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文檔簡介
1、基于單片機的直流電機控制系統(tǒng)的設(shè)計基于單片機的直流電機控制系統(tǒng)的設(shè)計摘 要本設(shè)計主要研究設(shè)計一款PWM直流電機調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠利用單片機對用戶通過按鍵輸入的控制信號進行處理,然后利用驅(qū)動器對電機進行速度和方向的控制,同時把電機運行狀態(tài)信息顯示在LCD顯示器上。在完成對系統(tǒng)的根本分析后,對硬件的電路進行了調(diào)試,然后對所有模塊電路進行調(diào)試。只要有了整個系統(tǒng)的信號連接方式和全部電路的原理圖設(shè)計就可以更方便的開掘硬件挑選方案的可行性和優(yōu)點。給系統(tǒng)就提供了空間平臺。這是整個系統(tǒng)的的核心局部,也是本篇設(shè)計的核心。最后將整個檢測系統(tǒng)進行軟硬件聯(lián)調(diào),根據(jù)已經(jīng)設(shè)計完成的電路圖和系統(tǒng)功能需求,完成硬件電路的制
2、作與軟件程序的開發(fā)。在對整個系統(tǒng)完成測試后確定了系統(tǒng)設(shè)計的有效性。關(guān)鍵詞:單片機;硬件電路設(shè)計;系統(tǒng)仿真;系統(tǒng)調(diào)試The design of dc motor control system based on single chip microcomputerABSTRACTThis design mainly study design a PWM dc motor speed control system. The system can use single chip microcomputer control of the user through the pressed key input
3、 signal processing, and then use the drive control of motor speed and direction, at the same time, the motor running state information display on the LCD display.In the completion of basic analysis of the system, the hardware circuit debugging, and then to all module circuit debugging. Have the sche
4、matic diagram of the whole module design and system of signal connection mode can be more easily explore feasibility and advantages of hardware selection scheme. To the system provide a space platform. This is the core of the part of the whole system, is also the core of this design.Will last the wh
5、ole test system of software and hardware alignment, have done design according to the circuit diagram and system functional requirements, complete the hardware circuit and software program development. After complete the test of the whole system to determine the effectiveness of the system design.Ke
