單片機(jī)電機(jī)控制與測速顯示設(shè)計(jì)報(bào)告

1、0 / 29 文檔可自由編輯 “星凱”杯 電子元器件組裝與設(shè)計(jì)大賽 課題名稱：課題名稱：直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制 參賽隊(duì)員：張文虎參賽隊(duì)員：張文虎 周浩涵周浩涵 王王 軍軍 JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 1 / 29 文檔可自由編輯 目目 錄錄 目目 錄錄.1 1 1 1 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制方案設(shè)計(jì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制方案設(shè)計(jì).2 2 1.1 設(shè)計(jì)要求 .2 1.2 設(shè)計(jì)框圖.3 2 2 簡簡 介介.4 4 2.1 主要器件功能.4 2.2 硬件原理圖 .13 3 3 硬件電路測試硬件電路測試.6 6 3.1 單片機(jī)部分及接口電路測試 .6 3.2 鍵盤控

2、制與電機(jī)控制引線 .6 3.3 電機(jī)部分電路及接口電路測試 .7 3.4 測速電路 .8 3.5 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路 .8 4 4 軟件程序測試軟件程序測試 .9 9 4.1 按鍵程序 .9 4.2PWM 程序 .9 4.3 測速系統(tǒng)程序 .11 4.4 調(diào)速程序 .12 5 5 硬件電路原理總圖硬件電路原理總圖 .1212 6 6 總設(shè)計(jì)程序總設(shè)計(jì)程序 .1616 7 7 結(jié)束語結(jié)束語 .1919 8 8 附錄附錄 .2020 8.1 實(shí)物圖 .20 8.2 參考文獻(xiàn) .20 2 / 29 文檔可自由編輯 1 1 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制設(shè)計(jì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制設(shè)計(jì)方案方案 1.11.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)

3、任務(wù)及要求 一、任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，包括控制器、直流電機(jī) 和轉(zhuǎn)速檢測裝置。要求采用 PWM 方式驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)?？刂葡到y(tǒng)原理可 按圖 1 所示框圖設(shè)計(jì)。 二、基本要求（50 分） （1）能以數(shù)字形式顯示轉(zhuǎn)速和給定轉(zhuǎn)速，能通過按鍵設(shè)置轉(zhuǎn)速給 定值。（25 分） （2）給定轉(zhuǎn)速從 1000 轉(zhuǎn)/分變化到 1500 轉(zhuǎn)/分時(shí)，控制超調(diào) 100 轉(zhuǎn)，由給定階躍變化開始到轉(zhuǎn)速控制在 150050 轉(zhuǎn)的時(shí)間10 秒，穩(wěn)態(tài)誤差15 轉(zhuǎn)。（25 分） 三、發(fā)揮部分（50 分） 單 片 機(jī) 轉(zhuǎn)速測量 PWM 驅(qū) 動(dòng) 轉(zhuǎn)速顯示 按鍵接口 供 電 電 源 直 流 電 機(jī) 圖 1 轉(zhuǎn)速控制器原理框

4、圖 3 / 29 文檔可自由編輯 （1）進(jìn)一步改善控制質(zhì)量，給定轉(zhuǎn)速從 1000 轉(zhuǎn)/分變化到 1500 轉(zhuǎn)/分時(shí)，控制超調(diào)20 轉(zhuǎn)，由給定階躍變化開始到轉(zhuǎn)速控制在 150050 轉(zhuǎn)的時(shí)間5 秒，穩(wěn)態(tài)誤差5 轉(zhuǎn)。（20 分） （2）能通過按鍵設(shè)置直流電機(jī)按正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。（20 分） （3）其它。 （10 分） 1.21.2 設(shè)計(jì)框圖設(shè)計(jì)框圖 本課題中測量控制電路組成框圖 2 如下所示： 圖 2 設(shè)計(jì)總流程圖 本次設(shè)計(jì)采用的是 ATM 公司的 STC89C52 單片機(jī)作為主要程序處 理芯片。設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)部分： 第一：數(shù)碼管顯示及驅(qū)動(dòng) 4 / 29 文檔可自由編輯 第二：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制

