基于AT89C51單片機的直流電機控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要本文主要介紹了基于AT89C5俾片機的直流電機控制系統(tǒng)的設(shè)計。包括介紹直流電機調(diào)速的相關(guān)知識以及PWMB速的基本原理和實現(xiàn)方法，這對于直流電機速度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一個有效的途徑。本次畢業(yè)設(shè)計主要任務(wù)是完成單片機的直流電機控制系統(tǒng)總體設(shè)計，包括直流電機的驅(qū)動方式，直流電機的控制方式，單片機外圍電路、鍵盤電路、驅(qū)動電路、顯示電路等硬件設(shè)計及相應(yīng)的驅(qū)動程序設(shè)計，設(shè)計出的控制系統(tǒng)應(yīng)能夠使直流電機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)、加減速調(diào)節(jié)，并可從鍵盤輸入進行相應(yīng)工作模式的切換，用顯示屏顯示當前的狀態(tài)，如速度、正反轉(zhuǎn)等信息。關(guān)鍵詞：直流電機調(diào)速；單片機；PWMLCtM示；畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文

2、）AbstractThisarticleintroducestheAT89C51microcontrollerbasedDCmotorcontrolsystemdesign.IncludingintroductionofDCmotorspeed-relatedknowledge,aswellasbasicprincipleandimplementingmethodofPWMspeedcontrol,ForrealizationofDCmotorspeedcontrolsystemprovidesaneffectiveway.Thegraduationmajortaskistocompleteo

3、veralldesignofsingle-chipcomputercontrolsystemofDCmotor,Includingthedcmotordrivemode,thecontrolofdcmotor,Microcontrollerperipheralcircuits,circuit,drivingcircuitofthekeyboard,display,designofhardwaresuchascircuitdesignandthecorrespondingdriver,Designthecontrolsystemshouldbeabletoachievethereverse,sp

4、eedregulationofDCmotorandcanbeenteredfromthekeyboardtothecorrespondingoperatingmodeswitch,thedisplayshowsthecurrentstatus,suchasspeed,reverseandmore.Keywords:singlechip;PWM;DCmotorspeed;LCDdisplay;畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄1 緒論，11.1 電機調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展概況，11.2 論文題研究目白及意義，11.3 論文主要研究內(nèi)容，22直流電機的基本理論，31.1 直流電機的基本結(jié)構(gòu)及調(diào)速原理，31.1.1 直流

5、電機的基本結(jié)構(gòu)，31.1.2 直流電機工作原理，31.1.3 直流電機的基本參數(shù)，41.1.4 直流電機調(diào)速原理，41.2 調(diào)速基本原理及其實現(xiàn)方法，41.2.1 調(diào)速基本原理，61.2.2 調(diào)速實現(xiàn)方法，63 系統(tǒng)硬件設(shè)計，83.1 設(shè)計要求，83.2 系統(tǒng)方案，83.3 直流電機驅(qū)動控制模塊，93.3.1 直流電機驅(qū)動方式，93.3.2 驅(qū)動方案選擇，113.4 直流電機的調(diào)速，113.4.1 PWM極性選擇，123.4.2 PWM調(diào)脈寬工作方式，123.4.3 PWM的軟件實現(xiàn)，123.5 控制內(nèi)容，123.6 系統(tǒng)模塊分析與設(shè)計，143.6.1 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計，143.6.2 電

6、源電路設(shè)計，183.6.3 直流電機驅(qū)動電路設(shè)計，183.6.4 顯示模塊設(shè)計，21畢業(yè)設(shè)計（論文）3.6.5 鍵盤電路設(shè)計,223.6.6 元件選擇與參數(shù)計算,233.6.7 系統(tǒng)整體硬件電路,243.7 設(shè)計所需部分器件,263.8 技術(shù)路線,263.9 應(yīng)用軟件的編制、調(diào)試,274 系統(tǒng)軟件設(shè)計,284.1 系統(tǒng)總體設(shè)軟件設(shè)計思想,284.2 系統(tǒng)各個模塊軟件設(shè)計,294.2.1 產(chǎn)生PW瞰的軟彳設(shè)計，,，304.2.2 測量速度的軟件設(shè)計,314.2.3 電機轉(zhuǎn)向的軟件設(shè)計,324.2.4 電機加減速的軟件設(shè)計，,，324.2.5 LCD顯示的軟件設(shè)計,325 調(diào)試與仿真,335.1

7、設(shè)計仿真原理圖,335.2 調(diào)試仿真問題解析,366 結(jié)論與總結(jié),37參考文獻,3839,附錄（程序清單）,，40畢業(yè)設(shè)計（論文）1緒論1.1 電機調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展概況1964年H.stemmler和A.Schonung首先提出把PWMJ術(shù)應(yīng)用到電機傳動中從此為電機傳動的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。進入80年代以來，體積小、耗電少、成本低、速度快、功能強、可靠性高的大規(guī)模集成電路微處理器已經(jīng)商品化，把電機控制推上了一個嶄新的階段，以微處理器為核心的數(shù)字控制（簡稱微機數(shù)字控制）成為現(xiàn)代電氣傳動系統(tǒng)控制器的主要形式。直流電機調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、自動控制

