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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</p><p><b> (2015屆)</b></p><p> PWM數(shù)字直流電機(jī)調(diào)速</p><p> 院 系 電子信息工程學(xué)院 </p><p> 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p> 姓 名 *
2、 </p><p> 指導(dǎo)教師 </p><p><b> 2014年5月</b></p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 目 錄II</b></p><
3、;p><b> 摘 要1</b></p><p> Abstract2</p><p><b> 1緒論3</b></p><p><b> 1.1研究背景3</b></p><p> 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>
4、 1.3 研究的目的與意義2</p><p><b> 2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3</b></p><p> 2.1 設(shè)計(jì)要求3</p><p> 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3</p><p> 2.2.1系統(tǒng)框圖3</p><p> 2.2.2主控芯片選擇4</p><
5、;p> 2.2.3電機(jī)調(diào)速模塊的選擇5</p><p> 2.2.4PWM調(diào)速方式的選擇5</p><p><b> 3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6</b></p><p> 3.1最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)6</p><p> 3.1.1復(fù)位電路7</p><p> 3.1.2晶振電路7<
6、;/p><p> 3.2鍵盤(pán)控制電路8</p><p> 3.3直流電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路9</p><p> 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)10</p><p> 4.1 主程序流程圖10</p><p> 4.2 讀按鍵子程序流程圖11</p><p> 4.3 按鍵處理子程序流程圖12&
7、lt;/p><p> 4.4 電機(jī)控制中斷程序流程圖13</p><p> 5系統(tǒng)調(diào)試與改進(jìn)15</p><p> 5.1 調(diào)試與改進(jìn)15</p><p> 5.2 運(yùn)行結(jié)果16</p><p><b> 結(jié)論與展望19</b></p><p><
8、b> 致謝20</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)21</b></p><p> 附錄A:系統(tǒng)原理圖22</p><p> 附錄B:系統(tǒng)PCB圖23</p><p> 附錄C:系統(tǒng)源程序24</p><p><b> 摘 要</b&
9、gt;</p><p> 本文是基于對(duì)直流電機(jī)PWM調(diào)速器設(shè)計(jì)的研究,主要實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制。本設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、減速、加速、停止的五大操作。并實(shí)現(xiàn)電路的仿真并設(shè)計(jì)實(shí)際電路進(jìn)行控制。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制,在設(shè)計(jì)中,采用了STC89C51單片機(jī)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分,驅(qū)動(dòng)模塊,實(shí)現(xiàn)通過(guò)PWM波對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的改變和測(cè)量;由命令輸入模塊、H型驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵
10、盤(pán)作為命令的輸入,單片機(jī)在程序控制下,不斷給電路發(fā)送PWM波形,完成電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制.是通過(guò)H型驅(qū)動(dòng)電路,采用PWM調(diào)速方式,通過(guò)改變PWM的占空比從而改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。設(shè)計(jì)的整個(gè)控制系統(tǒng),在硬件結(jié)構(gòu)上采用了大量的集成電路模塊,大大簡(jiǎn)化硬件電路,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,使整個(gè)系統(tǒng)的性能得到提高。</p><p><b> Abstract</b></p&
11、gt;<p> This article is a DC motor PWM speed control design study, the main achievement of motor control. This course is primarily designed to achieve PWM speed controller for forward and reverse, acceleration, d
12、eceleration, and stop such an operation. And to achieve the circuit simulation. To achieve system, microcomputer control, in the design, using STC89C51 microcontroller control system as a whole, the core of the control c
13、ircuit drive module enables the motor speed parameter display and measuremen</p><p> Key words: STC89C51 microcontroller; PWM speed; positive inversion control</p><p><b> 1緒論</b>&l
14、t;/p><p><b> 1.1研究背景</b></p><p> 在電氣行業(yè)中,隨著各項(xiàng)技術(shù)水平的不斷提高,使得傳統(tǒng)工藝有了深層次的提高,對(duì)人類的生產(chǎn)與生活,產(chǎn)生了深刻且深遠(yuǎn)的影響,已經(jīng)與我們息息相關(guān)。</p><p> 當(dāng)需要良好的啟動(dòng),制動(dòng)性能,并需要大范圍內(nèi)平滑調(diào)速時(shí),直流電機(jī)是一個(gè)很好地選擇,因此在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖
15、動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。而且從自動(dòng)控制的角度看 ,直流調(diào)速還是交流調(diào)速,電機(jī)拖動(dòng)與基礎(chǔ)都是該領(lǐng)域的基礎(chǔ)。由模擬電路、運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成的直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)大多數(shù)都為早期的控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜,功能單一,而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy, 觸發(fā)精度易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響,觸發(fā)脈沖不對(duì)稱度較大,調(diào)節(jié)器中的運(yùn)算放大器,因網(wǎng)壓和溫度變化引起的漂移會(huì)產(chǎn)生運(yùn)算誤差,模擬器件老化也會(huì)引起運(yùn)算誤差,甚至使已
16、經(jīng)整定好的系統(tǒng)性能變差,這些都使直流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍被阻礙。隨著單片機(jī)及一系列可編程邏輯控制器的發(fā)展,許多控制功能及其算法,均可使用軟件技術(shù)來(lái)完成,大大的提高了電機(jī)控制的靈活性,快速性,使系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定而且使系統(tǒng)能達(dá)到了更高的性能,從而大大節(jié)約了人力資源,降低了系統(tǒng)成本,有效地提高了工作效率。</p><p> 單片機(jī)具有小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、可靠性好、適應(yīng)溫度范圍寬、易擴(kuò)展、控制功能強(qiáng)等
17、優(yōu)點(diǎn),模擬電路常常有復(fù)雜的電路功能,如果構(gòu)成控制器,就需要很多電子元件,單片機(jī)的使用,很好地改變了這種現(xiàn)狀,電路簡(jiǎn)單,成為了很大的優(yōu)點(diǎn),單片機(jī)形成的控制器,可以使用軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。單片機(jī)內(nèi)部就像計(jì)算機(jī)一樣,有很強(qiáng)的邏輯功能,而且運(yùn)算速度快,擁有大量的存儲(chǔ)單元。單片機(jī)的控制系統(tǒng)有較好的靈活性。同時(shí)可以適應(yīng)在系統(tǒng)改變時(shí),可以實(shí)現(xiàn)不同功能,實(shí)現(xiàn)不斷變換參數(shù),使系統(tǒng)更優(yōu)化。在此期間改變系統(tǒng)的功能,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制,減小模擬信號(hào)控制間相
18、互干擾,減小模擬信號(hào)產(chǎn)生溫漂等不穩(wěn)定因素。單片機(jī)的使用有效的改變了零點(diǎn)漂移問(wèn)題,無(wú)論被控量的大小,都可以保證足夠的控制精度可提供人機(jī)界面,多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作等優(yōu)點(diǎn)。所以在電氣傳動(dòng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中受到重視和普遍應(yīng)用。利用單片機(jī)邏輯功能強(qiáng)和軟件靈活的優(yōu)點(diǎn),不僅可使很多控制硬件軟件化,便于參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整,而且可以同時(shí)對(duì)系統(tǒng)工作中的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷、檢測(cè)和及時(shí)處理,加強(qiáng)了實(shí)時(shí)維護(hù)和提高了控制系統(tǒng)的可靠性。它的發(fā)展趨勢(shì)將是向大容量、高性能化、外圍電
19、路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。</p><p> 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p> 我國(guó)直流電機(jī)的研究及制造起始于建國(guó)初期,從50年代后期到60年代后期,主要是高等院校和科研機(jī)構(gòu)為研究一些裝置而使用或開(kāi)發(fā)少量產(chǎn)品。我國(guó)在建國(guó)初期后開(kāi)始大量生產(chǎn)和應(yīng)用直流電機(jī),例如江蘇、浙江、北京、南京、四川等各地都有投入生產(chǎn),而且都在各行業(yè)使用,其中的驅(qū)動(dòng)電路所有半導(dǎo)體器件都是完全國(guó)產(chǎn)化的,還有各種邏輯運(yùn)算
20、電路,同時(shí)還有電容耦合而構(gòu)成的計(jì)數(shù)器,各種觸發(fā)器以及分配器。。至80年代中期以來(lái),由于直流電機(jī)精確模型做了大量研究工作,各種混合式直流電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器作為產(chǎn)品廣泛利用。</p><p> 在國(guó)外在一種減小成本等問(wèn)題上,提出了更為嚴(yán)格的要求,各種電路的成本,效率等一些列工業(yè)化需求上,要求更為廉價(jià)的產(chǎn)品的出現(xiàn),但同時(shí)需要增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品要求,直流電機(jī)還有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng),但是大扭矩直流電機(jī)相比直流電動(dòng)機(jī)成本較高,素
21、以直流電機(jī)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高。一些少數(shù)高級(jí)的應(yīng)用,就用空心轉(zhuǎn)杯電機(jī),交流電機(jī)。國(guó)外在小功率的場(chǎng)合,還使用直流電機(jī),例如一些工業(yè)器材,工業(yè)生產(chǎn)裝備,打印機(jī),復(fù)印件,速印機(jī),銀行自動(dòng)柜員機(jī)。目前,生產(chǎn)直流電機(jī)的廠家的確不少,但具有專業(yè)技術(shù)人員,能夠自行開(kāi)發(fā),研制的廠家卻非常少,大部分的廠家只一、二十人,連最基本的設(shè)備都沒(méi)有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給戶在產(chǎn)品選型、使用中造成許多麻煩。雖然直流電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用,但直流電機(jī)并不能象普通的
