畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）_基于C51的直流電機(jī)無線調(diào)速系統(tǒng)

1、畢 業(yè) 論 文論文題目 基于C51的直流電機(jī)無線調(diào)速系統(tǒng) 系 別 電子信息工程系 專 業(yè) 電子信息工程 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師簽名 完成時(shí)間 2021 年 1 月摘要直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)和調(diào)速性能，被廣泛地應(yīng)用于對啟動(dòng)和調(diào)速有較高要求的拖動(dòng)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)介紹了基于C51用PWM實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)整的根本方法，直流電機(jī)調(diào)速的相關(guān)知識(shí)，PWM調(diào)整的根本原理和實(shí)現(xiàn)方法,及數(shù)據(jù)的無線通信和竄口通信。重點(diǎn)介紹了基于C51用軟件產(chǎn)生PWM信號(hào)的途徑，輸出的PWM波形占空比調(diào)節(jié)，無線通信和竄口通信的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：直流電機(jī) PWM 無線通信 竄口通信 AbstractDC motor has a go

2、od start and speed performance, has been widely applied to the start-up and a higher speed drive system requirements. This design describes the C51-based DC motor with PWM to adjust to achieve the basic methods, knowledge of DC motor speed control, PWM to adjust the basic principles and implementati

3、on methods, and data port for wireless communication and channeling communications. Focused on the C51-based software generated PWM signal channels, the output of the PWM waveform duty cycle regulation, wireless communication and channeling the application of mouth communicationKeyword: DC motor PWM

4、 Wireless Channeling Port Communication目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc250718080 引 言 PAGEREF _Toc250718080 h 1 HYPERLINK l _Toc250718081 第一章：設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)分析 PAGEREF _Toc250718081 h 2 HYPERLINK l _Toc250718082 1.1 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及參數(shù)的要求 PAGEREF _Toc250718082 h 2 HYPERLINK l _Toc250718083 1.2 直流電機(jī)調(diào)速原理 PAGEREF _Toc

5、250718083 h 2 HYPERLINK l _Toc250718084 1.3 PWM根本原理設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc250718084 h 3 HYPERLINK l _Toc250718087 1.4 系統(tǒng)的外圍硬件及其與PC機(jī)的接口電路 PAGEREF _Toc250718087 h 5 HYPERLINK l _Toc250718088 1.5 系統(tǒng)的工作流程 PAGEREF _Toc250718088 h 6 HYPERLINK l _Toc250718089 第二章：硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc250718089 h 7 HYPERLINK l _Toc25

6、0718090 電源模塊的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc250718090 h 7 HYPERLINK l _Toc250718091 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 PAGEREF _Toc250718091 h 8 HYPERLINK l _Toc250718092 電機(jī)轉(zhuǎn)速測量模塊 PAGEREF _Toc250718092 h 11 HYPERLINK l _Toc250718093 無線模塊 PAGEREF _Toc250718093 h 12 HYPERLINK l _Toc250718094 顯示部份 PAGEREF _Toc250718094 h 14 HYPERLINK l _Toc25071

7、8094 2.6 與上位機(jī)的通信電 路設(shè)計(jì)16 HYPERLINK l _Toc250718097 第三章：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及分析 PAGEREF _Toc250718097 h 19 HYPERLINK l _Toc250718098 PC機(jī)端的界面設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc250718098 h 19 HYPERLINK l _Toc250718141 單片機(jī)竄口通信程序 PAGEREF _Toc250718141 h 21 HYPERLINK l _Toc250718157 無線模塊RF905的收發(fā)程序 PAGEREF _Toc250718157 h 22 HYPERLINK l _To

8、c250718158 第四章： 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc250718158 h 28 HYPERLINK l _Toc250718159 4.1 硬件電路的調(diào)試 PAGEREF _Toc250718159 h 28 HYPERLINK l _Toc250718160 4.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc250718160 h 28 HYPERLINK l _Toc250718164 結(jié)束語 PAGEREF _Toc250718164 h 30 HYPERLINK l _Toc250718165 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc250718165 h 31 HYPERLIN

9、K l _Toc250718168 附錄A：系統(tǒng)原理圖 PAGEREF _Toc250718168 h 32 HYPERLINK l _Toc250718169 附錄B：系統(tǒng)C程序 PAGEREF _Toc250718169 h 33 HYPERLINK l _Toc250718170 致 謝 PAGEREF _Toc250718170 h 41 引 言電機(jī)是電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的統(tǒng)稱，是一實(shí)現(xiàn)機(jī)電能轉(zhuǎn)換的電磁裝置。拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)稱為電動(dòng)機(jī)；作為電源，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電機(jī)稱為發(fā)電機(jī)。由于電流有交流、直流之分，所以電機(jī)也就分為交流電機(jī)和直流電機(jī)兩大類。在各類機(jī)電系統(tǒng)中,由于

