單片機原理及應用課程設計直流電機的轉速控制

揚州大學水利與能源動力工程學院課程設計報告題目：直流電機的轉速控制課程：單片機原理及應用課程設計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣1404姓名：學號：第一部分任務書《單片機原理及應用》課程設計任務書一、課題名稱詳見《單片機課程設計題目（一）》：主要是軟件仿真，利用Proteus軟件進行仿真設計并調試；《單片機課程設計題目（二）》：主要是硬件設計，利用單片機周立功實驗箱進行設計并調試。二、課程設計目的課程設計是課程教學中的一項重要內容，是達到教學目標的重要環(huán)節(jié)，是綜合性較強的實踐教學環(huán)節(jié)，它對幫助學生全面牢固地掌握課堂教學內容、培養(yǎng)學生的實踐和實際動手能力、提高學生全面素質具有很重要的意義?！秵纹瑱C原理及應用》是一門理論性、實用性和實踐性都很強的課程，課程設計環(huán)節(jié)應占有更加重要的地位。單片機原理及應用課程設計的目的是讓學生在理論學習的基礎上，通過完成一個涉及MCS-51單片機多種資源應用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標板的設計與編程應用，使學生不但能將課堂上學到的理論知識與實際應用結合起來，而且能進一步加深對電子電路、電子元器件等知識的認識與理解，同時在軟件編程、排錯調試、相關軟件和儀器設備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。為今后能夠獨立進行某些單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)設計工作打下一定的基礎。通過單片機硬件和軟件設計、調試、整理資料等環(huán)節(jié)的培訓，使學生初步掌握工程設計方法和組織實踐的基本技能，逐步熟悉開展科學實踐的程序和方法。三、課程設計內容設計以89C51單片機和外圍元器件構成的單片機應用系統(tǒng)，并完成相應的軟硬件調試。1.系統(tǒng)方案設計：綜合運用單片機課程中所學到的理論知識，學生根據所選課題的任務、要求和條件進行總體方案的設計。2.硬件電路設計：對方案中以單片機為核心的電路進行設計計算，包括元器件的選擇和電路參數的計算，并畫出總體電路圖。3.軟件設計：根據已設計出的軟件系統(tǒng)框圖，用匯編語言或C51編制出各功能模塊的子程序和整機軟件系統(tǒng)的主程序。4.調試：在單片機EDA仿真軟件環(huán)境Proteus下進行仿真設計并調試；或在單片機周立功實驗箱上進行相關設計并調試。四、課程設計要求詳見《單片機課程設計題目（一）》《單片機課程設計題目（二）》五、進度安排序號內容天數1布置任務，熟悉課題要求0.52總體方案確定，硬件電路設計1.53軟件編程1.54Proteus仿真，或在周立功實驗箱上調試25總結，撰寫課程設計報告1.5七、課程設計報告內容：總結設計過程，寫出設計報告，設計報告具體內容要求如下：1．課程設計的目和設計的內容。2．課程設計的要求。3．控制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理。4．控制系統(tǒng)的硬件電路連接圖，電路的原理。5．軟件設計流程圖及其說明。6．電路設計，軟件編程、調試中遇到的問題及分析解決方法。7．實驗結果及其分析。8．體會。第二部分課程設計報告目錄TOC\o"1-3"\u1課題簡介 11.1課題的設計目的 11.2課程任務與要求 12轉速控制方案設計 12.1控制系統(tǒng)總體介紹 12.2設計框圖 12.3工作原理 23硬件電路設計 33.1AT89C51介紹 33.274HC573介紹 33.3ULN2003A介紹 43.4LED數碼管介紹 53.5直流電機介紹 54軟件編程設計 64.1設計主流程圖 64.2鍵盤程序流程圖 64.3PWM程序流程圖 74.4顯示程序流程圖 74.5初始化程序 84.6去抖延時程序 84.7按鍵中斷程序 94.8主程序 94.9定時器中斷及顯示程序 105實驗與結果分析 115.1硬件連接 115.2硬件調試 125.3結果分析 136小結與體會 13參考文獻 15附錄一硬件原理圖 16附錄二源程序清單 181課題簡介1.1課題的設計目的學習直流電機轉速的PWM控制原理及電路的實現(xiàn)。