本科毕业论文---基于pwm控制的直流电动机调速系统设计正文.doc

毕 业 论 文 （设 计）题目：基于PWM控制的直流电动机调速系统设计本科生毕业论文（设计）评语（一）姓名学号专业班级总成绩毕业论文（设计）题目：基于PWM控制的直流电动机调速系统设计答辩委员会评语答辩成绩主任签字： 年 月 日答辩委员会成员签字学部毕业论文（设计）领导小组意见组长签字： 年 月 日 学部公章黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（二）姓名学号专业班级毕业论文（设计）题目：基于PWM控制的直流电动机调速系统设计指导教师评语指导教师成绩指导教师签字： 年 月 日黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（三）姓名学号专业班级毕业论文（设计）题目：基于PWM控制的直流电动机调速系统设计评阅教师评语评阅教师成绩评阅教师签字： 年 月 日黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）任务书姓名学号专业班级毕业论文（设计）题目：基于PWM控制的直流电动机调速系统设计毕业论文（设计）的立题依据直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转。本课题的目的是要设计一种基于PWM控制的直流电动机调速系统，利用STC 89C52单片机控制PWM信号，从而实现电压的改变，最后控制直流电动机进行调速。主要内容及要求1. 选择STC89C52单片机为控制芯片。2. 采用PWM方式控制直流电动机进行调速。3. 转速采用LCD显示。4. 应用C语言进行软件编程。进度安排 2011-12-20 2012-01-20 查阅资料，方案论证，系统设计 2012-01-21 2012-03-31 软硬件设计及调试 2012-04-01 2012-05-18 撰写论文，准备答辩 学生签字： 指导教师签字：年 月 日黑龙江东方学院本科毕业论文（设计）基于PWM控制的直流电动机调速系统设计摘 要 近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，为满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，对直流电机调速提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足实际应用的要求，通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。本论文主要研究了利用STC 89C52单片机控制PWM信号从而实现对电压改变最后控制直流电机进行调速，并且通过单元模块电路分析了整个系统的工作原理。以C语言进行软件编写，通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，单片机根据程序进行操作，进一步控制了H桥电路的输入信号，而测速系统把电机转速反馈给单片机通过按键控制其转速，LCD把转速显示出来，从而实现电动机的调速、变向等功能，这种设计方法的电路简单，具有操作简单、非常实用前景和价值。关键词：直流电机；STC89C52；PWM调速；L298；LCD1602IIIPWM DC motor control system designAbstractIn recent years, with advances in technology, the DC motor has been more widely used, DC has excellent speed characteristics, speed is smooth, convenient, wide speed range, overload, able to withstand frequent impact loads,can achieve frequent Promise fast start, brake and reverse, you need to meet a variety of special requirements of the production process automation systems, the higher requirements of the DC motor, change the armature circuit resistance speed, changing the voltage governorthe technology has been far from satisfying the requirements of modern technology, which came into being through PWM control of DC motor speed control.In this thesis, the STC 89C52 control PWM signal in order to achieve the final control of DC motor speed control, and the whole system works through the unit module circuit voltage change. In this thesis, software written in C language, the PWM signal duty cycle adjust by software programming, microcontroller according to the procedures, to further control the input signal of the H-bridge