直流風扇電機轉(zhuǎn)速測量與PWM控制畢業(yè)論文

1、28/28摘 要本課題是對直流電機PWM調(diào)速器設計的研究，主要實現(xiàn)對電動機的控制。因此在設計中，對直流調(diào)速的原理，直流調(diào)速控制方式以與調(diào)速特性，PWM基本原理與實現(xiàn)方式進行了全面的闡述。為實現(xiàn)系統(tǒng)的微機控制，在設計中，采用了STC89C51單片機作為整個控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示，驅(qū)動模塊，實現(xiàn)對電動機的轉(zhuǎn)速的顯示和測量；由命令輸入模塊，光電隔離模塊與H型驅(qū)動模塊組成。采用帶中斷的獨立式鍵盤作為命令的輸入，單片機在程序的控制下，不斷給光電隔離電路發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)動電路完成電機的正反轉(zhuǎn)控制。在設計中，采用PWM調(diào)速方式，通過改變PWM的占空比從而改變電動機的電樞電壓，進而實

2、現(xiàn)對電動機的調(diào)速。設計的整個控制系統(tǒng)，在硬件結構上采用了大量的集成電路模塊，大大的簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使整個系統(tǒng)的性能得到提高。目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc417076733摘要 PAGEREF _Toc417076733 h 1HYPERLINK l _Toc4170767341 直流電機 PAGEREF _Toc417076734 h 3HYPERLINK l _Toc4170767351.1直流電機的結構 PAGEREF _Toc417076735 h 3HYPERLINK l _Toc4170767361.2直流電機的工

3、作原理 PAGEREF _Toc417076736 h 3HYPERLINK l _Toc4170767371.3 直流電機的主要的技術參數(shù) PAGEREF _Toc417076737 h 4HYPERLINK l _Toc4170767381.4直流電機的調(diào)速的技術指標 PAGEREF _Toc417076738 h 4HYPERLINK l _Toc4170767392 單片機的相關知識 PAGEREF _Toc417076739 h 6HYPERLINK l _Toc4170767402.1單片機的簡介 PAGEREF _Toc417076740 h 6HYPERLINK l _Toc4

4、170767412.2 單片機的發(fā)展史 PAGEREF _Toc417076741 h 6HYPERLINK l _Toc4170767422.2.1 4位單片機 PAGEREF _Toc417076742 h 6HYPERLINK l _Toc4170767432.2.2 8位單片機 PAGEREF _Toc417076743 h 6HYPERLINK l _Toc4170767442.2.3 16位單片機 PAGEREF _Toc417076744 h 6HYPERLINK l _Toc4170767452.2.4 32位單片機 PAGEREF _Toc417076745 h 7HYPER

5、LINK l _Toc4170767462.2.5 64位單片機 PAGEREF _Toc417076746 h 7HYPERLINK l _Toc4170767472.3 單片機的特點 PAGEREF _Toc417076747 h 7HYPERLINK l _Toc4170767482.4 STC89C51單片機介紹 PAGEREF _Toc417076748 h 8HYPERLINK l _Toc4170767493硬件電路的設計 PAGEREF _Toc417076749 h 12HYPERLINK l _Toc4170767503.1控制電路的設計 PAGEREF _Toc41707

6、6750 h 12HYPERLINK l _Toc4170767513.2霍爾元件測速部分電路的設計 PAGEREF _Toc417076751 h 12HYPERLINK l _Toc4170767523.3 電機控制正反轉(zhuǎn)電路設計 PAGEREF _Toc417076752 h 13HYPERLINK l _Toc4170767533.4 顯示設計 PAGEREF _Toc417076753 h 16HYPERLINK l _Toc4170767544 軟件設計 PAGEREF _Toc417076754 h 18HYPERLINK l _Toc4170767554.1 主程序部分 PAG

7、EREF _Toc417076755 h 18HYPERLINK l _Toc4170767564.2 數(shù)碼管顯示設計 PAGEREF _Toc417076756 h 19HYPERLINK l _Toc4170767574.2.1 設計要求 PAGEREF _Toc417076757 h 19HYPERLINK l _Toc4170767584.2.2 程序設計注意事項 PAGEREF _Toc417076758 h 19HYPERLINK l _Toc4170767594.2.3 數(shù)碼管顯示程序設計 PAGEREF _Toc417076759 h 19HYPERLINK l _Toc417

