直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除，謝謝！畢業(yè)論文題目直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)英文題目摘要本文主要是設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為主控芯片，通過按鍵改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并能實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)速和脈沖數(shù)。本文首先初步確定了總體設(shè)計(jì)方案，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先對(duì)設(shè)計(jì)用到的主要芯片如AT89C52單片機(jī)、霍爾元件、LCD1602液晶顯示進(jìn)行了參數(shù)和性能的介紹。根據(jù)所要達(dá)到的設(shè)計(jì)目的分模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在單片機(jī)模塊主要設(shè)計(jì)了單片機(jī)最小系統(tǒng)。在驅(qū)動(dòng)模塊主要設(shè)計(jì)了H橋驅(qū)動(dòng)電路。在測(cè)量模塊運(yùn)用霍爾元件對(duì)電機(jī)進(jìn)行測(cè)速并輸出信號(hào)給單片機(jī)中斷端口。在顯示模塊采用LCD1602液晶顯示，單片機(jī)通過輸出電壓信號(hào)給液晶實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示。在按鍵模塊由于按鍵數(shù)量比I/O口數(shù)量少，為了接線方便決定采用獨(dú)立按鍵的連接方式。最后將各模塊與單片機(jī)相連接，通過軟件進(jìn)行編程從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；單片機(jī)；分模塊IABSTRACTInthispaper,thedesignofamicrocontrollerbasedcontrolchip,throughthebuttontochangethemotorspeedandrotationdirection,andcandisplayrealtimespeedandthenumberofpulses.Inthispaper,theoveralldesignschemeispreliminarilydetermined,andthemodulesaredesignedaccordingtotherequirementsofthedesign.First,thedesignofthemainchipusedinsuchasAT89C52microcontroller,Holzercomponents,LCD1602liquidcrystaldisplayparametersandtheperformanceoftheintroduction.Accordingtothedesigngoaltoachievethedesignofmodulesweredesigned.Thesinglechipmicrocomputermoduleisdesigned.Inthedrivemodule,themaindesignoftheHbridgedrivercircuit.InthemeasurementmoduleusingHolzercomponentsofthemotorspeedandoutputsignaltothemicrocontrollerinterruptport.InthedisplaymoduleusingLCD1602liquidcrystaldisplay,microcontrollerthroughtheoutputvoltagesignaltotheliquidcrystaldisplayinrealtime.InthekeymodulebecausethenumberofkeysislessthanthenumberofI/Oport,inordertofacilitatetheconnectiontodeterminetheuseofindependentkeyconnectionmode.Intheend,eachmoduleisconnectedwiththesinglechipmicrocomputer,andthesoftwareisprogrammedtorealizethefunctionofthedesign.Keywordscontinuouscurrentdynamo;singlechip;Submodule:II目錄摘要...................................................................................................................................IABSTRACT1.緒論11.1設(shè)計(jì)的背景.........................................................................................................................11.2直流電機(jī)的發(fā)展................................................................................................................11.3單片機(jī)以及微處理器控制系統(tǒng)的發(fā)展.......................................................................11.4本選題的理由及意義22.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案32.1本論文研究的主要內(nèi)容32.2直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)分析..........................................................................................32.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)42.4直流電機(jī)調(diào)速43.硬件電路的設(shè)計(jì)63.1單片機(jī)電路設(shè)計(jì)................................................................................................................63.1.1STC89C52單片機(jī)介紹........................................................................................63.