單片機(jī)控制直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

1、山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 高職畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）高職畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 課題名稱(chēng)課題名稱(chēng) 單片機(jī)控制直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)電一體化 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)教師： 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)（論論文文）任任務(wù)務(wù)書(shū)書(shū) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 單片機(jī)控制直流電機(jī)的變速設(shè)計(jì)單片機(jī)控制直流電機(jī)的變速設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)：專(zhuān)業(yè)： 機(jī)電一體化機(jī)電一體化 姓名：姓名： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作起止時(shí)間畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作起止時(shí)間： 2011.03.12-2011.04.242011.03.12-2011.04.24 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容要求：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容要求： 1

2、. 有利于自動(dòng)化，減少投資，提高生產(chǎn)率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量 2. 功能更強(qiáng)、性能更好 3.了解應(yīng)用整機(jī)連接及性能測(cè)試。 指導(dǎo)教師（簽名）：指導(dǎo)教師（簽名）： 系主任：系主任： 年年 月月 日日 目錄目錄 第一章 總體設(shè)計(jì)方案 1 1.1 方案選取1 1.1.1 方案一：PWM 波調(diào)速1 1.1.2 方案二：晶閘管調(diào)速2 第二章 單元模塊設(shè)計(jì) 3 2.1 H 橋電路方案設(shè)計(jì)3 2.2 調(diào)速設(shè)計(jì)方案4 2.3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)5 2.3.1 電源電路5 2.4 H 橋驅(qū)動(dòng)電路5 25 基于霍爾傳感器的測(cè)速模塊6 26 LCD 顯示模塊7 2.7 調(diào)速設(shè)計(jì)模塊8 2.8 測(cè)速軟件設(shè)計(jì)10 第三章 系統(tǒng)功能

3、調(diào)試 11 3.1 調(diào)試軟件介紹11 3.2 直流電機(jī)的調(diào)速功能仿真12 3.3 電機(jī)速度的測(cè)量并顯示功能仿真13 3.4 系統(tǒng)的電路原理圖13 設(shè)計(jì)總結(jié)14 參考文獻(xiàn)15 附錄16 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 一、課題設(shè)計(jì)（論文）目的及意義 在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，自動(dòng)控制系統(tǒng)，電子儀器設(shè)備、家用電器、電子玩具等等方 面，直流電機(jī)都得到了廣泛的應(yīng)用。大家熟悉的錄音機(jī)、電唱機(jī)、錄相機(jī)、電子計(jì)算 機(jī)等，都不能缺少直流電機(jī)。所以直流電機(jī)的控制是一門(mén)很實(shí)用的技術(shù)。直流電機(jī)， 大體上可分為 3 類(lèi)：幾相繞組的步進(jìn)電機(jī)、永磁式換流器直流電機(jī)、伺服電機(jī)、 直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)性能和調(diào)速特性，它的特點(diǎn)是啟

4、動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，最大轉(zhuǎn)矩大， 能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟(jì)地調(diào)速，轉(zhuǎn)速控制容易，調(diào)速后效率很高。與交流調(diào)速 相比，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，維護(hù)工作量大。適用范圍：直流調(diào)速器在數(shù) 控機(jī)床、造紙印刷、紡織印染、光纜線纜設(shè)備、包裝機(jī)械、電工機(jī)械、食品加工機(jī)械、 橡膠機(jī)械、生物設(shè)備、印制電路板設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、焊接切割、輕工機(jī)械、物流輸送 設(shè)備、機(jī)車(chē)車(chē)輛、醫(yī)療設(shè)備、通訊設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備、衛(wèi)星地面接受系統(tǒng)等行業(yè)廣泛應(yīng) 用。 我認(rèn)為設(shè)計(jì)一個(gè)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，不論是從學(xué)習(xí)還是實(shí)踐的角度，對(duì)一名機(jī)電 一體化專(zhuān)業(yè)的大學(xué)生都會(huì)產(chǎn)生積極地作用，有利于提高學(xué)習(xí)熱情。 二、課題設(shè)計(jì)（論文）提綱 （1）收集相關(guān)資料并仔細(xì)研讀和