5、第三：電機(jī)測速信號(hào)采集與處理 通過單片機(jī)的處理及外圍鍵盤電路有效結(jié)合的實(shí)現(xiàn)了上面三個(gè)部 分的融合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制與測速功能，并能實(shí)時(shí)反映出轉(zhuǎn)速， 達(dá)到了設(shè)計(jì)題目要求。 2 2 芯片簡介芯片簡介 5 / 29 文檔可自由編輯 2.12.1 主要器件功能主要器件功能 2.1.12.1.1 L298L298 芯片介紹芯片介紹 L298N 是專用驅(qū)動(dòng)集成電路，屬于 H 橋集成電路，與 L293D 的差 別是其輸出電流增大，功率增強(qiáng)。其輸出電流為 2A，最高電流 4A，最 高工作電壓 50V，可以驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，如大功率直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)， 電磁閥等，特別是其輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，從而很方便地受

6、 單片機(jī)控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)時(shí)，可以直接控制步進(jìn)電機(jī)，并可以實(shí) 現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。此外可 能通過使能端的高低電平的變換,從而使電機(jī)通斷,來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 圖 3 L298N 芯片引腳圖 6 / 29 文檔可自由編輯 板上的EN1 與EN2 為高電平時(shí)有效，這里的電平指的是TTL 電平。ENA 為IN1 和IN2 的使能端，ENB為IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流電 源，注意正負(fù)，電源正端為VCC，電源地為GND。本次設(shè)計(jì)因只需要控 制一臺(tái)電機(jī)，故只需要使用一個(gè)使能端和一組輸出就行了。 2.1.22.1.2 74HC57374HC573 芯片介

7、紹芯片介紹 74HC573 為驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的芯片，其原理說明：74HC573 的八個(gè)鎖存 器都是透明的 D 型鎖存器，當(dāng)使能（G）為高時(shí)，Q 輸出將隨數(shù)據(jù) （D）輸入而變。當(dāng)使能為低時(shí)，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。 輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出 被關(guān)閉時(shí)，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動(dòng)大電容或低阻抗 負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動(dòng)總線，而不需要外接口。特別 適用于緩沖寄存器，I/O 通道，雙向總線驅(qū)動(dòng)器和工作寄存器。其引 腳圖如下： 7 / 29 文檔可自由編輯 D0 2 D1 3 D2 4 D3 5 D4 6 D5 7 D6 8 D7 9 Q0 1

8、9 Q1 18 Q2 17 Q3 16 Q4 15 Q5 14 Q6 13 Q7 12 LE 11 OE 1 U1 74HC573 圖 4 74HC573 芯片引腳圖 3 3 硬件電路測試硬件電路測試 3.13.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)及復(fù)位電路測試單片機(jī)最小系統(tǒng)及復(fù)位電路測試 8 / 29 文檔可自由編輯 圖 5 單片機(jī)最小系統(tǒng)與復(fù)位電路 3.23.2 鍵盤控制電路與電機(jī)控制引線鍵盤控制電路與電機(jī)控制引線 圖 6 按鍵控制接口電路 9 / 29 文檔可自由編輯 3.33.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分電路及電路測試電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分電路及電路測試 圖 7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 本次使用的是常見的驅(qū)動(dòng)芯片 L298N。電機(jī)控制

9、測試時(shí),L298N 的 IN3,IN4 的輸出控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng) IN3,IN4 為 0,1,時(shí)是一種轉(zhuǎn)向, 當(dāng) IN3,IN4 為 1,0 時(shí),就反向轉(zhuǎn)動(dòng)。而電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制是通過 L298N 的 ENB（或 ENA）來控制,由于 ENB 的狀態(tài)直接確定電機(jī)的通斷,所以,測試 時(shí),通過單片機(jī) IO 端口直接調(diào)節(jié) ENB 占空比的輸出來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 控制. 10 / 29 文檔可自由編輯 電機(jī)的測速是通過光電傳感器（H42B6）來獲取的。電機(jī)的葉片上 有空隙,當(dāng)光線被遮住時(shí),光電傳感器產(chǎn)生脈沖，然后經(jīng)過放大器處理 后輸出的脈沖數(shù)被單片機(jī)中斷口記錄。通過單片機(jī)內(nèi)部計(jì)時(shí)，當(dāng)一定 的時(shí)間到時(shí),通過

