單片機(jī)課程設(shè)計(jì)-溫控直流電機(jī)轉(zhuǎn)速(共15頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 摘 要本論文要求使用單片機(jī)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，同時(shí)單片機(jī)部分應(yīng)帶有顯示功能。單片機(jī)對(duì)某個(gè)位置進(jìn)行溫度監(jiān)控，當(dāng)外部溫度45時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速正轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度75時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速正轉(zhuǎn)；當(dāng)外部溫度10時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速反轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度0時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速反轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度回到1045之間時(shí)電動(dòng)機(jī)逐漸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。溫度采集模塊可以采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值， 利用單片機(jī)的一個(gè)I/O口的引腳，通過(guò)軟件對(duì)這個(gè)引腳不斷地輸出高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM波的輸出，51系列單片機(jī)無(wú)PWM輸出功能，可以采用定時(shí)器配合軟件的方法輸出。對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合，非常實(shí)用。所謂脈沖寬度調(diào)制是指

2、用改變電機(jī)電樞電壓接通與斷開(kāi)的時(shí)間的占空比來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)。PWM驅(qū)動(dòng)裝置是利用全控型功率器件的開(kāi)關(guān)特性來(lái)調(diào)制固定電壓的直流電源，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”與“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短，改變直流電動(dòng)機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，這種裝置又稱為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。對(duì)于直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其方法是通過(guò)改變電機(jī)電樞電壓導(dǎo)通時(shí)間與通電時(shí)間的比值（即占空比）來(lái)控制電機(jī)速度。本次設(shè)計(jì)可以作為簡(jiǎn)單控制向復(fù)雜控制的過(guò)度，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制外，還要進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。為以后復(fù)雜控制設(shè)計(jì)做基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞

3、： PWM；單片機(jī)；溫度控制專心-專注-專業(yè)1 設(shè)計(jì)總說(shuō)明1.1 引言在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用，無(wú)論在工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務(wù)與辦公設(shè)備，還是在日常生活中的家用電器，都在大量地使用著各式各樣的電動(dòng)機(jī)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在有的90%以上的動(dòng)力源來(lái)自于電動(dòng)機(jī)，我國(guó)生產(chǎn)的電能大約有60%用于電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)與人們的生活息息相關(guān)，密不可分。隨著現(xiàn)代化步伐的邁進(jìn)，人們對(duì)自動(dòng)化的需求越來(lái)越高，使電動(dòng)機(jī)控制向更復(fù)雜的控制發(fā)展。1.2 研究意義對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制可分為簡(jiǎn)單控制和復(fù)雜控制兩種，簡(jiǎn)單控制是對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制，復(fù)

4、雜控制是對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩、電壓、電流等物理量進(jìn)行控制。本次設(shè)計(jì)可以作為簡(jiǎn)單控制向復(fù)雜控制的過(guò)度，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制外，還要進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。為以后復(fù)雜控制做為基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，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，阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來(lái)完成，為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達(dá)到更

5、高的性能。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制，控制靈活性和適應(yīng)性好，無(wú)零點(diǎn)漂移，控制精密高，可提供人機(jī)界面，多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作。采用智能功率電路驅(qū)動(dòng)比傳統(tǒng)的分立功率器件組成的驅(qū)動(dòng)體積小，功能強(qiáng)；減少了電路元器件數(shù)量，提高了系統(tǒng)的可靠性；監(jiān)控更容易實(shí)現(xiàn)；集成化使電路的連線減少，減少了布線電容和電感以及信號(hào)傳輸?shù)难訒r(shí)，增加了系統(tǒng)抗干擾的能力；集成化使系統(tǒng)成本大大降低。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)將介紹一種基于單片機(jī)的溫度控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為核心，通過(guò)AT89C51 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)字溫度傳感器DS18B20，進(jìn)行溫

6、度數(shù)據(jù)采集通過(guò)溫度的比較和溫度范圍設(shè)定的程序控制產(chǎn)生PWM（脈寬調(diào)制）信號(hào)；通過(guò)L298驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制直流電機(jī)的啟動(dòng)、速度、方向的變化；通過(guò)LM016L顯示溫度。論文包括對(duì)單片機(jī)的功能及各個(gè)管腳和晶振復(fù)位電路的介紹，整個(gè)電路設(shè)計(jì)包括溫度采集模塊，單片機(jī)控制模塊，溫度顯示模塊，和電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及主要技術(shù)指標(biāo) 本論文要求使用單片機(jī)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，同時(shí)單片機(jī)部分應(yīng)帶有顯示功能。單片機(jī)對(duì)某個(gè)位置進(jìn)行溫度監(jiān)控，當(dāng)外部溫度45時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速正轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度75時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速正轉(zhuǎn)；當(dāng)外部溫度10時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速反轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度0時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速反轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度回到1045之間時(shí)電動(dòng)機(jī)逐