8、技術(shù)和微機應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。用于功率輸出控制，其中電機的控制部分已經(jīng)由模擬控制逐漸讓位于以單片機為主的微處理器控制，形成數(shù)字與模擬的混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制系統(tǒng)，并正向全數(shù)字控制方向快速發(fā)展。電動機的驅(qū)動部分所用的功率器件亦經(jīng)歷了幾次更新?lián)Q代。目前開關(guān)速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFETIGBT成為主流。PWMR代數(shù)模*$換器（DAC功率器件控制條件的變化和微電子技術(shù)的使用也使新型的電動機控制方法能夠得到實現(xiàn)。脈寬調(diào)制控制方法在直流調(diào)速中獲得了廣泛的應(yīng)用3o畢業(yè)設(shè)計（論文）1.2 論文題研究目的及意義直流電動機是最早出現(xiàn)的電動機，也是最早實現(xiàn)調(diào)速的電動機。長期以來，直流電動機

9、一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動機的最優(yōu)選擇。因此研究直流電機的速度控制，有著非常重要的意義。隨著單片機的發(fā)展，數(shù)字化直流PWMS速系統(tǒng)在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用，控制方法也日益成熟。它對單片機的要求是：具有足夠快的速度；有PWW,用于自動產(chǎn)生PW班；有捕捉功能，用于測頻；有A/D轉(zhuǎn)換器、用來對電動機的輸出轉(zhuǎn)速、輸出電壓和電流的模擬量進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；有各種同步串行接口、足夠的內(nèi)部ROM和RAM以減小控制系統(tǒng)的無力尺寸；有看門狗、電源管理功能等。因此該設(shè)計中選用單片機AT89C51!過設(shè)計基于AT89C5

10、1片機白直流PWMB速系統(tǒng)并調(diào)試得出結(jié)論，對運動控制的相關(guān)知識進行鞏固。1.3 論文主要研究內(nèi)容完成單片機的直流電機控制系統(tǒng)總體設(shè)計，包括直流電機的驅(qū)動方式，直流電機的控制方式，單片機電路、鍵盤電路、驅(qū)動電路、顯示電路等硬件設(shè)計及相應(yīng)的驅(qū)動程序設(shè)計，設(shè)計出的控制系統(tǒng)應(yīng)能使直流電機正反轉(zhuǎn)、加減速調(diào)節(jié)，并可從鍵盤輸入進行相應(yīng)工作模式的切換及加減速調(diào)節(jié)，用顯示屏顯示當前的狀態(tài)，如速度、正反轉(zhuǎn)等信息12O畢業(yè)設(shè)計（論文）2直流電機的基本理論2.1 直流電機的基本結(jié)構(gòu)及調(diào)速原理2.1.1 直流電機的基本結(jié)構(gòu)直流電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。在定子上裝有磁極（電磁式直流電機磁極由繞在定子上的磁繞提供），具轉(zhuǎn)

11、子由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子外圓有槽，槽內(nèi)嵌有電樞繞組，繞組通過換向器和電刷引出，直流電機結(jié)構(gòu)如圖2-1所示網(wǎng)。圖2-1直流電動機結(jié)構(gòu)2.1.2 直流電機工作原理140直流電機電路模型如圖2-2所示，磁極NS間裝著一個可以轉(zhuǎn)動的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個線圈abcdo當線圈中流過電流時，線圈受到電磁力作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則可知，當流過線圈中電流改變方向時，線圈的受方向也將改變，因此通過改變線圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機的方向圖2-2直流電動機電路模型畢業(yè)設(shè)計(論文)2.1.3 直流電機主要技術(shù)參數(shù)直流電機的主要額定值有：額定功率Pn：在額定電流和電壓下，電機的負載能力。額定電壓Ue

12、：長期運行的最高電壓。額定電流Ie:長期運行的最大電流。額定轉(zhuǎn)速n：單位時間內(nèi)的電機轉(zhuǎn)動快慢，以r/min為單位勵磁電流If:施加到電極線圈上的電流網(wǎng)。2.2 調(diào)速基本原理及其實現(xiàn)方法2.2.1 調(diào)速基本原理(1)直流電機轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)模型可用圖2-3表示，由圖可見電機的電樞電動勢Ea的正方向與電樞電流Ia的方向相反，Ea為反電動勢；電磁轉(zhuǎn)矩T1的正方向與轉(zhuǎn)速n的方向相同，是拖動轉(zhuǎn)矩；軸上的機械負載轉(zhuǎn)矩T2及空載轉(zhuǎn)矩T0均與n相反,是制動轉(zhuǎn)矩。根據(jù)基爾霍夫第U=Ea-Ia(Ra+Rc)(2-1)式(2-1)中，Ra為電樞回路電阻，電樞回路串聯(lián)保繞阻與電刷接觸電阻的總和；Rc是外接在電樞回路中的調(diào)節(jié)