10、計(jì)算程序得出在 1 分鐘的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，然后通過 4 位數(shù) 碼管上顯示出來. 3.43.4 信號(hào)采集電路與處理電路信號(hào)采集電路與處理電路 Q1 2N3708 Vcc R1 300 R2 10k R3 10k R4 1k +88.8 Volts A B C D Demodulator IRL1 IRLINK 圖 8 信號(hào)采集電路調(diào)試圖 11 / 29 文檔可自由編輯 3.53.5 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路 圖 9 數(shù)碼管段選接口電路 4 4 軟件程序測試軟件程序測試 4.14.1 按鍵功能設(shè)置程序按鍵功能設(shè)置程序 當(dāng)按鍵按下的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)低電平,連接單片機(jī)上 IO 端口，產(chǎn)生外 部中斷,使得單片

11、機(jī)執(zhí)行程序內(nèi)容，具體的程序如下: void keyscan()/鍵盤掃描控制 if(zt=0) /暫停 delay(5); if(zt=0) EA=EA; 12 / 29 文檔可自由編輯 M1=0; M2=0; if(jia=0) /設(shè)定值增加 delay(10); if(jia=0) +num; if(num=3000) num=0; if(jian=0)/設(shè)定值減小 delay(10); if(jian=0) num-; if(num=-1) num=3000； if(fz=0)/電機(jī)反轉(zhuǎn) p1.5 delay(5); if(fz=0) M1=0; M2=1; 13 / 29 文檔可自由編

12、輯 /while(!zf); if(zf=0)/電機(jī)正轉(zhuǎn) p1.6 delay(5); if(zf=0) M1=1; M2=0; /while(!zf); if(jas=0)/電機(jī)加速 p3.7 delay(5); if(jas=0) if(dj0) dj-; 14 / 29 文檔可自由編輯 else dj=0; 4.24.2 PWMPWM 程序程序 因?yàn)殡姍C(jī)調(diào)速是本次設(shè)計(jì)的最主要任務(wù)之一，所以 PWM 程序也是 程序中最重要的一環(huán)。 PWM 的調(diào)速原理是通過調(diào)節(jié)一個(gè)斬波周期中的脈沖占空比來調(diào)節(jié)電 機(jī)功率而達(dá)到調(diào)速目的。本設(shè)計(jì)中，PWM 的斬波周期為 500us，那也就 是說斬波頻率為 2kH

13、z，在理論上能達(dá)到 0.05%線性可調(diào)，也就是能以 0.05%的調(diào)節(jié)精度來調(diào)節(jié) PWM 占空比。 PWM 調(diào)速子程序是放在定時(shí)器 0 中斷中進(jìn)行的，中斷設(shè)置如下： void T0zd() interrupt 1 / 1 為 定時(shí)器 0 的中斷號(hào) 0 TF0=0; TH0 = 0 xfe; / TL0 = 0 x0c; timer1+; timer2+; if(timer1100) timer1=0;/總周期 T if(timer1dj) PWM=1;/獲得高電平時(shí)間 else PWM=0; 15 / 29 文檔可自由編輯 4.34.3 測速系統(tǒng)程序測速系統(tǒng)程序 測速是本設(shè)計(jì)的另外一個(gè)重點(diǎn)。本設(shè)