用單片機定時器和端口共同產生PWM波，控制直流電機的轉動速度。用獨立按鍵區(qū)的按鍵KEY1和KEY2實現(xiàn)占空比的增加和降低，實現(xiàn)手動調速。1.2課程任務與要求1.掌握PWM電機功率驅動電路的原理；2.按鍵能增減PWM波的占空比；3.LED數碼管顯示PWM波的占空比；4.設計硬件原理圖；5.編寫程序。2轉速控制方案設計2.1控制系統(tǒng)總體介紹2.1.1電機控制系統(tǒng)設計綜述現(xiàn)在電氣傳動的主要方向之一是電機調速系統(tǒng)采用微處理器實現(xiàn)數字化控制。采用微處理器控制。使整個調速系統(tǒng)的數字化程度、智能化程度大大提高；采用微處理器控制調速系統(tǒng)，會使得整個調速系統(tǒng)的數字化程度、智能化程度大大地提高；采用微處理器來控制，也能使得調速系統(tǒng)在結構上簡單化，調速系統(tǒng)的可靠性能夠大幅度提高。此外在操作方面，操作維護變得簡捷，更為電機的穩(wěn)定運行和調速精度奠定了基礎。基于以上微處理器的特點，這次的課程設計理論上用的是ATMEL公司生產的嵌入式單片機AT89S51，但我們用的是自己買的普中單片機開發(fā)試驗儀，其使用的單片機是AT89C51，基于該單片機在實現(xiàn)功能方面上與AT89S51相差不大，所以取前者而代之。2.1.2直流電機轉速控制系統(tǒng)設計這次的課程設計的對象是直流電機，由課題的設計目的：學習直流電機轉速的PWM控制原理，可知控制方式為PWM調速。從單片機課程中定時/計數器這一章節(jié)可知用單片機定時器和端口共同產生PWM波，控制直流電機的轉動速度。只要控制定時器的定時長短，保持總波形的周期不變，即可以實現(xiàn)占空比的調節(jié)，從而改變輸出電平的平均值，通過驅動器驅動電機旋轉，從而改變直流電機的轉速控制。這種占空比調節(jié)方式就是脈沖寬度調制（PWM）。有了控制方法，我決定用單片機P3.2端口（外部中斷0）和P3.3（外部中斷1）來作為改變占空比的控制端，讓這兩個端口與外部獨立鍵盤KEY1和KEY2連接，通過KEY1和KEY2的按下來實現(xiàn)占空比的增加和降低，改變電機的轉速，從而實現(xiàn)手動調速。有了總的控制思路，硬件電路實現(xiàn)起來也就容易多了。為了將調節(jié)的占空比能一目了然，特意設置了LED顯示電路，與此同時一并將電機對應占空比的轉速顯示出來。所以以上便是本次課程設計的大體設計方案。具體的硬件電路實現(xiàn)將在第三部分詳細敘述。2.2設計框圖LED顯示AT89C51單片機驅動電路直流電機鍵盤控制2.3工作原理直流電機，即將直流電能轉換成機械能的旋轉電機。直流電機具有速度控制容易，啟動、制動性能良好，且能在寬廣范圍內換成平滑調速。所以了解直流電機的工作原理，就能夠很方便地實現(xiàn)電機的智能控制。那么首先介紹直流電機的工作原理。直流電機由定子磁極、轉子電樞和機座等部分構成如圖2.3.1所示。為了便于說明其具體的運行方式，特意找出直流電機的物理模型如圖2.3.2所示。Fig2.3.1直流電機結構模型Fig2.3.2物理模型通過對直流電機模型的分析可知：直流電從兩電刷之間通入電樞，由于換向片和電源固定連接，無論線圈怎么樣轉動，總是S極有效邊的電流垂直紙面向里，N極有效邊的電流則垂直紙面向外。電動機電樞繞組中通電后受力（左手定則），按如圖所示順時針轉動。有了直流電機的結構和理論基礎，其調速原理也就左右逢源了。根據勵磁方式，這次課程設計所用直流電機為他勵式電機（小馬達），由永磁鐵勵磁。