單片機控制直流電機的調速設計方案

XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3振蕩器特性

XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出.該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用.如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4芯片擦除

整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合,并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成.在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前,該操作必須被執(zhí)行.

此外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式.在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM,定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作.在掉電模式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。第三章直流電機驅動電路一H橋由兩個三極管，一個可以對正極導通實現(xiàn)上拉,另一個可以對負極導通實現(xiàn)下拉.由兩套這樣的電路，在同一個電路中，同時一個上拉,另一個下拉,或相反，兩者總是保持相反的輸出,這樣可以在單電源的情況下使負載的極性倒過來.由于這樣的接法加上中間的負載畫出來經常會像一個H的字樣，故得名H橋。二H橋驅動電路圖8中所示為一個典型的直流電機控制電路。電路得名于“H橋驅動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠（注意：圖8及隨后的兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖,其中三極管的驅動電路沒有畫出來）。如圖所示，H橋式電機驅動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉，必須導通對角線上的一對三極管.根據(jù)不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機,從而控制電機的轉向.圖8H橋驅動電路要使電機運轉,必須使對角線上的一對三極管導通。例如，如圖9所示，當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經Q1從左至右穿過電機，然后再經Q4回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅動電機順時針轉動。當三極管Q1和Q4導通時，電流將從左至右流過電機，從而驅動電機按特定方向轉動(電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。圖9H橋電路驅動電機順時針轉動圖10所示為另一對三極管Q2和Q3導通的情況，電流將從右至左流過電機。當三極管Q2和Q3導通時，電流將從右至左流過電機，從而驅動電機沿另一方向轉動(電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）.圖10H橋驅動電機逆時針轉動三使能控制和方向邏輯驅動電機時，保證H橋上兩個同側的三極管不會同時導通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時導通,那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負載,因此電路上的電流就可能達到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管。基于上述原因,在實際驅動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關。