直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量與控制

1、測(cè)控系統(tǒng)綜合訓(xùn)練報(bào)告題 目： 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量與控制 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 2014年12月29日-2015年1月23日摘 要轉(zhuǎn)速是直流電機(jī)運(yùn)行中的一個(gè)重要物理量，如何準(zhǔn)確、快速而又方便地測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，極為重要。本文闡述了基于單片機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，介紹了在STC89C52單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)速和控制的相關(guān)算法及軟、硬件實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)中軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程，硬件設(shè)計(jì)采用PWM方式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，利用霍爾元器件測(cè)量電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，在液晶顯示屏(LCD)上實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。另外還可以通過(guò)5個(gè)鍵盤(pán)輸入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

2、的可控范圍內(nèi)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值等于設(shè)定值，并在液晶顯示屏(LCD)上同時(shí)顯示設(shè)定值與實(shí)際轉(zhuǎn)速值，便于比較。 關(guān)鍵詞：直流電動(dòng)；PWM；液晶顯示屏(LCD)；轉(zhuǎn)速測(cè)量目 錄緒 論-1第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)-21.1系統(tǒng)方案與組成框圖-21.2基本要求及技術(shù)指標(biāo)-2第二章 直流電機(jī)的控制方案設(shè)計(jì)-32.1直流電機(jī)的工作原理-32.2 直流電機(jī)的調(diào)速方法-32.3 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法-42.3.1轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)-52.3.2信號(hào)采集及其處理-62.3.3單片機(jī)處理電路-62.3.4顯示電路-62.4 直流電機(jī)控制結(jié)構(gòu)圖-6第三章 直流電機(jī)調(diào)速硬件設(shè)計(jì)-73.1 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)-73.1.

3、1 STC89C52介紹-73.1.2系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)-83.1.3系統(tǒng)復(fù)位方式-93.2 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)-93.3 測(cè)速電路設(shè)計(jì)-103.4 顯示電路設(shè)計(jì)-103.4.1 LCD原理-103.4.2 液晶顯示模塊電路-123.5 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)-123.5.1 L298N芯片介紹-123.5.2驅(qū)動(dòng)電路-14第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)-154.1系統(tǒng)軟件模塊圖-154.2主程序流程圖-164.3鍵盤(pán)掃描流程圖-174.4中斷程序流程圖-184.5 定時(shí)顯示流程圖-19第五章 調(diào)試部分-205.1 硬件調(diào)試-205.1.1 上電前的調(diào)試-205.1.2 上電后的調(diào)試-205.2軟硬件聯(lián)調(diào)-20結(jié)束語(yǔ)-21

4、參考文獻(xiàn)-22附錄-23附錄一-23附錄二-24附錄三-33附錄四-35緒論  電機(jī)作為機(jī)械裝備上不可或缺的組件之一，目前，我國(guó)電機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，特別是改革開(kāi)放20多年以來(lái)的快速發(fā)展，取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。電機(jī)作為機(jī)械裝備上不可或缺的組件之一，目前，我國(guó)電機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，特別是改革開(kāi)放20多年以來(lái)的快速發(fā)展，取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。 分析師指出，目前，我國(guó)的電機(jī)產(chǎn)品種類(lèi)繁多，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，根據(jù)型號(hào)、規(guī)格、功率、軸伸、絕緣、編碼器、轉(zhuǎn)速開(kāi)關(guān)、熱敏元件、加熱帶等參數(shù)的不同可劃分出各種各樣電機(jī)。機(jī)床、軋鋼機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、印刷機(jī)、水泵、抽油機(jī)、起重機(jī)、傳送帶、生產(chǎn)線、電梯以及醫(yī)療