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振電路復(fù)位電路893.2電源電路設(shè)計(jì)93.2.1電源接口電路設(shè)計(jì)3.2.2直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)................................................................................................9..............................................................................................3.3測(cè)速電路設(shè)計(jì)3.3.1霍爾傳感器簡(jiǎn)介3.3.2霍爾測(cè)速電路設(shè)計(jì)3.4液晶顯示電路設(shè)計(jì)3.4.1LCD1603液晶簡(jiǎn)介.............................................................................................3.4.2顯示電路設(shè)計(jì)3.5按鍵電路設(shè)計(jì)3.6PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)3.6.1系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與分析3.6.2H橋驅(qū)動(dòng)電路4.軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)4.2主程序4.3鍵盤掃描程序4.4初始化程序.......................................................................................................................4.5LCD1602設(shè)置和顯示程序設(shè)計(jì)..................................................................................4.6各中斷程序設(shè)計(jì)..............................................................................................................4.6.2定時(shí)器中斷0程序..............................................................................................4.6.1定時(shí)中斷1程序4.6.2外部中斷1程序設(shè)計(jì)..........................................................................................結(jié)論致謝參考文獻(xiàn)附錄1附錄21.緒論1.1設(shè)計(jì)的背景：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品越來越追求精細(xì)化。這得益于自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)在現(xiàn)代生產(chǎn)中占有越來越重要的地位。要加工精細(xì)的元器件，只有高性能的電機(jī)才能為加工提供所需要的動(dòng)力。直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍寬、調(diào)節(jié)方便靈活等良好特性，廣泛運(yùn)用在生產(chǎn)加工、智能機(jī)器人等領(lǐng)域。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，中國(guó)制造業(yè)從勞動(dòng)密集型向自動(dòng)化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速精度，啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)反應(yīng)速度等性能提出了更高要求。為此設(shè)計(jì)更高要求的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，對(duì)于中國(guó)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有不可估量的作用。1.2直流電機(jī)的發(fā)展直流電機(jī)比交流電機(jī)更早被發(fā)明，但早期的直流電機(jī)技術(shù)還很不成熟，安全性、經(jīng)濟(jì)性、制造運(yùn)行遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人們的要求。與交流電機(jī)相比直流電機(jī)很晚才轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。傳統(tǒng)的直流控制調(diào)速以模擬器件控制為主，控制精度不高，具有很大的局限性。隨著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來，特別是微處理器的發(fā)明運(yùn)用，這一局面很快被打破。PWM控制技術(shù)很早就成熟，一直苦于沒有很好的產(chǎn)生PWM脈沖的器件。單片機(jī)與PWM技術(shù)的結(jié)合，改變了過去依靠模擬器件對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行控制的時(shí)代。直流電機(jī)在礦產(chǎn)開發(fā)冶煉、工業(yè)生產(chǎn)、自動(dòng)化、智能化等行業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的運(yùn)用。傳統(tǒng)的直流電機(jī)只能進(jìn)行最基本的控制，控制精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足時(shí)代的發(fā)展需要，更不能與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，阻礙了智能化的實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在，單片機(jī)已經(jīng)深刻的影響著直流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，伴隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)也獲得了新的發(fā)展機(jī)遇，使自動(dòng)化技術(shù)深入到生產(chǎn)生活的方方面面。