基于單片機(jī)AT89S52控制直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

學(xué)校代碼：11517學(xué)號(hào)：HENANINSTITUTEOFENGINEERING畢業(yè)設(shè)計(jì)題目單片機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)系〔部〕指導(dǎo)教師(職稱)完成時(shí)間2023年06月10日河南工程學(xué)院論文版權(quán)使用授權(quán)書本人完全了解河南工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意如下各項(xiàng)內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交論文的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本論文全文或者局部的閱覽效勞；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國(guó)家有關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學(xué)校可以適當(dāng)復(fù)制論文的局部或全部?jī)?nèi)容用于學(xué)術(shù)活動(dòng)。論文作者簽名：年月日河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文，是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒(méi)有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出奉獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承當(dāng)。論文作者簽名：年月日河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕任務(wù)書題目單片機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真專業(yè)學(xué)號(hào)姓名一、主要內(nèi)容：要求以單片機(jī)為核心，采用PWM技術(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。通過(guò)調(diào)整PWM信號(hào)的占空比，控制直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓而到達(dá)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。要求實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、加速、減速的控制，并用LED顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。完成相應(yīng)的硬件電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)，編寫源程序代碼，利用PROTEUS軟件進(jìn)行仿真和調(diào)試。二、根本要求：〔1〕對(duì)直流調(diào)速控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的控制、檢測(cè)、顯示；〔2〕畫出步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)圖和模塊程序流程圖；〔3〕編寫源程序代碼利用PROTEUS軟件進(jìn)行仿真和調(diào)試。三、主要參考文獻(xiàn)：[1]翁嘉民.單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2023:12-36[2]王兆安,劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2023:45-56[3]胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].北京:科學(xué)出版社,2007:33-36[4]阮毅,陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2023:10-13[5]孫明迪.直流雙極式可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2023:99-123完成期限：指導(dǎo)教師簽名：專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名：年月日目錄TOC\o"1-3"\h\u3123摘要I6685ABSTRACTII29311緒論1299251.1選題背景及意義151531.2單片機(jī)控制系統(tǒng)的開展2102101.3直流電機(jī)調(diào)速原理3193731.4系統(tǒng)方案確定5268372PWM脈寬調(diào)制6181022.1PWM調(diào)速原理6246262.2PWM調(diào)速方法6165952.3PWM實(shí)現(xiàn)方式711253硬件設(shè)計(jì)88283.1單片機(jī)選型8318033.1.1單片機(jī)AT89S52的根本組成8312683.1.2單片機(jī)AT89S52的引腳說(shuō)明8106023.2驅(qū)動(dòng)電路9137033.2.1L298內(nèi)部的原理圖10175553.2.2L298的引腳說(shuō)明12147703.2.3L298功能表12323173.3鍵盤設(shè)計(jì)13258163.3.1鍵盤的功能及分類13298313.3.2獨(dú)立式鍵盤1467583.4數(shù)碼管設(shè)計(jì)1429943.4.1LED簡(jiǎn)介············································································································14107533.4.2LED七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)14265443.4.3LED數(shù)碼管和單片機(jī)的連接163.5光電編碼器·············································································································18223414軟件設(shè)計(jì)19305424.1主程序19206814.2定時(shí)器中斷程序19178634.3LED數(shù)碼管顯示2161294.4獨(dú)立式鍵盤控制21117005設(shè)計(jì)仿真23103855.1設(shè)計(jì)接線圖23262275.1.1按鍵連接圖2344495.1.2L298與單片機(jī)、電機(jī)連接圖23184885.1.3LED與單片機(jī)連接圖24145905.2系統(tǒng)仿真圖24128555.2.1電機(jī)正轉(zhuǎn)····254095.2.2電機(jī)反轉(zhuǎn)26187495.2.2電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)2723591結(jié)束語(yǔ)281112致謝2919873參考文獻(xiàn)3015907附錄31單片機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真摘要隨著現(xiàn)代社會(huì)的開展，電機(jī)在人們的日常生活中扮演著越來(lái)越重要的角色，而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速愈發(fā)的凸顯其重要性。PWM控制方法因其相比傳統(tǒng)調(diào)速方法的優(yōu)越性，成為了調(diào)速的新方式。本文主要研究了基于單片機(jī)AT89S52進(jìn)行小型直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并用Proteus進(jìn)行仿真。文中介紹了直流電機(jī)控制方法的開展，脈寬調(diào)制的原理，AT89S52的詳細(xì)參數(shù)，LED數(shù)碼管的顯示方法，L298驅(qū)動(dòng)電路的使用，利用程序的方法如何輸出PWM信號(hào)進(jìn)行占空比調(diào)節(jié)等。AT89S52單片機(jī)與L298驅(qū)動(dòng)模塊的使用，能夠降低系統(tǒng)本錢，簡(jiǎn)化系統(tǒng)構(gòu)成，易于PC連接進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，能夠滿足更多場(chǎng)合的使用要求。本設(shè)計(jì)將實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、換向、停止等的控制，并在LED數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示占空比和轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵詞AT89S52/L298/PWM/占空比TheDesignOfDirectCurrentMotorSpeedRegulation