5、思考。 （2）提出幾種設(shè)計(jì)方案，對(duì)提出的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較和論證，確定最佳設(shè)計(jì)方 案。 （3）產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與組裝 （4）整機(jī)連調(diào)及性能測(cè)試。 （5）整理資料，編寫(xiě)設(shè)計(jì)論文。 三、課題設(shè)計(jì)（論文）思路、方法及進(jìn)度安排 （一）思路方法： 要完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，首先要對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和零部件有一定的了解，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部 結(jié)構(gòu)和性能都要進(jìn)行了解。再對(duì)產(chǎn)品實(shí)體進(jìn)行解析，做到對(duì)產(chǎn)品相當(dāng)?shù)氖煜ぶ笤龠M(jìn) 行設(shè)計(jì)和工藝工裝的分析。 按照自頂向下，由總提到部分的設(shè)計(jì)原則，首先針對(duì)所設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，根據(jù)所 掌握的知識(shí)和資料，從全局出發(fā)，明確總體功能和各部分功能畫(huà)出一個(gè)能表示各單元 電路功能和總體工作的原理框圖，然后進(jìn)行電路的硬件

6、.軟件的分析和程序的編程設(shè)置。 （二）進(jìn)程安排 第一周：寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，提出幾種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行并進(jìn)行方案論證，確定最佳設(shè)計(jì)方 案。 第二周：對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，通過(guò)相關(guān)數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算，確定相關(guān)元器件 的參數(shù)及型號(hào)。 第三周：設(shè)計(jì)硬件電路。 第四周：程序設(shè)計(jì)并連接硬件電路。 第五周：硬件電路的整機(jī)調(diào)試及性能測(cè)試。 第六周：整理資料，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備答辯。 單片機(jī)（速度的 測(cè)量計(jì)算、輸入 設(shè)定及系統(tǒng)控制） 單片機(jī)（PID 運(yùn)算控制器、 PWM 模擬發(fā)生器） 電機(jī) 速度采集電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 鍵 盤(pán) 顯示器 第一章第一章 總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案 1.11.1 方案選取方案選取 1.1.1 方案一：

7、PWM 波調(diào)速 采用由達(dá)林頓管組成的 H 型 PWM 電路（圖 11） 。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作 在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截 止模式下，效率非常高；H 型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開(kāi)關(guān) 的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的 PWM 調(diào)速技術(shù)。我采用了脈寬調(diào)頻方 式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 脈沖 的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。且對(duì)于直流電機(jī)，采用軟件延時(shí)所產(chǎn)生的定時(shí)誤差在允許范 圍。 圖 1-1 PWM 波調(diào)速電路 其結(jié)構(gòu)圖如圖 12 所示： 圖 1-2 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖 1.

8、1.2 方案二：晶閘管調(diào)速 采用閘流管或汞弧整流器的離子拖動(dòng)系統(tǒng)是最早應(yīng)用靜止式變流裝置供電的直流 電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。1957 年，晶閘管（俗稱(chēng)“可控硅” ）問(wèn)世，到了 60 年代，已生產(chǎn)出 成套的晶閘管整流裝置，并應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，即晶閘管可控整流器供電的 直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M 系統(tǒng)） 。如圖 1-3，VT 是晶閘管可控整流器，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。晶 c U d U 閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較 大的優(yōu)越性；晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在以上，其門(mén)極電流可以直接用晶

9、4 10 體管來(lái)控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。因此，在 60 年代到 70 年代，晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M 系統(tǒng)）代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組直流電動(dòng) 機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（G-M 系統(tǒng)） ，得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕辉?許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難；晶閘管對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)高的與du dt 都十分敏感，若超過(guò)允許值會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件。另外，由諧波與無(wú)功功di dt 率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害” ，因此必須添置無(wú) 功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。 圖 1-3 晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M 系統(tǒng)） 兼于方案