單片機(jī)技術(shù)不是一孤立的存在，它與許多學(xué)科有著千絲萬縷的聯(lián)系，引起了新技術(shù)的產(chǎn)生與新事物的發(fā)展。單片機(jī)應(yīng)用在許多科學(xué)領(lǐng)域，帶動(dòng)了一批產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與新學(xué)科的誕生，促進(jìn)了單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展。由于體積小、重量輕、功能強(qiáng)大、抗干擾能力強(qiáng)、控制靈活、應(yīng)用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，對(duì)計(jì)算機(jī)的性能有了不斷改進(jìn)，在許多行業(yè)領(lǐng)域中越來越多的出現(xiàn)單片機(jī)的身影。由于直流電機(jī)的速度控制很容易起動(dòng)和制動(dòng)性能良好的特點(diǎn)，并且可以范圍廣泛的改變速度和功率，在冶金，機(jī)械制造等工業(yè)部門的已被廣泛使用。勵(lì)磁控制與電樞電壓控制是直流電機(jī)調(diào)速常見的兩種方法。1.3單片機(jī)以及微處理器控制系統(tǒng)的發(fā)展1是大規(guī)模集成電路技術(shù)的出現(xiàn)，微處理器也由當(dāng)初的價(jià)格昂貴性能單一，到如今的性能強(qiáng)大價(jià)格卻便宜，這其中電力電子技術(shù)的發(fā)展功不可沒。電力電子技術(shù)的不斷推陳出新，出現(xiàn)了許多新的元器件與更為簡(jiǎn)便的新型電路，增強(qiáng)了大功率元器件的功能，便于使更多功能集成在一起，使微處理器控制電機(jī)變得可能。微處理器以弱電控制強(qiáng)電具有簡(jiǎn)單、方便、安全的特點(diǎn)，便于通過編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電機(jī)控制，使電機(jī)的性能優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到最大，更符合當(dāng)今智能控制的發(fā)展趨勢(shì)，還讓傳統(tǒng)的各種電機(jī)控制系統(tǒng)煥發(fā)新的生機(jī)獲得更大的發(fā)展。最初的微處理器功能簡(jiǎn)單，只能通過控制觸電開關(guān)對(duì)電機(jī)速度進(jìn)行控制。如今微處理器往往自帶可編程器，微處理器的功能獲得了大大的提高。現(xiàn)在遠(yuǎn)程控制在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。通過對(duì)可編程器的編程，由現(xiàn)場(chǎng)總線將電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)傳送到遠(yuǎn)程終端，實(shí)現(xiàn)了信息的交互，為少人控制乃至無人控制的工廠的實(shí)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。也可以通過編程同時(shí)控制多臺(tái)電機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)電機(jī)之間運(yùn)行數(shù)據(jù)的交換，使電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)真正做到了自動(dòng)化、智能化。直流電機(jī)的調(diào)速性能相比交流電機(jī)優(yōu)良。但直流電機(jī)換向采用機(jī)械換向器，換向磨損大，容易出現(xiàn)換向火花。相比交流電機(jī)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜易出現(xiàn)故障，維修難度大，可靠性也遠(yuǎn)不如交流電機(jī)。隨著高性能微處理器如DSP的出現(xiàn)，直流電機(jī)性能得到很好的發(fā)揮。為直流調(diào)速系等高性能微處理器每秒運(yùn)算速度可達(dá)百億兆以上且可進(jìn)行矩陣運(yùn)算，在先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床中得到廣泛的采用。1.4本選題的理由及意義現(xiàn)代科技日新月異，電氣傳動(dòng)也早由傳統(tǒng)的模擬控制轉(zhuǎn)為采用數(shù)字化的微處理器控制。近年來工業(yè)自動(dòng)化、智能機(jī)器人等高新產(chǎn)業(yè)的興起，直流電機(jī)具有調(diào)速性能好，無級(jí)調(diào)速，適用于需要頻繁啟動(dòng)、對(duì)過載要求高的場(chǎng)合的由于性能優(yōu)良而被大規(guī)模采用。以往的直流調(diào)速系統(tǒng)都是模擬控制只能控制電機(jī)的某一方面的性能，往往顧此失彼不能綜合控制系統(tǒng)參數(shù)，不便于編程實(shí)現(xiàn)精確控制，已大大落后于時(shí)代的要求，不能滿足工業(yè)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)的加工需求。隨著中國(guó)工業(yè)化的進(jìn)一步升級(jí)，市場(chǎng)對(duì)直流電機(jī)的需求大大增加，迫切需要高性能的直流電機(jī)。因而生產(chǎn)符合市場(chǎng)要求的直流電機(jī)迫在眉睫，而一臺(tái)直流電機(jī)性能的發(fā)揮，一個(gè)好的調(diào)速系統(tǒng)是必不可少。為此，設(shè)計(jì)一種通過編程實(shí)時(shí)可以高精度的控制電機(jī)，在當(dāng)下微處理器廣泛應(yīng)用在調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域的背景下，具有提升直流控制電機(jī)控制精度的重要意義?；谝陨侠碛稍O(shè)計(jì)了基于以上理由設(shè)計(jì)了運(yùn)用單片機(jī)為主控模塊，控制電機(jī)速度的22.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、系統(tǒng)最終設(shè)計(jì)的目標(biāo)、和可行性方案的提出；下面幾個(gè)小節(jié)都分別有詳細(xì)的闡述。2.1本論文研究的主要內(nèi)容總體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。單片機(jī)圖該系統(tǒng)能夠通過按鍵對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行速度加減、轉(zhuǎn)向控制、實(shí)時(shí)顯示等功能。