5、設(shè)備中的心電機(jī)、X光機(jī)、CT、牙科手術(shù)工具、滲析機(jī)、呼吸機(jī)、電動(dòng)輪椅等，都大量使用電動(dòng)機(jī)。 隨著得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，由晶閘管變流器供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已取代了發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，它的調(diào)速性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的精度、動(dòng)態(tài)性能、可靠性有了更大的提高。電力電子技術(shù)中IGBT等大功率器件的發(fā)展正在取代晶閘管，出現(xiàn)了性能更好的直流調(diào)速系統(tǒng)，出現(xiàn)了微控制器技術(shù)，現(xiàn)代控制技術(shù)是以微控制器為核心的技術(shù)，由此構(gòu)成的控制系統(tǒng)成為當(dāng)今工業(yè)控制的主流系統(tǒng)。這種系統(tǒng)已取代常

6、規(guī)的模擬檢測(cè)、調(diào)節(jié)、顯示、記錄等儀器設(shè)備和很大部分操作的人工職能，使受控對(duì)象的動(dòng)態(tài)過(guò)程按規(guī)定方式和技術(shù)運(yùn)行，以完成各種控制、操作管理等任務(wù)。第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1系統(tǒng)方案與組成框圖設(shè)計(jì)的總體系統(tǒng)方案如圖1-1所示，整個(gè)設(shè)計(jì)采用分塊設(shè)計(jì)、分布調(diào)試、整體組合的方法。圖1-1 系統(tǒng)組成框圖1.2基本要求及技術(shù)指標(biāo)根據(jù)課題要求研制以單片機(jī)為核心的直流電機(jī)測(cè)速控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包含以下任務(wù)：1.實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量。2.通過(guò)鍵盤(pán)輸入電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值，在電機(jī)轉(zhuǎn)速的可控范圍內(nèi)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速等于設(shè)定值。3.實(shí)時(shí)顯示直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值和實(shí)際測(cè)量值。4.利用控制電機(jī)定子電壓接通和斷開(kāi)的占空比（PWM），即

7、脈寬調(diào)速。本設(shè)計(jì)采用光電傳感器將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成頻率與速度一一對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，將脈沖信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，最終計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用LCD顯示器，顯示測(cè)量值和由鍵盤(pán)輸入的設(shè)定值。對(duì)于直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，選擇合適的PWM方式驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。第二章 直流電機(jī)的控制方案設(shè)計(jì)2.1直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)由永久磁鐵、電樞、換相器等組成。如圖2-1和圖2-2所示，上下是兩個(gè)固定的永久磁鐵，上面是N極，下面是S極，磁力線從N到S。兩極之間是一段可旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)體abcd，稱(chēng)為電樞。電樞的ab段與cd段分別接到兩個(gè)互不接觸的半圓形金屬片上，這兩個(gè)金屬片稱(chēng)為換向器。在換向器的AB兩端上加上一個(gè)上正下負(fù)的直流電壓，電流由a到

8、b，由c到d。根據(jù)左手定則，ab段在自上而下的磁力線作用下，向左移動(dòng)，cd段向右移動(dòng)。在這兩個(gè)力的作用下，abcd電樞開(kāi)始逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因?yàn)閾Q向器和電樞固定在一起，它也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2-1 直流電動(dòng)機(jī)工作原理（1） 圖2-2直流電動(dòng)機(jī)工作原理（2）當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)如圖2-2所示，cd段在上方，ab段在下方，電流由d到c，由b到a。根據(jù)左手定則，cd段在自上而下的磁力線作用下，向左移動(dòng)，ab段向右移動(dòng)，即電樞繼續(xù)往逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電樞再轉(zhuǎn)過(guò)180°后，變回圖1-1的情況，電機(jī)繼續(xù)重復(fù)地轉(zhuǎn)動(dòng)。如果把AB兩端的電壓方向反過(guò)來(lái),電樞將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，原理同上。2.2直流電機(jī)的調(diào)速

