單片機(jī)控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)

1、目 錄第1章 總體設(shè)計(jì)方案11.1 總體設(shè)計(jì)方案11.2 軟硬件功能分析1第2章 硬件電路設(shè)計(jì)22.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)22.2直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)22.3 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)42.4 獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì)52.5 系統(tǒng)供電電源電路設(shè)計(jì)52.5.1直流穩(wěn)壓電路中整流二極管的選?。?2.5.2直流穩(wěn)壓電路中濾波電容的選?。?第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)73.1 軟件總體設(shè)計(jì)思路73.2 主程序流程設(shè)計(jì)7附錄1 總體電路圖10附錄2 實(shí)物照片11附錄3 C語(yǔ)言源程序12 實(shí)習(xí)報(bào)告第1章 總體設(shè)計(jì)方案1.1 總體設(shè)計(jì)方案 早期直流傳動(dòng)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(diǎn)，如存在溫漂、

2、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。隨著計(jì)算機(jī)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(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微處理器以數(shù)字信號(hào)工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。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，本次實(shí)習(xí)采用了驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，并運(yùn)用單片機(jī)編程控制加以實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制的，所以控制精度和可靠性有了大幅度的提高，并且驅(qū)動(dòng)芯片具有集成度高、功能完善的特點(diǎn)，從而極的大簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)。圖1.1 直流電機(jī)定時(shí)正反轉(zhuǎn)方案1.2 軟硬件功能分析本次實(shí)習(xí)直流電機(jī)控制系統(tǒng)以STC89C52

3、單片機(jī)為控制核心，由按鍵輸入模塊、LED顯示模塊及電機(jī)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，定時(shí)不斷給L293D直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)動(dòng)電路完成電機(jī)正，反轉(zhuǎn)控制；同時(shí)單片機(jī)不停的將變化的定時(shí)時(shí)間送到LED數(shù)碼管完成實(shí)時(shí)顯示。第2章 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖2.1所示。 圖2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖2.2 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 L293D是提供雙向驅(qū)動(dòng)電流高達(dá)1 A，電壓是從4.5 V至36 V的；L293D提供雙向驅(qū)動(dòng)電流高

4、達(dá)600毫安，電壓是從4.5 V至36 V的。兩個(gè)設(shè)備是專為驅(qū)動(dòng)等感性負(fù)載繼電器，電磁閥，直流雙極步進(jìn)和馬達(dá)，也可以給其他高電流/高電壓提供電源負(fù)載。兼容所有的TTL輸入。每個(gè)輸出都是推拉式驅(qū)動(dòng)電路，與達(dá)林頓三極管和偽達(dá)林源。啟用1,2 EN驅(qū)動(dòng)器和3,4 EN驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)使能輸入為高電平時(shí)，相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器被啟用和他們的輸出處于活動(dòng)狀態(tài)，并在其輸入端的同相。當(dāng)使能輸入為低，這些驅(qū)動(dòng)器被禁用其輸出關(guān)閉，在高阻抗?fàn)顟B(tài)。【PS：1,2EN為1和2的使能端（高電平使能）；3,4EN同理】用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)輸入端，每對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的形式一個(gè)完整的H橋可逆驅(qū)動(dòng)器適用于電磁閥或電機(jī)應(yīng)用。L293D外部輸出為高速鉗位二極

5、管，應(yīng)使用電感的瞬態(tài)抑制。VCC1和VCC2分開(kāi)，提供邏輯輸入，以盡量減少設(shè)備功耗。 L293D的工作溫度是從0°C至70°C圖2.3 L293D外部引腳排列圖表2.1 真值表輸入輸出YAENHHHLHLXLZ在熱關(guān)斷模式下，輸出的是高阻態(tài)，而不管輸入電平。圖2.4 邏輯圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組要是由L293D芯片組成，單片機(jī)P3.4,P3.6,P3.7輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)L293D芯片后直接與直流電機(jī)相連，從而控制直流電機(jī)的運(yùn)行。其中VCC1接+5V電源，VCC2接+12V電源。2.3 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)利用數(shù)碼管作為顯示單元，采用動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)，電路如圖2.5所示。 圖2.5

6、顯示電路電路的接法決定了必須采用逐位掃描顯示方式。即從段選口送出某位LED的字型碼，然后選通該位LED， 并保持一段延時(shí)時(shí)間。然后選通下一位，直到所有位掃描完。2.4 獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì)獨(dú)立式鍵盤的按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)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(huì)影響其它I/O口線的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)I/O口線的電平狀態(tài)，即可判斷鍵盤上哪個(gè)鍵被按下。圖2.6 獨(dú)立按鍵電路2.5 系統(tǒng)供電電源電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)需要采用+5V電源和+12V電源，所采用的電源電路是由整流電路和三端穩(wěn)壓器組成的。電路輸出電壓和最大輸出電流決定于所選三端穩(wěn)壓器。其電源電路如圖2.7所示。圖2.7 +5V和+12

