單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告溫控直流電機(jī)轉(zhuǎn)速

-.z.摘要本論文要求使用單片機(jī)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，同時(shí)單片機(jī)部分應(yīng)帶有顯示功能。單片機(jī)對(duì)*個(gè)位置進(jìn)行溫度監(jiān)控，當(dāng)外部溫度≥45℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速正轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度≥75℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速正轉(zhuǎn)；當(dāng)外部溫度≤10℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速反轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度≤0℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速反轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度回到10℃～45℃之間時(shí)電動(dòng)機(jī)逐漸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。溫度采集模塊可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，利用單片機(jī)的一個(gè)I/O口的引腳，通過(guò)軟件對(duì)這個(gè)引腳不斷地輸出高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM波的輸出，51系列單片機(jī)無(wú)PWM輸出功能，可以采用定時(shí)器配合軟件的方法輸出。對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合，非常實(shí)用。所謂脈沖寬度調(diào)制是指用改變電機(jī)電樞電壓接通與斷開的時(shí)間的占空比來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)。PWM驅(qū)動(dòng)裝置是利用全控型功率器件的開關(guān)特性來(lái)調(diào)制固定電壓的直流電源，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”與“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短，改變直流電動(dòng)機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，這種裝置又稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。對(duì)于直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其方法是通過(guò)改變電機(jī)電樞電壓導(dǎo)通時(shí)間與通電時(shí)間的比值（即占空比）來(lái)控制電機(jī)速度。本次設(shè)計(jì)可以作為簡(jiǎn)單控制向復(fù)雜控制的過(guò)度，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制外，還要進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。為以后復(fù)雜控制設(shè)計(jì)做基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：PWM；單片機(jī)；溫度控制-.z.1設(shè)計(jì)總說(shuō)明1.1引言在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用，無(wú)論在工業(yè)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)與辦公設(shè)備，還是在日常生活中的家用電器，都在大量地使用著各式各樣的電動(dòng)機(jī)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在有的90%以上的動(dòng)力源來(lái)自于電動(dòng)機(jī)，我國(guó)生產(chǎn)的電能大約有60%用于電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)與人們的生活息息相關(guān)，密不可分。隨著現(xiàn)代化步伐的邁進(jìn)，人們對(duì)自動(dòng)化的需求越來(lái)越高，使電動(dòng)機(jī)控制向更復(fù)雜的控制發(fā)展。1.2研究意義對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制可分為簡(jiǎn)單控制和復(fù)雜控制兩種，簡(jiǎn)單控制是對(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，復(fù)雜控制是對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩、電壓、電流等物理量進(jìn)行控制。本次設(shè)計(jì)可以作為簡(jiǎn)單控制向復(fù)雜控制的過(guò)度，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制外，還要進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。為以后復(fù)雜控制做為基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大*圍內(nèi)平滑調(diào)速，早期直流電動(dòng)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(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用*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(lái)完成，為直流電動(dòng)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，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制，控制靈活性和適應(yīng)性好，無(wú)零點(diǎn)漂移，控制精密高，可提供人機(jī)界面，多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作。采用智能功率電路驅(qū)動(dòng)比傳統(tǒng)的分立功率器件組成的驅(qū)動(dòng)體積小，功能強(qiáng)；減少了電路元器件數(shù)量，提高了系統(tǒng)的可靠性；監(jiān)控更容易實(shí)現(xiàn)；集成化使電路的連線減少，減少了布線電容和電感以及信號(hào)傳輸?shù)难訒r(shí)，增加了系統(tǒng)抗干擾的能力；集成化使系統(tǒng)成本大大降低。