6、yword:Single chip microcomputer; The hardware circuit design; System simulation; System debugging目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc11002 一、 緒論 PAGEREF _Toc11002 1 HYPERLINK l _Toc4531 本課題的研究目的及意義 PAGEREF _Toc4531 1 HYPERLINK l _Toc20210 直流電機調(diào)速方法 PAGEREF _Toc20210 2 HYPERLINK l _Toc32188 設(shè)計內(nèi)容 PAGEREF
7、_Toc32188 2 HYPERLINK l _Toc21989 二、系統(tǒng)主要硬件介紹 PAGEREF _Toc21989 4 HYPERLINK l _Toc6032 2.1 8051單片機 PAGEREF _Toc6032 4 HYPERLINK l _Toc16463 簡介 PAGEREF _Toc16463 4 HYPERLINK l _Toc22592 2.1.2 8051單片機特點 PAGEREF _Toc22592 5 HYPERLINK l _Toc1934 2.2 L298N PAGEREF _Toc1934 5 HYPERLINK l _Toc19249 三、系統(tǒng)電路硬件
8、設(shè)計 PAGEREF _Toc19249 7 HYPERLINK l _Toc9937 系統(tǒng)電路總體設(shè)計 PAGEREF _Toc9937 7 HYPERLINK l _Toc3783 主控電路設(shè)計 PAGEREF _Toc3783 7 HYPERLINK l _Toc23318 顯示電路 PAGEREF _Toc23318 8 HYPERLINK l _Toc19337 按鍵控制電路 PAGEREF _Toc19337 9 HYPERLINK l _Toc5182 電機驅(qū)動電路 PAGEREF _Toc5182 10 HYPERLINK l _Toc23908 程序下載電路 PAGEREF
9、_Toc23908 11 HYPERLINK l _Toc974 電源電路 PAGEREF _Toc974 11 HYPERLINK l _Toc2032 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計及仿真 PAGEREF _Toc2032 13 HYPERLINK l _Toc24218 系統(tǒng)軟件總體方案 PAGEREF _Toc24218 13 HYPERLINK l _Toc5600 系統(tǒng)初始化程序設(shè)計 PAGEREF _Toc5600 14 HYPERLINK l _Toc20719 PWM發(fā)生程序設(shè)計 PAGEREF _Toc20719 15 HYPERLINK l _Toc1293 按鍵控制程序 PAGERE
10、F _Toc1293 16 HYPERLINK l _Toc24830 系統(tǒng)仿真 PAGEREF _Toc24830 18 HYPERLINK l _Toc11194 五、PWM直流調(diào)速系統(tǒng)硬件聯(lián)調(diào) PAGEREF _Toc11194 22 HYPERLINK l _Toc6540 系統(tǒng)硬件制作調(diào)試 PAGEREF _Toc6540 22 HYPERLINK l _Toc26874 系統(tǒng)軟件下載及調(diào)試 PAGEREF _Toc26874 23 HYPERLINK l _Toc26419 結(jié)論 PAGEREF _Toc26419 24 HYPERLINK l _Toc16748 參考文獻 PAG
11、EREF _Toc16748 25 HYPERLINK l _Toc9412 致謝 PAGEREF _Toc9412 27一、 緒論本課題的研究目的及意義直流電機很早就被應(yīng)用于人們生活當(dāng)中。經(jīng)歷了屢次的變革更新,現(xiàn)今已被普遍應(yīng)用在交通工具,工程設(shè)備,電氣自動化以及航天航空等。最早的直流電機調(diào)速電路很復(fù)雜,將運算放大器和非線性電路,還有模擬器件組合而成,因此早期的直流電機缺點很多,比方功能有很大限制,改裝很繁瑣,本錢費用高等。嚴(yán)重影響了直流電機的應(yīng)用。近年來,由于PWM技術(shù)的出現(xiàn),使直流電機的開展發(fā)揮到了極致,使其在應(yīng)用范圍擴大了不少。PWM調(diào)速系統(tǒng)的根本原理就是控制開關(guān)的導(dǎo)通和斷開,直流電壓會