14、計(jì)中測速系統(tǒng)的工作原理為： 利用電機(jī)葉片上，引起光電傳感器產(chǎn)生脈沖，單片機(jī)就采集此脈沖數(shù)， 加以計(jì)算，得出其實(shí)時(shí)速度，通過 4 為數(shù)碼管顯示出來。測速程序是 使用外部中斷，通過單片機(jī)中斷口，進(jìn)行計(jì)數(shù)后得到： 初始化程序如下： TMOD=0 x01; ET0=1; EA=1; /開總中斷 EX0=1; IT0=1; /下降沿觸發(fā) TR0= 1; x=0; 函數(shù)中，TH1_1，TL1_1 就是存放計(jì)數(shù)器 1 的計(jì)數(shù)值的緩沖區(qū)，當(dāng) 它們從 TH1 和 TL1 中取得數(shù)值之后，TH1 和 TL1 隨即被清零，為下一次 計(jì)數(shù)做好準(zhǔn)備。 void int0(void) interrupt 0 using

15、0 EX0=0; x+; /中斷計(jì)數(shù) EX0=1; 4.44.4 鍵盤調(diào)速程序鍵盤調(diào)速程序 16 / 29 文檔可自由編輯 本程序中我們直接利用鍵盤改變?cè)O(shè)置變量改變單片機(jī)輸出 PWM 從而 改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,其相應(yīng)鍵盤控制的程序如下: if(jas=0)/電機(jī)加速 p3.7 delay(5); if(jas=0) if(dj0) dj-; else dj=0; 5 5 硬件電路原理圖硬件電路原理圖 17 / 29 文檔可自由編輯 圖 10 總設(shè)計(jì)電路圖 6 6 總程序總程序 #include 18 / 29 文檔可自由編輯 #include #define TIME_CYLC 100 #defi

16、ne uchar unsigned char #define uint unsigned int #define ulong unsigned long uchar qian,bai,shi,ge, mqian, mbai, mshi, mge,dj=10,timer2=0; ulong num2=0,num=0,num1=0,timer1=0; uint x ; uchar code table= 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f, 0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07, 0 x7f,0 x6f; void shuma(uchar qian,uchar bai,uch

17、ar shi,uchar ge); void shuma1(uchar mqian,uchar mbai,uchar mshi,uchar mge); void delay(uchar); sbit PWM=P10; sbit zt=P17;/暫停 sbit jia=P13;/加設(shè)置 sbit jian=P14;/減設(shè)置 sbit M1=P11;/正極設(shè)置 sbit M2=P12;/負(fù)極設(shè)置 sbit fz=P16;/反轉(zhuǎn)按鍵 sbit zf=P15;/正轉(zhuǎn)按鍵 19 / 29 文檔可自由編輯 sbit jas=P37;/加速按鍵 sbit js=P36;/減速按鍵 bit biaozhi=0

18、;/計(jì)算轉(zhuǎn)速 void keyscan(); void main() M1=1; M2=0; TMOD=0 x01; ET0=1; EA=1; /開總中斷 EX0=1; IT0=1; /下降沿觸發(fā) TR0= 1; x=0; while(1) keyscan(); shuma(qian,bai,shi,ge); shuma1(mqian,mbai,mshi,mge); if(timer1100) timer1=0;/總周期 T if(timer1TIME_CYLC) /500um*100 biaozhi=1; /timer2=0; void int0(void) interrupt 0 usin

19、g 0 23 / 29 文檔可自由編輯 EX0=0; x+; /中斷計(jì)數(shù) EX0=1; /*鍵盤控制程序*/ void keyscan()/鍵盤掃描控制 if(zt=0) /暫停 delay(5); if(zt=0) EA=EA; M1=0; M2=0; if(jia=0) /設(shè)定值增加 delay(10); if(jia=0) +num; if(num=3000) num=0; if(jian=0)/設(shè)定值減小 24 / 29 文檔可自由編輯 delay(10); if(jian=0) num-; if(num=-1) num=3000; if(fz=0)/電機(jī)反轉(zhuǎn) p1.5 delay(5); if(fz=0) M1=0; M2=1; /while(!zf); if(zf=0)/電機(jī)正轉(zhuǎn) p1.6 delay(5); if(zf=0) M1=1; M2=0; /while(!zf); 25 / 29 文檔可自由編輯 if(jas=0)/電機(jī)加速 p3.7 delay(5); if(jas=0) if(dj0) dj-