SystemBasedOnSCMABSTRACTWiththedevelopmentofmodernsociety,themotorinpeople'sdailylifeplaysanincreasinglyimportantroletocontrolthemotorspeed,themorehighlightitsimportance.PWMcontrolmethodbecauseofitssuperioritycomparedtotraditionalspeedcontrolmethod,hasbecomethenewwayofthegovernor.ThispaperstudiesthedesignofPWMDCmotorspeedcontrolsystembasedonMCUAT89S52,andProteussimulation.ThispaperdescribesthedevelopmentoftheDCmotorcontrolmethod,thepulsewidthmodulationprinciple,AT89S52ofparameters,LEDdigitaltubedisplaymethodtheL298drivercircuituse,theuseoftheprogramhowtooutputPWMsignaldutycycleadjustment.AT89S52microcontrollerandtheL298drivermoduleforuse,canreducesystemcosts,simplifythesystemstructure,easyPCconnectionforsystemupgradestomeettherequirementsofmoreoccasions.Thisdesignwillachievethemotorforward,reverse,commutation,stopcontrol,andreal.timedisplayLEDdigitaltubedutycycleandthespeed.KEYWORDSAT89S52,L298,PWM,DUTYCYCLE1緒論1.1選題背景及意義直流調(diào)速系統(tǒng)最初的時(shí)候，通過(guò)保持直流電源電壓向的恒定，向直流機(jī)電樞供電，在電樞回路中的串入電阻，改變電阻阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。雖然這種方法簡(jiǎn)便易行，價(jià)格廉價(jià)，設(shè)備制造容易，但缺點(diǎn)是機(jī)械特性軟，效率低，沒(méi)有較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速的能力，所以目前根本不采用[1]。上世紀(jì)三十年代末，創(chuàng)造了發(fā)電機(jī).電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，由電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、磁放大器、閘流管等控制器件組成，可得到較寬的調(diào)速范圍，優(yōu)良的調(diào)速性能，較小的轉(zhuǎn)速變化率，能實(shí)現(xiàn)調(diào)速平滑。由于電動(dòng)機(jī)軸上存在飛輪慣量，當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速時(shí)，可以通過(guò)發(fā)電機(jī)將剩下的電能反應(yīng)回電網(wǎng)[2]。因此即可減少能量的損耗，提高效率，又能得到平滑的制動(dòng)特性。但是發(fā)電機(jī).電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是，需要增加與調(diào)速電動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵(lì)磁設(shè)備，因而體積大，維修困難等。隨后汞弧變流器的出現(xiàn)，使調(diào)速性能指標(biāo)得到了進(jìn)一步提高，由此代替上述發(fā)電機(jī).電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)。相比發(fā)電機(jī).電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，汞弧變流器調(diào)速系統(tǒng)的快速響應(yīng)性得到極大的提升。但是汞弧變流器需要用到水銀蒸汽，維修時(shí)會(huì)對(duì)維護(hù)人員會(huì)造成一定的危害等，因此，限制了它的應(yīng)用。世界上第一只晶閘管在1957年問(wèn)世，晶閘管從設(shè)計(jì)到用料，決定其具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性，相比其它變流元件，具有響應(yīng)快、體積小、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)[4]。以晶閘管為主設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)，不僅在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上使直流調(diào)速系統(tǒng)得到提高，而且在可靠性和技術(shù)指標(biāo)上也顯示出比汞弧變流器調(diào)速系統(tǒng)很大的優(yōu)越性。20世紀(jì)80年代中后期，由于晶閘管整流裝置得到成熟開展，促進(jìn)直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)，隨即取代了水銀整流裝置及直流發(fā)電機(jī).電動(dòng)機(jī)組。同一時(shí)期，控制電路也得到快速開展，實(shí)現(xiàn)了電路小型化、可靠性高及高度集成化。至此，直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用范圍越來(lái)越大，性能指標(biāo)越來(lái)越高，直流調(diào)速技術(shù)不斷開展，都是得益于晶閘管整流技術(shù)的應(yīng)用[5]。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的特性，比方起動(dòng)、制動(dòng)性能好，能在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，因此在許多電力拖動(dòng)領(lǐng)域，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能好及快速正反向的能力得到了廣泛的應(yīng)用。而電動(dòng)機(jī)的控制方法也隨著計(jì)算機(jī)的開展，新型電力電子器件的不斷更新以及微電子技術(shù)的進(jìn)步，如采用計(jì)算機(jī)，微處理器，DSP控制器等，由模擬系統(tǒng)變?yōu)閿?shù)字控制系統(tǒng)，使電動(dòng)機(jī)控制更為現(xiàn)代，得到了根本上的變化。其中，在經(jīng)歷了幾次的更新?lián)Q代以后，全控型功率器件得到廣泛應(yīng)用，電力電子器件MOSFET和IGBT的開關(guān)速度更快，控制更簡(jiǎn)便，更加適合作為電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)局部的功率器件。