直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)

煤炭工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)題目：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 扌旨導(dǎo)教師： 日期:當(dāng)今社會(huì)，電動(dòng)機(jī)作為最主要的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人們的日常生活。無(wú)論是在工農(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)和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品（如電冰箱，空調(diào)，DVD等）中，都大量使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。據(jù)資料顯示,在所有動(dòng)力資源中，百分之九十以上來(lái)自電動(dòng)機(jī)。同樣，我國(guó)生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)與人的生活息息相關(guān)，密不可分。電氣時(shí)代，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制一般采用模擬法、PID控制等，對(duì)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單控制應(yīng)用比較多。簡(jiǎn)單控制是指對(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。這類(lèi)控制可通過(guò)繼電器，光耦、可編程控制器和開(kāi)關(guān)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。還有一類(lèi)控制叫復(fù)雜控制，是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)矩，電壓，電流，功率等物理量進(jìn)行控制。電機(jī)在各行各業(yè)發(fā)揮著重要的作用，而電機(jī)轉(zhuǎn)速是電機(jī)重要的性能指標(biāo)之一，因而測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的調(diào)速,使它滿足人們的各種需要,更顯得重要，而且隨著科技的發(fā)展,PWM調(diào)速成為電機(jī)調(diào)速的新方式。隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，微控制器在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，由于數(shù)字系統(tǒng)有著模擬系統(tǒng)所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)，如抗干擾性強(qiáng)、便于和PC機(jī)相聯(lián)、系統(tǒng)易于升級(jí)維護(hù)。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89S52和L298控制的直流電機(jī)脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。利用AT89S52芯片進(jìn)行低成本直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)構(gòu)成、降低系統(tǒng)成本、增強(qiáng)系統(tǒng)性能、滿足更多應(yīng)用場(chǎng)合的需要。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、加速、減速的控制，以及PWM的占空比在LCD上的實(shí)時(shí)顯示。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；AT89S52；PWM調(diào)速；L298目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 1目錄 2—、緒論 3\o"CurrentDocument"1.1直流電機(jī)的介紹 31.2單片機(jī)的介紹 4二、總體方案 5\o"CurrentDocument"2.1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì) 5\o"CurrentDocument"2.2設(shè)計(jì)思路 6三、各模塊的介紹 7\o"CurrentDocument"3.1PWM脈寬調(diào)制原理 7\o"CurrentDocument"3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9\o"CurrentDocument"3.3AT89S52 10\o"CurrentDocument"3.4獨(dú)立式鍵盤(pán)控制模塊 12\o"CurrentDocument"3.5L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 13\o"CurrentDocument"3.6光電測(cè)速模塊 16\o"CurrentDocument"3.7LCD顯示模塊 19\o"CurrentDocument"3.8系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22結(jié)論 23致謝 24參考文獻(xiàn) 24附錄 25_、緒論直流電機(jī)直流電機(jī)的發(fā)展直流電動(dòng)機(jī)在冶金、礦山、化工、交通、機(jī)械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。而以往直流電動(dòng)機(jī)的控制只是簡(jiǎn)單的控制，很難進(jìn)行調(diào)速，不能實(shí)現(xiàn)智能化。如今，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制已經(jīng)離不開(kāi)單片機(jī)的支持，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，使人類(lèi)社會(huì)步入了自動(dòng)化時(shí)代，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉融合，促進(jìn)了學(xué)科發(fā)展和專(zhuān)業(yè)更新，引發(fā)了新興交叉學(xué)科與技術(shù)的不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，改變了世界，也改變了人類(lèi)的生活。由于單片機(jī)的體積小、重量輕、功能強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)、控制靈活、應(yīng)用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，單片機(jī)的應(yīng)用也更加廣泛特別是在各種領(lǐng)域的控制、自動(dòng)化等方面。在實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備，一是要具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率；二是應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求調(diào)整轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能如何對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。因此，調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。直流電機(jī)控制方法和工作原理直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類(lèi)：勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。勵(lì)磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小但低速時(shí)受到磁場(chǎng)飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵(lì)磁線圈電感較大動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法。傳統(tǒng)的改變端電壓的方法是通過(guò)調(diào)節(jié)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但這種調(diào)壓方法效率低。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造了許多新的電樞電壓控制方法。