PWM數(shù)字直流電機(jī)調(diào)速畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、學(xué)號(hào)：1108441029劊袒岬施學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（2015屆）PWM數(shù)字直流電機(jī)調(diào)速院系電子信息工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化姓名*指導(dǎo)教師2014年5月合肥師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄目錄II摘要1ABSTRACT21 緒論31.1研究背景31.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3研究的目的與意義22 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)32.1 設(shè)計(jì)要求32.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案32.2.1系統(tǒng)框圖32.2.2主控芯片選擇42.2.3電機(jī)調(diào)速模塊的選擇52.2.4PWM調(diào)速方式的選擇53 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.1.1復(fù)位電路73.1.2晶振電路73.2 鍵盤控制電路83.3直流電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路94 系統(tǒng)軟件設(shè)

2、計(jì)104.1主程序流程圖104.2讀按鍵子程序流程圖114.3按鍵處理子程序流程圖124.4電機(jī)控制中斷程序流程圖135 系統(tǒng)調(diào)試與改進(jìn)155.1調(diào)試與改進(jìn)155.2運(yùn)行結(jié)果16結(jié)論與展望19致謝20參考文獻(xiàn)21附錄A：系統(tǒng)原理圖22附錄B：系統(tǒng)PCB圖23附錄C：系統(tǒng)源程序24III合肥師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要本文是基于對(duì)直流電機(jī)PWM調(diào)速器設(shè)計(jì)的研究，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制。本設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、減速、加速、停止的五大操作。并實(shí)現(xiàn)電路的仿真并設(shè)計(jì)實(shí)際電路進(jìn)行控制。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制，在設(shè)計(jì)中，采用了STC89C51單片機(jī)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)

3、現(xiàn)通過(guò)PWM波對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的改變和測(cè)量；由命令輸入模塊、H型驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，不斷給電路發(fā)送PWM波形，完成電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制.是通過(guò)H型驅(qū)動(dòng)電路，采用PWM調(diào)速方式，通過(guò)改變PWM的占空比從而改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。設(shè)計(jì)的整個(gè)控制系統(tǒng)，在硬件結(jié)構(gòu)上采用了大量的集成電路模塊，大大簡(jiǎn)化硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使整個(gè)系統(tǒng)的性能得到提高。3AbstractThisarticleisaDCmotorPWMspeedcontroldesignstudy,themainachievementofmotorcontro

4、l.ThiscourseisprimarilydesignedtoachievePWMspeedcontrollerforforwardandreverse,acceleration,deceleration,andstopsuchanoperation.Andtoachievethecircuitsimulation.Toachievesystem,microcomputercontrol,inthedesign,usingSTC89C51microcontrollercontrolsystemasawhole,thecoreofthecontrolcircuitdrivemoduleena

5、blesthemotorspeedparameterdisplayandmeasurement;fromthecommandinputmodule,OpticalisolationmoduleandH-drivemodule.Withthestand-alonekeyboardwithabreakasacommandinput,single-chipintheprocesscontrol,continuingtotheopticalisolationcircuittosendPWMwaveform,H-typemotordrivingcircuittocompletepositiveinver

6、sioncontrol.Inthedesign,usingPWMspeedmode,bychangingthePWMdutycycletochangethemotorarmaturevoltage,soastorealizethespeedofthemotor.Designofthecontrolsystemhardwarestructurewithalargenumberofintegratedcircuitmodules,greatlysimplifyingthehardwarecircuitrytoimprovestabilityandreliabilityofthesystemsoth

7、atthewholesystemperformanceisimproved.Keywords:STC89C51microcontroller;PWMspeed;positiveinversioncontrol1緒論1.1研究背景在電氣行業(yè)中，隨著各項(xiàng)技術(shù)水平的不斷提高，使得傳統(tǒng)工藝有了深層次的提高，對(duì)人類的生產(chǎn)與生活，產(chǎn)生了深刻且深遠(yuǎn)的影響，已經(jīng)與我們息息相關(guān)。當(dāng)需要良好的啟動(dòng)，制動(dòng)性能，并需要大范圍內(nèi)平滑調(diào)速時(shí)，直流電機(jī)是一個(gè)很好地選擇，因此在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。而且從自動(dòng)控制的角度看，直流調(diào)速還是交流調(diào)速，電機(jī)拖動(dòng)與基礎(chǔ)都是該領(lǐng)域的基礎(chǔ)。由模擬電路、運(yùn)