10、直流電機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速性能,直流調(diào)速技術(shù)已廣泛運(yùn)用于工業(yè)、航天領(lǐng)域的各個(gè)方面。直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)和調(diào)速性能，被廣泛地應(yīng)用于對啟動(dòng)和調(diào)速有較高要求的拖動(dòng)系統(tǒng)，例如電力牽引、軋鋼機(jī)、起重設(shè)備等。小容量的直流電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也很廣泛。本設(shè)計(jì)的課題為基于C51的直流電機(jī)無線調(diào)速系統(tǒng)。最常用的直流調(diào)速技術(shù)是脈寬調(diào)制(PWM) 直流調(diào)速技術(shù),它具有調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬和耗損低等特點(diǎn)。系統(tǒng)采用PWM調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的調(diào)速，采用金屬接近開關(guān)采集電機(jī)轉(zhuǎn)速，采用RF905進(jìn)行兩單片機(jī)之間的無線數(shù)據(jù)傳送，以及通過竄口進(jìn)行PC機(jī)與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送。第一章：設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)分析

11、1.1 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及參數(shù)的要求本系統(tǒng)是基于C51的直流電機(jī)無線控制系統(tǒng)。要求系統(tǒng)能用PC機(jī)設(shè)定電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，且PC機(jī)通過竄口通信和無線通信來控制電機(jī)并獲得電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)PWM的占空比來到達(dá)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。1.2 直流電機(jī)調(diào)速原理根據(jù)勵(lì)磁方式不同，直流電機(jī)分為自勵(lì)和他勵(lì)兩種類型。不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。對于直流電機(jī)來說，人為機(jī)械特性方程式為1 1.1式中：、額定電驅(qū)電壓、額定磁通量、與電機(jī)有關(guān)的常數(shù)、電機(jī)外加電阻、電機(jī)內(nèi)阻、 理想空載轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速降分析(1.1)式可得當(dāng)分別改變 、和時(shí)，可以得到不同的轉(zhuǎn)速n，從而實(shí)現(xiàn)對速度的調(diào)節(jié)。由于當(dāng)改變勵(lì)磁電流時(shí)

12、，可以改變磁通量的大小，從而到達(dá)變磁通調(diào)速的目的。但由于勵(lì)磁線圈發(fā)熱和電動(dòng)機(jī)磁飽和的限制，電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流If和磁通量 只能在低于其額定值的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故只能弱磁調(diào)速。而對于調(diào)節(jié)電樞外加電阻R時(shí)，會(huì)使機(jī)械特性變軟，導(dǎo)致電機(jī)帶負(fù)載能力減弱。 對于他勵(lì)直流電機(jī)來說，當(dāng)改變電樞電壓Un時(shí)，分析人為機(jī)械特性方程式，得到人為特性曲線如圖11所示。理想空載轉(zhuǎn)速隨電樞電壓升降而發(fā)生相應(yīng)的升降變化。不同電樞電壓的機(jī)械特性曲線相互平行，說明硬度不隨電樞電壓的變化而改變，電機(jī)帶負(fù)載能力恒定。當(dāng)我們平滑調(diào)節(jié)他勵(lì)直流電機(jī)電樞兩端電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級(jí)調(diào)速。基于以上特性，改變電樞電壓，實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)速度調(diào)節(jié)的方法被廣

13、泛采用。改變電樞電壓可通過多種途徑實(shí)現(xiàn)，如晶閘管供電速度控制系統(tǒng)、大功率晶體管速度控制系統(tǒng)、直流發(fā)電機(jī)供電速度控制系統(tǒng)及晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)等。圖 11 直流電機(jī)機(jī)械特性曲線13 PWM根本原理設(shè)計(jì)方案1.3.1 PWM根本原理PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而到達(dá)控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通和“斷開時(shí)間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，PWM

14、又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置。如圖12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。設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為,設(shè)占空比為，那么電機(jī)的平均速度為2 式中， 電機(jī)的平均速度；電機(jī)全通電時(shí)的最大速度。，占空比。圖 12 電驅(qū)電壓“占空比與平均電壓關(guān)系圖1.3.2 PWM波形的設(shè)計(jì)方案如果采用CPU控制產(chǎn)生PWM信號(hào)，一般的PWM信號(hào)是通過模擬比擬器產(chǎn)生的，比擬器的一端接給定的參考電壓，另一端接周期線形增加的鋸齒波電壓。當(dāng)鋸齒波電壓小于參考電壓時(shí)輸出低電平，當(dāng)鋸齒波電壓輸出電壓大于參考電壓時(shí)輸出高電平。改變參考電

15、壓就可以改變PWM波形中高電平的寬度。假設(shè)用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波形信號(hào)，需要通過D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生鋸齒波電壓和設(shè)置參考電壓，通過外接模擬器輸出PWM波形，因此外圍電路比擬復(fù)雜。所以本系統(tǒng)就直接通過AT89C51的定時(shí)器來產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的PWM，這樣既省去了外接D/A轉(zhuǎn)換器和模擬比擬器的，又使的電路變的更加簡單、便于控制。1.4 系統(tǒng)的外圍硬件及其與PC機(jī)的接口電路硬件系統(tǒng)由PC機(jī)模塊、12864顯示模塊、無線模塊、電機(jī)測速模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成，如圖13。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及直流電機(jī)12864顯示模塊AT89C51電機(jī)轉(zhuǎn)速采集無線模塊無線模塊AT89C51PC機(jī)無線通信 竄口通信 圖 13 系