其中脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation,PWM）是常用的一種調(diào)速方法。其基本原理是用改變電機(jī)電樞電壓的接通和斷開(kāi)的時(shí)間比（即占空比）來(lái)控制馬達(dá)的速度，在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，其速度增加，電機(jī)斷電時(shí)其速度降低。只要按照一定的規(guī)律改變通斷電的時(shí)間，就可使電機(jī)的速度保持在一穩(wěn)定值上。直流電機(jī)可按其結(jié)構(gòu)、工作原理和用途等進(jìn)行分類(lèi)，其中根據(jù)直流電機(jī)的用途可分為以下幾種：直流發(fā)電機(jī)（將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能）、直流電動(dòng)機(jī)（將直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)（將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)）、直流伺服電動(dòng)機(jī)（將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號(hào)）。直流電機(jī)電路模型如圖1-1所示，磁極N、S間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個(gè)線圈abed。當(dāng)線圈中流過(guò)電流時(shí)，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(dāng)流過(guò)線圈中電流改變方向時(shí)，線圈的方向也將改變，因此1.2單片機(jī)及微處理器控制系統(tǒng)的發(fā)展單片微型計(jì)算機(jī)的誕生是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)新的里程碑。近年來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，以及市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高，直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用更加廣泛，尤其是在智能機(jī)器人中的應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速性能、過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)顯得十分重要，為了能夠適應(yīng)發(fā)展的要求，單閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心—單片機(jī)，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價(jià)格、大存儲(chǔ)容量和強(qiáng)I/O功能等方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)檔次的不斷提高，功能的不斷完善,單片機(jī)已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的控制、自動(dòng)化、智能化等方面，特別是在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)中。這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)：體積小，功能全，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，結(jié)構(gòu)合理，指令豐富，控制功能強(qiáng)，造價(jià)低等。所以選用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可行性。早期直流傳動(dòng)的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點(diǎn)，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，微處理器已經(jīng)廣泛使用于直流傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微處理器以數(shù)字信號(hào)工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度、可靠性和穩(wěn)定性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。所以，直流傳動(dòng)控制采用微處理器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。微處理器誕生于上個(gè)世紀(jì)七十年代，隨著集成電路大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微處理器的性價(jià)比越來(lái)越高。此外，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，制作工藝的提升，使得大功率電子器件的性能迅速提高。為微處理器普遍用于控制電機(jī)提供了可能，利用微處理器控制電機(jī)完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機(jī)的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機(jī)的性能更符合工業(yè)生產(chǎn)使用要求，還促進(jìn)了電機(jī)生產(chǎn)商研發(fā)出各種如步進(jìn)電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等便于控制且實(shí)用的新型電機(jī)，使電機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了新的變化。對(duì)于簡(jiǎn)單的微處理器控制電機(jī)，只需利用用微處理器控制繼電器、電子開(kāi)關(guān)元器件，使電路開(kāi)通或關(guān)斷就可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制?，F(xiàn)在帶微處理器的可編程控制器，已經(jīng)在各種的機(jī)床設(shè)備和各種的生產(chǎn)流水線中普遍得到應(yīng)用，通過(guò)對(duì)可編程控制器進(jìn)行編程就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的規(guī)律化控制。對(duì)于復(fù)雜的微處理器控制電機(jī),則要利用微處理器控制電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等，使電機(jī)按給定的指令準(zhǔn)確工作。通過(guò)微處理器控制，可使電機(jī)的性能有很大的提高。目前相比直流電機(jī)和交流電機(jī)他們各有所長(zhǎng)，如直流電機(jī)調(diào)速性能好，但帶有機(jī)械換向器，有機(jī)械磨損及換向火花等問(wèn)題；交流電機(jī)，不論是異步電機(jī)還是同步電機(jī)，結(jié)構(gòu)都比直流電機(jī)簡(jiǎn)單，工作也比直流電機(jī)可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)，它們的速度不能方便而經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)[2]。高性能的微處理器如DSP（DIGITALSIGNALPROCESSOR即數(shù)字信號(hào)處理器）的出現(xiàn)，為采用新的控制理論和控制策略提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，使電機(jī)傳動(dòng)的自動(dòng)化程度大為提高。在先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床等數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，已經(jīng)采用了如DSP等的高速微處理器，其執(zhí)行速度可達(dá)數(shù)百萬(wàn)兆以上每秒，且具有適合的矩陣運(yùn)算。二、總體方案系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)方案說(shuō)明：直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為控制核心，由命令輸入模塊、LCD顯示模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用獨(dú)立式鍵盤(pán)作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，定時(shí)不斷給L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送PWM波形，完成電機(jī)正，反轉(zhuǎn)和急停控制；