13、電阻。由此可得到直流電機的轉(zhuǎn)速公式為：n=Ua-IR/Ce(2-2)式(2-2)中，Ce為電動勢常數(shù)，中是磁通量。由(2-1)和(2-2)得:畢業(yè)設(shè)計（論文）n=Ea/Ce6（2-3）由式（2-3）中可以看出，對于一個已經(jīng)制造好的電機，當勵磁電壓和負載轉(zhuǎn)矩恒定時，它的轉(zhuǎn)速由回在電樞兩端的電壓Ea決定，電樞電壓越高，電機轉(zhuǎn)速就越快，電樞電壓降低到0V時，電機就停止轉(zhuǎn)動；改變電樞電壓的極性，電機就反轉(zhuǎn)。對于直流電機來說，如果加在電樞兩端的電壓為圖2-4所示的脈動電流壓（要求脈動電壓的周期遠小于電機的慣性常數(shù)），可以看出，在T不變的情況下，改變，和12寬度，得到的電壓將發(fā)生變化14,下面對這一變化進

14、一步推導(dǎo)。設(shè)電機接全電壓U時，其轉(zhuǎn)速最大為Vmax若施加到電樞兩端的脈動電壓占空比為D=t1/T,則電樞的平均電壓為：(2-4)(2-5)由式（2-3）得到:n=EaCe：jUDCe>=KD在假設(shè)電樞內(nèi)阻轉(zhuǎn)小的情況下式中K=U/C次，是常數(shù)。圖2-5為施加不同占空比時實測的數(shù)據(jù)繪制所得占空比與轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖。由圖看出轉(zhuǎn)速與占空比D并不是完全速的線性關(guān)系（圖中實線），原因是電樞畢業(yè)設(shè)計(論文)本身有電阻，不過一般直流電機的內(nèi)阻一般較小，故可以近視其為線性關(guān)系。由此可見，改變施加在電樞兩端電壓就可以變電機的轉(zhuǎn)速度，這就是直流電機PWMI速原理。2.2.2 PWM實現(xiàn)方法PWM1號的產(chǎn)生通常有兩

15、種方法：一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法。本文主要介紹利用單片機對PWM1號的軟件實現(xiàn)方法。51系列典型產(chǎn)品AT89C51具有兩個定時器To和Ti。通過控制定時器初值To和Ti,從而可以實現(xiàn)從C51的任意輸出口輸出不同占空比的脈沖波形。大致的的編程思路是這樣的：T0定時器中斷是讓一個I/O口輸出高電平，在這個定時器T0的中斷當中起動定時器T1,而這個T1是讓I/O口輸出低電平，這樣改變定時器T0的初值就可以改變頻率，改變定時器T1的初值就可以改變占空比。如果單片機的時鐘頻率為f,定時器/計數(shù)器為N位，則定時器初值與定時時間的關(guān)系為：t1=(2nTw/N(2-6)f106Tw定時器定時初值；

16、N一個機器周期的時鐘數(shù)；本設(shè)計以AT89C5律片機為核心，以6個彈跳按鈕作為輸入達到控制直流電機的啟動、停止、加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，以LC加示電機速度大小。設(shè)計中采用PWM技術(shù)對電機進行控制，通過對占空比的計算達到調(diào)速的目的11o畢業(yè)設(shè)計(論文)3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 設(shè)計要求(1)通過鍵盤改變脈沖的占空比從而達到改變轉(zhuǎn)速使得電機轉(zhuǎn)速從高到低，從低到高。(2)通過改變輸出電平的極性從而改變電機的轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)反和轉(zhuǎn)。(3) 能夠通過LCD顯示電機的的轉(zhuǎn)向。(4) 通過啟動鍵啟動電機，從而達到防止電機誤啟動的目的。(5) 能夠通過電機最終顯示電機的速度。3.2 系統(tǒng)方案(1)速度加減的實現(xiàn)

17、：單片機通過控制L298的使能端“允許”或者“禁止”，通過改變a(脈沖寬度)的值，從而達到控制PW嘛沖寬度調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的，即采用P1.1通過軟件延時程序延時得到PWM信號與ENA引腳相連，來調(diào)節(jié)電機的加速減速。(2)正反轉(zhuǎn)的控制：單片機通過L298中的H橋，從AT89C51中的P1.0輸出控制信號與L298的IN2相連，同時R_0輸出的電信號與非門相連再輸入到IN1來達到控制BJT的基極電壓，IN1與IN2具有互鎖的控制L298中H橋的BJT通斷，從而達到控制電機轉(zhuǎn)向的目的。(3)電機速度的顯示：單片機通過P3.4/T0接受電機發(fā)出的脈沖信號(在仿真是采用proteus里MOTOR-enc

18、ode電機，用這個可以簡單的測得電機的轉(zhuǎn)速，主要原理是編碼器可以根據(jù)電機轉(zhuǎn)一圈輸出脈沖數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計的脈沖量得到電機的轉(zhuǎn)數(shù)，中間的是編碼器轉(zhuǎn)一周，高電平一次。根據(jù)這可以測出轉(zhuǎn)速。左右兩邊是檢測左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn)。哪邊先高電平，就是往哪邊轉(zhuǎn)。在本次設(shè)計中采用檢測每轉(zhuǎn)動一周高電平一次來簡單的計算電機的轉(zhuǎn)速。單片機T1采用模式一定時中斷定，T0采用模式一計數(shù)中斷定計數(shù)模式，由高8位TH0和低8位TL0兩個8位寄存器組成，當設(shè)定計算值為65536-50000=15536(D)時，轉(zhuǎn)換為十六進制就是3CB0(H),止匕時，TH0=3CTL0=BQ定時器T1計數(shù)50ms此時電機每轉(zhuǎn)動一周P3.4高電平一次，存儲電