16、統(tǒng)硬件框架圖1.5 系統(tǒng)的工作流程基于C51的直流電機(jī)無線調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)工作流程框圖如圖 14。 設(shè)定的轉(zhuǎn)速值 設(shè)定的轉(zhuǎn)速值，轉(zhuǎn)向 實(shí)際轉(zhuǎn)速 - 電機(jī)轉(zhuǎn)向 電機(jī)轉(zhuǎn)向指令 實(shí)際轉(zhuǎn)速 實(shí)際轉(zhuǎn)速 顯示設(shè)定轉(zhuǎn)速值，實(shí)際轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)向顯示設(shè)定轉(zhuǎn)速值，實(shí)際轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)向，誤差值設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速單片機(jī)2單片機(jī)1PWMPC機(jī)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)金屬接近開關(guān)直流電機(jī) 圖 14系統(tǒng)由PC機(jī)設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速值和電機(jī)轉(zhuǎn)向，通過竄口通信把設(shè)定轉(zhuǎn)速值、轉(zhuǎn)向傳送給單片機(jī)1，再通過無線通信把設(shè)定轉(zhuǎn)速值、轉(zhuǎn)向傳送給單片機(jī)2，而單片機(jī)2通過其本身定時(shí)器產(chǎn)生PWM。顯示模塊有兩個(gè)，一個(gè)是在PC機(jī)上顯示的，另一個(gè)是在電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊上的12864顯示，

17、都同樣顯示設(shè)定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、實(shí)際轉(zhuǎn)速，這樣可以方便觀察和檢測。工作流程為：設(shè)定轉(zhuǎn)速值和轉(zhuǎn)向，傳送給單片機(jī)2，產(chǎn)生PWM，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，檢測到電機(jī)工作脈沖，將其轉(zhuǎn)換為實(shí)際轉(zhuǎn)速M(fèi)，實(shí)際轉(zhuǎn)速M(fèi)與設(shè)定轉(zhuǎn)速比擬分析，再由單片機(jī)2產(chǎn)生適宜占空比的PWM，同時(shí)把實(shí)際轉(zhuǎn)速傳送給PC機(jī)。第二章、硬件設(shè)計(jì)2.1、電源模塊的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)采用一個(gè)獨(dú)立電源供電，核心控制局部采用12V，5V，V供電，先輸出5V電壓滿足局部外圍硬件工作電壓和12V滿足電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的工作電壓無線模塊RF905的工作電壓。電源原理圖如圖21。圖21中INT為隔離變壓器輸入的交流電壓，經(jīng)過整流二級(jí)管整流后輸出直流電壓，經(jīng)4700u的濾波電

18、容后得到平穩(wěn)的直流電壓，最后經(jīng)過三端集成穩(wěn)壓器后分別輸出+5V和+12V的直流電壓。0.1u的瓷片電容的作用是濾除電源高頻成分，濾除直流電源對電子系統(tǒng)的影響。而將5V電壓轉(zhuǎn)為無線模塊RF905所需的3.3V工作電壓那么是通過TL431和一個(gè)10K的可調(diào)電阻調(diào)節(jié)得到，圖中OUT為接入RF905的工作電壓。圖 21 電源設(shè)計(jì)原理圖2.2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用L298N驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其中L298N是雙極型H橋型脈寬調(diào)制PWM的集成電路，內(nèi)部包含二個(gè)H橋的高電壓大電流橋式驅(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)，工作溫度范圍從-25度到130度。其內(nèi)部的一個(gè)H橋原理圖如

19、圖2-21所示。EnA是控制使能端，OUT1和OUT2之間電機(jī)的停轉(zhuǎn)，IN1、IN2腳接入控制電平，控制OUT1和OUT2之間電機(jī)的轉(zhuǎn)向。當(dāng)使能端EnA有效，IN1為低電平IN2為高電平時(shí)，三極管2，3導(dǎo)通，1，4截止，電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)IN1和IN2電平相同時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。表一是使能引腳，輸入引腳和輸出引腳之間的邏輯關(guān)系。 圖2-21另一個(gè)H橋的工作原理同上。右EnB控制OUT3和OUT4之間電機(jī)的停轉(zhuǎn)，根據(jù)IN3、IN4腳的輸入電平情況控制OUT3和OUT4之間電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 下列圖2-22為L298N的引腳圖 圖2-22 下列圖223為本系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：INPUT1、INPUT2用來控制電機(jī)轉(zhuǎn)