從電機學中可知，他勵式直流電機的機械特性曲線上的轉速隨所加電壓成線性關系，他勵式直流電機的機械特性曲線如圖2.3.3所示。所以輸出轉速會隨著電樞電壓的升降而發(fā)生相應的升降變化。不同的電樞電壓的機械特性曲線是相互平行的。只要平滑調節(jié)他勵直流電機電樞兩端的電壓時，可實現(xiàn)電機的無級調速。這正是我們所要求達到的效果?；谝陨侠碚?，脈沖寬度調制法（PWM）成了調速方法的不二選擇。脈寬調制利用一個固定的頻率來控制電源的接通或斷開，并通過改變一個周期內“接通”和“斷開”的時間長短，也就是所謂的定頻調寬法，即改變直流電機電樞電壓上的“占空比”來改變平均電壓大小，從而控制電機的轉速。電樞電壓占空比減小調節(jié)關系如圖2.3.4所示。增大調節(jié)則反之即可。如果電機始終接通電源，電機的最大轉速為，占空比為,則平均轉速則為?？梢娭灰淖冋伎毡龋涂梢缘玫讲煌霓D速，從而達到調速的目的。至此本次課程設計的全部理論基礎便介紹結束。Fig2.3.3直流電機的機械特性曲線Fig2.3.4PWM調制波形3硬件電路設計3.1AT89C51介紹AT89C51是由美國在20世紀80年代中期成立的半導體公司ATMEL生產制造的。ATMEL通過E2PROM技術與Intel公司的80C51內核交換使用權。將Flash技術與80C51技術相結合，制造出片內帶有Flash存儲器AT89C51單片機。AT89C51單片機繼承了MCS-51單片機的原有功能，與MCS-51系列單片機在原有功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。得到改進的是AT89C51單片機片內的4KBFlash存儲器取代了原有的4KBEPROM。其可在線編程或使用編程器重復編程的性能大大提高了編程的靈活性，而且價格相對來說較低，因此在一段時間內得到了廣泛應用。這次的課程設計正好使用的AT89C51單片機，由于我的課題是硬件設計，所以在設計電路時先在仿真軟件上畫出原理圖及接線。下圖3.1便是AT89C51在原理圖上的布局。(說明：以下原理圖均由PROTEUS原理圖給出，PROTEL原理圖放于附錄中。)Fig3.1AT89C51單片機原理圖說明：單片機采定時/計數器工作在定時器模式，所以是對內部晶體振蕩器信號進行12分頻后的計數，因此必須在時鐘引腳XTAL1和XTAL2外接石英晶體和微調電容（22pF）。從引腳P1.0引出的線就是接在后續(xù)將介紹的驅動器上的一端。從圖上還可見P3.2和P3.3的第二功能位為外部中斷0和外部中斷1，這兩個引腳分別與KEY1和KEY2相連。3.274HC573介紹74HC573是擁有八路輸出的透明鎖存器，輸出為三態(tài)門，是一種高性能硅柵CMOS器件。74HC573與74LS573管腳排布相似，器件的輸入是和標準CMOS輸出兼容的。其主要特點是：三態(tài)總線驅動輸出、置數全并行存取、緩沖控制輸入、使能輸入有改善抗擾度的滯后作用。Fig3.2.174HC573原理圖Fig3.2.274HC573引腳圖從引腳圖上可以看出：1腳三態(tài)允許控制端/OE低電平有效;1D~8D為數據輸入端;1Q~8Q為數據輸出端;Vcc為電源端，GND則為接地端；11腳為輸出控制端LE高電平有效。其邏輯真值表如下圖3.2.3所示：Fig3.2.374HC573真值表Fig3.2.474HC573邏輯圖真值表上能夠清楚地看出當三態(tài)允許控制端/OE低電平有效時，輸出控制端LE為高電平時，輸出端隨著輸入狀態(tài)改變而改變；當LE為低電平時，輸出端始終保持上一個狀態(tài)的輸出Q0；如果一開始/OE端為高電平時，輸出狀態(tài)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。圖3.2.474HC573的邏輯圖清楚地解釋了該真值表，這里就不再多贅述了。了解了74HC573的基本特性后，下面介紹其在軟件仿真中的具體接線排布。從原理圖3.2.1可知LE端懸空使之保持高電平，讓輸出始終跟隨輸入；輸出/OE接地，輸出允許被貫徹在整個過程中；輸出端輸出信號與數碼管LED相連。