畢業(yè)設(shè)計----運(yùn)用at89c51單片機(jī)控制直流電機(jī)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次課程設(shè)計基于AT89C51單片機(jī)為核心，利用天皇教儀三合一實(shí)驗(yàn)箱。應(yīng)用PWM技術(shù)對直流電機(jī)的速度進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，并測量出電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，使用LCD液晶顯示器精確的顯示電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。本次課程設(shè)計的目的是更加熟練掌握單片機(jī)的工作原理及實(shí)際應(yīng)用，特別是單片機(jī)的編程語言，數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，PWM調(diào)節(jié)脈沖及LCD液晶顯示

2、器的工作原理。</p><p>　　關(guān)鍵字 ：51單片機(jī)；轉(zhuǎn)速控制；模數(shù)轉(zhuǎn)換；LCD液晶顯示； </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1前言1</b></p><p>　　2 硬件部分的設(shè)計2</p><p>　　2.1硬件設(shè)計總體思路

3、2</p><p>　　2.2單片機(jī)控制直流電機(jī)部分的硬件設(shè)計4</p><p>　　3 各硬件部分的連接與接口15</p><p>　　3.1 單片機(jī)與直流電機(jī)接口部分15</p><p>　　3.2單片機(jī)與LCD顯示模塊通信接口部分17</p><p>　　3.2各部分硬件結(jié)合原理及構(gòu)造18</p

4、><p>　　4 軟件程序設(shè)計19</p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計的總體概述19</p><p>　　4.2系統(tǒng)各部分軟件設(shè)計的思路22</p><p>　　5 系統(tǒng)的調(diào)試與現(xiàn)象分析24</p><p><b>　　6課設(shè)總結(jié)25</b></p><p>&l

5、t;b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p><b>　　附錄Ⅰ27</b></p><p><b>　　附錄Ⅱ32</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　近年來,隨著科技的飛速發(fā)展,單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入。在

6、儀器儀表、家用電器和專用裝備的智能化以及過程控制等方面,單片機(jī)都扮演著越來越重要的角色。將單片機(jī)的應(yīng)用引入實(shí)際科技實(shí)踐必將對微電子控制技術(shù)的研究與實(shí)踐注入強(qiáng)大活力。本次設(shè)計研究的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制及轉(zhuǎn)速的LCD顯示實(shí)驗(yàn)裝置即以單片機(jī)作為核心部件,它可完成對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、方向的閉環(huán)控制，并應(yīng)用LCD液晶顯示裝置顯示出轉(zhuǎn)速，本文重點(diǎn)論述該實(shí)驗(yàn)裝置的硬件組成,軟件設(shè)計以及控制方案的實(shí)施。在早期，電子產(chǎn)品一般是純硬件電路，沒有使用單片機(jī)，電路復(fù)雜

7、難以設(shè)計，也難以檢查問題，隨著微控制技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，集成芯片越來越多，單片機(jī)便出來了，換言之，單片機(jī)的應(yīng)用是對傳統(tǒng)控制技術(shù)的一場革命。具有劃時代的意義。在電機(jī)控制方面也是靠人的感覺，沒有側(cè)速和側(cè)距的概念，以前人機(jī)界面一般采用LED數(shù)碼二極管，隨著LCD液晶顯示器的出現(xiàn)，人機(jī)界面更加人性化、智能化，它能顯示數(shù)字、漢字和圖象，控制LCD液晶顯示器也很方便，電路設(shè)計也比較簡單；加上單片機(jī)，組合實(shí)現(xiàn)的功能也比較強(qiáng)大，還可方便以后電路的升級

8、與擴(kuò)展。本文結(jié)合LCD顯示、電機(jī)控速、紅外側(cè)距、鍵盤操作等</p><p>　　直流電機(jī)調(diào)速性能好,可靠性高,機(jī)械特性強(qiáng),在自動控制中的應(yīng)用極為廣泛。直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)多種多樣,但系統(tǒng)復(fù)雜,控制精度和成品價格難以兼顧。本文使用價格低廉、應(yīng)用廣泛的MCS - 51 系列單片機(jī)為控制芯片,以PI 調(diào)節(jié)控制算法為基礎(chǔ),完成對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),達(dá)到了控制性能好,成本低的目的。本文重點(diǎn)闡述了該系統(tǒng)的基本工作原理、所采用的

9、相關(guān)技術(shù)等，進(jìn)而交代了電機(jī)轉(zhuǎn)速測量控制的實(shí)現(xiàn)方法。最后重點(diǎn)闡述了LCD液晶顯示和案鍵部分。該設(shè)計經(jīng)過測試，實(shí)現(xiàn)了在LCD上的菜單多級滾動顯示，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計效果?；谠撓到y(tǒng)在LCD上實(shí)現(xiàn)菜單控制系統(tǒng)在電路圖設(shè)計比較方便，主要分為四部分，電源部分、安鍵部分、LCD顯示部分和控制部分；較復(fù)雜的是在控制軟件部分，軟件控制部分分為三部分，一部分是安鍵判斷部分、菜單控制部分和顯示部分。液晶顯示器(LCD)是現(xiàn)在非常普遍的顯示器。它具有體積小、重量

10、輕、省電、輻射低、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。液晶顯示器（LCD）的原理與陰極射線管顯示器（CRT）大不相同。LCD是基于液晶電光效應(yīng)的顯示器件。包括段顯示方式的字符段顯示器件；矩陣顯示方式的字符、圖形、圖像顯示器件；矩陣顯示方式的大屏</p><p><b>　　2 硬件部分的設(shè)計</b></p><p>　　MCS-51 系列單片機(jī)是由Intel 公司早期研發(fā)的單片機(jī)產(chǎn)品,后

11、來很多廠商以各種方式與Intel 合作,也推出了同類型的單片機(jī)。51 系列單片機(jī)引腳圖見圖2-1 ,其優(yōu)點(diǎn)是支持較為豐富而且簡單的指令集,編程器通用且兼容性好,具有單片機(jī)的典型代表性,因此該系列單片機(jī)在自動控制中應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　圖2-1 8051 　單片機(jī)引腳圖</p><p>　　2.1硬件設(shè)計總體思路</p><p>　　根據(jù)本次課程設(shè)計的具

12、體要求為，使用LCD顯示出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，我們由題目可以分析出，這個題目實(shí)際是由多個部分組成的。</p><p>　　既第一個部分應(yīng)該為，用單片機(jī)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并且系統(tǒng)應(yīng)提供直流電機(jī)驅(qū)動、測速電路，使用單片機(jī)驅(qū)動直流電機(jī)，測量直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制直流電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在一個范圍內(nèi)。</p><p>　　其二，可以分析出第二個部分應(yīng)該為，使用LCD顯示系統(tǒng)顯示出直流電機(jī)的具體轉(zhuǎn)速，并且單片機(jī)

13、控制的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與液晶顯示器顯示出的轉(zhuǎn)速應(yīng)該時時對應(yīng)。</p><p>　　其三，這個硬件系統(tǒng)的隱含意義是，本系統(tǒng)應(yīng)該具有數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的部分，因?yàn)檫@個模數(shù)轉(zhuǎn)換部分在這個系統(tǒng)中是不可缺少的，單片機(jī)控制的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，在實(shí)際中無論是對電機(jī)控制的信號，還是電機(jī)輸出的信號都應(yīng)該是數(shù)字信號，因?yàn)橹挥袛?shù)字信號才能被單片機(jī)所識別，而最重要的是，單片機(jī)控制的直流電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速的信號只有是數(shù)字信號時才能被液晶顯示LCD模塊所識