20、向，直接與單片機(jī)I/O口相連，當(dāng)INPUT1為高電平、INPUT2為低電平時(shí)Q2、U2導(dǎo)通，Q3、U3截止，此時(shí)IN1為高電平，IN2為低電平，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)INPUT1為低電平、INPUT2為高平時(shí)Q2、U2截止，Q3、U3導(dǎo)通，此時(shí)IN1為低電平，IN2為高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)。PWM1是用來接入PWM波形來到達(dá)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，而P3周圍的四個(gè)二極管D1、D2、D3、D4是用來保護(hù)電機(jī)的。圖 223電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊2.3、電機(jī)轉(zhuǎn)速測量模塊本系統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量模塊只有一個(gè)金屬接近開關(guān)TL-Q5MC1組成，它的圖樣如圖2-3： 圖2-3 TL-Q5MC1其中接近開關(guān)TL-Q5MC1有三根引線出來棕色、

21、黑色、藍(lán)色，棕色線接電源正端，藍(lán)色線接電源負(fù)端接地，黑色線為輸出，而接近開關(guān)TL-Q5MC1的工作電壓為+12V+24V DC。其作原理：當(dāng)接近開關(guān)TL-Q5MC1的感應(yīng)端感應(yīng)到金屬性物質(zhì)時(shí)輸出端電平就會(huì)發(fā)生跳變。本系統(tǒng)就是利用這個(gè)原理來進(jìn)行測速的。 因此在直流電機(jī)轉(zhuǎn)盤的對應(yīng)兩端粘入兩金屬片，把接近開關(guān)TL-Q5MC1移近轉(zhuǎn)盤，同時(shí)把黑色線也就是輸出端與單片機(jī)的外中斷I/O口相連，當(dāng)TL-Q5MC1感應(yīng)到金屬時(shí)就會(huì)有脈沖，通過外中斷來到達(dá)測速的目的。2.4、無線模塊本系統(tǒng)的無線模塊為RF905，其一些介紹及其實(shí)物圖如下所示：(1)433Mhz開放ISM頻段免許可證使用(2)最高工作速率60Kb

22、ps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場合(3)125頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要(4)內(nèi)置硬件CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對多點(diǎn)通信地址控制(5)低功耗1.9 (6)收發(fā)模式切換時(shí)間650us(7)模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便 mA(9)標(biāo)準(zhǔn)DIP間距接口，便于嵌入式應(yīng)用RF905接口電路管腳說明如下所示： 2.5、顯示部份 本系統(tǒng)的的顯示部份有兩個(gè)，一個(gè)是在上位機(jī)(PC機(jī))上顯示，另一個(gè)是在LCD12864上顯示此局部是由控制電機(jī)模塊的單片機(jī)來控制的，這樣既方便控制，又方便觀察。上位機(jī)端的界面如下列圖2-5(1)所示：2-

23、5(1)上位機(jī)端界面當(dāng)設(shè)定好電機(jī)轉(zhuǎn)速和選擇好轉(zhuǎn)向后，點(diǎn)擊“發(fā)送，那么上位機(jī)就把它們給發(fā)送出去給單片機(jī)。下列圖2-5(2)為LCD12864顯示的原理圖： 圖2-5(2)注：R29為4.7K的排阻，R50用來調(diào)節(jié)LCD12864的灰度，P12P14分別與單片機(jī)的P1口的第2、3、4腳相連2.6、與上位機(jī)的通信電 路設(shè)計(jì) 通信協(xié)議的選擇要使上位機(jī)能對條屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，顯示內(nèi)容更新等操作，就離不開和上位機(jī)的通信。有并行和串行兩種通信方式，為了節(jié)約傳輸線本錢。本設(shè)計(jì)采用RS-232C串行通信方式。RS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA正式公布的，在異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)上的

24、串行通信端口RS-232C是標(biāo)準(zhǔn)配置端口，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)上一般都有12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-232C串口，即通道COM1和COM2。RS-232C規(guī)定最大的負(fù)載電容為2500pF，這個(gè)電容限制了傳輸距離和傳輸速率，由于RS-232C的發(fā)送器和接收器之間具有公共信號(hào)地GND，屬于非平衡電壓型傳輸電路，不使用差分信號(hào)傳輸，因此不具備抗共模干擾的能力，共模噪聲會(huì)耦合到信號(hào)中。在不使用調(diào)制解調(diào)器MODEM時(shí)，RS-232C能夠可靠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笸ㄐ啪嚯x為15米。因此不適合做遠(yuǎn)距離通信，但是對于條屏，通信15米的通信距離已經(jīng)足夠。RS-232C規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、單片機(jī)的邏輯電平是不同的，

