基于PWM控制的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文

1、黑龍江東方學(xué)院畢 業(yè) 論 文 （設(shè) 計）題目：基于PWM控制的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名學(xué) 號專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級指導(dǎo)教師學(xué) 部計算機(jī)科學(xué)與電氣工程答辯日期黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）評語（一）姓名學(xué)號專業(yè)班級總成績畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：基于PWM控制的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計答辯委員會評語答辯成績主任簽字： 年 月 日答辯委員會成員簽字學(xué)部畢業(yè)論文（設(shè)計）領(lǐng)導(dǎo)小組意見組長簽字： 年 月 日 學(xué)部公章黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）評語（二）姓名學(xué)號專業(yè)班級畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：基于PWM控制的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師成績指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日黑龍

2、江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）評語（三）姓名學(xué)號專業(yè)班級畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：基于PWM控制的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計評閱教師評語評閱教師成績評閱教師簽字： 年 月 日黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書姓名學(xué)號專業(yè)班級畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：基于PWM控制的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文（設(shè)計）的立題依據(jù)直流電動機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)速范圍廣，過載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動和反轉(zhuǎn)。本課題的目的是要設(shè)計一種基于PWM控制的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，利用STC 89C52單片機(jī)控制PWM信號，從而實現(xiàn)電壓的改變，最后控制直流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速。主要內(nèi)

3、容及要求1. 選擇STC89C52單片機(jī)為控制芯片。2. 采用PWM方式控制直流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速。3. 轉(zhuǎn)速采用LCD顯示。4. 應(yīng)用C語言進(jìn)行軟件編程。進(jìn)度安排 2011-12-20 2012-01-20 查閱資料，方案論證，系統(tǒng)設(shè)計 2012-01-21 2012-03-31 軟硬件設(shè)計及調(diào)試 2012-04-01 2012-05-18 撰寫論文，準(zhǔn)備答辯 學(xué)生簽字： 指導(dǎo)教師簽字：年 月 日黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）基于PWM控制的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計摘 要 近年來，隨著科技的進(jìn)步，直流電機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，直流具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)速范圍廣，過載能力強(qiáng)，能

4、承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實現(xiàn)頻繁的無極快速起動、制動和反轉(zhuǎn)，為滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊要求，對直流電機(jī)調(diào)速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速等技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際應(yīng)用的要求，通過PWM方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法就應(yīng)運(yùn)而生。本論文主要研究了利用STC 89C52單片機(jī)控制PWM信號從而實現(xiàn)對電壓改變最后控制直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，并且通過單元模塊電路分析了整個系統(tǒng)的工作原理。以C語言進(jìn)行軟件編寫，通過軟件編程對PWM信號占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，單片機(jī)根據(jù)程序進(jìn)行操作，進(jìn)一步控制了H橋電路的輸入信號，而測速系統(tǒng)把電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋給單片機(jī)通過按鍵控制其轉(zhuǎn)速，LCD把轉(zhuǎn)速顯示出來，從而實現(xiàn)

5、電動機(jī)的調(diào)速、變向等功能，這種設(shè)計方法的電路簡單，具有操作簡單、非常實用前景和價值。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；STC89C52；PWM調(diào)速；L298；LCD1602IIIPWM DC motor control system designAbstractIn recent years, with advances in technology, the DC motor has been more widely used, DC has excellent speed characteristics, speed is smooth, convenient, wide speed range, over

6、load, able to withstand frequent impact loads,can achieve frequent Promise fast start, brake and reverse, you need to meet a variety of special requirements of the production process automation systems, the higher requirements of the DC motor, change the armature circuit resistance speed, changing t

7、he voltage governorthe technology has been far from satisfying the requirements of modern technology, which came into being through PWM control of DC motor speed control.In this thesis, the STC 89C52 control PWM signal in order to achieve the final control of DC motor speed control, and the whole sy

8、stem works through the unit module circuit voltage change. In this thesis, software written in C language, the PWM signal duty cycle adjust by software programming, microcontroller according to the procedures, to further control the input signal of the H-bridge circuit, velocimetry system, the motor

9、 speed feedback to the microcontroller through the button control its speed, the LCD, the speed is displayed, enabling the motor speed, and change the function to such as simple circuit of this design method is simple, very practical prospects and value.Keywords：DC motor; STC89C52; the PWM speed con

