基于單片機(jī)AT89S52控制直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 學(xué)校代碼：11517 學(xué) 號(hào)： henan institute of engineering 畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 單片機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與 仿真 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 系 （部） 指導(dǎo)教師(職稱) 完成時(shí)間 2013 年 06 月10日 河南工程學(xué)院論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本人完全了解河南工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意如下各項(xiàng)內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交論文的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版

2、；在不以贏利為目的的前提下，學(xué)?？梢赃m當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部?jī)?nèi)容用于學(xué)術(shù)活動(dòng)。論文作者簽名： 年 月 日 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文，是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開(kāi)發(fā)表或者沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表的作品的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 年 月 日河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)題目 單片機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 專業(yè) 學(xué)號(hào) 姓名 一、主要內(nèi)容：要求以單片機(jī)為核心，采

3、用pwm技術(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。通過(guò)調(diào)整pwm信號(hào)的占空比，控制直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓而達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。要求實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、加速、減速的控制，并用led顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。完成相應(yīng)的硬件電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)，編寫(xiě)源程序代碼，利用proteus軟件進(jìn)行仿真和調(diào)試。二、基本要求：（1）對(duì)直流調(diào)速控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的控制、檢測(cè)、顯示；（2）畫(huà)出步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)圖和模塊程序流程圖；（3）編寫(xiě)源程序代碼利用proteus軟件進(jìn)行仿真和調(diào)試。三、主要參考文獻(xiàn)：1 翁嘉民.單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)m.北京:中國(guó)電力出版社,2009:12-362 王兆安,劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)m.北

4、京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009:45-563 胡壽松.自動(dòng)控制原理m.北京:科學(xué)出版社,2007:33-364 阮毅,陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009:10-135 孫明迪.直流雙極式可逆pwm調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)m.北京:高等教育出版社,2008:99-123完 成 期 限：指導(dǎo)教師簽名： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日目 錄摘 要iabstractii1 緒論11.1 選題背景及意義11.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展21.3 直流電機(jī)調(diào)速原理31.4 系統(tǒng)方案確定52 pwm脈寬調(diào)制62.1 pwm調(diào)速原理62.2 pwm調(diào)速方法62.3 pwm實(shí)現(xiàn)方式73 硬件設(shè)計(jì)83.1

5、 單片機(jī)選型83.1.1 單片機(jī)at89s52的基本組成83.1.2 單片機(jī)at89s52的引腳說(shuō)明83.2 驅(qū)動(dòng)電路93.2.1 l298內(nèi)部的原理圖103.2.2 l298的引腳說(shuō)明123.2.3 l298功能表123.3鍵盤(pán)設(shè)計(jì)133.3.1鍵盤(pán)的功能及分類(lèi)133.3.2獨(dú)立式鍵盤(pán)143.4 數(shù)碼管設(shè)計(jì)143.4.1 led簡(jiǎn)介143.4.2 led七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)143.4.3 led數(shù)碼管和單片機(jī)的連接163.5 光電編碼器184 軟件設(shè)計(jì)194.1主程序194.2 定時(shí)器中斷程序194.3 led數(shù)碼管顯示214.4 獨(dú)立式鍵盤(pán)控制215 設(shè)計(jì)仿真235.1 設(shè)計(jì)接線圖235.1.

6、1 按鍵連接圖235.1.2 l298與單片機(jī)、電機(jī)連接圖235.1.3 led與單片機(jī)連接圖245.2 系統(tǒng)仿真圖245.2.1 電機(jī)正轉(zhuǎn)255.2.2 電機(jī)反轉(zhuǎn)265.2.2 電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)27結(jié) 束 語(yǔ)28致 謝29參考文獻(xiàn)30附 錄31單片機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真摘 要隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，電機(jī)在人們的日常生活中扮演著越來(lái)越重要的角色，而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速愈發(fā)的凸顯其重要性。pwm控制方法因其相比傳統(tǒng)調(diào)速方法的優(yōu)越性，成為了調(diào)速的新方式。本文主要研究了基于單片機(jī)at89s52進(jìn)行小型直流電機(jī)pwm調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并用proteus進(jìn)行仿真。文中介紹了直流電機(jī)控制方法的發(fā)展，脈寬調(diào)制的原理，

7、at89s52的詳細(xì)參數(shù)，led數(shù)碼管的顯示方法，l298驅(qū)動(dòng)電路的使用，利用程序的方法如何輸出pwm信號(hào)進(jìn)行占空比調(diào)節(jié)等。at89s52單片機(jī)與l298驅(qū)動(dòng)模塊的使用，能夠降低系統(tǒng)成本，簡(jiǎn)化系統(tǒng)構(gòu)成，易于pc連接進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，能夠滿足更多場(chǎng)合的使用要求。本設(shè)計(jì)將實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、換向、停止等的控制，并在led數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示占空比和轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵詞 at89s52/l298/pwm/占空比the design of direct current motor speed regulationsystem based on scmabstract with the development of

8、modern society, the motor in peoples daily life plays an increasingly important role to control the motor speed, the more highlight its importance. pwm control method because of its superiority compared to traditional speed control method, has become the new way of the governor. this paper studies t

9、he design of pwm dc motor speed control system based on mcu at89s52, and proteus simulation. this paper describes the development of the dc motor control method, the pulse width modulation principle, at89s52 of parameters, led digital tube display method the l298 driver circuit use, the use of the p

10、rogram how to output pwm signal duty cycle adjustment. at89s52 micro controller and the l298 driver module for use, can reduce system costs, simplify the system structure, easy pc connection for system upgrades to meet the requirements of more occasions. this design will achieve the motor forward, r

11、everse, commutation, stop control, and real.time display led digital tube duty cycle and the speed.key words at89s52,l298,pwm,duty cycle1 緒論1.1 選題背景及意義直流調(diào)速系統(tǒng)最初的時(shí)候，通過(guò)保持直流電源電壓向的恒定，向直流機(jī)電樞供電，在電樞回路中的串入電阻，改變電阻阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。雖然這種方法簡(jiǎn)便易行，價(jià)格便宜，設(shè)備制造容易，但缺點(diǎn)是機(jī)械特性軟，效率低，沒(méi)有較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速的能力，所以目前基本不采用1。上世紀(jì)三十年代末，發(fā)明了發(fā)電機(jī).電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，由電