14、別，并最終準(zhǔn)確的顯示出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計是首先要完成的工作，在思想上有了好的設(shè)計方案并形成一個系統(tǒng)框圖才能更好的進(jìn)行下一步工作，用語言和圖示來說明設(shè)計思想，條理更清晰明了。在硬件電路的設(shè)計中，模塊的組合要根據(jù)它們之間的控制和被控制的關(guān)系進(jìn)行電路連接。測速部分采用的是與被測電機(jī)同軸的測速發(fā)電機(jī)。它可以很方便快捷地將直流電機(jī)的速度信號轉(zhuǎn)換為可供CPU采集的模擬信號。CPUAT89S

15、52是MCS--51系列單片機(jī)中用途比較廣泛的一種類型。8位輸入輸出數(shù)據(jù)具有較高的運(yùn)行速度。模數(shù)轉(zhuǎn)換器CS-0832將模擬信號高速轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字信號并將數(shù)字信號輸出給CPU做數(shù)據(jù)處理。電動機(jī)驅(qū)動器件1293D是內(nèi)部自帶保護(hù)電路的電動機(jī)驅(qū)動芯片，內(nèi)置鉗位二級管，擁有過電流保護(hù)和過電壓保護(hù)功能。此外，為避免在系統(tǒng)運(yùn)行時出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，專門設(shè)計復(fù)位電路。復(fù)位電路包括軟件復(fù)位和硬件復(fù)位2種，當(dāng)軟件復(fù)位無法正常控制復(fù)位時，可由硬件強(qiáng)行對其進(jìn)行復(fù)位

16、控制。系統(tǒng)可通過鍵盤控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速方向，首先CPU不斷對鍵盤進(jìn)行掃描，當(dāng)有按鍵按下時，CPU將自動執(zhí)行鍵盤程序?qū)﹄妱訖C(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。經(jīng)過測速反饋電路進(jìn)行實(shí)時檢測轉(zhuǎn)速可通過LCD數(shù)碼管顯示電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，讓</p><p>　　圖2-2硬件方框設(shè)計原理圖</p><p>　　2.2單片機(jī)控制直流電機(jī)部分的硬件設(shè)計</p><p>　　2.2.1直流電機(jī)組成原理<

17、/p><p>　　直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)是由直流電源、直流電機(jī)、控制開關(guān)和調(diào)速器組成。直流發(fā)電機(jī)的工作原理就

18、是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑?。感?yīng)電動勢的方向按右手定則確定其工作原理不外乎就是用直流電源作為能量來驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)。通過對三極管的截止與導(dǎo)通進(jìn)行控制，使其起到開、關(guān)和調(diào)速的作用。具體的操作為當(dāng)直流電動機(jī)接上直流電源時，使用電位器旋轉(zhuǎn)按鈕控制三極管集極的電壓。如直流電機(jī)控制原理圖2-3</p><p>　　圖2-3直流電機(jī)控制原理</p>

19、;<p>　　1、當(dāng)三極管的集極電壓小于死區(qū)電壓時三極管截止，則電動機(jī)不轉(zhuǎn)動；</p><p>　　2、當(dāng)集極電壓大于死區(qū)電壓而小于飽和電壓時三極管處于放大狀態(tài)，隨著集極電壓改變，從而改變了直流電動機(jī)兩端的壓降也就改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。具體原理為集極的電壓大小不一樣，三極管的電壓放大倍數(shù)也不一樣從而起到調(diào)速作用改變直流電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。</p><p>　　2.2.2直流電機(jī)調(diào)速

20、方案的設(shè)計</p><p>　　直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法可以分為2大類：對勵磁磁通進(jìn)行控制的勵磁控制法和對電樞電壓進(jìn)行控制的電樞電壓法。其中勵磁控制法在低速時受磁飽和的限制，在高速時受換向火花和換向器件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制。并且勵磁線圈電感較大，動態(tài)性能響應(yīng)較差，所以這種控制方法用的很少，多使用電樞控制法。本設(shè)計將采用電樞控制方法對電動機(jī)的速度和轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制。電機(jī)調(diào)速控制模塊的方案假設(shè)：</p><

21、p><b>　　直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：</b></p><p>　　某些場合往往要求直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，例如，電車、機(jī)床等，調(diào)節(jié)范圍根據(jù)負(fù)載的要求而定。調(diào)速可以有三種方法：（1）改變電機(jī)兩端電壓；（2）改變磁通；（3）在電樞回路中，串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻。采用第一種方法：通過改變施加于電機(jī)兩端的電壓大小達(dá)到調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。</p><p>　　方案一：采

22、用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動機(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)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般電動機(jī)的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。</p><p>　　方案二：采用繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對小車的速度進(jìn)行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。</p

23、><p>　　方案三：采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機(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單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(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><b>　　直流電機(jī)調(diào)速原理：</b></p>

24、<p>　　圖2-4所示電樞電壓為Va ,電樞電流為Ia ,電樞回路總電阻為Ra ,電機(jī)常數(shù)Ca ,勵磁磁通量是Φ 。</p><p>　　圖2-4直流電機(jī)原理</p><p>　　那么根據(jù)KVL方程:電機(jī)轉(zhuǎn)速n=(Va-Ra)/CaΦ,其中,對于極對數(shù)為p ,匝數(shù)為N ,電樞支路數(shù)為a 的電機(jī)來說:電機(jī)常數(shù)Ca = pN / 60 a,意味著電機(jī)確定后,該值是不變的。</

25、p><p>　　而在Va - IaRa 中,由于Ra 僅為繞組電阻,導(dǎo)致IaRa 非常小,所以Va - IaRa≈Va 。</p><p>　　由此可見我們改變電樞電壓時,轉(zhuǎn)速n 即可隨之改變。</p><p><b>　　方案的確定：</b></p><p>　　兼于直流電機(jī)工作原理，和以上所陳述的三種方案，由于方案三調(diào)速

26、特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，因此本設(shè)計的調(diào)速部分決定采用方案三。</p><p>　　PWM調(diào)速工作方式：</p><p>　　方式一：雙極性工作制。雙極性工作制是在一個脈沖周期內(nèi)，單片機(jī)兩控制口各輸出一個控制信號，兩信號高低電平相反，兩信號的高電平時差決定電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。</p><p>　　方式二：單極性工作制。單極性工作制是單片機(jī)控制口一端

27、置低電平，另一端輸出PWM信號，兩口的輸出切換和對PWM的占空比調(diào)節(jié)決定電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。</p><p>　　由于單極性工作制電壓波開中的交流成分比雙極性工作制的小，其電流的最大波動也比雙極性工作制的小，所以我們采用了單極性工作制。</p><p>　　2.2.3直流電機(jī)測速方案的設(shè)計</p><p>　　測速電路由附在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的光電編碼盤及施密特整形電路組成

