單片機(jī)課程設(shè)計(jì)----pwm直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)

1、<p>　　單片機(jī)原理與應(yīng)用課題設(shè)計(jì)</p><p>　　——PWM直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速</p><p>　　控制系統(tǒng) </p><p><b>　　專(zhuān)業(yè)：鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛</b></p><p>　　班級(jí)： 函機(jī)車(chē)2011-1班</p><p><b>　　學(xué)號(hào)：&l

2、t;/b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)性能和調(diào)速特性，它的特點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟(jì)地調(diào)速，轉(zhuǎn)速控制容易，調(diào)速后效率很高。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的直流電機(jī)調(diào)速

3、系統(tǒng)，主要由51單片機(jī)、電源、H橋驅(qū)動(dòng)電路、LED液晶顯示器、霍爾測(cè)速電路以及獨(dú)立按鍵組成的電子產(chǎn)品。電源采用78系列芯片實(shí)現(xiàn)+5V、+15V對(duì)電機(jī)的調(diào)速采用PWM波方式，PWM是脈沖寬度調(diào)制，通過(guò)51單片機(jī)改變占空比實(shí)現(xiàn)。通過(guò)獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟停、調(diào)速、轉(zhuǎn)向的人工控制，LED實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)（速度）的顯示。電機(jī)轉(zhuǎn)速利用霍爾傳感器檢測(cè)輸出方波，通過(guò)51單片機(jī)對(duì)1秒內(nèi)的方波脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算出電機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)的反饋控制。&

4、lt;/p><p>　　關(guān)鍵詞：直流電機(jī)調(diào)速；H橋驅(qū)動(dòng)電路；LED顯示器；51單片機(jī)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　DC motor has a good startup performance and speed characteristics, it is characterized by start

5、ing torque, maximum torque, in a wide range of smooth, economical speed, speed, easy control, speed control after the high efficiency. This design of DC motor speed control system, mainly by the microcontroller 51, power

6、 supply, H-bridge driver circuits, LED liquid crystal display, the Hall velocity and independent key component circuits of electronic products. Power supply with 78 series chip +5 V, +1</p><p>　　Keywords: DC

7、 motor speed control；H bridge driver circuit；LED display</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　ABSTRACT3</p><p><b>　　目 錄

8、4</b></p><p>　　第1章 引 言5</p><p><b>　　1.1 概況5</b></p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀5</p><p><b>　　1.3要求6</b></p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)目的和意義7&

9、lt;/p><p>　　第2章 方案論證和選擇9</p><p>　　2.1 電機(jī)調(diào)速控制模塊9</p><p>　　2.2 PWM調(diào)速工作方式9</p><p>　　2.3 PWM調(diào)脈寬方式9</p><p>　　2.4 PWM軟件實(shí)現(xiàn)方式9</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件電

10、路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1信號(hào)輸入電路12</p><p>　　3.2電機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)模塊的電路13</p><p>　　第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1 單片機(jī)選擇14</p><p>　　4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析14</p><p>　　第5章 單

11、片機(jī)系統(tǒng)綜合調(diào)試17</p><p>　　5.1 PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)17</p><p>　　5.2 PROTEUS設(shè)計(jì)與單片機(jī)傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程比較18</p><p>　　5.3 仿真結(jié)果與分析18</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)21</b></p><p><b>

12、;　　致 謝22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn) 23</b></p><p><b>　　附錄24</b></p><p><b>　　第1章 引 言</b></p><p><b>　　1.1 概況</b><

13、/p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)的電力拖動(dòng)一般都要求局部或全部的自動(dòng)化，因此必然要與各種控制元件組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，而電力拖動(dòng)則可視為自動(dòng)化電力拖動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)。在這一系統(tǒng)中可對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)控制。</p><p>　　隨著近代電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，自動(dòng)化電力拖動(dòng)正朝著計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的方向邁進(jìn)。以達(dá)到高速、優(yōu)質(zhì)、高效率地生產(chǎn)。在大多數(shù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