7、V電源供電電路2.5.1直流穩(wěn)壓電路中整流二極管的選?。?其中為副邊電壓解得由于整流橋電路實(shí)現(xiàn)了全波整流電路，他將的負(fù)半周也利用起來(lái)，所以在變壓器副邊電壓有效值相同的情況下，輸出電壓的平均值是半波整流電路的兩倍。輸出電流的平均值（即負(fù)載電阻中的電流平均值） 在單相橋式整流電路中，因?yàn)槊恐欢O管只在變壓器副邊電壓的半個(gè)周期通過(guò)電流，所以每只二極管的平均電流只有負(fù)載電阻上的電流的平均值的一半，即與半波整流電路中的平均電流相同。二極管所能承受的最大反向電壓考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為，在實(shí)際選用二極管時(shí)，應(yīng)至少有%10的余量，選擇最大整流電流和最高反向工作電壓分別為 2.5.2直流穩(wěn)壓電路中濾波電容的

8、選?。?：輸出電壓的平均值 ：負(fù)載電流的平均值 由于采用電解電容，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為，點(diǎn)解電容的耐壓值應(yīng)大于。第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件總體設(shè)計(jì)思路經(jīng)過(guò)前幾章的設(shè)計(jì)工作，系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)已經(jīng)完成了。然而，對(duì)于一個(gè)完整的設(shè)計(jì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只有硬件電路的設(shè)計(jì)完成是不夠的，它必須通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作的控制功能，從而才能實(shí)現(xiàn)電路應(yīng)有的系統(tǒng)功能。單片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要使用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言與系統(tǒng)硬件的關(guān)系密切，可方便地實(shí)現(xiàn)諸如中斷管理以及模擬/數(shù)字量的輸入/輸出等功能，具有占用系統(tǒng)資源小、執(zhí)行速度快的特點(diǎn)，但是，對(duì)復(fù)雜的大型應(yīng)用系統(tǒng)，其代碼可讀性差，并不利于升級(jí)和維護(hù)。高級(jí)

9、語(yǔ)言的代碼效率和長(zhǎng)度都不如匯編語(yǔ)言，但其結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好、開(kāi)發(fā)周期短、有極強(qiáng)的可移植性，在多數(shù)應(yīng)用方面執(zhí)行效率與匯編語(yǔ)言的差距也不大，近年來(lái)得到了極為廣泛的應(yīng)用。而C語(yǔ)言既有高級(jí)語(yǔ)言的各種特點(diǎn)，又可對(duì)硬件進(jìn)行操作，并可進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。用C語(yǔ)言編寫的程序較容易移植，可生成簡(jiǎn)潔、可靠的目標(biāo)代碼，用C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)已經(jīng)是必然的發(fā)展趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)的整體思路為：主程序中循環(huán)的調(diào)用按鍵程序，通過(guò)按鍵從而使單片機(jī)輸出變化的定時(shí)時(shí)間和控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，從而控制直流電機(jī)達(dá)到不同的旋轉(zhuǎn)效果，并通過(guò)數(shù)碼管將變化的定時(shí)時(shí)間顯示出來(lái)。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制單元，運(yùn)用C語(yǔ)言進(jìn)行編程工作，按照工作流程

10、來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的控制直流電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。3.2 主程序流程設(shè)計(jì) 直接應(yīng)用STC89C52的軟件方法實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和定時(shí)時(shí)間的設(shè)置與變化。其流程圖如圖3.1所示。開(kāi)始時(shí)打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)對(duì)電路供電，完成系統(tǒng)初始化和顯示初始化，數(shù)碼管顯示0059，倒計(jì)時(shí)開(kāi)始，按鍵循環(huán)掃描，設(shè)置鍵按下，倒計(jì)時(shí)停止，由加減鍵控制定時(shí)時(shí)間，確定鍵按下，進(jìn)入中斷，倒計(jì)時(shí)開(kāi)始，電機(jī)啟動(dòng)，結(jié)束時(shí)，電機(jī)停止，顯示恢復(fù)初始化。圖3.1 系統(tǒng)主單片機(jī)總程序框圖實(shí)習(xí)總結(jié)（包括：實(shí)習(xí)質(zhì)量分析、待完善和改進(jìn)之處和心得體會(huì)）設(shè)計(jì)中單片機(jī)STC89C52在工作時(shí)，調(diào)整定時(shí)器TO來(lái)達(dá)到合適的定時(shí)時(shí)間。通過(guò)調(diào)整L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的A1A2引腳的電平

11、高低切換，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。重復(fù)使用T0口定時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)正常的走鐘邏輯做倒計(jì)時(shí)用。由于設(shè)計(jì)中使用的是單片機(jī)作為核心的控制元件，附以外圍電路使本本設(shè)計(jì)具有功能強(qiáng)、性能可靠、電路簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，加上經(jīng)過(guò)優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。但是在我們?cè)O(shè)計(jì)和調(diào)試的過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，譬如程序設(shè)計(jì)水平有限，實(shí)際的電機(jī)正反轉(zhuǎn)和倒計(jì)時(shí)同步很難確切控制，延時(shí)與定時(shí)沖突無(wú)法正常執(zhí)行，其設(shè)計(jì)難度遠(yuǎn)超出我們的設(shè)計(jì)需求范圍。 在做實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)的初期階段，難度很大，沒(méi)有頭緒。通過(guò)求助于老師、理清了思路。同時(shí)，在圖書館里、網(wǎng)上查閱資料，攻克了設(shè)計(jì)中的道道難題。通過(guò)本次單片機(jī)應(yīng)用實(shí)習(xí)，我學(xué)到了許多東西，知道