液品竝不同時(shí)單片機(jī)不停的將PWM脈寬調(diào)制占空比送到LCD數(shù)碼管完成實(shí)時(shí)顯示，見(jiàn)圖2-1液品竝不鍵盤(pán)輸入AT8SC51*L298^機(jī)驅(qū)動(dòng) .直流電機(jī) 光電測(cè)速”圖2-1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的模擬電路容易隨時(shí)間漂移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對(duì)噪聲敏感等。而在用了PWM技術(shù)后，避免了以上的缺陷，實(shí)現(xiàn)了用數(shù)字方式來(lái)控制模擬信號(hào)，可以大幅度降低成本和功耗。另外，由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率較高,僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流，低速特性好；同樣，由于開(kāi)關(guān)頻率高,快速響應(yīng)特性好，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)，可以獲得很寬的頻帶;開(kāi)關(guān)器件只工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置效率高。PWM具有很強(qiáng)的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。2.2設(shè)計(jì)思路直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括：實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和急停，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。主體電路：即直流電機(jī)PWM控制模塊。這部分電路主要由AT89S52單片機(jī)的I/O端口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、外部鍵盤(pán)等控制直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。其間是通過(guò)AT89S52單片機(jī)產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號(hào)并輸入到L298驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制直流電機(jī)工作的。該直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成：設(shè)計(jì)輸入部分：這一模塊主要是利用獨(dú)立式鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和急?？刂啤ＴO(shè)計(jì)控制部分：主要由AT89S52單片機(jī)的外部鍵盤(pán)擴(kuò)展電路組成。直流電機(jī)PWM控制實(shí)現(xiàn)部分主要由一些二極管、電機(jī)和L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。設(shè)計(jì)測(cè)速部分：主要有光電對(duì)管和AT89S52實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)顯示部分：LCD數(shù)碼管顯示部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)速度實(shí)時(shí)顯示。三、各模塊的介紹PWM脈寬調(diào)速原理PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開(kāi)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(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過(guò)改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因?yàn)槿绱?，PWM又被稱(chēng)為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”，見(jiàn)圖3-1所示。11t2T圖3-1PWM信號(hào)的占空比設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，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(shí)的最大速度；D=tl/T是指占空比。由上面的公式可見(jiàn)，當(dāng)我們改變占空比D=t1/T時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度Va,從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，平均速度Va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，我們可以將其近似的看成是線性關(guān)系。PWM調(diào)速方法基于單片機(jī)類(lèi)由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM：在PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空比D是一個(gè)重要參數(shù)在電源電壓Ud不變的情況下，電樞端電壓的平均值取決于占空比D的大小，改變D的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達(dá)到調(diào)速的目的。改變占空比D的值有三種方法：A、 定寬調(diào)頻法：保持tl不變，只改變t2,這樣使周期（或頻率）也隨之改變。B、 調(diào)寬調(diào)頻法：保持t2不變，只改變tl,這樣使周期（或頻率）也隨之改變。C、 定頻調(diào)寬法：保持周期T（或頻率）不變，同時(shí)改變t1和t。前兩種方法在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期（或頻率），當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起振蕩，因此常采用定頻調(diào)寬法來(lái)改變占空比從而改變直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓。利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器外加軟件延時(shí)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整，此種方式可簡(jiǎn)化硬件電路，操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。PWM實(shí)現(xiàn)方式方案一：采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個(gè)us。方案二：采用軟件延時(shí)方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。故采用方案一。PWM控制流程圖在本設(shè)計(jì)中PWM脈沖調(diào)制的控制流程見(jiàn)下圖3-2。