8、算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成的直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)大多數(shù)都為早期的控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜,功能單一,而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy,觸發(fā)精度易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，觸發(fā)脈沖不對(duì)稱度較大，調(diào)節(jié)器中的運(yùn)算放大器，因網(wǎng)壓和溫度變化引起的漂移會(huì)產(chǎn)生運(yùn)算誤差，模擬器件老化也會(huì)引起運(yùn)算誤差，甚至使已經(jīng)整定好的系統(tǒng)性能變差，這些都使直流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍被阻礙。隨著單片機(jī)及一系列可編程邏輯控制器的發(fā)展，許多控制功能及其算法，均可使用軟件技術(shù)來(lái)完成，大大的提高了電機(jī)控制的靈活性，快速性，使系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定而且使系統(tǒng)能達(dá)到了更高的性能,從而大大節(jié)約了人力資源,降低了系統(tǒng)成

9、本,有效地提高了工作效率。單片機(jī)具有小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、可靠性好、適應(yīng)溫度范圍寬、易擴(kuò)展、控制功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，模擬電路常常有復(fù)雜的電路功能，如果構(gòu)成控制器，就需要很多電子元件，單片機(jī)的使用，很好地改變了這種現(xiàn)狀，電路簡(jiǎn)單，成為了很大的優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)形成的控制器，可以使用軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。單片機(jī)內(nèi)部就像計(jì)算機(jī)一樣，有很強(qiáng)的邏輯功能，而且運(yùn)算速度快，擁有大量的存儲(chǔ)單元。單片機(jī)的控制系統(tǒng)有較好的靈活性。同時(shí)可以適應(yīng)在系統(tǒng)改變時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)不同功能，實(shí)現(xiàn)不斷變換參數(shù)，使系統(tǒng)更優(yōu)化。在此期間改變系統(tǒng)的功能，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，減小模擬信號(hào)控制間相互干擾，減小模擬信號(hào)產(chǎn)生溫漂等不穩(wěn)定因素。單片機(jī)

10、的使用有效的改變了零點(diǎn)漂移問(wèn)題,無(wú)論被控量的大合肥師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)小,都可以保證足夠的控制精度可提供人機(jī)界面,多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作等優(yōu)點(diǎn)。所以在電氣傳動(dòng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中受到重視和普遍應(yīng)用。利用單片機(jī)邏輯功能強(qiáng)和軟件靈活的優(yōu)點(diǎn)，不僅可使很多控制硬件軟件化，便于參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整，而且可以同時(shí)對(duì)系統(tǒng)工作中的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷、檢測(cè)和及時(shí)處理，加強(qiáng)了實(shí)時(shí)維護(hù)和提高了控制系統(tǒng)的可靠性。它的發(fā)展趨勢(shì)將是向大容量、高性能化、外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國(guó)直流電機(jī)的研究及制造起始于建國(guó)初期，從50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研機(jī)構(gòu)為研究一些裝置而使用或開發(fā)少量產(chǎn)品。我國(guó)在建國(guó)初期后開