12、根據(jù)開關(guān)的導(dǎo)通或者斷開而產(chǎn)生變化,當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通,電流就會流向直流電機,當(dāng)開關(guān)斷開,就沒有電流流向直流電機。利用這個方法,想要改變輸出的平均電壓值,就要改變開關(guān)的導(dǎo)通和斷開用它來實現(xiàn)電壓脈沖的頻率。 在直流電機調(diào)速系統(tǒng)中利用單片機控制直流電機的技術(shù)卻是最為耀眼的一個,雖然控制系統(tǒng)和微機技術(shù)還有電力電子技術(shù)用的也不少,但是在應(yīng)用上還是單片機控制直流電機用的更多一些。在直流電機調(diào)速中單片機的作用是將輸出脈沖信號和控制其他邏輯電路,不光如此,單片機還有質(zhì)量輕,體積小,本錢低,靈活應(yīng)用,控制能力強等優(yōu)點。所以會優(yōu)先選擇單片機作為直流電機調(diào)速系統(tǒng)控制芯片。就是因為PWM技術(shù)的優(yōu)點多,直流電機被獲得青睞,在生
13、活中被得到廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)領(lǐng)域中PWM技術(shù)占據(jù)著舉足輕重的作用,他利用電路結(jié)構(gòu)簡單,價格廉價,控制靈活的特點與數(shù)字信號可以相互通信,使工業(yè)化的開展更上一層樓。這樣看來,PWM技術(shù)可能會對我們的工作生活起到作用,所以我們要去多學(xué)習(xí)PWM技術(shù)。通過L298N電機驅(qū)動電路,本設(shè)計就選擇51單片機來實現(xiàn)對直流電機的調(diào)速控制,通過本次設(shè)計可以使我們對所學(xué)到的知識得到進一步的穩(wěn)固和加深,在我們以后的生活工作當(dāng)中得到充分的表現(xiàn)有很大的意義。直流電機調(diào)速方法直流電機根本的調(diào)速方法主要有4種。1.最早的直流電機調(diào)速系統(tǒng)想要實現(xiàn)直流電機的調(diào)速是要改變電機的內(nèi)阻的大小而使直流電機兩端的電壓產(chǎn)生變化。這種調(diào)速系統(tǒng)電
14、路有很多的缺點,比方調(diào)速精度較低,不能精確調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。但是這種調(diào)速系統(tǒng)操作起來比擬容易,電路也很簡單而且工藝的制造也不麻煩。2.發(fā)電機一電動機調(diào)速,這種調(diào)速系統(tǒng)一般由電磁放大器,電機擴大器,閘流管等器件構(gòu)成。這種方法相對以前的方法有相當(dāng)大的突破,一改以往的精度低,調(diào)速低的缺點,把直流電機帶到了一個新的高度。但是這個系統(tǒng)還是存在些許缺乏,比方電力設(shè)備以及電子元器件較多,價錢也比擬昂貴,其中的連線接線線路并不簡單,使得這個系統(tǒng)太過繁瑣,不易于制造。3.基于泵漿變流器的調(diào)速方式。這種調(diào)速方法在平時用的不多,調(diào)速功能比之前也有很大的提高,調(diào)速精度也比擬高,不會出現(xiàn)調(diào)速精度低和調(diào)速不穩(wěn)定的問題。但是
15、這種調(diào)速方法是基于泵漿變流器的,系統(tǒng)中的會揮發(fā)處不良?xì)怏w,會對人體產(chǎn)生傷害,這就是不常用的原因,所以也就不便去推廣引用了。4.PWM調(diào)速。這種方法利用調(diào)整半導(dǎo)體開關(guān)的通斷從而改變電機兩段平均電壓的形式改變調(diào)整電機轉(zhuǎn)速。早期的半導(dǎo)體開關(guān)利用三極管,但是三極管的載流較小,通常只能驅(qū)動功率較小的電機。直流電機有了相當(dāng)大的進步是當(dāng)?shù)谝恢痪чl管成功出世,將它應(yīng)用到直流電機調(diào)速系統(tǒng)中,確實有著不匪的表現(xiàn),而且在今后的很長時間內(nèi)都是被主要應(yīng)用,這種調(diào)速系統(tǒng)比之前的更小更精致,調(diào)速精度更高,價格更低。歐美國家在調(diào)速系統(tǒng)這局部那么更有話語權(quán),比擬有實力的公司西門子、通用電氣等他們擁有更多不同種類的調(diào)速設(shè)備,他們