22、直流電機(jī),交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好直流電機(jī)卻非易事,它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。</p><p> 1.3 研究的目的與意義</p><p> 近年來(lái),科技發(fā)展的越來(lái)越快,直流電機(jī)具有良好的起動(dòng)特性和調(diào)速特性。其中調(diào)速平滑,方便,可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)極快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn),能承受很大負(fù)載,需要滿足生產(chǎn)過(guò)程自
23、動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊要求,但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,應(yīng)用場(chǎng)合的不斷擴(kuò)大,從而對(duì)直流電機(jī)提出了較高的要求,改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速等技術(shù)已經(jīng)不能完成時(shí)代所賦予的任務(wù)了,PWM波調(diào)速的方法的發(fā)現(xiàn),滿足了時(shí)代的要求。</p><p> 采取傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)主要有以下的缺陷:模擬電路所使用的模擬信號(hào)很容易受到干擾,影響系統(tǒng)的穩(wěn)定,從而很容易隨時(shí)間飄移,會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗,以及溫度漂移等。而用PWM技術(shù)
24、后,避免上述的缺點(diǎn),不僅簡(jiǎn)化了電路還實(shí)現(xiàn)了通過(guò)電力電子器件改變開(kāi)關(guān)頻率,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性還有抗干擾能力。同時(shí)還有模擬信號(hào)的不穩(wěn)定性很好地被數(shù)字信號(hào)所取代,很大程度地節(jié)約了成本。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展,科技的進(jìn)步,在很多場(chǎng)合,都要求有直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行調(diào)速,諸如汽車(chē)行業(yè)中的各種風(fēng)扇、刮水器、噴水泵、熄火器、反視鏡、賓館中的自動(dòng)門(mén)、自動(dòng)門(mén)鎖、自動(dòng)窗簾、自動(dòng)給水系統(tǒng)、柔巾機(jī)、導(dǎo)彈、火炮、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、艦艇、飛機(jī)、坦克、火
25、箭、雷達(dá)、戰(zhàn)車(chē)等場(chǎng)合。</p><p><b> 2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</b></p><p><b> 2.1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p> 本論文所選的直流電機(jī),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)P2.3與P2.4其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PWM脈沖,另一口輸出低電平,經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、驅(qū)動(dòng)H型橋式電動(dòng)機(jī)控制電
26、路,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制本設(shè)計(jì)的目的是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)出一個(gè)單片機(jī)控制直流電機(jī)的控制系統(tǒng)。主要實(shí)現(xiàn)功能:</p><p> 5個(gè)按鍵控制整個(gè)電路,對(duì)應(yīng)功能分別是:正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、復(fù)位、速度加、速度減;</p><p> 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p><b> 2.2.1系統(tǒng)框圖</b></p><p>
27、 硬件主要以單片機(jī)為核心,本次設(shè)計(jì)選用的直流電機(jī),通過(guò)軟件和硬件的結(jié)合改變PWM波控制直流電機(jī)的啟停、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速功能。主要通過(guò)三大塊來(lái)設(shè)計(jì),包括驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和按鍵部分是設(shè)計(jì)。</p><p> 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總框圖如圖2-1所示</p><p> 圖2-1 總體設(shè)計(jì)框圖</p><p> 2.2.2主控芯片選擇</p><p&
28、gt; 單片機(jī)在中國(guó)市場(chǎng)上任然是應(yīng)用最廣泛的一種芯片,其作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支,在控制領(lǐng)域里應(yīng)用及其廣泛,故也可稱為微控制器。大多數(shù)單片機(jī)都是由集成電路芯片組成,內(nèi)部包含著計(jì)算機(jī)的基本功能部件,如處理器,存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。通過(guò)擴(kuò)張的外圍設(shè)備組成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。然而單片機(jī)往往不能滿足控制系統(tǒng)的要求,需要增強(qiáng)單片機(jī)的性能,從而市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種增強(qiáng)型單片機(jī)來(lái)滿足市場(chǎng)的要求。有增加ROM來(lái)增強(qiáng)速度,有改變工作電壓來(lái)增強(qiáng)穩(wěn)定性
29、,有的也增強(qiáng)輔助功能,如增加各種接口等輔助模塊來(lái)增強(qiáng)其性能。單片機(jī)在相對(duì)發(fā)展時(shí)間上看上去,發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng),從最初可以支持簡(jiǎn)單易學(xué)的編程語(yǔ)言,從匯編到現(xiàn)在的C語(yǔ)言等其他單片機(jī)支持的語(yǔ)言,同時(shí)還有各種編程與其相適應(yīng)的工具,并有大量的知道資料,指引其適合市場(chǎng)發(fā)展。同時(shí)單片機(jī)可以在大多數(shù)溫度下工作,并且較穩(wěn)定和一定的抗干擾能力。單片機(jī)在工業(yè)上,商業(yè)上,軍工產(chǎn)品上使用在功耗和抗干擾方面,本控制系統(tǒng)的要求都不高,一般的單片機(jī)芯片都能滿足要求。<
