基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)主要研究設(shè)計(jì)一款PWM直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠利用單片機(jī)對(duì)用戶通過按鍵輸入的控制信號(hào)進(jìn)行處理，然后利用驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度和方向的控制，同時(shí)把電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息顯示在LCD顯示器上。在完成對(duì)系統(tǒng)的基本分析后，對(duì)硬件的電路進(jìn)行了調(diào)試，然后對(duì)所有模塊電路進(jìn)行調(diào)試。只要有了整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)連接方式和全部電路的原理圖設(shè)計(jì)就可以更方便的發(fā)掘硬件挑選方案的可行性和優(yōu)點(diǎn)。給系統(tǒng)就提供了空間平臺(tái)。這是整個(gè)系統(tǒng)的的核心部分，也是本篇設(shè)計(jì)的核心。最后將整個(gè)檢測系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)完成的電路圖和系統(tǒng)功能需求，完成硬件電路的制

2、作與軟件程序的開發(fā)。在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)完成測試后確定了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；硬件電路設(shè)計(jì)；系統(tǒng)仿真；系統(tǒng)調(diào)試IThe design of dc motor control system based on single chip microcomputerABSTRACTThis design mainly study design a PWM dc motor speed control system. The system can use single chip microcomputer control of the user through the pressed key inpu

3、t signal processing, and then use the drive control of motor speed and direction, at the same time, the motor running state information display on the LCD display.In the completion of basic analysis of the system, the hardware circuit debugging, and then to all module circuit debugging. Have the sch

4、ematic diagram of the whole module design and system of signal connection mode can be more easily explore feasibility and advantages of hardware selection scheme. To the system provide a space platform. This is the core of the part of the whole system, is also the core of this design.Will last the w

5、hole test system of software and hardware alignment, have done design according to the circuit diagram and system functional requirements, complete the hardware circuit and software program development. After complete the test of the whole system to determine the effectiveness of the system design.K

6、eyword：Single chip microcomputer; The hardware circuit design; System simulation; System debuggingI目 錄一、 緒論11.1本課題的研究目的及意義11.2直流電機(jī)調(diào)速方法21.3設(shè)計(jì)內(nèi)容2二、系統(tǒng)主要硬件介紹42.1 8051單片機(jī)42.1.1簡介42.1.2 8051單片機(jī)特點(diǎn)52.2 L298N5三、系統(tǒng)電路硬件設(shè)計(jì)73.1系統(tǒng)電路總體設(shè)計(jì)73.2主控電路設(shè)計(jì)73.3顯示電路83.4按鍵控制電路93.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路103.6程序下載電路113.7電源電路11四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及仿真134.1系統(tǒng)

7、軟件總體方案134.2系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)144.3 PWM發(fā)生程序設(shè)計(jì)154.4按鍵控制程序164.5系統(tǒng)仿真18五、PWM直流調(diào)速系統(tǒng)硬件聯(lián)調(diào)225.1系統(tǒng)硬件制作調(diào)試225.2系統(tǒng)軟件下載及調(diào)試23結(jié)論24參考文獻(xiàn)25致謝27一、 緒論1.1本課題的研究目的及意義直流電機(jī)很早就被應(yīng)用于人們生活當(dāng)中。經(jīng)歷了多次的變革更新，現(xiàn)今已被普遍應(yīng)用在交通工具，工程設(shè)備，電氣自動(dòng)化以及航天航空等。最早的直流電機(jī)調(diào)速電路很復(fù)雜，將運(yùn)算放大器和非線性電路，還有模擬器件組合而成,因此早期的直流電機(jī)缺點(diǎn)很多，比如功能有很大限制,改裝很繁瑣,成本費(fèi)用高等。嚴(yán)重影響了直流電機(jī)的應(yīng)用。近年來,由于PWM技術(shù)的出現(xiàn),使