16、的設(shè)備性能很高,他們的產(chǎn)品不會應(yīng)用在精度和穩(wěn)定性相對較低的地方,他們對這方面要求很嚴(yán)格。設(shè)計內(nèi)容設(shè)計了一個基于PWM調(diào)速方法的調(diào)速系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由主控,電機驅(qū)動電路,按鍵控制電路,顯示電路等構(gòu)成。并將轉(zhuǎn)速級別顯示于LCD顯示器上。系統(tǒng)的主控采用51單片機,電機驅(qū)動采用L298N電機驅(qū)動電路。系統(tǒng)具有本錢低廉,構(gòu)造簡單,容易操作的優(yōu)點。二、系統(tǒng)主要硬件介紹本章主要介紹8051單片機的由來和它的特性,還有將利用L298N作為實驗工具來進行實驗研究。2.1 8051單片機簡介8051是一種單芯片微控制器,在1981年INTEL公司制造出來的。很多公司也在做8051型號的單片機比方愛特梅爾公司,Phi
17、lips公司,Deep lianhua公司等公司,他們很多都研發(fā)了性能更好,應(yīng)用更廣泛的產(chǎn)品,他們之所以會有之后的成就,也是因為最早通過Intel公司授權(quán)得來的MCS51核心技術(shù)。8051單芯片是同步式的順序邏輯系統(tǒng),它的系統(tǒng)內(nèi)部時脈信號發(fā)生變化時整個系統(tǒng)才會健康的運行起來,很多信號和動作都是通過他發(fā)出來的。8051單片機內(nèi)部有一個時鐘產(chǎn)生器,一般和電容還有石英提諧振器等還有很多振蕩器相連才能使用,系統(tǒng)就會產(chǎn)生時鐘信號是系統(tǒng)正常的運轉(zhuǎn)。8051比平常的的微處理器多了38BRAM、8KB的ROM和4個8位的串行口還有不少特殊功能的存放器,單片機只用于對系統(tǒng)的控制設(shè)計,而微處理器多數(shù)情況用于對系統(tǒng)
18、內(nèi)的數(shù)據(jù)進行運算,所以單片機在控制能力上是非常強大的,是微處理器所不具備的。圖2.1 8051單片機原理圖 8051單片機特點體積小適用于多數(shù)系統(tǒng)、集成度非常高、用起來也非??煽?。單片機將人類的智慧發(fā)揮到了極致,它的每一個功能部件都集中在了一塊晶體芯片上,體積非常小,自然集成度也非常高,單片機芯片內(nèi)部的線路很短,在日常的工業(yè)當(dāng)中,機器產(chǎn)生的噪聲很大,他的抗噪聲的能力首屈一指,進入到工廠中,明顯感覺耳根比之前舒服了好多,大多數(shù)CPU都沒有他強,因為他本身設(shè)計的時候就是根據(jù)工業(yè)上的噪聲環(huán)境來打造的。在一個芯片內(nèi)有很多的信號通道,他保護了單片機的常數(shù),表格還有程序指令等固化,使得他們在ROM成功地保
19、存下來,因此它的可靠性非常高??刂颇芰σ草^強。單片機有著極強的控制功能,能及時地將分支轉(zhuǎn)移,還有端口操作能力和位處理能力,這是他獨到的一面,這便是單片機指令系統(tǒng)能對對象控制的要求充分地滿足的原因。易于擴展。計算機能正常運行都是通過單片機提供計算機所需的部件,計算機應(yīng)用系統(tǒng)有好多種規(guī)模,他是由單片機芯片外部有很多串行接口,管腳和三總線構(gòu)成,系統(tǒng)利用這些部件很容易構(gòu)成。優(yōu)異的性價比。單片機開始使用新技術(shù),比方DSP和RSTC等技術(shù),就是為了運算速度能更上一層樓。單片機尋址能力更是突飛猛進,不僅將64KB成功突破,還有許多已經(jīng)到達1MB和16MB,令人驚詫 ,片內(nèi)的ROM的容量更是可以到達60M。單