8、0767604.3 功能程序設計 PAGEREF _Toc417076760 h 19HYPERLINK l _Toc4170767615 直流測速系統(tǒng)仿真 PAGEREF _Toc417076761 h 21HYPERLINK l _Toc4170767625.1 直流測速系統(tǒng)仿真 PAGEREF _Toc417076762 h 21HYPERLINK l _Toc4170767635.1.1單片機最小系統(tǒng)仿真 PAGEREF _Toc417076763 h 22HYPERLINK l _Toc4170767645.1.2 數(shù)碼管顯示仿真 PAGEREF _Toc417076764 h 22

9、HYPERLINK l _Toc4170767656結束語 PAGEREF _Toc417076765 h 24HYPERLINK l _Toc417076766參考文獻 PAGEREF _Toc417076766 h 24HYPERLINK l _Toc417076767附1 源程序代碼 PAGEREF _Toc417076767 h 25HYPERLINK l _Toc417076768附2 原理圖 PAGEREF _Toc417076768 h 311 直流電機1.1直流電機的結構直流電機的結構應由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由

10、機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。直流電機的結構如圖1.2直流電機的工作原理直流電機模型如圖1.2所示，磁極N,S間裝著一個可以轉(zhuǎn)動的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面固定著線圈abcd。當線圈流過電流的時候，線圈受到電磁力的作用，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，線圈的受力方向也將改變，因此通過改變線圈電流的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機的方向。1.3 直流電機的主要的技術參數(shù)額定功率Pn：在額定電流和電壓下，電機的負

11、載能力。額定電壓Ue：長期運行的最高電壓。額定電流Ie：長期運行的最大電流。額定轉(zhuǎn)速n：單位時間里面電機轉(zhuǎn)速的快慢。勵磁電流If：施加到電極線圈上的電流。1.4直流電機的調(diào)速的技術指標1.4.1 調(diào)速圍 調(diào)速圍是指最低可控轉(zhuǎn)速到最高可控轉(zhuǎn)速的圍，最低可控轉(zhuǎn)速對最高可控轉(zhuǎn)速的比值，叫電機的調(diào)速比。1.4.2 調(diào)速的相對穩(wěn)定性和靜差度 所謂相對穩(wěn)定性，是指負載轉(zhuǎn)矩在給定的圍里面變化所引起的速度的變化，它決定于機械特性的斜率。靜差度（又稱靜差率）是指當電動機在一條機械特性上運行時，由理想空載到滿載時的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速n0的比值。用百分數(shù)表示，即 ，在一般的情況下，取額定轉(zhuǎn)矩下的速度落差，有1.

12、4.3 調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性是在一定的調(diào)速圍，相鄰兩極速度變化的程度，用平滑系數(shù)表示，即式中和相鄰兩極，即i級與i-1級的速度1.4.4 調(diào)速時的容許輸出 調(diào)速時的容許輸出是指電動機在得到充分利用的情況下，在調(diào)速的過程中軸能夠輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。2 單片機的相關知識2.1單片機的簡介單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。2.2 單片機的發(fā)展

13、史2.2.1 4位單片機1975年，美國德克薩斯公司首次推出4位單片機TMS-1000，此后各個計算機公司競相推出4位單片機。日本松下公司的MN1400系列。美國洛克威爾公司的PPS/1系列等。4位單片機的主要的應用的領域有：PC機的輸入裝置。電池的充電器，運動器材，帶液晶顯示器的音/視頻產(chǎn)品控制器，一般家用電器的控制與遙控器，電子玩具，鐘表，計算器，多功能等。2.2.2 8位單片機1972年，美國Intel公司首先推出8位微處理器8008，并與1976年9月率先推出MCS-48系列單片機。在這以后，8位單片機紛紛面世。例如莫斯特克和仙童公司合作生產(chǎn)的3870系列，摩托羅拉公司生產(chǎn)的6801系