在交流調(diào)速系統(tǒng)和直流調(diào)速系統(tǒng)中，以全控型功率器件為根底的脈寬調(diào)制變頻技術(shù)，得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)改變電樞回路電阻調(diào)速，弱磁調(diào)速等技術(shù)對(duì)于現(xiàn)在的直流電機(jī)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，更加復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程對(duì)電機(jī)調(diào)速性能要求更高，這時(shí)單片機(jī)技術(shù)的參加，通過(guò)PWM方式控制直流電機(jī)調(diào)速，因?yàn)榫哂懈呖煽啃裕叨戎悄埽犀F(xiàn)代生產(chǎn)的需求，因此成為以后調(diào)速技術(shù)的開展趨勢(shì)。直流電機(jī)已經(jīng)深入人們的生活，在方方面面都有涉及，因此，研究本設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。在家庭方面，電風(fēng)扇，刮胡刀，洗衣機(jī)，空調(diào)；工業(yè)方面，汽車，機(jī)器人，起重機(jī)，切割機(jī)；軍事方面，火箭，高射炮，雷達(dá)，衛(wèi)星；辦公方面，電腦，打印機(jī)，投影儀，；等等方面，都需要直流電機(jī)的參與。最近一段時(shí)間以來(lái)，雖然高性能交流調(diào)速系統(tǒng)開展有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并且有了要取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢(shì)，但是直流調(diào)速系統(tǒng)不僅在理論上成熟，而且在實(shí)踐上開展出了各種各樣的變化，十分適應(yīng)現(xiàn)在的開展需求，目前應(yīng)用范圍還十分廣泛。1.2單片機(jī)控制系統(tǒng)的開展世界計(jì)算機(jī)開展史以單片機(jī)的誕生為一個(gè)新的里程碑。作為單芯片嵌入式系統(tǒng)的核心，單片機(jī)具有多功能，高速，多項(xiàng)選擇擇，低價(jià)格，低功耗，強(qiáng)大的I/O功能和大存儲(chǔ)容量，可以提高整個(gè)系統(tǒng)的可行性和可靠性。新世紀(jì)以來(lái)，技術(shù)實(shí)力得到了長(zhǎng)足的開展和進(jìn)步，市場(chǎng)不滿足現(xiàn)有產(chǎn)品的功能，對(duì)性能的要求不斷提高，尤其是系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化。為了能夠適應(yīng)對(duì)產(chǎn)品越來(lái)越高的要求，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以其優(yōu)越的起動(dòng)和調(diào)速性能等特點(diǎn)，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，特別是智能機(jī)器人的青睞[6]。早期的直流驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)使用模擬的別離裝置，其特點(diǎn)在于，含有模擬器件其固有的缺點(diǎn)，如溫度漂移，零點(diǎn)漂移電壓，降低了直流驅(qū)動(dòng)器的可靠性和準(zhǔn)確性?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步，直流驅(qū)動(dòng)已由微處理器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。由微處理器控制，輸出為數(shù)字信號(hào)，其控制精度，穩(wěn)定性和可靠性，模擬直流調(diào)速系統(tǒng)是不能比較的。實(shí)現(xiàn)全數(shù)字控制，抗干擾能力強(qiáng)，控制裝置靈活，成為直流調(diào)速的一個(gè)新的方向。微處理器誕生于上個(gè)世紀(jì)七十年代，以大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路制造工藝制造集成電路，降卑微處理器的本錢，使其得到了越來(lái)越高的快速開展。此外，由于電力電子技術(shù)的開展，提升的生產(chǎn)工藝，快速的提高了高功率電子器件的性能。用微處理器來(lái)控制電機(jī)，可完成各種創(chuàng)新的，高性能的控制策略，電機(jī)的潛力得到充分的發(fā)揮。使用微處理器控制的電機(jī)使電機(jī)的開展發(fā)生新變化，電機(jī)制造商基于此開發(fā)出了多種容易控制的實(shí)用新型電機(jī)[8]。對(duì)于簡(jiǎn)單的微處理器控制電機(jī)，只需使用微處理器控制繼電器，電子開關(guān)零件，電機(jī)控制就可以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)可編程控制器與微處理器結(jié)合，各種機(jī)床和生產(chǎn)線都可以通過(guò)電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)各種普遍應(yīng)用。對(duì)于復(fù)雜的微處理器控制電動(dòng)機(jī)，將不得不使用微處理器控制電機(jī)的電流，電壓，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，旋轉(zhuǎn)角度，使得電動(dòng)機(jī)按照給定的指示準(zhǔn)確工作。由于微處理器控制，大大改善了電機(jī)的性能。機(jī)械換向的直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)他們有自己的優(yōu)勢(shì)，例如直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速性能，但擁有機(jī)械磨損和換向火花等問(wèn)題，而交流電機(jī)，比直流電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性比直流電動(dòng)機(jī)好，但運(yùn)行時(shí)必須恒定電源頻率，他們的速度不能方便的經(jīng)濟(jì)調(diào)控。高性能微處理器，新的控制理論和控制策略的出現(xiàn)，如數(shù)字信號(hào)處理器DSP，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化程度大大提高。在國(guó)家的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，采用如DSP高速微處理器，可以擁有超過(guò)數(shù)百千兆位每秒的執(zhí)行速度。1.3直流電機(jī)調(diào)速原理圖1-1直流電機(jī)的物理模型圖圖1-1所示為兩極直流電機(jī)模型。它的定子上，是一對(duì)靜止的主磁極N和S，起到直流勵(lì)磁的作用。中間為轉(zhuǎn)子，含有電樞鐵心，轉(zhuǎn)子與定子不接觸，有一定氣隙相隔。在轉(zhuǎn)子電樞鐵心外部放置兩根電樞線圈，并用導(dǎo)體連接，線圈與稱為換向片的銅片分別首端和末端相連。換向器由構(gòu)成換向片的整體組成，固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片之間，換向片與轉(zhuǎn)軸之間都互相絕緣。一對(duì)固定不動(dòng)的電刷放在換向片上，當(dāng)電樞線圈在電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)換向片和電刷的摩擦與外電路接通。圖1-2直流電機(jī)的根本工作原理圖圖1-2所示為直流電機(jī)工作原理圖。如圖〔a〕所示，給兩個(gè)電刷加上直流電源，從電刷A處那么有直流電流流入，通過(guò)線圈abcd，從B處電刷流出，根據(jù)楞次定律，線圈斷ab和cd將受到電磁力的作用，兩段導(dǎo)體受到的力方向相反，形成一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。到圖〔b〕所示的位置時(shí)，電刷A和電刷B分別與換向片2和換向片1接觸，從電刷A流入直流電流，經(jīng)過(guò)線圈dcba，從B處流出。此時(shí)線圈段ab和cd受到與之前方向相同的電磁力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，仍將保持轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。