30、/p><p> 鑒于以上單片機(jī)的有點(diǎn),STC89C51單片機(jī)具有單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)兼容性比較好,因此作為主控芯片,且足夠本設(shè)計(jì)運(yùn)行,且價(jià)格便宜,下載程序方便。</p><p> 2.2.3電機(jī)調(diào)速模塊的選擇</p><p> 方案一:可以采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器改變直流電機(jī)的電壓,從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是又具有局限性,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
31、比較昂貴。然而最大的局限性在于大多數(shù)電動(dòng)機(jī)的電阻很小,但電流很大;這樣分壓不僅會(huì)降低直流電機(jī)的工作效率,而且在大多數(shù)情況下很難實(shí)現(xiàn)。</p><p> 方案二:繼電器的出現(xiàn),出現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)新的控制方法,對(duì)電動(dòng)機(jī)開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制,速度的變換可以通過(guò)控制器的開(kāi)合關(guān)來(lái)控制。但是也有其優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單,但是響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高也成為了它的致命缺點(diǎn)。</p><p&
32、gt; 方案三:還有采用由晶閘管和二極管組成的H型PWM電路。晶閘管和二極管的組合導(dǎo)通狀態(tài),使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向被控制,不同狀況下,H型電路工作效率不同,在飽和截止?fàn)顟B(tài)下,能實(shí)現(xiàn)電機(jī)很好地控制,電子器件的使用,極大地提高了控制速度和穩(wěn)定性,是一種被廣泛采用的一種PWM調(diào)速技術(shù)。</p><p> 對(duì)于上面三種方案的分析可知,方案三具有很好地適用于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì),能滿足設(shè)計(jì)的要求,能
33、提高其系統(tǒng)的各種性能。</p><p> 2.2.4PWM調(diào)速方式的選擇</p><p> 脈寬調(diào)制(PWM):脈寬調(diào)制是一種新型控制方法,是一種不改變脈沖周期,只改變輸出電壓半個(gè)周期內(nèi),改變其寬度并與整個(gè)周期內(nèi)形成一個(gè)占空比,在改變占空比的時(shí)候,實(shí)現(xiàn)控制效果。但是在此期間電壓的幅值不變的情況下,實(shí)現(xiàn)變壓的效果。如果改變周期,就可以實(shí)現(xiàn)變頻變壓。這種方法稱為PWM(Pule Width
34、 Modulation)調(diào)制,PWM調(diào)制可以直接在逆變器中完成電壓與頻率的同時(shí)變化,控制電路比較簡(jiǎn)單。</p><p> 方案一:雙極性工作制。雙極性工作制是指一個(gè)脈沖周期內(nèi),電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向通過(guò)兩個(gè)高低信號(hào)的切換來(lái)改變,單片機(jī)輸出信號(hào)帶達(dá)到這種目的。</p><p> 方案二:?jiǎn)螛O性工作制。這種方法雖然也是兩個(gè)控制輸出,但是兩個(gè)輸出信號(hào)形式的不同來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。通過(guò)兩口的低電
35、平和PWM波的切換來(lái)改變。</p><p> 從上面的分析上看,鑒于操作應(yīng)該簡(jiǎn)單等要求,可以使用單極性工作制。</p><p><b> 3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b> 3.1最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p> 單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成
36、的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō),最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。下面給出一個(gè)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖。</p><p> 圖3-1單片機(jī)的最小系統(tǒng)</p><p><b> 3.1.1復(fù)位電路</b></p><p> 單片機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,不同的工作電壓可以達(dá)到不同的效果,保持工作時(shí)的一個(gè)電壓,若超過(guò)
37、或者低于一定范圍內(nèi)的電壓?jiǎn)纹瑱C(jī)才能正常工作,因此在某個(gè)范圍的電壓稱為復(fù)位電壓,通常單片機(jī)內(nèi)都是時(shí)序數(shù)字電路,因此超過(guò)復(fù)位電壓或者低于復(fù)位電壓,單片機(jī)才能有穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào),才能正常工作。單片機(jī)復(fù)位在系統(tǒng)中極其重要,就好像電腦死機(jī)一樣,必須需要重啟功能才能恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行,單片機(jī)也一樣,當(dāng)系統(tǒng)程序跑飛等其他情況就需要使程序重新開(kāi)始運(yùn)行,從而使系統(tǒng)穩(wěn)定。</p><p> 復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。&
38、lt;/p><p> (1)上電復(fù)位:上電復(fù)位顧名思義為高電平復(fù)位,當(dāng)復(fù)位引腳接入一定電壓,并和電阻、電容形成一個(gè)回路,保證在商店過(guò)程中形成高電平,通常電阻和電容的典型值為10K和10uF。</p><p> (2)按鍵復(fù)位:是指在鍵盤(pán)操作下形成高電平,也就是相當(dāng)于有一個(gè)開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)的閉合與否決定了復(fù)位引腳是否為高電平,其中電路中有一個(gè)電容,通過(guò)電壓的充電來(lái)保持單片機(jī)復(fù)位。</p>