9、方法直流電機(jī)的工作原理為：直流電機(jī)的磁極N,S間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面固定著線圈abcd。當(dāng)線圈流過(guò)電流的時(shí)候，線圈受到電磁力的作用，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)，線圈的受力方向也將改變，因此通過(guò)改變線圈電流的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機(jī)的方向。PWM(Pulse Width Modulation)即脈沖寬度調(diào)制是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開(kāi)關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)制方法。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)制系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并根據(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

10、”來(lái)改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如圖2.3所示，在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加；電機(jī)斷電時(shí)，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時(shí)間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。圖2-3 PWM脈沖信號(hào)及占空比與平均電壓關(guān)系圖設(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=t2/T，則電機(jī)的平均速度為 Vd=Vmax·D,其中，Vd 為電機(jī)的平均速度；Vmax 為電機(jī)全通電時(shí)的速度(最大)；D=t2/T為占空比。由公式可見(jiàn)，當(dāng)我們改變占空比D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。PWM驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)電路如后圖所示，在本設(shè)計(jì)中，PWM信號(hào)是通過(guò)軟件方

11、法產(chǎn)生的，通過(guò)延時(shí)控制脈沖信號(hào)高低電平的比例來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。脈沖周期T設(shè)為255，低電平所占時(shí)長(zhǎng)設(shè)為變量del（del最小值為0，最大值為255），實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)低電平所占比例越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。2.3 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法轉(zhuǎn)速是電機(jī)的一個(gè)最常用的參數(shù)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速常以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)表示，其單位為r/min。轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法有很多，由于轉(zhuǎn)速是以單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)衡量的，因此采用光電傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速是較為常用的一種測(cè)量方法。本文針對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，以單片機(jī)為核心對(duì)光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，從而測(cè)得電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后用1602LCD液晶顯示屏把電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示出來(lái)。即通過(guò)光電開(kāi)關(guān)將電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成0

12、，1的數(shù)字量，只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖，并將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)算，就可獲得轉(zhuǎn)速的信息。如圖2-4所示，系統(tǒng)主要由STC89C52單片機(jī)處理系統(tǒng)、電機(jī)、傳感器檢測(cè)單元、信號(hào)處理單元和顯示系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。圖2-4 測(cè)速系統(tǒng)組成框圖2.3.1轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)本設(shè)計(jì)中采用對(duì)射式光電傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，反之打開(kāi)。測(cè)裝置按照發(fā)動(dòng)機(jī)上傳感器的實(shí)際安裝位置進(jìn)行安裝。將信號(hào)盤(pán)固定在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上，光電轉(zhuǎn)速傳感器正對(duì)著信號(hào)盤(pán)。測(cè)量頭由光電轉(zhuǎn)速傳感器組成，而且測(cè)量頭兩端的距離與信號(hào)盤(pán)的距離相等。測(cè)量用器件封裝后，固定裝在貼近信號(hào)盤(pán)的位置，

13、當(dāng)信號(hào)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電元件即可輸出正負(fù)交替的周期性脈沖信號(hào)。信號(hào)盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的脈沖數(shù)，等于其上的齒數(shù)。因此，脈沖信號(hào)的頻率大小就反映了信號(hào)盤(pán)轉(zhuǎn)速的高低。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是輸出信號(hào)的幅值與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，而且可測(cè)轉(zhuǎn)速范圍大，一般為1r/s104 r/s以上，精確度高。2.3.2信號(hào)采集及其處理被測(cè)物理量經(jīng)過(guò)傳感器變換后，變?yōu)殡娮?、電流、電壓、電感等某種電參數(shù)的變化值。為了進(jìn)行信號(hào)的分析、處理、顯示和記錄，須對(duì)信號(hào)作放大、運(yùn)算、分析等處理，這就引入了中間變化電路。2.3.3單片機(jī)處理電路用于測(cè)量轉(zhuǎn)速的脈沖通過(guò)P3.5/T1輸入單片機(jī)，用STC89C52的定時(shí)計(jì)數(shù)器T1對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，用定時(shí)計(jì)數(shù)器T0進(jìn)行