3.3ULN2003A介紹我們知道從單片機端口輸出的信號不能直接驅動被控元件，這需要由功率電路來擴展輸出電流以滿足被控元件的電流、電壓，這時就必須添加適當的驅動電路。由于此次的硬件是自己設計的，所以通過查找資料我選擇ULN2003A這個芯片，恰巧單片機開發(fā)試驗儀上也具備這個芯片。基于其對微型電機的驅動性能較好所以用來做此次的電機（小馬達）的驅動裝置再合適不過了。簡單介紹一下ULN2003A。圖3.3.1為其實物圖。Fig3.3.1ULN2003A實物圖Fig3.3.2ULN2003A引腳圖從圖3.3.2引腳圖可知，LN2003也是一個7路反向器電路，即當輸入端為高電平時ULN2003輸出端為低電平，當輸入端為低電平時ULN2003輸出端為高電平。這是一個多路輸入多路輸出的控制器，而這次的驅動對象是微型直流電機，所以只需接一路輸入，一路輸出給電機即可。Fig3.3.3ULN2003A原理圖從原理圖上可以看出有7路輸入1B~7B，對應7路輸出1C~7C，COM端也就是9端為公共端，8端為發(fā)射極端。將單片機輸出信號接到1B輸入端，輸出端1C接到電機一端。由于ULN2003是集電極開路輸出，為了讓這個二極管起到續(xù)流作用，必須將COM引腳接在電機的供電電源上，只有這樣才能夠形成續(xù)流回路。所以COM端與直流電機的另一端接到高電平+5V上，這樣正好符合芯片的輸出邏輯。3.4LED數碼管介紹在之前的課程以及課程設計中早已接觸過LED數碼管。LED數碼管是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極即可使用。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。數碼管的管腳定義如下圖3.4.1所示。LED數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據LED數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。這次使用的是靜態(tài)顯示的方式。我們知道要使數碼管點亮，無論其電路接法是共陰極還是共陽極，都必須有一個片選信號來選中該數碼管，再由8路信號端輸出來選擇點亮的段號。具體如何使其按要求點亮，則在程序設計部分具體介紹。原理圖中的接線方式則是上述介紹的直觀體現(xiàn)。Fig3.4.1LED管腳圖Fig3.4.2LED原理圖說明：從圖中可以看出兩個4線是從P2口引出的位選地址線，分別接到兩個數碼管的片選端，用于選擇數碼管；從74HC573輸出的信號送到LED顯示端，用于點亮顯示。3.5直流電機介紹從電機學中可知，直流電機的機械特性很好，調速平滑。只要均勻改變電樞電壓，就可以實現(xiàn)轉速調節(jié)了。在轉速控制設計方案這一節(jié)已經詳細地介紹了電機的工作原理以及驅動方式，這里就不再多多敘述了。此次設計我們采用的是直流小電機，所以控制起來也比較方便，接線方式也比較簡單。如上圖3.3.3所示。至此，所有硬件的基本介紹全部完畢，在硬件這一塊暫告一段落。下面根據安排開始軟件編程設計。4軟件編程設計4.1設計主流程圖開始初始化顯示狀態(tài)鍵盤查詢N有鍵按下YYYY加速鍵加速按鍵處理NNYY減速鍵減速按鍵處理流程說明：以上流程圖便是整個調速過程的整體體現(xiàn)。在開始時，先將中斷以及LED數碼管顯示初始化。包括定時器的工作方式以及初值的設置，對控制電機的選通信號以及相關引腳置位，讓電機工作在某一狀態(tài)下。采用鍵盤（去抖）產生外部中斷的方式來實現(xiàn)占空比的調節(jié)，所以一旦有鍵盤按下便會產生一個外部中斷請求，請求被允許后經過判別是加速鍵按下還是減速鍵按下，轉至相應的子程序中去執(zhí)行加速或減速。同時將電機驅動信號PWM的占空比以及對應的轉速通過LED顯示出來。4.2鍵盤程序流程圖YY開始有鍵按下？NN加速鍵？Y有鍵按下？YY減速鍵？