39、;<p> 本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位,在單片機(jī)啟動(dòng)0.1S后,電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V,這是時(shí)候10K電阻兩端的電壓接近于0V,RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候,開(kāi)關(guān)導(dǎo)通,這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路,電容被短路,所以在按鍵按下的這個(gè)過(guò)程中,電容開(kāi)始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移,電容的電壓在0.1S內(nèi),從5V釋放到變?yōu)榱?.5V,甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和,這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為
40、3.5V,甚至更大,所以RST引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。</p><p><b> 3.1.2晶振電路</b></p><p> 晶振是電路中常用用的時(shí)鐘元件,全稱是叫晶體震蕩器,在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大,他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路,產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率,單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的,晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高,那單片機(jī)的運(yùn)行速
41、度也就越快。</p><p> 晶振的使用,使單片機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中擁有穩(wěn)定的狀態(tài),晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。晶振作為系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào),通常與單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各部分保持同步。 </p><p> 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用,以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào),可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供</p><p> 單片機(jī)的腳
42、XTAL0和腳XTAL1構(gòu)成的振蕩電路時(shí),晶振組成的電路是系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生不穩(wěn)定因素,但是不影響系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定,改變這種情況,通常運(yùn)用電容來(lái)改變和消除諧波。</p><p><b> 3.2鍵盤(pán)控制電路</b></p><p> 鍵盤(pán)相當(dāng)于人的眼睛,鍵盤(pán)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能,是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。但是鍵盤(pán)實(shí)質(zhì)是一組按鍵開(kāi)關(guān)的集
43、合。通過(guò)運(yùn)用機(jī)械原理的開(kāi)關(guān)來(lái)達(dá)到控制的效果,在實(shí)際情況中防止鍵盤(pán)的震蕩,因?yàn)闄C(jī)械方面的原因,在按鍵盤(pán)過(guò)程中,由于時(shí)間和機(jī)械原因,會(huì)產(chǎn)生一定的抖動(dòng),按下時(shí)和松開(kāi)始均產(chǎn)生抖動(dòng)且為無(wú)效狀態(tài),在其兩者時(shí)間差中才可以產(chǎn)生有效狀態(tài),因此需要一個(gè)延時(shí)狀態(tài),來(lái)消除抖動(dòng)。</p><p> 根據(jù)按鍵的閉合與否,反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平。輸出電壓的檢測(cè),便可以判斷鍵盤(pán)按鍵是否按下,但是必須擁有用一定的方法對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行
44、掃描。在本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中,鍵盤(pán)的按鍵是否按下及其機(jī)械原因,為了防止外界條件的干擾,確保每次按鍵有效,必須要消除抖動(dòng)?,F(xiàn)在主要消除按鍵抖動(dòng)有硬件、軟件兩種方法。但是硬件消抖電路設(shè)計(jì)復(fù)雜,且不合實(shí)際情況,在此不再詳細(xì)敘述;然而軟件消抖適合按鍵較多的情況,方便簡(jiǎn)單。其原理是在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí),執(zhí)行一段延時(shí)程序后在確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平,如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有鍵按下,從而消除了抖動(dòng)的影響。其原理圖如圖3.2所示:&l
45、t;/p><p> 圖3-2 鍵盤(pán)控制模塊原理圖</p><p> 3.3直流電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p> 電動(dòng)機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)模塊的電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具體電路見(jiàn)下圖。本電路采用的是基于PWM原理的H型橋式驅(qū)動(dòng)電路。</p><p><b> 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p> 電機(jī)控制
46、系統(tǒng)的軟件需要同時(shí)完成讀取鍵盤(pán)、處理鍵盤(pán)、控制直流電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)等任務(wù),這就必須通過(guò)中斷技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p> 在本設(shè)計(jì)中,主程序采用查詢方式掃描鍵盤(pán)端口,檢測(cè)按鍵動(dòng)作是否發(fā)生,若有按鍵動(dòng)作則處理鍵盤(pán),根據(jù)按鍵值修改相應(yīng)參數(shù)值,實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)的實(shí)時(shí)處理功能。定時(shí)器0中斷服務(wù)程序控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng);根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制位的值,控制脈沖信號(hào)循環(huán)移動(dòng)的方向,達(dá)到對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制的目的。</p><p&g
