直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！畢業(yè)論文題目直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計英文題目摘要本文主要是設(shè)計一個以單片機為主控芯片，通過按鍵改變直流電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向，并能實時顯示轉(zhuǎn)速和脈沖數(shù)。本文首先初步確定了總體設(shè)計方案，根據(jù)設(shè)計的要求分模塊進行設(shè)計。首先對設(shè)計用到的主要芯片如AT89C52單片機、霍爾元件、LCD1602液晶顯示進行了參數(shù)和性能的介紹。根據(jù)所要達到的設(shè)計目的分模塊進行了設(shè)計。在單片機模塊主要設(shè)計了單片機最小系統(tǒng)。在驅(qū)動模塊主要設(shè)計了H橋驅(qū)動電路。在測量模塊運用霍爾元件對電機進行測速并輸出信號給單片機中斷端口。在顯示模塊采用LCD1602液晶顯示，單片機通過輸出電壓信號給液晶實現(xiàn)實時顯示。在按鍵模塊由于按鍵數(shù)量比I/O口數(shù)量少，為了接線方便決定采用獨立按鍵的連接方式。最后將各模塊與單片機相連接，通過軟件進行編程從而實現(xiàn)設(shè)計功能。關(guān)鍵詞：直流電機；單片機；分模塊IABSTRACTInthispaper,thedesignofamicrocontrollerbasedcontrolchip,throughthebuttontochangethemotorspeedandrotationdirection,andcandisplayrealtimespeedandthenumberofpulses.Inthispaper,theoveralldesignschemeispreliminarilydetermined,andthemodulesaredesignedaccordingtotherequirementsofthedesign.First,thedesignofthemainchipusedinsuchasAT89C52microcontroller,Holzercomponents,LCD1602liquidcrystaldisplayparametersandtheperformanceoftheintroduction.Accordingtothedesigngoaltoachievethedesignofmodulesweredesigned.Thesinglechipmicrocomputermoduleisdesigned.Inthedrivemodule,themaindesignoftheHbridgedrivercircuit.InthemeasurementmoduleusingHolzercomponentsofthemotorspeedandoutputsignaltothemicrocontrollerinterruptport.InthedisplaymoduleusingLCD1602liquidcrystaldisplay,microcontrollerthroughtheoutputvoltagesignaltotheliquidcrystaldisplayinrealtime.InthekeymodulebecausethenumberofkeysislessthanthenumberofI/Oport,inordertofacilitatetheconnectiontodeterminetheuseofindependentkeyconnectionmode.Intheend,eachmoduleisconnectedwiththesinglechipmicrocomputer,andthesoftwareisprogrammedtorealizethefunctionofthedesign.Keywordscontinuouscurrentdynamo;singlechip;Submodule:II目錄摘要...................................................................................................................................IABSTRACT1.緒論11.1設(shè)計的背景.........................................................................................................................11.2直流電機的發(fā)展................................................................................................................11.3單片機以及微處理器控制系統(tǒng)的發(fā)展.......................................................................11.4本選題的理由及意義22.系統(tǒng)總體設(shè)計方案32.1本論文研究的主要內(nèi)容32.2直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)分析..........................................................................................32.3系統(tǒng)設(shè)計目標42.4直流電機調(diào)速43.