10、一調(diào)速特性?xún)?yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，因此本設(shè)計(jì)采 用方案一。 第第 2 章章 單元模塊設(shè)計(jì)單元模塊設(shè)計(jì) 2.12.1 H H 橋電路方案設(shè)計(jì)橋電路方案設(shè)計(jì) 圖 2-1 所示的 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)，電路得名于“H 橋 驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜?H。如圖 2-1 所示，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。 圖 2-1 H 橋驅(qū)動(dòng)電路 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 2-2 所示，當(dāng) Q1 管和 Q4 管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正

11、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 2-2 H 橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 圖 2-3 所示為另一對(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)较颍?圖 2-3 H 橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 2.22.2 調(diào)速設(shè)計(jì)方案調(diào)速設(shè)計(jì)方案 調(diào)速采用 PWM（Pulse Wi

12、dth Modulation）脈寬調(diào)制，工作原理：通過(guò)產(chǎn)生矩形波， 改變占空比，以達(dá)到調(diào)整脈寬的目的。PWM 的定義:脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù) 字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功 率控制與變換的許多領(lǐng)域中。模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都 沒(méi)有限制。9V 電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于 9V，而是隨 時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類(lèi)似，從電池吸收的電流也不限定在一組可 能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確 定的可能取值集合之內(nèi)，例如在0V,5V這一集合中取值。

13、模擬電壓和電流可直接用來(lái)進(jìn)行控制，如對(duì)汽車(chē)收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡(jiǎn)單 的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值變大或變??； 流經(jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值，使音量相 應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。 盡管模擬控制看起來(lái)可能直觀而簡(jiǎn)單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一 點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問(wèn)題的精密模擬電 路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設(shè)備)和昂貴。模擬電路還有可能?chē)?yán)重發(fā) 熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對(duì)噪聲很 敏感，任何

14、擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。通過(guò)以數(shù)字方式控制模擬電路， 可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和 DSP 已經(jīng)在芯片上包含了 PWM 控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。 2.32.3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 2.3.1 電源電路 （1）芯片介紹 78XX,XX 就代表它所輸出的電壓值，能降低電壓 4-5V 電子產(chǎn)品中常見(jiàn)到的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 78系列和負(fù)電壓輸出 的 79系列。故名思義，三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路只有三條引腳輸出，分 別是輸入端、接地端和輸出端。 用 78/79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少

15、,電路內(nèi)部還有過(guò) 流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)中的 78 或 79 后面的數(shù)字代表 該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 7806 表示輸出電壓為正 6V，7909 表示輸出電壓 為負(fù) 9V。 有時(shí)在數(shù)字 78 或 79 后面還有一個(gè) M 或 L，如 78M12 或 79L24,用來(lái)區(qū)別輸出電流 和封裝形式等，其中 78L 系列的最大輸出電流為 100mA，78M 系列最大輸出電流為 1A，78 系列最大輸出電流為 1.5A。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠 大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用） 。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過(guò)高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚 至損壞。 （2）電路原

16、理圖 電源電路采用 78 系列芯片產(chǎn)生+5V、+15V。電路圖如圖 2-4： 圖 2-4 78 系列的電源電路 2.42.4 H H 橋驅(qū)動(dòng)電路橋驅(qū)動(dòng)電路 基于三極管的使用機(jī)理和特性，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)中采用 H 橋功率驅(qū)動(dòng)電路，H 橋功率驅(qū) 動(dòng)電路可應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)、交流電機(jī)及直流電機(jī)等的驅(qū)動(dòng)。永磁步進(jìn)電機(jī)或混合式步 進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組都必須用雙極性電源供電，也就是說(shuō)繞組有時(shí)需正向電流，有時(shí)需 反向電流，這樣繞組電源需用 H 橋驅(qū)動(dòng)。直流電機(jī)控制使用 H 橋驅(qū)動(dòng)電路（圖 2-5） ， 當(dāng) PWM1 為低電平,通過(guò)對(duì) PWM2 輸出占空比不同的矩形波使三極管 Q1、Q6 同時(shí)導(dǎo)通 Q5 截止，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)