14、中，自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)仍然是不可缺少的組成部分。另外，低成本自動(dòng)化技術(shù)與設(shè)備的開(kāi)發(fā)，越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外的注意。特別對(duì)于小型企業(yè)，應(yīng)用適用技術(shù)的設(shè)備，不僅有益于獲得經(jīng)濟(jì)效益，而且能提高生產(chǎn)率、可靠性與柔性，還有易于應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)更是低成本自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分。</p><p>　　在如今的現(xiàn)實(shí)生活中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，其中自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用則起著尤為重要的作用。雖

15、然直流電機(jī)不如交流電機(jī)那樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、制造方便、容易維護(hù)，但是它具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中的主要形式?，F(xiàn)在電動(dòng)機(jī)的控制從簡(jiǎn)單走向復(fù)雜，并逐漸成熟成為主流。其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，例如：軍事和宇航方面的雷達(dá)天線、火炮瞄準(zhǔn)、慣性導(dǎo)航等的控制；工業(yè)方面的數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、印刷機(jī)械等設(shè)備的控制；計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)備中的打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀等的控制；音像設(shè)備和家

16、用電器中的錄音機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)等的控制。</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成為主流，脈寬調(diào)制技術(shù)表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性：主電路線路簡(jiǎn)單，需要用的功率元件少；開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較??；低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；系統(tǒng)快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；主電路元件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率較

17、高；近年來(lái)，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展速度飛快，以計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的信息技術(shù)作為一嶄新的生產(chǎn)力，正向社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域滲透，直流調(diào)速系統(tǒng)向數(shù)字化方向發(fā)展成為趨勢(shì)。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　電力電子技術(shù)、功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展對(duì)電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展影響極大，它們是密切相關(guān)、相互促進(jìn)的。近30年來(lái)，電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶動(dòng)和改變著電機(jī)控制的面貌和應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制

18、方案有三種：工作在通斷兩個(gè)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)控制、相位控制和脈寬調(diào)制控制，在單向通用電動(dòng)機(jī)的電子驅(qū)動(dòng)電路中，主要的器件是晶閘管，后來(lái)是用相位控制的雙向可控硅。在這以后，這種半控型功率器件一直主宰著電機(jī)控制市場(chǎng)。到70和80年代才先后出現(xiàn)了全控型功率器件GTO晶閘管、GTR、POWER-MOSFET、IGBT和MCT等。利用這種有自關(guān)斷能力的器件，取消了原來(lái)普通晶閘管系統(tǒng)所必需的換相電路，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，提高了效率，提高了工作頻率，降低了噪聲，也

19、縮小了電力電子裝置的體積和重量。后來(lái)，諧波成分大、功率因數(shù)差的相控變流器逐步由斬波器或PWM變流器所代替，明顯地?cái)U(kuò)大了電機(jī)控制的調(diào)運(yùn)范圍，提高了調(diào)速精度，改善了快速性、效率和功率因數(shù)。</p><p>　　直流電機(jī)脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation-簡(jiǎn)稱(chēng)PWM)調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生于70年代中期。最早用于不可逆、小功率驅(qū)動(dòng)，例如自動(dòng)跟蹤天文望遠(yuǎn)鏡、自動(dòng)記錄儀表等 。近十多年來(lái)，由于晶體管器件水平的

20、提高及電路 技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)又因出現(xiàn)了寬調(diào)速永磁直流電機(jī)，它們之間的結(jié)合促使PWM技術(shù)的高速發(fā)展，并使電氣驅(qū)動(dòng)技術(shù)推進(jìn)到一個(gè)新的高度。 </p><p>　　在國(guó)外，PWM最早是在軍事工業(yè)以及空間技術(shù)中應(yīng)用。它以優(yōu)越的性能，滿足那些高速度、高精度隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的需求。近八、九年來(lái)，進(jìn)一步擴(kuò)散到民用工業(yè)，特別是在機(jī)床行業(yè)、自動(dòng)生產(chǎn)線及機(jī)器人等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。</p><p>　　如今，電子技術(shù)