11、始大量生產(chǎn)和應(yīng)用直流電機(jī)，例如江蘇、浙江、北京、南京、四川等各地都有投入生產(chǎn)，而且都在各行業(yè)使用，其中的驅(qū)動(dòng)電路所有半導(dǎo)體器件都是完全國(guó)產(chǎn)化的，還有各種邏輯運(yùn)算電路，同時(shí)還有電容耦合而構(gòu)成的計(jì)數(shù)器，各種觸發(fā)器以及分配器。至80年代中期以來(lái)，由于直流電機(jī)精確模型做了大量研究工作，各種混合式直流電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器作為產(chǎn)品廣泛利用。在國(guó)外在一種減小成本等問(wèn)題上，提出了更為嚴(yán)格的要求，各種電路的成本，效率等一些列工業(yè)化需求上，要求更為廉價(jià)的產(chǎn)品的出現(xiàn)，但同時(shí)需要增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品要求，直流電機(jī)還有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)，但是大扭矩直流電機(jī)相比直流電動(dòng)機(jī)成本較高，素以直流電機(jī)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高。一些少數(shù)高級(jí)的應(yīng)用，

12、就用空心轉(zhuǎn)杯電機(jī)，交流電機(jī)。國(guó)外在小功率的場(chǎng)合，還使用直流電機(jī)，例如一些工業(yè)器材，工業(yè)生產(chǎn)裝備，打印機(jī)，復(fù)印件，速印機(jī)，銀行自動(dòng)柜員機(jī)。目前,生產(chǎn)直流電機(jī)的廠家的確不少，但具有專業(yè)技術(shù)人員，能夠自行開發(fā)，研制的廠家卻非常少，大部分的廠家只一、二十人，連最基本的設(shè)備都沒(méi)有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給戶在產(chǎn)品選型、使用中造成許多麻煩。雖然直流電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但直流電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好直流電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。1.3研究的目的與意義近年來(lái)，科技發(fā)展的越

13、來(lái)越快，直流電機(jī)具有良好的起動(dòng)特性和調(diào)速特性。其中調(diào)速平滑，方便，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)極快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，能承受很大負(fù)載，需要滿足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊要求，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)合的不斷擴(kuò)大，從而對(duì)直流電機(jī)提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速等技術(shù)已經(jīng)不能完成時(shí)代所賦予的任務(wù)了，PWM波調(diào)速的方法的發(fā)現(xiàn)，滿足了時(shí)代的要求。采取傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)主要有以下的缺陷：模擬電路所使用的模擬信號(hào)很容易受到干擾，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，從而很容易隨時(shí)間飄移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及溫度漂移等。而用PWM技術(shù)后，避免上述的缺點(diǎn)，不僅簡(jiǎn)化了電路還實(shí)現(xiàn)了通過(guò)電力電子器件改變開關(guān)頻

14、率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性還有抗干擾能力。同時(shí)還有模擬信號(hào)的不穩(wěn)定性很好地被數(shù)字信號(hào)所取代，很大程度地節(jié)約了成本。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，在很多場(chǎng)合，都要求有直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行調(diào)速，諸如汽車行業(yè)中的各種風(fēng)扇、刮水器、噴水泵、熄火器、反視鏡、賓館中的自動(dòng)門、自動(dòng)門鎖、自動(dòng)窗簾、自動(dòng)給水系統(tǒng)、柔巾機(jī)、導(dǎo)彈火炮、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、艦艇、飛機(jī)、坦克、火箭、雷達(dá)、戰(zhàn)車等場(chǎng)合。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求本論文所選的直流電機(jī)，鍵盤向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過(guò)P2.3與P2.4其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PWM脈沖，另一口輸出低電平，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、驅(qū)動(dòng)H型橋式電動(dòng)機(jī)控制電路，實(shí)

15、現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制本設(shè)計(jì)的目的是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)出一個(gè)單片機(jī)控制直流電機(jī)的控制系統(tǒng)。主要實(shí)現(xiàn)功能：5個(gè)按鍵控制整個(gè)電路，對(duì)應(yīng)功能分別是：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、復(fù)位、速度加、速度減2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.2.1系統(tǒng)框圖硬件主要以單片機(jī)為核心，本次設(shè)計(jì)選用的直流電機(jī)，通過(guò)軟件和硬件的結(jié)合改變PWM波控制直流電機(jī)的啟停、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速功能。主要通過(guò)三大塊來(lái)設(shè)計(jì)，包括驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和按鍵部分是設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總框圖如圖2-1所示圖2-1總體設(shè)計(jì)框圖2.2.2 主控芯片選擇單片機(jī)在中國(guó)市場(chǎng)上任然是應(yīng)用最廣泛的一種芯片，其作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，在控制領(lǐng)域里應(yīng)用及其廣泛，故也可稱為微控制器。大