由于電刷和換向片之間的這種互相作用，即使外加的電源是直流的，但電流在線圈兩邊產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是相同的，構(gòu)成了直流電動(dòng)機(jī)工作的原理[9]。式1-1為計(jì)算直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的表達(dá)式:(1-1)式中，U-電樞電壓〔V〕I-電樞電流〔A〕R-電樞電路總電阻〔Ω〕Φ-勵(lì)磁磁通〔Wb〕K-由電動(dòng)機(jī)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)通過(guò)表達(dá)式可看出，電壓、電阻、磁通是三個(gè)變量，因此，控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的原理有三種:調(diào)節(jié)電樞電壓U減弱勵(lì)磁磁通Φ改變電樞電阻R電機(jī)磁通不能增大，只能減小，調(diào)節(jié)磁通的方法稱為弱磁調(diào)速，這種方法雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，可以與調(diào)壓調(diào)速配合，做小范圍的弱磁升速；改變電樞電阻的方法只能有級(jí)調(diào)速，而且電阻消耗電能，效率低下，已經(jīng)根本不用[10]。所以在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中以調(diào)壓調(diào)速為最好，本設(shè)計(jì)將采用這種方法。1.4系統(tǒng)方案確定本設(shè)計(jì)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，分為硬件和軟件兩大局部。硬件為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)，是整個(gè)系統(tǒng)的根底；軟件局部為控制局部，為對(duì)電機(jī)進(jìn)行有效控制，要采集、分析、處理硬件發(fā)出的信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)程序設(shè)定的各項(xiàng)功能。圖1-3為此次調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖。本設(shè)計(jì)主要由AT89S52單片機(jī)，鍵盤，LED數(shù)碼管，L298驅(qū)動(dòng)模塊，直流電動(dòng)機(jī)等組成。本設(shè)計(jì)輸入局部，主要是利用獨(dú)立按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的加速、減速、換向、停止的控制。顯示局部，由LED數(shù)碼管完成，可以將電機(jī)電樞電壓的占空比實(shí)時(shí)顯示?？刂凭植?，主要是由L298驅(qū)動(dòng)電路和電機(jī)組成的單片機(jī)外部中斷擴(kuò)展電路。LED顯示PWM占空比及轉(zhuǎn)速L298LED顯示PWM占空比及轉(zhuǎn)速L298驅(qū)動(dòng)電路AT89S52單片機(jī)PWMPWM直直流電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速鍵盤控制鍵盤控制圖1-3直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖本設(shè)計(jì)基于AT89S52單片機(jī)，其組成為輸入模塊、顯示模塊及電機(jī)控制模塊。通過(guò)編寫單片機(jī)程序，利用單片機(jī)定時(shí)中斷，定時(shí)器定時(shí)，生成PWM波，控制L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，并用獨(dú)立式鍵盤來(lái)控制定時(shí)器定時(shí)，完成對(duì)PWM占空比命令的輸入，并在數(shù)碼管顯示。這樣就可以控制電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)和加速、減速、急?？刂?，并測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)單片機(jī)不停的將PWM波占空比送到LED數(shù)碼管顯示,且實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)速。2PWM脈寬調(diào)制2.1PWM調(diào)速原理脈沖寬度調(diào)制，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，英文簡(jiǎn)寫為PWM[11]。PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需要的波形〔含形狀和幅值〕。PWM控制技術(shù)在晶閘管時(shí)代就已經(jīng)產(chǎn)生，但是為了使晶閘管導(dǎo)通要付出很大的代價(jià)，因而難以得到廣泛應(yīng)用。以IGBT、電力MOSFET等為代表的全控型器件的不斷完善，給PWM控制技術(shù)提供了強(qiáng)大的物質(zhì)根底，推動(dòng)了這項(xiàng)技術(shù)的迅猛開展，使他應(yīng)用到整流、逆變、直.直、交.交的所有四大類變流電路中。在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果根本相同。以該結(jié)論為理論根底,PWM控制技術(shù)就是對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)器件進(jìn)行控制，讓其規(guī)律的導(dǎo)通和關(guān)斷,產(chǎn)生一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，來(lái)代替其他波形的控制技術(shù)。占空比在PWM里是一個(gè)重要的參數(shù)，決定了PWM的波形形狀。式2-1為占空比計(jì)算公式：如圖2-1所示，T為周期，t1表示開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間，t2為開關(guān)管閉合的時(shí)間。圖2-1PWM信號(hào)的占空比由式2-1可知，開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間t1與周期T在一個(gè)周期里的比值就是占空比D，大小為0≤D≤1。當(dāng)保持電源電壓V不變，電樞端電壓的平均值為。通過(guò)單片機(jī)改變占空比D，到達(dá)改變電樞端的平均電壓，控制電機(jī)，這就是PWM調(diào)速的根本原理。2.2PWM調(diào)速方法以PWM調(diào)速原理來(lái)說(shuō)，PWM調(diào)速就是占空比調(diào)速，占空比的控制在調(diào)速中決定著電機(jī)的控制。改變占空比通常有三種方法[12]：〔1〕定寬調(diào)頻法〔2〕調(diào)寬調(diào)頻法〔3〕定頻調(diào)寬法前2種方法由于在調(diào)速時(shí)會(huì)引起振蕩，因?yàn)檫@兩種調(diào)速方法相當(dāng)于改變了頻率，容易與系統(tǒng)的固有頻率接近，基于此種情況，它們的應(yīng)用較少。所以，本設(shè)計(jì)使用第3種方法，定頻調(diào)寬法。即利用單片機(jī)生成一個(gè)固定的頻率，來(lái)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的接通或斷開，并通過(guò)改變占空比D，改變直流電機(jī)電樞上平均電壓的大小，從而形成對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制。2.3PWM實(shí)現(xiàn)方式主流的PWM實(shí)現(xiàn)方法是使用定時(shí)器定時(shí)產(chǎn)生PWM波的方式，其輸出的脈沖波形極其精確，誤差可忽略不計(jì)；另一種為硬件延時(shí)方式，但是輸出的波形沒(méi)有定時(shí)器精度高，在執(zhí)行中斷后，由于硬件的原因，將產(chǎn)生一定的誤差。綜合考慮，本設(shè)計(jì)將采用利用單片機(jī)外部中斷和定時(shí)器定時(shí)方式實(shí)現(xiàn)PWM。3硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)選型3.1.1單片機(jī)AT89S52的根本組成本設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)為AT89S52，主要有以下幾個(gè)局部組成。