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)將介紹一種基于單片機(jī)的溫度控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為核心，通過(guò)AT89C51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)字溫度傳感器DS18B20，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集通過(guò)溫度的比較和溫度*圍設(shè)定的程序控制產(chǎn)生PWM（脈寬調(diào)制）信號(hào)；通過(guò)L298驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制直流電機(jī)的啟動(dòng)、速度、方向的變化；通過(guò)LM016L顯示溫度。論文包括對(duì)單片機(jī)的功能及各個(gè)管腳和晶振復(fù)位電路的介紹，整個(gè)電路設(shè)計(jì)包括溫度采集模塊，單片機(jī)控制模塊，溫度顯示模塊，和電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及主要技術(shù)指標(biāo)本論文要求使用單片機(jī)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，同時(shí)單片機(jī)部分應(yīng)帶有顯示功能。單片機(jī)對(duì)*個(gè)位置進(jìn)行溫度監(jiān)控，當(dāng)外部溫度≥45℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速正轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度≥75℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速正轉(zhuǎn)；當(dāng)外部溫度≤10℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速反轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度≤0℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速反轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度回到10℃～45℃之間時(shí)電動(dòng)機(jī)逐漸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。2.2系統(tǒng)總體方案系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，如下圖1單單片機(jī)溫度顯示溫度采集DS18B20PWM輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)L298直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)供電圖1系統(tǒng)總體方案圖2.3總體方案論述該系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為核心，通過(guò)DS18B20進(jìn)行溫度采集，送入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)軟件編程進(jìn)行溫度的比較和*圍劃定，然后通過(guò)程序控制由單片機(jī)產(chǎn)生不同的PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)，送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的使能端口，通過(guò)L298驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制直流電機(jī)的啟動(dòng)、速度、方向的變化；單片機(jī)將溫度數(shù)據(jù)傳送給LM016L顯示溫度。整個(gè)電路設(shè)計(jì)包括溫度采集模塊，單片機(jī)控制模塊，溫度顯示模塊，和電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。3硬件電路設(shè)計(jì)3.1溫度采集模塊的電路連接DS18B20有三個(gè)管腳：GND為電源地，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端，VCC為外接供電電源接入端（用寄生電源方式時(shí)接地）。在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)VCC、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。本系統(tǒng)中DS18B20的DQ口與單片機(jī)的P3.3口連接，GND接地。Protues軟件仿真圖如圖2所示。圖2DS18B20的Protues仿真圖3.2轉(zhuǎn)速控制模塊設(shè)計(jì)A（IN1）、B(IN2)分別與AT89C51單片機(jī)的P1.0、P1.1相連接，輸入控制電位來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ENA與單片機(jī)的P1.2口相連接，P1.2口輸出控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的PWM信號(hào)，來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的加速、減速，啟動(dòng)、停止。由于我們使用的電機(jī)是線圈式的，在從運(yùn)行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到停止?fàn)顟B(tài)和從順時(shí)針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時(shí)針狀態(tài)時(shí)會(huì)形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用就是在產(chǎn)生反向電流的時(shí)候進(jìn)行泄流，保護(hù)芯片的安全。上面接電源那個(gè)是當(dāng)VS斷電后，電機(jī)的產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生很大的電動(dòng)勢(shì)保護(hù)電機(jī)(因?yàn)殡姍C(jī)可能正傳或者反轉(zhuǎn)，所以兩個(gè)方向均要設(shè)計(jì)二極管)，接地那個(gè)作用在于保護(hù)單片機(jī)等元件。圖3轉(zhuǎn)速控制模塊protues仿真的電路圖3.3溫度顯示模塊設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)手冊(cè)中可能介紹LM1602內(nèi)部D0～D7已有上拉，可以使用P0口直接驅(qū)動(dòng)。在Proteus里L(fēng)M016L內(nèi)部可能沒(méi)有,應(yīng)該人為加上拉電阻。