12、機(jī)擴(kuò)大機(jī)、磁放大器、閘流管等控制器件組成，可得到較寬的調(diào)速范圍，優(yōu)良的調(diào)速性能，較小的轉(zhuǎn)速變化率，能實(shí)現(xiàn)調(diào)速平滑。由于電動(dòng)機(jī)軸上存在飛輪慣量，當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速時(shí)，可以通過(guò)發(fā)電機(jī)將剩下的電能反饋回電網(wǎng)2。因此即可減少能量的損耗，提高效率，又能得到平滑的制動(dòng)特性。但是發(fā)電機(jī).電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是，需要增加與調(diào)速電動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵(lì)磁設(shè)備，因而體積大，維修困難等。隨后汞弧變流器的出現(xiàn)，使調(diào)速性能指標(biāo)得到了進(jìn)一步提高，由此代替上述發(fā)電機(jī).電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)。相比發(fā)電機(jī).電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，汞弧變流器調(diào)速系統(tǒng)的快速響應(yīng)性得到極大的提升。但是汞弧變流器需要用到水銀蒸汽，維修時(shí)會(huì)對(duì)維護(hù)人員會(huì)造成一定的

13、危害等，因此，限制了它的應(yīng)用。世界上第一只晶閘管在1957年問(wèn)世，晶閘管從設(shè)計(jì)到用料，決定其具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性，相比其它變流元件，具有響應(yīng)快、體積小、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)4。以晶閘管為主設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)，不僅在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上使直流調(diào)速系統(tǒng)得到提高，而且在可靠性和技術(shù)指標(biāo)上也顯示出比汞弧變流器調(diào)速系統(tǒng)很大的優(yōu)越性。20世紀(jì)80年代中后期，由于晶閘管整流裝置得到成熟發(fā)展，促進(jìn)直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)，隨即取代了水銀整流裝置及直流發(fā)電機(jī).電動(dòng)機(jī)組。同一時(shí)期，控制電路也得到快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了電路小型化、可靠性高及高度集成化。至此，直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用范圍越來(lái)越大，性能指標(biāo)越來(lái)越高，直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，都是得益

14、于晶閘管整流技術(shù)的應(yīng)用5。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的特性，比如起動(dòng)、制動(dòng)性能好，能在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，因此在許多電力拖動(dòng)領(lǐng)域，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能好及快速正反向的能力得到了廣泛的應(yīng)用。而電動(dòng)機(jī)的控制方法也隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，新型電力電子器件的不斷更新以及微電子技術(shù)的進(jìn)步，如采用計(jì)算機(jī)，微處理器，dsp控制器等，由模擬系統(tǒng)變?yōu)閿?shù)字控制系統(tǒng)，使電動(dòng)機(jī)控制更為現(xiàn)代，得到了根本上的變化。其中，在經(jīng)歷了幾次的更新?lián)Q代以后，全控型功率器件得到廣泛應(yīng)用，電力電子器件mosfet和igbt的開(kāi)關(guān)速度更快，控制更簡(jiǎn)便，更加適合作為電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分的功率器件。在交流調(diào)速系統(tǒng)和直流調(diào)速系統(tǒng)中，以全控型功率器件為基礎(chǔ)的脈寬調(diào)

15、制變頻技術(shù)，得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)改變電樞回路電阻調(diào)速，弱磁調(diào)速等技術(shù)對(duì)于現(xiàn)在的直流電機(jī)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，更加復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程對(duì)電機(jī)調(diào)速性能要求更高，這時(shí)單片機(jī)技術(shù)的加入，通過(guò)pwm方式控制直流電機(jī)調(diào)速，因?yàn)榫哂懈呖煽啃?，高度智能，符合現(xiàn)代生產(chǎn)的需求，因此成為以后調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。直流電機(jī)已經(jīng)深入人們的生活，在方方面面都有涉及，因此，研究本設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。在家庭方面，電風(fēng)扇，刮胡刀，洗衣機(jī)，空調(diào)；工業(yè)方面，汽車(chē)，機(jī)器人，起重機(jī)，切割機(jī)；軍事方面，火箭，高射炮，雷達(dá)，衛(wèi)星；辦公方面，電腦，打印機(jī)，投影儀，電話；等等方面，都需要直流電機(jī)的參與。最近一段時(shí)間以來(lái)，雖然高性能交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展

16、有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并且有了要取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢(shì)，但是直流調(diào)速系統(tǒng)不僅在理論上成熟，而且在實(shí)踐上發(fā)展出了各種各樣的變化，十分適應(yīng)現(xiàn)在的發(fā)展需求，目前應(yīng)用范圍還十分廣泛。1.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展世界計(jì)算機(jī)發(fā)展史以單片機(jī)的誕生為一個(gè)新的里程碑。作為單芯片嵌入式系統(tǒng)的核心，單片機(jī)具有多功能，高速，多選擇，低價(jià)格，低功耗，強(qiáng)大的i / o功能和大存儲(chǔ)容量，可以提高整個(gè)系統(tǒng)的可行性和可靠性。新世紀(jì)以來(lái)，技術(shù)實(shí)力得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步，市場(chǎng)不滿足現(xiàn)有產(chǎn)品的功能，對(duì)性能的要求不斷提高，尤其是系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化。為了能夠適應(yīng)對(duì)產(chǎn)品越來(lái)越高的要求，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以其優(yōu)越的起動(dòng)和調(diào)速性能等特點(diǎn)，得到越來(lái)越