10、trol; L298; the LCD1602目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 開發(fā)背景11.2 國內(nèi)外研究趨勢21.3 技術(shù)要求及工作內(nèi)容3第2章 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計42.1 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計42.2 PWM調(diào)速原理42.3 PWM調(diào)速方法52.4 PWM控制流程圖52.5 各模塊作用52.6 本章小結(jié)5第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1 單片機(jī)控制模塊63.1.1 STC89C52的簡介73.1.2 STC89C52主要性能73.2 電機(jī)驅(qū)動模塊83.3 液晶顯示模塊113.4 獨立式鍵盤控制模塊133.5 電機(jī)測速模塊143.6 本章小結(jié)15第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計16

11、4.1 主程序流程圖164.2 定時器中斷程序流程圖164.3 獨立式鍵盤控制流程圖174.4 系統(tǒng)仿真調(diào)試194.4.1 仿真結(jié)果分析204.5 本章小結(jié)22結(jié) 論23參考文獻(xiàn)24附 錄25致 謝34 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）基于PWM控制的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計第1章 緒論1.1 開發(fā)背景當(dāng)今，自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，而直流調(diào)速控制作為電氣傳動的主流在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著主要作用，無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防、航天航空、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大量使用著各式各樣的電氣傳動系統(tǒng)，其中許多系統(tǒng)有調(diào)速的要求：如車輛、電梯、機(jī)床

12、、造紙機(jī)械等等。為了滿足運(yùn)行、生產(chǎn)、工藝的要求往往需要對另一類設(shè)備如風(fēng)機(jī)、水泵等進(jìn)行控制：為了減少運(yùn)行損耗，節(jié)約電能也需要對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速1。電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由控制部分、功率部分和電動機(jī)三大要素組成一個有機(jī)整體。各部分之間的不同組合，可構(gòu)成多種多樣的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。三十多年來，直流電機(jī)傳動經(jīng)歷了重大的變革。首先實現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進(jìn)。同時，控制電路已經(jīng)實現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化

13、、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動領(lǐng)域中仍然難以替代2。隨著微控制器尤其是脈寬調(diào)制 PWM 專門控制芯片的飛速發(fā)展，其對電機(jī)控制方面的應(yīng)用起了很重要的作用，為設(shè)計性能更高的直流控制系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。本文對基于PIC單片機(jī)的直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了較深入的研究，從直流調(diào)速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了單閉環(huán)直流 PWM調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。用微機(jī)硬件和軟件發(fā)展的最新成果，探討一個將微機(jī)和電力拖動控制相結(jié)合的新的控制方法，研究工作在對控制對象全面回顧的基礎(chǔ)上，重點對控制部分展開研究，它包括對實現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件的探討。在硬件方面充分利用微機(jī)外設(shè)接口豐富，運(yùn)算速度快的特點，采取軟件和硬件

14、相結(jié)合的措施，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制。在微機(jī)控制方面，討論了顯示、PWM、光電編碼盤測速的原理,并給出了軟、硬件實現(xiàn)方案。該方案以驅(qū)動芯片與一些外圍電路。通過實時測試，調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，此調(diào)速系統(tǒng)可獲得快速、精確的調(diào)速效果。1.2 國內(nèi)外研究趨勢直流電氣傳動系統(tǒng)中需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下幾種：第一，最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動機(jī)電樞供電，通過改變電樞回路中的電阻來實現(xiàn)調(diào)速。這種方法簡單易行，設(shè)備制造方便，價格低廉。但缺點是效率低、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。第二，三十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)電動機(jī)(也稱為旋轉(zhuǎn)變流組)，配合采用磁放

15、大器、電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、閘流管等控制器件，可獲得優(yōu)良的調(diào)速性能，如有較寬的調(diào)速范圍(十比一至數(shù)十比一)、較小的轉(zhuǎn)速變化率和調(diào)速平滑等3。特別是當(dāng)電動機(jī)減速時，可以通過發(fā)電機(jī)非常容易地將電動機(jī)軸上的飛輪慣量反饋給電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑的制動特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發(fā)電機(jī)電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點是需要增加兩臺與調(diào)速電動機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵磁設(shè)備，因而體積設(shè)備較多、體積大、費(fèi)用高、效率低、安裝需要地基、運(yùn)行有噪聲、維修困難等。第三，自出現(xiàn)汞弧變流器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機(jī)電動機(jī)系統(tǒng)，使調(diào)速性能指標(biāo)又進(jìn)一步提高。特別是它的系統(tǒng)快速響應(yīng)性是發(fā)電機(jī)電動機(jī)系統(tǒng)不能比擬的