14、定時(shí)，每10ms產(chǎn)生一個(gè)中斷對(duì)1602LCD液晶顯示屏進(jìn)行刷新，產(chǎn)生500個(gè)中斷后（即5s），進(jìn)行一次轉(zhuǎn)速處理，再通過(guò)單片機(jī)對(duì)T1的脈沖數(shù)進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換后，用1602LCD液晶顯示屏顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.3.4顯示電路 系統(tǒng)通過(guò)1602LCD液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。2.4 直流電機(jī)控制結(jié)構(gòu)圖圖2-5 直流電機(jī)控制結(jié)構(gòu)圖第三章 直流電機(jī)調(diào)速硬件設(shè)計(jì)3.1電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1 STC89C52介紹STC89C52 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051 單片機(jī)，12 時(shí)鐘/機(jī)器周期和6 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。主要特性如下： 1.

15、增強(qiáng)型8051 單片機(jī)，6 時(shí)鐘/機(jī)器周期和12 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。 2. 工作電壓：5.5V3.3V（5V 單片機(jī)）/3.8V2.0V（3V 單片機(jī)）。 3. 工作頻率范圍：040MHz，相當(dāng)于普通8051 的080MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz。 4. 用戶(hù)應(yīng)用程序空間為8K 字節(jié)。 5. 片上集成512 字節(jié)RAM。 6. 通用I/O 口（32 個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0 口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編

16、程），無(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶(hù)程。序，數(shù)秒即可完成一片 8. 具有EEPROM 功能。 9. 具有看門(mén)狗功能。 10. 共3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2。 11. 外部中斷4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。 12. 通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART。 13. 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)）。 14. PDIP 封裝。STC89C52 單片機(jī)的工作模式 掉電模式：典型功耗<0.1A,可

17、由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序。 空閑模式：典型功耗2mA。 正常工作模式：典型功耗4Ma7mA。 掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備其引腳封裝如圖3-1所示。圖3-1 STC89C52引腳圖3.1.2 系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是用來(lái)產(chǎn)生STC89C52單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)，STC89C52本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證工作方式的實(shí)現(xiàn)，STC89C52在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作 ，時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘由于兩種形式：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來(lái)為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。STC8

18、9C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為XTAL1和XTAL2，它們跨接在晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容，便構(gòu)成了一個(gè)自激勵(lì)振蕩器。電路中的C1、C2的選擇在30PF左右，但電容太小會(huì)影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速性。晶振頻率為在1.2MHZ12MHZ之間，頻率越高單片機(jī)的速度就越快，但對(duì)存儲(chǔ)器速度要求就高。為了提高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的NPO電容，采用的晶振頻率為12MHZ，其時(shí)鐘電路如圖3-2所示。圖3-2時(shí)鐘電路3.1.3 系統(tǒng)復(fù)位方式常用的上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位電路如圖所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門(mén)的作用，使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在

19、運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵K后松開(kāi)，也能使RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。根據(jù)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，下面給出這種復(fù)位電路的電容、電阻，參考值圖3-3中：其中C：10uF，R610k 圖3-3 系統(tǒng)復(fù)位電路3.2鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)運(yùn)行方式的設(shè)置主要有P1口外接鍵盤(pán)來(lái)完成，判斷鍵盤(pán)是否按下的方法：首先設(shè)置P1口為高電平，然后從P1.0到P1.4逐個(gè)檢測(cè)引腳的電平，如果某個(gè)引腳為低電平表示該鍵按下，此時(shí)不需要做相應(yīng)的處理實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)功能，如果引腳為高電平則不做處理。采用5個(gè)獨(dú)立的開(kāi)關(guān)主要控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，急停，加減速，其電路圖如圖3-4所示。圖3-4 鍵盤(pán)電路3.3測(cè)速電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用頻率測(cè)量