硬件電路的設(shè)計63.1單片機電路設(shè)計................................................................................................................63.1.1STC89C52單片機介紹........................................................................................63.1.2單片機最小系統(tǒng)晶振電路復(fù)位電路893.2電源電路設(shè)計93.2.1電源接口電路設(shè)計3.2.2直流穩(wěn)壓電源設(shè)計................................................................................................9..............................................................................................3.3測速電路設(shè)計3.3.1霍爾傳感器簡介3.3.2霍爾測速電路設(shè)計3.4液晶顯示電路設(shè)計3.4.1LCD1603液晶簡介.............................................................................................3.4.2顯示電路設(shè)計3.5按鍵電路設(shè)計3.6PWM信號發(fā)生電路設(shè)計3.6.1系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計與分析3.6.2H橋驅(qū)動電路4.軟件系統(tǒng)的設(shè)計4.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計4.2主程序4.3鍵盤掃描程序4.4初始化程序.......................................................................................................................4.5LCD1602設(shè)置和顯示程序設(shè)計..................................................................................4.6各中斷程序設(shè)計..............................................................................................................4.6.2定時器中斷0程序..............................................................................................4.6.1定時中斷1程序4.6.2外部中斷1程序設(shè)計..........................................................................................結(jié)論致謝參考文獻附錄1附錄21.緒論1.1設(shè)計的背景：隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人們對產(chǎn)品越來越追求精細化。這得益于自動化生產(chǎn)技術(shù)在現(xiàn)代生產(chǎn)中占有越來越重要的地位。要加工精細的元器件，只有高性能的電機才能為加工提供所需要的動力。直流電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍寬、調(diào)節(jié)方便靈活等良好特性，廣泛運用在生產(chǎn)加工、智能機器人等領(lǐng)域。隨著中國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，中國制造業(yè)從勞動密集型向自動化、智能化轉(zhuǎn)型升級，對電機的轉(zhuǎn)速精度，啟動、正反轉(zhuǎn)反應(yīng)速度等性能提出了更高要求。為此設(shè)計更高要求的直流電機調(diào)速系統(tǒng)，對于中國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有不可估量的作用。1.2直流電機的發(fā)展直流電機比交流電機更早被發(fā)明，但早期的直流電機技術(shù)還很不成熟，安全性、經(jīng)濟性、制造運行遠遠達不到人們的要求。與交流電機相比直流電機很晚才轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。傳統(tǒng)的直流控制調(diào)速以模擬器件控制為主，控制精度不高，具有很大的局限性。隨著計算機時代的到來，特別是微處理器的發(fā)明運用，這一局面很快被打破。PWM控制技術(shù)很早就成熟，一直苦于沒有很好的產(chǎn)生PWM脈沖的器件。