14、列等。隨著集成電路工藝水平的提高，一些高性能的8位單片機相繼問世，例如1978年摩托羅拉公司的MC6801。這類單片機的尋址能力達到64KB，片ROM的容量達4-8KB，片除帶有并行I/O口，甚至還有A/D轉(zhuǎn)換器的功能。8位單片機由于性能強大，被廣泛用于自動化裝置，智能接口，過程控制等各領域。2.2.3 16位單片機1983年以后，集成電路的集成度可達幾十萬只管/片，各系列16位單片機紛紛面世，這一階段的代表產(chǎn)品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel公司推出了80C96 ，美國半導體公司推出了HPC16040。16位單片機主要用于工業(yè)控制，智能儀器儀表等場合。2

15、.2.4 32位單片機隨著高新技術智能機器人，激光打印機，圖像與數(shù)據(jù)實時處理，復雜實時控制，網(wǎng)絡服務器等領域的應用和發(fā)展，20世紀80年代末，推出了32位單片機，如摩托羅拉公司的MC683XX系列。32位單片機是單片機的發(fā)展趨勢，隨著技術的發(fā)展和開發(fā)成本的降低，將會和8位單片機并駕齊驅(qū)。2.2.5 64位單片機近年來，64位單片機在引擎控制，智能機器人，磁盤控制，算法密集的實時控制場所已有應用。如英國的Inmos 公司的Transputer T800是高性能的64位單片機2.3 單片機的特點1、單片機的特點 （1）高集成度，體積小，高可靠性 單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，

16、體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設計的，部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機程序指令，常數(shù)與表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片，故可靠性高。 （2）控制功能強 為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作與位處理能力，非常適用于專門的控制功能。 （3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機的工作電壓僅為1.8V3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。 （4）易擴展 片具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線與并行、串行輸入/輸出管腳，很容

17、易構成各種規(guī)模的計算機應用系統(tǒng)。 （5）優(yōu)異的性能價格比 單片機的性能極高。為了提高速度和運行效率，單片機已開始使用RISC流水線和DSP等技術。單片機的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達到1MB和16MB，片的ROM容量可達62MB，RAM容量則可達2MB。由于單片機的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。2.4 STC89C51單片機介紹STC89C51單片機是一款低功耗、低電壓、高性能CMOS8位單片機，片含8KB（可經(jīng)受1000次擦寫周期）的FLASH可編程可反復擦寫的只讀程序存儲器（EPROM），器件采用CMOS工藝和ATMEL公司的

18、高密度，非易失性存儲器（NURAM）技術制造，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容，片的FLASH存儲器允許在系統(tǒng)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲編程器來編程。因此，AT89C52是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應用在各個控制領域1。STC89C51具有以下主要性能：1.4KB可改編程序FLASH存儲器；2.全表態(tài)工作 ：024HZ；3.256X8字節(jié)部RAM；4.32個外部雙向輸入，輸出（I、O）口；如圖2.1。圖2.1 STC89C51引腳說明引腳功能說明如下2：VCC：電源電壓。GND：地。P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)線復用口。作為

19、輸出口時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端。在訪問外部數(shù)據(jù)儲存器或程序儲存器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活部上拉電阻。FLASH編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作為輸入口使用時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。FLASH編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。

20、P2口：P2是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作為輸入口使用時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序儲存器或16位地址的外部數(shù)據(jù)儲存器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)儲存器（例如執(zhí)行MOVXRI指令）時，P2口線上的容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的容），在整個訪問期間不改變。FLASH編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其他控制信號。P3口：P3是一個帶部上

21、拉電阻的8位雙向I/O口，P3的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作為輸入口使用時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。P3除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，具體功能說明如表2-1。P3口還接收一些用于FLASH閃速存儲器編程和程序校的控制信號。RST:復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。端口引腳第二功能P3.

22、0RXD(串行輸出口)P3.1TXD(串行輸入口)P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0(定時/計數(shù)器0)P3.5T1(定時/計數(shù)器0)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)讀選通) 表3-1 P3口的第二功能表即使不訪問外部存儲器，ALE仍以是時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此他可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只

23、有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT80C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN信號不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序儲存器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（Vcc端），CPU則執(zhí)行部程序儲存器中的指令。FLAS

24、H儲存器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12v編程電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器的與部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端3硬件電路的設計對題目進行深入的分析和思考，可以將整個模塊分為以下幾個部分：控制部分，顯示電路，按鍵電路，霍爾元件測速電路，電機驅(qū)動電路。系統(tǒng)的框圖如圖3.1所示。 單 片 機電機驅(qū)動晶振電路電機驅(qū)動晶振電路復位電路復位電路顯示電路顯示電路按鍵電路按鍵電路測速電路測速電路圖3.1 系統(tǒng)框圖3.1控制電路的設計控制電路主要由單片機來控制，編寫一段程序使單片機發(fā)出的PWM脈沖來實現(xiàn)對驅(qū)動的控制。新一代的單片機增加了