圖11所示就是基于這種考慮的改進電路,它在基本H橋電路的基礎上增加了4個與門和2個非門.4個與門同一個“使能”導通信號相接，這樣,用這一個信號就能控制整個電路的開關。而2個非門通過提供一種方向輸人，可以保證任何時候在H橋的同側腿上都只有一個三極管能導通.（與本節(jié)前面的示意圖一樣,圖11所示也不是一個完整的電路圖，特別是圖中與門和三極管直接連接是不能正常工作的.）圖11具有使能控制和方向邏輯的H橋電路采用以上方法，電機的運轉就只需要用三個信號控制：兩個方向信號和一個使能信號.如果DIR－L信號為0，DIR－R信號為1，并且使能信號是1,那么三極管Q1和Q4導通，電流從左至右流經電機（如圖12所示）；如果DIR－L信號變?yōu)?，而DIR－R信號變?yōu)?,那么Q2和Q3將導通,電流則反向流過電機。圖12使能信號與方向信號的使用實際使用的時候，用分立元件制作H橋是很麻煩的，好在現(xiàn)在市面上有很多封裝好的H橋集成電路,接上電源、電機和控制信號就可以使用了,在額定的電壓和電流內使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。附兩張分立元件的H橋驅動電路：第四章PWM脈寬調制原理一PWM調速原理PWM（脈沖寬度調制）是通過控制固定電壓的直流電源開關頻率，改變負載兩端的電壓，從而達到控制要求的一種電壓調整方法。PWM可以應用在許多方面，比如：電機調速、溫度控制、壓力控制等等。在PWM驅動控制的調整系統(tǒng)中,按一個固定的頻率來接通和斷開電源,并且根據(jù)需要改變一個周期內“接通”和“斷開"時間的長短.通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的,從而來控制電動機的轉速。也正因為如此，PWM又被稱為“開關驅動裝置”，見圖13所示。圖13PWM信號的占空比設電機始終接通電源時，電機轉速最大為Vmax，設占空比為D=t1/T,則電機的平均速度為Va=Vmax＊D,其中Va指的是電機的平均速度;Vmax是指電機在全通電時的最大速度；D=t1/T是指占空比。由上面的公式可見，當我們改變占空比D=t1/T時，就可以得到不同的電機平均速度Va，從而達到調速的目的。嚴格來說，平均速度Va與占空比D并非嚴格的線性關系，但是在一般的應用中，我們可以將其近似的看成是線性關系。二PWM調速方法基于單片機類由軟件來實現(xiàn)PWM：在PWM調速系統(tǒng)中占空比D是一個重要參數(shù)在電源電壓Ud不變的情況下，電樞端電壓的平均值取決于占空比D的大小，改變D的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達到調速的目的。改變占空比D的值有三種方法：A、定寬調頻法：保持t1不變，只改變t2，這樣使周期(或頻率）也隨之改變.B、調寬調頻法：保持t2不變,只改變t1,這樣使周期(或頻率）也隨之改變。C、定頻調寬法:保持周期T(或頻率)不變,同時改變t1和t。前兩種方法在調速時改變了控制脈沖的周期(或頻率），當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此常采用定頻調寬法來改變占空比從而改變直流電動機電樞兩端電壓。利用單片機的定時計數(shù)器外加軟件延時等方式來實現(xiàn)脈寬的自由調整,此種方式可簡化硬件電路，操作性強等優(yōu)點。三PWM實現(xiàn)方式方案一：采用定時器做為脈寬控制的定時方式，這一方式產生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個us。方案二：采用軟件延時方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后,將有一定的誤差。故采用方案一。四顯示模塊在本設計課題中采用的是7段4位共陽極LED數(shù)碼管,它的引腳圖如圖14所示。7段LED數(shù)碼管是利用7個LED（發(fā)光二極管）外加一個小數(shù)點的LED組合而成的顯示設備，7段數(shù)碼管分共陰和共陽兩種顯示方式，本設計中采用共陽極顯示器。共陽極顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，當公共陽極接電源+5V時，當某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時,發(fā)光二極管被點亮，相應的段被顯示.