單片機與PWM技術(shù)的結(jié)合，改變了過去依靠模擬器件對直流電機進行控制的時代。直流電機在礦產(chǎn)開發(fā)冶煉、工業(yè)生產(chǎn)、自動化、智能化等行業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的運用。傳統(tǒng)的直流電機只能進行最基本的控制，控制精度遠遠不能滿足時代的發(fā)展需要，更不能與計算機技術(shù)相結(jié)合，阻礙了智能化的實現(xiàn)?，F(xiàn)在，單片機已經(jīng)深刻的影響著直流電機控制技術(shù)的發(fā)展，伴隨著單片機技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，自動化技術(shù)也獲得了新的發(fā)展機遇，使自動化技術(shù)深入到生產(chǎn)生活的方方面面。單片機技術(shù)不是一孤立的存在，它與許多學科有著千絲萬縷的聯(lián)系，引起了新技術(shù)的產(chǎn)生與新事物的發(fā)展。單片機應(yīng)用在許多科學領(lǐng)域，帶動了一批產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與新學科的誕生，促進了單片機技術(shù)的不斷發(fā)展。由于體積小、重量輕、功能強大、抗干擾能力強、控制靈活、應(yīng)用方便、價格低廉等特點，對計算機的性能有了不斷改進，在許多行業(yè)領(lǐng)域中越來越多的出現(xiàn)單片機的身影。由于直流電機的速度控制很容易起動和制動性能良好的特點，并且可以范圍廣泛的改變速度和功率，在冶金，機械制造等工業(yè)部門的已被廣泛使用。勵磁控制與電樞電壓控制是直流電機調(diào)速常見的兩種方法。1.3單片機以及微處理器控制系統(tǒng)的發(fā)展1是大規(guī)模集成電路技術(shù)的出現(xiàn)，微處理器也由當初的價格昂貴性能單一，到如今的性能強大價格卻便宜，這其中電力電子技術(shù)的發(fā)展功不可沒。電力電子技術(shù)的不斷推陳出新，出現(xiàn)了許多新的元器件與更為簡便的新型電路，增強了大功率元器件的功能，便于使更多功能集成在一起，使微處理器控制電機變得可能。微處理器以弱電控制強電具有簡單、方便、安全的特點，便于通過編程實現(xiàn)復(fù)雜的電機控制，使電機的性能優(yōu)點發(fā)揮到最大，更符合當今智能控制的發(fā)展趨勢，還讓傳統(tǒng)的各種電機控制系統(tǒng)煥發(fā)新的生機獲得更大的發(fā)展。最初的微處理器功能簡單，只能通過控制觸電開關(guān)對電機速度進行控制。如今微處理器往往自帶可編程器，微處理器的功能獲得了大大的提高?，F(xiàn)在遠程控制在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。通過對可編程器的編程，由現(xiàn)場總線將電機的運行狀態(tài)實時傳送到遠程終端，實現(xiàn)了信息的交互，為少人控制乃至無人控制的工廠的實現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。也可以通過編程同時控制多臺電機工作，實現(xiàn)電機之間運行數(shù)據(jù)的交換，使電機調(diào)速系統(tǒng)真正做到了自動化、智能化。直流電機的調(diào)速性能相比交流電機優(yōu)良。但直流電機換向采用機械換向器，換向磨損大，容易出現(xiàn)換向火花。相比交流電機直流電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜易出現(xiàn)故障，維修難度大，可靠性也遠不如交流電機。隨著高性能微處理器如DSP的出現(xiàn)，直流電機性能得到很好的發(fā)揮。為直流調(diào)速系等高性能微處理器每秒運算速度可達百億兆以上且可進行矩陣運算，在先進的數(shù)控機床中得到廣泛的采用。1.4本選題的理由及意義現(xiàn)代科技日新月異，電氣傳動也早由傳統(tǒng)的模擬控制轉(zhuǎn)為采用數(shù)字化的微處理器控制。近年來工業(yè)自動化、智能機器人等高新產(chǎn)業(yè)的興起，直流電機具有調(diào)速性能好，無級調(diào)速，適用于需要頻繁啟動、對過載要求高的場合的由于性能優(yōu)良而被大規(guī)模采用。以往的直流調(diào)速系統(tǒng)都是模擬控制只能控制電機的某一方面的性能，往往顧此失彼不能綜合控制系統(tǒng)參數(shù)，不便于編程實現(xiàn)精確控制，已大大落后于時代的要求，不能滿足工業(yè)系統(tǒng)對動力傳動的加工需求。隨著中國工業(yè)化的進一步升級，市場對直流電機的需求大大增加，迫切需要高性能的直流電機。因而生產(chǎn)符合市場要求的直流電機迫在眉睫，而一臺直流電機性能的發(fā)揮，一個好的調(diào)速系統(tǒng)是必不可少。為此，設(shè)計一種通過編程實時可以高精度的控制電機，在當下微處理器廣泛應(yīng)用在調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域的背景下，具有提升直流控制電機控制精度的重要意義?；谝陨侠碛稍O(shè)計了基于以上理由設(shè)計了運用單片機為主控模塊，控制電機速度的22.系統(tǒng)總體設(shè)計方案系統(tǒng)總體設(shè)計包括系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容、系統(tǒng)最終設(shè)計的目標、和可行性方案的提出；下面幾個小節(jié)都分別有詳細的闡述。