circuit, velocimetry system, the motor speed feedback to the microcontroller through the button control its speed, the LCD, the speed is displayed, enabling the motor speed, and change the function to such as simple circuit of this design method is simple, very practical prospects and value.Keywords：DC motor; STC89C52; the PWM speed control; L298; the LCD1602目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 开发背景11.2 国内外研究趋势21.3 技术要求及工作内容3第2章 直流电机调速系统总体设计42.1 系统总体框图设计42.2 PWM调速原理42.3 PWM调速方法52.4 PWM控制流程图52.5 各模块作用52.6 本章小结5第3章 系统硬件设计63.1 单片机控制模块63.1.1 STC89C52的简介73.1.2 STC89C52主要性能73.2 电机驱动模块83.3 液晶显示模块113.4 独立式键盘控制模块133.5 电机测速模块143.6 本章小结15第4章 系统软件设计164.1 主程序流程图164.2 定时器中断程序流程图164.3 独立式键盘控制流程图174.4 系统仿真调试194.4.1 仿真结果分析204.5 本章小结22结 论23参考文献24附 录25致 谢34 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计）基于PWM控制的直流电动机调速系统设计第1章 绪论1.1 开发背景当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用，无论是在工农业生产、交通运输、国防、航天航空、医疗卫生、商务与办公设备、还是在日常生活中的家用电器都大量使用着各式各样的电气传动系统，其中许多系统有调速的要求：如车辆、电梯、机床、造纸机械等等。为了满足运行、生产、工艺的要求往往需要对另一类设备如风机、水泵等进行控制：为了减少运行损耗，节约电能也需要对电机进行调速1。电机调速系统由控制部分、功率部分和电动机三大要素组成一个有机整体。各部分之间的不同组合，可构成多种多样的电机调速系统。三十多年来，直流电机传动经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代2。随着微控制器尤其是脉宽调制 PWM 专门控制芯片的飞速发展，其对电机控制方面的应用起了很重要的作用，为设计性能更高的直流控制系统提供了基础。本文对基于PIC单片机的直流电机 PWM 调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了单闭环直流 PWM调速系统的数学模型。用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速闭环调速系统的控制。在微机控制方面，讨论了显示、PWM、光电编码盘测速的原理,并给出了软、硬件实现方案。该方案以驱动芯片与一些外围电路。通过实时测试，调节电动机的转速，此调速系统可获得快速、精确的调速效果。1.2 国内外研究趋势直流电气传动系统中需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下几种：第一，最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向直流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行，设备制造方便，价格低廉。但缺点是效率低、不能在较宽范围内平滑调速，所以目前极少采用。第二，三十年代末，出现了发电机电动机(也称为旋转变流组)，配合采用磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制器件，可获得优良的调速性能，如有较宽的调速范围(十比一至数十比一)、较小的转速变化率和调速平滑等3。特别是当电动机减速时，可以通过发电机非常容易地将电动机轴上的飞轮惯量反馈给电网，这样，一方面可得到平滑的制动特性，另一方面又可减少能量的损耗，提高效率。但发电机电动机调速系统的主要缺点是需要增加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助励磁设备，因而体积设备较多、体积大、费用高、效率低、安装需要地基、运行有噪声、维修困难等。第三，自出现汞弧变流器后，利用汞弧变流器代替上述发电机电动机系统，使调速性能指标又进一步提高。特别是它的系统快速响应性是发电机电动机系统不能比拟的。但是汞弧变流器仍存在一些缺点:维修还是不太方便，特别是水银蒸汽对维护人员会造成一定的危害等。第四，1957年，世界上出现了第一只晶闸管，与其它变流元件相比，晶闸管具有许多独特的优越性，因而晶闸管直流调速系统立即显示出强大的生命力4。由于它具有体积小、响应快、工作可靠、寿命长、维修简便等一系列优点，采用晶闸管供电，不仅使直流调速系统经济指标上和可靠性有所提高，而且在技术性能上也显示出很大的优越性。晶闸管变流装置的放大倍数在10000以上，比机组(放大倍数10)高1000倍，比汞弧变流器(1000)高10倍;在快速响应性上，机组是秒级，而晶闸管变流装置为毫秒级5。因此，目前在直流调速系统中，除某些特大容量的设备而且供电电路容量较小的情况下，仍有采用机组供电、晶闸管励磁系统以外，几乎绝大部分都已改用晶闸管相控整流供电了。PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展，到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术6。直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 随着微电子技术的发展，微机功能的不断提高以及电力电子、计算机控制技术的发展，电气传动领域出现了以微机为核心的数字控制系统。计算机的发展可以使复杂的控制规律较方便的实现，以计算机为核心的数字控制技术成为自控领域的主流，也给直流电气传动的发展注入了新的活力，使电气传动进入了更新的发展阶段。1.3 技术要求及工作内容本系统主要是利用单片机的定时器产生PWM脉冲通过驱动电路进行直流电机调速，键盘操纵电机进行停、转、正反转、加速、减速。另一方面通过测速电路把电机的转速送给单片机在通过液晶显示出来，从而可以直观的控制电机转速。系统可以划分为主控电路（单片机STC89C52）、直流电机驱动电路（采用L298设计驱动电路）、液晶显示按键功能电路（LCD1602）、电源电路、测速电路等模块，采用PWM基本原理，以硬件电路为基础，以C语言进行程序编写，只要通过软件编程，单片机根据程序进行控制，调节PWM信号占空比，进一步控制了L298驱动电路的PWM输入信号，从而控制了直流电机的电压，改变电机电压的大小就可以改变电机转动的速度，改变电机电压的方向就可以改变电动机的转动方向，这样就可以实现了单片机控制直流电机调速系统的基本功能，可以通过LCD显示出电机的转速。 -3-黑龙江东方学院本科毕业论文（设计）第2章 直流电机调速系统总体设计2.1 系统总体框图设计方案说明：直流电机PWM调速系统以STC89C52单片机为控制核心，由命令输入模块、测速系统模块、LED显示模块及电机驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给L298直流电机驱动芯片发送PWM波形，测速系统把反馈数据给单片机，完成电机正，反转和急停控制；同时单片机不停的将测得转速送到LCD完成实时显示7。直流电机调速系统总体框图见图2-1。独立键盘输入LED显示转速STC89C52L289电机驱动直流电机测速系统 图2-1 系统总体框图2.2 PWM调速原理PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”。图2-2 占空比示意图如图2-2所示：设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D= t1 / T，则电机的平均速度为Va = Vmax * D，其中Va指的是电机的平均速度；Vmax 是指电机在全通电时的最大速度；D = t1 / T是指占空比。由上面的公式可见，当我们改变占空比D = t1 / T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的8。严格来说，平均速度Vd 与占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。2.3 PWM调速方法采用定时器做为脉宽控制的定时方法。如果采用软件延时方法，此方法在精度上不及定时器，特别是在引入中断后，将有一定的误差。2.4 PWM控制流程图在本设计中PWM脉冲调制的控制流程见图2-3。电机转速、转向、急停处理PWM输入L298电机驱动进行脉冲处理程序控制单片机输出PWM脉冲STC89C52控制开始结束 图2-3 PWM脉冲调制的控制流程图 2.5 各模块作用 本设计主要模块由命令输入模块、电机驱动模块、独立键盘模块、测速系统模块、LCD显示模块几部分组成。命令输入模块主要是由STC89C52为核心产生PWM波形，改变输出电压从而控制直流电机的转速。电机驱动模块是用来驱动直流电机。独立键盘模块是控制电机停、转、正反转、加速、减速。测速系统模块在本设计采用的是红外传感器（由红外线发射管、红外线接收管构成的红外计数电路）组成的能把直流电机实时转速反馈给单片机。LCD显示模块时把测速模块得来的数据在LCD显示屏上显示出来。2.6 本章小结 本章主要介绍了系统的总体思路、框架。PWM的工作原理和调速方法，PWM是通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，本系统主要是由命令输入模块、电机驱动模块、独立键盘模块、测速系统模块、LCD显示模块几部分组成。第3章 系统硬件设计本设计硬件模块主要采用STC89C52控制模块、L298电机驱动模块、LCD1602液晶显示模块、独立键盘控制模块、测速系统模块。3.1 单片机控制模块直流电机调速系统的控制模块图3-1。 图3-1直流电机调速系统的控制模块图这里利用定时计数器让单片机P3口的P3.4引脚输出占空比不同的方波，然后经驱动芯片L298放大后控制直流电机。驱动芯片的输入电压是两引脚的电压差，在调速时一根引脚线为低电平，另一个引脚产生调速方波，这样两个引脚的电压差就可通过控制其中一个引脚来控制。当需要改变电机转动方向时，两个引脚的输出相反。定时计数器10us中断一次，就使P3.4产生一个高电平或低电平。占空比为高电平脉冲个数占一个周期总脉冲个数的百分数。一个周期加在电机两端的电压为脉冲高电压乘以占空比。电机的平均速度等于在一定的占空比下电机的最大速度乘以占空比。当我们改变占空比时，就可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。精确的讲，平均速度与占空比并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似看成线性关系。3.1.1 STC89C52的简介在常用的89系列的单片机中，51系列只有4K字节的在系统可编程Flash存储器，128字节RAM。