17、廣泛的應(yīng)用，特別是智能機(jī)器人的青睞6。 早期的直流驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)使用模擬的分離裝置，其特點(diǎn)在于，含有模擬器件其固有的缺點(diǎn)，如溫度漂移，零點(diǎn)漂移電壓，降低了直流驅(qū)動(dòng)器的可靠性和準(zhǔn)確性?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步，直流驅(qū)動(dòng)已由微處理器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。由微處理器控制，輸出為數(shù)字信號(hào)，其控制精度，穩(wěn)定性和可靠性，模擬直流調(diào)速系統(tǒng)是不能比擬的。實(shí)現(xiàn)全數(shù)字控制，抗干擾能力強(qiáng)，控制裝置靈活，成為直流調(diào)速的一個(gè)新的方向。微處理器誕生于上個(gè)世紀(jì)七十年代，以大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路制造工藝制造集成電路，降低微處理器的成本，使其得到了越來(lái)越高的快速發(fā)展。此外，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，提升的生產(chǎn)工藝，快速的提高了高功率電子器件的

18、性能。用微處理器來(lái)控制電機(jī)，可完成各種創(chuàng)新的，高性能的控制策略，電機(jī)的潛力得到充分的發(fā)揮。使用微處理器控制的電機(jī)使電機(jī)的發(fā)展發(fā)生新變化，電機(jī)制造商基于此開(kāi)發(fā)出了多種容易控制的實(shí)用新型電機(jī)8。對(duì)于簡(jiǎn)單的微處理器控制電機(jī)，只需使用微處理器控制繼電器，電子開(kāi)關(guān)零件，電機(jī)控制就可以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)可編程控制器與微處理器結(jié)合，各種機(jī)床和生產(chǎn)線都可以通過(guò)電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)各種普遍應(yīng)用。對(duì)于復(fù)雜的微處理器控制電動(dòng)機(jī)，將不得不使用微處理器控制電機(jī)的電流，電壓，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，旋轉(zhuǎn)角度，使得電動(dòng)機(jī)按照給定的指示準(zhǔn)確工作。由于微處理器控制，大大改善了電機(jī)的性能。機(jī)械換向的直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)他們有自己的優(yōu)勢(shì)，例如直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速

19、性能，但擁有機(jī)械磨損和換向火花等問(wèn)題，而交流電機(jī)，比直流電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性比直流電動(dòng)機(jī)好，但運(yùn)行時(shí)必須恒定電源頻率，他們的速度不能方便的經(jīng)濟(jì)調(diào)控。高性能微處理器，新的控制理論和控制策略的出現(xiàn)，如數(shù)字信號(hào)處理器dsp，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化程度大大提高。在國(guó)家的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，采用如dsp高速微處理器，可以擁有超過(guò)數(shù)百千兆位每秒的執(zhí)行速度。1.3 直流電機(jī)調(diào)速原理圖1-1直流電機(jī)的物理模型圖圖1-1所示為兩極直流電機(jī)模型。它的定子上，是一對(duì)靜止的主磁極n和s，起到直流勵(lì)磁的作用。中間為轉(zhuǎn)子，含有電樞鐵心，轉(zhuǎn)子與定子不接觸，有一定氣隙相隔。在轉(zhuǎn)子電樞鐵心

20、外部放置兩根電樞線圈，并用導(dǎo)體連接，線圈與稱為換向片的銅片分別首端和末端相連。換向器由構(gòu)成換向片的整體組成，固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片之間，換向片與轉(zhuǎn)軸之間都互相絕緣。一對(duì)固定不動(dòng)的電刷放在換向片上，當(dāng)電樞線圈在電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)換向片和電刷的摩擦與外電路接通。圖1-2直流電機(jī)的基本工作原理圖圖1-2所示為直流電機(jī)工作原理圖。如圖（a）所示，給兩個(gè)電刷加上直流電源，從電刷 a處則有直流電流流入，通過(guò)線圈abcd，從 b處電刷 流出，根據(jù)楞次定律，線圈斷ab和cd將受到電磁力的作用，兩段導(dǎo)體受到的力方向相反，形成一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。到圖（b）所示的位置時(shí)，電刷 a 和電刷 b 分別與換向片2和換向片1接

21、觸，從電刷 a 流入直流電流，經(jīng)過(guò)線圈dcba，從b處流出。此時(shí)線圈段ab和cd受到與之前方向相同的電磁力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，仍將保持轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。由于電刷和換向片之間的這種互相作用，即使外加的電源是直流的，但電流在線圈兩邊產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是相同的，構(gòu)成了直流電動(dòng)機(jī)工作的原理9。式1-1為計(jì)算直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的表達(dá)式: (1-1)式中，u-電樞電壓（v） i-電樞電流（a） r-電樞電路總電阻（） -勵(lì)磁磁通（wb） k-由電動(dòng)機(jī)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)通過(guò)表達(dá)式可看出，電壓、電阻、磁通是三個(gè)變量，因此，控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的原理有三種:(1) 調(diào)節(jié)電樞電壓u(2) 減弱勵(lì)磁磁通(3) 改變電樞電阻r電機(jī)磁通

22、不能增大，只能減小，調(diào)節(jié)磁通的方法稱為弱磁調(diào)速，這種方法雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，可以與調(diào)壓調(diào)速配合，做小范圍的弱磁升速；改變電樞電阻的方法只能有級(jí)調(diào)速，而且電阻消耗電能，效率低下，已經(jīng)基本不用10。所以在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中以調(diào)壓調(diào)速為最好，本設(shè)計(jì)將采用這種方法。1.4 系統(tǒng)方案確定本設(shè)計(jì)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，分為硬件和軟件兩大部分。硬件為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)；軟件部分為控制部分，為對(duì)電機(jī)進(jìn)行有效控制，要采集、分析、處理硬件發(fā)出的信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)程序設(shè)定的各項(xiàng)功能。圖1-3為此次調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖。本設(shè)計(jì)主要由at89s52單片機(jī)，鍵盤(pán)，led數(shù)碼管，l298驅(qū)動(dòng)模塊，直流