通常將控制發(fā)光二極管發(fā)光的8位字節(jié)數(shù)據(jù)編碼稱為LED顯示的段選碼，要構成多位LED顯示時，除需要段選線外，還需要位選線,以確定段選碼對應的顯示位,位選線控制第幾個LED顯示。段選線控制顯示字形。8個陰極分別與8個限流電阻相連，在接到相應的電路中（發(fā)光二極管的工作電流選取在10—20ma,限流電阻太大,數(shù)碼管會太亮）,其連接圖如圖15所示。圖157段共陽極LED連接圖因為單片機的輸出端口輸出的電流小，點亮數(shù)碼管的能力不大，所以需要采用三極管放大輸出電流，此次三極管采用的是C9013,具體放大電路如圖16所示。圖16數(shù)碼管放大電路五控制模塊正轉、反轉、急停、加速、減速五個開關分別與單片機的P1.0,P1。1，P1。2，P1。3，P1。4相連，然后再與地相連.急停實現(xiàn)直流電機的停轉，正轉實現(xiàn)直流電機的正轉,反轉實現(xiàn)直流電機的反轉，加速實現(xiàn)直流電機的加速,減速實現(xiàn)直流電機的減速，其電路如圖17所示。圖17按鍵電路第五章C語言軟件編程在單片機系統(tǒng)的程序的設計開發(fā)中，單片機就如同整個系統(tǒng)的交通中樞，而程序就是組成交通中樞的條條大道，各個部分的模塊化的程序就是整個系統(tǒng)的組成成份。軟件編寫的好壞,語句運用的是否簡潔直接關系單片機的工作效率。在各個模塊化的程序中盡量用最少的語句作最多的事情，不讓語句出現(xiàn)歧義，這樣就可以使整個程序可以在系統(tǒng)中更好的運行，使單片機工作效率大大的提高。該課題的軟件設計采用了模塊化設計的思想即將程序劃分為若干個相對獨立的功能模塊，畫出每一個功能模塊的詳細流程圖，并根據(jù)流程圖編寫程序，最后按照軟件設計的總體結構框圖,將各模塊連接成一個完整的主程序。在主程序的設計中要合理地調用各模塊程序。模塊化設計的優(yōu)點是：無論是硬件還是軟件，每一個模塊都相對獨立,故能獨立地進行設計、研制、調試和修改，從而使復雜的工作得以簡化.模塊之間的相互獨立也有助于研制任務的分解和設計人員之間的分工合作,這樣可提高工作效率和儀表的研制速度。本利用P3口,編制程序輸出一串脈沖，經放大后驅動直流電機，改變輸出脈沖的電平的持續(xù)時間，達到使電機正轉、反轉、加速、減速、停轉等目的[10—11］。由軟件編程從P3.0/P3.1管腳產生PWM信號，經驅動電路輸出給電機，從而控制電機得電與失電。軟件采用延時法進行設計。單片機上電后,系統(tǒng)進入準備狀態(tài)。當按動啟動按鈕后，根據(jù)P3。0為高電平時實現(xiàn)電機正轉，P3。1為高電平時實現(xiàn)電機反轉。根據(jù)不同的加減速按鈕,調整P3。0/P3.1輸出高低電平時的占空比，從而可以控制P3.0/P3。1輸出高低電平時的有效值,進而控制電機的加減速.軟件流程圖如下:開始初始化(定時器)掃描鍵盤(行列式)是否有鍵按下去抖動延時根據(jù)掃描值查轉移表YN返回開始初始化(定時器)掃描鍵盤(行列式)是否有鍵按下去抖動延時根據(jù)掃描值查轉移表YN返回正轉反轉停止加速檔1~5減速檔1~5一系統(tǒng)功能調試與仿真1調試軟件介紹KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。KEILC51編譯器由uVision2集成開發(fā)環(huán)境與編輯器和調試器以及C51編譯器組成。其中uVision2集成開發(fā)環(huán)境中的工程(project)是由源文件、開發(fā)工具選項以及編程說明三部分組成的；編輯器和調試器包括源代碼編輯器、斷點設置、調試函數(shù)語言、變量和存儲器.Proteus軟件是一種低投資的電子設計自動化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達30多個元件庫。Proteus軟件提供多種現(xiàn)實存在的虛擬儀器儀表。此外,Proteus還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗,盡可能減少儀器對測量結果的影響,Proteus軟件提供豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。