YY加速Y延時去抖減速返回流程說明：由于此次控制較為簡單，只有加速和減速兩個對象，所以選用獨立鍵盤。一共使用兩個鍵，前面已經提到的加速鍵及減速鍵。當有鍵按下時，先通過去抖程序判斷是否有鍵按下還是抖動，如果是真有鍵按下則判斷是加速鍵還是減速鍵并跳至相應子程序處執(zhí)行。延時去抖以及加減速子程序將在后文說明。4.3PWM程序流程圖開始定時器賦初值NN定時時間到？NYNY循環(huán)次數>n？PWM=1YYPWM=0流程說明：由于此次采用的PWM調制方式為定頻調寬法，所以固定一個PWM波周期T，由初始化定時時間和工作方式可確定定時長度t，而高電平占有時間Th=n*t，n為循環(huán)計數次數。因此只需改變計數n則可以改變占空比。循環(huán)次數n是通過按鍵來改變的，從而使得輸出電壓信號的平均值得以改變。4.4顯示程序流程圖開始選通LED7,6占空比送顯延時2ms延時2ms選通LED1各位送顯選通LED4千位送顯延時2ms延時2ms選通LED2十位送顯選通LED3百位送顯延時2ms流程說明：此次顯示方式為LED數碼管顯示，根據顯示電路硬件圖可知，采用P2口作為片選信號輸出來選中8個數碼管，P0口接鎖存器輸出BCD碼。要使其正確顯示，必須先將片選端信號置為有效信號，再將對應的BCD碼從P1口輸出。例如從P2.2端口選中LED3，將BCD碼從P0口輸出顯示。從流程圖中可見，每選中一個LED使其顯示，需加一定延時。具體如何實現(xiàn)將在程序加以描述。4.5初始化程序#include<reg52.h>sbitKEY1=P3^2;//定義外部中斷0為KEY1，加速鍵sbitKEY2=P3^3;//定義外部中斷1為KEY2，減速鍵sbitPWM_OUT=P1^0;//P1.0為輸出口unsignedtt,ge,shi,qian,bai,shi1,ge1,temp;//定義延時時間變量，顯示各位變量unsignedchartime_temp,PWM=60;//設定初始PWM占空比為60%voidTimerInit(void) //定時器初始化程序{ TMOD&=0xFF; //設置定時器工作模式 TMOD|=0x11; //設置定時器工作模式 TL0=0xAE; //設置定時器0初值 TH0=0xFB; //設置定時器0初值 TF0=0; //清除TF0標志 TR0=1; //定時器0開始計時 ET0=1;//定時器0中斷允許 TL1=0xAE; //設置定時器1初值 TH1=0xFB; //設置定時器1初值 TF1=0; //清除TF1標志 TR1=1; //定時器1開始計時 ET1=1;//定時器1中斷允許 EA=1;//總中斷被允許}unsignedcharcodetable[]={//BCD碼0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F,0X77,0X7C,0X39,0X5E,0X79,0X71};unsignedcharcodeduan[]={0XFE,0XFD,0XFB,0XF7,0XEF,0XDF,0XBF,0X7F};程序說明：此段初始化程序包括對鍵盤、端口以及一些變量的定義。定時器初始化程序設置了其工作方式，以及中斷請求，中斷允許和總中斷允許位的相關置位。具體說明已在程序中。4.6去抖延時程序voidDelay() //單片機晶振頻率為11.0592MHz，延時5ms判斷有無鍵按下{ unsignedchari,j; i=9; j=244; do { while(--j); }while(--i);}程序說明：獨立按鍵是機械觸點，按鍵閉合或斷開時必然有抖動出現(xiàn)。雖然這種抖動是毫秒級的，人是無法感應到的，但計算機卻能識別這種抖動，當有鍵按下時必須先判別是抖動還是確實有鍵按下所以去抖程序是必不可少的，當檢查到有鍵按下時先延遲一段時間在檢查按鍵狀態(tài)，兩個狀態(tài)一致時則表明確有鍵按下，去執(zhí)行中斷程序。