23、電動(dòng)機(jī)等組成。本設(shè)計(jì)輸入部分，主要是利用獨(dú)立按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的加速、減速、換向、停止的控制。顯示部分，由led數(shù)碼管完成，可以將電機(jī)電樞電壓的占空比實(shí)時(shí)顯示?？刂撇糠郑饕怯蒷298驅(qū)動(dòng)電路和電機(jī)組成的單片機(jī)外部中斷擴(kuò)展電路。led顯示pwm占空比及轉(zhuǎn)速l298驅(qū)動(dòng)電路 at89s52單片機(jī)pwm直流電機(jī)轉(zhuǎn)速鍵盤(pán)控制 圖1-3 直流電機(jī)pwm調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖本設(shè)計(jì)基于at89s52單片機(jī)，其組成為輸入模塊、顯示模塊及電機(jī)控制模塊。通過(guò)編寫(xiě)單片機(jī)程序，利用單片機(jī)定時(shí)中斷，定時(shí)器定時(shí)，生成pwm波，控制l298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，并用獨(dú)立式鍵盤(pán)來(lái)控制定時(shí)器定時(shí)，完成對(duì)pwm占空比命令的輸入，并在

24、數(shù)碼管顯示。這樣就可以控制電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)和加速、減速、急?？刂?，并測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)單片機(jī)不停的將pwm波占空比送到led數(shù)碼管顯示,且實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)速。2 pwm脈寬調(diào)制2.1 pwm調(diào)速原理脈沖寬度調(diào)制，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，英文簡(jiǎn)寫(xiě)為pwm11。pwm控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值）。pwm控制技術(shù)在晶閘管時(shí)代就已經(jīng)產(chǎn)生，但是為了使晶閘管導(dǎo)通要付出很大的代價(jià)，因而難以得到廣泛應(yīng)用。以igbt、電力mosfet等為代表的全控型器件的不斷完善，給pwm控制技術(shù)提供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)，推動(dòng)了這項(xiàng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使他應(yīng)用到

25、整流、逆變、直.直、交.交的所有四大類(lèi)變流電路中。在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同。以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),pwm控制技術(shù)就是對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行控制，讓其規(guī)律的導(dǎo)通和關(guān)斷,產(chǎn)生一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，來(lái)代替其他波形的控制技術(shù)。占空比在pwm里是一個(gè)重要的參數(shù)，決定了pwm的波形形狀。式2-1為占空比計(jì)算公式：如圖2-1所示，t為周期，t1表示開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間，t2為開(kāi)關(guān)管閉合的時(shí)間。圖2-1 pwm信號(hào)的占空比由式2-1可知，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間t1與周期t在一個(gè)周期里的比值就是占空比d，大小為0d1。當(dāng)保持電源電壓v不變，

26、電樞端電壓的平均值為。通過(guò)單片機(jī)改變占空比d，達(dá)到改變電樞端的平均電壓，控制電機(jī)，這就是pwm調(diào)速的基本原理。2.2 pwm調(diào)速方法以pwm調(diào)速原理來(lái)說(shuō)，pwm調(diào)速就是占空比調(diào)速，占空比的控制在調(diào)速中決定著電機(jī)的控制。改變占空比通常有三種方法12：（1）定寬調(diào)頻法（2）調(diào)寬調(diào)頻法（3）定頻調(diào)寬法 前2種方法由于在調(diào)速時(shí)會(huì)引起振蕩，因?yàn)檫@兩種調(diào)速方法相當(dāng)于改變了頻率，容易與系統(tǒng)的固有頻率接近，基于此種情況，它們的應(yīng)用較少。所以，本設(shè)計(jì)使用第3種方法，定頻調(diào)寬法。即利用單片機(jī)生成一個(gè)固定的頻率，來(lái)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的接通或斷開(kāi)，并通過(guò)改變占空比d，改變直流電機(jī)電樞上平均電壓的大小，從而形成對(duì)電動(dòng)機(jī)的

27、控制。2.3 pwm實(shí)現(xiàn)方式 主流的pwm實(shí)現(xiàn)方法是使用定時(shí)器定時(shí)產(chǎn)生pwm波的方式，其輸出的脈沖波形極其精確，誤差可忽略不計(jì)；另一種為硬件延時(shí)方式，但是輸出的波形沒(méi)有定時(shí)器精度高，在執(zhí)行中斷后，由于硬件的原因，將產(chǎn)生一定的誤差。綜合考慮，本設(shè)計(jì)將采用利用單片機(jī)外部中斷和定時(shí)器定時(shí)方式實(shí)現(xiàn)pwm。3 硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)選型3.1.1 單片機(jī)at89s52的基本組成本設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)為at89s52，主要有以下幾個(gè)部分組成。（1） 一個(gè)8位微處理器cpu。（2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram和特殊功能寄存器sfr。（3） 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器rom。（4） 兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可用作定

28、時(shí)器。（5） 四個(gè)8位可編程的i/o并行端口，每個(gè)端口即可做輸入，也可做輸出。（6） 一個(gè)串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。（7） 中斷控制系統(tǒng)。（8） 內(nèi)部時(shí)鐘電路。3.1.2 單片機(jī)at89s52的引腳說(shuō)明圖3-1 單片機(jī)引腳圖圖3-1為單片機(jī)引腳圖。vcc：芯片正極輸入，接+5v。gnd：電源地端。xtal1、xtal2：接外部晶振的引腳。當(dāng)單片機(jī)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，引腳接地。res：當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平，單片機(jī)復(fù)位。ale：地址鎖存控制端。！psen：外部程序內(nèi)存的讀選通信號(hào)端。！ea/vpp：訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。p0p3：四個(gè)i/o口，每口8線，共計(jì)32根i/o

29、口線。 p0是一個(gè)8位寬的雙向輸出入端口。p0在當(dāng)做i/o用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)ttl負(fù)載。當(dāng)ea引腳為低電平時(shí)，p0作為數(shù)據(jù)總線（d0d7）及地址總線（a0a7）的低8位。p1是通用準(zhǔn)雙向靜態(tài)i/o端口，輸出的信息有鎖存，其可以推動(dòng)4個(gè)ttl負(fù)載，若將端口1來(lái)輸入數(shù)據(jù)，必須向鎖存器寫(xiě)1，才可以做輸入用。p2除了當(dāng)做一般i/o端口使用外，當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展偏外程序存儲(chǔ)器時(shí)，p2端口就用來(lái)周期性的輸出從外存中取指令的高8位字節(jié)（a8a15）。p3是準(zhǔn)雙向i/o端口，可以推動(dòng)4個(gè)ttl負(fù)載，同時(shí)還有特殊的第二功能，包括串行通信、外部中斷、定時(shí)器計(jì)數(shù)和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)。其存儲(chǔ)器在物理結(jié)構(gòu)上有四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)