16、多數(shù)單片機(jī)都是由集成電路芯片組成，內(nèi)部包含著計(jì)算機(jī)的基本功能部件，如處理器，存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。通過(guò)擴(kuò)張的外圍設(shè)備組成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。然而單片機(jī)往往不能滿足控制系統(tǒng)的要求，需要增強(qiáng)單片機(jī)的性能，從而市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種增強(qiáng)型單片機(jī)來(lái)滿足市場(chǎng)的要求。有增加ROM來(lái)增強(qiáng)速度，有改變工作電壓來(lái)增強(qiáng)穩(wěn)定性，有的也增強(qiáng)輔助功能，如增加各種接口等輔助模塊來(lái)增強(qiáng)其性能。單片機(jī)在相對(duì)發(fā)展時(shí)間上看上去，發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，從最初可以支持簡(jiǎn)單易學(xué)的編程語(yǔ)言，從匯編到現(xiàn)在的C語(yǔ)言等其他單片機(jī)支持的語(yǔ)言，同時(shí)還有各種編程與其相適應(yīng)的工具，并有大量的知道資料，指引其適合市場(chǎng)發(fā)展。同時(shí)單片機(jī)可以在大多數(shù)溫度下工作，并且較

17、穩(wěn)定和一定的抗干擾能力。單片機(jī)在工業(yè)上，商業(yè)上，軍工產(chǎn)品上使用在功耗和抗干擾方面，本控制系統(tǒng)的要求都不高，一般的單片機(jī)芯片都能滿足要求。鑒于以上單片機(jī)的有點(diǎn)，STC89C51單片機(jī)具有單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)兼容性比較好,因此作為主控芯片，且足夠本設(shè)計(jì)運(yùn)行，且價(jià)格便宜，下載程序方便。2.2.3電機(jī)調(diào)速模塊的選擇方案一：可以采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器改變直流電機(jī)的電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是又具有局限性，電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。然而最大的局限性在于大多數(shù)電動(dòng)機(jī)的電阻很小，但電流很大；這樣分壓不僅會(huì)降低直流電機(jī)的工作效率，而且在大多數(shù)情況下很難實(shí)現(xiàn)。方案二：繼電器的出現(xiàn)，

18、出現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)新的控制方法，對(duì)電動(dòng)機(jī)開或關(guān)進(jìn)行控制，速度的變換可以通過(guò)控制器的開合關(guān)來(lái)控制。但是也有其優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，但是響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高也成為了它的致命缺點(diǎn)。方案三：還有采用由晶閘管和二極管組成的H型PWM電路。晶閘管和二極管的組合導(dǎo)通狀態(tài)，使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向被控制，不同狀況下，H型電路工作效率不同，在飽和截止?fàn)顟B(tài)下，能實(shí)現(xiàn)電機(jī)很好地控制，電子器件的使用，極大地提高了控制速度和穩(wěn)定性，是一種被廣泛采用的一種PWM調(diào)速技術(shù)。對(duì)于上面三種方案的分析可知，方案三具有很好地適用于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能滿足設(shè)計(jì)的要求，能提高其系統(tǒng)的