20、法，其測(cè)量原理為，在固定的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，計(jì)取轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)生的脈沖個(gè)數(shù)（即頻率），從而算出實(shí)際轉(zhuǎn)速。設(shè)固定的測(cè)量時(shí)間T （min），計(jì)數(shù)器計(jì)取的脈沖個(gè)數(shù)m1，假定脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)輸出p個(gè)脈沖，對(duì)應(yīng)被測(cè)轉(zhuǎn)速為N（r/min），就可算出實(shí)際轉(zhuǎn)速值N = 60m1/ pT，測(cè)速部分電路如圖3-5所示。 圖3-5 測(cè)速電路3.4顯示電路設(shè)計(jì)3.4.1 LCD原理各種圖形的顯示原理 線段的顯示：點(diǎn)陣圖形式液晶由M×N個(gè)顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對(duì)應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個(gè)點(diǎn)組成，屏上64×16個(gè)顯示單元與顯示RAM區(qū)

21、1024字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000H）=FFH時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長(zhǎng)度為8個(gè)點(diǎn)；當(dāng)（3FFH）=FFH時(shí)，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H時(shí)，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛，這就是LCD顯示的基本原理。字符的顯示：LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由6×8或8×8點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示RAM

22、區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮。這樣一來(lái)就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來(lái)說(shuō)，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。本設(shè)計(jì)選用了1602型LCD。字符型液晶顯示模塊是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。（1）LCD1602主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量:16×2個(gè)字符；芯片工作電壓:4.

23、55.5V；工作電流:2.0mA(5.0V)；模塊最佳工作電壓:5.0V；字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm。（2）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3-1所示。表3-1 LCD1602引腳說(shuō)明3.4.2 液晶顯示模塊電路圖3-6是液晶模塊LCD1602與單片機(jī)的接口電路。液晶模塊的1腳和2腳分別接入電源的地和電源。310腳分別接單片機(jī)的8個(gè)P2口。11、13腳接單片機(jī)P3.0、P3.2，12腳接地，表示LCD的使能，是讀取還是寫(xiě)入信號(hào)，是傳輸數(shù)據(jù)還是將指令由單片機(jī)內(nèi)部程序作用實(shí)現(xiàn)。14腳通過(guò)一個(gè)10K可調(diào)

24、電阻接地，使得LCD的顯示的對(duì)比度適中，防止對(duì)比度過(guò)高或過(guò)低。圖3-6液晶模塊接口電路3.5 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 3.5.1 L298N芯片介紹L298N是SGS公司的產(chǎn)品，是由達(dá)林頓管組成的雙橋高電壓大電流集成PWM電路。PWM電路由四個(gè)大功率晶體管組成的橋電路, 四個(gè)晶體管分為兩組, 交替導(dǎo)通和截止, 用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài), 根據(jù)調(diào)整輸入脈沖的占空比, 精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于管子工作只在飽合和截止?fàn)顟B(tài)下, 效率非常高。H型電路使實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制簡(jiǎn)單化, 且電子開(kāi)關(guān)的速度很快, 穩(wěn)定性也極強(qiáng), 是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。內(nèi)部的每個(gè)H橋的下側(cè)橋臂晶體管發(fā)射極連在

25、一起, 其輸出腳(SENSEA和SENSEB) 用來(lái)連接電阻檢測(cè)電流。VSS接邏輯控制的電源。VS為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源.IN1-IN4輸入引腳為標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào), 用來(lái)控制橋的開(kāi)與關(guān)即實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn), ENA、ENB引腳則為使能控制端, 用來(lái)輸入PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，L298N引腳如圖3-7所示。圖3-7 L298N引腳及外形圖表3-2 L298N引腳符號(hào)及功能如下圖3-8所示，L298N其內(nèi)部集成了兩個(gè)H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，每個(gè)H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)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)