4.7按鍵中斷程序voidKEY()//按鍵中斷子程序{ if(KEY1==0) { Delay();//調用去抖程序 if(KEY1==0)//確有加速鍵按下 { PWM=PWM+10;//占空比增十 if(PWM>100) PWM=100;//維持最高占空比不變，最高轉速 while(!KEY1); } } if(KEY2==0) { Delay(); if(KEY2==0)//確有減速鍵按下 { PWM=PWM-10;//占空比減十 if(PWM) PWM=0;//電機停轉 while(!KEY2); } }}程序說明：檢測到有鍵按下時，如果是外部中斷0（P3.2端口）請求中斷，則為加速鍵。每有一次按鍵便讓PWM波形占空比以十倍漲幅增長；同理，若外部中斷1（P3.3端口）請求中斷，則為減速鍵。PWM波形同樣以十倍下降。從而改變輸出PWM輸出。4.8主程序voidmain(){ TimerInit();//調用初始化程序 while(1) { KEY();//調用按鍵中程序 }}程序說明：主程序執(zhí)行調用初始化程序以及按鍵中斷程序。4.9定時器中斷及顯示程序voidtimer_interrupt()interrupt3 //定時器1中斷{ TL1=0xAE; //設置定時器1初值 TH1=0xFB; //設置定時器1初值 time_temp++; if(time_temp<=PWM) PWM_OUT=1; else PWM_OUT=0; if(time_temp>=101) time_temp=0;}voidexter()interrupt1 //定時器0中斷{ TH0=(65536-200)/256; //定時器賦初值 TL0=(65536-200)%256; tt+=1;//顯示時間 if(tt<=2)//延時輸出BCD碼 { ge=PWM%10; P0=table[ge];//占空比個位顯示 P2=duan[2];}//選中第3個LED數碼管 if(tt==2) {shi=PWM/10;//占空比十位顯示 P0=table[shi];//選中第2個LED數碼管 P2=duan[1]; temp=PWM*14.5;//轉速顯示if(tt<=2) {qian=temp/1000;//轉速千位 P0=table[qian]; P2=duan[4];//選中第5個LED數碼管 } if(tt==2)//轉速百位 {bai=temp/100%10; P0=table[bai]; P2=duan[5];//選中第6個LED數碼管 } if(tt==2)//轉速十位 {shi1=temp/10%10; P0=table[shi1]; P2=duan[6];//選中第7個LED數碼管 } if(tt==2)//轉速個位 {ge1=temp%10; P0=table[ge1]; P2=duan[7];//選中第8個LED數碼管 tt=0; }}}程序說明：定時器中斷及顯示程序在定時結束后產生中斷，并將結果從P0口輸出。程序注解已經較為詳細地解釋了各個部分的作用。主要利用P2口作為數碼管的位選信號來選擇要點亮的LED數碼管，再將某一按鍵后狀態(tài)的占空比和轉速的BCD碼送到P0口，輸出給LED顯示。重復顯示。 5實驗與結果分析 5.1硬件連接按照硬件電路設計，按照仿真軟件上的電路圖連接各部分硬件。硬件實物圖如下圖5.1所示。Fig5.1硬件連接圖說明：此硬件圖是按照硬件設計連接的。圖片的左上角為ULN2003A驅動單元與電機相連，但兩者都需要接上一個正電源；兩個多路白連線是LED數碼管的位選線以及數據線分別與P2端和P0端相連；電機驅動電源通過導線與單片機P1.0相連；右下角的獨立按鍵與單片機的外部中斷引腳相連。以上硬件電路的接法是一種較為簡單的方法。稍加改動就可以變成另一種，例如采用3-8譯碼器也可以產生8路片選信號，因其本質沒有改變，也就采用了前者直截了當。5.2硬件調試將軟件設計部分的程序在KeilμVision4中編譯好，再將編譯好的程序燒錄入單片機中。（由于使用的是單片機開發(fā)試驗儀，所以其自帶有程序燒錄軟件）隨后給試驗儀上電，可以看到初始的狀態(tài)，如下圖5.2.1所示。