51單片機控制直流電機

1、江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院項目設(shè)計報告項目： 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)學(xué)生姓名 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 完成日期 2012年6月10日摘要電機在各行各業(yè)發(fā)揮著重要的作用,而電機轉(zhuǎn)速是電機重要的性能指標之一,因而測量電機的轉(zhuǎn)速和電機的調(diào)速,使它滿足人們的各種需要,更顯得重要，而且隨著科技的發(fā)展,pwm調(diào)速成為電機調(diào)速的新方式。隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，微控制器在社會的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，由于數(shù)字系統(tǒng)有著模擬系統(tǒng)所沒有的優(yōu)勢，如抗干擾性強、便于和pc機相聯(lián)、系統(tǒng)易于升級維護。本設(shè)計是以單片機at89s52和l298控制的直流電機脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。利用at89s52芯片進行低成本直流電動機控制系統(tǒng)的設(shè)計

2、，能夠簡化系統(tǒng)構(gòu)成、降低系統(tǒng)成本、增強系統(tǒng)性能、滿足更多應(yīng)用場合的需要。系統(tǒng)實現(xiàn)對電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、加速、減速的控制，以及pwm的占空比在lcd上的實時顯示。關(guān)鍵詞 直流電機；at89s52；pwm調(diào)速；l298abstractmotors play important roles in all walks of life and the rotation speed of motors is one of the vatal performance indexs.in addition,it is more important to meet peoples demands by te

3、sting the rotation speed and the speed governing of motors.whats more ,with the development of science,a new way of speed governing turned up which called pwm.with the rapid development of digital technology, micro-controller in all areas of society have been widely used.because digital system has m

4、any advantages which analog system does not have,such as strong anti-interference, simple interface with the pc, easy upgrade and maintenance for system. this project is a speed governing system of the pulse width of dc motor controlled by microcontroller at89s52 and l298.making the use of the chip

5、of at89s52 ,i design a controlling system of dc motor of low cost.it can simplify the system structure reduce system cost,strengthen system performance and meet more needs from more applications.and the system can control the corotation,reversal,scraming,accelerating and slowdown of motors and displ

6、ay the duty ratio of pwm on lcd in real time.keywords dc motor at89s52 pmw speed automatic l298目 錄摘 要iabstracti目 錄ii第一章 緒論11.1直流電機的介紹11.2單片機的介紹1第二章 總體方案22.1系統(tǒng)框架設(shè)計22.2設(shè)計思路2第三章各模塊的介紹33.1 pwm脈寬調(diào)制原理33.2系統(tǒng)硬件設(shè)計33.4獨立式鍵盤控制模塊33.5 l298電機驅(qū)動模塊33.6光電測速模塊33.7 lcd顯示模塊33.8系統(tǒng)軟件設(shè)計3第四章 結(jié)論44.1總結(jié)和感想4致 謝5參考資料6說明：61、對于著作

7、類參考文獻依次為:主編名、著作名稱m、出版地址、出版社名稱、出版年份、頁碼（參考上例1）。62、對于期刊類參考文獻依次為:作者名、文章名、期刊名j，年份、卷號（期號）、頁碼（參考上例2）。61 緒論1.1直流電機 1.1.1直流電機的發(fā)展直流電動機在冶金、礦山、化工、交通、機械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。而以往直流電動機的控制只是簡單的控制，很難進行調(diào)速，不能實現(xiàn)智能化。如今，直流電動機的調(diào)速控制已經(jīng)離不開單片機的支持，單片機應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展促進了自動控制技術(shù)的發(fā)展，使人類社會步入了自動化時代，單片機應(yīng)用技術(shù)與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉融合，促進了學(xué)科發(fā)展和專業(yè)更新，引發(fā)了新興交叉學(xué)科與技