單片機(jī)收到按鍵給的控制信號(hào)由IO口輸出PWM脈沖，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)速模塊將檢測(cè)到的速度信息傳回單片機(jī)進(jìn)行處理并計(jì)算出轉(zhuǎn)速，輸出給顯示模塊顯示速度大小，從而通過按鍵改變速度大小和轉(zhuǎn)向，根據(jù)顯示數(shù)值調(diào)整達(dá)到減少誤差的效果。2.2直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)分析直流調(diào)速系統(tǒng)是綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)速技術(shù)和SPW控制技術(shù)將與直流電機(jī)有關(guān)的系統(tǒng)有機(jī)的綜合起來。本直流調(diào)速系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的基本功能有對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制、對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行速度控制等倆大功能。1.直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制用戶通過按鈕發(fā)送一個(gè)信號(hào)給單片機(jī)由單片機(jī)輸出脈寬調(diào)制信號(hào)，送到直流電機(jī)，通過改變輸出端口控制電子轉(zhuǎn)向。32.直流電機(jī)速度控制用戶通過按鍵發(fā)信號(hào)給單片機(jī)由單片機(jī)IO口輸出脈寬調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，檢測(cè)電路將電機(jī)轉(zhuǎn)速信息傳回單片機(jī)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)速顯示。用戶通過按鍵時(shí)間長(zhǎng)短改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間長(zhǎng)短，即改變占空比來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)使用單片機(jī)STC89C52可通過編程方便的產(chǎn)生所需要的脈寬調(diào)制信號(hào)，在功能、經(jīng)濟(jì)性上更符合設(shè)計(jì)的要求。系統(tǒng)可通過對(duì)單片機(jī)編程使該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制、對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行速度控制并能實(shí)時(shí)顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速和脈沖數(shù)。2.4直流電機(jī)調(diào)速2.4.1直流電機(jī)的調(diào)速方式的優(yōu)缺點(diǎn)。(1)PWM直流調(diào)整系統(tǒng)。其原理是產(chǎn)生一系列不同脈寬的脈沖信號(hào)，由功率放大器驅(qū)動(dòng)，然后由直流控制信號(hào)和三角波調(diào)制電路驅(qū)動(dòng)功率放大器。直流電機(jī)的電樞通入PWM電壓，可進(jìn)行精確的控制。調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍寬，效率高，響應(yīng)速度快，電流紋波小，對(duì)電網(wǎng)的污染小等優(yōu)點(diǎn)。(2)電樞串電阻調(diào)速。電樞回路串接電阻后,電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的斜率隨電阻的改變而改變,在恒負(fù)載大小,調(diào)速對(duì)于空載時(shí)不起作用,在重載條件下運(yùn)行功耗太大速度變化不明顯。(3)改變電樞電壓調(diào)速。電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性隨電樞電壓的變化而變化，因此調(diào)速范圍很寬。晶閘管整流裝置調(diào)節(jié)電樞電壓，但在低速運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)較低，在交流側(cè)出現(xiàn)較多的諧波分量，對(duì)電網(wǎng)不利。(4)改變電動(dòng)機(jī)主磁通φ。通過減弱磁通可對(duì)電機(jī)進(jìn)行無極調(diào)速，所謂恒功率調(diào)速就是速度從額定轉(zhuǎn)速開始增加。電樞電流變化所需的時(shí)間長(zhǎng)，所以速度變化較慢，可小電源驅(qū)動(dòng)。(5)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。電流調(diào)節(jié)器接收反饋電流，速度調(diào)節(jié)器接收轉(zhuǎn)速信號(hào)。調(diào)節(jié)器采用P-I算法進(jìn)行控制。2.4.2PWM調(diào)速系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn):1、脈寬調(diào)制系統(tǒng)，電路的開關(guān)可以頻繁通斷，因此可以快速響應(yīng)，干擾對(duì)系統(tǒng)的影響小。42、由于開關(guān)頻率高，通過電機(jī)自身的電感可方便獲得小脈沖直流電具有濾波的作用，系統(tǒng)的低速性能好，速度穩(wěn)定性好，速度調(diào)節(jié)范圍寬，電樞電流連續(xù)性好，電機(jī)不容易出現(xiàn)故障，消耗能源少。3、脈寬調(diào)制系統(tǒng)中，電路中的電力電子器件相比晶閘管整流器消除了電網(wǎng)污染，開關(guān)損耗小，設(shè)備利用率高，效率和功率因素大大提高。4、主電路所需的功率元件少，線路簡(jiǎn)單，控制方便。5令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.4.用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)9.具有看門狗功能空閑模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4Ma～7mASTC89C52RC引腳功能說明VCC（40引腳）：電源電壓VSS（20引腳）：接地為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，對(duì)端口P0寫入“1”時(shí)，可以作為高據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在FlashROM編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。