17、正向轉(zhuǎn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)速的控制；同理，當(dāng) PWM2 為高電平,通過(guò)對(duì) PWM1 輸出占空比不同的矩形波使三極管 Q1、Q6 同時(shí)導(dǎo)通，Q5 截止，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng) 以及轉(zhuǎn)速的控制。 圖 2-5 H 橋的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 2 25 5 基于霍爾傳感器的測(cè)速模塊基于霍爾傳感器的測(cè)速模塊 2.5.1 霍爾傳感器的工作原理 霍爾效應(yīng)：在一塊半導(dǎo)體薄片上，其長(zhǎng)度為 l，寬度為 b，厚度為 d,當(dāng)它被置于磁 感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng)中，如果在它相對(duì)的兩邊通以控制電流 I，且磁場(chǎng)方向與電流方向 正交，則在半導(dǎo)體另外兩邊將產(chǎn)生一個(gè)大小與控制電流 I 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 乘積成正比 的電勢(shì) UH，即 UH=KHIB，其中

18、kH 為霍爾元件的靈敏度。該電勢(shì)稱(chēng)為霍爾電勢(shì)，半導(dǎo)體 薄片就是霍爾元件。 工作原理：霍爾開(kāi)關(guān)集成電路中的信號(hào)放大器將霍爾元件產(chǎn)生的幅值隨磁場(chǎng)強(qiáng)度 變化的霍爾電壓 UH 放大后再經(jīng)信號(hào)變換器、驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行整形、放大后輸出幅值相等、 頻率變化的方波信號(hào)。信號(hào)輸出端每輸出一個(gè)周期的方波，代表轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)齒。單位 時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù) N，因此可求出單位時(shí)間內(nèi)的速度 VNT。 2.5.2 霍爾傳感器的電路原理圖 圖 2-6 霍爾傳感器的測(cè)速電路 2 26 6 LCDLCD 顯示模塊顯示模塊 2.6.1 1602 芯片介紹 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

19、 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 B（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”。因?yàn)?1602 識(shí)別的是 ASCII 碼，試驗(yàn)可以用 ASCII 碼直接賦值，在單片機(jī) 編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如 A。1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口， 其中： 第 1 腳：VSS 為電源地 第 2 腳：VDD 接 5V 電源正極 第 3 腳：V0 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，接地電源時(shí) 對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “陰影

20、”，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 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指 令寄存器。 第 5 腳：RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操 作。 第 6 腳：E(或 EN)端為使能(enable)端。 第 714 腳：D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 1516 腳：空腳或背燈電源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 2.6.2 電路原理圖 圖 2-7 LCD 顯示電路 2.72.7 調(diào)速設(shè)計(jì)模塊調(diào)速設(shè)計(jì)模塊 PWM 波軟件軟件設(shè)計(jì)程序流程圖： 開(kāi)始 按鍵查詢(xún) OPEN 是否按下 時(shí) 定

21、時(shí)器 T0 開(kāi)始計(jì)時(shí) Add_speed 是否按下 初始化 是是 增大矩形波占空 比 Sub_speed 是否按下 是 減小矩形波占空 比 Swap 或 close 是 否按下 改變轉(zhuǎn)向或關(guān)閉電 機(jī) 圖 2-8 軟件電機(jī)控制的方框圖 通過(guò)控制總中斷使能 EA 控制電機(jī)的開(kāi)關(guān)，同時(shí)使能對(duì)霍爾傳感器輸出的方波在 單位時(shí)間內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)。其中定時(shí)器 T0,T1 分別對(duì)脈沖的寬度、霍爾元件輸出的 脈沖數(shù)對(duì)應(yīng)的 1 秒時(shí)間定時(shí)。對(duì)脈沖寬度的調(diào)整是通過(guò)改變高電平的定時(shí)長(zhǎng)度，由變 產(chǎn)生矩形波 量 high 控制。變量 change、 sub_speed 、add_speed 分別實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、加速、 減