25、邏輯1(MARK) -3V-15V，邏輯0(SPACE) 315V。因此，單片機(jī)系統(tǒng)要和電腦的RS-232C接口進(jìn)行通信，就必須把單片機(jī)的信號(hào)電平TTL電平轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)的RS-232C電平，或者把計(jì)算機(jī)的RS-232C電平轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的TTL電平，通信時(shí)候必須對兩種電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法可以使用分立元件，也可以使用專用RS-232C電平轉(zhuǎn)換芯片。目前較為廣泛地使用專用電平轉(zhuǎn)換芯片，如MAX232、MC1488、MC1489等。 MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片特點(diǎn)本設(shè)計(jì)就是利用MAXIM公司的單電源芯片MAX232來完成單片機(jī)TTL到RS-232C電平的轉(zhuǎn)換。MAX232是單電源雙RS-23

26、2C發(fā)送/接收芯片。它符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，只要單一 +5V電源供電；片載電荷泵，具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 -10V電壓V+、V- ；低功耗，典型供電電流5mA；內(nèi)部集成2個(gè)RS-232C驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部集成2個(gè)RS-232C接收器。采用單一 +5V電源供電，外接只需4個(gè)電容，便可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C通信接口，硬件接口簡單，所以被廣泛運(yùn)用。MAX232的引腳排列及功能描述見表摘錄自MAX232官方數(shù)據(jù)手冊腳號(hào)引腳名稱引腳功能描述腳號(hào)引腳名稱引腳功能描述1C1+泵電容1正極9R2OUT第二組TTL/CMOS電平輸出2V+正電源濾波10T2IN第二組TTL/

27、CMOS電平輸入3C1-泵電容1負(fù)極11T1IN第一組TTL/CMOS電平輸入4C2+泵電容2正極12R1OUT第一組TTL/CMOS電平輸出5C2-泵電容2負(fù)極13R1IN第一組RS-232電平輸入6V-負(fù)電源濾波14T1OUT第一組RS-232電平輸出7T2OUT第二組RS-232電平輸出15GND地8R2IN第二組RS-232電平輸入16VCC電源+5V表 MAX232引腳功能及封裝 單片機(jī)與PC間通信接口電路設(shè)計(jì)根據(jù)本條屏的需要，設(shè)計(jì)單片機(jī)與PC間通信接口電路如圖2-6示。圖2-6 MAX232通信接口電路圖2-6中，左邊的DB9連接器，作為通信接口。選用的是串口線與電腦進(jìn)行通信第三章

28、、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及分析3.1、PC機(jī)端的界面設(shè)計(jì)、 PC機(jī)端的界面設(shè)計(jì)程序流程圖是否按下發(fā)送把預(yù)設(shè)速度和電極轉(zhuǎn)向標(biāo)志發(fā)送給單片機(jī)是否按下退出關(guān)閉界面接收單片機(jī)發(fā)送過來的實(shí)際速度在界面上顯示鍵盤寫入鼠標(biāo)選擇預(yù)設(shè)速度電機(jī)轉(zhuǎn)向兩者相減計(jì)算誤差是是 、 PC機(jī)端的界面設(shè)計(jì)的VC+程序1界面顯示程序如下所示： void CMyDlg:OnOnCommMscomm1() m_speed= ;/每次進(jìn)入那么將編輯框內(nèi)容清空等待顯示新的數(shù)據(jù)VARIANT variant_inp;COleSafeArray safearray_inp;LONG len,k;BYTE rxdata2048;/設(shè)置BYTE數(shù)組CSt

29、ring strtemp;if(m_ctrlComm.GetCommEvent()=2)/事件值為2表示接收緩沖區(qū)內(nèi)有字符variant_inp=m_ctrlComm.GetInput();/讀緩沖區(qū)safearray_inp=variant_inp; len=safearray_inp.GetOneDimSize();/得到有效數(shù)據(jù)長度for(k=0;klen;k+)safearray_inp.GetElement(&k,rxdata+k);for(k=0;klen;k+)/將數(shù)組轉(zhuǎn)換為Cstring型變量BYTE bt=*(char*)(rxdata+k);/字符型strtemp.Form

30、at(%c,bt);/將字符送入臨時(shí)變量strtemp存放m_speed+=strtemp;/參加接收編輯框?qū)?yīng)字符串double pspeed=atof(m_pspeed);double speed=atof(m_speed);double error=(fabs(pspeed-speed);/速度誤差char s4; sprintf(s,%f,error); m_error=s;SetDlgItemText(IDC_EDIT_SPEED,m_speed);SetDlgItemText(IDC_EDIT_ERROR,m_error);2VC+竄口發(fā)送程序如下： void CMyDlg:OnB

31、uttonSend() CString str;UpdateData(TRUE); /讀取編輯框內(nèi)容str=m_pspeed+temp;/str里包含了發(fā)送的標(biāo)志,預(yù)設(shè)速度的內(nèi)容，轉(zhuǎn)向的標(biāo)志m_ctrlComm.SetOutput(COleVariant(str);3.2、單片機(jī)竄口通信程序1、 單片機(jī)竄口通信發(fā)送程序如下： void comm(uchar parr)SBUF=parr;while(!TI);TI=0;注：parr為要發(fā)送的變量 單片機(jī)竄口通信接收程序如下：void comm_recive() interrupt 4if(RI) RI=0;num0=SBUF;while(!RI