47、t; 4.1 主程序流程圖</p><p> 系統(tǒng)分為電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、電機(jī)加速與電機(jī)減速的幾部分組成,其主程序框圖如圖4-1所示:</p><p> 圖4-1 直流電機(jī)主程序流程圖</p><p> 4.2 讀按鍵子程序流程圖</p><p> 按鍵采用掃描的方法,掃描時(shí)間的不同和不同時(shí)間的檢測(cè)與初始值相比,如果相等則說(shuō)明沒(méi)有
48、鍵按下,不相等則表示已經(jīng)按了但是需要一定的時(shí)間來(lái)判斷,以便確認(rèn)是否真的有鍵按下。延時(shí)10ms后再次掃描,第二次與初始值比較,若相等則表明前一次比較不相等是由抖動(dòng)產(chǎn)生;如果相等則表明確實(shí)有鍵按下。執(zhí)行鍵盤(pán)之程序里的指令,將相應(yīng)的變量值改變,為鍵盤(pán)處理子程序做準(zhǔn)備。如圖4-2所示:</p><p> 圖4-2 掃描鍵盤(pán)字程序流程圖</p><p> 4.3 按鍵處理子程序流程圖</
49、p><p> 按鍵處理子程序流程圖如圖4-3所示:</p><p> 圖4-3鍵盤(pán)處理子程序流程圖</p><p> 直流電機(jī)的啟??刂仆ㄟ^(guò)啟停定時(shí)器T0來(lái)實(shí)現(xiàn),因?yàn)槎〞r(shí)器T0控制著脈沖信號(hào)的輸出,關(guān)閉定時(shí)器T0也就阻止了脈沖信號(hào)的輸出。</p><p> 4.4 電機(jī)控制中斷程序流程圖</p><p> 定時(shí)器
50、中斷0服務(wù)程序流程圖如圖4-4所示:</p><p> 圖4-4定時(shí)器中斷0服務(wù)程序流程圖</p><p> 定時(shí)器中斷0服務(wù)程序的中斷時(shí)間由當(dāng)前的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。進(jìn)入中斷程序后,首先要保護(hù)現(xiàn)場(chǎng),再根據(jù)當(dāng)前值設(shè)置TH0和TL0的值。然后判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制位的值,最后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng),返回,等待下次中斷。</p><p> 通過(guò)用當(dāng)前轉(zhuǎn)速控制中斷時(shí)間,控制了脈沖的輸出頻率,也就
51、到達(dá)了直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的目的;通過(guò)檢測(cè)方向控制位的電平,控制了直流各引出端的接通順序,也就到實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的控制。</p><p><b> 5系統(tǒng)調(diào)試與改進(jìn)</b></p><p><b> 調(diào)試與改進(jìn)</b></p><p> 軟件測(cè)試的時(shí)候也有些問(wèn)題,主要有:</p><p>
52、 1.軟件去抖方式,和時(shí)間的控制。</p><p> 2.控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的程序段完成后,調(diào)試發(fā)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)速度的控制范圍過(guò)小,查閱資料后發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)思路不太合理,原先的設(shè)計(jì)思路是用主程序控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),采用延時(shí)方式控制直流電機(jī)速度,由定時(shí)器處理鍵盤(pán);改進(jìn)程序,主程序用來(lái)處理鍵盤(pán),由定時(shí)器控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度由定時(shí)器定時(shí)時(shí)間決定。問(wèn)題得到解決,不僅擴(kuò)大了直流電機(jī)速度的控制范圍,也使得單片機(jī)對(duì)直流電機(jī)
53、速度的控制更加精確。</p><p> 由于編譯只能檢查是否存在語(yǔ)法錯(cuò)誤,所以還要看是否存在邏輯錯(cuò)誤。程序修改好以后,當(dāng)顯示編譯0錯(cuò)誤,0警告的時(shí)候,這說(shuō)明已經(jīng)沒(méi)有語(yǔ)法錯(cuò)誤了,是否有邏輯錯(cuò)誤還要看接上電路板通過(guò)仿真以后,直流電機(jī)能否正常轉(zhuǎn)動(dòng),顯示是否正常。</p><p><b> 5.2 運(yùn)行結(jié)果</b></p><p><b&g
54、t; 電機(jī)正轉(zhuǎn)</b></p><p><b> 電機(jī)反轉(zhuǎn)</b></p><p><b> 電機(jī)停止</b></p><p><b> 結(jié)論與展望</b></p><p> 在把理論設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成實(shí)物的整個(gè)過(guò)程,如:電路設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、畫(huà)電路圖、焊接電路、檢
55、查調(diào)試、軟件流程控制設(shè)計(jì)分析、編寫(xiě)調(diào)試軟件、燒寫(xiě)軟件到整個(gè)軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試,最后直到系統(tǒng)完成。其中整個(gè)系統(tǒng)的前期準(zhǔn)備是首先必須做到位的,如控制什么、用什么控制、得到什么結(jié)果,進(jìn)而對(duì)各部分應(yīng)選擇具體的芯片作進(jìn)一步的考慮,以使系統(tǒng)得到最優(yōu)的表現(xiàn)。</p><p> 通過(guò)本課題,一方面我在查閱資料的基礎(chǔ)上,了解STC89C51單片機(jī)控制的一些基本技術(shù),掌握其控制系統(tǒng)的分析方法與實(shí)現(xiàn)方法,能對(duì)單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)