3.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)光有單片機(jī)還不能立馬開始工作，單片機(jī)要起作用需要外接一些輔助電路，與復(fù)位電路如圖2-1所示。7J?VCC4039383736353433323130292827262524232221123456789345+610uFRESET78139P3.0(RXD)EA/VPPP3.1(TXD)ALE/PROGCON9zHM2GND(A8)P2.01KS組成的電復(fù)位電路及AT89C52單片機(jī)構(gòu)成。CPU的時(shí)鐘信號(hào)由12MHZ的無源晶體電復(fù)位電路。電源開啟時(shí)，電源對(duì)電容C1充電，在CPU的復(fù)位端產(chǎn)生一高脈沖。CPU復(fù)位的條件是復(fù)位端的高電平的持續(xù)時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期。電容C1可濾除高頻干擾，防止單片機(jī)誤復(fù)位。按鍵ks和電阻R27構(gòu)成按鍵復(fù)位電路。晶振電路1230pF11.0592M8振蕩11,059,200單片機(jī)的18腳和19外加兩個(gè)30pF的電容，電容的作用是幫助晶振起振，并維持振蕩信號(hào)的穩(wěn)定。復(fù)位電路復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成，如圖3-4+1234圖單片機(jī)復(fù)位。隨著RC放電，單片機(jī)開始正常工作。(2)按鍵復(fù)位：在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)按鍵，通過按鍵控制電容充放電。當(dāng)按鍵按下時(shí)，電容開始充電使RST得到一個(gè)高電平，而且由于電容充滿電需要一定的時(shí)間，這段時(shí)間的高電平足夠使單片機(jī)復(fù)位。3.2電源電路設(shè)計(jì)3.2.1電源接口電路設(shè)計(jì)我們所選用的STC89C52，它需要5V9腳實(shí)際是VCC，S1是自鎖開關(guān),由自鎖開關(guān)控制電源在電路中接通關(guān)斷的，其中3腳接P1電源插口電源的1腳，5腳接電路的VCC。整個(gè)設(shè)計(jì)所需要的電源經(jīng)過電源接口由自鎖開關(guān)控制輸入。3.2.2直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理圖首先通過變壓將220V再經(jīng)過對(duì)電流進(jìn)行整流，才變?yōu)橹芷谧兓闹绷髅}沖。對(duì)電流進(jìn)行濾波處理，消除脈沖得到更好的直流電。最后為保證輸出穩(wěn)定的直流電壓，對(duì)電流進(jìn)行穩(wěn)壓操作，提高直流電壓的穩(wěn)定性。13+5V11uF14222V21V3如圖3-7所示電路輸入220V的交流電最后輸出5V的直流電。我們用電源變壓器將220V的交流電降到8V，再經(jīng)過橋式整流橋電路（由四個(gè)1N4007晶體管構(gòu)成）將8V的交流電變成7.2V的作用是防止自激。最后采用78H05三端穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓輸出5V直流電。3.3測(cè)速電路設(shè)計(jì)3.3.1霍爾傳感器簡(jiǎn)介A3144E霍爾元件44EOH44E霍爾傳感器霍爾開關(guān)集成電路應(yīng)用霍爾效應(yīng)原理，采用半導(dǎo)體集成技術(shù)制造的磁敏電路，它是由電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、史密特觸發(fā)器，溫度補(bǔ)償電路和集電極開路的輸出級(jí)組成的磁敏傳感電路，其輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是一個(gè)數(shù)字電壓訊號(hào)。無觸點(diǎn)開關(guān)、汽車點(diǎn)火器、剎車電路、位置、轉(zhuǎn)速檢測(cè)與控制、安全報(bào)警裝置、紡24V50VVE檔:-20～85℃，L檔:-40～150℃A··············這是霍爾測(cè)速模塊，霍爾元件1腳信號(hào)輸出腳接單片機(jī)的外部中斷上，還接了一個(gè)電阻接電源上，是一個(gè)上拉電阻起到信號(hào)穩(wěn)定的作用。3.3.2霍爾元件測(cè)速原理由霍爾效應(yīng)原理可知:由公式V=KBI可知。當(dāng)通過霍爾元件的電流大小確定不變時(shí)，只要改變霍爾元件周圍的磁場(chǎng)的大小就可改變霍爾元件輸出電壓的大小。在直流電機(jī)轉(zhuǎn)軸上粘貼一長(zhǎng)條，并在長(zhǎng)條兩端分別安裝上1個(gè)磁鋼，磁鐵和霍爾元件最近距離在2mm左右，太近可能會(huì)在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)碰到霍爾元件，太遠(yuǎn)霍爾元件可能會(huì)檢測(cè)不到磁鐵。在磁鋼的附近固定安裝一個(gè)霍爾傳感器，通過間接方式對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)長(zhǎng)條旋轉(zhuǎn)到霍爾元件附近時(shí)，磁鋼通過改變磁場(chǎng)的大小使霍爾傳感器輸出低電平。當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾傳感器將輸出的脈沖信號(hào)傳送回單片機(jī)，通過計(jì)算測(cè)出轉(zhuǎn)盤的運(yùn)轉(zhuǎn)速度.此電路簡(jiǎn)單可靠，便于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速。電路具體連接方式如下圖所示。圖3.4.1LCD1603液晶簡(jiǎn)介表符號(hào)D21234567810111213141516D3D4D5D6D7BLABLK背光源正極背光源負(fù)極D1數(shù)據(jù)1602LCD的指令說明1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，所示如表3-2表序號(hào)指令1清顯示RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01*1I/DSB**1字符發(fā)生存貯器地址1顯示數(shù)據(jù)存貯器地址1BF計(jì)數(shù)器地址0要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容1讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）111從CGRAM或DDRAM讀數(shù)13.4.2液晶顯示電路設(shè)計(jì)液晶屏第一行輸出每分鐘電機(jī)轉(zhuǎn)速。