提供SchematicDrawing、SPICE仿真與PCB設計功能，同時可以仿真單片機和周邊設備，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設備的仿真,例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器.一臺計算機、一套電子仿真軟件，在加上一本虛擬實驗教程，就可相當于一個設備先進的實驗室.以虛代實、以軟代硬,就建立一個完善的虛擬實驗室。在計算機上學習電工基礎，模擬電路、數(shù)字電路、單片機應用系統(tǒng)等課程,并進行電路設計、仿真、調試等。當電路設計完成之后，為了減少在電路板上調試時的難度，保證電路設計的正確性，將Keilc51編譯生成的*.HEX文件載入Proteus軟件，實現(xiàn)電路仿真.2系統(tǒng)調試在程序編寫的過程中，出現(xiàn)了很多問題，包括PWM信號發(fā)生電路的控制、以及單片機控制直流電機的轉動方向等問題,雖然問題不是很大，但是也讓我研究了好長時間,在解決這些問題的時候,我不斷向老師和同學請教，希望能通過大家一塊的努力把軟件編寫的更完整，讓系統(tǒng)的功能更完備。經過多天的努力探索，也經過老師的指導，大部分問題都已經解決，就是程序還是不能實現(xiàn)應該實現(xiàn)的功能，這讓我很著急。后來經過一點一點的調試，并認真總結，發(fā)現(xiàn)了問題其實在編寫中斷處理程序時出現(xiàn)了錯誤，修改后即可實現(xiàn)直流電機調速的目的.總結這次軟件調試，讓我認識到了做軟件調試的基本方法與流程：（1）認真檢查源代碼，看是否有文字或語法錯誤（2）逐段子程序進行設計,找出錯誤出現(xiàn)的部分，重點排查（3)找到合適的方法，仔細檢查程序，分步調試直到運行成功3仿真圖形初始狀態(tài)，直流電機有如圖示18運行效果圖18電機半速運轉按下急停鍵，直流電機有圖19的停止運行結果。圖19電機停轉按下加速鍵，直流電機有圖20的正向加速運行結果。圖20電機正轉加速按下減速鍵，直流電機有圖21正向減速運行結果。圖21電機正轉減速按下反轉鍵,直流電機有圖22反向加速運行結果。圖22電機反轉加速結束語該課題的主要任務是設計一個以89C51單片機為核心的直流電機調速系統(tǒng)。通過聯(lián)調，實驗驗證了系統(tǒng)的可行，能滿足設計要求，達到設計的指標，最后實現(xiàn)了對轉速的控制和LED顯示轉速。這個開發(fā)過程主要包括了硬件電路仿真設計和軟件編程兩個部分。從確定課設題目，到查閱質料確定總體方案設計,硬件電路仿真的設計，硬件電路的優(yōu)化，軟件的設計,軟件的優(yōu)化，檢驗仿真電路，調試軟件程序，到最后的軟硬件聯(lián)調，其中的每一個過程都是精心設計、仔細完成的。附錄單片機控制程序/＊*＊＊*＊*＊＊*＊*＊＊＊＊***＊＊＊＊＊*＊＊＊*＊＊***＊＊＊＊**＊*****＊＊**＊＊＊*＊＊**＊*＊*＊***＊單片機控制直流電機＊李達＊2013。03.09＊KeiluVision3調試通過/＊＊*******＊＊**＊＊＊＊＊*＊＊＊*****＊**＊*＊*＊＊*＊**＊＊*＊******＊***＊***＊*＊*＊***/＃include<reg52。h>＃include〈intrins。h>＃defineuintunsignedint＃defineucharunsignedchar/*＊****＊＊＊*＊＊＊＊**＊*＊＊****＊****＊＊＊*＊*＊*＊*＊**＊＊**＊＊*＊＊＊*＊＊＊***＊＊**＊*＊**/ucharled_code[10]=｛0xa0,0xf9,0xc4,0xd0,0x99,0x92，0x82,0xf8,0x80,0x90};//段碼0，1,2,3,4,5,6，7,8，9ucharled_bit［4]=｛1，2,4,8};//位碼ucharled_buf［4]；//顯示緩存ucharkey_buf［4］;intnum=50;//顯示數(shù)據(jù)intn=0;//當前顯示位inti=4;//位消隱參數(shù)intm=0;//按鍵次數(shù)ucharkey_code;sbitMOTOR0=P3^0;sbitMOTOR1=P3^1；intMOTORPORT0=0；uintMOTORPORT1；intMOTORDIR=0;intMOTORSTOP=