7、漸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。2.2系統(tǒng)總體方案系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，如下圖1單片機(jī)溫度顯示溫度采集DS18B20PWM輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)L298直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)供電圖1 系統(tǒng)總體方案圖2.3 總體方案論述 該系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為核心，通過(guò)DS18B20進(jìn)行溫度采集，送入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)軟件編程進(jìn)行溫度的比較和范圍劃定，然后通過(guò)程序控制由單片機(jī)產(chǎn)生不同的PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)，送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的使能端口，通過(guò)L298驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制直流電機(jī)的啟動(dòng)、速度、方向的變化；單片機(jī)將溫度數(shù)據(jù)傳送給LM016L顯示溫度。整個(gè)電路設(shè)計(jì)包括溫度采集模塊，單片機(jī)控制模塊，溫度顯示模塊，和電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。3 硬件電路設(shè)計(jì)3

8、.1 溫度采集模塊的電路連接DS18B20 有三個(gè)管腳：GND 為電源地，DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端，VCC 為外接供電電源接入端（用寄生電源方式時(shí)接地）。在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)VCC、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K左右的上拉電阻。本系統(tǒng)中DS18B20的DQ口與單片機(jī)的 P3.3口連接，GND 接地。Protues軟件仿真圖如圖2所示。圖 2 DS18B20的Protues仿真圖3.2轉(zhuǎn)速控制模塊設(shè)計(jì)A（IN1）、B

9、(IN2)分別與AT89C51單片機(jī)的P1.0、P1.1相連接，輸入控制電位來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ENA與單片機(jī)的P1.2口相連接，P1.2口輸出控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的PWM信號(hào)，來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的加速、減速，啟動(dòng)、停止。由于我們使用的電機(jī)是線圈式的，在從運(yùn)行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到停止?fàn)顟B(tài)和從順時(shí)針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時(shí)針狀態(tài)時(shí)會(huì)形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用就是在產(chǎn)生反向電流的時(shí)候進(jìn)行泄流，保護(hù)芯片的安全。上面接電源那個(gè)是當(dāng)VS斷電后，電機(jī)的產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生很大的電動(dòng)勢(shì)保護(hù)電機(jī)(因?yàn)殡姍C(jī)可能正傳或者反轉(zhuǎn)，所以兩個(gè)方向均要設(shè)計(jì)二極管)，接地那個(gè)作用在于保護(hù)單片機(jī)等元件。圖 3 轉(zhuǎn)速控制模塊protues仿

10、真的電路圖3.3 溫度顯示模塊設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)手冊(cè)中可能介紹LM1602內(nèi)部D0D7已有上拉，可以使用P0口直接驅(qū)動(dòng)。在Proteus里L(fēng)M016L內(nèi)部可能沒(méi)有,應(yīng)該人為加上拉電阻。圖 5 溫度顯示模塊設(shè)計(jì)proteus仿真圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件構(gòu)架端口初始化液晶顯示程序DS18B20函數(shù)初始化讀取溫度值并顯示延時(shí)開(kāi)啟中斷T0定時(shí)器控制電動(dòng)機(jī)正/反轉(zhuǎn)，并通過(guò)PWM信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等待中斷開(kāi)始返回圖 6系統(tǒng)軟件總框圖5 元器件清單表 2 元器件清單學(xué)名稱型號(hào)畢數(shù)量備注單片機(jī)AT89C511二極管1N40071 電容CAP2220pF2100nF電解電容CAP-ELEC110uF晶振CRYST