第二行顯示占空比，顯示當(dāng)前的pwm占空比0~100%。占空比數(shù)值越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。液晶部分的電路圖如下圖3-11所示：GVVEDDDDDDDDAKWRREDDDDDDDDS圖液晶顯示都是和單片機(jī)的IO口相連。主要注意的是3腳，3腳接的是串接的兩腳其實(shí)就是采集一個(gè)電壓值，這個(gè)電壓值是零點(diǎn)幾伏。3腳是調(diào)節(jié)灰度的，就是這兩個(gè)電阻。R6值10K，R7一般是選取200歐到1.5K取不當(dāng)液晶就會(huì)顯示的比較暗或都根本看不清，如果出現(xiàn)液晶看不清的狀況就要看是不是這兩個(gè)電阻接錯(cuò)了，選取合適灰度，顯示效果最好的狀態(tài)。在本設(shè)計(jì)中，我們將LCD的D0-D7分別與單片機(jī)的P0.1-P0.7相連。單片機(jī)的P0口接8×10k歐姆的排阻作為上拉電阻，分別接1602的第7到14引腳，通過602的3腳接在串聯(lián)電阻R6和R7的的中間獲得分壓來調(diào)節(jié)液晶的灰度。液晶顯示原理對(duì)單片機(jī)編程輸出相應(yīng)的電壓點(diǎn)亮顯示模塊相應(yīng)字符。液晶顯示器相比傳統(tǒng)數(shù)碼管顯示更利于與單片機(jī)結(jié)合具有編程簡(jiǎn)單線路連接方便的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品、移動(dòng)通信等眾多領(lǐng)域。3.5按鍵電路設(shè)計(jì)0P11111244444圖系統(tǒng)一共有6復(fù)位。下面一排是控制按鍵：1鍵：加速鍵，可以短按，占空比加1，也可長(zhǎng)按，占空比連續(xù)加；2鍵：減速鍵，可以短按，占空比減1，也可長(zhǎng)按，占空比連續(xù)減；3鍵：正轉(zhuǎn)切換鍵，按下后電機(jī)正轉(zhuǎn)；4鍵：反轉(zhuǎn)切換鍵，按下后電機(jī)反轉(zhuǎn)；5鍵：開始暫停鍵，按一下開始，再按一下暫停。本設(shè)計(jì)低電平有效的方式來讀取按鍵，按鍵沒按下時(shí)，單片機(jī)I/O口為高電平，I/O按鍵都接了地比如K3他的3腳和4腳是相通的，1腳和2腳是相通的；3腳和4腳相通利用按鍵的導(dǎo)通規(guī)律所以每個(gè)按鍵都接到了地，那么只要相應(yīng)的按鍵按下去，單片機(jī)IO口就會(huì)檢測(cè)到低電平實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制程序。單片機(jī)鍵盤有獨(dú)立和矩陣式兩種鍵盤連接方式：獨(dú)立鍵盤連接方法是將每個(gè)按鍵連接到不同的I/O浪費(fèi)了寶貴的I/O口資源，當(dāng)按鍵數(shù)量少于I/O口數(shù)量時(shí)適用；而矩陣式鍵盤式占用的I/O少，I/O口利用率高，但是接法程序比較復(fù)雜，適用于需要大量按鍵的電路。由于按鍵數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于I/O口的數(shù)量，綜合考慮獨(dú)立式鍵盤能最大限度的發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。通過程序檢測(cè)單片機(jī)I/O鍵的每個(gè)鍵占用一條I/OI/O口與地連接短路I/O口即為低電平狀態(tài)。按鍵釋放后，單片機(jī)對(duì)應(yīng)的I/O接口由于內(nèi)部有上拉電阻連接電源，其輸入即為高電平狀態(tài)。那么無論哪個(gè)鍵按下，程序通過判斷單片機(jī)I/O口電平的高低狀態(tài)，便可了解相應(yīng)按鍵的閉合狀態(tài)。3.6PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)調(diào)速采用PWM脈寬調(diào)制，工作原理：用許多幅值不變寬度改變的波形無限接近所需波形的形狀。通過改變矩形波的占空比，可以調(diào)整脈沖寬的寬度。PWM的定義:通過對(duì)單片機(jī)編程控制，利用單片機(jī)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣數(shù)字化來驅(qū)動(dòng)電路的一種技術(shù)。在測(cè)量、通信、功率控制與變換等領(lǐng)域有顯著運(yùn)用。對(duì)連續(xù)變化的模擬信號(hào)其幅度和時(shí)間的大小沒有硬性要求。3.6.1系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與分析ccbbeeeebcccbbe4P73P3電動(dòng)機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)模塊的電路采用H驅(qū)動(dòng)電路采用PWM脈寬調(diào)制原理設(shè)計(jì)而成。PWM電路由三極管組成，如圖所示Q1、Q3、Q5是NPN型的三極管基極高電平有效，Q2、Q4、Q6是PNP型的三極管基極低電平有效。P34、P37兩個(gè)輸入端分別輸入高電平和低電平時(shí)，Q1導(dǎo)通下面的地拉低電壓使Q3截止由于R2上拉電阻接電源，使Q6Q6到電機(jī)再到Q4回到地形成回路控制電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)P34截止由于R2上拉電阻接電源，使Q3導(dǎo)通、Q4截止；Q2與地連接使Q6截止、Q5導(dǎo)通。電源通過Q3到電機(jī)再到Q6回到地形成回路控制電機(jī)反轉(zhuǎn)。如圖所示有四個(gè)4148二極管叫做續(xù)流二極管。當(dāng)104是一個(gè)濾波電容起到信號(hào)穩(wěn)定的作用。3.6.2H橋驅(qū)動(dòng)電路HH，所以命名為H橋電路。對(duì)角線Q1和Q4三極管對(duì)和Q2和Q3三極管對(duì)，同一時(shí)刻只能有一對(duì)導(dǎo)通。據(jù)不同的三極管對(duì)的導(dǎo)通通電的情況，電流會(huì)從Q1至Q4或Q3到Q2流過電機(jī)，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。H從電路不難看出，要控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上Q1、Q2兩個(gè)三極管導(dǎo)通。當(dāng)Q1、Q2兩個(gè)三極管基極高電平，Q3、Q4兩個(gè)三極管基極低電平時(shí)，Q1、Q4兩個(gè)三極管導(dǎo)通，Q3、Q2兩個(gè)三極管截止。電源經(jīng)Q1到電機(jī)再到Q4回到地形成回路從而控制電機(jī)正轉(zhuǎn)。同理反轉(zhuǎn)只要兩個(gè)三極管高電平。