一個(gè)8位微處理器CPU。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和特殊功能存放器SFR。內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM。兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可用作定時(shí)器。四個(gè)8位可編程的I/O并行端口，每個(gè)端口即可做輸入，也可做輸出。一個(gè)串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。中斷控制系統(tǒng)。內(nèi)部時(shí)鐘電路。3.1.2單片機(jī)AT89S52的引腳說(shuō)明圖3-1單片機(jī)引腳圖圖3-1為單片機(jī)引腳圖。VCC：芯片正極輸入，接+5V。GND：電源地端。XTAL1、XTAL2：接外部晶振的引腳。當(dāng)單片機(jī)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，引腳接地。RES：當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平，單片機(jī)復(fù)位。ALE：地址鎖存控制端。！PSEN：外部程序內(nèi)存的讀選通信號(hào)端。！EA/VPP：訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。P0~P3：四個(gè)I/O口，每口8線，共計(jì)32根I/O口線。P0是一個(gè)8位寬的雙向輸出入端口。P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。當(dāng)EA引腳為低電平時(shí)，P0作為數(shù)據(jù)總線〔D0～D7〕及地址總線〔A0～A7〕的低8位。P1是通用準(zhǔn)雙向靜態(tài)I/O端口，輸出的信息有鎖存，其可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，假設(shè)將端口1來(lái)輸入數(shù)據(jù)，必須向鎖存器寫1，才可以做輸入用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展偏外程序存儲(chǔ)器時(shí)，P2端口就用來(lái)周期性的輸出從外存中取指令的高8位字節(jié)〔A8～A15〕。P3是準(zhǔn)雙向I/O端口，可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還有特殊的第二功能，包括串行通信、外部中斷、定時(shí)器計(jì)數(shù)和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫。其存儲(chǔ)器在物理結(jié)構(gòu)上有四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外存儲(chǔ)器、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器。其中，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用8位地址，S52系列有256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；片外為64KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用16位地址；程序存儲(chǔ)器片內(nèi)和片外統(tǒng)一進(jìn)行編址，共64KB。3.2驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)采用L298作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊。L298為單塊集成電路，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，具有高電流，高電壓的承載能力，外圍15管腳[13]。L298接收TTL邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，可直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無(wú)須隔離電路，并且可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)。圖3-2為L(zhǎng)298驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)應(yīng)用連接圖。圖3-2L298典型應(yīng)用連接圖3.2.1L298內(nèi)部的原理圖L298內(nèi)部含有兩個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)電路。如圖3-3所示，OUT1與OUT2之間，由4個(gè)IGBT管組成H橋驅(qū)動(dòng)電路。H橋驅(qū)動(dòng)電路，屬于可逆PWM變換器，加于直流電動(dòng)機(jī)兩端，電壓U12的極性隨電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)而改變。圖3-3L298內(nèi)部電路如圖3-4所示為H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。根據(jù)三極管的排列方式，只要角線上的一對(duì)三極管同時(shí)導(dǎo)通，電機(jī)就可以運(yùn)轉(zhuǎn)。電流在Q1、Q4之間流動(dòng)與在Q2、Q3之間流動(dòng)，電機(jī)的轉(zhuǎn)向方向相反，到達(dá)控制電機(jī)運(yùn)行方向的目的。Q4Q3Q1Q2Q4Q3Q1Q2圖3-4H橋電路如圖3-5所示，給Q1管和Q4管基極加正電壓，使其導(dǎo)通，電流就經(jīng)Q1流入電機(jī)，從Q4流出。以圖中電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)檎较颍鹘?jīng)Q1和Q4的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，當(dāng)給Q3管和Q2管基極加正電壓使其導(dǎo)通時(shí)，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3-6所示。Q2Q1Q3Q4Q2Q1Q3Q4圖3-5電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)Q3Q1Q4Q2Q3Q1Q4Q2圖3-6電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)工作時(shí)，當(dāng)兩個(gè)同側(cè)的三極管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，就會(huì)形成短路，電流從正極穿過(guò)兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，由于形成短路，電路上的電流到達(dá)最大值，會(huì)對(duì)電路造成極大破壞，所以必須保證同側(cè)的兩個(gè)三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。L298的引腳說(shuō)明表3-1L298的引腳說(shuō)明引腳功能OUT1、OUT2、OUT3、OUT4輸出端IN1、IN2、IN3、IN4輸入端ENA、ENB使能端SENSA、SENSB電流反應(yīng)腳，一般直接接地VSS電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源VCC邏輯控制電源GND接地3.2.3L298功能表表3-2L298功能表IN1IN2EN電機(jī)狀態(tài)XX0停止101順時(shí)針011逆時(shí)針000停止110停止由表3-2知，電機(jī)的控制取決于對(duì)IN1與IN2的控制。當(dāng)輸入端IN1為高電平,IN2為低電平時(shí),電機(jī)正轉(zhuǎn)；輸入端IN1為低電平，IN2為高電平時(shí),電機(jī)反轉(zhuǎn)。IN1與IN2相同時(shí),那么電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中，高電平即為PWM信號(hào)。