单片机控制直流电机.doc

单片机课程设计
单片机控制直流电动机

姓名：xxx

学号：xxx

专业：xxx

指导老师：xxx

组号：第xxx组

单片机控制直流电机
摘要
随着时代的进步和科技的发展，电机调速系统在工农业生产、交通运输以及日常伤害中起着越来越重要的作用、由于直流电机剧院良好的起、制动性能，宜与在广泛范围内平滑调速。在轧钢机、矿井卷机，挖掘机、金属切削机床、金属切削机床、造纸机高层电梯等领域中得到广泛应用。长期以来，由于直流调速系统的性能指标优于交流调速系统。
PWM控制技术就是以该结论为理论基础，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各种脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压大小，也可以改变输出频率。
PWM控制技术及其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。
由于必须在工作期间改变直流电机的速度，直流电机的控制是一个较困难的问题。直流电机高效运行的最常见方法是施加一个 PWM（脉宽调制）方波，其占空比对应于所需速度。电机起到一个低通滤波器作用，将PWM信号转换为有效直流电平。特别是对于微处理器驱动的直流电机，由于PWM信号相对容易产生，这种驱动方式使用的更为广泛。
设计要求
采用单片机设计一个控制直流电机并测量转速的装置。单片机扩展有A/D转换芯片ADC0809和D/A转换芯片DAC0832。
（1）通过改变A/D输入端可变电阻来改变A/D的输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电机的转速。
（2）手动控制。在键盘上设置两个按键—直流电动机加速键和直流电机减速键。在手动状态下，每按一次键，电机的转速按照约定的速率改变。
（3）键盘列扫描（4 ´ 6）。
实验原理
与步进电机类似，直流电机也可精确地控制旋转速度或转矩。
直流电机是通过两个磁场的互作用产生旋转。其结构如下页图所示，固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。
定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X 两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。

直流电机的速度与施加的电压成正比，输出转矩则与电流成正比。由于必须在工作期间改变直流电机的速度，直流电机的控制是一个较困难的问题。
直流电机高效运行的最常见方法是施加一个 PWM（脉宽调制）方波，其占空比对应于所需速度。电机起到一个低通滤波器作用，将PWM信号转换为有效直流电平。特别是对于微处理器驱动的直流电机，由于PWM信号相对容易产生，这种驱动方式使用的更为广泛。
利用直流电机的速度与施加电压成正比的原理，通过滑动变阻器向ADC0809输入控制电压信号，经AD后，输入到AT89C51中，AT89C51将此信号转发给DAC0832，通过功放电路放大后，驱动直流电机。
设计方案
1.系统控制电路
采用STC89C52单片机由软件产生脉冲调制信号，来对直流电机进行控制。
2.电机控制电路
采用由三极管搭成的H型桥电路来控制电机的转动。
3.键盘电路
采用行式键盘实现电机转速的加速减速以及正反转的控制，在手动状态下，每按一次，其转速相应发生改变。
4.显示电路
采用LM016L对电机运动状态进行显示。
系统组成框图
系统总组成框图以STC89C52为主控芯片，采用桥式电路对直流电机驱动，如下所示：
H型桥式驱动电路
直流电机
单片机主控电路
键盘控制电路

硬件电路设计
1.键盘控制电路
按下DEC按钮，电机转速降低；按下INC按钮，电机转速增加。

2.单片机主控电路图
该部分电路主要由STC89C52主控芯片和晶振组成。STC89C52芯片是低功耗8位CMOS微处理器，提供串口程序下载口。它主要有以下几个特点：256字节的RAM；4KB的ROM；32个通用I/O口线，为用户提供了丰富的I/O口资源；32个通用工作寄存器；2个定时器/计数器；具有6个中断源；4.0~5.5V的工作电压等。
晶振给单片机正常工作提供稳定的信号。

3.H型桥式电机驱动电路
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，只须导通对角线上的一对三极管。