21、、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的趨勢(shì)更為明顯，促進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)以更快的速度發(fā)展著。隨著市場(chǎng)的發(fā)展，客戶對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制要求越來(lái)越高，希望它的功能更強(qiáng)、噪聲更低、控制算法更復(fù)雜，而可靠性和系統(tǒng)安全操作也擺上了議事日程，同時(shí)還要求馬達(dá)恒速向變速發(fā)展，還要符合全球環(huán)保法規(guī)所要求的嚴(yán)格環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入21世紀(jì)后，可以預(yù)期新的更高性能電力電子器件還會(huì)出現(xiàn)，已有的各代電力電子元件還會(huì)不斷地改進(jìn)提高。</p><p><b

22、>　　要求 </b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)基于MCS-51系列單片機(jī)AT89C52，設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的直流電動(dòng)機(jī)PWM調(diào)速控制裝置。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1）在系統(tǒng)中擴(kuò)展直流電動(dòng)機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路L298，驅(qū)動(dòng)直流測(cè)速電動(dòng)機(jī)。</p><p&

23、gt;　　2）使用定時(shí)器產(chǎn)生可控的PWM波，通過(guò)按鍵改變PWM占空比，控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　3）設(shè)計(jì)一個(gè)4個(gè)按鍵的鍵盤(pán)。</p><p>　　K1:“啟動(dòng)/停止”。</p><p>　　K2：“正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)”。</p><p><b>　　K3：“加速”。</b></p><p&g

24、t;<b>　　K4:“減速”。</b></p><p>　　4）手動(dòng)控制。在鍵盤(pán)上設(shè)置兩個(gè)按鍵----直流電動(dòng)機(jī)加速和直流電動(dòng)機(jī)減速鍵。在手動(dòng)狀態(tài)下，每按一次鍵，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速按照約定的速率改變。</p><p>　　5）*測(cè)量并在LED顯示器上顯示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（rpm）.</p><p>　　6）實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID調(diào)速功能。</p>

25、<p><b>　　三、設(shè)計(jì)提示：</b></p><p>　　1）參考L298說(shuō)明書(shū)，在系統(tǒng)中擴(kuò)展直流電動(dòng)機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　2)使用定時(shí)器產(chǎn)生可控PWM波，定時(shí)時(shí)間建議為250us。</p><p>　　3）編寫(xiě)鍵盤(pán)控制程序，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制，并通過(guò)調(diào)整PWM波占空比，實(shí)現(xiàn)調(diào)速；</p><p&g

26、t;　　4）參考Protuse仿真效果圖：</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)目的和意義</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的直流PWM調(diào)速系統(tǒng)采用的是調(diào)壓調(diào)速。系統(tǒng)主電路采用大功率GTR為開(kāi)關(guān)器件、H橋單極式電路為功率放大電路的結(jié)構(gòu)。PWM調(diào)制部分是在單片機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)之上，運(yùn)用匯編語(yǔ)言編程控制。由定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生寬度可調(diào)的矩形波。通過(guò)調(diào)節(jié)波形的寬度來(lái)控制H電路中的GTR通斷時(shí)間，以達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)速度的

27、目的。增加了系統(tǒng)的靈活性和精確性，使整個(gè)PWM脈沖的產(chǎn)生過(guò)程得到了大大的簡(jiǎn)化。</p><p>　　本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，以鍵盤(pán)作為輸入達(dá)到控制直流電機(jī)的啟停、速度和方向，完成了基本要求和發(fā)揮部分的要求。在設(shè)計(jì)中，采用了PWM技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)占空比的計(jì)算達(dá)到精確調(diào)速的目的。</p><p>　　本文介紹了直流電機(jī)的工作原理和數(shù)學(xué)模型、脈寬調(diào)制（PWM）控制原理和H橋

28、電路基本原理設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電路的總體結(jié)構(gòu)，根據(jù)模型，利用PROTEUS軟件對(duì)各個(gè)子電路及整體電路進(jìn)行了仿真，確保設(shè)計(jì)的電路能夠滿足性能指標(biāo)要求，并給出了仿真結(jié)果。</p><p>　　第2章 方案論證和選擇</p><p><b>　　選擇電動(dòng)機(jī)參數(shù)：</b></p><p>　　額定電壓：6V額定轉(zhuǎn)速：6000rpm減速比：1：46.