8、直流電機(jī)的發(fā)展發(fā)揮到了極致，使其在應(yīng)用范圍擴(kuò)大了不少。PWM調(diào)速系統(tǒng)的基本原理就是控制開關(guān)的導(dǎo)通和斷開,直流電壓會(huì)根據(jù)開關(guān)的導(dǎo)通或者斷開而產(chǎn)生變化，當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通,電流就會(huì)流向直流電機(jī)，當(dāng)開關(guān)斷開,就沒有電流流向直流電機(jī)。利用這個(gè)方法,想要改變輸出的平均電壓值，就要改變開關(guān)的導(dǎo)通和斷開用它來實(shí)現(xiàn)電壓脈沖的頻率。 在直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中利用單片機(jī)控制直流電機(jī)的技術(shù)卻是最為耀眼的一個(gè)，雖然控制系統(tǒng)和微機(jī)技術(shù)還有電力電子技術(shù)用的也不少，但是在應(yīng)用上還是單片機(jī)控制直流電機(jī)用的更多一些。在直流電機(jī)調(diào)速中單片機(jī)的作用是將輸出脈沖信號(hào)和控制其他邏輯電路，不光如此，單片機(jī)還有質(zhì)量輕，體積小，成本低，靈活應(yīng)用，控制能

9、力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。所以會(huì)優(yōu)先選擇單片機(jī)作為直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制芯片。就是因?yàn)镻WM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)多,直流電機(jī)被獲得青睞，在生活中被得到廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)領(lǐng)域中PWM技術(shù)占據(jù)著舉足輕重的作用，他利用電路結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，控制靈活的特點(diǎn)與數(shù)字信號(hào)可以相互通信，使工業(yè)化的發(fā)展更上一層樓。這樣看來，PWM技術(shù)可能會(huì)對(duì)我們的工作生活起到作用，所以我們要去多學(xué)習(xí)PWM技術(shù)。通過L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，本設(shè)計(jì)就選擇51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速控制,通過本次設(shè)計(jì)可以使我們對(duì)所學(xué)到的知識(shí)得到進(jìn)一步的鞏固和加深，在我們以后的生活工作當(dāng)中得到充分的表現(xiàn)有很大的意義。1.2直流電機(jī)調(diào)速方法直流電機(jī)基本的調(diào)速方法主要有4種

10、。1.最早的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)想要實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速是要改變電機(jī)的內(nèi)阻的大小而使直流電機(jī)兩端的電壓產(chǎn)生變化。這種調(diào)速系統(tǒng)電路有很多的缺點(diǎn)，比如調(diào)速精度較低,不能精確調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是這種調(diào)速系統(tǒng)操作起來比較容易，電路也很簡單而且工藝的制造也不麻煩。2.發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)調(diào)速，這種調(diào)速系統(tǒng)一般由電磁放大器,電機(jī)擴(kuò)大器,閘流管等器件構(gòu)成。這種方法相對(duì)以前的方法有相當(dāng)大的突破，一改以往的精度低，調(diào)速低的缺點(diǎn)，把直流電機(jī)帶到了一個(gè)新的高度。但是這個(gè)系統(tǒng)還是存在些許不足，比如電力設(shè)備以及電子元器件較多，價(jià)錢也比較昂貴，其中的連線接線線路并不簡單,使得這個(gè)系統(tǒng)太過繁瑣,不易于制造。3.基于泵漿變流器的調(diào)速方式

11、。這種調(diào)速方法在平時(shí)用的不多，調(diào)速功能比之前也有很大的提高，調(diào)速精度也比較高，不會(huì)出現(xiàn)調(diào)速精度低和調(diào)速不穩(wěn)定的問題。但是這種調(diào)速方法是基于泵漿變流器的，系統(tǒng)中的會(huì)揮發(fā)處不良?xì)怏w，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生傷害，這就是不常用的原因，所以也就不便去推廣引用了。4.PWM調(diào)速。這種方法利用調(diào)整半導(dǎo)體開關(guān)的通斷從而改變電機(jī)兩段平均電壓的形式改變調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。早期的半導(dǎo)體開關(guān)利用三極管，但是三極管的載流較小，通常只能驅(qū)動(dòng)功率較小的電機(jī)。直流電機(jī)有了相當(dāng)大的進(jìn)步是當(dāng)?shù)谝恢痪чl管成功出世，將它應(yīng)用到直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中,確實(shí)有著不匪的表現(xiàn)，而且在今后的很長時(shí)間內(nèi)都是被主要應(yīng)用，這種調(diào)速系統(tǒng)比之前的更小更精致,調(diào)速精度更高,