在此设计中用到的完整的驱动电路如下：

主控程序
程序流程

开始

取反控制方向位
减速
加速
消去TF0，重装初值
方向控制按键
复位还原按键
加速控制按键
减速控制按键
主控程序
系统初始化

总仿真电路图

程序清单
1.主程序
#include "AT89X51.h"
#include <intrins.h>
#include <stdio.h>
#include "led.h"
#include "uart.h"
#include "timer0.h"
#include "timer1.h"
#include "common.h"
#include "ADC0831.h"
#include "lcd1602.h"
#include "keyboard.h"
#include "ISR.h"
#include "DaType_Change.h"
#define DcMotor_Direction_P
uChar8 code *String1 = "DC Motor Control";
uChar8 code *String2 = "pwm: /100";
uChar8 PWM_buff[3];
void main(void)
{
LCD_Init();
timer0_Init();
timer1_Init();
#ifdef DcMotor_Direction_P
Der1=0;
#else Der1=1;
#endif
LED_Run_EN();
WrStrLCD(0,0,String1);
WrStrLCD(1,0,String2);
while(1)
{
key_Process(); //按键处理子程序
Char_To_Str(PWM_duty, &PWM_buff[0]); //液晶显示子程序
WrStrLCD(1,4,&PWM_buff[0]);
}
}

2.子程序
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include <ADC.h>
unsigned char value_converted=0x00;
unsigned char value_AN6=0x00;
unsigned char value_AN7=0x00;
bit end_of_convertion=0;
void ADC_Config(void)
{
ADCF = 0xC0;
ADCLK = 0x06;
ADCON = 0x20;
EA = 1;
EADC = 1;
while(1)
{
ADCON &= ~0x07;
ADCON |= 0x06;
ADCON &= ~0x40;
ADCON |= 0x08;
while(!end_of_convertion);
end_of_convertion=0;
value_AN6=value_converted;
ADCON &= ~0x07;
ADCON |= 0x07;
ADCON &= ~0x40;
ADCON |= 0x08;
while(!end_of_convertion);
end_of_convertion=0;
value_AN7=value_converted;
}
}
void it_Adc(void) interrupt 8
{
ADCON &= ~0x10;
value_converted = ADDH;
end_of_convertion=1;
}
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
#include "adc0831.h"
void ADC_CLK(void)
{
adcclk=1;
_nop_();
adcclk=0;
_nop_();
}
uChar8 Read_ADC(void)
{
uChar8 i;
bit temp = ADC_Val^0;
adccs=0;
ADC_CLK();
while(adcdo);
for (i=0; i<8; i++)
{
ADC_CLK();
ADC_Val = (ADC_Val<<1)|adcdo;
}
adccs=1;
return(ADC_Val);
}
void IntToStr(uInt16 t, uChar8 *str, uChar8 n)
{
uChar8 a[5];
char i, j;
a[0]=(t/10000)%10; //取得整数值到数组
a[1]=(t/1000)%10;
a[2]=(t/100)%10;
a[3]=(t/10)%10;
a[4]=(t/1)%10;

for(i=0; i<5; i++) //转成ASCII码
a[i]=a[i]+'0';
for(i=0; a[i]=='0' && i<=3; i++); //计算空格（0）数量
for(j=5-n; j<i; j++) //填充空格
{ *str=' '; str++; }
for(; i<5; i++)
{ *str=a[i]; str++; } //加入有效的数字
*str='\0';
}
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………......
#include "beep.h"
sbit beep=P1^4;
void BeepRing(void)
{
beep=0;
DelayMS(100);
beep=1;
DelayMS(100);
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include "DaType_Change.h"

void Char_To_Str(uChar8 Data, uChar8 *str)
{
uChar8 a[4];
uChar8 i,j;

a[0]=(Data/100)%10;
a[1]=(Data/10)%10;
a[2]=(Data/1)%10;

for(i=0; i<3; i++) //转成ASCII码
a[i]=a[i]+'0';
for(i=0; a[i]=='0' && i<3; i++);
for(j=0; j<i; j++) //填充空格
{ *str=' '; str++; }
for(; i<3; i++)
{ *str=a[i]; str++; } //加入有效的数字
*str='\0';
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include"delay.h"
void DelayUS(uChar8 ValUS) //精确延时，18uS+(ValUS-1)*8us
{
for(;ValUS>0;ValUS--)
{;}
}
static void Delay1MS(void)
{
uChar8 i=2,j=199;
do
{
while(--j);
}
while(--i);
}