25、很多的功能，其中包括PWM功能。單片機通過初始化設置，使其能自動的發(fā)出PWM脈沖波，只有在改變占空比的時候CPU才干預。3.2霍爾元件測速部分電路的設計 霍爾傳感器是基于霍爾效應的一種磁敏式傳感器?；魻栃?897年首次被美國物理學家霍爾在金屬材料中發(fā)現(xiàn)，但由于霍爾效應在金屬材料中太微弱而沒有得到人們的重視與較好的應用。直到20世紀50年代，隨著半導體技術的發(fā)展，利用半導體材料做成的霍爾元件的霍爾效應比較顯著，從而霍爾效應被人們所重視和充分利用，霍爾式傳感器得到了快速的應用和發(fā)展。目前霍爾傳感器已經(jīng)廣泛的應用于電磁、電流、水位、速度、振動等的測量領域。由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢差很小，故通常將霍爾

26、元件與放大器電路、溫度補償電路與穩(wěn)壓電源電路等集成在一個芯片上，稱之為霍爾傳感器?；魻杺鞲衅饕卜Q為霍爾集成電路，其外形較小，如圖1所示，是其中一種型號的外形圖。3.3 電機控制正反轉(zhuǎn)電路設計H橋部分控制電路設計知道通過調(diào)節(jié)直流電機的電壓可以改變電機的轉(zhuǎn)速，但是一般我們設計的電源大都是固定的電壓，而且模擬可調(diào)電源不易于單片機控制，數(shù)字可調(diào)電源設計麻煩。所以這里用脈寬調(diào)制（PWM）來實現(xiàn)調(diào)速。方波的有效電壓跟電壓幅值和占空比有關，我們可以通過站空比實現(xiàn)改變有效電壓。一般用軟件模擬PWM可以有延時和定時兩種方法，延時方法占用大量的CPU，所以這里采用定時方法。直流電機旋轉(zhuǎn)方向一般利用H橋電路來實現(xiàn)調(diào)

27、速。H橋驅(qū)動電路：圖3.3.1中所示為一個典型的直流電機控制電路。電路得名于“H橋驅(qū)動電路”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（注意：圖3.3.1與隨后的兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動電路沒有畫出來）。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)，必須導通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導通情況，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。圖3.3.1 H橋驅(qū)動電路 要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導通。例如，如圖4.13所示，當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從

28、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3.3.2H橋電路驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動 圖3.3.3所示為另一對三極管Q2和Q3導通的情況，電流將從右至左流過電機。當三極管Q2和Q3導通時，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）。圖3.3.3 H橋驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動實際電路圖如下圖所示：圖3.3.4 H橋原理圖3.4 顯示設計LED數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管，通過對其

29、不同的管腳輸入相對的電流，會使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字?？梢燥@示：時間、日期、距離等可以用數(shù)字代替的參數(shù)。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f

30、,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，通過由各自獨立的I/O線控制，當單片機的P0口輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到一樣的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對P2.4-P2.7位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在本設計中采用了四位七段數(shù)碼管，用動態(tài)驅(qū)動來顯示距離的值，如圖3.4所示。圖3.4.1 數(shù)碼管結構圖4 軟件設計4.1 主程序部分程序的完整流程圖如圖4.1所示：本程序

31、的功能是通過對測量的轉(zhuǎn)速，并用L293D器件來控制電機的轉(zhuǎn)速，與電機轉(zhuǎn)動的方向。然后用4位數(shù)碼管顯示出來當前的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動方向。主程序程序設計如源程序代碼。開始開始初始化初始化是否啟動是否啟動否 是變速電機轉(zhuǎn)動變速電機轉(zhuǎn)動電機轉(zhuǎn)動電機轉(zhuǎn)動切換方向電機轉(zhuǎn)動顯示當前轉(zhuǎn)速電機轉(zhuǎn)動計算轉(zhuǎn)速電機轉(zhuǎn)動是否切換轉(zhuǎn)是否加減速切換方向電機轉(zhuǎn)動顯示當前轉(zhuǎn)速電機轉(zhuǎn)動計算轉(zhuǎn)速電機轉(zhuǎn)動是否切換轉(zhuǎn)是否加減速是 否 是否是否停止 否是否停止 是結束結束電機轉(zhuǎn)動 圖 4.1.1 主程序流程圖4.2 數(shù)碼管顯示設計4.2.1 設計要求數(shù)碼管要顯示當前各種狀態(tài)，當前轉(zhuǎn)速與當前轉(zhuǎn)動方向。當電機轉(zhuǎn)速發(fā)生改變的時候，數(shù)碼管顯示容立即顯示