2.1本論文研究的主要內(nèi)容總體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。單片機圖該系統(tǒng)能夠通過按鍵對直流電機進行速度加減、轉(zhuǎn)向控制、實時顯示等功能。單片機收到按鍵給的控制信號由IO口輸出PWM脈沖，驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，測速模塊將檢測到的速度信息傳回單片機進行處理并計算出轉(zhuǎn)速，輸出給顯示模塊顯示速度大小，從而通過按鍵改變速度大小和轉(zhuǎn)向，根據(jù)顯示數(shù)值調(diào)整達到減少誤差的效果。2.2直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)分析直流調(diào)速系統(tǒng)是綜合計算機技術(shù)、測速技術(shù)和SPW控制技術(shù)將與直流電機有關(guān)的系統(tǒng)有機的綜合起來。本直流調(diào)速系統(tǒng)要求實現(xiàn)的基本功能有對直流電機進行正反轉(zhuǎn)控制、對直流電機進行速度控制等倆大功能。1.直流電機正反轉(zhuǎn)控制用戶通過按鈕發(fā)送一個信號給單片機由單片機輸出脈寬調(diào)制信號，送到直流電機，通過改變輸出端口控制電子轉(zhuǎn)向。32.直流電機速度控制用戶通過按鍵發(fā)信號給單片機由單片機IO口輸出脈寬調(diào)制信號驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，檢測電路將電機轉(zhuǎn)速信息傳回單片機，并進行轉(zhuǎn)速顯示。用戶通過按鍵時間長短改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間長短，即改變占空比來控制電機轉(zhuǎn)速。2.3系統(tǒng)設(shè)計目標設(shè)計使用單片機STC89C52可通過編程方便的產(chǎn)生所需要的脈寬調(diào)制信號，在功能、經(jīng)濟性上更符合設(shè)計的要求。系統(tǒng)可通過對單片機編程使該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對直流電機進行正反轉(zhuǎn)控制、對直流電機進行速度控制并能實時顯示電機轉(zhuǎn)速和脈沖數(shù)。2.4直流電機調(diào)速2.4.1直流電機的調(diào)速方式的優(yōu)缺點。(1)PWM直流調(diào)整系統(tǒng)。其原理是產(chǎn)生一系列不同脈寬的脈沖信號，由功率放大器驅(qū)動，然后由直流控制信號和三角波調(diào)制電路驅(qū)動功率放大器。直流電機的電樞通入PWM電壓，可進行精確的控制。調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍寬，效率高，響應(yīng)速度快，電流紋波小，對電網(wǎng)的污染小等優(yōu)點。(2)電樞串電阻調(diào)速。電樞回路串接電阻后,電動機的機械特性的斜率隨電阻的改變而改變,在恒負載大小,調(diào)速對于空載時不起作用,在重載條件下運行功耗太大速度變化不明顯。(3)改變電樞電壓調(diào)速。電動機的機械特性隨電樞電壓的變化而變化，因此調(diào)速范圍很寬。晶閘管整流裝置調(diào)節(jié)電樞電壓，但在低速運行時功率因數(shù)較低，在交流側(cè)出現(xiàn)較多的諧波分量，對電網(wǎng)不利。(4)改變電動機主磁通φ。通過減弱磁通可對電機進行無極調(diào)速，所謂恒功率調(diào)速就是速度從額定轉(zhuǎn)速開始增加。電樞電流變化所需的時間長，所以速度變化較慢，可小電源驅(qū)動。(5)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。電流調(diào)節(jié)器接收反饋電流，速度調(diào)節(jié)器接收轉(zhuǎn)速信號。調(diào)節(jié)器采用P-I算法進行控制。2.4.2PWM調(diào)速系統(tǒng)有以下優(yōu)點:1、脈寬調(diào)制系統(tǒng)，電路的開關(guān)可以頻繁通斷，因此可以快速響應(yīng)，干擾對系統(tǒng)的影響小。42、由于開關(guān)頻率高，通過電機自身的電感可方便獲得小脈沖直流電具有濾波的作用，系統(tǒng)的低速性能好，速度穩(wěn)定性好，速度調(diào)節(jié)范圍寬，電樞電流連續(xù)性好，電機不容易出現(xiàn)故障，消耗能源少。3、脈寬調(diào)制系統(tǒng)中，電路中的電力電子器件相比晶閘管整流器消除了電網(wǎng)污染，開關(guān)損耗小，設(shè)備利用率高，效率和功率因素大大提高。4、主電路所需的功率元件少，線路簡單，控制方便。5令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.4.用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)9.具有看門狗功能空閑模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4Ma～7mASTC89C52RC引腳功能說明VCC（40引腳）：電源電壓VSS（20引腳）：接地為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動8個TTL負載，對端口P0寫入“1”時，可以作為高據(jù)的復(fù)用總線。