void DelayMS(uInt16 ValMS)
{
uInt16 uiVal;
for(uiVal=0;uiVal<ValMS;uiVal++)
{
Delay1MS();
}
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include"DS18B20.h"
sbit DQ=P1^0;
void SendDS18B20(uChar8 SendDat)
{
uChar8 i;
for(i=0;i<8;i++)
{
DQ=0;
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //延时4us
if((SendDat&0x01)==0)
DQ=0;
else
DQ=1;
SendDat=SendDat>>1;
DelayUS(5);
DQ=1;
}
}
uChar8 Init_DS18B20(void)
{
uChar8 i;
DQ=0;
DelayUS(61);
DQ=1;
DelayUS(8);
for(i=0;i<100;i++)
{
if(DQ)
break;
}
DQ=1;
DelayUS(11);
return 0xff;
}
uChar8 ReceiveDS18B20(void)
{
uChar8 tmp=0;
uChar8 i;
for(i=0;i<8;i++)
{
tmp=tmp>>1;
DQ=0;
_nop_();_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();_nop_();
DQ=1;
DelayUS(1);
if(DQ)
tmp|=0x80;
DQ=1;
_nop_();_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();_nop_();
}
return(tmp);
}

uInt16 ReadDS18B20(void)
{
union{
uInt16 Data;
uChar8 tmp[2];
}temp;
temp.tmp[1]=ReceiveDS18B20();
temp.tmp[0]=ReceiveDS18B20();
return(temp.Data);
}

uInt16 GetTemper(void)
{
uInt16 Temper;
DQ=1;
Init_DS18B20();
SendDS18B20(0xcc);
SendDS18B20(0xbe);
Temper=ReadDS18B20();
return(Temper);
}
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...
#include "ISR.h"
uInt16 ms_Counter;
uChar8 ucCounter;
uInt16 key_l; //按键低电平计数器
uChar8 key_h; //按键高电平计数器
uChar8 key;
uChar8 kpush;
bit Update_ADC_Flag=0;
void ISR_Ext0(void) interrupt 0
void ISR_timer0(void) interrupt 1
{
TH0=(65535-1000)/255;
TL0=(65535-1000)%255;
if(ms_Counter==PWM_duty)
{
Der2 = 0;
}
ms_Counter++;
if(ms_Counter==PWM_cycle)
{
ms_Counter=0;
if(PWM_duty) Der2 = 1;
}
}

void ISR_timer1(void) interrupt 3
{
TH1=0xFB;
TL1=0x1E;
if((P0&0x0C)==0x0C) {
if((key_l>30)&&(key_l<800)&&(key_h>30)) //释放按键，如果之前按键的时间＜1s，读出键值
{key=kpush;}
if((++key_h)>200) key_h=0; //记录高电平时间
key_l=0;
if(key>0x80) key=0;
}
else
{
kpush=P0&0x0C;
key_l++;
if((key_l>800)&&(key_h>30))
{
key=kpush|0x80;
key_h=0;
key_l=0;
}
}
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include "keyboard.h"
#include "ISR.h"
#include "LED.h"
uChar8 PWM_duty = 50;
uChar8 PWM_cycle = 100; #include "keyboard.h"
#include "ISR.h"
#include "LED.h"
uChar8 PWM_duty = 50;
uChar8 PWM_cycle = 100;
//4*4矩阵式键盘扫描
uChar8 Key_Scan(void)
{
uChar8 code_h,code_l;
P3=0xF0;
if((P3&0xF0)!=0xF0)
{
DelayMS(1);
if((P3&0xF0)!=0xF0)
{
code_h=0xFE;
while((P3&0xF8)!=0xF0)
{
P3=code_h;
if((P3&0xF0)!=0xF0)
{
code_l=(P3&0xF0|0x0F);
return((~code_h)+(~code_l));
}
else code_h=(code_h<<1)|0x01;
}
}
}
return(0);
}