本設(shè)計(jì)中，L298是對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓進(jìn)行控制和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具體使用時(shí)可以工作在兩種方式下：當(dāng)以線性放大驅(qū)開工作時(shí)，優(yōu)點(diǎn)是線性好，輸出波動(dòng)小，對(duì)鄰近電路干擾小，控制原理簡(jiǎn)單，但是IGBT管只能工作在范圍狹窄的線性區(qū)，造成電路功率低下。開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式工作時(shí)，PWM波使L298工作在開關(guān)狀態(tài)。因其工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗級(jí)低，控制比較方便。因此，本設(shè)計(jì)對(duì)L298采取工作在開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)。3.3鍵盤設(shè)計(jì)鍵盤的功能及分類單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中可以添加許多外圍設(shè)備，方便單片機(jī)的使用，鍵盤是最常用的輸入設(shè)備之一。它是一組按鍵的組合，能夠輸入命令控制系統(tǒng)，查詢系統(tǒng)狀態(tài)[14]。鍵盤按照其結(jié)構(gòu)可分為矩陣式鍵盤與獨(dú)立式鍵盤。矩陣式鍵盤，也稱為行列式鍵盤，按鍵較多，主要用于控制功能較多的場(chǎng)合；獨(dú)立式鍵盤的每個(gè)按鍵都是獨(dú)立的，功能需要較少的情況下使用。按照給出相應(yīng)鍵碼及識(shí)別原理的不同，又可把鍵盤分為非編碼式與編碼式兩類。通過(guò)軟件編程來(lái)對(duì)鍵盤進(jìn)行定義并在按下時(shí)識(shí)別，稱為非編碼鍵盤；通過(guò)設(shè)計(jì)硬件電路對(duì)按鍵進(jìn)行識(shí)別，稱為編碼鍵盤。本設(shè)計(jì)只需用到五個(gè)按鍵，因此，采用獨(dú)立式按鍵，非編碼鍵盤，能夠較為簡(jiǎn)便的完成設(shè)計(jì)。獨(dú)立式鍵盤獨(dú)立式鍵盤的每個(gè)按鍵接一根I/O口線，按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵工作的狀態(tài)不會(huì)影響其它接口。當(dāng)其中一個(gè)I/O口線的電平發(fā)生改變，經(jīng)過(guò)去抖動(dòng)，通過(guò)鍵碼就可識(shí)別出哪個(gè)按鍵被按下。本設(shè)計(jì)中用到五個(gè)獨(dú)立按鍵，分別為切換，加速，減速，轉(zhuǎn)向，清零等功能。圖3-7為獨(dú)立式鍵盤的接口方法。S52S52圖3-7獨(dú)立式鍵盤接口方法3.4數(shù)碼管設(shè)計(jì)3.4.1LED簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED，中文名為發(fā)光二極管，是可以發(fā)光的固態(tài)半導(dǎo)體器件。LED是發(fā)光二極管的簡(jiǎn)稱，不僅應(yīng)用于發(fā)射可見光的二極管，還包括發(fā)射可見光極限的紫外輻射的紫外發(fā)光二極管，發(fā)射近紅外輻射的紅外發(fā)光二極管，統(tǒng)稱這類二極管為L(zhǎng)ED。LED由環(huán)氧樹脂固化，里面是半導(dǎo)體晶片，通過(guò)外接的兩根導(dǎo)體供電。作為L(zhǎng)ED的發(fā)光器件，半導(dǎo)體晶片實(shí)質(zhì)是一個(gè)PN結(jié)，PN結(jié)的材料決定了光的顏色。LED的發(fā)光原理就是電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)PN結(jié)，電子跟空穴結(jié)合產(chǎn)生能量，以光子的形式發(fā)出，形成可見光。3.4.2LED七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)〔a〕共陰極〔b〕共陽(yáng)極〔c〕管腳圖圖3-8LED七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)圖3-8為七段LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)圖。圖〔a〕為共陰極結(jié)構(gòu)，8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極端串電阻，用來(lái)接收高電平信號(hào)，陰極端并連接在一起，使用時(shí)公共端接地，陽(yáng)極端接高電平，那么對(duì)應(yīng)的二極管發(fā)光。圖〔b〕采用的是共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，與共陰極接法的主要區(qū)別是二極管的陽(yáng)極端并連，需要上拉5V電源供電，陰極端串電阻，用來(lái)接收低電平信號(hào)。陰極端接收低電平信號(hào)時(shí)，那么對(duì)應(yīng)的二極管發(fā)光。圖〔c〕為引腳圖，由圖可看出，一個(gè)數(shù)碼管由八個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，可顯示7筆的字形“8〞,還可顯示小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管顯示字符是通過(guò)二進(jìn)制編碼實(shí)現(xiàn)，分別從管腳的a~g輸入。為了方便控制，把這些二進(jìn)制編碼稱為字碼段?，F(xiàn)在LED的規(guī)格很多，共陰極和共陽(yáng)極不能通過(guò)相同的字碼段顯示，對(duì)于同一個(gè)字符，他們的字段碼互為反碼。表3-3為常見數(shù)字和字符的字段碼。表3-3常見字段碼顯示字符共陰極共陽(yáng)極顯示字符共陰極共陽(yáng)極03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HT31HCEH707HF8HY6EH91H87FH80HL38HC7H96FH90H8.FFH00HA77H88H“滅〞00FFH由LED結(jié)構(gòu)圖可看出，LED數(shù)碼管果采用共陽(yáng)極形式，其陽(yáng)極端需接上拉電源單獨(dú)供電，這增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，并且消耗更多的電能。因此，本設(shè)計(jì)采用共陰極LED數(shù)碼管。3.4.3LED數(shù)碼管和單片機(jī)的連接圖3-9LED數(shù)碼管的典型連接選中第一個(gè)數(shù)碼管圖3-9為L(zhǎng)ED數(shù)碼管的布線連接圖。由圖采用的連接電路的方法，本設(shè)計(jì)采用的是逐位掃描方式。該掃描方式是從單片機(jī)I/O口送出第一位的LED字型碼，送入第一位數(shù)碼管，顯示后延時(shí)一段時(shí)間，再?gòu)膯纹瑱C(jī)送出第二位LED字型碼，送入第二位數(shù)碼管，所有位掃描完后，依次循環(huán)。圖3-10為L(zhǎng)ED逐位掃描方式。選中第一個(gè)數(shù)碼管送入送入字型碼延時(shí)延時(shí)選中第二個(gè)數(shù)碼管選中第二個(gè)數(shù)碼管送入字型碼送入字型碼延時(shí)延時(shí)選中第三個(gè)數(shù)碼管選中第三個(gè)數(shù)碼管送入字型碼送入字型碼延時(shí)延時(shí)選中第四個(gè)數(shù)碼選中第四個(gè)數(shù)碼送入送入字型碼圖3-10LED數(shù)碼管掃描方式3.5光電編碼器本設(shè)計(jì)的測(cè)速元件為光電編碼器。在仿真中，電機(jī)MOTOR.ENCODER內(nèi)部含有光電編碼器，可以很方便的對(duì)其進(jìn)行測(cè)速。光電編碼器內(nèi)部含有經(jīng)過(guò)高精度處理的明暗相間的光柵，通過(guò)LED發(fā)光，對(duì)反射回來(lái)的光進(jìn)行計(jì)算，可以將電機(jī)的機(jī)械角位移轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的脈沖信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)計(jì)數(shù)，就可以計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速。