30、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外存儲(chǔ)器、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器。其中，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用8位地址，s52系列有256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；片外為64kb的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用16位地址；程序存儲(chǔ)器片內(nèi)和片外統(tǒng)一進(jìn)行編址，共64kb。3.2 驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)采用l298作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊。l298為單塊集成電路，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，具有高電流，高電壓的承載能力，外圍15管腳13。l298接收ttl邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，可直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無(wú)須隔離電路，并且可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)。圖3-2為l298驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)應(yīng)用連接圖。 圖3-2 l298典型應(yīng)用連接圖3.2.1 l298內(nèi)部的原理圖l298 內(nèi)部含有兩個(gè)h

31、橋驅(qū)動(dòng)電路。如圖3-3所示，out1與out2之間，由4個(gè)igbt管組成h 橋驅(qū)動(dòng)電路。h橋驅(qū)動(dòng)電路，屬于可逆pwm變換器，加于直流電動(dòng)機(jī)兩端，電壓u12的極性隨電力電子器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)而改變。 圖3-3 l298內(nèi)部電路 如圖3-4所示為h橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。根據(jù)三極管的排列方式，只要角線上的一對(duì)三極管同時(shí)導(dǎo)通，電機(jī)就可以運(yùn)轉(zhuǎn)。電流在q1、q4之間流動(dòng)與在q2、q3之間流動(dòng)，電機(jī)的轉(zhuǎn)向方向相反，達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)行方向的目的。q4q3q1q2 圖3-4 h橋電路 如圖3-5所示，給q1管和q4管基極加正電壓，使其導(dǎo)通，電流就經(jīng)q1流入電機(jī)，從q4流出。以圖中電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)檎较颍鹘?jīng)q1和q4的電流

32、將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，當(dāng)給q3管和q2管基極加正電壓使其導(dǎo)通時(shí)，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3-6所示。q2q1q3q4 圖3-5 電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)q3q1q4q2 圖3-6 電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 工作時(shí)，當(dāng)兩個(gè)同側(cè)的三極管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，就會(huì)形成短路，電流從正極穿過(guò)兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，由于形成短路，電路上的電流達(dá)到最大值，會(huì)對(duì)電路造成極大破壞，所以必須保證同側(cè)的兩個(gè)三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。3.2.2 l298的引腳說(shuō)明表3-1 l298的引腳說(shuō)明引 腳功 能out1、out2、out3、out4 輸出端in1、in2、in3、in4 輸入端ena 、enb 使能端sensa、sen

33、sb 電流反饋腳，一般直接接地vss 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源vcc 邏輯控制電源gnd 接地3.2.3 l298功能表表3-2 l298功能表in1in2en電機(jī)狀態(tài)xx0停止101順時(shí)針011逆時(shí)針000停止110停止由表3-2知，電機(jī)的控制取決于對(duì)in1與in2的控制。當(dāng)輸入端in1為高電平,in2為低電平時(shí),電機(jī)正轉(zhuǎn)；輸入端in1為低電平，in2為高電平時(shí),電機(jī)反轉(zhuǎn)。in1與in2相同時(shí),則電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中，高電平即為pwm信號(hào)。本設(shè)計(jì)中，l298是對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓進(jìn)行控制和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具體使用時(shí)可以工作在兩種方式下：當(dāng)以線性放大驅(qū)動(dòng)工作時(shí)，優(yōu)點(diǎn)是線性好，輸出波動(dòng)小，對(duì)鄰近電路干擾小，控制

34、原理簡(jiǎn)單，但是igbt管只能工作在范圍狹窄的線性區(qū)，造成電路功率低下。開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式工作時(shí)，pwm波使l298工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。因其工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，損耗級(jí)低，控制比較方便。因此，本設(shè)計(jì)對(duì)l298采取工作在開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)。3.3鍵盤(pán)設(shè)計(jì)3.3.1鍵盤(pán)的功能及分類(lèi)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中可以添加許多外圍設(shè)備，方便單片機(jī)的使用，鍵盤(pán)是最常用的輸入設(shè)備之一。它是一組按鍵的組合，能夠輸入命令控制系統(tǒng)，查詢系統(tǒng)狀態(tài)14。鍵盤(pán)按照其結(jié)構(gòu)可分為矩陣式鍵盤(pán)與獨(dú)立式鍵盤(pán)。矩陣式鍵盤(pán)，也稱為行列式鍵盤(pán)，按鍵較多，主要用于控制功能較多的場(chǎng)合；獨(dú)立式鍵盤(pán)的每個(gè)按鍵都是獨(dú)立的，功能需要較少的情況下使用。 按照給出相應(yīng)鍵碼及識(shí)別原

35、理的不同，又可把鍵盤(pán)分為非編碼式與編碼式兩類(lèi)。通過(guò)軟件編程來(lái)對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行定義并在按下時(shí)識(shí)別，稱為非編碼鍵盤(pán)；通過(guò)設(shè)計(jì)硬件電路對(duì)按鍵進(jìn)行識(shí)別，稱為編碼鍵盤(pán)。 本設(shè)計(jì)只需用到五個(gè)按鍵，因此，采用獨(dú)立式按鍵，非編碼鍵盤(pán)，能夠較為簡(jiǎn)便的完成設(shè)計(jì)。3.3.2獨(dú)立式鍵盤(pán)獨(dú)立式鍵盤(pán)的每個(gè)按鍵接一根i/o口線，按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵工作的狀態(tài)不會(huì)影響其它接口。當(dāng)其中一個(gè)i/o口線的電平發(fā)生改變，經(jīng)過(guò)去抖動(dòng)，通過(guò)鍵碼就可識(shí)別出哪個(gè)按鍵被按下。本設(shè)計(jì)中用到五個(gè)獨(dú)立按鍵，分別為切換，加速，減速，轉(zhuǎn)向，清零等功能。圖3-7為獨(dú)立式鍵盤(pán)的接口方法。 s52 圖3-7 獨(dú)立式鍵盤(pán)接口方法3.4 數(shù)碼管設(shè)計(jì)3.4.1 led