20、片機價格廉價令他在許多地方廣為受用,所以具有性價比高的特點。2.2 L298N本次設(shè)計將選取L298N來進行操作。簡單介紹一下L298N。它是意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種電機驅(qū)動芯片,它具有高電壓、高電流的特點,工作效率很高。該芯片采用15腳封裝.主要特點是:工作電壓高,最高工作電壓可達46V輸出電流大,瞬間峰值電流可達3A,持續(xù)工作電流為2A;額定功率25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器,可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負(fù)載;采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制;該芯片有兩個控制端,再不受外界條件下不管器件是否工作有一個邏輯電源輸入端,在低電壓的中讓邏輯電路正常工作;可以外接檢
21、測電阻,將變化信息反響給控制電路。 三、系統(tǒng)電路硬件設(shè)計系統(tǒng)電路總體設(shè)計驗實硬件系統(tǒng)圖如下:STC89C52單片機驅(qū)動電路電源電路LCD顯示按鍵控制電路圖3.1 系統(tǒng)模式圖主控電路設(shè)計本設(shè)計的電路將使用51單片機,因為51單片本錢低廉也比擬符合系統(tǒng)的功能需求,選取的型號為STC89C52。STC89C52單片機的內(nèi)部構(gòu)造十分簡單,主控電路由于是用它的芯片搭建的,因此也比擬簡單。晶振電路,復(fù)位電路和i0電路就組成了主控電路。下列圖為主控電路設(shè)計圖。圖3.2 主控電路圖S2按鍵,10K毆和22uF電容組成了圖中的復(fù)位電路。當(dāng)按鍵閉合時,主控的RST引腳被轉(zhuǎn)化為高電平,系統(tǒng)便成功復(fù)位。晶振電路是一個
22、后續(xù),它的構(gòu)成是一個無源晶體振蕩器和兩個20pF的電容。時鐘信號可以穩(wěn)定的輸入主控芯片為主控芯片。整個系統(tǒng)可以正常的運行就是靠這兩個局部。顯示電路用戶通常要獲得信號采集值都是通過顯示屏的形式輸出之后。顯示屏通常有兩種選擇,有LED數(shù)碼管和LCD液晶屏。在低端系統(tǒng)中,LED數(shù)碼管可以充分的顯示設(shè)計,在高端一點就不行了,LED數(shù)碼管有很多缺點,比方體積太大,只能單一的顯示數(shù)字,顯示形態(tài)太普通還有耗能非常高等。本次設(shè)計針對的人群是學(xué)生,本文使用LCD液晶屏作為顯示器件,所以需要整個系統(tǒng)美觀并且具有體積小耗能低的,因此本文采用LCD液晶屏作為顯示器件。本次設(shè)計采用LCD1603液晶屏,這種屏幕的顯示內(nèi)
23、容,功耗還有電壓比擬符合。這種屏幕在工業(yè)當(dāng)中叫做字符型液晶,有許多種組合的點陣字符,字符和字符之間的距離,行距都對顯示屏有影響。距離把握的適宜會顯的字符美觀大方。不僅能顯示英文字符,也能很好的顯示中文字符。是一種使用的液晶顯示屏。下列圖為顯示模塊的原理圖。圖3.3 LCD顯示電路從圖LCD顯示電路中看出,整個顯示屏模塊功能強大,本身帶有驅(qū)動電路。供電回路由VEE,VCC,VSS構(gòu)成,噪聲對顯示屏影響是非常大的,為了保證顯示屏的正常工作,降低噪音就是一個必須要做的工作,就要通過并通過C3,C4兩顆退藕電容濾除電源噪聲,防止顯示屏產(chǎn)生異常情況。器件通過DB0DB7八個引腳與單片機交換數(shù)據(jù),并在RS
24、,R/W和E引腳的控制下,正常的完成信息交互,這三個引腳分別完成存放器類型選擇,讀寫切換和芯片使能的工作,使得數(shù)據(jù)能夠在正確的時序下傳輸。整個液晶顯示電路不僅很好的完成了系統(tǒng)的要求,還降低了系統(tǒng)的能耗和電路面積,該液晶顯示電路起到了至關(guān)重要的作用。按鍵控制電路本系統(tǒng)對按鍵要求很高,系統(tǒng)中的3個按鍵分別連接到單片機STC89X52RC的引腳上。連接方式為按鍵一端連接到單片機引腳,另一端右側(cè)接地。在程序中對鍵盤才去鍵盤掃描模式來判斷這四個獨立按鍵的狀態(tài):低電平的檢測是通過單片機對計算機進行掃描函數(shù),如果單片機和按鍵連接的引腳就是低電平,當(dāng)按鍵被按下,系統(tǒng)就進入處理程序,單片機發(fā)出指令,就可以操控直
