單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)測(cè)速和正反轉(zhuǎn)

1、西南科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)方向設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)名稱： 直流電機(jī)數(shù)控器設(shè)計(jì)與制作 姓 名： 汪少華 學(xué) 號(hào): 20105191 班 級(jí)： 電氣1002 指導(dǎo)教師： 聶詩(shī)良 起止日期： 2013.10.19-2013.11.9 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院制方 向 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)學(xué)生班級(jí)： 電氣1002班 學(xué)生姓名： 汪少華 學(xué)號(hào)： 20105191 設(shè)計(jì)名稱： 直流電機(jī)數(shù)控器設(shè)計(jì)與制作 起止日期： 2013.10.19-2013.11.9 指導(dǎo)教師： 聶詩(shī)良 設(shè)計(jì)要求：要求采用單片機(jī)、LM298等器件設(shè)計(jì)制作一個(gè)可進(jìn)行直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)和加減調(diào)速控制的電路板，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速可在LED或LCD上顯示。 方 向

2、設(shè) 計(jì) 學(xué) 生 日 志時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)容10.19至10.22查閱，積累相關(guān)課題資料；了解單片機(jī)運(yùn)行方式；了解LM298引腳功能10.23至10.24根據(jù)資料羅列課題方案，論證方案可行性，決定方案10.25至10.26利用Altiumdesigner軟件繪制課題原理圖10.27至10.28利用Altiumdesigner軟件繪制課題PCB版圖10.29至10.30編寫(xiě)單片機(jī)程序并購(gòu)買(mǎi)所需材料10.31至11.3根據(jù)PCB版圖及其原理圖完成電路板制作11.4至11.5單片機(jī)程序測(cè)試，電路板模塊測(cè)試11.6至11.8設(shè)計(jì)報(bào)告的編寫(xiě)11.9答辯直流電機(jī)數(shù)控器設(shè)計(jì)與制作摘要STC89C52RC是一個(gè)典型的，

3、內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可通過(guò)串口下載的單片機(jī)。Lm298是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。本文設(shè)計(jì)了基于Lm298芯片的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用TCRT5000光電管進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量的硬件電路,用LCD顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。并采用STC89C52RC單片機(jī)作為控制芯片,進(jìn)行直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)和加減調(diào)速控制的直流電機(jī)數(shù)控器。本文設(shè)計(jì)的電路中主要包含4個(gè)模塊：測(cè)速模塊（光電傳感器測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速）、電源模塊（LM7805集成穩(wěn)壓芯片）、顯示模塊（LCD液晶顯示）和控制模塊（利用PWM控制電機(jī)轉(zhuǎn)速以及LM298控制正反轉(zhuǎn)）。關(guān)鍵詞單片機(jī) 直流電機(jī) 光電管測(cè)速

4、DC motor design and production of CNCSummarySTC89C52RC is a typical, built 4KB EEPROM, MAX810 reset circuit, three 16-bit timer / counter, can be downloaded via the serial port of SCM. Lm298 is ST produces a high voltage, high current motor driver chip. This article is designed based on Lm298 chip D

5、C motor drives, optical tube with TCRT5000 speed measurement hardware circuit, the motor speed with the LCD display. And using STC89C52RC chip microcontroller as control for DC motor reversing and subtraction NC DC motor speed control device. This design of the circuit mainly includes four modules:

6、speed module (photoelectric sensor to measure the motor speed), power supply module (M7805 integrated voltage regulator chips), displays (LCD liquid crystal display) and a control module (with PWM control motor speed, and LM298 positive control inversion).CategoriesDC motor microcontroller Photoelec

7、tric tachometer一、 設(shè)計(jì)目的和意義隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的電子產(chǎn)品越來(lái)越多，在早期，電子產(chǎn)品一般是純硬件電路，沒(méi)有使用單片機(jī)，電路復(fù)雜難以設(shè)計(jì)，也難以檢查問(wèn)題，隨著微控制技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，集成芯片越來(lái)越多，單片機(jī)便出來(lái)了，換言之，單片機(jī)的應(yīng)用是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一場(chǎng)革命。具有劃時(shí)代的意義。在電機(jī)控制方面也是靠人的感覺(jué)，沒(méi)有側(cè)速和側(cè)距的概念，以前人機(jī)界面一般采用LED數(shù)碼二極管，隨著LCD液晶顯示器的出現(xiàn)，人機(jī)界面更加人性化、智能化，它能顯示數(shù)字、漢字和圖象，控制LCD液晶顯示器也很方便，電路設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單；加上單片機(jī)，組合實(shí)現(xiàn)的功能也比較強(qiáng)大，還可方便以后電路的升級(jí)與擴(kuò)