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，它是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，操作方便，引脚也充足，而且STC89C52，支持ISP串口下载，使得STC89C52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。3.1.2 STC89C52主要性能 图3-2 STC89C52STC89C52主要功能特性如下：1兼容MCS51指令系统；28k可反复擦写(大于1000次）Flash ROM； 332个双向I/O口； 4256x8bit内部RAM； 53个16位可编程定时/计数器中断； 6时钟频率0-24MHz； 72个串行中断，可编程UART串行通道； 82个外部中断源，共8个中断源； 92个读写中断口线，3级加密位； 10低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能； 11有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式。我们通过编写程序来控制单片机执行相应的指令，从而实现对指定电路的控制。STC 89C52编程前，要设置好地址、数据及控制信号， 编程方法如下： 1.在地址线上加上要编程单元的地址信号。 2在数据线上加上要写入的数据字节。 3激活相应的控制信号。 4在高电压编程方式时，将EA/Vpp 端加上+12V 编程电压。 5 每对Flash 存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG 编程脉冲。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms。重复15 步骤，改变编程单元的地址和写入的数据，直到全部文件编程结束。3.2 电机驱动模块电机驱动模块采用的是L289芯片。L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。（1）L298内部的原理图 L298内部结构见图3-3。 图3-3 L298内部结构 （2）L298内部H桥驱动电路电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H如图3-4。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠。如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 图3-4 H桥驱动电路要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图3-5所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。图3-5 H桥驱动电机顺时针转动图3-6所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。 图3-6 H桥驱动电机逆时针转动驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管9。基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。（3）L298的逻辑功能当使能端为高电平时，输入端IN1为PWM信号，IN2为低电平信号时，电机正转；输入端IN1为低电平信号，IN2为PWM信号时，电机反转；IN1与IN2相同时，电机快速停止。当使能端为低电平时，电动机停止转动。详细逻辑见表3-1。表3-1 L298的逻辑功能IN1XIN2XENA0电机状态停止100101011100顺时针逆时针停止停止（4）单片机与L298的连接 单片机和L298连接如图3-7。图3-7单片机和L298连接3.3 液晶显示模块显示模块采用的是LCD1602。（1）LCD1602液晶的结构如图3-8所示。 图3-8 LCD1602液晶的结构LCD1602主要技术参数： 显示容量：162个字符芯片工作电压：4.55.5V 工作电流：2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压：5.0V 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号等。（2）LCD1602液晶主要接口第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。（2）单片机与LCD的连接（E,RW,RS）控制引脚接P3口，8个数据信号接P1口。VSS接单片机地，VCC接单片机的电源VCC.单片机与LCD连接图见图3-9。图3-9单片机与LCD连接图3.4 独立式键盘控制模块独立式键盘的按键相互独立，每个按键接一根I/O口线，一根I/O口线上的按键工作状态不会影响其它I/O口线的工作状态。因此，通过检测I/O口线的电平状态，即可判断键盘上哪个键被按下，独立式键盘见下图3-10。图3-10独立式键盘独立键盘与单片机连接图见图3-11。图3-11本系统中独立式键盘与单片机的链接3.5 电机测速模块本设计采用的是红外传感器（由红外线发射管、红外线接收管构成的红外计数电路）。产品参数：发射距离、发射角度（15度、30度、45度、60度、90度、120度、180度）发射的光强度、波长。以上决定红外线发射管产品的主要性能及使用范围10。红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的接受入射光线，PN结面积尽量做的比较大，电极面积尽量减小，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。