19、機轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)，同時采集2.5S之后將電機的轉(zhuǎn)數(shù)進行LCD顯示。畢業(yè)設(shè)計（論文）3.3 直流電機驅(qū)動模塊方案分析3.3.1 直流電機驅(qū)動方案方案一：更主要的問題在于一般電動機的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會降低效率，而且實現(xiàn)很困難。方案二：采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制方案三：直流電機是可以正反轉(zhuǎn)的。本電路采用的是基于PWM（理的H型橋式驅(qū)動電路。PW跑路由復(fù)合體管組成H型橋式電路構(gòu)成，四部分晶體管以對角組合分為兩組：根據(jù)兩個輸入端的高低電平?jīng)Q定晶體管的導(dǎo)通和截止。4個二極管在電路中起防止晶體管產(chǎn)生反向電壓的保護作用，防止電動機兩端的電流和晶體管上的電流過大的保護作用。從而驅(qū)動電機沿另一方

20、向轉(zhuǎn)動150方案四：采用驅(qū)動芯片L298N驅(qū)動直流電機，L298N具有驅(qū)動能力強，外圍電路簡單等優(yōu)點，分析知采用驅(qū)動芯片L298N驅(qū)動直流電機。表3-1L298N驅(qū)動芯片真值表電機旋轉(zhuǎn)方式控制端IN1控制端IN2輸入PWM&號改變脈寬可調(diào)速畢業(yè)設(shè)計（論文）調(diào)速端A調(diào)速端BM1止轉(zhuǎn)高低高/反轉(zhuǎn)低高高/1停止低低高/3.3.2 驅(qū)動方案選擇綜合上訴四中方案，在本次設(shè)計中采用方案四，片機通過控制L298的使能端“允許”或者“禁止”，通過改變a（脈沖寬度）的值，從而達到控制PWM永沖寬度調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的，即采用P1.1通過軟件延時程序延時得到PWM信號與ENA相連，來調(diào)節(jié)電機的加速減速。3.

21、4 直流電機的調(diào)速3.4.1 PWM極性選擇方案一：雙極性工作制。方案二：單極性工作制。3.4.2 PWM調(diào)脈寬方式調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。并且在采用單片機產(chǎn)生PW嘛沖的軟件實現(xiàn)上比較方便。3.4.3 PWM軟件實現(xiàn)方式方案一：采用軟件延時方式，在引入中斷之后，將有一定的誤差。方案二：采用定時器作為脈寬控制的定時方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確。綜合程序的編制以及自身學(xué)術(shù)水平的限制的考慮本設(shè)計采用方案一。3.5 控制內(nèi)容采用單片機構(gòu)成的直流電動機數(shù)字PWM速系統(tǒng)，其控制核心主要由最小系統(tǒng)、電源模塊、顯示模塊、直流電機組成。系統(tǒng)采用L298NK片彳為PWM3區(qū)動直流

22、電動機的供電主回路。單片機通過軟件延時處理輸出PWM號，實現(xiàn)了直流電動機的轉(zhuǎn)速控制，在運行中獲得了良好的動靜態(tài)性能。（1）鍵盤識別：通過P1口的低電平輸入識別不同的按鍵。9畢業(yè)設(shè)計(論文)(2)通過對單片機程序燒錄實現(xiàn)對直流電機的停止、加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制。(3)由于單片機的驅(qū)動能力不強，驅(qū)動直流電機需要很強的電流所以必須有外圍的驅(qū)動電路，因此本設(shè)計采用L298NE片放大單片機微弱的電流。圖3-2系統(tǒng)硬件框圖3.6 系統(tǒng)模塊分析與設(shè)計3.6.1 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計單片機最小系統(tǒng)：所謂最小系統(tǒng)就是指由單片機和一些基本的外圍電路所組成的一個可以使單片機工作的系統(tǒng)。一般來說，它包括單片機，晶

23、振電路和復(fù)位電路圖3-3單片機最小系統(tǒng)整體框控制器部分分析：AT89C51為ATMEL所生產(chǎn)的可電氣燒錄清洗的8051相容單芯片，其內(nèi)部程序代碼容量為4KB10畢業(yè)設(shè)計（論文）（一）AT89C51主要功能列舉如下:innITiltPSBNillBAVcc1i.i/11川PI-V11Sfi.ihkFM/AlPM/A!PtlFl.I,njnjHiruP】PL1PlJPUPl.5P1JPl.7riinu國哽”此iI8iiPJJ/nns/Tipii/nI'JI刈0圖3-4AT89C5111、為一般控制應(yīng)用的8位單芯片2、晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器3、內(nèi)部程式存儲器（ROM為4KB4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（