8、展。本設(shè)計(jì)結(jié)合LCD顯示、電機(jī)控速、光電管測(cè)速等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以達(dá)到對(duì)直流電機(jī)負(fù)載(與電機(jī)連結(jié)的運(yùn)行裝置)運(yùn)行狀況控制的目的。二、控制要求采用單片機(jī)、LM298等器件設(shè)計(jì)制作一個(gè)可進(jìn)行直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)和加減調(diào)速控制的電路板，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速可在LED或LCD上顯示。三、設(shè)計(jì)方案論證測(cè)速模塊模擬測(cè)速：即利用測(cè)速電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，通過(guò)檢測(cè)反電勢(shì)E的大小和極性即可得到轉(zhuǎn)速N和電機(jī)轉(zhuǎn)向；采用這種方法直接可以得到轉(zhuǎn)速N和輸出電壓的特性曲線，直觀，但也有很多不足，比如在高速和低速情況下實(shí)際輸出偏離理想特性。數(shù)字檢測(cè)技術(shù)：即通過(guò)分析數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生的一系列脈沖間接獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速。

9、這種方法不會(huì)受高低速的限制，通過(guò)比較所以選擇數(shù)字檢測(cè)技術(shù)。采用光電傳感器測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在設(shè)計(jì)中，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸末梢上安裝紙卡，在紙卡上留出兩個(gè)孔。電機(jī)轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈，發(fā)射二極管發(fā)出的光便通過(guò)紙卡的孔到達(dá)接受二極管，就可在接受二極管上產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)。計(jì)算下1s內(nèi)輸出的脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，把計(jì)數(shù)的結(jié)果取一半，就可得到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。電源模塊使用電壓源供電，可提供較穩(wěn)定，精確電源，缺點(diǎn)是電壓源體積太大，不利于設(shè)計(jì)的小體積要求。使用220V轉(zhuǎn)15V，再使用集成穩(wěn)壓芯片LM7805將電壓穩(wěn)定至所需，缺點(diǎn)是散熱不易，需加裝散熱片，體積小。顯示模塊采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，但顯示的內(nèi)容有限，不豐富。采用LED點(diǎn)陣顯

10、示，但需要的I/O資源較多。 采用LCD液晶顯示，顯示內(nèi)容最豐富，只通過(guò)串口通信與單片機(jī)連接。調(diào)速模塊采用集成芯片Lm298及其外部輔助電路和電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，利用LM298的功能引腳控制電路正反轉(zhuǎn)。通過(guò)單片機(jī)的接口，利用PWM控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速及其加減速。最終方案：采用光電傳感器測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使用集成穩(wěn)壓芯LM7805將電壓穩(wěn)定至所需，LCD液晶顯示，利用PWM控制電機(jī)轉(zhuǎn)速并利用LM298控制正反轉(zhuǎn)。四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1控制系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。總系統(tǒng)主要包括：LCD顯示、鍵盤(pán)輸入、測(cè)速模塊、PWM調(diào)速模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊5個(gè)部分。 圖14.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.2.1系統(tǒng)硬件原理圖及工

11、作原理說(shuō)明硬件由電源部分、單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶顯示、獨(dú)立按鍵、電源指示、光電對(duì)管及PWM調(diào)速電機(jī)等模塊構(gòu)成。系統(tǒng)硬件原理圖見(jiàn)附件原理圖。4.2.2單元電路設(shè)計(jì)原理。（1）電源模塊設(shè)計(jì)使用220V轉(zhuǎn)15V，再使用集成穩(wěn)壓芯片LM7805將電壓穩(wěn)定至所需。電源原理圖見(jiàn)圖2圖2（2）單片機(jī)核心控制模塊系統(tǒng)采用單片機(jī)STC89C52RD為中心控制器件，顯示部分采用液晶顯示屏顯示。控制系統(tǒng)采用5V電源供電，外接11.0592MHz晶振。單片機(jī)核心控制模塊主要實(shí)驗(yàn)一下功能：1、控制電機(jī)的運(yùn)行；2、控制測(cè)速模塊測(cè)量電機(jī)的速度；3、控制液晶顯示器顯示電機(jī)的設(shè)定轉(zhuǎn)速及當(dāng)前轉(zhuǎn)速。單片機(jī)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖3. 圖3