12、價(jià)格更低。歐美國家在調(diào)速系統(tǒng)這部分則更有話語權(quán),比較有實(shí)力的公司西門子、通用電氣等他們擁有更多不同種類的調(diào)速設(shè)備，他們的設(shè)備性能很高，他們的產(chǎn)品不會(huì)應(yīng)用在精度和穩(wěn)定性相對(duì)較低的地方，他們對(duì)這方面要求很嚴(yán)格。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)了一個(gè)基于PWM調(diào)速方法的調(diào)速系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由主控，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，按鍵控制電路，顯示電路等構(gòu)成。并將轉(zhuǎn)速級(jí)別顯示于LCD顯示器上。系統(tǒng)的主控采用51單片機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。系統(tǒng)具有成本低廉，構(gòu)造簡單，容易操作的優(yōu)點(diǎn)。二、系統(tǒng)主要硬件介紹本章主要介紹8051單片機(jī)的由來和它的特性，還有將利用L298N作為實(shí)驗(yàn)工具來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。2.1 8051單片機(jī)2.1

13、.1簡介8051是一種單芯片微控制器，在1981年INTEL公司制造出來的。很多公司也在做8051型號(hào)的單片機(jī)比如愛特梅爾公司，Philips公司，Deep lianhua公司等公司，他們很多都研發(fā)了性能更好，應(yīng)用更廣泛的產(chǎn)品，他們之所以會(huì)有之后的成就，也是因?yàn)樽钤缤ㄟ^Intel公司授權(quán)得來的MCS51核心技術(shù)。8051單芯片是同步式的順序邏輯系統(tǒng)，它的系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)脈信號(hào)發(fā)生變化時(shí)整個(gè)系統(tǒng)才會(huì)健康的運(yùn)行起來，很多信號(hào)和動(dòng)作都是通過他發(fā)出來的。8051單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生器，一般和電容還有石英提諧振器等還有很多振蕩器相連才能使用，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)是系統(tǒng)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。8051比平常的的微處理器

14、多了38BRAM、8KB的ROM和4個(gè)8位的串行口還有不少特殊功能的寄存器，單片機(jī)只用于對(duì)系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)，而微處理器多數(shù)情況用于對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，所以單片機(jī)在控制能力上是非常強(qiáng)大的，是微處理器所不具備的。圖2.1 8051單片機(jī)原理圖2.1.2 8051單片機(jī)特點(diǎn)1.單片機(jī)的特點(diǎn)是體積小適用于多數(shù)系統(tǒng)、集成度非常高、用起來也非?？煽俊纹瑱C(jī)將人類的智慧發(fā)揮到了極致，它的每一個(gè)功能部件都集中在了一塊晶體芯片上，體積非常小，自然集成度也非常高，單片機(jī)芯片內(nèi)部的線路很短，在日常的工業(yè)當(dāng)中，機(jī)器產(chǎn)生的噪聲很大，他的抗噪聲的能力首屈一指，進(jìn)入到工廠中，明顯感覺耳根比之前舒服了好多，大多數(shù)CPU都沒

15、有他強(qiáng)，因?yàn)樗旧碓O(shè)計(jì)的時(shí)候就是根據(jù)工業(yè)上的噪聲環(huán)境來打造的。在一個(gè)芯片內(nèi)有很多的信號(hào)通道，他保護(hù)了單片機(jī)的常數(shù)，表格還有程序指令等固化，使得他們?cè)赗OM成功地保留下來，因此它的可靠性非常高。2.單片機(jī)的控制能力也較強(qiáng)。單片機(jī)有著極強(qiáng)的控制功能，能及時(shí)地將分支轉(zhuǎn)移，還有端口操作能力和位處理能力，這是他獨(dú)到的一面，這便是單片機(jī)指令系統(tǒng)能對(duì)對(duì)象控制的要求充分地滿足的原因。3.單片機(jī)比較易于擴(kuò)展。計(jì)算機(jī)能正常運(yùn)行都是通過單片機(jī)提供計(jì)算機(jī)所需的部件，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)有好多種規(guī)模，他是由單片機(jī)芯片外部有很多串行接口，管腳和三總線構(gòu)成，系統(tǒng)利用這些部件很容易構(gòu)成。4.單片機(jī)有著優(yōu)異的性價(jià)比。單片機(jī)開始使用新