22、速。 /*通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)開(kāi)關(guān)、調(diào)速、轉(zhuǎn)向的控制的程序 */ void motor_control() if(open = 1) EA = 1; if(close = 1) EA = 0; if(swap = 1) change = change; while(swap != 0) if(sub_speed = 1) high+; if(high = 30) EA=0; while(sub_speed != 0) if(add_speed = 1) high-; if(high = 5) high = 5; while(add_speed != 0) 2.82.8 測(cè)速軟件設(shè)計(jì)測(cè)速軟件設(shè)計(jì)

23、開(kāi)始 初始化 OPEN 是否按下 定時(shí)器 T1 開(kāi)始計(jì)時(shí) 對(duì)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù) N 根據(jù)公式計(jì)算出電機(jī)的速度 液晶顯示電機(jī)速度 圖 2-9 軟件測(cè)速的方框圖 /*T1 中斷服務(wù)程序*單位時(shí)間（S）方波的個(gè)數(shù)*/ void time1_int(void) interrupt 3 count_speed+; if(count_speed = 20) count_speed = 0; num_display = num_medium; num_medium = 0; 第三章第三章 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能調(diào)試調(diào)試 3.13.1 調(diào)試軟件介紹調(diào)試軟件介紹 Protel99SE 是應(yīng)用于 Windows9X/

24、2000/NT 操作系統(tǒng)下的 EDA 設(shè)計(jì)軟件，采用 設(shè)計(jì)庫(kù)管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開(kāi)放性及3D 模擬功能，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工 作，可以設(shè)計(jì) 32 個(gè)信號(hào)層，16 個(gè)電源-地層和 16 個(gè)機(jī)加工層。按照系統(tǒng)功能來(lái) 劃分，Protel99se 主要包含 6 個(gè)功能模塊 ：電路工程設(shè)計(jì)部分 、印刷電路板設(shè)計(jì) 系統(tǒng)、自動(dòng)布線系統(tǒng) 、電路模擬仿真系統(tǒng) 、可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng) 、高級(jí)信號(hào)完整 性分析系統(tǒng) 。 KeilC51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。 另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生

25、成的匯編代碼，就能體會(huì)到 KeilC51 生成的目 標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件 時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。KEIL C51 編譯器由 uVision2 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境與編輯器和調(diào) 試器以及 C51 編譯器組成。其中 uVision2 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中的工程(project)是由源文 件、開(kāi)發(fā)工具選項(xiàng)以及編程說(shuō)明三部分組成的;編輯器和調(diào)試器包括源代碼編輯器、斷 點(diǎn)設(shè)置、調(diào)試函數(shù)語(yǔ)言、變量和存儲(chǔ)器。 Proteus 軟件是一種低投資的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流 和直流等數(shù)千種元器件和多達(dá) 30 多個(gè)元件庫(kù)。Proteus 軟件提供多種

26、現(xiàn)實(shí)存在的虛擬 儀器儀表。此外，Proteus 還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的 方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、 極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，Proteus 軟件提供豐富的測(cè)試信 號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。提供 Schematic Drawing、SPICE 仿真與 PCB 設(shè)計(jì)功能，同時(shí)可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真 51 系列、AVR、PIC 等常用的 MCU，并提供周邊設(shè)備的仿真，例如 373、led、示波器等。 Proteus 提供了大量的元件庫(kù)，有 RAM、ROM、鍵