36、簡(jiǎn)介 led，中文名為發(fā)光二極管，是可以發(fā)光的固態(tài)半導(dǎo)體器件。led是發(fā)光二極管的簡(jiǎn)稱，不僅應(yīng)用于發(fā)射可見(jiàn)光的二極管，還包括發(fā)射可見(jiàn)光極限的紫外輻射的紫外發(fā)光二極管，發(fā)射近紅外輻射的紅外發(fā)光二極管，統(tǒng)稱這類(lèi)二極管為led。 led由環(huán)氧樹(shù)脂固化，里面是半導(dǎo)體晶片，通過(guò)外接的兩根導(dǎo)體供電。作為led的發(fā)光器件，半導(dǎo)體晶片實(shí)質(zhì)是一個(gè)pn結(jié)，pn結(jié)的材料決定了光的顏色。led的發(fā)光原理就是電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)pn結(jié)，電子跟空穴結(jié)合產(chǎn)生能量，以光子的形式發(fā)出，形成可見(jiàn)光。3.4.2 led七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) （a）共陰極 （b）共陽(yáng)極 （c）管腳圖圖3-8 led七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)圖3-8為七段led數(shù)

37、碼管的結(jié)構(gòu)圖。圖（a）為共陰極結(jié)構(gòu)，8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極端串電阻，用來(lái)接收高電平信號(hào)，陰極端并連接在一起，使用時(shí)公共端接地，陽(yáng)極端接高電平，則對(duì)應(yīng)的二極管發(fā)光。圖（b）采用的是共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，與共陰極接法的主要區(qū)別是二極管的陽(yáng)極端并連，需要上拉5v電源供電，陰極端串電阻，用來(lái)接收低電平信號(hào)。陰極端接收低電平信號(hào)時(shí)，則對(duì)應(yīng)的二極管發(fā)光。圖（c）為引腳圖，由圖可看出，一個(gè)數(shù)碼管由八個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，可顯示7筆的字形“8”,還可顯示小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管顯示字符是通過(guò)二進(jìn)制編碼實(shí)現(xiàn)，分別從管腳的ag輸入。為了方便控制，把這些二進(jìn)制編碼稱為字碼段?，F(xiàn)在led的規(guī)格很多，共陰極和共陽(yáng)極不能通過(guò)相同的字碼段顯示，對(duì)于

38、同一個(gè)字符，他們的字段碼互為反碼。表3-3為常見(jiàn)數(shù)字和字符的字段碼。 表3-3 常見(jiàn)字段碼顯示字符共陰極共陽(yáng)極顯示字符共陰極共陽(yáng)極03fhc0hc39hc6h106hf9hd5eha1h25bha4he79h86h34fhb0hf71h8eh466h99hp73h8ch56dh92hu3ehc1h67dh82ht31hceh707hf8hy6eh91h87fh80hl38hc7h96fh90h8.ffh00ha77h88h“滅”00ffh 由led結(jié)構(gòu)圖可看出，led數(shù)碼管果采用共陽(yáng)極形式，其陽(yáng)極端需接上拉電源單獨(dú)供電，這增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，并且消耗更多的電能。因此，本設(shè)計(jì)采用共陰極led數(shù)碼

39、管。3.4.3 led數(shù)碼管和單片機(jī)的連接圖3-9 led數(shù)碼管的典型連接選中第一個(gè)數(shù)碼管圖3-9為led數(shù)碼管的布線連接圖。由圖采用的連接電路的方法，本設(shè)計(jì)采用的是逐位掃描方式。該掃描方式是從單片機(jī)i/o口送出第一位的led字型碼，送入第一位數(shù)碼管，顯示后延時(shí)一段時(shí)間，再?gòu)膯纹瑱C(jī)送出第二位led字型碼，送入第二位數(shù)碼管，所有位掃描完后，依次循環(huán)。圖3-10為led逐位掃描方式。送入字型碼延時(shí)選中第二個(gè)數(shù)碼管送入字型碼延時(shí)選中第三個(gè)數(shù)碼管送入字型碼延時(shí)選中第四個(gè)數(shù)碼送入字型碼 圖3-10 led數(shù)碼管掃描方式3.5 光電編碼器本設(shè)計(jì)的測(cè)速元件為光電編碼器。在仿真中，電機(jī)motor.encode

40、r內(nèi)部含有光電編碼器，可以很方便的對(duì)其進(jìn)行測(cè)速。光電編碼器內(nèi)部含有經(jīng)過(guò)高精度處理的明暗相間的光柵，通過(guò)led發(fā)光，對(duì)反射回來(lái)的光進(jìn)行計(jì)算，可以將電機(jī)的機(jī)械角位移轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的脈沖信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)計(jì)數(shù)，就可以計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速。光電編碼器還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)角位移，角速度等其他物理量的精確計(jì)算，具有精度高，應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，普遍的應(yīng)用在雷達(dá)，機(jī)器人等需要精確計(jì)算轉(zhuǎn)速的地方。4 軟件設(shè)計(jì)4.1主程序 圖4-1為本設(shè)計(jì)軟件部分程序流程圖。單片機(jī)首先運(yùn)行主函數(shù)main，系統(tǒng)進(jìn)行初始化。運(yùn)行函數(shù)init，啟動(dòng)單片機(jī)外部中斷，設(shè)置定時(shí)器t0，定時(shí)250us。啟動(dòng)計(jì)數(shù)器t1，對(duì)來(lái)自電動(dòng)機(jī)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。單片機(jī)進(jìn)行按鍵查詢