本章將在硬件電路的基礎(chǔ)上對(duì)軟件編程進(jìn)行設(shè)計(jì)?；贑語言，分別對(duì)主程序、鍵盤掃描子程序、初始化程序、中斷程序以及顯示子程序加以設(shè)計(jì)，通過流程圖可以更清晰的展現(xiàn)各部分的設(shè)計(jì)思路。如下圖所示，本設(shè)計(jì)的主程序設(shè)計(jì)主要是設(shè)定初值和確定初始狀態(tài)。程序首先是給STC89C52送取一個(gè)占空比為50%的數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)速初值設(shè)置為0實(shí)現(xiàn)鍵盤子程序的調(diào)用處理。開始NY獨(dú)立式鍵盤由五個(gè)按鍵組成，分別是控制電機(jī)的加速鍵、減速鍵、正轉(zhuǎn)切換鍵、反轉(zhuǎn)切換鍵、開始暫停鍵。人按鍵不可避免會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，抖動(dòng)會(huì)使單片機(jī)多次讀取，延時(shí)就是為了確認(rèn)有按鍵發(fā)生，等鍵盤穩(wěn)定了再對(duì)其處理。所以這里選擇了軟件去抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)法是先查尋按鍵，通過if語句來實(shí)現(xiàn)，如果判斷if(num1==0)檢測(cè)到按鍵按下，delay(5)立即延時(shí)5毫秒讓抖動(dòng)消失后再進(jìn)行一次按鍵狀態(tài)檢測(cè)再讀一次I/O口的值，如果num1值為1表示按鍵按下的時(shí)間不到5毫秒，視為按鍵抖動(dòng)干擾信號(hào)。當(dāng)num1讀出的值是0時(shí)，則仍保持按鍵閉合狀態(tài)低電平，則確認(rèn)為真正有鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處理程序。其程序流程圖如圖4-2。圖01及外部中斷1等先進(jìn)行初始值、觸發(fā)方式等的設(shè)置，以方便后面中斷程序的編寫。首先對(duì)LCD1602為后面編程提供方便。程序的流程圖如下圖4-3所示：圖返回圖4.6各中斷程序設(shè)計(jì)4.6.2定時(shí)器中斷0程序這部分程序的設(shè)計(jì)主要是通過定時(shí)器0的計(jì)時(shí)、預(yù)設(shè)的標(biāo)志位與占空比的比較來控制單片機(jī)PWM的輸出占空比，從而實(shí)現(xiàn)用PWM技術(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。具體的程序流程圖如下圖4-6所示：圖04.6.1定時(shí)中斷1程序1NY返回圖1結(jié)論經(jīng)過半個(gè)月的艱苦設(shè)計(jì)到今天終于完成了。本設(shè)計(jì)由本人和同學(xué)共同完成。本人主要設(shè)計(jì)硬件部分，同學(xué)負(fù)責(zé)軟件部分。本課題的主要內(nèi)容是要求采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的速度進(jìn)行控制，通過輸入實(shí)現(xiàn)速度的控制和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的選擇。通過查閱資料和借鑒優(yōu)秀設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，綜合分析任務(wù)要求，我決定采用從下到上的設(shè)計(jì)硬件電路。本人主要將硬件分成以下模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。他們分別是單片機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、速度測(cè)量模塊、顯示模塊、按鍵控制模塊。單片機(jī)模塊，本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用兼容性好，我選擇STC89C52為系統(tǒng)的主控芯片，負(fù)責(zé)速度信號(hào)處理。但只有單片機(jī)芯片，仍不能獨(dú)立運(yùn)行。為此本人設(shè)計(jì)了單片機(jī)最小系統(tǒng)電路主要包括電源電路、晶振電路、復(fù)位電路。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，由于采用PWM脈沖調(diào)寬，在考慮經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)上，決定自己設(shè)計(jì)H橋驅(qū)動(dòng)電路。根據(jù)三極管的導(dǎo)通情況控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊，主要選用霍爾傳感器芯片，采用非接觸式測(cè)量方式，測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速。在顯示模塊，采用LD160液晶顯示模塊，可以方便的顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速和PWM脈沖數(shù)。相比傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示，液晶顯示大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)線路和設(shè)計(jì)難度。在按鍵模塊，由于本設(shè)計(jì)按鍵數(shù)量遠(yuǎn)小于IO口數(shù)，且按鍵之間互不干擾，本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式按鍵連接方式。獨(dú)立式按鍵可簡(jiǎn)化程序，使系統(tǒng)更穩(wěn)定。在電源模塊，由于單片機(jī)和電機(jī)需要5V直流電壓供電，所以設(shè)計(jì)了直流穩(wěn)壓電源輸出5V直流電壓進(jìn)行供電。綜合以上設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)的單片機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，雖然還存在種種不足但基本滿足任務(wù)要求。不足之處在于由于能力所限，沒有加過載保護(hù)。加載程序后本設(shè)計(jì)可通過正、反按鍵控制轉(zhuǎn)向，加、減按鍵控制轉(zhuǎn)速。參考文獻(xiàn)[1]何立民．電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化[J]．電子技術(shù),2008，(56)：5-9．[2]王曉明.電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制.北京航空航天大學(xué)出版社.2002.5[3]周興華.