红外线接收二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小，称为暗电流。当有红外线光照时，携带能量的红外线光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子空穴对。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”11。红外线接收二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化见图3-12。 图3-12 红外计数测速电路红外计数电路主要由红外发射和接收电路组成。 红外发射和接收电路：在电动机上安装一对红外发射和接收管， 当电动机转动时，对红外光反射、散射和折射，穿过红外光的光强瞬间减少， 红外接收管导通程度也在瞬间减小， 因而产生一个脉冲信号； 信号放大比较电路：电容拾取脉冲信号后由运放LM324进行放大， 放大倍数为10倍， 再将放大的信号由运放LM324比较后输出标准的低电平脉冲信号， 然后将获得的脉冲信号送到单片机的计数器引脚进行计数， 这样就可以达到计数的目的见图3-13。 图3-13 转速检测示意图3.6 本章小结本章主要介绍的是系统的硬件设计，本系统硬件主要采用STC89C52、L298电机驱动、LCD1602液晶显示、独立键盘控制、红外测速系统。分别介绍了各个硬件的基本资料和功能，在系统中怎么与单片机连接的。第4章 系统软件设计本设计主要模块由命令输入系统、电机驱动系统、独立键盘系统、测速系统系统、LCD显示系统几部分组成。4.1 主程序流程图 主程序描述：首先运行程序主函数main,进行系统初始化，设置定时器工作方式1，开启T1中断，定时10us。然后进行按键查询，本系统有五个按键，加速、减速、正反转、开始、停止/复位12。如果有按键按下，得到相对应的脉冲W，最后利用LCD液晶实时显示转速图图4-1。主函数mIan系统初始化函数init启动中断，设置定时时间采用定时器中断实现脉冲调制查询按键，得到相应的脉冲WLCD液晶显示器显示转速图4-1 主流程图4.2 定时器中断程序流程图定时中断描述：首先启动定时的工作方式为1，开启T1中断，设置定时时间为10us。T为定时个数，每定时一次加1，T最大值100，也就是一个周期时间为1ms。在一个周期内：当T=M时，电机启动，如果T=100，T清零，否则重新进入定时中断。这样按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短13。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。具体流程如图4-2。启动定时器（计数器）工作方式1进入中断重置定时器时间10us，定时器标记T为1电机停止开启中断T1，设置时间为10us电机启动TMT=100T=0YNYN 图4-2 定时器中断程序流程图4.3 独立式键盘控制流程图独立式键盘控制描述：本系统中有五个个独立式按键，K1、K2、K3、K4、K5分别控制着系统的，加速、减速、正反转、急停和复位。系统开始时，检测独立式按键，如有按键按下，则相对应的K=0，然后进入子程序实现按键的功能14。具体流程如图4-3。开始K1=0W+W=0W=0K4=0A=！AW=100W-有键闭合部W=100K2=0W=0K3=0YNYYYNNNNYNY图4-3独立式键盘控制流程图LCD液晶显示流程见图4-4。-18-黑龙江东方学院本科毕业论文（设计）调自定义字库设置DDRAM地址，在第一行显示设置显示数据首地址循环量设置取字符代码N循环完？Y显示第二行，同前结束图4-4 LCD显示流程图4.4 系统仿真调试仿真软件选择Proteus ，在Proteus中画出系统电路图，当程序在Keil C中调试通过后，会生成以hex为扩展名的文件，这就是使系统能够在Proteus中成功进行仿真的文件。4.4.1 仿真结果分析当仿真开始运行时，各个模块处于初始状态。点击右边的独立键盘加速或是减速按钮。显示模块便开始显示数字，然后点击正传或是反转。电机的驱动模块能够实现电机的正转、反转、加速、减速、停止等操作。且改变PWM脉冲时的占空比电机的工作电压改变15。因此，当按键P1.0按下的时候电机开始转动；当P1.1按下的时候电机开始正转，没按下的时候反转；当P1.2按下的时候电机加速，P1.3按下开始减速。从仿真结果可以看出，本设计可以得到预期的仿真效果。初始状态，直流电机有如图4-5运行效果。 图4-5电机运转按下急停键，直流电机有图4-6的停止运行结果。 图4-6电机停转按下加速键，直流电机有图4-7的正向加速运行结果。 图4-7电机正转加速按下反减速键，直流电机有图4-8正向减速运行结果。 图4-8电机反转减速PWM输出波形如下：（1）加速过程波形依次如下图4-9。图4-9电机加速过程波形图（2）减速过程波形如下图4-10。图4-10电机减速过程波形图4.5 本章小结本章讲诉了系统软件设计，包括主程序流程图和各个模块的流程图，最后的系统仿直调试描述了软件的选择及仿直结果分板。 结 论本设计利用STC89C52系列单片机作为控制的核心，由电机驱动模块、独立键盘模块、测速系统模块、LCD显示模块各个模块完成了以单片机为控制核心的硬件设计，完成了输入模块、输出模块以及外围电路等模块的设计。并利用电路图在仿真软件上模拟设计的要求，通过仿真更改和完善总体思路。本系统包括命令输入模块、键盘控制模块、测速系统模块、LED显示模块及电机驱动模块几部分组成，这些模块完成了PWM信号的产生通过驱动模块使电机启动，通过键盘实现开始、停止、正反、加速控制，测速模块把电机的实时转速反馈给单片机最后由显示模块把电机转速通过液晶显示出来。设计的主要的特点是具有单片机电机控制系统硬件电路设计简单，C语言编程简洁，控制电机动作快速，控制范围大等特点。不足的地方主要是如果用功能强大的单片机芯片设