此時，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在FlashROM編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流。3.1.2單片機最小系統(tǒng)光有單片機還不能立馬開始工作，單片機要起作用需要外接一些輔助電路，與復(fù)位電路如圖2-1所示。7J?VCC4039383736353433323130292827262524232221123456789345+610uFRESET78139P3.0(RXD)EA/VPPP3.1(TXD)ALE/PROGCON9zHM2GND(A8)P2.01KS組成的電復(fù)位電路及AT89C52單片機構(gòu)成。CPU的時鐘信號由12MHZ的無源晶體電復(fù)位電路。電源開啟時，電源對電容C1充電，在CPU的復(fù)位端產(chǎn)生一高脈沖。CPU復(fù)位的條件是復(fù)位端的高電平的持續(xù)時間大于兩個機器周期。電容C1可濾除高頻干擾，防止單片機誤復(fù)位。按鍵ks和電阻R27構(gòu)成按鍵復(fù)位電路。晶振電路1230pF11.0592M8振蕩11,059,200單片機的18腳和19外加兩個30pF的電容，電容的作用是幫助晶振起振，并維持振蕩信號的穩(wěn)定。復(fù)位電路復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成，如圖3-4+1234圖單片機復(fù)位。隨著RC放電，單片機開始正常工作。(2)按鍵復(fù)位：在復(fù)位電容上并聯(lián)一個按鍵，通過按鍵控制電容充放電。當按鍵按下時，電容開始充電使RST得到一個高電平，而且由于電容充滿電需要一定的時間，這段時間的高電平足夠使單片機復(fù)位。3.2電源電路設(shè)計3.2.1電源接口電路設(shè)計我們所選用的STC89C52，它需要5V9腳實際是VCC，S1是自鎖開關(guān),由自鎖開關(guān)控制電源在電路中接通關(guān)斷的，其中3腳接P1電源插口電源的1腳，5腳接電路的VCC。整個設(shè)計所需要的電源經(jīng)過電源接口由自鎖開關(guān)控制輸入。3.2.2直流穩(wěn)壓電源設(shè)計設(shè)計原理圖首先通過變壓將220V再經(jīng)過對電流進行整流，才變?yōu)橹芷谧兓闹绷髅}沖。對電流進行濾波處理，消除脈沖得到更好的直流電。最后為保證輸出穩(wěn)定的直流電壓，對電流進行穩(wěn)壓操作，提高直流電壓的穩(wěn)定性。13+5V11uF14222V21V3如圖3-7所示電路輸入220V的交流電最后輸出5V的直流電。我們用電源變壓器將220V的交流電降到8V，再經(jīng)過橋式整流橋電路（由四個1N4007晶體管構(gòu)成）將8V的交流電變成7.2V的作用是防止自激。最后采用78H05三端穩(wěn)壓芯片進行穩(wěn)壓輸出5V直流電。3.3測速電路設(shè)計3.3.1霍爾傳感器簡介A3144E霍爾元件44EOH44E霍爾傳感器霍爾開關(guān)集成電路應(yīng)用霍爾效應(yīng)原理，采用半導體集成技術(shù)制造的磁敏電路，它是由電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、史密特觸發(fā)器，溫度補償電路和集電極開路的輸出級組成的磁敏傳感電路，其輸入為磁感應(yīng)強度，輸出是一個數(shù)字電壓訊號。無觸點開關(guān)、汽車點火器、剎車電路、位置、轉(zhuǎn)速檢測與控制、安全報警裝置、紡24V50VVE檔:-20～85℃，L檔:-40～150℃A··············這是霍爾測速模塊，霍爾元件1腳信號輸出腳接單片機的外部中斷上，還接了一個電阻接電源上，是一個上拉電阻起到信號穩(wěn)定的作用。3.3.2霍爾元件測速原理由霍爾效應(yīng)原理可知:由公式V=KBI可知。當通過霍爾元件的電流大小確定不變時，只要改變霍爾元件周圍的磁場的大小就可改變霍爾元件輸出電壓的大小。在直流電機轉(zhuǎn)軸上粘貼一長條，并在長條兩端分別安裝上1個磁鋼，磁鐵和霍爾元件最近距離在2mm左右，太近可能會在電機轉(zhuǎn)動時碰到霍爾元件，太遠霍爾元件可能會檢測不到磁鐵。在磁鋼的附近固定安裝一個霍爾傳感器，通過間接方式對電機轉(zhuǎn)速進行測量。當長條旋轉(zhuǎn)到霍爾元件附近時，磁鋼通過改變磁場的大小使霍爾傳感器輸出低電平。當電機旋轉(zhuǎn)時，霍爾傳感器將輸出的脈沖信號傳送回單片機，通過計算測出轉(zhuǎn)盤的運轉(zhuǎn)速度.此電路簡單可靠，便于測量電機轉(zhuǎn)速。電路具體連接方式如下圖所示。圖3.4.1LCD1603液晶簡介表符號D21234567810111213141516D3D4D5D6D7BLABLK背光源正極背光源負極D1數(shù)據(jù)1602LCD的指令說明1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，所示如表3-2表序號指令1清顯示RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01*1I/DSB**1字符發(fā)生存貯器地址1顯示數(shù)據(jù)存貯器地址1BF計數(shù)器地址0要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容1讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）111從CGRAM或DDRAM讀數(shù)13.4.2液晶顯示電路設(shè)計液晶屏第一行輸出每分鐘電機轉(zhuǎn)速。