16、技術(shù)，比如DSP和RSTC等技術(shù)，就是為了運(yùn)算速度能更上一層樓。單片機(jī)尋址能力更是突飛猛進(jìn)，不僅將64KB成功突破，還有許多已經(jīng)達(dá)到1MB和16MB，令人驚詫 ，片內(nèi)的ROM的容量更是可以達(dá)到60M。單片機(jī)價(jià)格便宜令他在許多地方廣為受用，所以具有性價(jià)比高的特點(diǎn)。2.2 L298N本次設(shè)計(jì)將選取L298N來進(jìn)行操作。簡單介紹一下L298N。它是意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，它具有高電壓、高電流的特點(diǎn)，工作效率很高。該芯片采用15腳封裝.主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器

17、，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；該芯片有兩個(gè)控制端，再不受外界條件下不管器件是否工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，在低電壓的中讓邏輯電路正常工作；可以外接檢測電阻，將變化信息反饋給控制電路。 三、系統(tǒng)電路硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)電路總體設(shè)計(jì)驗(yàn)實(shí)硬件系統(tǒng)圖如下：STC89C52單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電源電路LCD顯示按鍵控制電路圖3.1 系統(tǒng)模式圖3.2主控電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的電路將使用51單片機(jī)，因?yàn)?1單片成本低廉也比較符合系統(tǒng)的功能需求，選取的型號(hào)為STC89C52。STC89C52單片機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造十分簡單，主控電路由于是用它的芯片搭建的，因此也比較簡單。晶振電

18、路，復(fù)位電路和i0電路就組成了主控電路。下圖為主控電路設(shè)計(jì)圖。圖3.2 主控電路圖S2按鍵，10K毆和22uF電容組成了圖中的復(fù)位電路。當(dāng)按鍵閉合時(shí)，主控的RST引腳被轉(zhuǎn)化為高電平，系統(tǒng)便成功復(fù)位。晶振電路是一個(gè)后續(xù)，它的構(gòu)成是一個(gè)無源晶體振蕩器和兩個(gè)20pF的電容。時(shí)鐘信號(hào)可以穩(wěn)定的輸入主控芯片為主控芯片。整個(gè)系統(tǒng)可以正常的運(yùn)行就是靠這兩個(gè)部分。3.3顯示電路用戶通常要獲得信號(hào)采集值都是通過顯示屏的形式輸出之后。顯示屏通常有兩種選擇，有LED數(shù)碼管和LCD液晶屏。在低端系統(tǒng)中，LED數(shù)碼管可以充分的顯示設(shè)計(jì)，在高端一點(diǎn)就不行了，LED數(shù)碼管有很多缺點(diǎn)，比如體積太大，只能單一的顯示數(shù)字，顯示形

19、態(tài)太普通還有耗能非常高等。本次設(shè)計(jì)針對(duì)的人群是學(xué)生，本文使用LCD液晶屏作為顯示器件，所以需要整個(gè)系統(tǒng)美觀并且具有體積小耗能低的，因此本文采用LCD液晶屏作為顯示器件。本次設(shè)計(jì)采用LCD1603液晶屏，這種屏幕的顯示內(nèi)容，功耗還有電壓比較符合。這種屏幕在工業(yè)當(dāng)中叫做字符型液晶，有許多種組合的點(diǎn)陣字符，字符和字符之間的距離，行距都對(duì)顯示屏有影響。距離把握的合適會(huì)顯的字符美觀大方。不僅能顯示英文字符，也能很好的顯示中文字符。是一種使用的液晶顯示屏。下圖3.3為顯示模塊的原理圖。圖3.3 LCD顯示電路從圖LCD顯示電路中看出，整個(gè)顯示屏模塊功能強(qiáng)大，本身帶有驅(qū)動(dòng)電路。供電回路由VEE，VCC,VS