16、。但是汞弧變流器仍存在一些缺點:維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對維護(hù)人員會造成一定的危害等。第四，1957年，世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管，與其它變流元件相比，晶閘管具有許多獨特的優(yōu)越性，因而晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)立即顯示出強(qiáng)大的生命力4。由于它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上和可靠性有所提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在10000以上，比機(jī)組(放大倍數(shù)10)高1000倍，比汞弧變流器(1000)高10倍;在快速響應(yīng)性上，機(jī)組是秒級，而晶閘管變流裝置為毫秒級5。因此，目前在直流調(diào)速系統(tǒng)中，除某

17、些特大容量的設(shè)備而且供電電路容量較小的情況下，仍有采用機(jī)組供電、晶閘管勵磁系統(tǒng)以外，幾乎絕大部分都已改用晶閘管相控整流供電了。PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì)80年代以前一直未能實現(xiàn)。直到進(jìn)入上世紀(jì)80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展，到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)6。直流電動機(jī)具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的

18、電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動機(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)來完成，為直流電動機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。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。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)功能的不斷提高以及電力電子、計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，電氣傳動領(lǐng)域出

19、現(xiàn)了以微機(jī)為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)。計算機(jī)的發(fā)展可以使復(fù)雜的控制規(guī)律較方便的實現(xiàn)，以計算機(jī)為核心的數(shù)字控制技術(shù)成為自控領(lǐng)域的主流，也給直流電氣傳動的發(fā)展注入了新的活力，使電氣傳動進(jìn)入了更新的發(fā)展階段。1.3 技術(shù)要求及工作內(nèi)容本系統(tǒng)主要是利用單片機(jī)的定時器產(chǎn)生PWM脈沖通過驅(qū)動電路進(jìn)行直流電機(jī)調(diào)速，鍵盤操縱電機(jī)進(jìn)行停、轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)、加速、減速。另一方面通過測速電路把電機(jī)的轉(zhuǎn)速送給單片機(jī)在通過液晶顯示出來，從而可以直觀的控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)可以劃分為主控電路（單片機(jī)STC89C52）、直流電機(jī)驅(qū)動電路（采用L298設(shè)計驅(qū)動電路）、液晶顯示按鍵功能電路（LCD1602）、電源電路、測速電路等模塊，采用PW

20、M基本原理，以硬件電路為基礎(chǔ)，以C語言進(jìn)行程序編寫，只要通過軟件編程，單片機(jī)根據(jù)程序進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)PWM信號占空比，進(jìn)一步控制了L298驅(qū)動電路的PWM輸入信號，從而控制了直流電機(jī)的電壓，改變電機(jī)電壓的大小就可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度，改變電機(jī)電壓的方向就可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，這樣就可以實現(xiàn)了單片機(jī)控制直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本功能，可以通過LCD顯示出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 -3-黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）第2章 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計方案說明：直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為控制核心，由命令輸入模塊、測速系統(tǒng)模塊、LED顯示模塊及電機(jī)驅(qū)動模塊組成。采用帶

21、中斷的獨立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，定時不斷給L298直流電機(jī)驅(qū)動芯片發(fā)送PWM波形，測速系統(tǒng)把反饋數(shù)據(jù)給單片機(jī)，完成電機(jī)正，反轉(zhuǎn)和急停控制；同時單片機(jī)不停的將測得轉(zhuǎn)速送到LCD完成實時顯示7。直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)總體框圖見圖2-1。獨立鍵盤輸入LED顯示轉(zhuǎn)速STC89C52L289電機(jī)驅(qū)動直流電機(jī)測速系統(tǒng) 圖2-1 系統(tǒng)總體框圖2.2 PWM調(diào)速原理PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通

22、和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因為如此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。圖2-2 占空比示意圖如圖2-2所示：設(shè)電機(jī)始終接通電源時，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設(shè)占空比為D= t1 / T，則電機(jī)的平均速度為Va = Vmax * D，其中Va指的是電機(jī)的平均速度；Vmax 是指電機(jī)在全通電時的最大速度；D = t1 / T是指占空比。由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空比D = t1 / T時，就可以得到不同的電機(jī)平均速度Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的8。嚴(yán)格來說，平均速度