Fig5.2.1初始狀態(tài)圖60%的占空比的選擇其實是有一定依據的，我們知道電機的機械慣性要比電磁慣性大的多，如果起初的電壓信號比較小，而所給的信號又是PWM波，必然不能完全起動起來；信號過小時，會和步進電機有異曲同工之妙。為此初始占空比設為60%，既能快速啟動，轉速也較均勻。按下減速鍵，觀察電機轉速變化以及LED顯示的變化。調試結果如圖5.2.2及5.2.3所示。Fig5.2.2占空比為50%Fig5.2.3占空比為40%說明：檢測到有一次減速鍵按下時，按照軟件設計占空比應減10%，此時顯示為50%，轉速相應改變?yōu)?25r/min。第二次按下減速鍵，占空比再鍵減10%，轉速隨之下降。這里選取了兩個狀態(tài)予以顯示。按下加速鍵，同樣觀察電機轉速變化以及LED顯示的變化。調試結果如圖5.2.3所示。Fig5.2.4占空比為70%Fig5.2.5占空比為80%說明：檢測到有一次減速鍵按下時，按照軟件設計占空比應加10%，此時顯示為70%，轉速相應改變?yōu)?015r/min。第二次按下加速鍵，占空比再減加10%，轉速隨之上升。這里也只選取了兩個狀態(tài)圖以示說明。5.3結果分析從調試的結果來看已經基本達到了本次設計的目標，可以實現(xiàn)小型電機的加減速平穩(wěn)調速控制。當然設計中仍存在一些不足之處。由于小型電機的驅動電流還是相對較大的，如果占空比過低，則會出現(xiàn)轉速會有級，不像高占空比時的那么平滑穩(wěn)定。這也是限于設計方案的選擇。從另一方面講，這也是不可避免的，要驅動電機必須要有足夠的電流產生轉矩來帶動電機，所以電流很小時便會出現(xiàn)不連續(xù)旋轉或有時停轉的現(xiàn)象。雖然在宏觀上，能夠清楚地感受到電機的轉速有明顯的變化，但其準確的轉速實則難測，這也是本次課程設計比較遺憾的地方。這個小馬達的具體參數廠家沒有給出，網上有很多小馬達，但轉速有一兩千轉到幾萬轉的不等，具體參數也沒有給出。所以我決定用近似估算的方法，估算了電機轉速與所加電壓占空比的大致關系。對科學研究來講是極不嚴謹的甚至是錯誤的，但從某一方面來講，這確實能間接反映出轉速的高低與所加電壓占空比的關系?？偟膩碚f，本次課程設計還是基本滿足設計要求的。6小結與體會每一次的課程設計其實都是動手能力的檢驗。課程設計的主要目的是讓我們將所儲備的知識能夠被充分地運用到實際中去，另一方面也是通過課程設計加深對基礎知識的理解。這兩者是相輔相成的。但每一次的課程設計后感受又是截然不同的。首先來總結這次課程設計。本次設計的時間為一周半，第一天分配任務和熟悉課題。我和董志涵同學被分為一組，由于深得老師器重，我們被分到一個硬件設計的題目——直流電機轉速控制?？吹竭@個題目的任務書后發(fā)現(xiàn)只有短短地幾行要求，并不像軟件設計還有電路圖提供。當時我就想這個題目估計不太好做，一開始并沒有什么頭緒。但話又說回來，沒有太多要求也是給我們留有拓展思路的空間，設計可以多樣化，比較靈活。沒辦法只好去圖書館查資料，不得不說圖書館里有關的資料很多，經過精心挑選我借了7本有關轉速控制硬件設計的書。仔細研究了書中的設計方法，一舉相中上文提到的設計方法，雖然電路設計稍微簡單了些，但“麻雀雖小五臟俱全”。能夠實現(xiàn)有效地轉速控制就是好的方案。隨后幾天，我先是和同伴先研究了控制PWM的方法以及具體的實現(xiàn)方案。由于我們是硬件設計，不需要先做軟件仿真，所以就按照仿真圖上的接線方式將硬件電路搭好。我們有各自的電路，總的實現(xiàn)思路是一致的，主要區(qū)別是在硬件的選擇上。忙完硬件設計后，便針對要實現(xiàn)的功能開始軟件設計。這是一個難點，結合平時做的實驗和已有知識，要改變電機轉速最為簡單的就是改變電樞電壓（馬達是永磁式不能改變勵磁）。PWM調制是改變高電平的占空比來改變整個輸出電壓。首先想到的就是利用定時器的定時長度來改變高電平輸出時間。這是一個突破點，只要保持總的頻率不改變便可以實現(xiàn)調節(jié)。但說起來簡單，要實現(xiàn)準確的定時與中斷還是得花一些時間的。