8、術(shù)的不斷涌現(xiàn)。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，改變了世界，也改變了人類的生活。由于單片機的體積小、重量輕、功能強、抗干擾能力強、控制靈活、應(yīng)用方便、價格低廉等特點，計算機性能的不斷提高，單片機的應(yīng)用也更加廣泛特別是在各種領(lǐng)域的控制、自動化等方面。在實際應(yīng)用中，電動機作為把電能轉(zhuǎn)換為機械能的主要設(shè)備，一是要具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率；二是應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求調(diào)整轉(zhuǎn)速。電動機的調(diào)速性能如何對提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。因此，調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點。1.1.2直流電機控制方法和工作原理直流電動機轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類：勵磁控制法與電樞電壓控制法。勵磁控制法控制磁通，其控制功

9、率雖然小但低速時受到磁場飽和的限制，高速時受到換向火花和轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)強度的限制，而且由于勵磁線圈電感較大動態(tài)響應(yīng)較差。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法。傳統(tǒng)的改變端電壓的方法是通過調(diào)節(jié)電阻來實現(xiàn)的，但這種調(diào)壓方法效率低。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造了許多新的電樞電壓控制方法。其中脈寬調(diào)制（pulse width modulation,pwm）是常用的一種調(diào)速方法。其基本原理是用改變電機電樞電壓的接通和斷開的時間比（即占空比）來控制馬達的速度，在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中當電機通電時，其速度增加，電機斷電時其速度降低。只要按照一定的規(guī)律改變通斷電的時間，就可使電機的速度保持在一穩(wěn)定值上。

10、直流電機可按其結(jié)構(gòu)、工作原理和用途等進行分類，其中根據(jù)直流電機的用途可分為以下幾種：直流發(fā)電機（將機械能轉(zhuǎn)化為直流電能）、直流電動機（將直流電能轉(zhuǎn)化為機械能）、直流測速發(fā)電機（將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號）、直流伺服電動機（將控制信號轉(zhuǎn)換為機械信號）。直流電機電路模型如圖1-1所示，磁極n、s間裝著一個可以轉(zhuǎn)動的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個線圈abcd。當線圈中流過電流時，線圈受到電磁力作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則可知，當流過線圈中電流改變方向時，線圈的方向也將改變，因此通過改變線圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機的方向。直流電機模型見圖1-1。 圖1-1 直流電動機電路模型1.2單片機及微處理器

11、控制系統(tǒng)的發(fā)展單片微型計算機的誕生是計算機發(fā)展史上的一個新的里程碑。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和進步，以及市場對產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高，直流電動機的應(yīng)用更加廣泛，尤其是在智能機器人中的應(yīng)用。直流電動機的起動和調(diào)速性能、過載能力強等特點顯得十分重要，為了能夠適應(yīng)發(fā)展的要求，單閉環(huán)直流電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心單片機，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、大存儲容量和強i/o功能等方向發(fā)展。隨著計算機檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機已越來越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的控制、自動化、智能化等方面，特別是在直流電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)中。這是因為單片機具有很

12、多優(yōu)點：體積小，功能全，抗干擾能力強，可靠性高，結(jié)構(gòu)合理，指令豐富，控制功能強，造價低等。所以選用單片機作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個系統(tǒng)的可靠性和可行性。早期直流傳動的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。隨著計算機控制技術(shù)的發(fā)展，微處理器已經(jīng)廣泛使用于直流傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微處理器以數(shù)字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度、可靠性和穩(wěn)定性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。所以，直流傳動控制采用微處理器實現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進入一個嶄新的階

13、段。微處理器誕生于上個世紀七十年代，隨著集成電路大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微處理器的性價比越來越高。此外，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，制作工藝的提升，使得大功率電子器件的性能迅速提高。為微處理器普遍用于控制電機提供了可能，利用微處理器控制電機完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機的性能更符合工業(yè)生產(chǎn)使用要求，還促進了電機生產(chǎn)商研發(fā)出各種如步進電機、無刷直流電機、開關(guān)磁阻電動機等便于控制且實用的新型電機，使電機的發(fā)展出現(xiàn)了新的變化。對于簡單的微處理器控制電機，只需利用用微處理器控制繼電器、電子開關(guān)元器件，使電路開通或關(guān)斷就可實現(xiàn)對電機的控制?，F(xiàn)