圖3-2PWM控制流程3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.2.1系統(tǒng)基本組成硬件模塊組成單片機(jī)控制模塊(主)光電對(duì)管測(cè)速(主)L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊獨(dú)立鍵盤(pán)控制模塊LCD顯示模塊

3.2.2單片機(jī)整個(gè)控制模塊直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊見(jiàn)下圖4-1V飛飛SFE飛遷3IiEllLCD1AT89C51u^ XTAL1XTAL2P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10V飛飛SFE飛遷3IiEllLCD1AT89C51u^ XTAL1XTAL2P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/BXDP1.1P3.1/TXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/INT1P1.4P3.4/IDP1.5P3.52HP1.6P3.6/WRP3.7/RD藥---■"15SENSASENSBOUT20UT3OUT4D2SD101B/圖4-1直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊這里利用定時(shí)計(jì)數(shù)器讓單片機(jī)P2口的P2.7引腳輸出占空比不同的方波，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片L298放大后控制直流電機(jī)。驅(qū)動(dòng)芯片的輸入電壓是兩引腳的電壓差，在調(diào)速時(shí)一根引腳線為低電平，另一個(gè)引腳產(chǎn)生調(diào)速方波，這樣兩個(gè)引腳的電壓差就可通過(guò)控制其中一個(gè)引腳來(lái)控制。當(dāng)需要改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，兩個(gè)引腳的輸出相反。定時(shí)計(jì)數(shù)器50us中斷一次，就使P2.7產(chǎn)生一個(gè)高電平或低電平。占空比為高電平脈沖個(gè)數(shù)占一個(gè)周期總脈沖個(gè)數(shù)的百分?jǐn)?shù)。一個(gè)周期加在電機(jī)兩端的電壓為脈沖高電壓乘以占空比。占空比越大，加在電機(jī)兩端的電壓越大，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快。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(shí)，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。AT89S52的簡(jiǎn)介

AT89S52主要性能AT89S52是一種低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)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(chǔ)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,使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；1000次擦寫(xiě)周期；全靜態(tài)操作：OHz?33Hz；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；32個(gè)可編程I/O口線；三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；六個(gè)中斷源；全雙工UART串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；看門(mén)狗定時(shí)器；雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識(shí)符。AT89S52各引腳功能介紹12341234567891011121314151617181920■P1.0vcc■P1.1AD0/P0.0■P1.2AD1/P0.1-P1.3AD2/P0.2■P1.4AD3/P0.3P1.5AD4/P0.4■P1.6AD5/P0.5■P1.7AD6/P0.6■RSTAD7/P0.7■P3.0/RXD!EA/VPPP3.1/TXDALE/!PROG■P3.2/!INT0!PSEN'P3.3/!INT1A15/P2.71P3.4/T0A14/P2.6■P3.5/T1A13/P2.5P3.6/!WRA12/P2.4■P3.7/!RDA11/P2.3XTAL2A10/P2.2■XTAL1AP/P2.1■GNDA8/P2.0U?4039383736353433323130292827262524232221圖4-2AT89S52單片機(jī)各引腳AT89S52有6個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷（INTO和INT1），三個(gè)定時(shí)中斷（定時(shí)器0、1、2）和一個(gè)串行中斷。這些中斷每個(gè)中斷源都可以通過(guò)置位或清除特殊寄存器IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無(wú)效。IE還包括一個(gè)中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。AT89S52內(nèi)部具有看門(mén)狗定時(shí)器及3個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。16位是指他們都是由16個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，故最大計(jì)數(shù)模值為2161?？删幊淌侵杆鼈兊墓ぷ鞣绞接芍噶顏?lái)設(shè)置，或者當(dāng)計(jì)數(shù)器用，或者當(dāng)定時(shí)器用，并且記數(shù)（定時(shí)）的范圍也可以由指令來(lái)設(shè)置。這種控制功能是通過(guò)定時(shí)器方式控制器TMOD來(lái)完成的。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)：MCS-51器件有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以64K尋址。程序存儲(chǔ)器：如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開(kāi)始。對(duì)于89S52，如果EA接VCC，程序讀寫(xiě)先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為0000H?1FFFH）開(kāi)始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000H~FFFFH。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：AT89S52有256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。獨(dú)立式鍵盤(pán)控制模塊獨(dú)立式鍵盤(pán)獨(dú)立式鍵盤(pán)的按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵接一根I/O口線，一根1/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它I/O口線的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)I/O口線的電平狀態(tài)，即可判斷鍵盤(pán)上哪個(gè)鍵被按下，獨(dú)立式鍵盤(pán)見(jiàn)圖4-3。圖4-3獨(dú)立式鍵盤(pán)本系統(tǒng)中獨(dú)立式鍵盤(pán)與單片機(jī)的鏈接