25、流電機進行一系列操作:正向運轉(zhuǎn)、反向運轉(zhuǎn)和加速、減速和啟動、停止。當(dāng)程序掃描了按鍵的狀態(tài),那程序就進入子程序進行下一項動作,系統(tǒng)就會自動復(fù)位,那就說明按鍵已被按下;同樣,當(dāng)程序只執(zhí)行主程序或其他的子程序,那么程序會繼續(xù)之前的操作,不會掃描按鍵狀態(tài),那程序一定沒有進入鍵盤掃描程序,那么按鍵就沒有按下才導(dǎo)致了這樣的情況,如果出現(xiàn)了這種情況,系統(tǒng)會反響給單片機,這時單片機就會掃描與按鍵相連的引腳,即主程序每執(zhí)行一次都會對鍵盤掃描子程序的入口條件進行一次判斷。圖3.4 按鍵控制電路3.5電機驅(qū)動電路本系統(tǒng)電機驅(qū)動采用L298N電機驅(qū)動器,如圖中L298N的OUT1和OUT2輸出端直接和電機相連,用于拖
26、動電機。L298N的IN1和IN2端直接和STC89C52單片機相連,用于接收來自PWM波控制信號,從而對L298N的輸出電壓進行控制。當(dāng)單片機給予高電平時,相應(yīng)的輸出管腳輸出高電平,為電機提供驅(qū)動電流;當(dāng)單片機給予低電平時,相應(yīng)管腳輸出低電平,無法為電機提供驅(qū)動電流,電機停止轉(zhuǎn)動。利用單片機輸出PWM波,從而使得L298N在一定頻率下反復(fù)通斷,從而控制電機的轉(zhuǎn)速。圖3.5 電機驅(qū)動電路3.6程序下載電路STC89C52可以進行編程,它里面的芯片有一種編程模塊。在編程時將數(shù)據(jù)整理好,通過串口傳輸給STC89C52,STC89C52將數(shù)據(jù)接受處理完成后,剩下的工作就留給芯片去自動進行FLASH燒
27、寫,效率自然高了不少。由于數(shù)據(jù)都是通過PC輸出,為了建立統(tǒng)一方便的適用接口,本設(shè)計采用USB輸出(考慮到大多數(shù)電腦不再擁有RS232串口接口)。因此系統(tǒng)中需要用于USB轉(zhuǎn)串口的電路。下列圖為本課題設(shè)計的U轉(zhuǎn)串電路。圖3.6 程序下載電路該電路的主要構(gòu)成模塊是PL2303芯片和一個12Mhz的晶體產(chǎn)生電路。旺久公司生產(chǎn)了一種集成度很高的接口轉(zhuǎn)換器名字叫PL2302,它可以讓USB接口和RX233 全雙工異步串行通信裝置成功連接。按照該芯片手冊提出的要求,為其搭建需要的外圍電路,就構(gòu)成了系統(tǒng)的下載電路。上圖中D+和D-就是數(shù)據(jù)輸入接口,接到系統(tǒng)的輸入USB接口上,與PC通信。3.7電源電路系統(tǒng)中主
28、要存在兩種電源。一個是用于為STC89C52單片機供電的5v電源。另一種是為電機供電的12V電源。為了實現(xiàn)這兩種電源,分別采用LM7805和LM7812實現(xiàn)。7805是一種常見的三端穩(wěn)壓電路集成電路。一般要想用7805系列三端穩(wěn)壓將外圍元件組成幾乎沒有,有保護電路的進行調(diào)整管,過熱還有過流的電路,用起來相對平安,便捷,而且性能也不差??梢詫崿F(xiàn)至少1A以上的輸出電流,這種器件在實際應(yīng)用中用途很多,可以將本地噪聲污染消除。該芯片具有三個接口,輸入電平,輸出電平和公共地電平,使用時只需再輸入和輸出端分別并上一個電容用于電源濾波,此外不需要其他的外圍器件。因此電路設(shè)計較為容易。LM7812與7805類
29、似,也是一種三端穩(wěn)壓器。其輸出電壓為3.3v,最大輸出電流為1A。工作結(jié)溫范圍:-40125C輸入最大電壓:12V。是一種高效率線性穩(wěn)壓器發(fā)表開關(guān)電源穩(wěn)壓器。該芯片具有三個接口,輸入電平,輸出電平和公共地電平。設(shè)計中輸入電平由5v電源提供,公共地信號為系統(tǒng)地信號。下列圖為系統(tǒng)供電電路的原理圖。圖3.7 電源電路四、系統(tǒng)軟件設(shè)計及仿真系統(tǒng)軟件總體方案 電機調(diào)速系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)有三大局部,分別為輸出PWM波,初始化進程和接收按鍵輸入。輸出PWM波用于控制電機轉(zhuǎn)速;各個模塊要進行正常的準(zhǔn)備狀態(tài)就要通過系統(tǒng)初始化;按鍵輸入模塊用于處理用戶輸入的調(diào)速信息。下列圖為系統(tǒng)的軟件流程圖。開始LCD初始化顯示當(dāng)前