//4*4矩阵式键盘译码
uChar8 Get_Key_Val(uChar8 key_temp)
{
switch(key_temp)
{
case 0x14 : return 1;
case 0x24 : return 2;
case 0x44 : return 3;
case 0x12 : return 4;
case 0x22 : return 5;
case 0x42 : return 6;
case 0x11 : return 7;
case 0x21 : return 8;
case 0x41 : return 9;
default : return 0;
}
}
//按键处理函数
void key_Process(void)
{
switch(key)
{
case 0x08: //KB1键按下
{
if(PWM_duty==100) PWM_duty=100;
else PWM_duty++;
break;
}
case 0x88: //KB1键按下
{
if(PWM_duty==100) PWM_duty=100;
else if(PWM_duty<=90)PWM_duty=PWM_duty+10;
break;
}
case 0x04: //KB2键按下
{
if(PWM_duty==0x00) PWM_duty=0x00;
else PWM_duty--;
break;
}
case 0x84: //KB2键按下
{
if(PWM_duty==0x00) PWM_duty=0x00;
else if(PWM_duty>=10)PWM_duty=PWM_duty-10;
break;
}
default : break;
}
key = 0x1C;
}
uChar8 Key_Scan(void)
{
uChar8 code_h,code_l;
P3=0xF0;
if((P3&0xF0)!=0xF0)
{
DelayMS(1);
if((P3&0xF0)!=0xF0)
{
code_h=0xFE;
while((P3&0xF8)!=0xF0)
{
P3=code_h;
if((P3&0xF0)!=0xF0)
{
code_l=(P3&0xF0|0x0F);
return((~code_h)+(~code_l));
}
else code_h=(code_h<<1)|0x01;
}
}
}
return(0);
}

//4*4矩阵式键盘译码
uChar8 Get_Key_Val(uChar8 key_temp)
{
switch(key_temp)
{
case 0x14 : return 1;
case 0x24 : return 2;
case 0x44 : return 3;
case 0x12 : return 4;
case 0x22 : return 5;
case 0x42 : return 6;
case 0x11 : return 7;
case 0x21 : return 8;
case 0x41 : return 9;
default : return 0;
}
}

//按键处理函数
void key_Process(void)
{
switch(key)
{
case 0x08: //KB1键按下
{
if(PWM_duty==100) PWM_duty=100;
else PWM_duty++;
break;
}
case 0x88: //KB1键按下
{
if(PWM_duty==100) PWM_duty=100;
else if(PWM_duty<=90)PWM_duty=PWM_duty+10;
break;
}
case 0x04: //KB2键按下
{
if(PWM_duty==0x00) PWM_duty=0x00;
else PWM_duty--;
break;
}
case 0x84: //KB2键按下
{
if(PWM_duty==0x00) PWM_duty=0x00;
else if(PWM_duty>=10)PWM_duty=PWM_duty-10;
break;
}
default : break;
}
key = 0x1C;
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include"lcd1602.h"
sbit RS=P0^5;
sbit RW=P0^6;
sbit EN=P0^7;