20、S構(gòu)成，噪聲對(duì)顯示屏影響是非常大的，為了保證顯示屏的正常工作，降低噪音就是一個(gè)必須要做的工作，就要通過并通過C3,C4兩顆退藕電容濾除電源噪聲，避免顯示屏產(chǎn)生異常情況。器件通過DB0DB7八個(gè)引腳與單片機(jī)交換數(shù)據(jù)，并在RS,R/W和E引腳的控制下，正常的完成信息交互，這三個(gè)引腳分別完成寄存器類型選擇，讀寫切換和芯片使能的工作，使得數(shù)據(jù)能夠在正確的時(shí)序下傳輸。整個(gè)液晶顯示電路不僅很好的完成了系統(tǒng)的要求，還降低了系統(tǒng)的能耗和電路面積，該液晶顯示電路起到了至關(guān)重要的作用。3.4按鍵控制電路本系統(tǒng)對(duì)按鍵要求很高，系統(tǒng)中的3個(gè)按鍵分別連接到單片機(jī)STC89X52RC的P2.0、P2.1、P2.2引腳上。

21、連接方式為按鍵一端連接到單片機(jī)引腳，另一端右側(cè)接地。在程序中對(duì)鍵盤才去鍵盤掃描模式來判斷這四個(gè)獨(dú)立按鍵的狀態(tài):低電平的檢測是通過單片機(jī)對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行掃描函數(shù)，如果單片機(jī)和按鍵連接的引腳就是低電平,當(dāng)按鍵被按下,系統(tǒng)就進(jìn)入處理程序,單片機(jī)發(fā)出指令,就可以操控直流電機(jī)進(jìn)行一系列操作：正向運(yùn)轉(zhuǎn)、反向運(yùn)轉(zhuǎn)和加速、減速和啟動(dòng)、停止。當(dāng)程序掃描了按鍵的狀態(tài)，那程序就進(jìn)入子程序進(jìn)行下一項(xiàng)動(dòng)作，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)復(fù)位，那就表明按鍵已被按下;同樣，當(dāng)程序只執(zhí)行主程序或其他的子程序，那么程序會(huì)繼續(xù)之前的操作，不會(huì)掃描按鍵狀態(tài)，那程序一定沒有進(jìn)入鍵盤掃描程序，那么按鍵就沒有按下才導(dǎo)致了這樣的情況,如果出現(xiàn)了這種情況，系統(tǒng)會(huì)

22、反應(yīng)給單片機(jī)，這時(shí)單片機(jī)就會(huì)掃描與按鍵相連的引腳，即主程序每執(zhí)行一次都會(huì)對(duì)鍵盤掃描子程序的入口條件進(jìn)行一次判斷。圖3.4 按鍵控制電路3.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，如圖中L298N的OUT1和OUT2輸出端直接和電機(jī)相連，用于拖動(dòng)電機(jī)。L298N的IN1和IN2端直接和STC89C52單片機(jī)相連，用于接收來自PWM波控制信號(hào)，從而對(duì)L298N的輸出電壓進(jìn)行控制。當(dāng)單片機(jī)給予高電平時(shí)，相應(yīng)的輸出管腳輸出高電平，為電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電流；當(dāng)單片機(jī)給予低電平時(shí)，相應(yīng)管腳輸出低電平，無法為電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電流，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。利用單片機(jī)輸出PWM波，從而使得L298N在一定頻率下反復(fù)通

23、斷，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖3.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路3.6程序下載電路STC89C52可以進(jìn)行編程，它里面的芯片有一種編程模塊。在編程時(shí)將數(shù)據(jù)整理好，通過串口傳輸給STC89C52，STC89C52將數(shù)據(jù)接受處理完成后，剩下的工作就留給芯片去自動(dòng)進(jìn)行FLASH燒寫，效率自然高了不少。由于數(shù)據(jù)都是通過PC輸出，為了建立統(tǒng)一方便的適用接口，本設(shè)計(jì)采用USB輸出(考慮到大多數(shù)電腦不再擁有RS232串口接口)。因此系統(tǒng)中需要用于USB轉(zhuǎn)串口的電路。下圖為本課題設(shè)計(jì)的U轉(zhuǎn)串電路。圖3.6 程序下載電路該電路的主要構(gòu)成模塊是PL2303芯片和一個(gè)12Mhz的晶體產(chǎn)生電路。旺久公司生產(chǎn)了一種集成度很高的接口轉(zhuǎn)換器