24、RAM為128B5、外部程序存儲器可擴充至64KB6、外部數(shù)據(jù)存儲器可擴充至64K、32條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨做I/O的控制、5個中斷向量源9、2組獨立的16位定時器、1個全多工串行通信端口、8751及8752單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能12、單芯片提供位邏輯運算指令10（三）復(fù)位電路及時鐘電路+5V?+5V?VccAT89C51RstVcc22PFIIAT89C51不常按的圖3-5RC復(fù)位電路常蚪的（四）時鐘電路晶體振蕩器的簡稱，AT89C51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。弓I腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。晶體振蕩電路11畢業(yè)設(shè)計(論文)

25、如圖3-6,晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率160口內(nèi)曲口MiPa甜LITH3FFTJE.MSFDi*iAtSrEUVADfl3"w_iJHT叫“H”Ji?眸Zl-WnFS-SA-11pa-fAiaFZjWAIh-PI.Ti'wif-sr至Hi?3.6.2電源電路設(shè)計直流穩(wěn)壓電源的基本原理：直流穩(wěn)壓電源一般有電源變壓器及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如下。T、整流濾波電路"kww,圖3-7直流電源原理(1)電源變壓器T的作用是將220V勺交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓U。變壓器副邊與原邊的功率

26、比為P2/Pi=n,式中n是變壓器的效率。(2)整流電路：整流電路將交流電壓U變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。圖3-8整流電路(3)濾波電路：各濾波電路C1足RL/C=(35)T/2,式中T為輸入交流信號12畢業(yè)設(shè)計(論文)周期，RE整流濾波電路的等效負載電阻。(4)穩(wěn)壓電路：常用的穩(wěn)壓電路有兩種形式：一是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，二是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路2。常用穩(wěn)壓電路歸納如下表表3-2常用的穩(wěn)壓電路電路名稱典型電路輸出電壓及有關(guān)參數(shù)穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓Zm=1.5310mUi=23Uo特點與用途電路簡單，適用于輸

27、出電壓恒定，負載電流變化小的場合，常用作基準電源可調(diào)穩(wěn)壓電源U0=0,工RJ電路引入電壓串聯(lián)負反饋，使輸出電壓更穩(wěn)定且可調(diào)，可獲得負電源lRi忤2)1:i：2IU0電路較復(fù)雜，輸出電壓可調(diào)，輸出電流較大，應(yīng)用范圍廣13畢業(yè)設(shè)計（論文）集成穩(wěn)壓電源78MM系列為正電源79MM系列為負電源輸出電壓固定，為5V,9V,12V,15V,18V等，可根據(jù)需要選用電路簡單，輸出電壓固定印T+ULut3.6.3直流電機驅(qū)動電路設(shè)計在本次設(shè)計中采用L298N電機與其連接的電氣原理圖如圖3-10所示圖3-10直流電機驅(qū)動電路3.6.4顯示模塊設(shè)計在本設(shè)計課題中采用的是FM160128是一種圖形點陣液晶顯示器，它

28、的引腳圖如圖3-11所示。圖3-11FM16012814畢業(yè)設(shè)計（論文）主要技術(shù)參數(shù)和性能：模塊內(nèi)自帶-15負壓，用于LCD的驅(qū)動電壓3.6.5鍵盤電路設(shè)計工作原理：采用行掃描和列掃描，過程如下：1 .CPU先使行線P1.1為低，其余行線為高2 .CPU讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，以確定哪條列線為0狀態(tài)，若此時P1.70,則"C"鍵按下；若P1.5為0,則"E"鍵按下3 .若輸入緩沖器（列線）狀態(tài)全部為1,說明P1.0行沒有鍵盤按下，CPU繼續(xù)使P1.1為0,其余行線為高，再讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，以確定哪條列線為0,從而判斷是哪個鍵盤按下4 .當判斷那個鍵盤按

29、下后，程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵盤處理程序XTALI?rwi$翔-黨匯1ntAJJ-Ir-AJAAo-o-二用R1FL2用R5TPOdWXlPDlsWi叩沙唯年中刑的忡4Mfq忡aw叩的附POTWTF*之口用PZ.1.WF2-Zf*.1D國陰11盟力型？P2AX13FSfflVUJW.UTXD聞如而川而ifhathM.qmPSfiL遠p打前圖3-12矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速六個開關(guān)采用鍵盤掃描分別與單片機列P1.4、P1.5、P1.6、P1.7行P3.0、P3.1、P3.2、相連。實現(xiàn)直流電機的啟動、停轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)實現(xiàn)直流電機的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)實現(xiàn)直流電機的反轉(zhuǎn)，加速實現(xiàn)直流電機的加速，減

30、速實現(xiàn)直流電機的減速，其電路如圖：圖3-13按鍵電路15畢業(yè)設(shè)計（論文）3.6.7系統(tǒng)整體硬件電路系統(tǒng)整體硬件電路圖如圖3-16示:W拿面ifjsn*fwj««ki二-叵|又）口11«!歸i-Cdii衣Rt0和WAEntw口WriHr臂丁小3擊訕dit*Jp甯州露iimXR國田w口苕daia超癌+zxbLW?K?nOUKDCMOICREKODER而1劭治，版B344夠pwq上“闡i期向上占1雙掌8UU0HDF3ELEE匚卬%TMtEiPaD-ShulGuLtffff=sRmAarMMARRA里!I孑FWII匚：I1TkIULIMIIt>12i4«i