29、7</p><p>　　空載轉(zhuǎn)速：128rpm10ms/轉(zhuǎn)</p><p>　　2.1 電機(jī)調(diào)速控制模塊</p><p>　　方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問(wèn)題在于一般電動(dòng)機(jī)的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。</p>

30、<p>　　方案二：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。</p><p>　　方案三：采用由三極管組成的H型PWM電路。用單片機(jī)控制三極管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)

31、轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。</p><p>　　兼于方案三調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，因此本設(shè)計(jì)采用方案三。</p><p>　　2.2 PWM調(diào)速工作方式</p><p>　　由于單極性工作制電壓波開(kāi)中的交流成分比雙極性工作制的小，其電流的最大波動(dòng)也比雙極性工作制的小，所以我們采用了單

32、極性工作制。</p><p>　　調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。</p><p>　　方案一：采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個(gè)us。</p><p>　　方案二：采用軟件延時(shí)方式，這一

33、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。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　硬件電路設(shè)計(jì)框圖如下圖所示，硬件電路結(jié)構(gòu)初步設(shè)想由以下4部分組成：時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路部分采用了以GTR為可控開(kāi)關(guān)元件、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)?？刂撇糠植捎脜R編語(yǔ)言編程控制，AT89C51芯片的定時(shí)器產(chǎn)生PW

34、M脈沖波形，通過(guò)調(diào)節(jié)波形的寬度來(lái)控制H電路中的GTR通斷時(shí)間，便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的控制。</p><p>　　根據(jù)硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖，對(duì)各部分模塊的原理進(jìn)行分析，編寫(xiě)個(gè)子模塊程序，最終將其組合。</p><p>　　圖3.1硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　3.1信號(hào)輸入電路</b></p><p>

35、　　獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵需要占用一個(gè)輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤(pán)適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。</p><p>　　消除鍵抖動(dòng)。一般按鍵在按下的時(shí)候有抖動(dòng)的問(wèn)題，即鍵的

36、簧片在按下時(shí)會(huì)有輕微的彈跳，需經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的時(shí)間才會(huì)可靠地接觸。若在簧片抖動(dòng)時(shí)進(jìn)行掃描就可能得出不正確的結(jié)果。因此，在程序中要考慮防抖動(dòng)的問(wèn)題。最簡(jiǎn)單的辦法是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，等待（延遲）一段時(shí)間再進(jìn)行“行掃描”，延遲時(shí)間為10～20ms。這可通過(guò)調(diào)用子程序來(lái)解決，當(dāng)系統(tǒng)中有顯示子程序時(shí)，調(diào)用幾次顯示子程序也能同時(shí)達(dá)到消除抖動(dòng)的目的。</p><p>　　3.2電機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)模塊的電路</p>&

37、lt;p>　　第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 單片機(jī)選擇</b></p><p>　　AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)

38、準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。此設(shè)計(jì)就采用AT89C51。</p><p>　　4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析</p><p>　　在進(jìn)行單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

39、中占重要地位。</p><p>　　鍵盤(pán)向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過(guò)P3.7輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PWM脈沖，另一口輸出高電平，驅(qū)動(dòng)H型橋式電動(dòng)機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。電動(dòng)機(jī)所處速度級(jí)以速度檔級(jí)數(shù)表示。速度分4檔，快慢與電動(dòng)機(jī)所處速度級(jí)快慢一一對(duì)應(yīng)。</p><p>　　在程序中通過(guò)軟件產(chǎn)生PWM，送出預(yù)設(shè)占空比的PWM波形。PWM（脈沖寬度調(diào)制）是一系列周期固定、占空