光電編碼器還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)角位移，角速度等其他物理量的精確計(jì)算，具有精度高，應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，普遍的應(yīng)用在雷達(dá)，機(jī)器人等需要精確計(jì)算轉(zhuǎn)速的地方。4軟件設(shè)計(jì)4.1主程序圖4-1為本設(shè)計(jì)軟件局部程序流程圖。單片機(jī)首先運(yùn)行主函數(shù)main，系統(tǒng)進(jìn)行初始化。運(yùn)行函數(shù)init，啟動(dòng)單片機(jī)外部中斷，設(shè)置定時(shí)器T0，定時(shí)250us。啟動(dòng)計(jì)數(shù)器T1，對(duì)來(lái)自電動(dòng)機(jī)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。單片機(jī)進(jìn)行按鍵查詢，判斷是否有按鍵按下，如果有，通過(guò)外部中斷定時(shí)器定時(shí)實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制，得到相應(yīng)的脈沖W。判斷K5是否按下，在LED數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速或占空比。系統(tǒng)初始化函數(shù)init，啟動(dòng)中斷，設(shè)置定時(shí)器T0時(shí)間，T1為計(jì)數(shù)器。主函數(shù)主函數(shù)main圖4.1流程圖系統(tǒng)初始化函數(shù)init，啟動(dòng)中斷，設(shè)置定時(shí)器T0時(shí)間，T1為計(jì)數(shù)器系統(tǒng)初始化函數(shù)init，啟動(dòng)中斷，設(shè)置定時(shí)器T0時(shí)間，T1為計(jì)數(shù)器查詢按鍵得到相應(yīng)的脈沖查詢按鍵得到相應(yīng)的脈沖W采用定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制采用定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制LED顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速LED顯示占空比NYK5按下LED顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速LED顯示占空比NYK5按下圖4-1主程序流程圖4.2定時(shí)器中斷程序圖4-2為定時(shí)中斷具體流程圖。執(zhí)行中斷程序時(shí)，首先單片機(jī)啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，置位為1，同時(shí)開啟T0中斷，設(shè)置定時(shí)器定時(shí)時(shí)間為250us。T為定時(shí)標(biāo)記，每定時(shí)一次加一，M最大值為100。在一個(gè)周期內(nèi)：當(dāng)T<=M時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)T>M時(shí)，電機(jī)停止工作。如果T=100，那么T清零，重新返回定時(shí)中斷；如果T不是100，那么直接返回定時(shí)中斷。無(wú)限循環(huán)。通過(guò)這樣的定時(shí)方法，可以根據(jù)需要，通過(guò)按鍵改變一個(gè)周期內(nèi)高電平和低電平時(shí)間的長(zhǎng)短，產(chǎn)生PWM波，到達(dá)按一定的頻率來(lái)接通和斷開電源，改變占空比就改變平均電壓的大小，與直流電機(jī)電樞相連，就可以通過(guò)調(diào)節(jié)電樞電壓，到達(dá)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)。啟動(dòng)定時(shí)啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，工作方式為1開啟中斷開啟中斷T0，設(shè)置定時(shí)時(shí)間為250us進(jìn)入中斷重置定時(shí)時(shí)間進(jìn)入中斷重置定時(shí)時(shí)間250us，定時(shí)標(biāo)記T加1T>MT>M Y N電機(jī)停止電機(jī)啟動(dòng)電機(jī)停止電機(jī)啟動(dòng)T=100T=100T=0 Y NT=0圖4-2定時(shí)器工作程序流程圖4.3LED數(shù)碼管顯示圖4-3為L(zhǎng)ED數(shù)碼管顯示流程圖。本設(shè)計(jì)中有四個(gè)LED數(shù)碼管，依次從右往左顯示，分別為脈寬的個(gè)位、脈寬的十位、脈寬的百位。電機(jī)轉(zhuǎn)速方向由D5表示。程序開始，單片機(jī)首先選定要顯示的數(shù)碼管，通過(guò)I/O送出要顯示字符的字碼段，依次循環(huán)。所以，先選定第四個(gè)數(shù)碼管，送入“W％10〞的字碼段，完成后，延遲1ms，選擇第三個(gè)LED數(shù)碼管，送入“W/10〞的字碼段，經(jīng)過(guò)1ms的延遲，以此類推，選擇第三個(gè)第四個(gè)，一個(gè)周期完成后，返回重新開始，無(wú)限循環(huán)。開始開始選擇第四個(gè)數(shù)碼管選擇第四個(gè)數(shù)碼管送入送入“W％10〞的字碼段延遲1ms延遲1ms選擇第三個(gè)數(shù)碼管選擇第三個(gè)數(shù)碼管送入送入“W/10〞的字碼段延遲延遲1ms選擇第二個(gè)數(shù)碼管選擇第二個(gè)數(shù)碼管送入送入“W/10%10〞的字碼段延遲1ms延遲1ms圖4-3數(shù)碼管流程圖4.4獨(dú)立式鍵盤控制圖4-4為獨(dú)立式鍵盤控制流程圖。本設(shè)計(jì)中有五個(gè)個(gè)獨(dú)立式按鍵，分別控制電機(jī)的加速、減速、正反轉(zhuǎn)、占空比清零等功能，切換按鍵能控制LED數(shù)碼管的顯示。程序運(yùn)行后開始檢測(cè)按鍵有無(wú)閉合，如有按鍵按下，檢測(cè)是哪個(gè)按鍵，找到相對(duì)應(yīng)的按鍵，令其K=0。當(dāng)K1按下時(shí)，判斷W的值，W為100時(shí)，令W=0，那么占空比為0，電機(jī)停止運(yùn)行；W不為100時(shí)，W加1，占空比增加，電機(jī)加速。當(dāng)K2按下時(shí)，與K1相反。K3按下時(shí)，令A(yù)！=A，電機(jī)轉(zhuǎn)向，LEDD5的亮或滅顯示電機(jī)轉(zhuǎn)向。K4按下時(shí)，令W=0，占空比清零，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。按下K5，并保持按下的狀態(tài)，能查閱當(dāng)前的占空比。返回檢測(cè)K1，依次無(wú)限循環(huán)。K5=0K5=0Disp〔W〕Disp〔W〕Disp〔shu〕90Disp〔shu〕90圖4-4獨(dú)立式鍵盤控制流程圖5設(shè)計(jì)仿真此次設(shè)計(jì)采用的仿真軟件為Proteus。Proteus具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能，并且支持主流單片機(jī)系統(tǒng)，提供軟件的調(diào)試，具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能，為設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提供了一個(gè)非常好的平臺(tái)。編程軟件為KeiluVision2。單片機(jī)軟件KeilC51開發(fā)過(guò)程為：建立一個(gè)工程工程，選擇芯片，確定目標(biāo)選項(xiàng)；建立C語(yǔ)言文件；生成各種應(yīng)用文件，主要是.hex文件；檢查并修改源文件中的各種錯(cuò)誤；編譯連接通過(guò)后進(jìn)行軟件仿真。仿真成功后，翻開Proteus，將編譯產(chǎn)生的hex文件導(dǎo)入到單片機(jī)中，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕仿真。5.1設(shè)計(jì)接線圖5.1.1按鍵連接圖本設(shè)計(jì)采用五個(gè)按鍵，圖5-1中分別于P1.2、P1.5、P3.1、P3.2、P1.6相連。圖5-1按鍵連接圖5.1.2L298與單片機(jī)、電機(jī)連接圖圖5-2驅(qū)動(dòng)模塊L298的IN1、IN2經(jīng)非門與單片機(jī)P3.7相連。