19、各種性能。2.2.4PWM調(diào)速方式的選擇脈寬調(diào)制（PWM）：脈寬調(diào)制是一種新型控制方法，是一種不改變脈沖周期，只改變輸出電壓半個(gè)周期內(nèi)，改變其寬度并與整個(gè)周期內(nèi)形成一個(gè)占空比，在改變占空比的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)控制效果。但是在此期間電壓的幅值不變的情況下，實(shí)現(xiàn)變壓的效果。如果改變周期，就可以實(shí)現(xiàn)變頻變壓。這種方法稱為PWM(PuleWidthModulation)調(diào)制,PWM調(diào)制可以直接在逆變器中完成電壓與頻率的同時(shí)變化,控制電路比較簡(jiǎn)單。方案一：雙極性工作制。雙極性工作制是指一個(gè)脈沖周期內(nèi)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向通過(guò)兩個(gè)高低信號(hào)的切換來(lái)改變,單片機(jī)輸出信號(hào)帶達(dá)到這種目的。方案二：?jiǎn)螛O性工作制。這種方法雖然也

20、是兩個(gè)控制輸出,但是兩個(gè)輸出信號(hào)形式的不同來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。通過(guò)兩口的低電平和PWM波的切換來(lái)改變。從上面的分析上看,鑒于操作應(yīng)該簡(jiǎn)單等要求,可以使用單極性工作制。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō),最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。下面給出一個(gè)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖。SFSW田220C3+1uFJ100C130pFY1-rCRYSTALC2P10VCCP11P00P12P01P13P02P14P03P15P04P16P05P17P06RSTP07P30EAP31LEP

21、32PSENP33P27P34P26P35P25P36P24P37P23XTAL1P22XTAL2P21GNDP2)P3040P314142STC9C52亠亠亠亠亠亠亠亠8圖33-1單片機(jī)的最小系統(tǒng)3.1.1復(fù)位電路單片機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，不同的工作電壓可以達(dá)到不同的效果，保持工作時(shí)的一個(gè)電壓，若超過(guò)或者低于一定范圍內(nèi)的電壓?jiǎn)纹瑱C(jī)才能正常工作，因此在某個(gè)范圍的電壓稱為復(fù)位電壓，通常單片機(jī)內(nèi)都是時(shí)序數(shù)字電路，因此超過(guò)復(fù)位電壓或者低于復(fù)位電壓，單片機(jī)才能有穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，才能正常工作。單片機(jī)復(fù)位在系統(tǒng)中極其重要，就好像電腦死機(jī)一樣，必須需要重啟功能才能恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，單片機(jī)也一樣，當(dāng)系統(tǒng)程序跑

22、飛等其他情況就需要使程序重新開始運(yùn)行，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定。復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。(1)上電復(fù)位：上電復(fù)位顧名思義為高電平復(fù)位，當(dāng)復(fù)位引腳接入一定電壓，并和電阻、電容形成一個(gè)回路，保證在商店過(guò)程中形成高電平，通常電阻和電容的典型值為10K和10uF。(2)按鍵復(fù)位：是指在鍵盤操作下形成高電平，也就是相當(dāng)于有一個(gè)開關(guān)，開關(guān)的閉合與否決定了復(fù)位引腳是否為高電平，其中電路中有一個(gè)電容，通過(guò)電壓的充電來(lái)保持單片機(jī)復(fù)位。本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位，在單片機(jī)啟動(dòng)0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V,這是時(shí)候10K電阻兩端的電壓接近于OV，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開關(guān)導(dǎo)

23、通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過(guò)程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。3.1.2晶振電路晶振是電路中常用用的時(shí)鐘元件,全稱是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振的使用，使單片機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中擁有穩(wěn)定

24、的狀態(tài)，晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。晶振作為系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，通常與單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各部分保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供單片機(jī)的腳XTALO和腳XTAL1構(gòu)成的振蕩電路時(shí)，晶振組成的電路是系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生不穩(wěn)定因素，但是不影響系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定，改變這種情況，通常運(yùn)用電容來(lái)改變和消除諧波。3.2 鍵盤控制電路鍵盤相當(dāng)于人的眼睛，鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。但是鍵盤實(shí)質(zhì)是一組按鍵開關(guān)的集合。通過(guò)運(yùn)用機(jī)械原理的開關(guān)來(lái)達(dá)到控制的效