28、。電脈沖的頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成固定的比例關(guān)系,光碼盤輸出的電脈沖信號經(jīng)放大整形為標(biāo)準(zhǔn)的TTL 電平, 輸入到單片機(jī)的兩個外部中斷:INT0和INT1, 利用單片機(jī)內(nèi)部定時器/計數(shù)器T0和T1,以及內(nèi)部一個寄存器作軟計數(shù)器,循環(huán)地捕捉相鄰兩次速度脈沖,并由這兩次觸發(fā)所記錄的時間差算出其轉(zhuǎn)速,再將這個轉(zhuǎn)速與預(yù)置轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較,得出差值,單片機(jī)通過對這個差值進(jìn)行P I運(yùn)算,得出控制增量,在P010 ～P013引腳送出控制信號改變PWM波形發(fā)生電路

29、的占空比,最終達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。</p><p>　　使用柵格圓盤和光電門組成測速系統(tǒng)。當(dāng)直流電機(jī)通過傳動部分帶動?xùn)鸥駡A盤旋轉(zhuǎn)時，測速光電門獲得一系列脈沖信號。這些脈沖信號通過單片機(jī)兩個定時/計數(shù)器配合使用同，一個計數(shù)，一個定時。計算出單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)m，經(jīng)過單位換算，就可以算得直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度。直流電機(jī)轉(zhuǎn)速計算公式：n=60·m/(N1·T·N)(rpm)</p&g

30、t;<p>　　其中：n 為直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，N 為柵格數(shù)，N1 為T0 中斷次數(shù)，m 為計數(shù)器T1 在規(guī)定時間內(nèi)測得的脈沖數(shù)，T 為定時器T0 定時器溢出時間。使用系統(tǒng)提供的顯示電路，可把電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示出來。本實(shí)驗(yàn)用DAC0832D/A 轉(zhuǎn)換輸出控制直流電機(jī)兩端電壓。程序中</p><p>　　直流電機(jī)初始速度較大（大約40 轉(zhuǎn)/秒），設(shè)運(yùn)行速度設(shè)置為2000 轉(zhuǎn)/分，經(jīng)過若干秒后，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速慢慢下

31、降到運(yùn)行速度，以設(shè)定的速度運(yùn)行。</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)儀器的客觀要求，本測速系統(tǒng)的關(guān)鍵是光電耦合器，它的組成是用一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管構(gòu)成。光電耦合器的工作原理就是使發(fā)光二極管導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行發(fā)射紅外線與不發(fā)射，讓光敏三極管導(dǎo)通與截止。具體過程為當(dāng)發(fā)光二極管的兩端電壓大于死區(qū)電壓時二極管發(fā)射出紅外線同時光敏三極管柵極有驅(qū)動三極管導(dǎo)通的電壓，使得三極管的源級電壓降低由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?，進(jìn)而產(chǎn)

32、生一個脈沖的形式轉(zhuǎn)送給單片機(jī)。通過單片機(jī)的外部中斷進(jìn)行計數(shù)脈沖個數(shù)從而得到直流電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。在改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的同時影響到發(fā)光二極管導(dǎo)通與截止。只有這樣才能產(chǎn)生脈沖的形式發(fā)送給光敏二極管，進(jìn)而改變了外部中斷P3.5口高低電位。則單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行計數(shù)就可以獲取轉(zhuǎn)速。光電耦合器的電路圖如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5電耦合器的電路圖</p><p>　　2.2.4 PWM產(chǎn)生與控制

33、部分方案的設(shè)計</p><p>　　1.PWM波形發(fā)生電路</p><p>　　由于測速中占用了兩個定時器T0和T1,如果再將PWM波形產(chǎn)生交給AT89C51 則會加大軟件的任務(wù),并且影響整個系統(tǒng)的控制效果。因此這里考慮單獨(dú)設(shè)計一個PWM波形發(fā)生電路,單片機(jī)對它只提供控制參數(shù)以改變其占空比。其電路原理如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 PWM波形產(chǎn)生電路

34、</p><p>　　圖中,U1 和U2 為兩片4位比較器74LS85,U3 為8位的計數(shù)器。計數(shù)器的時鐘輸入為系統(tǒng)的時鐘信號(本系統(tǒng)晶振頻率為12 MHz) 。經(jīng)512分頻后為2314kHz,即PWM波形的頻率為2314 kHz。其中,U1、U2 的A0 ～A3 分別接P014 ～P017、P010 ～P013。B0 ～B3 分別接Q0 ～Q3、Q4 ～Q7。A >B端接一個過零比較器,其輸出即為PWM波

35、,其占空比是通過P0口給定的數(shù)值來改變的。</p><p>　　2. PWM功率放大電路</p><p>　　本系統(tǒng)采用雙極性脈寬調(diào)制功率放大器,如圖2-7所示。其中VT1、VT2 為作開關(guān)用的大功率晶體管,工作在截止和飽和狀態(tài)。當(dāng)電動機(jī)正轉(zhuǎn)工作時, VT1 工作,VT2 不工作;反之當(dāng)電動機(jī)反轉(zhuǎn)工作時, VT2 工作而VT1 不工作。VD1、VD2 為續(xù)流二極管,主要起到保護(hù)作用,避免V

36、T1、VT2 被反向擊穿。U4 和U6 為光電耦合器,主要起隔離和抗干擾作用。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，電動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時比較穩(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：采用定時器做為脈寬控制的定時方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個us。</p><p>　　方案二：采

37、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。但是基于不占用定時器資源，且對于直流電機(jī)，采用軟件延時所產(chǎn)生的定時誤差在允許范圍，故采用方案二。</p><p>　　圖2-7 PWM驅(qū)動電路原理圖</p><p>　　2.2.5 LCD顯示部分方案的設(shè)計</p><p>　　1.課設(shè)所用LCD模塊概述</p><p

38、>　　模塊SMC1602B由一塊點(diǎn)陣液晶屏和控制器HD44780及其輔助電路組成。本系統(tǒng)設(shè)計采用OCMJ中文模塊系統(tǒng)LCD液晶作為下位機(jī)的顯示模塊。該模塊內(nèi)含GB2312 16×16點(diǎn)陣國標(biāo)一級簡體漢字和ASCII8×8(半高)及8×16(全高)點(diǎn)陣形英文字庫，用戶輸入?yún)^(qū)位碼或ASCII碼可實(shí)現(xiàn)文本顯示。OCMJ中文液晶顯示模塊采用ASK／ANSWER握手方式。</p><p>

39、;　　系統(tǒng)使用OCMJ4X8C_3型液晶顯示屏(奧可拉中文集成模塊)。</p><p>　　此模塊可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。提供三種控制接口，分別是8位微處理器接口，4位微處理器接口及串行接口（OCMJ4X16A/B無串行接口）。所有的功能，包含顯示RAM，字型產(chǎn)生器，都包含在一個芯片里面，只要一個最小的微處理系統(tǒng)，就可以方便操作模塊。內(nèi)置2M-位中文字型ROM (C

