调整，最终将转速信息显示在 LCD1602 上。这个项目不仅加深了我们对 51 单片机的理解，也让我们对 PID 算法有了更深入的认识。

大家在实现的过程中可能会遇到一些问题，比如 PID 参数的调整。不同的电机和应用场景可能需要不同的 PID 参数，大家可以多尝试，找到最适合自己的参数。希望这篇文章对大家有所帮助！