24、名字叫PL2302，它可以讓USB接口和RX233 全雙工異步串行通信裝置成功連接。按照該芯片手冊(cè)提出的要求，為其搭建需要的外圍電路，就構(gòu)成了系統(tǒng)的下載電路。上圖中D+和D-就是數(shù)據(jù)輸入接口，接到系統(tǒng)的輸入U(xiǎn)SB接口上，與PC通信。3.7電源電路系統(tǒng)中主要存在兩種電源。一個(gè)是用于為STC89C52單片機(jī)供電的5v電源。另一種是為電機(jī)供電的12V電源。為了實(shí)現(xiàn)這兩種電源，分別采用LM7805和LM7812實(shí)現(xiàn)。7805是一種常見的三端穩(wěn)壓電路集成電路。一般要想用7805系列三端穩(wěn)壓將外圍元件組成幾乎沒有，有保護(hù)電路的進(jìn)行調(diào)整管，過熱還有過流的電路，用起來相對(duì)安全，便捷，而且性能也不差。可以實(shí)現(xiàn)至

25、少1A以上的輸出電流，這種器件在實(shí)際應(yīng)用中用途很多，可以將本地噪聲污染消除。該芯片具有三個(gè)接口，輸入電平，輸出電平和公共地電平，使用時(shí)只需再輸入和輸出端分別并上一個(gè)電容用于電源濾波，此外不需要其他的外圍器件。因此電路設(shè)計(jì)較為容易。LM7812與7805類似，也是一種三端穩(wěn)壓器。其輸出電壓為3.3v，最大輸出電流為1A。工作結(jié)溫范圍：-40125C輸入最大電壓：12V。是一種高效率線性穩(wěn)壓器發(fā)表開關(guān)電源穩(wěn)壓器。該芯片具有三個(gè)接口，輸入電平，輸出電平和公共地電平。設(shè)計(jì)中輸入電平由5v電源提供，公共地信號(hào)為系統(tǒng)地信號(hào)。下圖為系統(tǒng)供電電路的原理圖。圖3.7 電源電路四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及仿真4.1系統(tǒng)軟件

26、總體方案 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)有三大部分，分別為輸出PWM波，初始化進(jìn)程和接收按鍵輸入。輸出PWM波用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；各個(gè)模塊要進(jìn)行正常的準(zhǔn)備狀態(tài)就要通過系統(tǒng)初始化；按鍵輸入模塊用于處理用戶輸入的調(diào)速信息。下圖為系統(tǒng)的軟件流程圖。開始LCD初始化顯示當(dāng)前速度信息否按鍵是否按下是調(diào)整電機(jī)速度圖4.1 系統(tǒng)軟件流程圖下面分模塊介紹各個(gè)軟件子模塊的設(shè)計(jì)方案。4.2系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)void main (void)TMOD=0x21; /設(shè)置定時(shí)器模式TL0=(65535-1000)%256; /向計(jì)數(shù)器中低位裝入數(shù)據(jù)TH0=(65535-1000)/256; /向計(jì)數(shù)器中高位裝入數(shù)據(jù)EA=1; /

27、中斷控制使能ET0=1; /定時(shí)器0中斷使能 LCD_Init(); 三個(gè)Init函數(shù)中的主要內(nèi)容是根據(jù)芯片手冊(cè)提供的硬件操作方法，在其工作準(zhǔn)備之前，要整理硬件初始數(shù)據(jù)，調(diào)整工作狀態(tài)，在都完成了之后，系統(tǒng)后面程序的運(yùn)行效率會(huì)增加。以LCD_Init()為例，下面是該函數(shù)實(shí)現(xiàn)部分。void lcd_init() LCD_RW=0; LCD_RS=0; write_com(0x36); write_com(0x0c); write_com(0x38); write_com(0x06); . write_com(0x01); write_com(0x80); / Void lcd init表示讓LC