本設(shè)計(jì)中有五個(gè)獨(dú)立式按鍵，分別控制電機(jī)的加速、減速、正反轉(zhuǎn)、急停和系統(tǒng)的復(fù)位,-->XTAL1igKTAL2RST1pa.T.'RDP2nraP2.1JW3P22^.1O咗咖1P2.4JW12P2JSmi3PZ.ft'ftUP2.Trft15PIEP1.1P12P1^P1.iP15Pi.5-->XTAL1igKTAL2RST1pa.T.'RDP2nraP2.1JW3P22^.1O咗咖1P2.4JW12P2JSmi3PZ.ft'ftUP2.Trft15PIEP1.1P12P1^P1.iP15Pi.5P1.TPDnWDDPn.ijftDiPD2mD2PD.jmosPD.UnDiPD.5W.D5PD.GWDbPQ.7JWD?略EhlmLEEAATT&：：51^TEXT-丄Z3「妞蘭嗤蘭悶EMP3.1HXD

Pl^lNTD

P3^lNTiPl.i'TDL298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介L(zhǎng)298是SGS公司的產(chǎn)品，L298N為15個(gè)管角的單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用L298N來(lái)接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載（比如繼電器，直流和步進(jìn)馬達(dá)）和開(kāi)關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，其額定工作電流為1A，最大可達(dá)1.5A，Vss電壓最小4.5V，最大可達(dá)46V；Vs電壓最大值也是46V。L298N可直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無(wú)須隔離電路，可以驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)。L298內(nèi)部的原理L298內(nèi)部H橋電路，電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰o4個(gè)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(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如，如圖4-5所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周?chē)募^指示為順時(shí)針?lè)较颍?。圖4-5H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)另一對(duì)三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周?chē)募^表示為逆時(shí)針?lè)较?，上圖反方向）。驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過(guò)兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，電路中除了三極管外沒(méi)有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管?；谏鲜鲈?，在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路方便地控15/28制三極管的開(kāi)關(guān)。L298的邏輯功能當(dāng)使能端為高電平時(shí)，輸入端IN1為PWM信號(hào),IN2為低電平信號(hào)時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；輸入端IN1為低電平信號(hào)，IN2為PWM信號(hào)時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；；IN1與IN2相同時(shí)，電機(jī)快速停止。當(dāng)使能端為低電平時(shí),電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。在對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電壓的控制和驅(qū)動(dòng)中，半導(dǎo)體功率器件(L298)在使用上可以分為兩種方式：線性放大驅(qū)動(dòng)方式和開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。線性放大驅(qū)動(dòng)方式是半導(dǎo)體功率器件工作在線性區(qū)，優(yōu)點(diǎn)是控制原理簡(jiǎn)單，輸出波動(dòng)小，線性好，對(duì)鄰近電路干擾小，缺點(diǎn)為功率器件工作在線性區(qū)，功率低和散熱問(wèn)題嚴(yán)重。開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)脈調(diào)制(PWM)來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的電壓，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制,L298邏輯功能見(jiàn)表4-1。表4-1L298邏輯功能IN1IN2IN1IN2XX10010011ENA電機(jī)狀態(tài)0停止1順時(shí)針1逆時(shí)針0停止0停止3.5.4本系統(tǒng)中單片機(jī)與L298的連接L298為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，在本設(shè)計(jì)中L298與單片機(jī)以及直流電機(jī)的連接見(jiàn)