32、);RI=0;num1=SBUF;while(!RI);RI=0;forb=SBUF; 注：num0用來接收預(yù)設(shè)速度的十位數(shù)字，num1用來接收預(yù)設(shè)速度的個(gè)數(shù)字，而forb用來接收電機(jī)轉(zhuǎn)向標(biāo)志。3.3、無線模塊RF905的收發(fā)程序程序如下所示：#include #include #include /-#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/-#define BYTE_BIT00 x01#define BYTE_BIT70 x80/-bdata unsigned char DATA_BUF;#define DATA7(DATA_B

33、UF&BYTE_BIT7) != 0)#define DATA0 (DATA_BUF&BYTE_BIT0) != 0)sbitflag=DATA_BUF7;sbitflag1=DATA_BUF0;/-發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)-#define TxRxBuf_Len 4unsigned char TxRxBufTxRxBuf_Len;code TxAddress4=0 xcc,0 xcc,0 xcc,0 xcc;char tf;/-NRF905工作模式控制端口-sbitTXEN=P20;sbitTRX_CE=P26;sbitPWR=P21;/-NRF905 數(shù)據(jù)交換端口-sbitMISO=P34;sbit

34、MOSI=P24;sbitSCK=P35;sbitCSN=P25;/-nrf905狀態(tài)端口-sbitAM=P27;sbitDR=P23;sbitCD=P22;/-nrf905控制指令-#define WC0 x00#define RC0 x10#define WTP0 x20#define RTP0 x21#define WTA0 x22#define RTA0 x23#define RRP0 x24/-NRF905存放器配置-unsigned char idata RFConf11= 0 x00, /配置命令/ 0 x4c, /CH_NO,配置頻段在430MHZ 0 x0c, /輸出功率為1

35、0db,不重發(fā)，節(jié)電為正常模式 0 x44, /地址寬度設(shè)置，為4字節(jié) 0 x04,0 x04, /接收發(fā)送有效數(shù)據(jù)長度為4字節(jié) 0 xCC,0 xCC,0 xCC,0 xCC, /接收地址 0 x58, /CRC充許，8位CRC校驗(yàn)，外部時(shí)鐘信號(hào)不使能，16M晶振;/=延時(shí)=void nrf905_Delay(int n)uint i;while(n-)for(i=0;i80;i+);/=SPI讀函數(shù)=unsigned char SpiRead(void)unsigned char j;for (j=0;j8;j+) DATA_BUF=DATA_BUF1;SCK=1;if (MISO) /讀

36、取最高位，保存至最末尾，通過左移位完成整個(gè)字節(jié)DATA_BUF|=BYTE_BIT0;elseDATA_BUF&=BYTE_BIT0;SCK=0; return DATA_BUF;/=SPI寫函數(shù)=void SpiWrite(unsigned char send)unsigned char i;DATA_BUF=send;for (i=0;i8;i+)if (DATA7)/總是發(fā)送最高位MOSI=1;elseMOSI=0;SCK=1;DATA_BUF=DATA_BUF1;SCK=0;/-初始化nRF905-void nRF905Init(void) CSN=1;/ Spi disableSCK

37、=0;/ Spi clock line init lowDR=1;/ Init DR for inputAM=1;/ Init AM for inputCD=1;/ Init CD for inputPWR=1;/ nRF905 power onTRX_CE=0;/ Set nRF905 in standby modeTXEN=0;/ set radio in Rx mode/-初始化存放器-void Config905(void)uchar i;CSN=0;/ Spi enable for write a spi commandfor (i=0;i11;i+)/ Write configra

38、tion words 寫放配置字SpiWrite(RFConfi);CSN=1;/ Disable Spi/-發(fā)送數(shù)據(jù)打包-void TxPacket(uchar *TxRxBuf)uchar i;/Config905();CSN=0;SpiWrite(WTP);/ Write payload commandfor (i=0;i4;i+)SpiWrite(TxRxBufi);/ Write 32 bytes Tx dataCSN=1;nrf905_Delay(1);/ Spi disableCSN=0;/ Spi enable for write a spi commandSpiWrite(W

39、TA);/ Write address commandfor (i=0;i=650us)/-設(shè)置接收初始化-void SetRxMode(void)TXEN=0;TRX_CE=1;nrf905_Delay(1); / nrf905_Delay for mode change(=650us)/-判斷數(shù)據(jù)接收狀態(tài)-unsigned char CheckDR(void)/檢查是否有新數(shù)據(jù)傳入 Data ReadyDR=1; if (DR=1)DR=0;return 1; elsereturn 0;/-讀NRF905接收數(shù)據(jù)-void RxPacket(void)uchar i; nrf905_Del