23、Vd 與占空比D并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。2.3 PWM調(diào)速方法采用定時器做為脈寬控制的定時方法。如果采用軟件延時方法，此方法在精度上不及定時器，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。2.4 PWM控制流程圖在本設(shè)計中PWM脈沖調(diào)制的控制流程見圖2-3。電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、急停處理PWM輸入L298電機(jī)驅(qū)動進(jìn)行脈沖處理程序控制單片機(jī)輸出PWM脈沖STC89C52控制開始結(jié)束 圖2-3 PWM脈沖調(diào)制的控制流程圖 2.5 各模塊作用 本設(shè)計主要模塊由命令輸入模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、獨立鍵盤模塊、測速系統(tǒng)模塊、LCD顯示模塊幾部分組成。命令輸入模塊主要是由ST

24、C89C52為核心產(chǎn)生PWM波形，改變輸出電壓從而控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)驅(qū)動模塊是用來驅(qū)動直流電機(jī)。獨立鍵盤模塊是控制電機(jī)停、轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)、加速、減速。測速系統(tǒng)模塊在本設(shè)計采用的是紅外傳感器（由紅外線發(fā)射管、紅外線接收管構(gòu)成的紅外計數(shù)電路）組成的能把直流電機(jī)實時轉(zhuǎn)速反饋給單片機(jī)。LCD顯示模塊時把測速模塊得來的數(shù)據(jù)在LCD顯示屏上顯示出來。2.6 本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)的總體思路、框架。PWM的工作原理和調(diào)速方法，PWM是通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，本系統(tǒng)主要是由命令輸入模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、獨立鍵盤模塊、測速系統(tǒng)模塊、LCD顯示模塊幾部分組成。第3

25、章 系統(tǒng)硬件設(shè)計本設(shè)計硬件模塊主要采用STC89C52控制模塊、L298電機(jī)驅(qū)動模塊、LCD1602液晶顯示模塊、獨立鍵盤控制模塊、測速系統(tǒng)模塊。3.1 單片機(jī)控制模塊直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊圖3-1。 圖3-1直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊圖這里利用定時計數(shù)器讓單片機(jī)P3口的P3.4引腳輸出占空比不同的方波，然后經(jīng)驅(qū)動芯片L298放大后控制直流電機(jī)。驅(qū)動芯片的輸入電壓是兩引腳的電壓差，在調(diào)速時一根引腳線為低電平，另一個引腳產(chǎn)生調(diào)速方波，這樣兩個引腳的電壓差就可通過控制其中一個引腳來控制。當(dāng)需要改變電機(jī)轉(zhuǎn)動方向時，兩個引腳的輸出相反。定時計數(shù)器10us中斷一次，就使P3.4產(chǎn)生一個高電平或低電平

26、。占空比為高電平脈沖個數(shù)占一個周期總脈沖個數(shù)的百分?jǐn)?shù)。一個周期加在電機(jī)兩端的電壓為脈沖高電壓乘以占空比。電機(jī)的平均速度等于在一定的占空比下電機(jī)的最大速度乘以占空比。當(dāng)我們改變占空比時，就可以得到不同的電機(jī)平均速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。精確的講，平均速度與占空比并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可以將其近似看成線性關(guān)系。3.1.1 STC89C52的簡介在常用的89系列的單片機(jī)中，51系列只有4K字節(jié)的在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，128字節(jié)RAM。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)

27、制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，它是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，操作方便，引腳也充足，而且STC89C52，支持ISP串口下載，使得STC89C52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。3.1.2 STC89C52主要性能 圖3-2 STC89C52STC89C52主要功能特性如下：1兼容MCS51指令系統(tǒng)；28k可反復(fù)擦寫(大于1000次）Flash ROM； 332個雙向I/O口； 4256x8bit內(nèi)部RAM； 53個16位可編程定時/

28、計數(shù)器中斷； 6時鐘頻率0-24MHz； 72個串行中斷，可編程UART串行通道； 82個外部中斷源，共8個中斷源； 92個讀寫中斷口線，3級加密位； 10低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能； 11有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式。我們通過編寫程序來控制單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的指令，從而實現(xiàn)對指定電路的控制。STC 89C52編程前，要設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號， 編程方法如下： 1.在地址線上加上要編程單元的地址信號。 2在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 3激活相應(yīng)的控制信號。 4在高電壓編程方式時，將EA/Vpp 端加上+12V 編程電壓。 5 每對Flash 存儲