28、D開始工作，并且處于輸入狀態(tài)，將數(shù)據(jù)輸入，再進(jìn)行下一項(xiàng)。LCD_RS表示將要對(duì)內(nèi)部進(jìn)行置換，并不是顯示數(shù)據(jù)，因?yàn)檩斎氲氖桥渲脭?shù)據(jù)。4.3 PWM發(fā)生程序設(shè)計(jì)PWM波的發(fā)生利用單片機(jī)定時(shí)器功能實(shí)現(xiàn)。其基本原理是設(shè)置好單片機(jī)的定時(shí)器功能，然后根據(jù)設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)整不同的PWM占空比，即輸出高電平的脈寬，從而模擬出PWM波形。在本系統(tǒng)中，設(shè)置PWM波的頻率為2000HZ，即每個(gè)周期為0.5ms，將電機(jī)轉(zhuǎn)速分為五個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)0%、20%、40%、60%、80%和100%的占空比。下面是電機(jī)控制的程序。if(sys_dir = 1) dianjif =0;if(time = sys_speed)d

29、ianjiz = 0;else if(time = sys_speed)dianjif = 0;else if(time sys_speed)dianjif = 1; time+; if(time=5) time=0;程序中定時(shí)器計(jì)數(shù)周期設(shè)置為0.1ms，每0.1ms觸發(fā)一次中斷服務(wù)函數(shù)。Time變量自加1。當(dāng)time小于Sys_speed時(shí)，dianjiz引腳給高電平。當(dāng)time達(dá)到5時(shí)，time又重新置零，這樣便形成了一個(gè)周期，sys_speed從而表示占空比。而sys_dir用于表示電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。當(dāng)sys_dir為1時(shí)，dianjiz引腳輸出PWM波形，dianjif引腳常為低電平；當(dāng)s

30、ys_dir為0時(shí)，dianjif輸出PWM波形，dianjiz引腳常為低電平。4.4按鍵控制程序系統(tǒng)中一共設(shè)計(jì)了三個(gè)按鍵，分別控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向。在程序中用key0、key1和key2表示。當(dāng)key0被按下時(shí)，與單片機(jī)相連的管腳檢測的低電平發(fā)生，于是執(zhí)行if(key0 = 0)語句。在該語句中，首先進(jìn)行延時(shí)delay_ms(100)操作，此操作是軟件消抖。由于按鍵按下后，程序執(zhí)行很快，可能會(huì)反復(fù)多次執(zhí)行if語句，因此需要進(jìn)行延時(shí)操作。Key0按鍵的作用是降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此接下來執(zhí)行sys_speed = sys_speed 1語句。Sys_speed表示電機(jī)轉(zhuǎn)速，執(zhí)行完該語句，則將電機(jī)轉(zhuǎn)速降

31、低一個(gè)等級(jí)。Key1的原理與key0類似，用于提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，不再贅述。Key2是控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的按鍵。因此當(dāng)該按鍵被按下后，執(zhí)行sys_dir = !sys_dir;語句。sys_dir表示電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，執(zhí)行完該語句，在完成了電機(jī)方向的轉(zhuǎn)換。if(key0 = 0)delay_ms(100);sys_speed = sys_speed - 1;if(sys_speed 5)sys_speed = 5;if(key2 = 0)delay_ms(100);sys_dir = !sys_dir;4.5系統(tǒng)仿真圖4.2 系統(tǒng)電路圖圖4.3 速度為2方向?yàn)轫槙r(shí)針打開電源，如閃圖所示。電機(jī)默認(rèn)速度為2，

32、方向?yàn)轫槙r(shí)針方向。當(dāng)按下加速按鈕后，電機(jī)加速運(yùn)行，并且從LCD中可以看到速度變?yōu)?。圖4.4 速度為3方向?yàn)轫槙r(shí)針按下?lián)Q向按鈕后，電機(jī)運(yùn)行方向改變，并且可以看到LCD中dir顯示為0。通過以上對(duì)比分析可以看出，功能符合預(yù)期系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確。五、PWM直流調(diào)速系統(tǒng)硬件聯(lián)調(diào)本章介紹根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)完成的電路圖和功能需求，完成硬件電路的制作與軟件程序的開發(fā)。完成硬件及軟件系統(tǒng)后，驗(yàn)證了系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)功能，顯示功能和按鍵輸入功能。驗(yàn)證顯示系統(tǒng)工作穩(wěn)定，設(shè)計(jì)正確。5.1系統(tǒng)硬件制作調(diào)試 印刷電路板對(duì)于系統(tǒng)來說十分重要。印刷電路板將全部的硬件固定到他的身上，等到硬件安裝固定完畢，他的印刷走線會(huì)將系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)連接，