14、在帶微處理器的可編程控制器，已經(jīng)在各種的機床設(shè)備和各種的生產(chǎn)流水線中普遍得到應(yīng)用，通過對可編程控制器進行編程就可以實現(xiàn)對電機的規(guī)律化控制。對于復(fù)雜的微處理器控制電機,則要利用微處理器控制電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等，使電機按給定的指令準確工作。通過微處理器控制，可使電機的性能有很大的提高。目前相比直流電機和交流電機他們各有所長，如直流電機調(diào)速性能好，但帶有機械換向器，有機械磨損及換向火花等問題；交流電機，不論是異步電機還是同步電機，結(jié)構(gòu)都比直流電機簡單，工作也比直流電機可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運行時，它們的速度不能方便而經(jīng)濟地調(diào)節(jié)2。高性能的微處理器如dsp (digital sig

15、nal processor即數(shù)字信號處理器)的出現(xiàn)，為采用新的控制理論和控制策略提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，使電機傳動的自動化程度大為提高。在先進的數(shù)控機床等數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，已經(jīng)采用了如dsp等的高速微處理器，其執(zhí)行速度可達數(shù)百萬兆以上每秒，且具有適合的矩陣運算。2總體方案2.1系統(tǒng)框架設(shè)計方案說明：直流電機pwm調(diào)速系統(tǒng)以at89s52單片機為控制核心，由命令輸入模塊、lcd顯示模塊及電機驅(qū)動模塊組成。采用獨立式鍵盤作為命令的輸入，單片機在程序控制下，定時不斷給l298直流電機驅(qū)動芯片發(fā)送pwm波形，完成電機正，反轉(zhuǎn)和急?？刂?；同時單片機不停的將pwm脈寬調(diào)制占空比送到lcd數(shù)碼管完成實時顯示，

16、見圖2-1。圖2-1 系統(tǒng)框架設(shè)計采用傳統(tǒng)的直流電機調(diào)速系統(tǒng)的模擬電路容易隨時間漂移，會產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對噪聲敏感等。而在用了pwm技術(shù)后，避免了以上的缺陷，實現(xiàn)了用數(shù)字方式來控制模擬信號，可以大幅度降低成本和功耗。另外，由于pwm 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高,僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流，低速特性好；同樣,由于開關(guān)頻率高,快速響應(yīng)特性好,動態(tài)抗干擾能力強,可以獲得很寬的頻帶;開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài),主電路損耗小,裝置效率高。pwm 具有很強的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟等特點。2.2設(shè)計思路直流電機pwm控制系統(tǒng)的主要功能包括：實現(xiàn)對直流電機的加速、減速以及電機的

17、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和急停，能夠很方便的實現(xiàn)電機的智能控制。主體電路：即直流電機pwm控制模塊。這部分電路主要由at89s52單片機的i/o端口、定時計數(shù)器、外部鍵盤等控制直流電機的加速、減速以及電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，能夠很方便的實現(xiàn)電機的智能控制。其間是通過at89s52單片機產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號并輸入到l298驅(qū)動芯片來控制直流電機工作的。該直流電機pwm控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成：設(shè)計輸入部分：這一模塊主要是利用獨立式鍵盤來實現(xiàn)對直流電機的加速、減速以及電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和急停控制。設(shè)計控制部分：主要由at89s52單片機的外部鍵盤擴展電路組成。直流電機pwm控制實現(xiàn)部分主要由一些二極管、電機和l29

18、8直流電機驅(qū)動模塊組成。設(shè)計測速部分：主要有光電對管和at89s52實現(xiàn)。設(shè)計顯示部分： lcd數(shù)碼管顯示部分，實現(xiàn)對速度實時顯示。3 pwm脈寬調(diào)制原理3.1 pwm調(diào)速原理pwm（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負載兩端的電壓，從而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。pwm可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。在pwm驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機的轉(zhuǎn)速。也正因為如此，pwm又被稱為“