用單片機(jī)控制直流電機(jī)變速[J].電子制作.2006.第6期.[4]錢顯毅．電子電路設(shè)計(jì)[N]．科技時(shí)報(bào)，2009-3-12(C1)[5]陳伯時(shí)主編.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003[6]張朝.電機(jī)控制原理［M］.合肥：航空航天大學(xué)出版，1998[7]蔡純潔，邢武.PIC16/17單片機(jī)原理和應(yīng)用［M］.合肥中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1997[8]謝維成．單片機(jī)原理與應(yīng)用[D]．北京：清華大學(xué)，2003．[9]王曉明等單片機(jī)控制直流電機(jī)原理［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2000[10]單片機(jī)在直流調(diào)速中的應(yīng)用技術(shù)研究_任華偉[11]丁元杰.《單片微機(jī)原理及應(yīng)用》，機(jī)械工業(yè)出版社，2005年7月[12]直流電機(jī)PWM調(diào)速研究及單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)[J].2008,(11)2005.[13]基于單片機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2011,(06)[14]蒲龍梅，李泓.單片機(jī)控制的直流PWM調(diào)速裝置的研究[J]技術(shù)探討與研究.2006,（03.[15]樓然苗、李光.《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2007.[16]HITECHSoftware.PICCANSICcompileruse′sguide［］.2002.[17]SamsungElectronics.S3C44BOXRiscmicrocontrollerARMinstructionsheet.2002[18]Mt.Prospect.MCS51FamilyofMicrocontrollersArchitecturalOverview.September.1993[19]DSP[C].Proceedingsof2010InternationalConferenceonManagementScienceandEngineering(MSE2010)1).20101017[20]XiaodongZhangBingshuWangYongjun;ApplicationResearchofPWMInverterintheCascadeSpeedControlSystemofInner-feedbackMotor[C].Proceedingsof20099thInternationalConferenceonElectronicMeasurement&Instruments（ICEMI’20092009-08-1611VCCU3DLCD_1602VCCcR6bCNCS8050eM1DJS8050eSQ4C4D4VCCb4148VCCS8550104S8550ccMOCVCCVCCR3SNVCC0987654321098765432143333333333222222222VCC...22222)))P)))111111OV2))))))))/501234567543210AAAAAA98CP33DDDDDDD/9LAcCTSDbb1RVCCUDNG2ReP13POWER1324313R712VCC135135246246S1K4fan12413241321324132434adddoczhengstop78H05Vin131DL1NGP11220Vac8Vac422122CON2CON23附錄22#include<reg52.h>voidwrite_com(ucharcom)//向#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintvoiddisplaym();1602寫控制指令{rs=0;sbiten=P2^5;//16026管腳sbitrs=P2^7;//1602端口4管腳sbitrw=P2^6;//lcd1602控制端口P0=com;delay(5);en=1;delay(5);en=0;5管腳sbitnum1=P1^0;//占空比加1sbitnum2=P1^1;//占空比減一sbitnum3=P1^2;//正轉(zhuǎn)}voidwrite_data(uchar1602寫數(shù)據(jù){sbitnum4=P1^3;//反轉(zhuǎn)sbitnum5=P1^4;//開始停止切換sbitout=P3^4;//PWM輸出用于正rs=1;P0=date;delay(5);en=1;傳轉(zhuǎn)sbitout1=P3^7;//PWM輸出用于反delay(5);en=0;uint}zhuansu,flag,m,flag_1,zheng,fan,kai;voidinit()//初始化函數(shù){voiddelay(uintz)//延時(shí)1ms函en=1;數(shù)rw=0;{write_com(0x01);//lcd初始化write_com(0x38);//5X7顯示write_com(0x0c);//關(guān)閉光標(biāo)TMOD=0x01;//定時(shí)器方式1（16uintx,y;for(x=0;x<z;x++)for(y=0;y<110;y++);}位計(jì)數(shù)方式）TH0=0xd8;附錄2TL0=0xf0;//定時(shí)器裝入初值10msEA=1;//開總中斷voidkeyscan()//鍵盤掃描函數(shù)ET0=1;//定時(shí)器0開中斷TR0=1;//定時(shí)器0啟動(dòng)EX1=1;//外部中斷1開啟IT1=1;//外部中斷1為下降沿觸{if(num1==0){delay(5);//消除抖動(dòng)發(fā)方式if(num1==0)TH1=0xff;{TL1=0x9c;//定時(shí)100usET1=1;//定時(shí)器1開中斷TR1=1;//定時(shí)器1啟動(dòng)write_com(0x80);if(m<=99)m++;displaym();//設(shè)定占空比加一write_data('V');}write_data(':');}write_com(0x87);//第一行顯示if(num2==0)轉(zhuǎn)速{write_data('r');write_data('p');write_data('m');write_com(0xc0);write_data('z');write_data('h');write_data('a');write_data('n');write_data('k');write_data('o');write_data('n');write_data('g');write_data('b');write_data('i');//在第二行顯delay(5);if(num2==0){if(m>=1)m--;displaym();