40、ay(1); nrf905_Delay(100); TRX_CE=0;CSN=0;/ Spi enable for write a spi command nrf905_Delay(1);SpiWrite(RRP);for (i = 0 ;i 4 ;i+) TxRxBufi=SpiRead();/ Read data and save to buffer CSN=1; nrf905_Delay(10);TRX_CE=1;第四章 系統(tǒng)調(diào)試4.1 硬件電路的調(diào)試對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，首先調(diào)試的是L298N電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，剛開始時(shí)在QU1(或QU2)和PWM1上接入5V電壓，其他工作電壓也接上，電機(jī)不工

41、作，在確認(rèn)電路無誤后用萬用表測量此時(shí)流過電機(jī)的電流，發(fā)現(xiàn)很小、很小 ，于是把與L298N第1腳的1K電阻成小的電阻，當(dāng)此電阻在不大與10歐時(shí)電機(jī)才開始工作。緊接著就把QU1、QU2和PWM1與單片機(jī)相應(yīng)的I/O口相連，發(fā)現(xiàn)此時(shí)無論接入的PWM占空比為多少電機(jī)電機(jī)都無法工作，用萬用表測量L298N的第5、7腳，發(fā)現(xiàn)此兩腳的輸入電壓最大僅為2.2V(由于L298N的驅(qū)動(dòng)電平為TTL電平：當(dāng)電壓大于3.6V時(shí)為高電平，電壓小于2.4V時(shí)為低電平)，也就是說無論與QU1、QU2相連接的I/O口為高電平還是低電平L298N的第5、7腳都處于低電平狀態(tài)，在多方檢查后，認(rèn)定是兩光耦LM817由于驅(qū)動(dòng)電壓不夠

42、無法工作(也就是單片機(jī)的I/O口驅(qū)動(dòng)能力不夠強(qiáng))，因此就用三極管1815來增加I/O口的驅(qū)動(dòng)能力，電機(jī)才按自己的要求工作。4.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試4.2.1 PWM波形參數(shù)的設(shè)計(jì)PWM的參數(shù)主要有頻率、占空比調(diào)節(jié)步進(jìn)、響應(yīng)速度等。這些參數(shù)確實(shí)定決定了本系統(tǒng)工作的性能。這也是本設(shè)計(jì)中主要研究的方向。高頻率的PWM波形輸出，對電機(jī)工作的穩(wěn)定性起著極其重要的作用，頻率越高系統(tǒng)工作越平穩(wěn)。尤其應(yīng)用在負(fù)載較重的系統(tǒng)中，高頻率的PWM波形能解決高負(fù)載系統(tǒng)中由于PWM頻率過低導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不平滑，波動(dòng)等特點(diǎn)。但本系統(tǒng)為了免去復(fù)雜的軟件設(shè)計(jì)，就固定了PWM的頻率，通過改變高電平的時(shí)間變量duty來改變PWM的占空比

43、，當(dāng)預(yù)設(shè)速度大于實(shí)際速度時(shí)duty就自加，當(dāng)預(yù)設(shè)速度小于實(shí)際速度時(shí)duty就自減，以次來進(jìn)行軟件生成適宜的PWM。 無線模塊設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)在進(jìn)行無線模塊軟件調(diào)試時(shí)，剛開始時(shí)由于對無線模塊不是很了解一直讓它們同時(shí)處于發(fā)送接收的狀態(tài)，這樣在接收和發(fā)送過程中會(huì)有亂碼現(xiàn)象，應(yīng)次在設(shè)計(jì)過程中，我讓發(fā)送預(yù)設(shè)速度的那塊模塊在預(yù)設(shè)速度發(fā)生改變時(shí)才發(fā)送，但一直處于接收實(shí)際速度的狀態(tài)；而另一個(gè)無線模塊一直處于發(fā)送和接收狀態(tài)。 系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)完成了系統(tǒng)要求的根本功能，系統(tǒng)上電時(shí)電機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，只有用鍵盤寫入設(shè)定的速度(要大于00)并點(diǎn)發(fā)送時(shí)電機(jī)才開始工作，要想使電機(jī)停止工作只要把設(shè)定速度改為00即可。本設(shè)計(jì)結(jié)

44、合C51系統(tǒng)外圍電路簡單，電路性能優(yōu)越等特點(diǎn)成功的完成了基于C51的直流電機(jī)無線調(diào)速系統(tǒng)，到達(dá)了一定的技術(shù)指標(biāo)。缺乏之處在于電機(jī)剛開始工作時(shí)由于流過電機(jī)的瞬間電流會(huì)很大，就會(huì)有電機(jī)剛開始就會(huì)有高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。同時(shí)由于所做的電源不是很穩(wěn)定和一些硬件不夠完善的緣故造成電機(jī)無法勻速的運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，系統(tǒng)沒有存儲(chǔ)功能，使每次開機(jī)都要從新設(shè)置工作頻率，而不能保持上一次關(guān)機(jī)時(shí)的設(shè)定的頻率。對系統(tǒng)的應(yīng)用帶來不便。應(yīng)該在以后的學(xué)習(xí)過程中注意這方面知識(shí)的積累并應(yīng)用在學(xué)習(xí)工作當(dāng)中，不斷的提高自己！結(jié)束語經(jīng)過幾個(gè)月的努力奮斗，我在老師和同學(xué)們的幫助下終于按期完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。作為一名工科本科畢業(yè)生，由于平時(shí)缺乏實(shí)際動(dòng)