30、速度信息否按鍵是否按下是調(diào)整電機速度圖4.1 系統(tǒng)軟件流程圖下面分模塊介紹各個軟件子模塊的設(shè)計方案。系統(tǒng)初始化程序設(shè)計void main (void)TMOD=0 x21; /設(shè)置定時器模式TL0=(65535-1000)%256; /向計數(shù)器中低位裝入數(shù)據(jù)TH0=(65535-1000)/256; /向計數(shù)器中高位裝入數(shù)據(jù)EA=1; /中斷控制使能ET0=1; /定時器0中斷使能 LCD_Init(); 三個Init函數(shù)中的主要內(nèi)容是根據(jù)芯片手冊提供的硬件操作方法,在其工作準(zhǔn)備之前,要整理硬件初始數(shù)據(jù),調(diào)整工作狀態(tài),在都完成了之后,系統(tǒng)后面程序的運行效率會增加。以LCD_Init()為例,下
31、面是該函數(shù)實現(xiàn)局部。void lcd_init() LCD_RW=0; LCD_RS=0; write_com(0 x36); write_com(0 x0c); write_com(0 x38); write_com(0 x06); . write_com(0 x01); write_com(0 x80); / Void lcd init表示讓LCD開始工作,并且處于輸入狀態(tài),將數(shù)據(jù)輸入,再進行下一項。LCD_RS表示將要對內(nèi)部進行置換,并不是顯示數(shù)據(jù),因為輸入的是配置數(shù)據(jù)。4.3 PWM發(fā)生程序設(shè)計PWM波的發(fā)生利用單片機定時器功能實現(xiàn)。其根本原理是設(shè)置好單片機的定時器功能,然后根據(jù)設(shè)定的
32、電機轉(zhuǎn)速,調(diào)整不同的PWM占空比,即輸出高電平的脈寬,從而模擬出PWM波形。在本系統(tǒng)中,設(shè)置PWM波的頻率為2000HZ,即每個周期為,將電機轉(zhuǎn)速分為五個等級,分別對應(yīng)0%、20%、40%、60%、80%和100%的占空比。下面是電機控制的程序。if(sys_dir = 1) dianjif =0;if(time = sys_speed)dianjiz = 0;else if(time = sys_speed)dianjif = 0;else if(time sys_speed)dianjif = 1; time+; if(time=5) time=0;程序中定時器計數(shù)周期設(shè)置為,每觸發(fā)一次中
33、斷效勞函數(shù)。Time變量自加1。當(dāng)time小于Sys_speed時,dianjiz引腳給高電平。當(dāng)time到達5時,time又重新置零,這樣便形成了一個周期,sys_speed從而表示占空比。而sys_dir用于表示電機轉(zhuǎn)動方向。當(dāng)sys_dir為1時,dianjiz引腳輸出PWM波形,dianjif引腳常為低電平;當(dāng)sys_dir為0時,dianjif輸出PWM波形,dianjiz引腳常為低電平。按鍵控制程序系統(tǒng)中一共設(shè)計了三個按鍵,分別控制電機轉(zhuǎn)速和方向。在程序中用key0、key1和key2表示。當(dāng)key0被按下時,與單片機相連的管腳檢測的低電平發(fā)生,于是執(zhí)行if(key0 = 0)語句
34、。在該語句中,首先進行延時delay_ms(100)操作,此操作是軟件消抖。由于按鍵按下后,程序執(zhí)行很快,可能會反復(fù)屢次執(zhí)行if語句,因此需要進行延時操作。Key0按鍵的作用是降低電機轉(zhuǎn)速,因此接下來執(zhí)行sys_speed = sys_speed 1語句。Sys_speed表示電機轉(zhuǎn)速,執(zhí)行完該語句,那么將電機轉(zhuǎn)速降低一個等級。Key1的原理與key0類似,用于提高電機轉(zhuǎn)速,不再贅述。Key2是控制電機轉(zhuǎn)動方向的按鍵。因此當(dāng)該按鍵被按下后,執(zhí)行sys_dir = !sys_dir;語句。sys_dir表示電機轉(zhuǎn)動方向,執(zhí)行完該語句,在完成了電機方向的轉(zhuǎn)換。if(key0 = 0)delay_m