32、當前轉(zhuǎn)速。4.2.2 程序設計注意事項消除各個數(shù)碼管之間的顯示陰影部分；由于硬件沒有鎖存器，需要延長數(shù)碼管的點亮時間，從而使數(shù)碼管顯示的更加清晰；合理運用程序空間，避免數(shù)碼管顯示不清晰；（4） 動態(tài)掃描可以實現(xiàn)各個數(shù)碼管的不同顯示。4.2.3 數(shù)碼管顯示程序設計if(flat=0)P0=table11;/CelseP0=table12;/AP2=0 xfe;delayms(3);P2=0 xfd;P0=tableshuju/100;delayms(3);P2=0 xfb;P0=tableshuju%100/10;delayms(3);P2=0 xf7;P0=tableshuju%10;dela

33、yms(3);P2=0 xff; /消隱部分4.3 功能程序設計功能程序部分，主要實現(xiàn)各個按鍵的功能。主要功能如下：啟動/停止鍵：用來控制電機的啟動和停止按鍵；加速按鍵 ：用來控制電機的轉(zhuǎn)速，可以增加電機的當前轉(zhuǎn)速；減速按鍵 ：用來控制電機的轉(zhuǎn)速，減緩電機的轉(zhuǎn)速；正/反轉(zhuǎn)按鍵：改變電機的轉(zhuǎn)動方向。主要功能按鍵程序如下：if(K4=0)/啟動 停止delayms(5);if(K4=0)while(!K4); num=!num;if(K1=0)/加速鍵delayms(5);if(K1=0)while(!K1);if(num0)num-;if(K3=0) /電機正反轉(zhuǎn)按鍵delayms(5);if(

34、K3=0)while(!K3);flat+;if(flat=2)flat=0;5 直流測速系統(tǒng)仿真硬件電路完成以后,進行系統(tǒng)軟件設計和仿真。首先要分析系統(tǒng)對軟件的要求,然后進行軟件的總體的設計,包括程序的總體設計和對程序的模塊化設計。按整體功能分為多個不同的模塊,單獨設計、編程、調(diào)試,然后將各個模塊裝配聯(lián)調(diào),組成完整的軟件。根據(jù)設計的要求,單片機的任務是：部進行計數(shù),在計算出速度后顯示。軟件編程用C語言完成的,需要能掌握C語言,還要熟練AT89C51單片機。從程序流程圖、編寫程序、編譯,到最后的調(diào)試,是很復雜的。下面作簡單介紹：系統(tǒng)軟件主程序的功能是完成系統(tǒng)的初始化、顯示程序。5.1 直流測速

35、系統(tǒng)仿真與以往的80C51單片機不同，AT89C51具有在線調(diào)試和下載功能，它由支持AT89C51的開發(fā)工具包Keil uVersion2.0開發(fā)系統(tǒng)來提供。也就是說，在用戶系統(tǒng)保留AT89C51的情況下，通過開發(fā)系統(tǒng)與AT89C51的串行接口通信，直接對用戶系統(tǒng)進行調(diào)試，并在調(diào)試完成后將調(diào)試好的程序下載到AT89C51中。Keil uVersion3.0開發(fā)系統(tǒng)提供四項功能：編譯、下載、調(diào)試和模擬，分別由Keil uVersion2.0提供的編譯器、在線串行下載器、調(diào)試器和模擬器來實現(xiàn)。Keil uVersion2.0編譯器可在Windows操作系統(tǒng)下直接使用，編譯C語言源程序，并生成16進