25、果，在實(shí)際情況中防止鍵盤的震蕩，因?yàn)闄C(jī)械方面的原因，在按鍵盤過(guò)程中，由于時(shí)間和機(jī)械原因，會(huì)產(chǎn)生一定的抖動(dòng)，按下時(shí)和松開始均產(chǎn)生抖動(dòng)且為無(wú)效狀態(tài)，在其兩者時(shí)間差中才可以產(chǎn)生有效狀態(tài)，因此需要一個(gè)延時(shí)狀態(tài)，來(lái)消除抖動(dòng)。根據(jù)按鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平。輸出電壓的檢測(cè)，便可以判斷鍵盤按鍵是否按下，但是必須擁有用一定的方法對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。在本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，鍵盤的按鍵是否按下及其機(jī)械原因，為了防止外界條件的干擾，確保每次按鍵有效，必須要消除抖動(dòng)?，F(xiàn)在主要消除按鍵抖動(dòng)有硬件、軟件兩種方法但是硬件消抖電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，且不合實(shí)際情況，在此不再詳細(xì)敘述；然而軟件消抖適合按鍵較多的情況，

26、方便簡(jiǎn)單。其原理是在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)程序后在確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有鍵按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。其原理圖如圖3.2所示:合肥師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)圖3-2鍵盤控制模塊原理圖3.3 直流電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電動(dòng)機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)模塊的電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具體電路見(jiàn)下圖。本電路采用的是基于PWM原理的H型橋式驅(qū)動(dòng)電路。合肥師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件需要同時(shí)完成讀取鍵盤、處理鍵盤、控制直流電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)等任務(wù)，這就必須通過(guò)中斷技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本設(shè)計(jì)中，主程序采用查詢方式掃描鍵盤端口，檢測(cè)按鍵動(dòng)作是否發(fā)生，若有按鍵動(dòng)作則處理鍵盤，根據(jù)按鍵

27、值修改相應(yīng)參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)鍵盤的實(shí)時(shí)處理功能。定時(shí)器0中斷服務(wù)程序控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制位的值，控制脈沖信號(hào)循環(huán)移動(dòng)的方向，達(dá)到對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制的目的。4.1主程序流程圖系統(tǒng)分為電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、電機(jī)加速與電機(jī)減速的幾部分組成，其主程序框圖如圖4-1所示：圖4-1直流電機(jī)主程序流程圖4.2讀按鍵子程序流程圖按鍵采用掃描的方法，掃描時(shí)間的不同和不同時(shí)間的檢測(cè)與初始值相比，如果相等則說(shuō)明沒(méi)有鍵按下，不相等則表示已經(jīng)按了但是需要一定的時(shí)間來(lái)判斷，以便確認(rèn)是否真的有鍵按下。延時(shí)10ms后再次掃描，第二次與初始值比較，若相等則表明前一次比較不相等是由抖動(dòng)產(chǎn)生；如果相等則表明確實(shí)有鍵按下。執(zhí)行鍵

28、盤之程序里的指令，將相應(yīng)的變量值改變，為鍵盤處理子程序做準(zhǔn)備。如圖4-2所示:是否有按鍵按下是處理子程序啟動(dòng)圖4-2掃描鍵盤字程序流程圖4.3 按鍵處理子程序流程圖按鍵處理子程序流程圖如圖4-3所示圖4-3鍵盤處理子程序流程圖直流電機(jī)的啟停控制通過(guò)啟停定時(shí)器TO來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槎〞r(shí)器TO控制著脈沖信號(hào)的輸出，關(guān)閉定時(shí)器TO也就阻止了脈沖信號(hào)的輸出。4.4 電機(jī)控制中斷程序流程圖定時(shí)器中斷0服務(wù)程序流程圖如圖4-4所示:圖4-4定時(shí)器中斷0服務(wù)程序流程圖定時(shí)器中斷0服務(wù)程序的中斷時(shí)間由當(dāng)前的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。進(jìn)入中斷程序后，首先要保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，再根據(jù)當(dāng)前值設(shè)置THO和TL0的值。然后判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制位的值，最后