圖5-2L298與單片機(jī)、電機(jī)連接圖5.1.3LED與單片機(jī)連接圖圖5-3LED分別與單片機(jī)P0、P2口相連。圖5-3LED連接圖5.2系統(tǒng)仿真圖在原理圖中參加示波器，A與PWM輸出端P1.7相連，B、C分別與電機(jī)換向端IN1、IN2相連。啟動(dòng)程序開始仿真，此時(shí)，波形如圖5-4所示。圖5-4電機(jī)啟動(dòng)5.2.1電機(jī)正轉(zhuǎn)圖5-5所示為電機(jī)正轉(zhuǎn)。仿真開始后，程序默認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)向?yàn)榉崔D(zhuǎn)，占空比為0，LED顯示0000，LEDD5亮。按下?lián)Q向按鍵，并調(diào)節(jié)加速按鍵，使LED顯示0036，此時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，D5滅。圖5-5電機(jī)正轉(zhuǎn)當(dāng)電機(jī)繼續(xù)加速時(shí)，波形圖如圖5-6所示。圖5-6電機(jī)繼續(xù)加速正轉(zhuǎn)5.2.2電機(jī)反轉(zhuǎn)圖5-7所示為電機(jī)反轉(zhuǎn)。按下?lián)Q向按鈕，電機(jī)由正向減速至0，然后反向加速。此時(shí)，LED顯示0081，D5亮。圖5-7電機(jī)反轉(zhuǎn)繼續(xù)減速，那么波形圖如圖5-8所示。圖5-8電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)減速5.2.2電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)圖5-9所示為電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。按下清零按鍵，占空比清零，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)LED清零。圖5-9電機(jī)停止工作結(jié)束語(yǔ)從畢業(yè)選題到完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，經(jīng)歷了幾個(gè)月的時(shí)間，但是這幾個(gè)月，使我學(xué)到了很多在課堂和教材上所學(xué)不到的東西。我的設(shè)計(jì)題目是單片機(jī)控制直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，在剛拿到題目的時(shí)候，因?yàn)橐郧白鲞^(guò)VM系統(tǒng)的直流調(diào)速，所以覺(jué)得應(yīng)該不會(huì)很難。但是單片機(jī)要用到C語(yǔ)言編程，電機(jī)要用到驅(qū)動(dòng)模塊，LED的顯示原理，按鍵與單片機(jī)的連接等等，都與VM系統(tǒng)不同，這都對(duì)我造成了難度。通過(guò)翻看以前的課本，上網(wǎng)，上圖書館查找資料，根本確定了設(shè)計(jì)的思路，實(shí)現(xiàn)的功能。首先遇到的困難就是單片機(jī)技術(shù)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)學(xué)的不精，加上時(shí)間長(zhǎng)，根本快要忘光，通過(guò)翻看翁嘉民老師主編的單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，使我對(duì)單片機(jī)有了重新的認(rèn)識(shí)。仿真軟件為Proteus，在這本書中都有講解，但是操作不熟練，元器件的名稱不了解，找元件很浪費(fèi)時(shí)間。C語(yǔ)言編程軟件為KeiluVision2，因?yàn)閷?duì)編程只是半知半解，寫出的程序不夠完善。LED顯示和按鍵在書中也有講到，提供了很大的幫助。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的選定，主要是借助互聯(lián)網(wǎng)，上網(wǎng)查找資料，比照了如IR2110驅(qū)動(dòng)模塊后，L298模塊更適合我的設(shè)計(jì)。作為本設(shè)計(jì)的控制核心，PWM的產(chǎn)生是重點(diǎn)，通過(guò)查找資料，硬件產(chǎn)生PWM不如軟件產(chǎn)生的穩(wěn)定，精度也不夠，最后利用單片機(jī)的定時(shí)中斷功能，編寫程序?qū)崿F(xiàn)PWM。在最后的仿真階段，經(jīng)過(guò)幾次修改，根本到達(dá)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到了自身專業(yè)知識(shí)的缺乏，借助老師，教材，網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充自己的知識(shí)，更好的為自己效勞。因?yàn)楸旧硭接邢?，很多東西都沒(méi)有做出來(lái)。為了使轉(zhuǎn)速能更加平穩(wěn)、快速的調(diào)整，現(xiàn)在往往使用數(shù)字PID控制器，參加轉(zhuǎn)速檢測(cè)回路，利用轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊，將電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)得并送回單片機(jī)，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。但是我對(duì)于PID不甚了解，本次設(shè)計(jì)沒(méi)有做出來(lái)，影響了電機(jī)調(diào)速的準(zhǔn)確性、快速性和穩(wěn)定性。本次設(shè)計(jì)的為小直流電機(jī)，生活中的電機(jī)通常為220V電壓，這就需要設(shè)計(jì)整流電路，進(jìn)行交直變換。為了更好的監(jiān)控電機(jī)，需要對(duì)其進(jìn)行溫度檢測(cè)，電流檢測(cè)，電壓檢測(cè)，提供故障保護(hù)。通過(guò)FBS，脈沖整形后，進(jìn)行數(shù)字測(cè)速，實(shí)時(shí)掌握電機(jī)的速度。這一切的根底，都需要由一個(gè)強(qiáng)大的單片微機(jī)控制?，F(xiàn)在，除了單片機(jī)，DSP、FPGA的運(yùn)算速度和功能更加強(qiáng)大，更加適合精密的電機(jī)控制。致謝這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，靠我一個(gè)人的力量是完不成的，在這里，我要由衷的感謝他們。首先感謝我的指導(dǎo)老師郭會(huì)平，在她的悉心指導(dǎo)下，確定了我的畢業(yè)選題，對(duì)設(shè)計(jì)所要到達(dá)的目標(biāo)進(jìn)行確定，理清設(shè)計(jì)思路，并對(duì)論文進(jìn)行悉心修改。老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)，豐富的專業(yè)知識(shí)，給了我極大的幫助。沒(méi)有老師的幫助，很難完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。所以，對(duì)郭會(huì)平老師我要表示最誠(chéng)摯的謝意。其次我要感謝的是我的同學(xué)。在我進(jìn)行C語(yǔ)言編程遇到困難時(shí)，和我一起找尋其中的困難。在仿真時(shí)，幫我查找元器件的名稱。同學(xué)的無(wú)私幫助，使我順利的完成了設(shè)計(jì)，要對(duì)他們表示感謝。最后，學(xué)校為我們配備指導(dǎo)老師，在遇到困難時(shí)可以向老師求教，提供了很大的幫助和支持，也要向?qū)W校表示感謝。參考文獻(xiàn)[1]翁嘉民.單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2023:12-36[2]王兆安,劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2023:45-56[3]胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].北京:科學(xué)出版社,2007:33-36[4]阮毅,陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統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