11、AL112MHZ溫度采集器DS18B201電機(jī)控制元件 L2981LCD顯示器LM016L1電機(jī)轉(zhuǎn)子MOTOR-DC1 電阻排阻RESPESPACK11110K4.7K6電路設(shè)計(jì)仿真圖 7 設(shè)計(jì)電路的proteus仿真結(jié)論本方案實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)通過(guò)對(duì)溫度的采集和比較對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，以及利用軟件模擬實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速的方法。以AT89C51單片機(jī)為控制核心，通過(guò)DS18B20進(jìn)行溫度采集，送入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)軟件編程進(jìn)行溫度的比較和范圍劃定，然后通過(guò)程序控制由單片機(jī)產(chǎn)生不同的PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制信號(hào)，送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的使能端口，通過(guò)L298驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制直流電機(jī)的啟動(dòng)、速度、方

12、向的變化實(shí)現(xiàn)了對(duì)普通直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，為進(jìn)一步研究和優(yōu)化直流電機(jī)控制方法提供了基礎(chǔ)。達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)某個(gè)位置進(jìn)行溫度監(jiān)控，當(dāng)外部溫度45時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速正轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度75時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速正轉(zhuǎn)；當(dāng)外部溫度10時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速反轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度0時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速反轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度回到1045之間時(shí)電動(dòng)機(jī)逐漸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。從這次的設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫(xiě)與讀的過(guò)程中才能提高，這就是我在這次設(shè)計(jì)中的最大收獲。參考文獻(xiàn)1 王之道,周靖,劉旭, J機(jī)械工程與自動(dòng)化2009(5) 2 茹占軍,基于AT89S5

13、2單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì), J.軟件導(dǎo)刊2010, 9(8)3 趙鴻圖,基于單片機(jī)AT89C51的直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)J.電子技術(shù) ，2008, 45(10)4 周潤(rùn)景,張麗娜.基于Proteus的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006. 5 寧成軍,張江霞.基于Proteus和Keil接口的單片機(jī)外圍硬件電路仿真J.現(xiàn)代電子技術(shù),2006,29(18):142-143,146. 6 陳良光，管聰慧.由數(shù)字式傳感器 DS18B20 構(gòu)成的多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)J.傳感器世界, 1999, 9.7 杜洋,DS18B20溫度傳感器應(yīng)用解析,2007.3.168 馬忠梅，

14、張凱，等.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)(第四版).北京航空航天大學(xué)出版社實(shí)驗(yàn)程序#include<reg51.h>#include<intrins.h>#difine uchar ；unsigned char#difine uint ；unsigned int#define delayNOP() _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();sbit DQ =p33;sbit LCD_RS=p20;sbit LCD_RW=p21;sbit LCD_EN=p22;sbit MA =P10;sbit MB =p11;sbit PWM1 =p12;uchar

15、code temp_DISP_Title ="Current temp : "uchar current_temp_Display_Buffer="TEMP: "/溫度字符uchar code_temperature_char8 =0x0C,0x12,0x12,0x0C,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,;/ 溫度小數(shù)位對(duì)照表uchuar code df_Table =0,1,1,2,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9 ;uchar CurrenT = 0; /當(dāng)前讀取的溫度整數(shù)部分char Signed_Temp = 0

16、; /有符號(hào)溫度值uchar Temp_Value = 0x00,0x00; /從DS18B20讀取溫度值uchar Back_Temp_Value = 0xFF,0xFF; /溫度數(shù)據(jù)備份uchar Display_Digit = 0,0,0,0; /待顯示的各溫度數(shù)位bit DS18B20_IS_OK = 1; /傳感器正常標(biāo)志uint tCount = 0;/-/延時(shí) 1/-void DelayXus(int x) uchar i; while(x-) for (i=0;i<200;i+);/-/液晶控制函數(shù)-/uchar LCD_Busy_Check() reentrant/vo

17、id Write_LCD_Command (uchar cmd)/void Write_LCD_Data (uchar data)/void LCD_Initialise ()/void Set_LCD_POS (uchar pos)/void Write_NEW_LCD_Char ()/-/-/延時(shí)2/-void Delay(unit x)while (-x);/-/初始化DS18B20/-uchar Init_DS18B20() uchar DQ=1; Delay(8);DQ = 0;Delay(90); DQ=1; Delay(8);status = DQ;Delay(100);DQ=1

18、; return status; /初始化成功返回0/-/讀一字節(jié)/-uchar ReadOneByte() uchar i,dat = 0; DQ = 1; _nop_(); for (i=0;i<8;i+) DQ=0; data>>=1;DQ=1; _nop_();_nop_(); if(DQ) dat1=0x80;Delay(30);DQ=1; return dat;/-/寫(xiě)一字節(jié)/-void WriteOnebyte (uchar dat) uchar i; for (i=0;i<8;i+) DQ=0;DQ=dat&0x01; Delay(5);DQ=1