40、GROM) 總共提供8192個中文字型(16x16點(diǎn)陣)，16K位半寬字型ROM(HCGROM) 總共提供126 個符號字型(16x8點(diǎn)陣)，64x16位字型產(chǎn)生RAM(CGRAM)，另外繪圖顯示畫面提供一個64x256點(diǎn)的繪圖區(qū)域（GDRAM），可以和文字畫面混和顯示。提供多功能指令：畫面清除（Display clear）、光標(biāo)歸位（Return home）、顯示打開/關(guān)閉（Display on/off）、光標(biāo)顯示/隱藏（Cursor

41、 on/off）、顯示字符閃爍（Displaycharacter blink）、光標(biāo)移位（Cursor shift）、顯示移位（Displayshift）、垂直畫面卷動（Vertical line scroll）、反白顯示（By_lin</p><p>　　便于使用 OCMJ4×8C（128×64）引腳，做了如表1所示說明。</p><p><b>　　表1各

42、引腳說明</b></p><p>　　注：OCMJ4×8C_3/_6為減少背光電源對模塊的干擾作了特別處理，背光電源焊盤（20、21 腳）與17 腳間留了2 個焊盤（18、19 腳）位置但并無焊盤和引腳引出；背光電源的2 條走線與其他走線間的間隔距離至少保留了2mm的爬電間隔。</p><p><b>　　LCD主要參數(shù)：</b></p&g

43、t;<p>　　1、工作電壓(VDD)：4.5～5.5V</p><p>　　2、邏輯電平:2.7～5.5V</p><p>　　3、LCD 驅(qū)動電壓(Vo)：0～7V</p><p>　　4、工作溫度(Ta)：0～55℃(常溫)/-20～75℃（寬溫） 保存溫度(Tstg)：-10～65℃(常溫)/-30～85℃(寬溫)。</p>&l

44、t;p>　　2.資料傳輸與接口時序</p><p>　　當(dāng)PSB腳接低電位時，模塊將進(jìn)入串行模式。從一個完整的串行傳輸流程來看，一開始先傳輸啟始字節(jié)，它需先接收到五個連續(xù)的“1”（同步位字符串），在啟始字節(jié)，此時傳輸計數(shù)將被重置并且串行傳輸將被同步，再跟隨的兩個位字符串分別指定傳輸方向位（RW）及寄存器選擇位（RS），最后第八的位則為“0”。在接收到同步位及RW和RS資料的啟始字節(jié)后，每一個八位的指令將被分

45、為兩個字節(jié)接收到：較高4位（DB7~DB4）的指令資料將會被放在第一個字節(jié)的LSB部分，而較低4位（DB3~DB0）的指令資料則會被放在第二個字節(jié)的LSB部分，至于相關(guān)的另四位則都為0。</p><p>　　串行接口時序圖如下：</p><p>　　圖2-8 串行接口時序圖</p><p>　　為了更好的了解LCD的工作特性我們可以從下圖2-9所示，了解串行口接口特

46、性，</p><p>　　圖2-9串行口接口特性</p><p><b>　　3.LCD顯示步驟</b></p><p>　　顯示數(shù)據(jù)RAM 提供64×2 個字節(jié)的空間，最多可以控制4 行16 字（64 個字）的中文字型顯示，當(dāng)寫入顯示資料RAM時，可以分別顯示CGROM，HCGROM 與CGRAM 的字型；本系列模塊可以顯示三種字型

47、，分別是半寬的HCGROM 字型、CGRAM 字型及中文CGROM 字型，三種字型的選擇，由在DDRAM 中寫入的編碼選擇，在0000H～0006H 的編碼中將選擇CGRAM 的自定字型，02H～7FH 的編碼中將選擇半寬英數(shù)字的字型，至于A1 以上的編碼將自動的結(jié)合下一個字節(jié)，組成兩個字節(jié)的編碼達(dá)成中文字型的編碼BIG5（A140～D75F） GB(A1A0～F7FF)，詳細(xì)各種字型編碼如下：</p><p>

48、　　1. 顯示半寬字型：將8 位資料寫入DDRAM 中，范圍為02H～7FH 的編碼。</p><p>　　2. 顯示CGRAM 字型：將16 位資料寫入DDRAM 中，總共有0000H，0002H，0004H，0006H 四種編碼。</p><p>　　3. 顯示中文字形：將16 位資料寫入DDRAM 中，范圍為A140H～D75FH 的編碼(BIG5) ， A1A0H～F7FFH 的編

49、碼(GB)。將16 位資料寫入DDRAM 方式為透過連續(xù)寫入兩個字節(jié)的資料來完成，先寫入高字節(jié)（D15～D8）再寫入低字節(jié)（D7～D0）。</p><p>　　2.2.5 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換部分方案的設(shè)計</p><p>　　能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC；能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。ADC和DAC是溝通模擬電路和

50、數(shù)字電路的橋梁，也可稱之為兩者之間的接口。</p><p>　　將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，是指其輸出模擬量和輸入數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。理想的D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，應(yīng)是輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比。即：輸出模擬電壓 uo

51、=Ku×D或輸出模擬電流io=Ki×D。其中Ku或Ki為電壓或電流轉(zhuǎn)換比例系數(shù)，D為輸入二進(jìn)制數(shù)所代表的十進(jìn)制數(shù)。D/A轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的模擬信號輸出。D/A轉(zhuǎn)換器根據(jù)工作原理基本上可分為二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器和T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器兩大類。由于T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器只要求兩種阻值的電阻，因此最適合于集成工藝，集成D/A轉(zhuǎn)換器普遍采用這種電路結(jié)構(gòu)。</p>&l

52、t;p>　　A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成一組多位的二進(jìn)制數(shù)字輸出。不同的A/D轉(zhuǎn)換方式具有各自的特點(diǎn)。并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，主要缺點(diǎn)是要使用的比較器和觸發(fā)器很多，隨著分辨率的提高，所需元件數(shù)目按幾何級數(shù)增加。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高，具有很高的抗干擾能力，電路結(jié)構(gòu)簡單，其缺點(diǎn)是工作速度較低，在對轉(zhuǎn)換精度要求較高，而對轉(zhuǎn)換速度要求較低的場合，如數(shù)字萬用表等檢測儀器中，得到了廣泛的應(yīng)用逐

53、次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率較高、誤差較低、轉(zhuǎn)換速度較快，在一定程度上兼顧了以上兩種轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)，因此得到普遍應(yīng)用。</p><p>　　本課設(shè)使用ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，ADC0809 是8 通道8 位CMOS 逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換芯片，片內(nèi)有模擬量通道選擇開關(guān)及相應(yīng)的通道鎖存、譯碼電路，A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由三態(tài)鎖存器輸出，由于片內(nèi)沒有時鐘需外接時鐘信號。芯片的引腳如圖2-10,各引腳功能如下：<

54、/p><p>　　IN0～I(xiàn)N7：八路模擬信號輸入端。 ADD-A、ADD-B、ADD-C：三位地址碼輸入端。</p><p>　　CLOCK：外部時鐘輸入端。CLOCK 輸入頻率范圍在10～1280KHz，典型值為640KHz，此時A/D 轉(zhuǎn)換時間為100us。51 單片機(jī)ALE 直接或分頻后可與CLOCK 相連。</p><p>　　D0～D7：數(shù)字量輸出端。 OE