19、開關(guān)驅(qū)動裝置”，見圖3-1所示。圖3-1 pwm信號的占空比設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為vmax，設(shè)占空比為d= t1 / t，則電機的平均速度為va = vmax * d，其中va指的是電機的平均速度；vmax 是指電機在全通電時的最大速度；d = t1 / t是指占空比。由上面的公式可見，當我們改變占空比d=t1/t時，就可以得到不同的電機平均速度va,從而達到調(diào)速的目的。嚴格來說，平均速度va與占空比d并非嚴格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似的看成是線性關(guān)系。3.2 pwm調(diào)速方法基于單片機類由軟件來實現(xiàn)pwm：在pwm調(diào)速系統(tǒng)中占空比d是一個重要參數(shù)在電源電壓u

20、d不變的情況下，電樞端電壓的平均值取決于占空比d的大小，改變d的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達到調(diào)速的目的。改變占空比d的值有三種方法：a、定寬調(diào)頻法：保持t1不變，只改變t2，這樣使周期(或頻率)也隨之改變。b、調(diào)寬調(diào)頻法：保持t2不變，只改變t1，這樣使周期(或頻率)也隨之改變。c、定頻調(diào)寬法：保持周期t(或頻率)不變，同時改變t1和t。前兩種方法在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期(或頻率)，當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此常采用定頻調(diào)寬法來改變占空比從而改變直流電動機電樞兩端電壓。利用單片機的定時計數(shù)器外加軟件延時等方式來實現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整，此種方式可簡化硬件電路

21、，操作性強等優(yōu)點。3.3 pwm實現(xiàn)方式方案一：采用定時器做為脈寬控制的定時方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個us。方案二：采用軟件延時方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。故采用方案一。3.4 pwm控制流程圖在本設(shè)計中pwm脈沖調(diào)制的控制流程見下圖3-2。圖3-2 pwm控制流程4系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1系統(tǒng)基本組成4.1.1硬件模塊組成（1）單片機控制模塊(主)（2）光電對管測速（主）（3）l298電機驅(qū)動模塊（4）獨立鍵盤控制模塊（5）lcd顯示模塊4.1.2單片機整個控制模塊直流電機調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊見下圖4-14.1.2單片機整個控制模塊直

22、流電機調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊見圖4系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1系統(tǒng)基本組成4.1.1硬件模塊組成（1）單片機控制模塊（2）l298電機驅(qū)動模塊（3）lcd顯示模塊（4）獨立鍵盤控制模塊4.1.2單片機整個控制模塊直流電機調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊這里利用定時計數(shù)器讓單片機p2口的p2.7引腳輸出占空比不同的方波，然后經(jīng)驅(qū)動芯片l298放大后控制直流電機。驅(qū)動芯片的輸入電壓是兩引腳的電壓差，在調(diào)速時一根引腳線為低電平，另一個引腳產(chǎn)生調(diào)速方波，這樣兩個引腳的電壓差就可通過控制其中一個引腳來控制。當需要改變電機轉(zhuǎn)動方向時，兩個引腳的輸出相反。 定時計數(shù)器50us中斷一次，就使p2.7產(chǎn)生一個高電平或低電平。占空比為高電平

23、脈沖個數(shù)占一個周期總脈沖個數(shù)的百分數(shù)。一個周期加在電機兩端的電壓為脈沖高電壓乘以占空比。占空比越大，加在電機兩端的電壓越大，電機轉(zhuǎn)動越快。電機的平均速度等于在一定的占空比下電機的最大速度乘以占空比。當我們改變占空比時，就可以得到不同的電機平均速度，從而達到調(diào)速的目的。4.2 at89s52的簡介4.2.1 at89s52主要性能at89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲器。使用atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的

24、8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。與mcs-51單片機產(chǎn)品兼容；8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程flash存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0hz33hz；三級加密程序存儲器；32個可編程i/o口線；三個16位定時器/計數(shù)器；六個中斷源；全雙工uart串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；看門狗定時器；雙數(shù)據(jù)指針；掉電標識符。4.2.2 at89s52各引腳功能介紹圖4-2 at89s52單片機各引腳 at89s52 有6個中斷源：兩個外部中斷（int0 和int1），三個定時中斷（定時器0、1、2）和一個串行