56、學(xué)習(xí)與掌握;另一方面,在設(shè)計(jì)直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路,控制程序和相應(yīng)的電路圖時(shí),應(yīng)充分運(yùn)用說(shuō)學(xué)知識(shí),善于思考,琢磨,分析。</p><p> 我們的學(xué)習(xí)不但要立足于書(shū)本,以解決理論和實(shí)際教學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題為目的,還要以實(shí)踐相結(jié)合,理論問(wèn)題即實(shí)踐課題,解決問(wèn)題即課程研究,學(xué)生自己就是一個(gè)專家,通過(guò)自己的手來(lái)解決問(wèn)題比用腦子解決問(wèn)題更加深刻。學(xué)習(xí)就應(yīng)該采取理論與實(shí)踐結(jié)合的方式,理論的問(wèn)題,也就是實(shí)踐性的課題。這種做
57、法既有助于完成理論知識(shí)的鞏固,又有助于帶動(dòng)實(shí)踐,解決實(shí)際問(wèn)題,加強(qiáng)我們的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力。</p><p><b> 致謝</b></p><p> 這次畢業(yè)設(shè)計(jì),凝結(jié)了很多人的心血,在此我表示由衷的感謝。沒(méi)有他們的幫助,我將無(wú)法順利完成這次設(shè)計(jì)。 首先,我要特別感謝老師對(duì)我的悉心指導(dǎo),在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間曲老師指導(dǎo)我、幫助我收集文獻(xiàn)資料,理清設(shè)計(jì)思路,
58、完善操作方法,并對(duì)我所做的設(shè)計(jì)提出有效的改進(jìn)方案。老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、誨人不倦的態(tài)度和學(xué)術(shù)上精益求精的精神讓我受益終生。作 為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì),由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏,難免有許多考慮不周全的地方,如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo),想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。因此,特別需要感謝曲培新老師給予的耐心細(xì)致的指導(dǎo),在此,再一次向曲培新教師以及關(guān)心幫助我的教師同學(xué)表示最誠(chéng)摯的謝意!</p><p> 其次,學(xué)校在這方面也給我
59、們提供了很大的支持和幫助,學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)比較重視,每個(gè)設(shè)計(jì)小組配有專門(mén)的指導(dǎo)老師,幫助我們能順利完成整個(gè)設(shè)計(jì)。對(duì)于學(xué)校和老師為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)所提供的極大幫助和關(guān)心,在此我致以衷心的感謝!</p><p> 最后,通過(guò)這一段時(shí)間的學(xué)習(xí),鞏固了以前學(xué)的知識(shí),為更好走入社會(huì)。同時(shí)也要感謝身邊朋友的熱心幫助,沒(méi)有你們的關(guān)心與支持,我不可能這么快完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)!這幾個(gè)月的歲月是我學(xué)生生涯中最有價(jià)值的一段時(shí)光,也將會(huì)成為我以后永
60、遠(yuǎn)的美好的回憶,在這里有治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而不失親切的老師,也有互相幫助情同骨肉的同學(xué),更有和諧、融洽的學(xué)習(xí)生活氛圍,這里將是我永遠(yuǎn)向往的地方。借此論文之際,我想向所有人表達(dá)我的最誠(chéng)摯的謝意,愿我們將來(lái)都越來(lái)越好。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1]張友德等,單片機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M],復(fù)旦大學(xué)出版社1992.</p><
61、;p> [2]張毅剛,彭喜源,譚曉鈞,曲春波.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社2001.1.</p><p> [3]宋慶環(huán),才衛(wèi)國(guó),高志,89C51單片機(jī)在直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[M]。唐山學(xué)院,2008.4</p><p> [4]陳 錕 危立輝,基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速器控制電路[J],中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003.9.</p&
62、gt;<p> [5]李維軍 韓小剛 李 晉,基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)[J],維普資訊,2007.9</p><p> [6]曹巧媛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京,電子工業(yè)出版社,1997.</p><p> [7]劉大茂,嚴(yán)飛.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控主程序的設(shè)計(jì)方法[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)福建農(nóng)林大學(xué)碩士論文版),1998.2.</p>
63、<p><b> 附錄A:系統(tǒng)原理圖</b></p><p> 附錄B:系統(tǒng)PCB圖</p><p><b> 附錄C:系統(tǒng)源程序</b></p><p> #include<reg52.h> </p><p> #define uchar unsigned c
64、har//數(shù)據(jù)類型宏定義</p><p> #define uint unsigned int</p><p> sbit key1 = P3^1; //定義加速按鍵</p><p> sbit key2 = P3^2; //定義減速按鍵</p><p> sbit key3 = P3^3; //定義正轉(zhuǎn)按鍵<
65、;/p><p> sbit key4 = P3^4; //定義反轉(zhuǎn)按鍵</p><p> sbit key5 = P3^5; //定義停止按鍵</p><p> sbit PWMZ = P2^3; //定義調(diào)速端口</p><p> sbit PWMF = P2^4; //定義調(diào)速端口</p>
66、;<p> unsigned char CYCLE; //定義周期 該數(shù)字X基準(zhǔn)定時(shí)時(shí)間 如果是10 則周期是10 x 0.1ms</p><p> unsigned char PWM_ON ;//定義高電平時(shí)間</p><p> uchar flag;</p><p> /**********************************
67、********************************/</p><p> /* 延時(shí)函數(shù) Xms */</p><p> /******************************************************************/</p