55、：A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允許控制端。當(dāng)OE 為高電平時，允許A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果從D0～D7端輸出。</p><p>　　ALE：地址鎖存允許信號輸入端。八路模擬通道地址由A、B、C 輸入，在ALE 信號有效時將該八路地址鎖存。</p><p>　　START：啟動A/D 轉(zhuǎn)換信號輸入端。當(dāng)START 端輸入一個正脈沖時，將進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。</p><p>　　EOC：

56、A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC 輸出高電平。</p><p>　　Vref(+)、Vref(-)：正負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端。基準(zhǔn)正電壓的典型值為+5V。</p><p>　　圖2-10 0809 引腳</p><p>　　D/A裝換：DAC0832 是8 位D/A 轉(zhuǎn)換器，它采用CMOS 工藝制作，具有雙緩沖器輸入結(jié)構(gòu)，其引腳排列如圖2-11所

57、示，DAC0832 各引腳功能說明：</p><p>　　DI0～DI7：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入端。 CS：片選信號輸入端，低電平有效。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號輸入端，高電平有效。 WR1：第一寫信號輸入端，低電平有效， Xfer：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入端，低電平有效。 WR2：第二寫信號輸入端，低電平有效。</p><p>　　Iout1：電流輸出1 端，當(dāng)數(shù)據(jù)全為1 時，輸出電流最大；數(shù)據(jù)全為0

58、時，輸出電流最小。</p><p>　　Iout2：電流輸出2 端。DAC0832 具有：Iout1+Iout2=常數(shù)的特性。 Rfb：反饋電阻端。</p><p>　　Vref：基準(zhǔn)電壓端，是外加的高精度電壓源，它與芯片內(nèi)的電阻網(wǎng)絡(luò)相連接，該電壓范</p><p>　　圍為：-10V～+10V。</p><p>　　DAC0832 內(nèi)部有兩

59、個寄存器，而這兩個寄存器的控制信號有五個，輸入寄存器由ILE、CS、WR1 控制，DAC 寄存器由WR2、Xref 控制，用軟件指令控制這五個控制端可實(shí)現(xiàn)三種工作方式：直通方式、單緩沖方式、雙緩沖方式。</p><p>　　直通方式是將兩個寄存器的五個控制端預(yù)先置為有效，兩個寄存器都開通只要有數(shù)字信號輸入就立即進(jìn)入D/A 轉(zhuǎn)換。單緩沖方式使DAC0832 的兩個輸入寄存器中有一個處于直通方式，另一個處于受控方式，

60、可以將WR2 和Xfer 相連在接到地上，并把WR1 接到51 的WR 上，ILE 接高電平，CS 接高位地址或地址譯碼的輸出端上。雙緩沖方式把DAC0832 的輸入寄存器和DAC 寄存器都接成受控方式，這種方式可用于多路模擬量要求同時輸出的情況下。三種工作方式區(qū)別是：直通方式不需要選通，直接D/A 轉(zhuǎn)換；單緩沖方式一次選通；雙緩沖方式二次選通。</p><p>　　圖2-11DAC0832引腳</p>

61、;<p>　　3 各硬件部分的連接與接口</p><p>　　3.1 單片機(jī)與直流電機(jī)接口部分</p><p>　　電機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖見圖3-1</p><p>　　圖3-1電機(jī)控制系統(tǒng)組成原理圖</p><p>　　由于本系統(tǒng)主要由主控開關(guān),電機(jī)勵磁電路、調(diào)速電路、測速電路、整流濾波電路、平波電抗器、制動電路組成,系統(tǒng)采用閉

62、環(huán)PI 調(diào)節(jié)器控制。當(dāng)開關(guān)閉合后,交流電經(jīng)晶閘管調(diào)速電路控制后,又經(jīng)過橋式整流、濾波、平波電抗器后,獲得脈沖小、連續(xù)的直流電提供給電機(jī),同時,交流電通過勵磁電路使電機(jī)獲得勵磁,開始工作。調(diào)節(jié)速度經(jīng)過調(diào)節(jié)變阻器進(jìn)行,當(dāng)變阻器阻值變化時,單片機(jī)輸出的控制角也相應(yīng)變化,晶閘管導(dǎo)通角隨之變化,進(jìn)而由主電路輸出電壓調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,同時測速電路輸出電壓也相應(yīng)變化,經(jīng)PI 調(diào)節(jié)器作用后,電機(jī)在設(shè)定的速度范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p

63、>　　其主控電路與觸發(fā)電路具體結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　由于其主控電路示意圖見圖3-2。按下啟動按鈕后,接觸器KM線圈通電, KM 常開觸點(diǎn)閉合,常閉觸點(diǎn)打開,啟動按鈕自鎖,主電路導(dǎo)通, 晶閘管調(diào)速電路通過改變雙向晶閘管控制角的大小來控制交流電輸出,再經(jīng)橋式整流,濾波后,得到直流, 同時,電機(jī)通過激磁電路整流后,獲得勵磁,開始工作[。為了限制直流電流脈沖,電路中接入平波電抗器,其并聯(lián)電阻在主電路突然斷

64、電時,為平波電抗器提供放電回路。電動機(jī)激磁由單獨(dú)整流電路供電。</p><p>　　觸發(fā)電路部分，觸發(fā)電路示意圖見圖3-3。電壓經(jīng)變壓器變壓后,得到的電壓經(jīng)過橋式整流電路的整流,由R1 和R2 分壓后,經(jīng)過三極管得到過零點(diǎn)的跳變電壓。此跳變電壓經(jīng)過51 單片機(jī)的P1. 2引腳輸入單片機(jī)。51 單片機(jī)通過檢測跳變電壓計算出跳變周期,作為直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的預(yù)設(shè)值。單片機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)值發(fā)出脈沖信號,經(jīng)過51 單片機(jī)的P1. 1

65、口輸出,控制晶閘管的關(guān)斷。圖中單片機(jī)P1. 0接受由測速電機(jī)回饋的電壓脈沖信號,經(jīng)計算后與預(yù)設(shè)值比較,再經(jīng)PI 算法后,把結(jié)果經(jīng)P1. 1輸出,控制晶閘管。</p><p>　　圖3-2主控電路原理</p><p>　　圖3-3觸發(fā)電路原理</p><p>　　根據(jù)以上電機(jī)的各部分電路的構(gòu)造原理，我們接下來再考慮電機(jī)與單片機(jī)接口的通信連接。在構(gòu)思設(shè)計的同時也要考慮硬

66、件的最大利用率，本次課設(shè)可以先在電腦上進(jìn)行模擬仿真這樣就能提高設(shè)計的效率以及電路的可行性。而且在仿真的過程中非常方便進(jìn)行電路修改又可以達(dá)到很好的效果。因此通過使用Protues對硬件電路精心設(shè)計并對該電路進(jìn)行仿真調(diào)試，用脈沖形式代替光電耦合管測取轉(zhuǎn)速，再與單片機(jī)進(jìn)行通信連接，可如下圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4光電耦合器與電機(jī)連接</p><p>　　3.2單片機(jī)與LCD顯示