36、制文件和列表文件。調(diào)試器采用Windows系統(tǒng)，允許用戶使用AT89C51的UART串行接口在芯片上調(diào)試代碼執(zhí)行。在典型調(diào)試對話中，調(diào)試器提供對片所有外圍設備的訪問、單步和設置斷點的代碼執(zhí)行控制方式。模擬器采用Windows系統(tǒng)，能完全模擬AT89C51的所有功能。模擬器使用簡單，結合了許多標準調(diào)試特征，包括多斷點、單步以與代碼執(zhí)行跟蹤等能力。同樣偉福仿真器是國較好的仿真器之一，它能夠仿真的CPU品種多、功能強。通過更換仿真頭POD，可以對不同的CPU進行仿真?？煞抡?1系列，196系列，PIC系列，飛利蒲公司的552、LPC764、DALLAS320，華邦438等51增強型CPU。由于偉福編

37、譯過程沒有Keil uVersion2.0那么繁瑣，能對程序進行直接編譯，省去了建立和設置工程等步驟，使用方便、快捷。所以本設計以Keil uVersion2.0為基礎，運用C語言來編譯程序。 當程序設計完以后，仿真部分運用Proteus仿真軟件來實現(xiàn)，Proteus 軟件是一款強大的單片機仿真軟件，它除了具有和其他工具一樣的原理編輯、印制電路板（PCB）自動或人工布線與電路仿真外，最大的特色是其電路仿真是交互的、可視化的。對于單片機學習和開發(fā)幫助極大。Proteus ISIS 是英國Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPI

38、CE)各種模擬器件和數(shù)字集成電路，包括單片機。通過Proteus可以繪制硬件原理圖，并設置元件參數(shù)；為單片機與其程序以與外部接口電路的仿真提供可能，驗證設計的可行性與合理性；還可以為連接實際的硬件電路做好準備；如有必要時，可以利用它來設計電路板。5.1.1單片機最小系統(tǒng)仿真最小系統(tǒng)的仿真實驗如圖5-1所示。圖5-1 最小系統(tǒng)的仿真圖5.1.2 數(shù)碼管顯示仿真 數(shù)碼管動態(tài)顯示仿真模擬實驗如圖5-2 所示。 圖5-2 動態(tài)顯示仿真圖6結束語通過本次課程設計，使我學到了許多書本上無法學到的知識，也使我深刻領會到單片機技術應用領域的廣泛。不僅讓我對我學過的單片機知識的鞏固，同時也對單片機這門課產(chǎn)生了很

39、大的興趣，在課程設計的之中，體會良多，收獲很大。主要有以下方面：鞏固了書本上學習的知識，通過本次的課程設計，對書本上面的知識更加的了解，也對編寫程序有了一定的認識。 在本次的課程設計中，我進一步加強了自己的動手的能力和運用專業(yè)知識的能力，從中學到如何去思考和解決問題通過本次的課程設計，讓我了解到單片機技術對當今人們生活的重要性。同時這次課程設計也讓我明白不管做什么事都要腳踏實地，刻苦努力的去做。參考文獻1.何立明，單片機中級教程M ：航天航空大學2006.102鄒久朋，80C51單片機實用技術M航天航空大學2008.043湘濤，江世明 單片機原理與應用M：電子工業(yè)出本社 2007.044全利

40、單片機原理與接口技術（第二版）高等教育 2009.01附1 源程序代碼/* = 直流電機控制+速度顯示 =*/#include /頭文件#define uchar unsigned char /宏定義#define uint unsigned int#define CYCLE 10 /定義PWM的周期T為10msuchar code table=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0Xff,0 xc6,0 x88;/0-9 R 共陽數(shù)碼管段選數(shù)據(jù)/* 端口定義*/sbit PWM1=P14;/PWM輸出口1（電機正轉(zhuǎn)）sbit PWM2=P15;/PWM輸出口2（電機反轉(zhuǎn)）sbit K1=P11;/加速sbit K2=P12;/減速sbit K3=P13;/正反轉(zhuǎn)sbit K4=P10;/啟動停止/*/uchar PWM_ON=0;/PWM高電平時間uchar count=0; /中斷計時uchar num=0;uchar num1=0; /中斷時間計數(shù)uint num2=0; /外部中斷次數(shù)uchar flat=0;/正反轉(zhuǎn)標示位uchar flag=0; /刷新數(shù)據(jù)標示位/*函數(shù)名