27、盤(pán)、馬達(dá)、LED、LCD、AD/DA、部分 SPI 器件、部分 IIC 器件，編譯方面支持 Keil 和 MPLAB 等編譯器。一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一套 電子仿真軟件，在加上一本虛擬實(shí)驗(yàn)教程，就可相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室。以虛 代實(shí)、以軟代硬，就建立一個(gè)完善的虛擬實(shí)驗(yàn)室。在計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ)，模擬電 路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)等課程，并進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試等。當(dāng)電路設(shè) 計(jì)完成之后，為了減少在電路板上調(diào)試時(shí)的難度，保證電路設(shè)計(jì)的正確性，將 Keil c51 編譯生成的*.HEX 文件載入 Proteus 軟件，實(shí)現(xiàn)電路仿真。 3.23.2 直流電機(jī)的調(diào)速直流電機(jī)的調(diào)速功能仿真功能仿真 當(dāng)按下

28、open 鍵時(shí)，電機(jī)開(kāi)始工作。若需要加快電機(jī)的轉(zhuǎn)速，則按下 add_speed 鍵， 直到電機(jī)轉(zhuǎn)速適中；相反，需要減慢電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，則按下 sub_speed 鍵，待轉(zhuǎn)速滿 意后，放開(kāi)按鍵。當(dāng)然，在某種特定的環(huán)境下，還需改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，此時(shí)，你可以 按一下 swap 鍵，以達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)向的目的。當(dāng)電機(jī)不工作時(shí)，則按下 close 鍵。 圖 3-1 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的 Proteus 仿真圖 1調(diào)速前的波形圖 圖 3-2 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的脈沖波形占空比 2調(diào)速后的波形圖 圖 3-3 電機(jī)減速后的脈沖波形占空比 3.33.3 電機(jī)速度的測(cè)量并顯示電機(jī)速度的測(cè)量并顯示功能仿真功能仿真 對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的顯示

29、，為使用者提供了更為直觀的界面。用戶(hù)可以根據(jù)液晶顯示屏上 的數(shù)字，調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，為調(diào)速提供了方便。從顯示數(shù)字的穩(wěn)定程度，也可以判斷 電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。若顯示數(shù)字幾乎不變，則說(shuō)明電機(jī)工作十分穩(wěn)定；與之相反，顯 示數(shù)字不停地變化，則說(shuō)明電機(jī)工作非常不穩(wěn)定。 圖 3-4 直流電機(jī)系統(tǒng)的 Proteus 仿真 3.43.4 系統(tǒng)的電路原理圖系統(tǒng)的電路原理圖 圖 3-5 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的 Protel 原理圖 由電源模塊、單片機(jī)控制單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、LCD 顯示電路、霍爾傳感器電路構(gòu) 成。 設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié) 經(jīng)過(guò) 2 個(gè)月的課程設(shè)計(jì)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成。在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢 業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這

30、幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看 法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的 一種提高。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)留給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要 有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要有堅(jiān)持不懈的精神。 通過(guò)了這次的做設(shè)計(jì)，自己收獲很大，王老師對(duì)我的指導(dǎo)也起到了很大的作用， 在此先謝謝老師對(duì)我的指導(dǎo)。還有這次對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速，個(gè)人感覺(jué)其中還有許多不 夠完善的地方，例如：對(duì)電機(jī)的控制采用的是獨(dú)立按鍵，而非矩陣鍵盤(pán)；電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 電路的設(shè)計(jì)也不是很成熟。 此次的設(shè)計(jì)并不奢望一定能成功，但一定要對(duì)已學(xué)的各種電子知識(shí)能有一定的運(yùn) 用能力，我做設(shè)計(jì)的目的

31、是希望能檢查下對(duì)所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用能力的好壞，并且開(kāi)始慢 慢走上創(chuàng)造的道路，這是非?？少F的一點(diǎn)。 這次設(shè)計(jì)我感覺(jué)把大學(xué)學(xué)的東西都柔和了進(jìn)去。不止單片機(jī)方面有所提升，別的 方面也有了很大的收獲，自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。 在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能 力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 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，2001.1 2 江志紅51 單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)案列精選 M. 北京：清華大學(xué)出版社，2008.12 3 王選民 智能儀器原理及設(shè)計(jì) M