67、模塊通信接口部分</p><p>　　本次課程設(shè)計只用到了串行方式進(jìn)行轉(zhuǎn)速顯示。但是在與單片機(jī)相連接線的時候依然把其他的數(shù)據(jù)引腳連接在單片機(jī)的P1端口，具體的接線法可以在P2端口體現(xiàn)如圖3.5所示。仿真的接線法在仿真軟件中能夠很好的模擬出來，而課設(shè)所用的實(shí)驗(yàn)箱卻是天皇教儀內(nèi)部已經(jīng)有固定的焊接點(diǎn)。對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試時只有接P1口就行具體接法為引腳CS連接 P1.0、引腳STD連接單片機(jī)的P 1.1、引腳SCLK連接P1

68、.2、引腳PSB連接P1.3、引腳RES 連接P1.4。</p><p>　　圖3-5顯示器引腳與單片機(jī)連接</p><p>　　3.2各部分硬件結(jié)合原理及構(gòu)造</p><p>　　各部分硬件連接按照以下原理圖3-6</p><p>　　圖3-6硬件連接原理圖</p><p>　　其實(shí)際的連接接口圖如下圖3-7&l

69、t;/p><p>　　圖3-7各部分硬件結(jié)合電路圖</p><p><b>　　4 軟件程序設(shè)計</b></p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計的總體概述</p><p>　　軟件部分可由1個主程序、3個中斷子程序和1個P ID算法子程序組成。主程序是一個循環(huán)程序,其主要思路是,先設(shè)定好速度初始值,這個初始值與測速電路送來的

70、值相比較得到一個誤差值,然后用P ID 算法輸出控制系數(shù)給PWM發(fā)生電路改變波形的占空比,進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其程序流程圖如圖4-1所示。系統(tǒng)的軟件控制算法主要采用了PI 控制算法。其增量式控制算法為:</p><p>　　Td ( k) = Td ( k - 1) + a0 e ( k) - a1 e ( k - 1) = Td ( k - 1) + 0. 84 e ( k) - 0. 63 e ( k - 1

71、)</p><p>　　a0= Kp (1 +TI / Ti)</p><p>　　其中a1 = Kp , Kp 為控制器比例系數(shù), TI 為積分時間常數(shù), Ti 為采樣周期。程序流程圖見圖4-2?！?lt;/p><p>　　PI算系法統(tǒng)的控制算法主要采用了PI控制算法。其控制算法為:</p><p>　　u ( t) = Kp [ e ( t)

72、 +1/Ti t0∫e( t) dt ]</p><p>　　其中: Kp 為比例系數(shù), Ti 為積分系數(shù)。若單片機(jī)的采樣周期為T,則上式可近似為:</p><p>　　u ( k) = Kp [ e ( k) +T/Ti∑e ( j) ] = Kp e( k) + KiΣe(j)T</p><p>　　上式即為位置式P I控制算法。這里我們采用其增量式控制算法,

73、根據(jù)遞推原理可得:</p><p>　　u ( k - 1) = Kp e ( k - 1) + Ki Σe ( j) T</p><p>　　則增量式控制算法為:</p><p>　　Δu ( k) = u ( k) - u ( k - 1) = Kp [ e ( k) - e ( k - 1) ] + Ki e ( k)</p><p>

74、　　其中: Kp 為控制器比例系數(shù), Ki 為積分時間常數(shù)。由于系統(tǒng)采用了比例積分調(diào)節(jié)器(簡稱PI調(diào)節(jié)器) ,使系統(tǒng)在擾動的作用下, 通過P I調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到靜態(tài)無差,從而實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)無差。無靜差調(diào)速系統(tǒng)中,比例積分調(diào)節(jié)器的比例部分使動態(tài)響應(yīng)比較快(無滯后) ,積分部分使系統(tǒng)消除靜差。</p><p>　　INT0服務(wù)子程序該程序首先清軟件計數(shù)器,然后判斷T0 是否進(jìn)入定時狀態(tài),如果是則對光電編

75、碼盤發(fā)出有脈沖進(jìn)行計數(shù),否則起動T0 后再對PLG進(jìn)行計數(shù)。如圖4-3所示。T0 中斷服務(wù)程序在外部中斷服務(wù)程序中,當(dāng)T0 定時時間到了以后,就進(jìn)入此程序。具體流程如圖4-4所示。INT1服務(wù)程序在T0 服務(wù)程序中,當(dāng)INT1端子接受下降沿時就進(jìn)入此程序。關(guān)掉外部中斷1,并且使定時器1停止計數(shù),保存計數(shù)值。如圖4-5所示。在單片機(jī)的設(shè)計過程中，只有知道現(xiàn)有的硬件連接才能進(jìn)行軟件設(shè)計與調(diào)試。沒有硬件的程序是毫無意義的。因此為了達(dá)到課程設(shè)計

76、所需的要求，又根據(jù)硬件的條件及接線法進(jìn)行了如圖4-6所示的編寫程序步驟。</p><p>　　圖4-1主程序流程 圖4-2中斷程序</p><p>　　圖4-3中斷程序 圖4-4PI算法調(diào)用程序圖 4-5中斷程序</p><p>　　圖4.1 軟件總體設(shè)計流程圖</p><p>　　4.

77、2系統(tǒng)各部分軟件設(shè)計的思路</p><p>　　PWM軟件實(shí)現(xiàn)方式：</p><p>　　方案一：采用定時器做為脈寬控制的定時方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個us。</p><p>　　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。但是基于不占用定時器資源，且對于直流電機(jī)，采用軟件延時所產(chǎn)生的定時誤差在允

78、許范圍，故采用方案二。</p><p>　　鍵盤向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過P2.0與P2.1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)過信號放大、光耦傳遞，驅(qū)動H型橋式電動機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)通過LED顯示出來。電動機(jī)所處速度級以速度檔級數(shù)顯示。正轉(zhuǎn)時數(shù)字向右移動，反轉(zhuǎn)時數(shù)字向左移動。移動速度分7檔，快慢與電動機(jī)所處速度級快慢一一對應(yīng)。每次電動機(jī)啟動后

79、開始計時，停止時LED顯示出本次運(yùn)轉(zhuǎn)所用時間，時間精確到0.1s。在本次課設(shè)所用程序中需要使用到速度測取和計算問題。因此為了能更加準(zhǔn)確測得直流電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，特意運(yùn)用了我們所了解數(shù)字測速法來換算速度。在此對在這幾種測速方法進(jìn)行比較。這樣就可以得到此次課程設(shè)計所要選擇的最佳方案。本系統(tǒng)編程部分工作采用匯編語言完成，采用模塊化的設(shè)計方法，與各子程序做為實(shí)現(xiàn)各部分功能和過程的入口，完成鍵盤輸入、按鍵識別和功能、PWM脈寬控制和LCD顯示等部

80、分的設(shè)計。</p><p>　?、貾WM脈寬控制：本設(shè)計中采用軟件延時方式對脈沖寬度進(jìn)行控制，延時程序函數(shù)如下：</p><p>　　void delay(unsigned char dlylevel){</p><p>　　int i=50*dlylevel;</p><p>　　while(--i);}</p><p&

81、gt;　　此函數(shù)為帶參數(shù)DLYLEVEL，約產(chǎn)生DLYLEVEL*400us的延時，因此一個脈沖周期可以由高電平持續(xù)時間系數(shù)hlt和低電平持續(xù)時間系數(shù)llt組成，本設(shè)計中采用的脈沖頻率為25Hz，可得hlt+llt=100，占空比為hlt/(hlt+llt)，因此要實(shí)現(xiàn)定頻調(diào)寬的調(diào)速方式，只需通過程序改變?nèi)肿兞縣lt，llt的值，該子程序流程圖如圖四。</p><p>　?、谥袛嗵幚碜映绦颍翰捎弥袛喾绞?，按下鍵