12、（3）PWM調(diào)速及正反轉(zhuǎn)模塊本設(shè)計(jì)采用集成芯片Lm298及其外部輔助電路和電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。Lm298是 SGS 公司的產(chǎn)品, 其內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路, 即內(nèi)含二個(gè)H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器, 接收標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平信號(hào), 可驅(qū)動(dòng) 46V、2A以下的電機(jī)。由 Lm298構(gòu)成的通過(guò)單片機(jī)的接口，利用PWM控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速及其加減速。通過(guò)按鍵P2.4、P2.5分別控制電機(jī)的加速減速。電路原理圖如圖4。圖4（4 ）測(cè)速模塊 采用光電傳感器測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在設(shè)計(jì)中，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸末梢上安裝紙卡，在紙卡上留出兩個(gè)孔。電機(jī)轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈，發(fā)射二極管發(fā)出的光便通過(guò)紙卡的孔到達(dá)接受二極管，就可在接

13、受二極管上產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)。計(jì)算下1s內(nèi)輸出的脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，把計(jì)數(shù)的結(jié)果取一半，就可得到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。為提高精度，將輸出信號(hào)經(jīng)LM324整流后送入單片機(jī)T1口。測(cè)速原理圖如圖6，實(shí)物如圖5。圖5 圖6（5）顯示模塊 采用LCD液晶顯示，顯示內(nèi)容最豐富，只通過(guò)8條數(shù)據(jù)線與單片機(jī)連接，采用了串口通信的原理。顯示原理圖如圖7,實(shí)物圖如圖8。圖7圖84.2.3硬件PCB圖圖94.3軟件各功能的流程圖4.3.1定時(shí)計(jì)數(shù)模塊是輸出T1值否計(jì)時(shí)是否結(jié)束T1計(jì)數(shù)+1是否是否有脈沖信號(hào)T0計(jì)數(shù)開(kāi)始4.3.2PWM調(diào)速模塊4.4主程序及注解#include#include #include 1602.hs

14、bit KEY_CTRl=P27;sbit KEY_UP=P26;sbit KEY_DOWN=P25;sbit KEY_REVERSE=p24;sbit IN1=P10;sbit IN2=P11;sbit IN3=P12;sbit IN4=P13;sbit ENA=P14;sbit ENB=P15;unsigned char temp16;unsigned char SwitchZT,LEVEL,SPEED,REVERSE,ENA,SPEED_COUNT;/*-系統(tǒng)延時(shí)-*/void Delay(unsigned int z)unsigned int x,y;for(x=0;xz;x+)for

15、(y=0;y=0&LEVEL0&LEVEL=20) s_count=0; SPEED=SPEED_COUNT; SPEED_COUNT=0; /*-PWM速度調(diào)制 -*/void PWM() interrupt 1static unsigned char PWM_switch=0,PWM_COUNT;switch(PWM_switch)case 0: if(LEVEL=100) PWM_switch=2; else if(LEVEL=0) PWM_switch=3;else PWM_COUNT=LEVEL;IN1=REVERSE&1;IN2=(REVERSE)&1;PWM_switch=1;b

16、reak;case 1:PWM_COUNT-;if(PWM_COUNT=0) IN1=0; IN2=0; PWM_switch=0; break;case 2: IN1=REVERSE&1;IN2=(REVERSE)&1;if(LEVEL!=100) PWM_switch=0;break;case 3:IN1=0;IN2=0;if(LEVEL!=0) PWM_switch=0;break; TH0 = (65536-10000) /256; TL0 = (65536-10000) %256; /*-狀態(tài)機(jī)-*/void Main_Fun(void)static unsigned char Sw

17、itchZT=0;switch(SwitchZT)case 0:DATA=CHECK_SPPED();SwitchZT=1;break;case 1:Show();SwitchZT=0;break;void main()EVE_Init();LCD_Init();while(1)Main_Fun();Key_Scan();五、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析5.1調(diào)試過(guò)程本作品的主要由PWM調(diào)速電機(jī)模塊、電源模塊、顯示模塊、測(cè)速模塊以及單片機(jī)核心控制模塊同組成，安裝調(diào)試的過(guò)程遵循由簡(jiǎn)到繁、由易到難的原則進(jìn)行。（1） 單片機(jī)核心控制模塊的應(yīng)用于調(diào)試，將一些外部器件，例如液晶模塊安裝到實(shí)驗(yàn)板上，并檢測(cè)是否可用。（2） 將電源電壓值調(diào)到+5V，檢查電路是否工作。各個(gè)器件的電壓值和是否正常。（3） 將PWM調(diào)速電機(jī)安裝到實(shí)驗(yàn)板上，接通電源，檢查電機(jī)是否工作。若不能工作則繼續(xù)調(diào)試，若能正常工作則記錄數(shù)據(jù)。5.2調(diào)試數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析見(jiàn)表1:速度設(shè)定值次數(shù)1次數(shù)2次數(shù)3次數(shù)4次數(shù)5平均值誤差速度000000000慢20212219202120.63%快60605960605959.6-0.7%表1結(jié)束語(yǔ)本系統(tǒng)