SENSBIN1VCCVSSENSBIN1VCCVS2IN2OUT1IN33IN4OUT2ENA13ENBOUT3SENSAOUT414光電測(cè)速模塊光電測(cè)速的參數(shù)發(fā)射管:由紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵）制成PN結(jié),外加正向偏置電壓時(shí),向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光.接收管:光敏二極管或光敏三極管,PN結(jié)受照射后產(chǎn)生光電流.紅外發(fā)光二極管：發(fā)出紅外光（近紅外線約0.93um）。管壓降約1.4V，正向工作電流一般小于20mA。光電測(cè)速的原理紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發(fā)光管和接收管相對(duì)安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管與接收管并列一起，平時(shí)接收管始終無(wú)光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光線遇到反射物時(shí)，接收管收到反射回來(lái)的紅外光線才工作。

我們采用直射式，也就是碼盤(pán)紅外發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)有直流驅(qū)動(dòng)和脈沖驅(qū)動(dòng)兩種。紅外發(fā)射管在直流驅(qū)動(dòng)方式下，只適合近距離傳輸。當(dāng)紅外發(fā)射管在脈沖驅(qū)動(dòng)方式下,最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)20米。光電對(duì)管的電路圖:D1Q1vcc4-TLP104R128Res2R3150KDS613鄧D1Q1vcc4-TLP104R128Res2R3150KDS613鄧1R1330LLXR2―沁20KC1104C2104測(cè)速模塊流程圖初始化TO、T1,然后開(kāi)始定時(shí)器T0，接著開(kāi)啟計(jì)數(shù)器T1，判斷是否滿足條件，然后關(guān)閉計(jì)數(shù)器用公式計(jì)算速度，送到顯示。YYLCD顯示模塊1602LCD簡(jiǎn)介引腳功能說(shuō)明1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無(wú)背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如表4-2所示:表4-2：引腳接口說(shuō)明表編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫(xiě)選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第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(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高,對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)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(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7?14腳：DO?D7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。1602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)表液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖4-9是1602的內(nèi)部顯示地址。LCD0001020304050&0708090A0B000D0EOF10274041424344454&4748494A4B4C40；4E4F5067圖4-91602LCD內(nèi)部顯示地址例如第二行第一個(gè)字符的地址是40H，那么是否直接寫(xiě)入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷?xiě)入顯示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1所以實(shí)際寫(xiě)入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B(40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無(wú)需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有:阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定

的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H),顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。其中字符代碼與字符圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4-10所示：7^001-0：001101-010110011110101011I1W3101nuXXXXQOOflCGRAM0tp、p—pXXXX000111AQ>g口T+A14XXifXOOlO2BRbrrJllXFaxxxxoeu茁!c3ci」r毛tM(5)$4DT&iX工卜nXXXKOIOl⑹K$EU書(shū)u口+B0&6FViV力二3PX>7Gw￡w7JtXXxxiooo<DCaHXh翼彳4\3?XXxxioci91YIIV0jTVXXMX10106)■￡JzJtX□'Jjf^cxxxioii⑷+￡K(k(甘tnftXXXXXltoo(S37<L￥t1■fa7??eAXXXX1101⑹—M冊(cè)A%7t+xxxxiuo>N■m*八nxxxxuuT0-—7口6液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)如上圖4-1所示,該電路實(shí)現(xiàn)的功能是：通過(guò)AT89S52的P00?P07八個(gè)口輸出控制信號(hào)，控制液晶的8位雙向數(shù)據(jù)線，通過(guò)單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2向液晶模塊發(fā)送命令，控制液晶執(zhí)行各種命令，其中P2.2控制液晶的使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令，P2.0控制液晶模塊的讀寫(xiě)，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)P2.0和P2.1共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)P2.1為低電平P2.0為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)P2.1為高電平P2.0