82、，單片機(jī)P3.2腳產(chǎn)生一負(fù)跳沿，響應(yīng)該中斷處理程序，完成延時去抖動、鍵碼識別、按鍵功能執(zhí)行。</p><p>　　調(diào)速檔、持續(xù)加/減速：調(diào)速檔通過（0-6）共七檔固定占空比，即相應(yīng)檔位相應(yīng)改變hlt，llt的值，以實(shí)現(xiàn)調(diào)速檔位的實(shí)現(xiàn)。而要實(shí)現(xiàn)按住加/減速鍵不放時恒加或恒減速直到放開停止，就需在判斷是否松開該按鍵時，每進(jìn)行一次增加/減少1%占空比（即hlt++/--;llt--/++）,其程序流程圖如圖五。<

83、/p><p>　?、埏@示子程序：利用數(shù)組方式定義顯示緩存區(qū)，緩存區(qū)有8位，分別存放各個LED管要顯示的值。顯示子程序?yàn)橐粠⒆映绦颍瑓?shù)為顯示緩存的數(shù)組名，通過for(i=0;i<8;i++)方式對每位加上位選碼，送到P0口并進(jìn)行一兩毫秒延時。</p><p>　　該顯示子程序只對各個LED管分別點(diǎn)亮一次，因此在運(yùn)行過程中，每秒執(zhí)行的次數(shù)不應(yīng)低于每秒24次。</p><

84、;p>　?、芏〞r中斷處理程序：采用定時方式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。對定時器置初值3CB0H可定時50ms，即系統(tǒng)時鐘精度可達(dá)0.05s。當(dāng)50ms定時時間到，定時器溢出則響應(yīng)該定時中斷處理程序，完成對定時器的再次賦值，并對全局變量time加1，這樣，通過變量time可計算出系統(tǒng)的運(yùn)行時間。</p><p>　　對于一個數(shù)的顯示，先應(yīng)轉(zhuǎn)成BCD碼，即取出每一個位，分別送

85、入顯示緩存區(qū)，對于轉(zhuǎn)BCD的算法，應(yīng)對一個數(shù)循環(huán)除10取模，直至為0，程序如下：</p><p>　　do{dispbuff[bcd_p]=bechange%10; //dispbuff為顯示緩沖區(qū)數(shù)組</p><p>　　bcd_p++;}while(bechange/=10) //disp_p為數(shù)組指針</p><p><b>　　軟件設(shè)計中的特

86、點(diǎn):</b></p><p>　　1、 對于電機(jī)的啟停，在PWM控制上使用漸變的脈寬調(diào)整，即開啟后由停止勻加速到默認(rèn)速度，停止則由于當(dāng)前速度逐漸降至零。這樣有利于保護(hù)電機(jī)，如電機(jī)運(yùn)用于小車上，在啟動上采用此方式也可加大啟動速度，防止打滑。</p><p>　　2、 對于運(yùn)行時間的計算、顯示。配合傳感器技術(shù)可用于計算距離，速度等重要的運(yùn)行數(shù)據(jù)。</p><p&

87、gt;　　3、采用中斷方式，不必使程序?qū)︽I盤反復(fù)掃描，提高了程序的效率。</p><p>　　5 系統(tǒng)的調(diào)試與現(xiàn)象分析</p><p>　　1）系統(tǒng)各跳線器處在初始設(shè)置狀態(tài)。</p><p>　　用導(dǎo)線連接直流電機(jī)模塊的PulseOut 到CPU 模塊的P35；</p><p>　　用導(dǎo)線連接并行數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的CS_0832 到CPU 模塊的

88、8000H；</p><p>　　并行數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的VOUT 端口接直流電機(jī)模塊的V-DCmotor。</p><p>　　連接并行模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的CS_0809、EOC 到CPU 模塊的8001、P32；</p><p>　　連接并行數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的CS_0832 到CPU 模塊的8002H；</p><p>　　并行數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的VOUT 端

89、口接入示波器，示波器接地端接電源開關(guān)處的地端。電位器模塊的輸出端接并行模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的IN-0；并行模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的Vref 接＋5V 電源；</p><p>　　CPU 模塊的P10、P11 接串行靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊DIN、CLK。JT2B 跳線器的兩只短路帽置位上端，用導(dǎo)線對應(yīng)連接液晶顯示模塊的RS、R/W、E、PSB、RST 到CPU 模塊的P10～P14。</p><p>　　2）用萬用

90、表測量“-Vref”端的電壓，手動調(diào)節(jié)電位器RW3D，把-Vref 電壓調(diào)到-2.5V。</p><p>　　3）啟動PC 機(jī)，打開THGMW-51 軟件，輸入源程序，并編譯源程序。編譯無誤后，下載程序運(yùn)行。</p><p>　　4）直流電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn), LCD 將顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速（單位為轉(zhuǎn)/秒）。觀察直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，若干秒后，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速慢慢下降到運(yùn)行速度，以程序設(shè)定的速度±1 轉(zhuǎn)/

91、秒運(yùn)行(樣例程序中轉(zhuǎn)速默認(rèn)為40 轉(zhuǎn)/秒)。</p><p>　　圖5-1給出了該系統(tǒng)速度時間相應(yīng)曲線,可以看出該系統(tǒng)啟動較快,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,機(jī)械強(qiáng)度較高。在t0 時刻系統(tǒng)突加擾動的情況下,可以在短時間內(nèi)調(diào)整到初始速度,顯示了良好的抗干擾能力,體現(xiàn)出了PI 閉環(huán)調(diào)節(jié)的優(yōu)越性。經(jīng)實(shí)踐證明,本系統(tǒng)可以滿足</p><p>　　圖5-7電機(jī)轉(zhuǎn)速特性</p><p>　　本系統(tǒng)

92、采用單片機(jī)和驅(qū)動芯片組合設(shè)計步進(jìn)電機(jī)控制電路,實(shí)踐表明,控制效果較好。</p><p>　　該控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計簡單,結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、運(yùn)行可靠、設(shè)計方便;因使用專用驅(qū)動芯片,編制軟件比較簡單。TA8435H為脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動方式的芯片,所以其具有同頻PWM驅(qū)動器的優(yōu)點(diǎn):運(yùn)行頻率高,輸出轉(zhuǎn)矩大,并能消除電磁噪聲等。較好地解決了高低頻運(yùn)行時的一些問題。本控制器可以與反饋檢測環(huán)節(jié)連接,組成閉環(huán)控制系統(tǒng)用于精度和穩(wěn)

93、定性要求較高的控制系統(tǒng)中。設(shè)計出的以51 單片機(jī)作為控制電路的調(diào)速系統(tǒng)中,在中小型直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中具有結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行可靠,調(diào)節(jié)范圍寬,電流連續(xù)性好,響應(yīng)快等特點(diǎn), 轉(zhuǎn)速環(huán)采用PI 控制算法,能有效地抑制轉(zhuǎn)速超調(diào),此單片機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)是一種可行的設(shè)計方案。</p><p>　　一般的控制要求,在普通控制中得以廣泛應(yīng)用。本設(shè)計在硬件上采用了基于PWM技術(shù)的H型橋式驅(qū)動電路，解決了電機(jī)驅(qū)動的效率問題，在軟件上也采用較為