40、比可調(diào)的脈沖系列，由于每個(gè)脈沖的高電平時(shí)間和低電平時(shí)間之和必須等于周期數(shù)，所以輸出電平的維持時(shí)間必須由定時(shí)器來(lái)控制。設(shè)PWM周期為T(mén)，高電平時(shí)間為T(mén)H，低電平時(shí)間為T(mén)L，電壓為VCC，則輸出電壓的平均值為：UAV =VCC*TH/（TH+TL）=VCC*TH/T=aVCC，當(dāng)VCC固定時(shí)，其電壓值取決于PWM波形的占空比a，而PWM的占空比由單片機(jī)軟件內(nèi)部用于控制PWM輸出的寄存器值決定。</p><p>　　軟

41、件主要由3部分組成：主程序、鍵盤(pán)掃描程序、中斷處理程序。主程序流程如圖4-1所示。</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p><b>　　定時(shí)中斷處理程序</b></p><p>　　采用定時(shí)方式1，因?yàn)閱纹瑱C(jī)使用12M晶振，可產(chǎn)生最高約為65.5ms的延時(shí)。對(duì)定時(shí)器置初值0xFF9C可定時(shí)100us。當(dāng)100us定時(shí)時(shí)間到，

42、定時(shí)器溢出則響應(yīng)該定時(shí)中斷處理程序，完成對(duì)定時(shí)器的再次賦值。 </p><p><b>　　PWM脈寬控制 </b></p><p>　　一個(gè)脈沖周期可以由高電平持續(xù)時(shí)間系數(shù)c16TimeH和低電平持續(xù)時(shí)間系數(shù)c16TimeL組成，本設(shè)計(jì)中采用的脈沖頻率為10000Hz，可得c16TimeH+c16TimeL=65536，占空比為c16TimeH/(c16TimeH+

43、c16TimeL)，因此要實(shí)現(xiàn)定頻調(diào)寬的調(diào)速方式，只需通過(guò)程序改變?nèi)肿兞縞16TimeH，c16TimeL的值。</p><p>　　產(chǎn)生PWM波程序?yàn)椋海ㄔ斠?jiàn)附錄1）</p><p>　　PWM控制直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)作程序：</p><p><b>　　程序流程框圖：</b></p><p>　　程序內(nèi)容：（詳見(jiàn)附錄2）&

44、lt;/p><p>　　第5章 單片機(jī)系統(tǒng)綜合調(diào)試</p><p>　　5.1 仿真結(jié)果與分析</p><p>　　未啟動(dòng)仿真時(shí)，初始狀態(tài)： </p><p><b>　　啟動(dòng)仿真后：</b></p><p>　　示波器顯示PWM方波：</p><p><b>

45、　　高速擋（正轉(zhuǎn)）：</b></p><p><b>　　低速擋（正轉(zhuǎn)）：</b></p><p><b>　　反轉(zhuǎn)狀態(tài)：</b></p><p><b>　　第6章 心得體會(huì)</b></p><p>　　在兩個(gè)周的學(xué)習(xí)工作中，通過(guò)查閱相關(guān)資料了解了直流調(diào)速系統(tǒng)，加

46、深了對(duì)直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，熟悉了單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的運(yùn)用。并且在所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，利用已有的直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，嘗試了自己的一些研究。并且，使我將原來(lái)所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)化，理論化，實(shí)用化。對(duì)如何使用已有知識(shí)及獲取相關(guān)資料方面的能力又有了提高。</p><p>　　本設(shè)計(jì)基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。實(shí)現(xiàn)通過(guò)單片機(jī)對(duì)直流電機(jī)的控制，通過(guò)合理的設(shè)備選型、參數(shù)設(shè)置和軟件設(shè)計(jì)，提高了直流電機(jī)調(diào)速運(yùn)行的可靠性。</p>