68、><p> void delay(uint z)</p><p><b> {</b></p><p><b> uint x,y;</b></p><p> for(x=z;x>0;x--)</p><p> for(y=110;y>0;y--);<
69、/p><p><b> }</b></p><p> /******************************************************************/</p><p> /* 獨(dú)立鍵盤(pán)掃描函數(shù) */</p&
70、gt;<p> /******************************************************************/</p><p> void keyscan() </p><p><b> {</b></p><p> P3=0xff;//拉高P3口,以讀取P3口的值</p
71、><p> if(key1==0)//鍵1被按下</p><p><b> {</b></p><p> delay(5);//延時(shí)消抖</p><p> if(key1==0)</p><p><b> {</b></p><p><b&
72、gt; PWM_ON++;</b></p><p> if(PWM_ON>=CYCLE)</p><p> PWM_ON=CYCLE;</p><p><b> }</b></p><p> while(!key1);</p><p> delay(5);//延時(shí)消抖
73、</p><p> while(!key1);//松手檢測(cè)</p><p><b> }</b></p><p> if(key2==0)</p><p><b> {</b></p><p><b> delay(5);</b></p&
74、gt;<p> if(key2==0)</p><p><b> {</b></p><p><b> PWM_ON--;</b></p><p> if(PWM_ON<=1)</p><p><b> PWM_ON=1;</b></p>
75、;<p><b> }</b></p><p> while(!key2);</p><p><b> delay(5);</b></p><p> while(!key2);</p><p><b> }</b></p><p>
76、; if(key3==0)//鍵3被按下</p><p><b> {</b></p><p><b> delay(5);</b></p><p> if(key3==0)</p><p><b> {</b></p><p><b&g
77、t; flag=1;</b></p><p><b> TR0=1;</b></p><p><b> PWMF = 0;</b></p><p><b> }</b></p><p> while(!key3);</p><p>
78、 delay(5);//延時(shí)消抖</p><p> while(!key3);//松手檢測(cè)</p><p><b> }</b></p><p> if(key4==0)</p><p><b> {</b></p><p><b> delay(5);
79、</b></p><p> if(key4==0)</p><p><b> {</b></p><p><b> flag=0;</b></p><p><b> TR0=1;</b></p><p><b> PWMZ
80、=0;</b></p><p><b> }</b></p><p> while(!key4);</p><p><b> delay(5);</b></p><p> while(!key4);</p><p><b> }</b&g
81、t;</p><p> if(key5==0)</p><p><b> {</b></p><p><b> delay(5);</b></p><p> if(key5==0)</p><p><b> {</b></p>&
82、lt;p><b> TR0=0;</b></p><p> PWMZ = 0; </p><p><b> PWMF = 0;</b></p><p><b> }</b></p><p> while(!key5);</p><p>&
83、lt;b> delay(5);</b></p><p> while(!key5);</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> /*********************************************
84、*********************/</p><p> /* 主函數(shù) */</p><p> /******************************************************************/</p><p&g
85、t; void main()</p><p><b> {</b></p><p> TMOD |=0x01;//定時(shí)器設(shè)置 1ms in 12M crystal</p><p> TH0=(65536-1000)/256; </p><p> TL0=(65536-1000)%256;//定時(shí)1mS <
86、/p><p> IE= 0x82; //打開(kāi)中斷</p><p><b> TR0=1;</b></p><p> flag=1; //初始狀態(tài)正轉(zhuǎn)</p><p> PWMZ = 1; </p><p><b> PWMF = 0;</b></p>
87、<p> CYCLE = 10;// 時(shí)間可以調(diào)整 這個(gè)是10步調(diào)整 周期10ms 8位PWM就是256步</p><p> PWM_ON = 5;//初始占空比為50%</p><p><b> while(1)</b></p><p><b> {</b></p><p>
88、 keyscan();</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> /******************************************************************/</p><p> /*
89、 定時(shí)器中斷函數(shù):控制產(chǎn)生PWM波 */</p><p> /******************************************************************/</p><p> void tim(void) interrupt 1 using 1</p><p>&
90、lt;b> {</b></p><p> static unsigned char count; //</p><p> TH0=(65536-1000)/256; </p><p> TL0=(65536-1000)%256;//定時(shí)1mS </p><p> if(flag==1)</p><
91、;p><b> {</b></p><p> if (count<=PWM_ON)</p><p> PWMZ = 1; </p><p><b> else</b></p><p><b> PWMZ = 0;</b></p><p&
92、gt;<b> }</b></p><p> if(flag==0)</p><p><b> {</b></p><p> if (count<=PWM_ON)</p><p> PWMF = 1; </p><p><b> else</
93、b></p><p><b> PWMF = 0;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> count++;</b></p><p> if(count == CYCLE)</p><p><b>
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