第二行顯示占空比，顯示當前的pwm占空比0~100%。占空比數(shù)值越大，電機轉(zhuǎn)速越快。液晶部分的電路圖如下圖3-11所示：GVVEDDDDDDDDAKWRREDDDDDDDDS圖液晶顯示都是和單片機的IO口相連。主要注意的是3腳，3腳接的是串接的兩腳其實就是采集一個電壓值，這個電壓值是零點幾伏。3腳是調(diào)節(jié)灰度的，就是這兩個電阻。R6值10K，R7一般是選取200歐到1.5K取不當液晶就會顯示的比較暗或都根本看不清，如果出現(xiàn)液晶看不清的狀況就要看是不是這兩個電阻接錯了，選取合適灰度，顯示效果最好的狀態(tài)。在本設(shè)計中，我們將LCD的D0-D7分別與單片機的P0.1-P0.7相連。單片機的P0口接8×10k歐姆的排阻作為上拉電阻，分別接1602的第7到14引腳，通過602的3腳接在串聯(lián)電阻R6和R7的的中間獲得分壓來調(diào)節(jié)液晶的灰度。液晶顯示原理對單片機編程輸出相應(yīng)的電壓點亮顯示模塊相應(yīng)字符。液晶顯示器相比傳統(tǒng)數(shù)碼管顯示更利于與單片機結(jié)合具有編程簡單線路連接方便的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在計算機、數(shù)碼產(chǎn)品、移動通信等眾多領(lǐng)域。3.5按鍵電路設(shè)計0P11111244444圖系統(tǒng)一共有6復(fù)位。下面一排是控制按鍵：1鍵：加速鍵，可以短按，占空比加1，也可長按，占空比連續(xù)加；2鍵：減速鍵，可以短按，占空比減1，也可長按，占空比連續(xù)減；3鍵：正轉(zhuǎn)切換鍵，按下后電機正轉(zhuǎn)；4鍵：反轉(zhuǎn)切換鍵，按下后電機反轉(zhuǎn)；5鍵：開始暫停鍵，按一下開始，再按一下暫停。本設(shè)計低電平有效的方式來讀取按鍵，按鍵沒按下時，單片機I/O口為高電平，I/O按鍵都接了地比如K3他的3腳和4腳是相通的，1腳和2腳是相通的；3腳和4腳相通利用按鍵的導通規(guī)律所以每個按鍵都接到了地，那么只要相應(yīng)的按鍵按下去，單片機IO口就會檢測到低電平實現(xiàn)相應(yīng)的控制程序。單片機鍵盤有獨立和矩陣式兩種鍵盤連接方式：獨立鍵盤連接方法是將每個按鍵連接到不同的I/O浪費了寶貴的I/O口資源，當按鍵數(shù)量少于I/O口數(shù)量時適用；而矩陣式鍵盤式占用的I/O少，I/O口利用率高，但是接法程序比較復(fù)雜，適用于需要大量按鍵的電路。由于按鍵數(shù)量遠遠少于I/O口的數(shù)量，綜合考慮獨立式鍵盤能最大限度的發(fā)揮優(yōu)勢。通過程序檢測單片機I/O鍵的每個鍵占用一條I/OI/O口與地連接短路I/O口即為低電平狀態(tài)。按鍵釋放后，單片機對應(yīng)的I/O接口由于內(nèi)部有上拉電阻連接電源，其輸入即為高電平狀態(tài)。那么無論哪個鍵按下，程序通過判斷單片機I/O口電平的高低狀態(tài)，便可了解相應(yīng)按鍵的閉合狀態(tài)。3.6PWM信號發(fā)生電路設(shè)計調(diào)速采用PWM脈寬調(diào)制，工作原理：用許多幅值不變寬度改變的波形無限接近所需波形的形狀。通過改變矩形波的占空比，可以調(diào)整脈沖寬的寬度。PWM的定義:通過對單片機編程控制，利用單片機對模擬信號進行采樣數(shù)字化來驅(qū)動電路的一種技術(shù)。在測量、通信、功率控制與變換等領(lǐng)域有顯著運用。對連續(xù)變化的模擬信號其幅度和時間的大小沒有硬性要求。3.6.1系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計與分析ccbbeeeebcccbbe4P73P3電動機PWM驅(qū)動模塊的電路采用H驅(qū)動電路采用PWM脈寬調(diào)制原理設(shè)計而成。PWM電路由三極管組成，如圖所示Q1、Q3、Q5是NPN型的三極管基極高電平有效，Q2、Q4、Q6是PNP型的三極管基極低電平有效。P34、P37兩個輸入端分別輸入高電平和低電平時，Q1導通下面的地拉低電壓使Q3截止由于R2上拉電阻接電源，使Q6Q6到電機再到Q4回到地形成回路控制電機正轉(zhuǎn)；當P34截止由于R2上拉電阻接電源，使Q3導通、Q4截止；Q2與地連接使Q6截止、Q5導通。電源通過Q3到電機再到Q6回到地形成回路控制電機反轉(zhuǎn)。如圖所示有四個4148二極管叫做續(xù)流二極管。當104是一個濾波電容起到信號穩(wěn)定的作用。3.6.2H橋驅(qū)動電路HH，所以命名為H橋電路。對角線Q1和Q4三極管對和Q2和Q3三極管對，同一時刻只能有一對導通。據(jù)不同的三極管對的導通通電的情況，電流會從Q1至Q4或Q3到Q2流過電機，從而改變電機的轉(zhuǎn)動方向。H從電路不難看出，要控制電機正轉(zhuǎn)，必須使對角線上Q1、Q2兩個三極管導通。當Q1、Q2兩個三極管基極高電平，Q3、Q4兩個三極管基極低電平時，Q1、Q4兩個三極管導通，Q3、Q2兩個三極管截止。電源經(jīng)Q1到電機再到Q4回到地形成回路從而控制電機正轉(zhuǎn)。同理反轉(zhuǎn)只要兩個三極管高電平。本章將在硬件電路的基礎(chǔ)上對軟件編程進行設(shè)計?