47、;<p>　　本設(shè)計(jì)在硬件上采用了基于PWM技術(shù)的H型橋式驅(qū)動(dòng)電路，解決了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的效率問(wèn)題。但該設(shè)計(jì)也有不足之處，主要是在關(guān)于速度的反饋上，首先，速度的變化范圍較小，其次無(wú)法提供較為直觀的速度表示方式，因此，有必要引入傳感器技術(shù)對(duì)速度進(jìn)行反饋，以rpm或rps表達(dá)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速進(jìn)行顯示。</p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我的知識(shí)領(lǐng)域得到進(jìn)一步擴(kuò)展，專(zhuān)業(yè)技能得到進(jìn)一步提高，同時(shí)鍛煉了自己獨(dú)立完成任務(wù)的

48、能力，并掌握了很多軟件、硬件開(kāi)發(fā)方面的知識(shí)。另外，我還認(rèn)識(shí)到無(wú)論做什么工作，都需要踏實(shí)，勤奮，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，這對(duì)我以后的工作將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。同時(shí)，也培養(yǎng)了自己認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，為將來(lái)能更好的適應(yīng)工作崗位打下了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　當(dāng)然，本次設(shè)計(jì)還存在一些不足之處，例如：界面設(shè)計(jì)不夠人性化，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能等。另外，由于實(shí)際條件的限制，本設(shè)計(jì)不能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和試運(yùn)行都是無(wú)法完成的。若

49、以后條件允許，可以對(duì)以上設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步完善。當(dāng)然，設(shè)計(jì)中肯定還有其他不足和紕漏之處，請(qǐng)各位老師指正。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陳伯石.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，2003.</p><p>　　[2] 鐘富昭.8051單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2

50、007</p><p>　　[3] 張靖武.單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007 </p><p>　　[4] 楊恢先.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2006 </p><p>　　[5] 孟慶濤.圖解電子控制電路[M].北京：人民郵電出版社，2006 </p><p>　　[6] 謝維成

51、.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[7] 周潤(rùn)景.基于PROTEUS 的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：北京航空航天出版社，2006</p><p>　　[8] 李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)[M].北京:北京航空航天出版社，2004</p><p>　　[9] 杜坤梅.電機(jī)控制技術(shù)[M].哈爾濱：

52、哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2002 </p><p>　　[10] 李廣第.單片機(jī)基礎(chǔ)（修訂版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[11] 陳光東.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版）[M].武昌：華中科技大學(xué)出版社，1999</p><p>　　[12] 何耀三.電氣傳動(dòng)的微機(jī)控制[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1997 </p

53、><p>　　[13] 薛鈞義.MCS-51/96系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1997</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄1</b></p><p><b>　　//PWM控制程序</b></p>

54、<p>　　//================================================</p><p>　　//使用T2作為PWM的定時(shí)器</p><p>　　//+-----+-----+------+|</p><p>　　//| 電機(jī) ||</p><p>　　//+-----+-

55、----+------+|</p><p>　　//|ML_D1|ML_D2| 控制||</p><p>　　//+-----+-----+------+|</p><p>　　//| 0 | 0 | 停止||</p><p>　　//| 0 | 1 | 正 ||</p><p>　　//| 1

56、| 0 | 反 ||</p><p>　　//| 1 | 1 | 禁用||</p><p>　　//+-----+-----+------+|</p><p>　　//================================================</p><p>　　#include <REG52.H&g

57、t;</p><p>　　#include "PubDefine.h"</p><p>　　#include "MotorCtrl.h"</p><p>　　//================================================</p><p>　　sbit P17=P3^

58、7;</p><p>　　//================================================</p><p>　　codeintKP=Kp; //比例常數(shù)</p><p>　　codeintKD=Kd; //微分常數(shù)</p><p>　　code intKI=Ki; //積分常數(shù)

59、</p><p>　　//================================================</p><p>　　//======== 初始化CPU===============================</p><p>　　void Ini_T0(void)//T0：位計(jì)數(shù)器</p><p><

60、b>　　{</b></p><p>　　TMOD &= 0xF0;</p><p>　　TMOD |= 0x05;//計(jì)數(shù)方式</p><p><b>　　TL0 = 0;</b></p><p><b>　　TH0 = 0;</b></p><p