25、中斷。這些中斷每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器ie中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。ie還包括一個中斷允許總控制位ea，它能一次禁止所有中斷。 at89s52內(nèi)部具有看門狗定時器及3個16位可編程定時器/計數(shù)器。16位是指他們都是由16個觸發(fā)器構(gòu)成，故最大計數(shù)模值為?？删幊淌侵杆鼈兊墓ぷ鞣绞接芍噶顏碓O(shè)置，或者當計數(shù)器用，或者當定時器用，并且記數(shù)（定時）的范圍也可以由指令來設(shè)置。這種控制功能是通過定時器方式控制器tmod來完成的。 存儲器結(jié)構(gòu)：mcs-51器件有單獨的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以64k尋址。程序存儲器：如果ea引腳接地，程序讀取只

26、從外部存儲器開始。對于 89s52，如果ea 接vcc，程序讀寫先從內(nèi)部存儲器（地址為0000h1fffh）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000hffffh。數(shù)據(jù)存儲器：at89s52 有256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。4.3獨立式鍵盤控制模塊4.3.1獨立式鍵盤獨立式鍵盤的按鍵相互獨立，每個按鍵接一根i/o口線，一根i/o口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它i/o口線的工作狀態(tài)。因此，通過檢測i/o口線的電平狀態(tài)，即可判斷鍵盤上哪個鍵被按下，獨立式鍵盤見圖4-12。圖4-12 獨立式鍵盤4.3.2本系統(tǒng)中獨立式鍵盤與單片機的鏈接本設(shè)計中有五個獨立式按鍵，分別控制電機的加速、減速、正反轉(zhuǎn)、急停和

27、系統(tǒng)的復(fù)位，獨立式按鍵與單片機的具體連接4.4 l298電機驅(qū)動模塊4.4.1 l298電機驅(qū)動簡介l298是sgs公司的產(chǎn)品，l298n為15個管角的單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，設(shè)計用l298n來接收dtl或者ttl邏輯電平，驅(qū)動感性負載(比如繼電器，直流和步進馬達)和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路，其額定工作電流為 1 a，最大可達 1.5 a，vss 電壓最小 4.5 v，最大可達 46 v；vs 電壓最大值也是 46 v。l298n可直接對電機進行控制，無須隔離電路，可以驅(qū)動雙電機。4.4.2 l298內(nèi)部的原理l298內(nèi)部h橋電路,電路得名于“h橋驅(qū)動電路”

28、是因為它的形狀酷似字母h。4個三極管組成h的4條垂直腿，而電機就是h中的橫杠。如圖所示，h橋式電機驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。例如，如圖4-5所示，當q1管和q4管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng)q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)q4回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動。當三極管q1和q4導(dǎo)通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。圖4-5 h橋

29、電路驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動另一對三極管q2和q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機。當三極管q2和q3導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向,上圖反方向）。驅(qū)動電機時，保證h橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導(dǎo)通非常重要。如果三極管q1和q2同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負載，因此電路上的電流就可能達到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管?；谏鲜鲈?，在實際驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。4.4.4 l298的邏輯功能當使能端為高電平時，輸入端in1為pwm信

30、號,in2為低電平信號時,電機正轉(zhuǎn)；輸入端in1為低電平信號，in2為pwm信號時,電機反轉(zhuǎn);in1與in2相 同時,電機快速停止。當使能端為低電平時,電動機停止轉(zhuǎn)動。在對直流電動機電壓的控制和驅(qū)動中，半導(dǎo)體功率器件(l298)在使用上可以分為兩種方式：線性放大驅(qū)動方式和開關(guān)驅(qū)動方式。線性放大驅(qū)動方式是半導(dǎo)體功率器件工作在線性區(qū)，優(yōu)點是控制原理簡單，輸出波動小，線性好，對鄰近電路干擾小，缺點為功率器件工作在線性區(qū)，功率低和散熱問題嚴重。開關(guān)驅(qū)動方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈調(diào)制（pwm）來控制電動機的電壓，從而實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的控制,l298邏輯功能見表4-2。表4-2 l298邏