29、陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE/PROG 編程脈沖。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，通常約為1.5ms。重復(fù)15 步驟，改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，直到全部文件編程結(jié)束。3.2 電機(jī)驅(qū)動模塊電機(jī)驅(qū)動模塊采用的是L289芯片。L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機(jī)，或一個兩相步進(jìn)電機(jī)。L298N芯片可以驅(qū)動兩個二相電機(jī)，也可以驅(qū)動一個四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。（1）L2

30、98內(nèi)部的原理圖 L298內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖3-3。 圖3-3 L298內(nèi)部結(jié)構(gòu) （2）L298內(nèi)部H橋驅(qū)動電路電路得名于“H橋驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H如圖3-4。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠。如圖所示，H橋式電機(jī)驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 圖3-4 H橋驅(qū)動電路要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。例如，如圖3-5所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭

31、所示，該流向的電流將驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時針方向）。圖3-5 H橋驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動圖3-6所示為另一對三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時針方向）。 圖3-6 H橋驅(qū)動電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機(jī)時，保證H橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導(dǎo)通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負(fù)極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可

32、能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管9?；谏鲜鲈颍趯嶋H驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。（3）L298的邏輯功能當(dāng)使能端為高電平時，輸入端IN1為PWM信號，IN2為低電平信號時，電機(jī)正轉(zhuǎn)；輸入端IN1為低電平信號，IN2為PWM信號時，電機(jī)反轉(zhuǎn)；IN1與IN2相同時，電機(jī)快速停止。當(dāng)使能端為低電平時，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。詳細(xì)邏輯見表3-1。表3-1 L298的邏輯功能IN1XIN2XENA0電機(jī)狀態(tài)停止100101011100順時針逆時針停止停止（4）單片機(jī)與L298的連接 單片機(jī)和L298連接如圖3-7。圖3-7單片機(jī)和L298連接3.3 液晶顯示模塊顯

33、示模塊采用的是LCD1602。（1）LCD1602液晶的結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。 圖3-8 LCD1602液晶的結(jié)構(gòu)LCD1602主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量：162個字符芯片工作電壓：4.55.5V 工作電流：2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓：5.0V 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號等。（2）LCD1602液晶主要接口第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通

34、過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。（2）單片機(jī)與LCD的連接（E,RW,RS）控制引腳接P3口，8個數(shù)據(jù)信號接P1口。VSS接單片機(jī)地，VCC接單片機(jī)的電源VCC.單

35、片機(jī)與LCD連接圖見圖3-9。圖3-9單片機(jī)與LCD連接圖3.4 獨立式鍵盤控制模塊獨立式鍵盤的按鍵相互獨立，每個按鍵接一根I/O口線，一根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它I/O口線的工作狀態(tài)。因此，通過檢測I/O口線的電平狀態(tài)，即可判斷鍵盤上哪個鍵被按下，獨立式鍵盤見下圖3-10。圖3-10獨立式鍵盤獨立鍵盤與單片機(jī)連接圖見圖3-11。圖3-11本系統(tǒng)中獨立式鍵盤與單片機(jī)的鏈接3.5 電機(jī)測速模塊本設(shè)計采用的是紅外傳感器（由紅外線發(fā)射管、紅外線接收管構(gòu)成的紅外計數(shù)電路）。產(chǎn)品參數(shù)：發(fā)射距離、發(fā)射角度（15度、30度、45度、60度、90度、120度、180度）發(fā)射的光強(qiáng)度、波長。以上決

36、定紅外線發(fā)射管產(chǎn)品的主要性能及使用范圍10。紅外線接收管是將紅外線光信號變成電信號的半導(dǎo)體器件，它的核心部件是一個特殊材料的PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上采取了大的改變，紅外線接收管為了更多更大面積的接受入射光線，PN結(jié)面積盡量做的比較大，電極面積盡量減小，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。紅外線接收二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很小，稱為暗電流。當(dāng)有紅外線光照時，攜帶能量的紅外線光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子空穴對。它們在反向電壓作用下參加漂移運(yùn)動，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱

37、為“光電導(dǎo)”11。紅外線接收二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應(yīng)變化見圖3-12。 圖3-12 紅外計數(shù)測速電路紅外計數(shù)電路主要由紅外發(fā)射和接收電路組成。 紅外發(fā)射和接收電路：在電動機(jī)上安裝一對紅外發(fā)射和接收管， 當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，對紅外光反射、散射和折射，穿過紅外光的光強(qiáng)瞬間減少， 紅外接收管導(dǎo)通程度也在瞬間減小， 因而產(chǎn)生一個脈沖信號； 信號放大比較電路：電容拾取脈沖信號后由運(yùn)放LM324進(jìn)行放大， 放大倍數(shù)為10倍， 再將放大的信號由運(yùn)放LM324比較后輸出標(biāo)準(zhǔn)的低電平脈沖信號， 然后將獲得的脈沖

38、信號送到單片機(jī)的計數(shù)器引腳進(jìn)行計數(shù)， 這樣就可以達(dá)到計數(shù)的目的見圖3-13。 圖3-13 轉(zhuǎn)速檢測示意圖3.6 本章小結(jié)本章主要介紹的是系統(tǒng)的硬件設(shè)計，本系統(tǒng)硬件主要采用STC89C52、L298電機(jī)驅(qū)動、LCD1602液晶顯示、獨立鍵盤控制、紅外測速系統(tǒng)。分別介紹了各個硬件的基本資料和功能，在系統(tǒng)中怎么與單片機(jī)連接的。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計本設(shè)計主要模塊由命令輸入系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、獨立鍵盤系統(tǒng)、測速系統(tǒng)系統(tǒng)、LCD顯示系統(tǒng)幾部分組成。4.1 主程序流程圖 主程序描述：首先運(yùn)行程序主函數(shù)main,進(jìn)行系統(tǒng)初始化，設(shè)置定時器工作方式1，開啟T1中斷，定時10us。然后進(jìn)行按鍵查詢，本系統(tǒng)有五個按

39、鍵，加速、減速、正反轉(zhuǎn)、開始、停止/復(fù)位12。如果有按鍵按下，得到相對應(yīng)的脈沖W，最后利用LCD液晶實時顯示轉(zhuǎn)速圖圖4-1。主函數(shù)mIan系統(tǒng)初始化函數(shù)init啟動中斷，設(shè)置定時時間采用定時器中斷實現(xiàn)脈沖調(diào)制查詢按鍵，得到相應(yīng)的脈沖WLCD液晶顯示器顯示轉(zhuǎn)速圖4-1 主流程圖4.2 定時器中斷程序流程圖定時中斷描述：首先啟動定時的工作方式為1，開啟T1中斷，設(shè)置定時時間為10us。T為定時個數(shù)，每定時一次加1，T最大值100，也就是一個周期時間為1ms。在一個周期內(nèi)：當(dāng)T=M時，電機(jī)啟動，如果T=100，T清零，否則重新進(jìn)入定時中斷。這樣按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周

40、期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短13。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。具體流程如圖4-2。啟動定時器（計數(shù)器）工作方式1進(jìn)入中斷重置定時器時間10us，定時器標(biāo)記T為1電機(jī)停止開啟中斷T1，設(shè)置時間為10us電機(jī)啟動TMT=100T=0YNYN 圖4-2 定時器中斷程序流程圖4.3 獨立式鍵盤控制流程圖獨立式鍵盤控制描述：本系統(tǒng)中有五個個獨立式按鍵，K1、K2、K3、K4、K5分別控制著系統(tǒng)的，加速、減速、正反轉(zhuǎn)、急停和復(fù)位。系統(tǒng)開始時，檢測獨立式按鍵，如有按鍵按下，則相對應(yīng)的K=0，然后進(jìn)入子程序?qū)崿F(xiàn)按鍵的功能14。具體流程如圖4-

41、3。開始K1=0W+W=0W=0K4=0A=！AW=100W-有鍵閉合部W=100K2=0W=0K3=0YNYYYNNNNYNY圖4-3獨立式鍵盤控制流程圖LCD液晶顯示流程見圖4-4。-19-黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）調(diào)自定義字庫設(shè)置DDRAM地址，在第一行顯示設(shè)置顯示數(shù)據(jù)首地址循環(huán)量設(shè)置取字符代碼N循環(huán)完？Y顯示第二行，同前結(jié)束圖4-4 LCD顯示流程圖4.4 系統(tǒng)仿真調(diào)試仿真軟件選擇Proteus ，在Proteus中畫出系統(tǒng)電路圖，當(dāng)程序在Keil C中調(diào)試通過后，會生成以hex為擴(kuò)展名的文件，這就是使系統(tǒng)能夠在Proteus中成功進(jìn)行仿真的文件。4.4.1 仿真結(jié)果分析當(dāng)仿真

