【正文】 2 microprocessor and RS232 munication interface, keyboard, 12864 LCD peripheral circuit, constitute a dc motor control system online. Applied to the design of PWM technology to realize the dc motor speed regulation, and through a serial port realize PC online control. The online speed regulation system, are turning, inversion, accelerate, slowing down, stop and other functions, and can realtime display, keyboard Settings, it has certain practical application value. Keywords: singlechip serial munication Level Translators Dc motor Online control PWM technology 廣西科技大學(xué)（籌）畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 IV 目錄 摘 要 ..................................................................... 1 ABSTRACT ................................................................ III 1 緒論 ............................................................... 1 直流電機(jī)概述 ................................................... 1 單片機(jī)概述 ..................................................... 1 脈寬調(diào)制（ PWM）技術(shù) ............................................ 2 課題任務(wù)及工作內(nèi)容 ............................................. 3 2 單片機(jī)直流電機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案 ................................. 4 設(shè)計思路 ....................................................... 4 方案論證與比較 ................................................. 4 系統(tǒng)組成 ....................................................... 5 3 單片機(jī)直流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 ..................................... 6 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) ................................................... 6 系統(tǒng)單元電路設(shè)計 ............................................... 6 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 ........................................ 6 獨(dú)立式鍵盤電路 ............................................ 7 液晶顯示模塊 .............................................. 7 蜂鳴器電路 ................................................ 8 電源電路 .................................................. 8 串口通信電路 .............................................. 9 電機(jī)驅(qū)動電路 ............................................. 10 4 單片機(jī)直流電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 .................................... 11 軟件總體結(jié)構(gòu) .................................................. 11 系統(tǒng)模塊程序設(shè)計 .............................................. 12 初始化模塊程序 ........................................... 12 鍵盤掃描模塊程序 ......................................... 13 液晶顯示模塊程序 ......................................... 15 串口通信模塊程序 ......................................... 15 電機(jī)調(diào)速模塊程序 ......................................... 17 5 系統(tǒng)測試 .......................................................... 18 測試準(zhǔn)備 ...................................................... 18 硬件環(huán)境 ................................................. 18 軟件環(huán)境 ................................................. 18 測試項目 ................................................. 18 測試過程 ...................................................... 18 測試結(jié)果 ...................................................... 19 廣西科技大學(xué)（籌）畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 V 結(jié)束語 ............................................................... 21 致謝 ................................................................. 22 參考文獻(xiàn) ............................................................. 23 附錄 ................................................................. 24 廣西科技大學(xué)（籌）畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 1 1 緒論 直流電機(jī)概述 在現(xiàn)代工業(yè)中，電動機(jī)作為電能轉(zhuǎn)換的傳動裝置被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油化學(xué)、國防等工業(yè)部門中，隨著對生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高和產(chǎn)量的增長，越來越多的生產(chǎn)機(jī)械要求能實(shí)現(xiàn)自動調(diào)速。長 期以來，自動調(diào)速電動機(jī)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動態(tài)特性，現(xiàn)在仍是 大多數(shù)調(diào)速控制電動機(jī)的最優(yōu)選擇 以前電動機(jī)大多使用由模擬電路組成的控制柜進(jìn)行控制，現(xiàn)在單片機(jī)已經(jīng)開始取代模擬電路作為電機(jī)控制器。當(dāng)前電機(jī)控制器的發(fā)展方向越來越趨于多樣化和復(fù)雜化，現(xiàn)有的專用集成電路未必能滿足苛刻的新產(chǎn)品開發(fā)要求，為此可考慮開發(fā)電機(jī)的新型單片機(jī)控制器，因此研究直流電機(jī)的速度控制，有著非常重要的意義。 由于變頻技術(shù)的出現(xiàn)，交流調(diào)速一直沖擊直流調(diào)速，但綜觀全局，尤其是我 國在此領(lǐng)域的現(xiàn)狀，再加上全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，更提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性，直流調(diào)速系統(tǒng)仍將處于十分重要地位。 對于直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求有穩(wěn)速、調(diào)速、加速或減速三個方面，而在工業(yè)生產(chǎn)中對于后兩個要求已能很好地實(shí)現(xiàn)，但工程應(yīng)用中穩(wěn)速指標(biāo)卻往往不能達(dá)到預(yù)期的效果，穩(wěn)速要求即以一定的精度在所需要的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動。 單片機(jī) 概述 隨著單片機(jī)功能的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到了國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，并影響著現(xiàn)代人的生活。單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來 了一次技術(shù)革命。目前，單片機(jī)仍以其高可靠性、高性價比，在工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀器儀表、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和智能家電等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 當(dāng)今時代是一個新技術(shù)層出不窮的時代，在電子領(lǐng)域尤其是自動化智能控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，正以飛快的速度被單片機(jī)智能控制系統(tǒng)所取代。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)包括體積小、功能強(qiáng)、成本低，并且應(yīng)用面廣，可以說智能控制與自動控制的核心就是單片機(jī)。 單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括來講：一塊芯片就是一臺 計算機(jī)。它具有體積小、質(zhì)量輕、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了諸多便利。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解廣西科技大學(xué)（籌）畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 2 計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 現(xiàn)在，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，比如實(shí)時工控、導(dǎo)航系統(tǒng)、智能儀表、家用電器、通訊設(shè)備等。單片機(jī)一旦運(yùn)用在各種產(chǎn)品上面，就可以說是使產(chǎn)品進(jìn)行了升級換代，也可以把產(chǎn)品美其名曰：“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等等。 脈寬調(diào)制（ PWM）技術(shù) 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）是英文 “Pulse Width Modulation” 的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn) 行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定。 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。 PWM 信號仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有 (ON)，要么完全無 (OFF)。電壓或電流源是以 一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進(jìn)行編碼。 多數(shù)負(fù)載 (無論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載 )需要的調(diào)制頻率高于 10Hz，通常調(diào)制頻率為 1kHz 到 200kHz 之間。 許多微控制器內(nèi)部都包含有 PWM 控制器。例如， Microchip 公司的 PIC16C67內(nèi)含兩個 PWM 控制器，每一個都可以選擇接通時間和周期。占空比是接通時間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行 PWM 操作之前，這種 微處理器要求在軟件中完成以下工作： 設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時器 /計數(shù)器的周期 在 PWM 控制寄存器中設(shè)置接通時間 設(shè)置 PWM 輸出的方向，這個輸出是一個通用 I/O 管腳 啟動定時器 使能 PWM 控制器 目前幾乎所有市售的單片機(jī)都有 PWM 模塊功能，若沒有（如早期的 8051），也可以利用定時器及 GPIO 口來實(shí)現(xiàn)。更為一般的 PWM模塊控制流程為（筆者使用過TI的 20xx 系列， AVR 的 Mega 系列 ,TI 的 LM 系列）： 使能相關(guān)的模塊（ PWM 模塊以及對應(yīng)管教的 GPIO 模塊）。 配置 PWM 模塊的功 能，具體有： ① ：設(shè)置 PWM 定時器周期，該參數(shù)決定 PWM 波形的頻率。 ② ：設(shè)置 PWM 定時器比較值，該參數(shù)決定 PWM 波形的占空比。 廣西科技大學(xué)（籌）畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 3 ③ ：設(shè)置死區(qū)（ deadband），為避免橋臂的直通需要設(shè)置死區(qū)，一般較高檔的單片機(jī)都