12、光靠書本上的東西是不夠的，需額外去查資料。無(wú)論是在硬件還是軟件設(shè)計(jì)上，我都遇到了不少的問(wèn)題，在克服困難的過(guò)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）。也鍛煉了我的Altium Designer畫圖能力，以前學(xué)的時(shí)候元器件都是給定的只要到庫(kù)里面找出名字就可以，只要連線就可以，而這次是根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需要去畫，感覺(jué)不同。本次設(shè)計(jì)我能獨(dú)立完成，算是有了很大的收獲。總的感受有以下幾方面：1、通過(guò)本次單片機(jī)應(yīng)用實(shí)習(xí)，我不但對(duì)單片機(jī)有了更為深入的了解，對(duì)一個(gè)課題如何畫流程圖，編程序等有了一定的認(rèn)識(shí)。2、進(jìn)一步加強(qiáng)了我的動(dòng)手能力和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力，從中學(xué)習(xí)到如何去思考和解決問(wèn)題，以及如何靈活

13、地改變方法去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。特別是深刻體會(huì)到了軟件和硬件結(jié)合的重要性，以及兩者的聯(lián)系和配合作用。3、讓我了解到單片機(jī)技術(shù)對(duì)當(dāng)今人們生活的重要性。同時(shí)這次單片機(jī)應(yīng)用實(shí)習(xí)的經(jīng)歷也使我受益匪淺，讓我知道做任何事情都應(yīng)腳踏實(shí)地，刻苦努力地去做，只有這樣，才能做好。附錄1 總體電路圖附錄2 實(shí)物照片附錄3 C語(yǔ)言源程序#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit MOTOR_A2 = P36;sbit MOTOR_A1 = P37;sbit EN_MOTOR_A = P34 ;/uchar c

14、ode segcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uchar code segcode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,/uchar code dispbit=0x0e,0x0d,0x0b,0x07;uchar code dispbit=0xef,0xdf,0xbf,0x7f; /數(shù)碼管位選位uchar buffer=0,0,0,0;uint min=59,sec=59;uint status=0;/函數(shù)聲明v

15、oid delayMS(uint t) ;void keyprocess(uchar key);void display();void timer0();void MotorStart();void delayS(uint b);main() bit keyrelease; uchar buf; uchar keyinput; keyrelease=1; buf=0xff; TMOD=0x01; /T0工作在方式1,16位計(jì)數(shù)器 TH0=0xFC; /定時(shí)器0設(shè)置延時(shí)1ms中斷初始值 TL0=0x18; TR0=1; IE=0x82; /開(kāi)定時(shí)器0中斷 status=0; while(1) /

16、鍵掃描程序 keyinput=P1&0x0f; if(keyinput!=0x0f) delayMS(10); if(keyinput!=0x0f) buf=keyinput; P1=0xff; while(P1!=0xff) P1=0xff; keyprocess(buf); /調(diào)用按鍵處理函數(shù) buf=0xff; display(); /延時(shí)程序void delayMS(uint t) /晶振頻率12MHZ uint i; while(t-) for(i=0;i<125;i+); /按鍵處理函數(shù)void keyprocess(unsigned char key) /鍵值處理，

17、正常計(jì)時(shí)，設(shè)置時(shí)分秒 switch (key) case 0x0e:status+; /按下設(shè)置鍵TR0=0; if (status>=3) status = 0; break; case 0x0d:switch(status) /按下加1鍵，3種模式下加1 case 0x01: if(min<59) min+; else min=0; break; case 0x02: if(sec<59) sec+; else sec=0; break; break; case 0x0b:switch(status) /按下減1鍵 case 0x01:if(min>0) min-;

18、 else min=59; break; case 0x02:if(sec>0) sec-; else sec=59; break; break; case 0x07: TR0=1;MotorStart(); default:break; /數(shù)碼管顯示函數(shù)void display() uchar i; /正常計(jì)時(shí)顯示 buffer0=min/10; / 顯示分的十位 buffer1=min%10; / 顯示分的個(gè)位 buffer2=sec/10; / 顯示秒的十位 buffer3=sec%10; / 顯示秒的個(gè)位 for(i=0;i<4;i+) P0=segcodebufferi; P2=dispbiti; delayMS(1); /防止數(shù)碼管顯示的時(shí)候閃動(dòng) P2=0xff; /定時(shí)器0中斷函數(shù)void timer0() interrupt 1 using 2 /T0中斷服務(wù)函數(shù)，第二組工作寄存器 static uint count; TH0=0xFC; / 定時(shí)器0設(shè)置初始值1ms中斷初始值 TL0=0x18; TR0=1; count+; /正常計(jì)時(shí) if(count>=1000) / 定時(shí) 1S 到，以下為時(shí)鐘的正常走鐘邏輯 coun