圖5溫度顯示模塊設(shè)計(jì)proteus仿真圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件構(gòu)架端口初始化端口初始化液晶顯示程序DS18B20函數(shù)初始化讀取溫度值并顯示延時(shí)開啟中斷T0定時(shí)器控制電動(dòng)機(jī)正/反轉(zhuǎn)，并通過(guò)PWM信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等待中斷開始返回圖6系統(tǒng)軟件總框圖元器件清單表2元器件清單名稱型號(hào)數(shù)量備注單片機(jī)AT89C511二極管1N40071電容CAP2220pF2100nF電解電容CAP-ELEC110uF晶振CRYSTAL112MHZ溫度采集器DS18B201電機(jī)控制元件L2981LCD顯示器LM016L1電機(jī)轉(zhuǎn)子MOTOR-DC1電阻排阻RESPESPACK11110K4.7K6電路設(shè)計(jì)仿真圖7設(shè)計(jì)電路的proteus仿真結(jié)論本方案實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)通過(guò)對(duì)溫度的采集和比較對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，以及利用軟件模擬實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速的方法。以AT89C51單片機(jī)為控制核心，通過(guò)DS18B20進(jìn)行溫度采集，送入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)軟件編程進(jìn)行溫度的比較和*圍劃定，然后通過(guò)程序控制由單片機(jī)產(chǎn)生不同的PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制信號(hào)，送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的使能端口，通過(guò)L298驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制直流電機(jī)的啟動(dòng)、速度、方向的變化實(shí)現(xiàn)了對(duì)普通直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，為進(jìn)一步研究和優(yōu)化直流電機(jī)控制方法提供了基礎(chǔ)。達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)*個(gè)位置進(jìn)行溫度監(jiān)控，當(dāng)外部溫度≥45℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速正轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度≥75℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速正轉(zhuǎn)；當(dāng)外部溫度≤10℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速反轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度≤0℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速反轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度回到10℃～45℃之間時(shí)電動(dòng)機(jī)逐漸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。從這次的設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過(guò)程中才能提高，這就是我在這次設(shè)計(jì)中的最大收獲。參考文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)程序*include<reg51.h>*include<intrins.h>*difineuchar；unsignedchar*difineuint；unsignedint*definedelayNOP(){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}sbitDQ=p3^3;sbitLCD_RS=p2^0;sbitLCD_RW=p2^1;sbitLCD_EN=p2^2;sbitMA=P1^0;sbitMB=p1^1;sbitPWM1=p1^2;ucharcodetemp_DISP_Title[]={"Currenttemp:"};ucharcurrent_temp_Display_Buffer[]={"TEMP:"};//溫度字符ucharcode_temperature_char[8]={0*0C,0*12,0*12,0*0C,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,};//溫度小數(shù)位對(duì)照表uchuarcodedf_Table[]={0,1,1,2,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9};ucharCurrenT=0;//當(dāng)前讀取的溫度整數(shù)部分charSigned_Temp=0;//有符號(hào)溫度值ucharTemp_Value[]={0*00,0*00};//從DS18B20讀取溫度值ucharBack_Temp_Value[]={0*FF,0*FF};//溫度數(shù)據(jù)備份ucharDisplay_Digit={0,0,0,0};//待顯示的各溫度數(shù)位bitDS18B20_IS_OK=1;//傳感器正常標(biāo)志uinttCount=0;//---------------------------------------------------------------------//延時(shí)1//---------------------------------------------------------------------voidDelay*us(int*){uchari;while(*--)for(i=0;i<200;i++);}//---------------------------------------------------------------------//液晶控制函數(shù)------------------------------------------------------------------//ucharLCD_Busy_Check()reentrant//voidWrite_LCD_mand(ucharcmd)//voidWrite_LCD_Data(uchardata)//voidLCD_Initialise()//voidSet_LCD_POS(ucharpos)//voidWrite_NEW_LCD_Char()//---------------------------------------------------------------------//---------------------------------------------------------------------//延時(shí)2//---------------------------------------------------------------------voidDelay(unit*){while(--*);}//---------------------------------------------------------------------//初始化DS18B20//---------------------------------------------------------------------ucharInit_DS18B20(){ucharDQ=1;Delay(8);DQ=0;Delay(90);DQ=1;Delay(8);status=DQ;Delay(100);DQ=1;returnstatus;//初始化成功返回0}//---------