32、. 北京:清華大學(xué)出版社，2008.7 4 文東 孫鵬飛 C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) M. 北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2009.2 5 楊加國(guó) 單片機(jī)原理與應(yīng)用及 C51 程序設(shè)計(jì) M. 北京：清華大學(xué)出版社，2008.3 附錄附錄 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit open = P20; sbit close = P21; sbit swap = P22; sbit sub_speed = P23; sbit add_speed = P24; sbit PWM1 = P30; sbit PWM2 =

33、P31; /*液晶顯示*/ sbit E=P37; sbit RW = P36; sbit RS = P35; sbit test = P34; int time = 0; int high = 20; int period = 30; int change = 0; int flag = 0; int num_medium = 0; int num_display = 0; int count_speed = 0; uchar wword=0 x30,0 x31,0 x32,0 x33,0 x34,0 x35,0 x36,0 x37,0 x38,0 x39; /*延時(shí) t 毫秒*/ void

34、 delay(uchar t) uint i; while(t) /*對(duì)于 11.0592MHz 時(shí)鐘，延時(shí) 1ms*/ for(i=0;i125;i+); t-; /寫(xiě)命令函數(shù) LCD void wc51r(uchar j) RS=0; RW=0; P1=j; E=1; E=0; delay(3); /寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù) LCD void wc51ddr(uchar j) RS=1; RW=0; P1=j; E=1; E=0; delay(2); /初始化函數(shù) LCD void init() wc51r(0 x01); /清屏 wc51r(0 x38); /使用 8 位數(shù)據(jù)，顯示兩行，使用 5*7

35、的字型 wc51r(0 x0c); /顯示器件，光標(biāo)開(kāi)，字符不閃爍 wc51r(0 x06); /字符不動(dòng)，光標(biāo)自動(dòng)右移一格 /*8T0 中斷服務(wù)程序*PWM 波的生成*/ void time0_int(void) interrupt 1 time+; TH0 = 0 xec; TL0 = 0 x78; if(change = 0) PWM2 = 1; if(time = high) PWM1=0; else if(time = period) PWM1 = 1; time = 0; else PWM1 = 1; if(time = high) PWM2=0; else if(time = p

36、eriod) PWM2 = 1; time = 0; /*/ /*T1 中斷服務(wù)程序*單位時(shí)間（S）方波的個(gè)數(shù)*/ void time1_int(void) interrupt 3 count_speed+; if(count_speed = 20) count_speed = 0; num_display = num_medium; num_medium = 0; /*/ /*速度顯示的數(shù)據(jù)處理*/ void datamade() uint data MM,NN; wc51r(0 xc2); wc51ddr(S); wc51ddr(p); wc51ddr(e); wc51ddr(e); wc

37、51ddr(d); wc51ddr(0 x3a); NN = num_display%100; MM = num_display/100; wc51ddr(wwordMM); MM = NN/10; NN = NN%10; wc51ddr(wwordMM); wc51ddr(wwordNN); /*/ /*通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)開(kāi)關(guān)、調(diào)速、轉(zhuǎn)向的控制*/ void motor_control() if(open = 1) EA = 1; if(close = 1) EA = 0; if(swap = 1) change = change; while(swap != 0) if(sub_speed

38、 = 1) high+; if(high = 30) EA=0; while(sub_speed != 0) if(add_speed = 1) high-; if(high = 5) high = 5; while(add_speed != 0) /*/ /*主函數(shù)*/ void main() P2 = 0 x00; ET0 = 1; ET1 = 1; TMOD = 0 x11; TH0 = 0 xec; /定時(shí)器 T0 設(shè)置參數(shù) TL0 = 0 x78; TH1 = 0 x3c; /定時(shí)器 T1 設(shè)置參數(shù) TL1 = 0 xb0; TR0 = 1; TR1 = 1; init(); /液晶顯示初始化程序 while(1) wc51r(0 x84); wc51ddr(H); wc51ddr(e); wc51ddr(l); wc51ddr(l); wc51ddr(o); if(test = 0) num_medium+; datamade