26、的轉(zhuǎn)向。圖3-8 L298N內(nèi)部原理圖L298N需要2個(gè)電壓，一個(gè)為邏輯電路工作時(shí)所需要的5V電壓VCC，另一個(gè)為功率電路所需的驅(qū)動(dòng)電壓VSS。驅(qū)動(dòng)電路的輸入可直接與單片機(jī)的引腳相連，為了進(jìn)一步提高抗干擾能力我們還使用了光電耦合器件組成的隔離電路和控制電路和動(dòng)力電路進(jìn)行電氣隔離。原理分析：使能端輸入使能，控制輸入端A端輸入PWM信號(hào)，控制輸入端B端輸入PWM的反相信號(hào)，在一個(gè)PWM周期里，電機(jī)的電樞承受雙極性的電壓，電機(jī)的速度和方向均由PWM決定。3.5.2驅(qū)動(dòng)電路其驅(qū)動(dòng)電路如圖3-9所示。圖3-9 驅(qū)動(dòng)電路第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)使用的軟件是Keil uVision4編程軟件。Keil軟件

27、是目前最流行的開(kāi)發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件，Keil提供了包括C51編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（Vision）將這些部分組合在一起。Keil uVision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開(kāi)發(fā)人員能夠使用多臺(tái)監(jiān)視器，并提供了視覺(jué)上的表面對(duì)窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶(hù)界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個(gè)窗口，提供一個(gè)整潔，高效的環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。 4.1系統(tǒng)軟件模塊圖設(shè)計(jì)中采用PWM驅(qū)動(dòng)電機(jī)，利用光電盤(pán)原理，用計(jì)數(shù)器T1對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，用定時(shí)器T0計(jì)

28、時(shí)，計(jì)時(shí)1秒時(shí)間到后停止計(jì)數(shù)并存儲(chǔ)計(jì)數(shù)值，同時(shí)將計(jì)數(shù)值實(shí)時(shí)顯示在LCD液晶顯示屏上。鍵盤(pán)輸入定義為外部中斷，鍵盤(pán)輸入值顯示在LCD指定位置，輸入操作停止后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)比較輸入值與電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速值，并根據(jù)差值進(jìn)行調(diào)速，調(diào)速的過(guò)程也會(huì)顯示在LCD上。圖4-1為本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件模塊圖。圖4-1 系統(tǒng)軟件模塊圖4.2主程序流程圖圖4-2 主流程圖主程序主要完成的工作是設(shè)置堆棧，清除標(biāo)志位，清除暫存，清顯示，對(duì)T0口進(jìn)行初始化，對(duì)串口進(jìn)行初始化后，調(diào)用其它功能子程序，完成設(shè)計(jì)的任務(wù)。4.3鍵盤(pán)掃描流程圖圖4-3 鍵盤(pán)掃描流程圖采用獨(dú)立式鍵盤(pán)，本設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)較為簡(jiǎn)單，只設(shè)計(jì)了電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，急停，加減速5個(gè)按鍵

29、。4.4中斷程序流程圖圖4-4中斷程序流程圖4.5定時(shí)顯示流程圖圖4-5定時(shí)顯示流程圖程序說(shuō)明：定時(shí)器設(shè)置為方式1，定時(shí)10ms。當(dāng)定時(shí)達(dá)到10ms時(shí)，產(chǎn)生中斷，對(duì)1602LCD液晶顯示屏進(jìn)行刷新，顯示轉(zhuǎn)速，并使時(shí)間計(jì)數(shù)標(biāo)志T加1。當(dāng)時(shí)間計(jì)數(shù)標(biāo)志T=500時(shí)，使Flag_calc置1，取出計(jì)數(shù)器在此時(shí)間內(nèi)計(jì)算的脈沖數(shù)，通過(guò)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序計(jì)算得出轉(zhuǎn)速值后，存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，供1602LCD液晶顯示屏顯示使用。第五章 調(diào)試部分5.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試。5.1.1 上電前的調(diào)試在上電前，必須確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個(gè)調(diào)試工作的第一步，也是非常