------------------------------------------------------------//讀一字節(jié)//---------------------------------------------------------------------ucharReadOneByte(){uchari,dat=0;DQ=1;_nop_();for(i=0;i<8;i++){DQ=0;data>>=1;DQ=1;_nop_();_nop_();if(DQ)dat1=0*80;Delay(30);DQ=1;}returndat;}//---------------------------------------------------------------------//寫一字節(jié)//---------------------------------------------------------------------voidWriteOnebyte(uchardat){uchari;for(i=0;i<8;i++){DQ=0;DQ=dat&0*01;Delay(5);DQ=1;dat>>=1;}}//---------------------------------------------------------------------//讀取溫度值//---------------------------------------------------------------------voidRead_Temperature(){if(Init_DS18B20()==1)//DS18B20故障DS18B20_IS_OK=0;else{writeoneByte(0*CC);//跳過(guò)序列號(hào)writeoneByte(0*44);//啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換Init_DS18B20();writeoneByte(0*CC);writeoneByte(0*BE);//讀取溫度寄存器Temp_Value[0]=ReadOneByte();//溫度低8位Temp_Value[1]=ReadOneByte();//溫度高8位DS18B20_IS_OK=1;}}//---------------------------------------------------------------------//在LCD上顯示當(dāng)前溫度//---------------------------------------------------------------------voidDisplay_Temperature(){uchari;uchart=150;//延時(shí)值ucharng=0;//負(fù)數(shù)標(biāo)識(shí)//如果為負(fù)數(shù)則取反加1，并設(shè)置負(fù)數(shù)標(biāo)識(shí)if（（Temp_Value[1]&0*F8）==0*F8）{Temp_Value[1]=～Temp_Value[1];Temp_Value[0]=～Temp_Value[0]+1;if(Temp_Value[0]==0*00)Temp_Value[1]++;ng=1;}//查表得到溫度小數(shù)部分Display_Digit[0]=df_Table[Temp_Value[0]&0*0F];//獲取溫度整數(shù)部分（無(wú)符號(hào)）Current=((Temp_Value[0])&0*F0)>>4)|((Temp_Value[1]&0*07)<<4);//獲取有符號(hào)溫度值（忽略小數(shù)位）Signed_Temp=!ng"CurrenT:-CurrenT;//將整數(shù)部分分解為三位待顯示數(shù)字Display_Digit[3]=CurrenT/100;Display_Digit[2]=CurrenT%100/10;Display_Digit[1]=CurrenT%10;//刷新LCD顯示緩沖Current_Temp_Display_Buffer[11]=Display_Digit[0]+'0';Current_Temp_Display_Buffer[10]='.';Current_Temp_Display_Buffer[9]=Display_Digit[1]+'0';Current_Temp_Display_Buffer[8]=Display_Digit[2]+'0';Current_Temp_Display_Buffer[7]=Display_Digit[3]+'0';//高位為0時(shí)不顯示if(Diplay_Digit[3]==0)Current_Temp_Display_Buffer[7]='';//高位為0且次高位為0時(shí)，次高位不顯示if(Display_Digit[2]==0&&Display_Digit[3]==0)//負(fù)數(shù)符號(hào)顯示在恰當(dāng)位置if(ng){if(Current_Temp_Display_Buffer[8]=='')Current_Temp_Display_Buffer[8]=='-';elseif(Current_Temp_Display_Buffer[7]=='')Current_Temp_Display_Buffer[7]=='-';)else(Current_Temp_Display_Buffer[6]=='-';}//在第一行顯示標(biāo)題Set_LCD_POS(0*00);for(i=0;i<16;i++)Write_LCD_Data(Temp_Disp_Title[i]);//在第二行顯示當(dāng)前溫度Set_LCD_POS(0*40);for(i=0;i<16;i++)Write_LCD_Data(Current_Temp_Display_Buffer[i]);//顯示溫度符號(hào)℃Set_LCD_POS(0*4D);Write_LCD_Data(0*00);Set_LCD_POS(0*4E);Write_LCD_Data('C');}//---------------------------------------------------------------------//T0定時(shí)器控制電動(dòng)機(jī)正/反轉(zhuǎn)，并輸出PWM信號(hào)控制轉(zhuǎn)速//---------------------------------------------------------------------VoidT0_INT()interrup1{TH0=-50000/256;TL0=-50000%256;Read_Temperature();//讀取溫度if(!DS18B20_IS_OK)return;//讀錯(cuò)時(shí)退出//讀取正常且溫度發(fā)生變化則刷新顯示if(Temp_Value[0]!=Back_Value[0]||Temp_Value[1]!=Back_Value[1]){Back_Temp_Value[0]=Temp_Value[0];Back_Temp_Value[1]=Temp_Value[1];Disply_Temperature();}//≥75℃或≤0℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速轉(zhuǎn)動(dòng)，占空比為100%.if(Signed_Temp≥75)Signed_Temp=75;if(Signed_Temp≤0)Signed_Temp=0;//>=45℃時(shí)加速正轉(zhuǎn)，75℃時(shí)全速運(yùn)行if(Signed_Temp≥45){MA=1;MB=0;//正轉(zhuǎn)if(Signed_Temp==45)//PWM輸出（占空比：0%）{PWM1=0;Delay*us(30);return;}elseif(Signed_Temp==75)//PWM輸出（占空比：