42、開始運(yùn)行時，各個模塊處于初始狀態(tài)。點擊右邊的獨立鍵盤加速或是減速按鈕。顯示模塊便開始顯示數(shù)字，然后點擊正傳或是反轉(zhuǎn)。電機(jī)的驅(qū)動模塊能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等操作。且改變PWM脈沖時的占空比電機(jī)的工作電壓改變15。因此，當(dāng)按鍵P1.0按下的時候電機(jī)開始轉(zhuǎn)動；當(dāng)P1.1按下的時候電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，沒按下的時候反轉(zhuǎn)；當(dāng)P1.2按下的時候電機(jī)加速，P1.3按下開始減速。從仿真結(jié)果可以看出，本設(shè)計可以得到預(yù)期的仿真效果。初始狀態(tài)，直流電機(jī)有如圖4-5運(yùn)行效果。 圖4-5電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)按下急停鍵，直流電機(jī)有圖4-6的停止運(yùn)行結(jié)果。 圖4-6電機(jī)停轉(zhuǎn)按下加速鍵，直流電機(jī)有圖4-7的正向加速運(yùn)行結(jié)果。

43、 圖4-7電機(jī)正轉(zhuǎn)加速按下反減速鍵，直流電機(jī)有圖4-8正向減速運(yùn)行結(jié)果。 圖4-8電機(jī)反轉(zhuǎn)減速PWM輸出波形如下：（1）加速過程波形依次如下圖4-9。圖4-9電機(jī)加速過程波形圖（2）減速過程波形如下圖4-10。圖4-10電機(jī)減速過程波形圖4.5 本章小結(jié)本章講訴了系統(tǒng)軟件設(shè)計，包括主程序流程圖和各個模塊的流程圖，最后的系統(tǒng)仿直調(diào)試描述了軟件的選擇及仿直結(jié)果分板。 結(jié) 論本設(shè)計利用STC89C52系列單片機(jī)作為控制的核心，由電機(jī)驅(qū)動模塊、獨立鍵盤模塊、測速系統(tǒng)模塊、LCD顯示模塊各個模塊完成了以單片機(jī)為控制核心的硬件設(shè)計，完成了輸入模塊、輸出模塊以及外圍電路等模塊的設(shè)計。并利用電路圖在仿真軟件上

44、模擬設(shè)計的要求，通過仿真更改和完善總體思路。本系統(tǒng)包括命令輸入模塊、鍵盤控制模塊、測速系統(tǒng)模塊、LED顯示模塊及電機(jī)驅(qū)動模塊幾部分組成，這些模塊完成了PWM信號的產(chǎn)生通過驅(qū)動模塊使電機(jī)啟動，通過鍵盤實現(xiàn)開始、停止、正反、加速控制，測速模塊把電機(jī)的實時轉(zhuǎn)速反饋給單片機(jī)最后由顯示模塊把電機(jī)轉(zhuǎn)速通過液晶顯示出來。設(shè)計的主要的特點是具有單片機(jī)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計簡單，C語言編程簡潔，控制電機(jī)動作快速，控制范圍大等特點。不足的地方主要是如果用功能強(qiáng)大的單片機(jī)芯片設(shè)計此系統(tǒng)可以縮小體積、減少控制、功能更強(qiáng)，總體設(shè)計還可以更加完善。參考文獻(xiàn)1 盧春華,姚海燕,張莉. 基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計J.

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49、control*/sbit MOTOR_A_2=P36;sbit MOTOR_A_1=P37;sbit EN_MOTOR_A=P34; sbit k1=P10;sbit k2=P11; sbit k3=P12; sbit k4=P13;uchar T=0; uchar W=0; uchar A=0; uchar k=10; uchar code table1= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uchar code table2=0xfe,0xfb,0xfd,0xf7； /*液晶顯示control*/sbit E=P37; /1602腳定義/sbit RW=P36