33、系統(tǒng)才會(huì)穩(wěn)定運(yùn)行。本系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由供電電路，顯示電路，下載電路，鍵盤控制電路和主控電路構(gòu)成，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要多觀察，操作上也會(huì)有不小的難度。有3個(gè)方面需值得注意： 1.元件布局。如何進(jìn)行元件布局直接對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，例如信號(hào)完整性和電磁輻射會(huì)隨之發(fā)生變化。如果各部分信號(hào)能夠穩(wěn)定的將信號(hào)一直傳遞下去，相互沒有干擾，這就是一個(gè)好的元件布局。元件布局在操作上要求比較嚴(yán)格，有一些需要注意的幾個(gè)細(xì)節(jié)。比如容易發(fā)熱的器件需要放在空間大通風(fēng)好的位置，周圍更不能擺放電子器件，否則會(huì)引起不利的影響。為了將信號(hào)傳遞的更快效率更高，要將高速信號(hào)縮到相當(dāng)短的距離。還有就是在板的四周安置高速器件，這樣能保證能更快更無

34、阻礙的運(yùn)行。 2. PCB板層數(shù)確定。多數(shù)情況下走線簡單的電路，表面布線布通率就相對(duì)高一些，這樣的電路就會(huì)比較簡單，所以多數(shù)情況會(huì)采用單層板設(shè)計(jì)。但這個(gè)電路比較復(fù)雜，就得選用多層板設(shè)計(jì)。就現(xiàn)今來說，板層結(jié)構(gòu)有雙層的，四層的，還有六層的，層數(shù)不同，所用的地方也不一樣?；陔p層板價(jià)錢相對(duì)低廉也比較適合本系統(tǒng)電路，就選用雙層板制板工藝。 3.布線。如何布線是整個(gè)設(shè)計(jì)中比較困難的問題，由于信號(hào)和信號(hào)之間傳輸?shù)念l率快，他的傳輸效率很高，但可能會(huì)有不利影響，比如在傳輸過程中信號(hào)因?yàn)樗俣冗^快導(dǎo)致方向跑偏或者反彈至另一邊，這樣可能會(huì)對(duì)信號(hào)造成干擾，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，因此在布線的時(shí)候要時(shí)刻觀察，如有上述情況可

35、立即進(jìn)行調(diào)整，這樣信號(hào)就能夠正常傳輸，保證了信號(hào)的完整性。5.2系統(tǒng)軟件下載及調(diào)試 根據(jù)上一章的程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的開發(fā)步驟則簡單很多了，首先凱爾軟件將系統(tǒng)程序代碼表現(xiàn)出來，這時(shí)候下載工具就派上用場了，下載工具需要將編譯完成后的文件拷至單片機(jī)中。在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作當(dāng)中，系統(tǒng)的每個(gè)部分都做好了本職工作，電機(jī)調(diào)速功能得以成功實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)正常，驗(yàn)證顯示本設(shè)計(jì)正確。結(jié)論本課題設(shè)計(jì)研究內(nèi)容為實(shí)現(xiàn)一款PWM直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，單片機(jī)作為激活系統(tǒng)的工具。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速。通過對(duì)系統(tǒng)功能需求分析，凱爾開發(fā)工具的學(xué)習(xí)使用是根據(jù)系統(tǒng)的需求，PWM直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)硬件系統(tǒng)相當(dāng)于助推器起到了很大的作用。測試都顯示各項(xiàng)數(shù)據(jù)都完整準(zhǔn)確，系統(tǒng)運(yùn)作正常，能夠滿足提出的功能要求。在課題設(shè)計(jì)研究中遇到了不少困難，最終是有一些成績的，設(shè)計(jì)中依然有一些問題不容忽視需要仔細(xì)斟酌觀察，主要表現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)功率問題。