我們商量在初始化時，采用統(tǒng)一的外部中斷端口，以及一些管腳的定義。這樣便于檢查錯誤以及修正。在程序設計上，善于C語言的同伴建議用C來編寫主程序。這也是我第一次接觸單片機的C語言，起初還有一些不適應，他說C語言描述很容易看懂，理解起來不費勁，可以做嘗試。并沒有經驗的我提議我們一起先將他的設計方案做出來，關鍵是學習C語言是如何來編寫的。為此我還專門學習了單片機C語言編寫教程。日子一天天過去，同伴的設計基本實現(xiàn)了，我開始忙自己的方案。借鑒他的程序，我開始按照自己的設計有了編寫C語言的思路。其實用C語言編寫確實比較簡單，而且交代的很清楚，這是高級語言獨有魅力吧。按照每日安排，一點一點完成了設計。雖然結果做的沒有同伴的那么好看，但至少又是一次新的動手鍛煉。在此也得感謝李老師一學期以來的幫助與指導，使得我們兩個人既結合書本又聯(lián)系實際的能力得到提高。參考文獻[1]張毅剛主編，單片機原理及應用，北京：高等教育出版社，2004[2]陳濤編著，單片機應用及C51程序設計，北京：機械工業(yè)出版社，2008[3]周潤景主編，PROTEUS入門實用教程，北京：機械工業(yè)出版社，2007[4]皮大能主編，單片機課程設計指導書，北京：北京理工大學出版社，2010[5]樓然苗主編，單片機實驗與課程設計（Proteus仿真版），浙江：浙江大學出版社，2010[7]張麗娜主編，51單片機系統(tǒng)開發(fā)與實踐，北京：北京航空航天大學出版社，2013[8]柳淳編著，單片機開發(fā)應用技能與技巧，北京：中國電力出版社，2008[9]于永編著，51單片機C語言常用模塊與綜合系統(tǒng)設計實例精講，北京：電子工業(yè)出版社，2007[10]鐘啟仁編著，單片機原理與實踐（C語言篇），北京：北京航空航天大學出版社，2012[11]吳金戌編著，單片機實踐與應用，北京：清華大學出版社，2002[12]樓然苗編著，單片機課程設計指導，北京：北京航空航天大學出版社,，2012[13]賴麒文編著，8051單片機嵌入式系統(tǒng)應用，北京：科學出版社,，2002[14]劉文濤主編，單片機應用開發(fā)實例，北京：清華大學出版社,，2005[15]鄭毛祥編著，單片機應用基礎，北京：人民郵電出版社，2006附錄一硬件原理圖PROTEUS原理圖PROTEL原理圖附錄二源程序清單#include<reg52.h>sbitKEY1=P3^2;//定義外部中斷0為KEY1，加速鍵sbitKEY2=P3^3;//定義外部中斷1為KEY2，減速鍵sbitPWM_OUT=P1^0;//P1.0為輸出口unsignedtt,ge,shi,qian,bai,shi1,ge1,temp;//定義延時時間變量，顯示各位變量unsignedchartime_temp,PWM=60;//設定初始PWM占空比為60%voidTimerInit(void) //定時器初始化程序{ TMOD&=0xFF; //設置定時器工作模式 TMOD|=0x11; //設置定時器工作模式 TL0=0xAE; //設置定時器0初值 TH0=0xFB; //設置定時器0初值 TF0=0; //清除TF0標志 TR0=1; //定時器0開始計時 ET0=1;//定時器0中斷允許 TL1=0xAE; //設置定時器1初值 TH1=0xFB; //設置定時器1初值 TF1=0; //清除TF1標志 TR1=1; //定時器1開始計時 ET1=1;//定時器1中斷允許 EA=1;//總中斷被允許}unsignedcharcodetable[]={//BCD碼0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F,0X77,0X7C,0X39,0X5E,0X79,0X71};unsignedcharcodeduan[]={0XFE,0XFD,0XFB,0XF7,0XEF,0XDF,0XBF,0X7F};voidDelay() //單片機晶振頻率為11.0592MHz，