94、合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及算法，提高了單片機(jī)的使用效率，且具有一定的防飛能力。LCD液晶屏能表達(dá)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速進(jìn)行顯示。而且本設(shè)計采用AT89C51單片機(jī)和雙H橋驅(qū)動對直流電機(jī)調(diào)速進(jìn)行設(shè)計，通過占空比的調(diào)節(jié)，驅(qū)動口電壓的改變及顯示控制，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速或方向發(fā)生變化，并在LCD上即時顯示所調(diào)占空比(高低電平之比)的數(shù)值。經(jīng)驗(yàn)證，電機(jī)可以從中速開始變慢，直至停止，再從高速逐漸變慢，亦可轉(zhuǎn)向，運(yùn)行穩(wěn)定。對于PWM調(diào)速方式如何在單片機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了

95、著重分析,研究直流電機(jī)的控制和測量方法，提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義，為進(jìn)一步研究和優(yōu)化直流電機(jī)控制方法提供了基礎(chǔ)。設(shè)計所涉及的基于單片機(jī)的電機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，采用了多模塊化協(xié)同控制電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)控制和LCD顯示等功能，具有穩(wěn)定的工作特性。PID控制的采用使電動機(jī)更穩(wěn)定地運(yùn)行在正轉(zhuǎn)加速和減速的運(yùn)動狀態(tài)，提高了以電動機(jī)為動力源的機(jī)械裝置的工作效率</p>

96、<p><b>　　6課設(shè)總結(jié)</b></p><p>　　AT89C51單片機(jī)功能強(qiáng)大，方便今后的功能擴(kuò)展。通過各種方案的討論及嘗試，再經(jīng)過多次的整體軟硬件結(jié)合調(diào)試，不斷地對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。同時對電動機(jī)控制不是一個簡單的電子控制問題，它涉及很多方面的知識。相信單片機(jī)在今后的自動控制領(lǐng)域中將有更廣闊的應(yīng)用前景。相信該系統(tǒng)能成功運(yùn)用于直流電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控，簡化控制邏輯系統(tǒng)，而

97、且成本低廉、功能完整、抗干擾性能好。能成功應(yīng)用于直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、監(jiān)控、保護(hù)場合，并且監(jiān)控界面友好，使用方便。能夠?qū)χ绷麟姍C(jī)實(shí)行實(shí)時監(jiān)控，不僅大大改善了高速運(yùn)行時的穩(wěn)定性，而且還實(shí)現(xiàn)了保護(hù)功能。</p><p>　　通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出要自己去摸索實(shí)踐掌握相關(guān)知識。這樣知識才能掌握的牢固，才是真正的學(xué)到了。開始感覺這個課設(shè)很難，原因在于自己當(dāng)初并沒有仔細(xì)分析各個元器件的工作原理。比如電位器控制三極管的作用。剛開始只想到

98、它的開關(guān)作用，后來再回去查了查資料才發(fā)現(xiàn)自己少想了它還有放大的作用，通過改變集極的電壓就可以改變集電極與發(fā)射極電壓的放大倍數(shù)進(jìn)而改變直流電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。對于LCD的相關(guān)知識，更是掌握的很差。我虛心的請教同學(xué)，去幫助解決。經(jīng)歷過程序的幾次調(diào)試失敗之后才明白什么地方出來問題。在調(diào)試過程中我還遇到BCD碼的轉(zhuǎn)換問題，剛開始只能顯示十六進(jìn)制，后來向同學(xué)請教之后才發(fā)現(xiàn)自己對匯編程序中的一個指令字沒理解透ADDC。起初只考慮到加法沒想到其還有帶進(jìn)

99、位位相加的作用，又經(jīng)過幾個幾番自己的推敲才知道怎么回事了。真是太大意??！但能自己解決問題是最關(guān)鍵的。經(jīng)歷本次課程設(shè)計之后我有很多的收獲：</p><p>　　我明白有好的理論不代表能高效的用在實(shí)踐上，只有通過自己的理解并付諸實(shí)踐才能掌握， 遇到困能時要虛心學(xué)習(xí)，更要靠自己去努力解決。因?yàn)橐院罂赡軟]人像在學(xué)校老師幫助，只有獨(dú)自完成。而且答案可能不只有一種，有了解決的方案時要考慮還有沒有其他方案更簡便，想得到好的結(jié)果

100、，就要反復(fù)推敲和實(shí)踐，想解決問題就必須要能專研，吃苦，有耐心、勤奮、與人團(tuán)結(jié)合作等綜合素質(zhì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]王小明.電動機(jī)的單片機(jī)控制.北京航空航天大學(xué)出版社．2002．</p><p>　　[2]張毅剛．新編MCS--51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計．哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2003，</p&g

101、t;<p>　　[3]邵正芬．基于單片機(jī)的直流凋速系統(tǒng)設(shè)計．東北大學(xué)出版社.2007</p><p>　　[4] 何立民. MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京航空航天大學(xué)出版社, 1995.</p><p><b>　　附錄Ⅰ</b></p><p><b>　　單片機(jī)程序如下：</b></p&g

102、t;<p>　　CS BIT P1.0</p><p>　　STD BIT P1.1</p><p>　　SCLK BIT P1.2</p><p>　　PSB BIT P1.3</p><p>　　RES BIT P1.4</p><p>　　DWEI EOU 20H</p&

103、gt;<p>　　DGAO EOU 21H</p><p>　　START EOU 30H</p><p>　　COM EOU 31H</p><p>　　HDATA EOU 32H</p><p>　　LDATA EOU 33H</p><p>　　ASC EOU 34H</p>

104、<p>　　ORG 0000H</p><p><b>　　LJMP MAIN</b></p><p>　　ORG INITO</p><p>　　ORG 0100H</p><p><b>　　MAIN:</b></p><p>　　MOV SP,#60

105、H</p><p><b>　　CLR RES</b></p><p><b>　　SET RES</b></p><p><b>　　CLR PSB</b></p><p>　　CALL LCDRESET</p><p>　　CALL HZKDI

106、S</p><p><b>　　MAIN1:</b></p><p>　　LCALL ERXING</p><p>　　LCALL HZKDIS2</p><p>　　MOV TL0,#00H</p><p>　　MOV TH0,#4CH</p><p>　　MOV

107、 TH1,#0</p><p>　　MOV TL1,#0</p><p>　　MOV TMOD,#51H</p><p><b>　　SETB ET0</b></p><p><b>　　SETB TR0</b></p><p><b>　　SETB

108、 TR1</b></p><p><b>　　SETB EA</b></p><p>　　CALL CLEAR</p><p>　　JMP MAIN1</p><p><b>　　CLEAR:</b></p><p>　　MOV A,#00H</

109、p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　LCDRESET:</b></p><p>　　LCALL DL1MS</p><p>　　MOV START,#0F8H</p><p>　　MOV COM,#30H</p><p&