29、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，返回，等待下次中斷。通過(guò)用當(dāng)前轉(zhuǎn)速控制中斷時(shí)間，控制了脈沖的輸出頻率，也就到達(dá)了直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的目的；通過(guò)檢測(cè)方向控制位的電平，控制了直流各引出端的接通順序，也就到實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的控制。275系統(tǒng)調(diào)試與改進(jìn)5.1調(diào)試與改進(jìn)軟件測(cè)試的時(shí)候也有些問(wèn)題，主要有：1.軟件去抖方式，和時(shí)間的控制。2.控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的程序段完成后，調(diào)試發(fā)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)速度的控制范圍過(guò)小，查閱資料后發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)思路不太合理，原先的設(shè)計(jì)思路是用主程序控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，采用延時(shí)方式控制直流電機(jī)速度，由定時(shí)器處理鍵盤；改進(jìn)程序，主程序用來(lái)處理鍵盤，由定時(shí)器控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度由定時(shí)器定時(shí)時(shí)間決定。問(wèn)

30、題得到解決，不僅擴(kuò)大了直流電機(jī)速度的控制范圍，也使得單片機(jī)對(duì)直流電機(jī)速度的控制更加精確。由于編譯只能檢查是否存在語(yǔ)法錯(cuò)誤，所以還要看是否存在邏輯錯(cuò)誤。程序修改好以后，當(dāng)顯示編譯0錯(cuò)誤，0警告的時(shí)候，這說(shuō)明已經(jīng)沒(méi)有語(yǔ)法錯(cuò)誤了，是否有邏輯錯(cuò)誤還要看接上電路板通過(guò)仿真以后，直流電機(jī)能否正常轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示是否正常。5.2運(yùn)行結(jié)果電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)停止結(jié)論與展望在把理論設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成實(shí)物的整個(gè)過(guò)程，如：電路設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、畫電路圖、焊接電路、檢查調(diào)試、軟件流程控制設(shè)計(jì)分析、編寫調(diào)試軟件、燒寫軟件到整個(gè)軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試，最后直到系統(tǒng)完成。其中整個(gè)系統(tǒng)的前期準(zhǔn)備是首先必須做到位的，如控制什么、用什么控制、得到什么

31、結(jié)果，進(jìn)而對(duì)各部分應(yīng)選擇具體的芯片作進(jìn)一步的考慮，以使系統(tǒng)得到最優(yōu)的表現(xiàn)。通過(guò)本課題，一方面我在查閱資料的基礎(chǔ)上，了解STC89C51單片機(jī)控制的一些基本技術(shù)，掌握其控制系統(tǒng)的分析方法與實(shí)現(xiàn)方法,能對(duì)單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)與掌握；另一方面，在設(shè)計(jì)直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路，控制程序和相應(yīng)的電路圖時(shí)，應(yīng)充分運(yùn)用說(shuō)學(xué)知識(shí)，善于思考，琢磨，分析。我們的學(xué)習(xí)不但要立足于書本，以解決理論和實(shí)際教學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題為目的，還要以實(shí)踐相結(jié)合，理論問(wèn)題即實(shí)踐課題，解決問(wèn)題即課程研究，學(xué)生自己就是一個(gè)專家，通過(guò)自己的手來(lái)解決問(wèn)題比用腦子解決問(wèn)題更加深刻。學(xué)習(xí)就應(yīng)該采取理論與實(shí)踐結(jié)合的方式，理論的問(wèn)題，也就是

32、實(shí)踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識(shí)的鞏固，又有助于帶動(dòng)實(shí)踐，解決實(shí)際問(wèn)題，加強(qiáng)我們的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力。致謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，凝結(jié)了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。沒(méi)有他們的幫助，我將無(wú)法順利完成這次設(shè)計(jì)。首先，我要特別感謝老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間曲老師指導(dǎo)我、幫助我收集文獻(xiàn)資料，理清設(shè)計(jì)思路，完善操作方法，并對(duì)我所做的設(shè)計(jì)提出有效的改進(jìn)方案。老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、誨人不倦的態(tài)度和學(xué)術(shù)上精益求精的精神讓我受益終生。作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。因此，特別需要感謝曲培新老師