static void DectectBusyBit(void)
{
P2=0xFF;
RS=0;
RW=1;
EN=1;
DelayMS(1);
while(P2&0x80);
EN=0;
}
void WrComLCD(uChar8 ComVal)
{
RS=0;
RW=0;
EN=1;
P2=ComVal;
DelayMS(1);
EN=0;
}
void WrDatLCD(uChar8 DatVal)
{
RS=1;
RW=0;
EN=1;
P2=DatVal;
DelayMS(1);
EN=0;
}
void LCD_Init(void)
{
WrComLCD(0x38); //16x2行显示，5x7点阵，8位数据接口
DelayMS(1);
WrComLCD(0x38);
WrComLCD(0x01); //显示清屏
WrComLCD(0x06); //光标自增，画面不动
DelayMS(1);
WrComLCD(0x0C); //开显示，关光标并不闪烁
}
void ClearDisLCD(void)
{
WrComLCD(0x01);
DelayMS(1);
}
void WrStrLCD(bit Row,uChar8 Column,uChar8 *String)
{
if(!Row) WrComLCD(0x80+Column);
else WrComLCD(0xC0+Column);
while(*String)
{
WrDatLCD(*String);
String++;
}
}
void WrCharLCD(bit Row,uChar8 Column,uChar8 Dat)
{
if(!Row) WrComLCD(0x80+Column);
else WrComLCD(0xC0+Column);
WrDatLCD(Dat);
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include "led.h"
void LED_Run_EN()
{
LED_Run = 0;
}
void LED_Run_disEN()
{
LED_Run = 1;
}
void LED_Alarm_EN()
{
LED_Alarm = 0;
}
void LED_Alarm_disEN()
{
LED_Alarm = 1;
}
void LED_Flash(void)
{
P0^1 = 0;
DelayMS(1000);
P0^1 = 1;
DelayMS(1000);
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include "SPI.h"
char serial_data;
char data_example=0x55;
char data_save;
bit transmit_completed= 0;
void SPI_Config(void)
{
SPCON |= 0x10; /* Master mode */
SPCON |= 0x82; /* Fclk Periph/128 */
SPCON |= 0x20; /* P1.1 is available as standard I/O pin */
SPCON &= ~0x08; /* CPOL=0; transmit mode example */
SPCON |= 0x04; /* CPHA=1; transmit mode example */
IEN1 |= 0x04; /* enable spi interrupt */
SPCON |= 0x40; /* run spi */
EA=1; /* enable interrupts */
}
void it_SPI(void) interrupt 9 /* interrupt address is 0x004B */
{
switch( SPSTA ) /* read and clear spi status register */
{
case 0x80:
serial_data=SPDAT;
transmit_completed=1;
break;
case 0x10:
break;
case 0x40:
break;
}
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include"timer0.h"
void timer0_Init(void)
{
TMOD=((TMOD&0xF0)|0x01); //定时器0工作在模式1下
//每1mS中断一次
TH0=(65535-1000)/255;
TL0=(65535-1000)%255;
EA=1; //开总中断
ET0=1; //打开定时器0的中断
TR0=1; //启动定时器0
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include "timer1.h"
void timer1_Init(void)
{
TMOD=((TMOD&0X0F)|0x10); //定时器1工作在模式1下
TH1=0xFB;
TL1=0x1E;
EA=1; //开总中断
ET1=1;
TR1=1;
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include"uart.h"
bit bStatusFlag=0;

void UART_Init(void)
{
TMOD&=0x0F;
TMOD|=0x20;
TH1=0xFD;
TL1=0xFD;
ET1=0;
TR1=1;
SCON|=0X50;
}
void UART_SendOneByte(uChar8 uDat)
{
SBUF=uDat;
while(!TI);
TI=0;
}
void UART_SendString(uChar8 *upStr)
{
while(*upStr)
{
UART_SendOneByte(*upStr++);
}
}
uChar8 UART_RecDat(void)
{
static uChar8 uReceiveData;
if(RI)
{
uReceiveData=SBUF;
RI=0;
bStatusFlag=1;
}
return(uReceiveData);
}

课程设计心得体会
这次课程设计虽然时间有限，但在设计的过程中，我对单片机的应用有了更深的了解。同时，单片机控制直流电机及的转速与正反转在生活中的应用非常广泛，通过这次课程设计，也算是将单片机的理论与实践相结合。
在对电动机的转速控制时，我们只需改变输出电压的大小，从而实现电机的加速和减速。在控制电动机的正反转的时候，我们使用了H型桥式电路，当不同对角的电路连通时，就相应的改变电动机的转动方向。课程设计使用了ISIS绘图仿真以及程序的编写，设计的过程中，我对仿真了解更加深，在复习了以前的C语言知识的同时，也熟悉了C语言在单片机编程中的应用。在设计的过程中，也遇到很多问题，在与大家讨论和查阅相关资料后，终于弄明白其中的道理，最终完成整个课程设计。
通过这次课程设计，还让我认识到理论和实践的差距，即使有理论知识，但是动手能力不足，也是不行的。这次的设计调动了对电子知识学习的积极性，锻炼了我的动手能力，学到了很多以前在课本上没有学到的知识。在