0；intcounter=0;sbitp10=P1^0；sbitp11=P1^1;sbitp12=P1^2;sbitp13=P1^3;/*＊*＊*＊*＊****＊＊*＊*＊*＊*＊*＊***＊＊＊***＊＊＊＊＊＊**＊*＊＊＊****＊＊＊＊*＊*＊*＊***＊**＊**名稱：delayms*說明：延時子程序*功能：產生一定時間的延時*輸入：ms延時時間1ms的倍數(shù)*返回值：無＊＊＊＊*****＊＊＊＊**＊*＊＊＊*＊＊＊＊*＊＊********＊＊＊＊＊***＊＊＊****＊*＊****＊＊***＊＊***/voiddelayms（uintms）｛uinta，b;for（a=0;a<ms；a++）{for(b=0;b〈125；b++）；//1ms｝｝/***＊＊*＊＊**＊＊*＊*＊*＊*＊＊*****＊***＊＊***＊＊*＊＊***＊**＊＊＊*＊**＊＊＊*＊＊****＊*＊＊＊*名稱：numToBuf＊說明：數(shù)據(jù)轉換＊功能:把數(shù)據(jù)按位存入顯示緩存＊輸入：無＊返回值:無＊**＊*＊*＊*****＊*＊***＊＊＊＊＊****＊＊***＊*＊＊＊＊＊**＊****＊*＊**＊＊＊*＊＊**＊＊*＊＊＊**/voidnumToBuf(void）{led_buf［0]=led_code[num％10］；//個位led_buf[1]=led_code[num/10%10]；//十位led_buf［2]=led_code[num/100%10]；//百位led_buf[3］=led_code［num/1000］;//千位｝/*＊**＊＊*＊＊*＊＊*＊＊*＊**＊＊＊****＊**＊＊**＊*＊＊**＊＊＊＊*＊＊*＊＊＊****＊＊***＊＊*＊*＊＊＊＊＊名稱：keyToNum＊說明：數(shù)據(jù)轉換*功能:把鍵盤緩存轉換為數(shù)據(jù)*輸入：無＊返回值:無＊***＊*＊＊*＊＊＊＊＊*＊******＊＊＊＊**＊*＊＊＊＊＊****＊＊＊＊***＊*＊＊*＊**＊＊**＊***＊＊*＊*＊/voidkeyToNum(void){num=key_buf［0]+key_buf[1]＊10+key_buf［2］*100+key_buf［3］*1000；}/＊＊＊*＊＊＊**＊＊*****＊***＊**＊*＊*＊＊**＊＊**＊**＊*＊＊＊＊＊＊*＊＊*＊＊***＊＊**＊**＊**＊＊＊＊名稱：int_0＊說明:定時器0中斷服務程序*功能：數(shù)碼管動態(tài)掃描程序＊輸入：無＊返回值:無＊*＊＊＊＊＊*＊＊*＊＊＊＊＊*＊＊＊＊＊＊＊**＊*＊＊＊*＊＊＊＊*****＊＊＊**＊**＊****＊*＊*＊＊**＊**＊＊＊/voidint_0(void）interrupt1{TH0=0xD8;TL0=0xf0;//定時器0賦初值/＊消隱位＊/if（num>=1000）｛//數(shù)據(jù)在于等于10000i=4；//顯示4位}elseif（num<1000＆&num〉=100){//數(shù)所小于1000大于100i=3;//顯示3位}elseif（num<100&＆num>=10）{//數(shù)據(jù)小于100大于10i=2；//顯示兩位}elseif(num<10）｛//數(shù)據(jù)小10i=1；//顯示1位｝/*顯示輸出*/numToBuf（)；P2=～led_bit[n］;//調用位碼P0=～led_buf[n］;//調用段碼n++；//移位n=n％i；｝/*＊＊*******＊＊＊＊＊****＊＊＊*＊＊**＊**＊＊*＊**＊**＊＊*＊＊**＊*＊＊**＊＊＊*＊***＊＊＊＊*＊***名稱：int_1＊說明：定時器1中斷服務程序＊功能：鍵盤掃描＊輸入:無＊返回值:無＊**＊*＊＊＊＊＊*＊**＊＊＊＊**＊**＊***＊＊＊*＊***＊＊**＊＊*＊**＊＊＊*＊*＊*＊＊**＊****＊＊＊＊**/voidint_1（void)interrupt3{TH1=0xfe;TL1=0x0c;//定時器0賦初值if（counter<=num){ MOTORPORT1=1; ｝elseif(counter<=100&＆counter>num）{MOTORPORT1=0；}counter++; 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