35、s(100);sys_speed = sys_speed - 1;if(sys_speed 5)sys_speed = 5;if(key2 = 0)delay_ms(100);sys_dir = !sys_dir;系統(tǒng)仿真圖4.2 系統(tǒng)電路圖圖4.3 速度為2方向為順時針翻開電源,如閃圖所示。電機默認(rèn)速度為2,方向為順時針方向。當(dāng)按下加速按鈕后,電機加速運行,并且從LCD中可以看到速度變?yōu)?。圖4.4 速度為3方向為順時針按下?lián)Q向按鈕后,電機運行方向改變,并且可以看到LCD中dir顯示為0。通過以上比照分析可以看出,功能符合預(yù)期系統(tǒng)設(shè)計正確。五、PWM直流調(diào)速系統(tǒng)硬件聯(lián)調(diào)本章介紹根據(jù)已經(jīng)設(shè)計完
36、成的電路圖和功能需求,完成硬件電路的制作與軟件程序的開發(fā)。完成硬件及軟件系統(tǒng)后,驗證了系統(tǒng)的電機驅(qū)功能,顯示功能和按鍵輸入功能。驗證顯示系統(tǒng)工作穩(wěn)定,設(shè)計正確。系統(tǒng)硬件制作調(diào)試 印刷電路板對于系統(tǒng)來說十分重要。印刷電路板將全部的硬件固定到他的身上,等到硬件安裝固定完畢,他的印刷走線會將系統(tǒng)的各個信號連接,系統(tǒng)才會穩(wěn)定運行。本系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,由供電電路,顯示電路,下載電路,鍵盤控制電路和主控電路構(gòu)成,在設(shè)計的時候要多觀察,操作上也會有不小的難度。有3個方面需值得注意: 1.元件布局。如何進行元件布局直接對系統(tǒng)產(chǎn)生影響,例如信號完整性和電磁輻射會隨之發(fā)生變化。如果各局部信號能夠穩(wěn)定的將信號一直傳
37、遞下去,相互沒有干擾,這就是一個好的元件布局。元件布局在操作上要求比擬嚴(yán)格,有一些需要注意的幾個細(xì)節(jié)。比方容易發(fā)熱的器件需要放在空間大通風(fēng)好的位置,周圍更不能擺放電子器件,否那么會引起不利的影響。為了將信號傳遞的更快效率更高,要將高速信號縮到相當(dāng)短的距離。還有就是在板的四周安置高速器件,這樣能保證能更快更無阻礙的運行。 2. PCB板層數(shù)確定。多數(shù)情況下走線簡單的電路,外表布線布通率就相對高一些,這樣的電路就會比擬簡單,所以多數(shù)情況會采用單層板設(shè)計。但這個電路比擬復(fù)雜,就得選用多層板設(shè)計。就現(xiàn)今來說,板層結(jié)構(gòu)有雙層的,四層的,還有六層的,層數(shù)不同,所用的地方也不一樣?;陔p層板價錢相對低廉也比
38、擬適合本系統(tǒng)電路,就選用雙層板制板工藝。 3.布線。如何布線是整個設(shè)計中比擬困難的問題,由于信號和信號之間傳輸?shù)念l率快,他的傳輸效率很高,但可能會有不利影響,比方在傳輸過程中信號因為速度過快導(dǎo)致方向跑偏或者反彈至另一邊,這樣可能會對信號造成干擾,對系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響,因此在布線的時候要時刻觀察,如有上述情況可立即進行調(diào)整,這樣信號就能夠正常傳輸,保證了信號的完整性。系統(tǒng)軟件下載及調(diào)試 根據(jù)上一章的程序設(shè)計,系統(tǒng)的開發(fā)步驟那么簡單很多了,首先凱爾軟件將系統(tǒng)程序代碼表現(xiàn)出來,這時候下載工具就派上用場了,下載工具需要將編譯完成后的文件拷至單片機中。在整個系統(tǒng)的運作當(dāng)中,系統(tǒng)的每個局部都做好了本職工作,電機調(diào)速功能得以成功實現(xiàn),系統(tǒng)運行平穩(wěn)正常,驗證顯示本設(shè)計正確。結(jié)論本課題設(shè)計研究內(nèi)容為實現(xiàn)一款PWM直流電機調(diào)速系統(tǒng),單片機作為激活系統(tǒng)的工具。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)直
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