31、=i*ih.ii1S7工生而msrroE單注定充，5311Allfi4.UC.-C圖3-16系統(tǒng)硬件電路圖3.7設(shè)計所需部分器件AT89C51L298N12MHz晶振、電容、電阻、彈跳開關(guān)、LCD液晶顯示、非門、直流電機、整流橋、變壓器等。16畢業(yè)設(shè)計（論文）4系統(tǒng)軟件的設(shè)計4.1 系統(tǒng)總體設(shè)軟件設(shè)計思想獨立的功能模塊，畫出每一個功能模塊的詳細流程圖，并根據(jù)流程圖編寫程序，最后按照軟件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)框圖，將各模塊連接成一個完整的主程序。在主程序的設(shè)計中要合理地調(diào)用各模塊程序。模塊化設(shè)計的優(yōu)點是：無論是硬件還是軟件，每一個模塊都相對獨立。根據(jù)此次的設(shè)計可以得到如下的總體軟件流程圖。圖4-1軟件總

32、體流程圖17畢業(yè)設(shè)計(論文)4.2 系統(tǒng)各個模塊軟件設(shè)計4.2.1 產(chǎn)生PW極的軟件設(shè)計程圖為:圖4-2產(chǎn)生PW眼的軟件設(shè)計由此得到產(chǎn)生PWMfc的部分程序如下:while(1)if(a>=150)a=150;if(a<=10)a=10;P1_1=0;delay(160-a);/P1_1=1;delay(a);/key=GeyKey();if(key='K6')a-=n;/K6else/if(key='K5')a+=n;(160-a)改變了延時函數(shù)的系數(shù)。延時程序按下電機加速，其中n是步長調(diào)節(jié)PWMO勺高電平所占時段，18本設(shè)計中采用軟件延時方式對脈

33、沖寬度進行控制，延時程序函數(shù)。對應(yīng)的流畢業(yè)設(shè)計(論文)定時器初始化設(shè)置TMOD=0x15;TH1=0x3c;TL1=0xb0;TH0=0x00;TL0=0x00;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1;定時器設(shè)定模式1時，由高8位TH0和低8位TL0兩個8位寄存器組成，當設(shè)定計算值為65536-50000=15536(D)時，轉(zhuǎn)換為十六進制就是3CB0(H),此時，TH0=3QTL0=B0分另I裝入定時器T1即可實現(xiàn)50ms的計時。4.2.2 測量速度的軟件設(shè)計在本次設(shè)計中采用檢測每轉(zhuǎn)動一周高電平一次來簡單的計算電機的轉(zhuǎn)速。單片機T1采用模式一定時中斷定，T0采用模式一計數(shù)中斷定計數(shù)模

34、式，此時電機每轉(zhuǎn)動一周P3.4高電平一次，存儲電機轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)。此次電機轉(zhuǎn)動速度的測量的部分程序如下：voidtime()interrupt3TR1=0;count+;k+=TL0;if(count=50)sprintf(dsp,"%3d",k1);dprintf(0,108,dsp);dprintf(60,108,"r/min");count=1;k=0;當定時器T1定時50ms到，產(chǎn)生中斷，count+是中斷次數(shù)，k1是電機的轉(zhuǎn)速值，TL0存儲電機在50ms中的轉(zhuǎn)數(shù)，在達到50次中斷之后即2.5S之后(電機速度趨向穩(wěn)定)，k+=TL0即可得到電機的轉(zhuǎn)速

35、值，再進行LCD的顯示。19畢業(yè)設(shè)計(論文)4.2.3 電機轉(zhuǎn)向的軟件設(shè)計對于電機的正反轉(zhuǎn)，可以根據(jù)L298的驅(qū)動原理得到流程圖:圖4-3電機轉(zhuǎn)向的軟件設(shè)計由流程圖可得到電機的轉(zhuǎn)向控的部分程序如下：if(key='K3')P1_0=1;dprintf(0,72,"方向：順時針”)elseif(key='K4')P1_0=0;dprintf(0,72,"方向：逆時針)當按下按鈕K3或K4后改變單片機P1_0口的電平，再通過非門進而改變電機的轉(zhuǎn)動方向。4.2.4 電機加減速的軟件設(shè)計要實現(xiàn)電機的加減速控制時，當按下K6電機減速，當按下K5時電機加

36、速。由此得到其對應(yīng)的程序如下：key=GeyKey();if(key='K6')a-=n;20畢業(yè)設(shè)計（論文）elseif(key='K5')a+=n;)當按下按鈕K6或K5后改變延時函數(shù)變量a的值，進而改變單片機P1_0口的電平高低出現(xiàn)的時間比例。通過L298控制中H橋的BJT通斷頻率來控制電機的速度的加減。4.2.5 LCD顯示的軟件設(shè)計LCD顯示的初始化程序如下所示：externcharfnLCMInit();/LCM初始化externvoidat(unsignedcharx,unsignedchary);/*設(shè)定文本x,y值*/externvoidcls