30、重要的一個(gè)步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬(wàn)用表，用來(lái)完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等，通過(guò)萬(wàn)用表的檢測(cè),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)短路和斷路的地方，電路基本正常。5.1.2 上電后的調(diào)試在確保硬件電路正常，無(wú)異常情況(斷路或短路)方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗(yàn)電路是否接錯(cuò)，同時(shí)還要檢驗(yàn)原理是否正確。5.2軟硬件聯(lián)調(diào)接通電源線。檢查無(wú)誤后給板子上電。上電后，LCD1602會(huì)顯示學(xué)號(hào)和姓名拼音，隨后會(huì)顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速為0r/min。對(duì)電路板上的五個(gè)按鍵進(jìn)行有順序的按壓會(huì)出現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和加減速的情況而此時(shí)LCD上的數(shù)值顯示也會(huì)發(fā)生變化其上數(shù)值即為電機(jī)轉(zhuǎn)速，綜上所述，本設(shè)計(jì)完成了預(yù)期功能目標(biāo)。結(jié)束語(yǔ)本次用

31、單片機(jī)設(shè)計(jì)的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量與控制系統(tǒng)終于完成了，在本次設(shè)計(jì)中,從采集元件,軟件設(shè)計(jì),硬件焊結(jié),外觀到論文的編寫(xiě)都是先查閱了大量資料,后確定,再經(jīng)老師指導(dǎo),最后經(jīng)過(guò)多天的不斷努力才完成的。在這次培訓(xùn)中，我切身感受到了動(dòng)手實(shí)踐的重要性，這對(duì)我以后的學(xué)習(xí)工作將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，雖然在這期間，我們也曾灰心，也曾茫然，也曾不知所措，從一開(kāi)始的毫無(wú)頭緒，到最后的緊張繁雜，所有的這些都令我們回味無(wú)窮，這已經(jīng)成為了我們?nèi)松囊粋€(gè)寶藏。我想今后的學(xué)習(xí)和工作也是這樣的，汗水見(jiàn)證成功，大家為了一個(gè)共同的目標(biāo)，相互合作，共同奮斗。在本次設(shè)計(jì)研究和撰寫(xiě)論文的過(guò)程中，我查閱了許多文獻(xiàn)資料，從中學(xué)到了很多有關(guān)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和程序調(diào)試方

32、面等的知識(shí)。在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中掌握了一些技術(shù)難題的解決方法和技巧，鞏固和加深了所學(xué)知識(shí)的理解，能夠把所學(xué)的知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)了認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，為以后開(kāi)發(fā)軟件積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，提高了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。但是由于認(rèn)識(shí)上的片面和不足，各方面的條件影響也很多，本設(shè)計(jì)還有待進(jìn)一的完善和優(yōu)化，這些在以后的學(xué)習(xí)中要注重積累。參考文獻(xiàn)1 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡(jiǎn)明修訂版）M.北京: 北京航空航天大學(xué)出版社，19982 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京: 北京航空航天大學(xué)出版社，19943 閻  石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）M.北京：高等教育出版社，19894 王瓊.單片機(jī)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教

33、程M.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2005.5 劉鯤 孫春亮.單片機(jī)C語(yǔ)言入門(mén)M.北京：人民郵電出版社，2008.6 程耕國(guó) 張國(guó)棟.PWM直流可逆調(diào)速微機(jī)控制系統(tǒng)J.電氣時(shí)代，2004，11： 22-257 潘策 楊培林 陳曉楠.基于最優(yōu)化PID控制的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)J.包裝與食品機(jī)械，2003，4 ：21-238 李維軍 韓小剛 李晉.基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)J.機(jī)電一體化，2004，5：49-519 趙鴻圖.基于單片機(jī)AT89C51的直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)J.電子技術(shù)，2008，10：24-27附錄附錄一 硬件原理圖附錄二 源程序清單#include <AT89X5