45、手能力的培養(yǎng)，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)剛開始的階段遭遇了不少的難題，對畫圖、印制板、焊接以及測試工具的使用等方面都出現(xiàn)不少的問題，但是在老師以及同學(xué)們的指導(dǎo)和幫助下，最后還是掌握了一些，提高了自己的實(shí)際動(dòng)手能力。通過本系統(tǒng)在實(shí)踐中的應(yīng)用說明，該系統(tǒng)到達(dá)了設(shè)計(jì)初期的各項(xiàng)要求。但在在軟件設(shè)計(jì)的過程中出現(xiàn)了很多問題，雖然看了好多的參考書目，但是在實(shí)際的編程中還是不斷的出現(xiàn)問題，雖然最后都一一解決了問題，但是也暴露了自己在實(shí)際設(shè)計(jì)程序方面缺少大量鍛煉的事實(shí)。本設(shè)計(jì)在許多方面入仍可以改善，如增加識(shí)別技術(shù)、防盜報(bào)警等功能，但由于本人能力和時(shí)間有限，對這些比擬深的知識(shí)不能在短期內(nèi)了解清楚并用于設(shè)計(jì)中。我想在今后的實(shí)際工

46、作中，要切實(shí)加強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手能力的鍛煉，提高自己實(shí)際運(yùn)用水平，使自己真的成為一名既有豐富的理論知識(shí)，又有實(shí)際動(dòng)手實(shí)踐能力的合格的畢業(yè)生。參考文獻(xiàn)1 李維軍，韓小剛，李俊 基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)的PWM直流電機(jī)調(diào)速 . HYPERLINK 2 李維軍，韓小剛，李俊 基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)的PWM直流電機(jī)調(diào)速 . 4 周立功.Nios II SOPC 嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程一. 北京：科學(xué)出版社，2005.11 P29 P796陳麗娟，常丹華基于nRF905無線數(shù)據(jù)通信J 電子器件，2006, 29(1)，248250 7樊祥現(xiàn)，袁平nRF905信數(shù)據(jù)傳輸可靠性技術(shù)應(yīng)用J 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2021, 277

47、，71738潘新民 王燕芳 . 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，2006.7 P278285附錄A：系統(tǒng)原理圖 原理圖一 原理圖2附錄B：系統(tǒng)C程序程序一如下所示：#include #include #include #include #include #include /RF905調(diào)用頭文件#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar f1,f2,f3,f4,f5;uchar forb=f;uchar buff13;uchar temp3;uchar num2=00;uchar ii=0;void delaym

48、(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/*串口初始化*/void init()TMOD=0 x20;PCON=0 x00;SCON=0 x50;TH1=0 xfd;TL1=0 xfd;EA=1;ES=1;TR1=1;/*串口數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)*/void comm(uchar parr)SBUF=parr;while(!TI);TI=0;void main(void) int t,l;uchar b2;nRF905Init(); Config905(); / 初始化存放器 while(1) f2=(num0-0 x30)*10+num1-0

49、x30; if(forb=f) f3=0; if(forb=b) f3=1; if(l!= f3*100+f2) TxRxBuf0=f3*100+f2; for(t=0;t100;t+) SetTxMode(); /設(shè)置發(fā)送初始狀態(tài) TxPacket(TxRxBuf); / 發(fā)送命令數(shù)據(jù)(發(fā)送數(shù)據(jù)打包) l=f3*100+f2; TxRxBuf0=f5;SetRxMode(); / while (CheckDR()=0); 為了實(shí)現(xiàn)雙向通信，就不能一直處于接收等待狀態(tài)，所以注釋掉 RxPacket(); if( TxRxBuf0!=0) f5=TxRxBuf0; comm(f5/10+0 x3

50、0);comm(f5%10+0 x30); /*串口接收數(shù)據(jù)函數(shù)*/void comm_recive() interrupt 4if(RI)RI=0; num0=SBUF;while(!RI);RI=0;num1=SBUF;while(!RI);RI=0;forb=SBUF;程序二如下所示：#include #include #include #include #include /RF905調(diào)用頭文件#include /12864調(diào)用頭文件#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code dis1=預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速:;ucha

51、r code dis2=當(dāng)前轉(zhuǎn)速:;uchar code dis3=順時(shí)針;uchar code dis4=逆時(shí)針;uint int_cut,dmp;uint mm,nn;uint hh,kk,ff,duty;uint k,time;sbit pwm=P33;sbit P30=P30;sbit P31=P31;void delaym(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void speed(void) interrupt 1 TH0=(65536-1000)/256; TL0=(65536-1000)%256; time+; mm+;if(mm=500) ff=int_cut;int_cut=0;mm=0;if(time=duty) pwm=0; else