37、();/清屏externvoidcharout(unsignedchar*str);/ASCII(8*8)顯示函數(shù)externvoidfnSetPos(unsignedcharurow,unsignedcharucol);/設(shè)置當前地址externuchardprintf(ucharx,uchary,char*fmt);/ASCII(8*16)及漢字(16*16)顯示函數(shù)externucharfnPR12(ucharuCmd);/寫無參數(shù)的指令externucharfnPR13(ucharuData);/寫數(shù)據(jù)externunsignedintAdc0832(unsignedcharchann

38、el);externvoidLine(unsignedcharx1,unsignedchary1,unsignedcharx2,unsignedchary2,bitMode);externvoidPixel(unsignedcharPointX,unsignedcharPointY,bitMode);注：在本次設(shè)計中LCD接口程序采用已編制好的程序，故未詳細敘述。21畢業(yè)設(shè)計（論文）5調(diào)試與仿真5.1 設(shè)計仿真原理圖看至面ISIS二畫|又）心必立也1口.t0常力0和3T2D4tM口biTMT丁如/g雕EiMbHtJp口片dm電安12圖勺GlM/工工4*/黑北能也由國息1國回口I廂因日27VA占

39、1科:予白un口hDF3ELECCH儕TALLJKlntnElW翩nDIlDCHQlCfiEWgER用1防1浴.即gg恪pwqmumiio回J；：Imo£>WSSiJf-I字-曜*ftiili-:nrrior圖5-1系統(tǒng)仿真初始圖初始狀態(tài)，當啟動Protues進行仿真，系統(tǒng)有如圖示5-2運行效果由圖可以看出電機的轉(zhuǎn)速顯示為0.同時LCD顯示屏顯示處于上電啟動狀態(tài)圖5-2啟動仿真時的效果圖22畢業(yè)設(shè)計（論文）按下啟動鍵K1,直流電機有圖5-3的運行結(jié)果。由圖可以看出電機的轉(zhuǎn)速顯示為95r/min,同時LCD顯示屏顯示處于上電顯示狀態(tài)。必必立1口.t0*力0iftiEsfirMht

40、uctibiriHrjFXtfcJ1也H*Jp口即中同圖*3，通4中£電地£*>常拘一具國回口I卜1型IMIIU5Ni=W|i|MHAl般通諭M45MX>lLFUwh舒a=。史勒臼R檜宜flipsaj-Ljrj!而IF3立子-曜i:ftiili-nrri.：.r圖5-3按下啟動按鈕啟動時的效果圖按下反轉(zhuǎn)鍵，可以看到直流電機迅速減速為0,并反方向轉(zhuǎn)動，有圖5-4的運行結(jié)果弩全面ISISFi*fes«i«*klIlMbBktJkcJEdSjfc中！m>Edit0和wdHhtMLibiriHr丁小目3晶電cLmi口的事Ml£LEI去

41、UI巾IMlIUBN.=W|I|fu。:出卻sirSlKfijiaaHEjits§307方Rhrt*占1魏予euUDH中BELEUCffYSTAL陽中汕目*UICAIC匚掰lnChBl.LN-52?MDlCfUlCMOICfiEKODER用1防1治iF£5M*用,:<I"蜜匕.r»*,3.23畢業(yè)設(shè)計（論文）圖5-4按下反轉(zhuǎn)按鈕時的效果圖按下加速鍵，可以明顯的觀察到直流電機的速度迅速加速到150r/min,且PWM的高電平與低電平之比有明顯區(qū)別，即高電平遠大于低電平。有圖5-5的運行結(jié)果。圖5-5按下加速按鈕時的效果圖按下減速鍵，可以明顯的觀察到直

42、流電機的速度迅速加速到0,且PWMJ高電平與低電平之比有明顯區(qū)別，即高電平遠小于低電平。有圖5-6的運行結(jié)果。圖5-6按下減速按鈕時的效果圖24畢業(yè)設(shè)計（論文）按下停止鍵，可以看到電機停止轉(zhuǎn)動，PW峨也為00直流電機有圖5-7的運行結(jié)果。同時LCD顯示電機轉(zhuǎn)速為00圖5-7按下停止按鈕時的效果圖5.2 調(diào)試仿真問題解析在本次設(shè)計仿寫的是c程序，Keil調(diào)試的時候應(yīng)該顯示原程序才對??！但卻顯示一大堆圖片中一樣的東西，開始不知道怎么回事。后來點擊菜view->disassemblywindow來關(guān)閉這個功能，可就解決了。在Protues仿真的時候出現(xiàn)電機不轉(zhuǎn)動，再怎么調(diào)試程序都無法解決，在同