41、，判斷是否有按鍵按下，如果有，通過(guò)外部中斷定時(shí)器定時(shí)實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制，得到相應(yīng)的脈沖w。判斷k5是否按下，在led數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速或占空比。系統(tǒng)初始化函數(shù)init，啟動(dòng)中斷，設(shè)置定時(shí)器t0時(shí)間，t1為計(jì)數(shù)器。主函數(shù)main圖4.1 流程圖系統(tǒng)初始化函數(shù)init，啟動(dòng)中斷，設(shè)置定時(shí)器t0時(shí)間，t1為計(jì)數(shù)器查詢按鍵得到相應(yīng)的脈沖w采用定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制led顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速led顯示占空比nyk5按下圖4-1 主程序流程圖4.2 定時(shí)器中斷程序圖4-2為定時(shí)中斷具體流程圖。執(zhí)行中斷程序時(shí)，首先單片機(jī)啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，置位為1，同時(shí)開(kāi)啟t0中斷，設(shè)置定時(shí)器定時(shí)時(shí)間為250us。t為定時(shí)標(biāo)記，每定

42、時(shí)一次加一，m最大值為100。在一個(gè)周期內(nèi)：當(dāng)tm 時(shí)，電機(jī)停止工作。如果t=100，則t清零，重新返回定時(shí)中斷；如果t不是100，則直接返回定時(shí)中斷。無(wú)限循環(huán)。通過(guò)這樣的定時(shí)方法，可以根據(jù)需要，通過(guò)按鍵改變一個(gè)周期內(nèi)高電平和低電平時(shí)間的長(zhǎng)短，產(chǎn)生pwm波，達(dá)到按一定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，改變占空比就改變平均電壓的大小，與直流電機(jī)電樞相連，就可以通過(guò)調(diào)節(jié)電樞電壓，達(dá)到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)。啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，工作方式為1開(kāi)啟中斷t0，設(shè)置定時(shí)時(shí)間為250us進(jìn)入中斷重置定時(shí)時(shí)間250us，定時(shí)標(biāo)記t加1tmyn電機(jī)停止電機(jī)啟動(dòng)t=100t=0yn圖4-2 定時(shí)器工作程序流程圖4.3 led數(shù)碼管顯

43、示圖4-3為led數(shù)碼管顯示流程圖。本設(shè)計(jì)中有四個(gè)led數(shù)碼管，依次從右往左顯示，分別為脈寬的個(gè)位、脈寬的十位、脈寬的百位。電機(jī)轉(zhuǎn)速方向由d5表示。程序開(kāi)始，單片機(jī)首先選定要顯示的數(shù)碼管，通過(guò)i/o送出要顯示字符的字碼段，依次循環(huán)。所以，先選定第四個(gè)數(shù)碼管，送入“w10”的字碼段，完成后，延遲1ms，選擇第三個(gè)led數(shù)碼管，送入“w/10”的字碼段，經(jīng)過(guò)1ms的延遲，以此類(lèi)推，選擇第三個(gè)第四個(gè)，一個(gè)周期完成后，返回重新開(kāi)始，無(wú)限循環(huán)。開(kāi)始選擇第四個(gè)數(shù)碼管送入“w10”的字碼段延遲1ms選擇第三個(gè)數(shù)碼管送入“w/10”的字碼段延遲1ms選擇第二個(gè)數(shù)碼管送入“w/10%10”的字碼段延遲1ms 圖

44、4-3 數(shù)碼管流程圖4.4 獨(dú)立式鍵盤(pán)控制 圖4-4為獨(dú)立式鍵盤(pán)控制流程圖。本設(shè)計(jì)中有五個(gè)個(gè)獨(dú)立式按鍵，分別控制電機(jī)的加速、減速、正反轉(zhuǎn)、占空比清零等功能，切換按鍵能控制led數(shù)碼管的顯示。程序運(yùn)行后開(kāi)始檢測(cè)按鍵有無(wú)閉合，如有按鍵按下，檢測(cè)是哪個(gè)按鍵，找到相對(duì)應(yīng)的按鍵，令其k=0。當(dāng)k1按下時(shí)，判斷w的值，w為100時(shí)，令w=0，則占空比為0，電機(jī)停止運(yùn)行；w不為100時(shí)，w加1，占空比增加，電機(jī)加速。當(dāng)k2按下時(shí)，與k1相反。k3按下時(shí)，令a！=a，電機(jī)轉(zhuǎn)向，led d5的亮或滅顯示電機(jī)轉(zhuǎn)向。k4按下時(shí)，令w=0，占空比清零，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。按下k5，并保持按下的狀態(tài)，能查閱當(dāng)前的占空比。返回

45、檢測(cè)k1，依次無(wú)限循環(huán)。k5=0disp（w）ydisp（shu）90n圖4-4 獨(dú)立式鍵盤(pán)控制流程圖5 設(shè)計(jì)仿真此次設(shè)計(jì)采用的仿真軟件為proteus。proteus具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、鍵盤(pán)和lcd系統(tǒng)仿真的功能，并且支持主流單片機(jī)系統(tǒng)，提供軟件的調(diào)試，具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能，為設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提供了一個(gè)非常好的平臺(tái)。編程軟件為keil u vision2。單片機(jī)軟件keil c51開(kāi)發(fā)過(guò)程為：建立一個(gè)工程項(xiàng)目，選擇芯片，確定目標(biāo)選項(xiàng)；建立c語(yǔ)言文件；生成各種應(yīng)用文件，主要是.hex文件；檢查并修改源文件中的各種錯(cuò)誤；編譯連接通過(guò)后進(jìn)行軟件

46、仿真。仿真成功后，打開(kāi)proteus，將編譯產(chǎn)生的hex文件導(dǎo)入到單片機(jī)中，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕仿真。5.1 設(shè)計(jì)接線圖5.1.1 按鍵連接圖 本設(shè)計(jì)采用五個(gè)按鍵，圖5-1中分別于p1.2、p1.5、p3.1、p3.2、p1.6相連。圖5-1 按鍵連接圖5.1.2 l298與單片機(jī)、電機(jī)連接圖 圖5-2驅(qū)動(dòng)模塊l298的in1、in2經(jīng)非門(mén)與單片機(jī)p3.7相連。圖5-2 l298與單片機(jī)、電機(jī)連接圖5.1.3 led與單片機(jī)連接圖 圖5-3led分別與單片機(jī)p0、p2口相連。圖5-3 led連接圖5.2 系統(tǒng)仿真圖 在原理圖中加入示波器，a與pwm輸出端p1.7相連，b、c分別與電機(jī)換向端in1、in