61、>　　PT0=0;//低優(yōu)先級(jí)</p><p>　　ET0=0;//T0中斷禁止</p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p>　　T0=1;//P3^4=1</p><p><b>　　}</b></p><p&g

62、t;　　//===================================================</p><p>　　void Ini_T1(void)//T1：位計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD &= 0x0F;</p><p>　　TMOD |=

63、0x50;//計(jì)數(shù)方式</p><p><b>　　TL1 = 0;</b></p><p><b>　　TH1 = 0;</b></p><p>　　PT1=0;//低優(yōu)先級(jí)</p><p>　　ET1=0;//T0中斷禁止</p><p>&

64、lt;b>　　TR1=1;</b></p><p>　　T1=1;//P3^5=1</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//=======================================</p><p>　　void Ini_T2(void)//T2

65、：定時(shí)器16重裝時(shí)間初值方式</p><p><b>　　{</b></p><p>　　RCLK=0;//接收時(shí)鐘禁止</p><p>　　TCLK=0;//發(fā)送時(shí)鐘禁止</p><p>　　EXEN2=0;//T2EN端外部信號(hào)無(wú)效</p><p>　　C_T

66、2=0;//定時(shí)器</p><p>　　CP_RL2=0;//重裝時(shí)間初值</p><p>　　RCAP2H=c16TimeH;</p><p>　　RCAP2L=c16TimeL;</p><p><b>　　PT2=1;</b></p><p>　　ET2=1;

67、//T2中斷開(kāi)</p><p><b>　　TR2=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//=======================================</p><p>　　void Ini_ExInt(void)//INT0,INT1 下降

68、沿觸發(fā)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　IT0=1;//下降沿觸發(fā)</p><p>　　EX0=1;//外中斷開(kāi)啟</p><p>　　PX0=0;//低優(yōu)先級(jí)</p><p>　　IT1=1;//下降沿觸發(fā)</p

69、><p>　　EX1=1;//外中斷開(kāi)啟</p><p>　　PX1=0; //低優(yōu)先級(jí)</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//================================================</p><p><b

70、>　　//用于L電機(jī)測(cè)速</b></p><p>　　void ExInt0 (void) interrupt 0 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　sLrpm=sLrpm+20;</p><p>　　if (sLrpm>MaxRPM)</p><p

71、>　　{sLrpm=MinRPM;}</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//================================================</p><p>　　void timer2 (void) interrupt 5 using 3</p><p>

72、<b>　　{</b></p><p><b>　　TR2=0;</b></p><p>　　if ((PwmCyc++)==cPwmCyc)</p><p>　　{PwmCyc=0;}</p><p>　　PWML=!(PwmCyc>=PwmValL);</p><p

73、>　　PWMR=!(PwmCyc>=PwmValR);</p><p>　　ExTimer++;</p><p>　　if (ExTimer>=c250ms)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　GetCountVal(cLMotor,Lrpm);</p><

74、;p>　　mLrpm=filter(Lrpm);</p><p>　　ExTimer=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　ExSec++;</b></p><p>　　if(ExSec>=c250ms)</p><p><

75、;b>　　{</b></p><p><b>　　P17=!P17;</b></p><p><b>　　ExSec=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　TR2=1;</b></p&g

76、t;<p><b>　　TF2=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　附錄2</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b&

77、gt;</p><p>　　if (PwmValL==0) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　DispDigit(PwmValL,0);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b>&l

78、t;/p><p>　　{DispDigit(PwmValL+10,0);}</p><p><b>　　stop=1;</b></p><p>　　fanxiang=1;</p><p>　　acc=1 ; </p&

79、gt;<p><b>　　subb=1 ; </b></p><p>　　if (stop==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay_1ms(10);</p><p>　　if (stop==0)</p><p><b

80、>　　{</b></p><p>　　if((PwmValL<1)&&(PwmValL>-1))</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　ML_D1=1;</b></p><p><b>　　ML_D2=0;<

81、/b></p><p>　　PwmValL=30;</p><p>　　DispDigit(PwmValL+10,0);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b>