34、2.h> #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定義#define ulong unsigned long /宏定義sbit zheng=P10;/電機(jī)正轉(zhuǎn)控制鍵sbit fan=P11;/電機(jī)反轉(zhuǎn)控制鍵sbit add=P12;/電機(jī)加速sbit dec=P13;/電機(jī)減速sbit stop=P14;/電機(jī)停止sbit LED=P24;/電機(jī)停止sbit rs=P20;sbit rd=P21;sbit lcden=P22;sbit PWMZ=P26;/電機(jī)正轉(zhuǎn)PWM信號(hào)sbit PWMF=P27;/電機(jī)反轉(zhuǎn)PWM信

35、號(hào)bit run=0;/電機(jī)運(yùn)行標(biāo)志位，=1時(shí)電機(jī)運(yùn)行，=0電機(jī)停止bit Z=0,F=0;/電機(jī)正反標(biāo)志位unsigned char PWM=0xFF;/開(kāi)機(jī)時(shí)速度為中間值/unsigned char code suduzhi=0x00,0x01,0x03,0x07,0x0F,0x1F,0x3F,0x7F,0xFF; /速度等級(jí)數(shù)值uint count1,DSdat,time,sconed,cont,t,date;uchar code logo1= " Welcome to use "uchar code logo2="Motor PWM system &quo

36、t;uchar code logo3="Sped= rpm/min "uchar code logo4="Mode= "uchar code logo5="Mode=Foreward "uchar code logo6="Mode=Feversa "uchar code logo7="Mode=Accelerate "uchar code logo8="Mode=Slowdown "uchar code logo9="Mode=STOP " ulong n

37、um4 5 = 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; /設(shè)定值變量void delaylog(uint z)/延時(shí)函數(shù)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=500;y>0;y-);void delay(unsigned char n)unsigned char i,j;for(j=0;j<n;j+)for(i=0;i<125;i+);void write_com(uchar com)/LCD1602寫(xiě)指令函數(shù)rs=0;lcden=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write

38、_date(uchar date)/LCD1602寫(xiě)數(shù)據(jù)rs=1;lcden=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init1602()/LCD1602初始化uchar num;rd=0;lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);for(num=0;num<16;num+)write_date(logo1num);/顯示開(kāi)機(jī)畫(huà)面delay(2);write_com(0x80+0x40);for(n

39、um=0;num<16;num+)write_date(logo2num);/顯示開(kāi)機(jī)畫(huà)面delay(2);delaylog(200); /* write_com(0x80); for(num=0;num<16;num+)/顯示開(kāi)機(jī)畫(huà)面write_date(logo3num);delay(2);write_com(0x80+0x40);for(num=0;num<16;num+)write_date(logo4num); /顯示開(kāi)機(jī)畫(huà)面delay(2);void write_sfm() / 拆分 個(gè)位 十位顯示 num40=num44%10; /顯示ge位 num41=num

40、44%100/10; /顯示shi位num42=num44%1000/100;/顯示百位num43=num44%10000/1000;/顯示百位write_date(0x30+num43);write_date(0x30+num42);write_date(0x30+num41);write_date(0x30+num40);/*主函數(shù)*/void main(void)uchar num;TMOD=0x21;TH0=0xFF;TL0=0x00;TH1=PWM;TL1=PWM;EA=1;ET0=1;ET1=1;EX0=1;IT0=1;PT0=1;/定時(shí)中斷優(yōu)先PT1=1;PX0=0;PWMZ=0;/開(kāi)機(jī)時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)PWMF=0;EX1=1; /開(kāi)啟外部中斷0 IT1=1; /下降沿有效IE1=1;RCAP2H =(0xFFFF-50000)/256; /賦T2的預(yù)置值0x1000，溢出30次就是1秒鐘 RCAP2L =(0xFFFF-50000)%256; TR2=1; /啟動(dòng)定時(shí)器 ET2=1; init160