33、給予的耐心細(xì)致的指導(dǎo)，在此，再一次向曲培新教師以及關(guān)心幫助我的教師同學(xué)表示最誠(chéng)摯的謝意！其次，學(xué)校在這方面也給我們提供了很大的支持和幫助，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)比較重視，每個(gè)設(shè)計(jì)小組配有專門的指導(dǎo)老師，幫助我們能順利完成整個(gè)設(shè)計(jì)。對(duì)于學(xué)校和老師為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)所提供的極大幫助和關(guān)心，在此我致以衷心的感謝！最后，通過(guò)這一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，鞏固了以前學(xué)的知識(shí)，為更好走入社會(huì)。同時(shí)也要感謝身邊朋友的熱心幫助，沒(méi)有你們的關(guān)心與支持，我不可能這么快完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)！這幾個(gè)月的歲月是我學(xué)生生涯中最有價(jià)值的一段時(shí)光，也將會(huì)成為我以后永遠(yuǎn)的美好的回憶，在這里有治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而不失親切的老師，也有互相幫助情同骨肉的同學(xué)，更有和諧、融洽的

34、學(xué)習(xí)生活氛圍，這里將是我永遠(yuǎn)向往的地方。借此論文之際，我想向所有人表達(dá)我的最誠(chéng)摯的謝意，愿我們將來(lái)都越來(lái)越好。參考文獻(xiàn)張友德等，單片機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)M,復(fù)旦大學(xué)出版社1992.張毅剛，彭喜源，譚曉鈞，曲春波.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社2001.1.宋慶環(huán)，才衛(wèi)國(guó)，高志，89C51單片機(jī)在直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用M。唐山學(xué)院，2008.4陳錕危立輝，基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速器控制電路J，中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003.9.李維軍韓小剛李晉，基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)J，維普資訊，2007.9曹巧媛.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京，電子工業(yè)出版社，19

35、97.劉大茂，嚴(yán)飛單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控主程序的設(shè)計(jì)方法J.福州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)福建農(nóng)林大學(xué)碩士論文版），1998.2.附錄A：系統(tǒng)原理圖A,A11WT“|卜r111W附錄B：系統(tǒng)PCB圖332221323次212211I4031CO129101820P0221口1JR52222223DO111222222111111廠2345678Q6附錄C：系統(tǒng)源程序#include#defineucharunsignedchar/數(shù)據(jù)類型宏定義#defineuintunsignedintsbitkeyl=P3A1;sbitkey2=卩3人2;sbitkey3=P3A3;sbitkey4=P3A4;sbit

36、key5=P3A5;/定義加速按鍵/定義減速按鍵/定義正轉(zhuǎn)按鍵/定義反轉(zhuǎn)按鍵/定義停止按鍵/定義調(diào)速端口/定義調(diào)速端口/*延時(shí)函數(shù)Xms*/sbitPWMZ=P2A3;sbitPWMF=P2A4;unsignedcharCYCLE;定義周期該數(shù)字X基準(zhǔn)定時(shí)時(shí)間如果是10則周期是10x0.1msunsignedcharPWM_ON;/定義高電平時(shí)間ucharflag;/TxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxT

37、xTxTxTxTxTxTxTxTx/*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*/TxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTx/voiddelay(uintz

38、)uintx,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*/TxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxT

39、xTxTxTx/*/*獨(dú)立鍵盤掃描函數(shù)/*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*/TxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTxTx/voidkeyscan()P3=0xff;拉高P3口，以讀取P3口的值if(key1=0)鍵1被按下delay(5);延時(shí)消抖if(key1=0)PWM_ON+;if(PWM_ON=CYCLE)PWM_ON=CYCLE;while(!key1);delay(5);延時(shí)消抖while(!key1);松手檢測(cè)if(key2=0)delay(5);if(key2=0)PWM_