43、學(xué)的仔細分析之下發(fā)現(xiàn)電機的驅(qū)動模塊有一引腳沒有接地所導(dǎo)致。25畢業(yè)設(shè)計（論文）6結(jié)論與總結(jié)通過KeilC編程，Proteus聯(lián)合調(diào)試仿真，基本上實現(xiàn)了本次畢業(yè)設(shè)計的要求完成了片機的直流電機控制系統(tǒng)總體設(shè)計，包括直流電機的驅(qū)動方式，直流電機的控制方式，單片機電路、鍵盤電路、驅(qū)動電路、顯示電路等硬件設(shè)計及相應(yīng)的驅(qū)動程序設(shè)計，設(shè)計出的控制系統(tǒng)應(yīng)能使直流電機正反轉(zhuǎn)、加減速調(diào)節(jié)，并可從鍵盤輸入進行相應(yīng)工作模式的切換及加減速調(diào)節(jié)，用顯示屏顯示當前的狀態(tài)，如速度、正反轉(zhuǎn)等信息。同時通過示波器觀測到PW瞰在電機啟動、停止、正反轉(zhuǎn)、加減速時的波形圖，符合設(shè)計預(yù)期。26畢業(yè)設(shè)計（論文）參考文獻1周立功.直流電機原

44、理與驅(qū)動M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2008.12傅豐林.模擬電子線路基礎(chǔ)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2001.13江志紅.51單片機技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)開發(fā)系統(tǒng)案例精選M.北京：清華大學(xué)出版社，2008.124王選民.智能儀器原理與設(shè)計M.北京：清華大學(xué)出版社.2008.75楊欣，王玉鳳.51單片機應(yīng)用從零開始M.北京：清華大學(xué)出版.2008年6何立民.單片機高級教程應(yīng)用設(shè)計M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2000年7李泉溪.單片機原理與應(yīng)用實例仿真M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2009.88劉保錄.基于單片機的電機綜合參數(shù)測試儀設(shè)計M.第10卷第2期9岳東海.直流電機PWM

45、級調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計J.價值工程2010（2）135-13610趙良炳.現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)M.清華大學(xué)出版社，199511幸之.單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.200112皮大能南光群劉金華.單片機課程設(shè)計指導(dǎo)書M.北京：北京理工大學(xué)出版社.2010.713周興華.用單片機控制直流電機變速J.制作，2009:86-8714張廣成.電機PWM5級調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計J.值工程.2007:102-10815KatsuhikoOgata.ModernControlEngineering.Publishinghouseofelectronicsindustry.2000:186-

46、193.16胡漢才，單片機原理及其接口技術(shù)（第2版）M.清華大學(xué)出版社，200417王福瑞.單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全M.北京航空航天大學(xué)出版社，199918余永權(quán)，汪明慧，黃英.單片機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用M.電子工業(yè)出版社，200319夏繼強.單片機實驗與實踐教程M.北京.北京航空航天大學(xué)出版社.2001:120-12420李廣第.單片機基礎(chǔ)M.第1版.北京.北京航空航天大學(xué)出版社.1999:26-29.21肖洪兵.跟我學(xué)用單片機.北京M.北京航空航天大學(xué)出版社.2002.8:24-36.27畢業(yè)設(shè)計（論文）致謝首先非常感謝我的班主任葉老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段一一畢業(yè)設(shè)計階段給我耐心的幫助，在

47、我在外地實習(xí)階段由于各種原因有居多不方便收集畢業(yè)設(shè)計資料的情況下，發(fā)送設(shè)計相關(guān)內(nèi)容資料并且催促我主動及時完成畢業(yè)設(shè)計，指導(dǎo)我的畢業(yè)論文，期間提出來很多的寶貴建議，這種無私奉獻的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向葉老師表示我誠摯的謝意。是他們教會了我專業(yè)知識，教會了教會了我如何做人，我如何更好的學(xué)習(xí)生活。同時，在這里我要衷心的感謝所有任課老師和所有的同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和無私的幫助，正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，我的大學(xué)生活過的豐富多彩。通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文基于AT89C51片機的直流電機控制系統(tǒng)設(shè)計基本完成了，這就意味著四年大學(xué)生活也即將結(jié)束了，也即將走上自己的工作崗位

48、了，開始自己人生的規(guī)劃。我將銘記我曾經(jīng)是湖北理工學(xué)院的一名學(xué)子，在這里生活了四年，學(xué)到了許多也得到了許多。在今后的工作中把湖北理工學(xué)院的優(yōu)良傳統(tǒng)繼續(xù)發(fā)揚光大，做一名優(yōu)秀的理工人。28畢業(yè)設(shè)計（論文）附錄(程序清單)#include<showfun.h>#include<stdio.h>externcharfnLCMInit();/LCM初始化externvoidat(unsignedcharx,unsignedchary);/*設(shè)定文本x,y值*/externvoidcls();/清屏externvoidcharout(unsignedchar*str);/ASCII(

49、8*8)顯示函數(shù)externvoidfnSetPos(unsignedcharurow,unsignedcharucol);/設(shè)置當前地址externuchardprintf(ucharx,uchary,char*fmt);/ASCII(8*16)及漢字(16*16)顯示函數(shù)externucharfnPR12(ucharuCmd);/寫無參數(shù)的指令externucharfnPR13(ucharuData);/寫數(shù)據(jù)externunsignedintAdc0832(unsignedcharchannel);externvoidLine(unsignedcharx1,unsignedchary1,unsignedcharx2,unsignedchary2,bitMode);externvoidPixel(unsignedcharPointX,unsignedcharPointY,bitMode);uchardsp10=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,;charabc3=0,0,0,;ucharkey=0;uinta=100;ucharn=5;ucharcount=1;uintk1=0;uc