；贑語言，分別對主程序、鍵盤掃描子程序、初始化程序、中斷程序以及顯示子程序加以設(shè)計，通過流程圖可以更清晰的展現(xiàn)各部分的設(shè)計思路。如下圖所示，本設(shè)計的主程序設(shè)計主要是設(shè)定初值和確定初始狀態(tài)。程序首先是給STC89C52送取一個占空比為50%的數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)速初值設(shè)置為0實現(xiàn)鍵盤子程序的調(diào)用處理。開始NY獨立式鍵盤由五個按鍵組成，分別是控制電機的加速鍵、減速鍵、正轉(zhuǎn)切換鍵、反轉(zhuǎn)切換鍵、開始暫停鍵。人按鍵不可避免會發(fā)生抖動，抖動會使單片機多次讀取，延時就是為了確認有按鍵發(fā)生，等鍵盤穩(wěn)定了再對其處理。所以這里選擇了軟件去抖動，實現(xiàn)法是先查尋按鍵，通過if語句來實現(xiàn)，如果判斷if(num1==0)檢測到按鍵按下，delay(5)立即延時5毫秒讓抖動消失后再進行一次按鍵狀態(tài)檢測再讀一次I/O口的值，如果num1值為1表示按鍵按下的時間不到5毫秒，視為按鍵抖動干擾信號。當num1讀出的值是0時，則仍保持按鍵閉合狀態(tài)低電平，則確認為真正有鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處理程序。其程序流程圖如圖4-2。圖01及外部中斷1等先進行初始值、觸發(fā)方式等的設(shè)置，以方便后面中斷程序的編寫。首先對LCD1602為后面編程提供方便。程序的流程圖如下圖4-3所示：圖返回圖4.6各中斷程序設(shè)計4.6.2定時器中斷0程序這部分程序的設(shè)計主要是通過定時器0的計時、預(yù)設(shè)的標志位與占空比的比較來控制單片機PWM的輸出占空比，從而實現(xiàn)用PWM技術(shù)控制電機轉(zhuǎn)速的目的。具體的程序流程圖如下圖4-6所示：圖04.6.1定時中斷1程序1NY返回圖1結(jié)論經(jīng)過半個月的艱苦設(shè)計到今天終于完成了。本設(shè)計由本人和同學共同完成。本人主要設(shè)計硬件部分，同學負責軟件部分。本課題的主要內(nèi)容是要求采用單片機實現(xiàn)對直流電機的速度進行控制，通過輸入實現(xiàn)速度的控制和轉(zhuǎn)動方向的選擇。通過查閱資料和借鑒優(yōu)秀設(shè)計經(jīng)驗，綜合分析任務(wù)要求，我決定采用從下到上的設(shè)計硬件電路。本人主要將硬件分成以下模塊進行設(shè)計。他們分別是單片機模塊、電機驅(qū)動模塊、速度測量模塊、顯示模塊、按鍵控制模塊。單片機模塊，本著經(jīng)濟實用兼容性好，我選擇STC89C52為系統(tǒng)的主控芯片，負責速度信號處理。但只有單片機芯片，仍不能獨立運行。為此本人設(shè)計了單片機最小系統(tǒng)電路主要包括電源電路、晶振電路、復(fù)位電路。在電機驅(qū)動模塊，由于采用PWM脈沖調(diào)寬，在考慮經(jīng)濟性基礎(chǔ)上，決定自己設(shè)計H橋驅(qū)動電路。根據(jù)三極管的導通情況控制電機的轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)速測量模塊，主要選用霍爾傳感器芯片，采用非接觸式測量方式，測量電機轉(zhuǎn)速。在顯示模塊，采用LD160液晶顯示模塊，可以方便的顯示電機轉(zhuǎn)速和PWM脈沖數(shù)。相比傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示，液晶顯示大大簡化了系統(tǒng)線路和設(shè)計難度。在按鍵模塊，由于本設(shè)計按鍵數(shù)量遠小于IO口數(shù)，且按鍵之間互不干擾，本設(shè)計采用獨立式按鍵連接方式。獨立式按鍵可簡化程序，使系統(tǒng)更穩(wěn)定。在電源模塊，由于單片機和電機需要5V直流電壓供電，所以設(shè)計了直流穩(wěn)壓電源輸出5V直流電壓進行供電。綜合以上設(shè)計模塊設(shè)計的單片機調(diào)速系統(tǒng)，雖然還存在種種不足但基本滿足任務(wù)要求。不足之處在于由于能力所限，沒有加過載保護。加載程序后本設(shè)計可通過正、反按鍵控制轉(zhuǎn)向，加、減按鍵控制轉(zhuǎn)速。參考文獻[1]何立民．電子設(shè)計自動化[J]．電子技術(shù),2008，(56)：5-9．[2]王曉明.電動機的單片機控制.北京航空航天大學出版社.2002.5[3]周興華.用單片機控制直流電機變速[J].電子制作.2006.第6期.[4]錢顯毅．電子電路設(shè)計[N]．科技時報，2009-3-12(C1)[5]陳伯時主編.電力拖動自動控制系統(tǒng)：運動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003[6]張朝.電機控制原理［M］.合肥：航空航天大學出版，1998[7]蔡純潔，邢武.PIC16/17單片機原理和應(yīng)用［M］.合肥中國科學技術(shù)大學出版社，1997[8]謝維成．單片機原理與應(yīng)用[D]．北京：清華大學，2003．[9]王曉明等單片機控制直流電機原理［M］.機械工業(yè)出版社，2000[10]單片機在直流調(diào)速中的應(yīng)用技術(shù)研究_任華偉[11]丁元杰.《單片微機原理及應(yīng)用》，機械工業(yè)出版社，2005年7月[12]直流電機PWM調(diào)速研究及單片機控制實現(xiàn)[J].2008,(11)2005.