47、2相連。 啟動(dòng)程序開(kāi)始仿真，此時(shí)，波形如圖5-4所示。圖5-4 電機(jī)啟動(dòng)5.2.1 電機(jī)正轉(zhuǎn) 圖5-5所示為電機(jī)正轉(zhuǎn)。仿真開(kāi)始后，程序默認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)向?yàn)榉崔D(zhuǎn)，占空比為0，led顯示0000，led d5亮。按下?lián)Q向按鍵，并調(diào)節(jié)加速按鍵，使led顯示0036，此時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，d5滅。圖5-5 電機(jī)正轉(zhuǎn) 當(dāng)電機(jī)繼續(xù)加速時(shí)，波形圖如圖5-6所示。圖5-6 電機(jī)繼續(xù)加速正轉(zhuǎn)5.2.2 電機(jī)反轉(zhuǎn)圖5-7所示為電機(jī)反轉(zhuǎn)。按下?lián)Q向按鈕，電機(jī)由正向減速至0，然后反向加速。此時(shí)，led顯示0081，d5亮。圖5-7 電機(jī)反轉(zhuǎn) 繼續(xù)減速，則波形圖如圖5-8所示。圖5-8 電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)減速5.2.2 電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)圖5-

48、9所示為電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。按下清零按鍵，占空比清零，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)led清零。圖5-9 電機(jī)停止工作結(jié) 束 語(yǔ)從畢業(yè)選題到完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，經(jīng)歷了幾個(gè)月的時(shí)間，但是這幾個(gè)月，使我學(xué)到了很多在課堂和教材上所學(xué)不到的東西。我的設(shè)計(jì)題目是單片機(jī)控制直流電機(jī)pwm調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，在剛拿到題目的時(shí)候，因?yàn)橐郧白鲞^(guò)vm系統(tǒng)的直流調(diào)速，所以覺(jué)得應(yīng)該不會(huì)很難。但是單片機(jī)要用到c語(yǔ)言編程，電機(jī)要用到驅(qū)動(dòng)模塊，led的顯示原理，按鍵與單片機(jī)的連接等等，都與vm系統(tǒng)不同，這都對(duì)我造成了難度。通過(guò)翻看以前的課本，上網(wǎng)，上圖書(shū)館查找資料，基本確定了設(shè)計(jì)的思路，實(shí)現(xiàn)的功能。首先遇到的困難就是單片機(jī)技術(shù)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)學(xué)的不精

49、，加上時(shí)間長(zhǎng)，基本快要忘光，通過(guò)翻看翁嘉民老師主編的單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)，使我對(duì)單片機(jī)有了重新的認(rèn)識(shí)。仿真軟件為proteus，在這本書(shū)中都有講解，但是操作不熟練，元器件的名稱不了解，找元件很浪費(fèi)時(shí)間。c語(yǔ)言編程軟件為keil u vision2，因?yàn)閷?duì)編程只是半知半解，寫(xiě)出的程序不夠完善。led顯示和按鍵在書(shū)中也有講到，提供了很大的幫助。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的選定，主要是借助互聯(lián)網(wǎng)，上網(wǎng)查找資料，對(duì)比了如ir2110驅(qū)動(dòng)模塊后，l298模塊更適合我的設(shè)計(jì)。作為本設(shè)計(jì)的控制核心，pwm的產(chǎn)生是重點(diǎn)，通過(guò)查找資料，硬件產(chǎn)生pwm不如軟件產(chǎn)生的穩(wěn)定，精度也不夠，最后利用單片機(jī)的定時(shí)中斷功能，編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)pw

50、m。在最后的仿真階段，經(jīng)過(guò)幾次修改，基本達(dá)到設(shè)計(jì)的目標(biāo)。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到了自身專業(yè)知識(shí)的缺乏，借助老師，教材，網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充自己的知識(shí)，更好的為自己服務(wù)。因?yàn)楸旧硭接邢蓿芏鄸|西都沒(méi)有做出來(lái)。為了使轉(zhuǎn)速能更加平穩(wěn)、快速的調(diào)整，現(xiàn)在往往使用數(shù)字pid控制器，加入轉(zhuǎn)速檢測(cè)回路，利用轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊，將電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)得并送回單片機(jī)，進(jìn)行pid調(diào)節(jié)。但是我對(duì)于pid不甚了解，本次設(shè)計(jì)沒(méi)有做出來(lái)，影響了電機(jī)調(diào)速的準(zhǔn)確性、快速性和穩(wěn)定性。本次設(shè)計(jì)的為小直流電機(jī)，生活中的電機(jī)通常為220v電壓，這就需要設(shè)計(jì)整流電路，進(jìn)行交直變換。為了更好的監(jiān)控電機(jī)，需要對(duì)其進(jìn)行溫度檢測(cè)，電流檢測(cè)，電壓檢測(cè)，提供故障保護(hù)。通過(guò)fbs，脈沖整形后，進(jìn)行數(shù)字測(cè)速，實(shí)時(shí)掌握電機(jī)的速度。這一切的基礎(chǔ)，都需要由一個(gè)強(qiáng)大的單片微機(jī)控制?，F(xiàn)在，除了單片機(jī)，dsp、fpga的運(yùn)算速度和功能更加強(qiáng)大，更加適合精密的電機(jī)控制。致 謝 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，靠我一個(gè)人的力量是完不成的，在這里，我要由衷的感謝他們。 首先感謝我的指導(dǎo)老師郭會(huì)平，在她的悉心指導(dǎo)下，確定了我的畢業(yè)選題，對(duì)設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目標(biāo)進(jìn)行確定，理清設(shè)計(jì)思路，并對(duì)論文進(jìn)行悉心修改。老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)，豐富的專業(yè)知識(shí)，給了我