31、輯功能in1in2ena電機狀態(tài)xx0停止101順時針011逆時針000停止110停止4.4.6本系統(tǒng)中單片機與l298的連接l298為直流電機的驅(qū)動，在本設(shè)計中l(wèi)298與單片機以及直流電機的連接見4.6 光電測速模塊4.6.1光電測速的參數(shù)發(fā)射管:由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵)制成pn結(jié),外加正向偏置電壓時,向pn結(jié)注入電流激發(fā)紅外光. 接收管:光敏二極管或光敏三極管,pn結(jié)受照射后產(chǎn)生光電流. 紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光（近紅外線約0.93m ）。管壓降約1.4v ，正向工作電流一般小于20ma。實物圖：4.6.2光電測速的原理紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。

32、直射式指發(fā)光管和接收管相對安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管與接收管并列一起，平時接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光線遇到反射物時，接收管收到反射回來的紅外光線才工作。我們采用直射式，也就是碼盤紅外發(fā)射管的驅(qū)動有直流驅(qū)動和脈沖驅(qū)動兩種。紅外發(fā)射管在直流驅(qū)動方式下，只適合近距離傳輸。當紅外發(fā)射管在脈沖驅(qū)動方式下，最遠傳輸距離可達20米。光電對管的電路圖：測速模塊流程圖初始化t0、t1，然后開始定時器t0，接著開啟計數(shù)器t1，判斷是否滿足條件，然后關(guān)閉計數(shù)器用公式計算速度，送到顯示。4.5 lcd顯示模塊1602lcd簡介引腳功能說明1602lcd采用標準的14腳（無

33、背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3-1所示:表3-1：引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2數(shù)據(jù)2vdd電源正極10d3數(shù)據(jù)3vl液晶顯示偏壓11d4數(shù)據(jù)4rs數(shù)據(jù)/命令選擇12d5數(shù)據(jù)5r/w讀/寫選擇13d6數(shù)據(jù)6e使能信號14d7數(shù)據(jù)7d0數(shù)據(jù)15bla背光源正極8d1數(shù)據(jù)16blk背光源負極第1腳：vss為地電源。第2腳：vdd接5v正電源。第3腳：vl為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度。第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電

34、平時選擇指令寄存器。第5腳：r/w為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當rs和r/w共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當rs為低電平r/w為高電平時可以讀忙信號，當rs為高電平r/w為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：e端為使能端，當e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。1602lcd的ram地址映射及標準字庫表液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖3

35、-5是1602的內(nèi)部顯示地址。圖3-5 1602lcd內(nèi)部顯示地址例如第二行第一個字符的地址是40h，那么是否直接寫入40h就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位d7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000b（40h）+10000000b(80h)=11000000b(c0h)。在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（cgrom）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母

36、的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“a”的代碼是01000001b（41h），顯示時模塊把地址41h中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“a”。其中字符代碼與字符圖形對應(yīng)關(guān)系如圖3-6所示：液晶顯示模塊的設(shè)計本設(shè)計液晶顯示模塊的設(shè)計如上圖4-1所示,該電路實現(xiàn)的功能是：通過at89s52的p00p07八個口輸出控制信號，控制液晶的8位雙向數(shù)據(jù)線，通過單片機的p2.0、p2.1、p2.2向液晶模塊發(fā)送命令，控制液晶執(zhí)行各種命令，其中p2.2控制液晶的使能端，當e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令，p2.0控制液晶模塊的讀寫，高電平時