[13]基于單片機的直流電動機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機械制造與自動化,2011,(06)[14]蒲龍梅，李泓.單片機控制的直流PWM調(diào)速裝置的研究[J]技術(shù)探討與研究.2006,（03.[15]樓然苗、李光.《單片機課程設(shè)計指導》，北京:北京航空航天大學出版社，2007.[16]HITECHSoftware.PICCANSICcompileruse′sguide［］.2002.[17]SamsungElectronics.S3C44BOXRiscmicrocontrollerARMinstructionsheet.2002[18]Mt.Prospect.MCS51FamilyofMicrocontrollersArchitecturalOverview.September.1993[19]DSP[C].Proceedingsof2010InternationalConferenceonManagementScienceandEngineering(MSE2010)1).20101017[20]XiaodongZhangBingshuWangYongjun;ApplicationResearchofPWMInverterintheCascadeSpeedControlSystemofInner-feedbackMotor[C].Proceedingsof20099thInternationalConferenceonElectronicMeasurement&Instruments（ICEMI’20092009-08-1611VCCU3DLCD_1602VCCcR6bCNCS8050eM1DJS8050eSQ4C4D4VCCb4148VCCS8550104S8550ccMOCVCCVCCR3SNVCC0987654321098765432143333333333222222222VCC...22222)))P)))111111OV2))))))))/501234567543210AAAAAA98CP33DDDDDDD/9LAcCTSDbb1RVCCUDNG2ReP13POWER1324313R712VCC135135246246S1K4fan12413241321324132434adddoczhengstop78H05Vin131DL1NGP11220Vac8Vac422122CON2CON23附錄22#include<reg52.h>voidwrite_com(ucharcom)//向#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintvoiddisplaym();1602寫控制指令{rs=0;sbiten=P2^5;//16026管腳sbitrs=P2^7;//1602端口4管腳sbitrw=P2^6;//lcd1602控制端口P0=com;delay(5);en=1;delay(5);en=0;5管腳sbitnum1=P1^0;//占空比加1sbitnum2=P1^1;//占空比減一sbitnum3=P1^2;//正轉(zhuǎn)}voidwrite_data(uchar1602寫數(shù)據(jù){sbitnum4=P1^3;//反轉(zhuǎn)sbitnum5=P1^4;//開始停止切換sbitout=P3^4;//PWM輸出用于正rs=1;P0=date;delay(5);en=1;傳轉(zhuǎn)sbitout1=P3^7;//PWM輸出用于反delay(5);en=0;uint}zhuansu,flag,m,flag_1,zheng,fan,kai;voidinit()//初始化函數(shù){voiddelay(uintz)//延時1ms函en=1;數(shù)rw=0;{write_com(0x01);//lcd初始化write_com(0x38);//5X7顯示write_com(0x0c);//關(guān)閉光標TMOD=0x01;//定時器方式1（16uintx,y;for(x=0;x<z;x++)for(y=0;y<110;y++);}位計數(shù)方式）TH0=0xd8;附錄2TL0=0xf0;//定時器裝入初值10msEA=1;//開總中斷voidkeyscan()//鍵盤掃描函數(shù)ET0=1;//定時器0開中斷TR0=1;//定時器0啟動EX1=1;//外部中斷1開啟IT1=1;//外部中斷1為下降沿觸{if(num1==0){delay(5);//消除抖動發(fā)方式if(num1==0)TH1=0xff;{TL1=0x9c;//定時100usET1=1;//定時器1開中斷TR1=1;//定時器1啟動write_com(0x80);if(m<=99)m++;displaym();//設(shè)定占空比加一write_data('V');}write_data(':');}write_com(0x87);//第一行顯示if(num2==0)轉(zhuǎn)速{write_data('r');write_data('p');write_data('m');write_com(0xc0);write_data('z');write_data('h');write_data('a');write_data('n');write_data('k');write_data('o');write_data('n');write_data('g');write_data('b');write_data('i');//在第二行顯delay(5);if(num2==0){if(m>=1)m--;displaym();