19、;dat>>=1; /-/讀取溫度值/-void Read_Temperature() if(Init_DS18B20() = 1) /DS18B20故障 DS18B20_IS_OK = 0; else writeoneByte(0xCC); /跳過(guò)序列號(hào) writeoneByte(0x44); /啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 Init_DS18B20(); writeoneByte(0xCC); writeoneByte(0xBE); /讀取溫度寄存器 Temp_Value0 = ReadOneByte(); /溫度低8位 Temp_Value1 = ReadOneByte(); /溫度高8位

20、DS18B20_IS_OK = 1; /-/在LCD上顯示當(dāng)前溫度/-void Display_Temperature() uchar i; uchar t=150;/延時(shí)值 uchar ng = 0;/負(fù)數(shù)標(biāo)識(shí) /如果為負(fù)數(shù)則取反加1，并設(shè)置負(fù)數(shù)標(biāo)識(shí) if（Temp_Value1 & 0xF8） =0xF8） Temp_Value1 = Temp_Value1; Temp_Value0 = Temp_Value0 + 1; if(Temp_Value0 =0x00) Temp_Value1+; ng= 1; /查表得到溫度小數(shù)部分 Display_Digit0 = df_Table

21、Temp_Value0 & 0x0F ; /獲取溫度整數(shù)部分（無(wú)符號(hào)） Current = (Temp_Value0) & 0xF0)>>4) | (Temp_Value1 & 0x07)<<4); /獲取有符號(hào)溫度值（忽略小數(shù)位） Signed_Temp = !ng ? CurrenT : - CurrenT; /將整數(shù)部分分解為三位待顯示數(shù)字 Display_Digit3 = CurrenT / 100; Display_Digit2 = CurrenT % 100/10; Display_Digit1 = CurrenT % 10; /刷新

22、LCD顯示緩沖 Current_Temp_Display_Buffer11 = Display_Digit0 + '0' Current_Temp_Display_Buffer10 = '.' Current_Temp_Display_Buffer 9 = Display_Digit1 + '0' Current_Temp_Display_Buffer 8 = Display_Digit2 + '0' Current_Temp_Display_Buffer 7 = Display_Digit3 + '0' /高位為

23、0時(shí)不顯示 if (Diplay_Digit3 = 0) Current_Temp_Display_Buffer7 = ' ' /高位為0且次高位為0時(shí)，次高位不顯示 if (Display_Digit2 = 0 && Display_Digit3 = 0) /負(fù)數(shù)符號(hào)顯示在恰當(dāng)位置 if (ng) if (Current_Temp_Display_Buffer8 = ' ') Current_Temp_Display_Buffer8 = '-' else if (Current_Temp_Display_Buffer7 = &#

24、39; ') Current_Temp_Display_Buffer7 = '-') else (Current_Temp_Display_Buffer6 = '-' /在第一行顯示標(biāo)題 Set_LCD_POS(0x00); for(i = 0; i<16; i+) Write_LCD_Data( Temp_Disp_Titlei ); /在第二行顯示當(dāng)前溫度 Set_LCD_POS(0x40); for(i = 0; i<16; i+) Write_LCD_Data(Current_Temp_Display_Bufferi ); /顯示溫度

25、符號(hào) Set_LCD_POS(0x4D); Write_LCD_Data(0x00); Set_LCD_POS(0x4E); Write_LCD_Data('C');/-/T0定時(shí)器控制電動(dòng)機(jī)正/反轉(zhuǎn)，并輸出PWM信號(hào)控制轉(zhuǎn)速/-Void T0_INT() interrup 1 TH0 = -50000/256; TL0 = -50000%256; Read_Temperature(); /讀取溫度 if ( !DS18B20_IS_OK )return; /讀錯(cuò)時(shí)退出 /讀取正常且溫度發(fā)生變化則刷新顯示 if (Temp_Value0 != Back_Value0 | Temp_Value1 != Back_Value1 ) Back_Temp_Value0 =Temp_Value0; Back_Temp_Value1 =Temp_Value1; Disply_Temperature(); /75或0時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速轉(zhuǎn)動(dòng)，占空比為100%. if (Signed_Temp75 ) Sig