82、</p><p>　　PwmValL=0;</p><p>　　DispDigit(PwmValL+10,0);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

83、<p>　　if (fanxiang==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay_1ms(10);</p><p>　　if (fanxiang==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ML_D1=

84、!ML_D1;</p><p>　　ML_D2=!ML_D2;</p><p>　　DispDigit(PwmValL+10,0);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if ( acc==0)</p&

85、gt;<p><b>　　{</b></p><p>　　delay_1ms(10);</p><p>　　if ( acc==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PwmValL=PwmValL+5;</p><p>　　Disp

86、Digit(PwmValL+10,0);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (subb==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay_1ms(

87、10);</p><p>　　if (subb==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PwmValL=PwmValL-5; </p><p>　　DispDigit(PwmValL+10,0);</p><p><b>　　}</b><

88、;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　主程序（main.c）</p><p>　　void main (void)</p><p&

89、gt;<b>　　{</b></p><p>　　Ini_ExInt();</p><p><b>　　Ini_T0();</b></p><p><b>　　Ini_T1();</b></p><p><b>　　Ini_T2();</b></p&

90、gt;<p>　　delay_1ms(10); //延時(shí)100ms</p><p>　　EA=1; //全局中斷開(kāi)</p><p>　　PwmCyc=cPwmCyc;</p><p>　　PwmValL=0;</p><p>　　PwmValR=0;</p><p><b&g

91、t;　　P2=0xFF;</b></p><p><b>　　P2&=0xFE;</b></p><p><b>　　RXD=0;</b></p><p><b>　　TXD=1;</b></p><p>　　Lrpm[0]=1;</p>&

92、lt;p>　　Rrpm[0]=1;</p><p><b>　　P2=0xFF;</b></p><p><b>　　P2&=0xFE;</b></p><p><b>　　RXD=0;</b></p><p>　　TXD=1; <

93、/p><p><b>　　sLrpm=0;</b></p><p><b>　　sRrpm=0;</b></p><p><b>　　ExSec=0;</b></p><p>　　ExTimer=0;</p><p>　　//================

94、===================================</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((ML_D1==0)&&(ML_D2==1))</p><p><b>　　{&

95、lt;/b></p><p>　　if (PwmValL==0) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　DispDigit(16,PwmValL);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</

96、b></p><p>　　{DispDigit(16,PwmValL+10);}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (PwmVal

97、L==0) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　DispDigit(0,PwmValL);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　{DispDigit(0,Pw

98、mValL+10);}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　stop=1;</b></p><p>　　fanxiang=1;</p><p>　　acc=1 ;

99、</p><p><b>　　subb=1 ; </b></p><p>　　if (stop==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay_1ms(10);</p><p>　　if (stop==0)</p><p&g

100、t;<b>　　{</b></p><p>　　if((PwmValL<1)&&(PwmValL>-1))</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　ML_D1=1;</b></p><p><b>　　ML_D2

101、=0;</b></p><p>　　PwmValL=30;</p><p>　　DispDigit(0,PwmValL+10);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{<

102、;/b></p><p>　　PwmValL=0;</p><p>　　DispDigit(0,PwmValL+10);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b><

103、;/p><p>　　if (fanxiang==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay_1ms(10);</p><p>　　if (fanxiang==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　

104、　ML_D1=!ML_D1;</p><p>　　ML_D2=!ML_D2;</p><p>　　if((ML_D1==0)&&(ML_D2==1))</p><p>　　DispDigit(0,PwmValL+10);</p><p><b>　　else</b></p><p>

105、;　　DispDigit(16,PwmValL+10);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if ( acc==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　del

106、ay_1ms(10);</p><p>　　if ( acc==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PwmValL=PwmValL+1;</p><p>　　DispDigit(0,PwmValL+10);</p><p><b>　　}</b&g

107、t;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (subb==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay_1ms(10);</p><p>　　if (subb==0)</p><p>

108、<b>　　{</b></p><p>　　PwmValL=PwmValL-1; </p><p>　　DispDigit(0,PwmValL+10);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>&