37、進行讀操作，低電平時進行寫操作。當p2.0和p2.1共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當p2.1為低電平p2.0為高電平時可以讀忙信號，當p2.1為高電平p2.0為低電平時可以寫入數(shù)據(jù),p2.1控制寄存器的選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。5系統(tǒng)軟件設(shè)計直接應(yīng)用at89s52的軟件方法實現(xiàn)pwm信號輸出，這比硬件實現(xiàn)pwm信號成本低,限制少,實現(xiàn)便捷。其流程圖如下所示。5.1主程序流程圖 主程序描述：首先運行程序主函數(shù)main,進行系統(tǒng)初始化，設(shè)置定時/計數(shù)器工作方式1，開啟t1中斷，定時50us。然后進行按鍵查詢，本系統(tǒng)有五個按鍵，加速、減速、正反轉(zhuǎn)、急停。如果有按

38、鍵按下，得到相對應(yīng)的脈沖w，最后利用lcd數(shù)碼管實時顯示速度。流程圖見下圖5.3總硬件圖結(jié)論通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我學(xué)到了許多書本上無法學(xué)到的知識,也使我深刻體會到單片機技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛。不僅讓我對學(xué)過的單片機知識有了很多的鞏固，同時也對單片機這一門課程產(chǎn)生了更大的興趣。通過本設(shè)計，較系統(tǒng)地掌握有關(guān)單片機控制的設(shè)計思想和設(shè)計方法，主要對51系列單片機的結(jié)構(gòu)、功能、及內(nèi)部資源,lcd顯示器等的了解，并對其進行測試和加以應(yīng)用的知識得到學(xué)習(xí)。在做畢業(yè)設(shè)計的初期階段沒有頭緒。在圖書館里、網(wǎng)上查閱資料，攻克了畢業(yè)設(shè)計中的道道難題。通過本次畢業(yè)設(shè)計實踐，我學(xué)到了許多東西，知道光靠書本上的東西是不夠的，需額

39、外去查資料。無論是在硬件還是軟件設(shè)計上，我都遇到了不少的問題，在克服困難的過程中，我學(xué)到了許多，特別是在課堂上學(xué)不到的東西如（pwm）。通過這次的畢業(yè)設(shè)計, 我體會到應(yīng)該掌握豐富的理論知識，理論知識是設(shè)計的前提，但同時又決不能局限于理論，要多動手才能將理論與實際工作聯(lián)系起來。在設(shè)計過程中，深深感受到自己在對一些器件的了解上，還存在很大差距，對它們的功能，參數(shù)都不是太熟悉。但是通過這次理論與實際的結(jié)合之后，認識比以前有不少提高，在系統(tǒng)硬件設(shè)計及軟件設(shè)計方面都有了長足的進步。致謝經(jīng)過近半學(xué)期的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲。在設(shè)計過程中，從理論到實踐，從構(gòu)建系統(tǒng)框圖到畫系統(tǒng)框圖，再到具體的電

40、路設(shè)計及相關(guān)的硬件和軟件設(shè)計，從學(xué)習(xí)認識元器件，到最后完成一個系統(tǒng)，在這個過程中學(xué)習(xí)了許多新的專業(yè)知識，同時也學(xué)會了許多社會人文知識，鍛煉了自己動手動腦的能力。在此，對我畢業(yè)設(shè)計提拱指導(dǎo)幫助的所有老師，表示是衷心的感謝，對在設(shè)計過程中遇到困難時，得到幫助的朋友、同學(xué)，表示誠摯的謝意！ 在此，我還要感謝我的老師。授人以魚不如授人以漁，他不會告訴我們程序是什么，硬件圖是怎么畫的，實物是怎么焊接的，但是他教會了我自己動手的能力，給我解答問題，讓我知道如何才能做的更好。同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計中被我引用或參考的論著的作者。參考文獻1趙德安，單片機原理與應(yīng)用，機械工業(yè)出版社，20042胡乾斌，單片機微型計算機原理與應(yīng)用m，華中科技大學(xué)出版社，19963黃惠媛，李潤國，單片機原理與接口（自動化控制專業(yè)）m，海軍出版 社，20064郭天祥，新概念51單片機c語言教程電子工業(yè)出版社，20095王東峰，單片機c語言應(yīng)用100例電子工業(yè)出版社，20096 張毅坤 編. 單片微型計算機原理及其應(yīng)用 西安電子科技大學(xué)出版