【正文】 華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 I 頁 華 北 水 利 水 電 學 院 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 設計題目： 單片機控制直流電機速度的實時控制設計 （軟件 ） 一． 設計目的 通過設計單片機對直流電機 速度的實時控制 使學生掌握單片機及外圍電路的設計方法和單片機軟件的設計、編輯、仿真、調試；培養(yǎng)獨立查閱資料，學會電子元器件的選型，并用硬件電路驗證自己結論的能力；培養(yǎng)團隊合作意識，結合已學理論知識，從設計過程中不斷提高應用系統(tǒng)的設計能力和獨立解決問題的能力，達到既能綜合鞏固運用所學理論知識又能真正提高實際動手能力的目的。 二． 設計內容 用 555定時器產生實時控制信號，用軟件實現(xiàn)不同頻率信號到不同脈寬信號的對應轉換，并通過正反轉按鍵和 PWM信號脈寬控制直流電機的轉動方向和速度。 三． 任務與要求 ，并掌握其實際應用的方法，主要是 MCS— 51 系列。 。 3．用單片機的端口輸出 PWM 控制信號。 3．找到現(xiàn)實 PWM 控制應用的結合點，讓自己的設計具有實用性。 4．畫出程序流程圖。 5. 熟悉 Proteus 等仿真軟件和硬件結合應用之前先進性系統(tǒng)仿真看能否達到所要求的控制目的。 華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 II 頁 6．進一步修改程序使其成為一套功能完善的單片機軟件。 7．和做硬件部分的同學協(xié)作進行軟硬件的調試 8. 閱讀參考資料、文獻及論文，編寫本設計的開題報告。 9．撰寫規(guī)范論文并請指導老師審閱。 2021 字以上的外文資料。 四． 時間安排 次序 周次 內容 1 24 查閱相關資料，對單片機知識進一步進行系統(tǒng)學習，完成開題報告 2 5 分析設計系統(tǒng)總體思路 3 6 畫出程序流程圖 4 7 整理翻譯資料 5 8 根據流程圖編寫子程序 6 910 編寫完整系統(tǒng)程序，并在仿真軟件上測試 7 1112 軟硬件調試，撰寫論文 ,修改 ,打印 8 1314 答辯 五． 應用系統(tǒng) 單片機實現(xiàn)直流電機速度的實時控制 在實際中的應用 六． 參考資料 1，房小翠 王金鳳編著 ,單片機實用系統(tǒng)設計技術 ,國防工業(yè)出版社。 2 大學生畢業(yè)設計指導系列資料。 3． Protel 軟件可以從 4． Proteus 仿真軟件可從 中下載。 3．期刊：《電力電子技術》、《計算機應用》、《小型微型計算機系統(tǒng)》、《計算機測量與控制》等。 4．李 華主編 ,MCS51系列單片機實用接口技術 ,北京航空航天大學出版社。 華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 III 頁 5．其它單片機技術教材及資料。 2021年 3 月 21 日 題目名稱 單片機控制直流電機速度的實時控制設計 課題來源 老師提供 主 要 內 容 1 實現(xiàn)原理 利用單片機及一些外圍器件實現(xiàn)直流電機轉動控制，編制程序輸出一串脈沖，經放大后驅動小電機，改變輸出脈沖的電平及持續(xù)時間，達到使電機正轉、反轉、加速、減速、停轉之目的。 2 方向控制 方法 實現(xiàn)直流電機轉動原理 :轉動方向是按鍵按下的次數(shù)來控制的， 按下則電機正轉，不按或重復按偶數(shù)次則電機反轉。轉速大小則是由 555 定時器輸入頻率或對應輸出脈沖的占空比來決定的，無論正向還是反向輸出，占空比越大則轉速越快。 3 軟件設計 軟件是在硬件的基礎上來滿足用戶需求的系統(tǒng)功能控制邏輯，對于單片機如果沒有軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)功能無法實現(xiàn)。所以軟件系統(tǒng)的正確與否是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關鍵。軟件系統(tǒng)不僅要正確還要能準確實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。 本設計的軟件系統(tǒng)采用模塊化的設計思想來實現(xiàn)測頻。模塊化設華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 IV 頁 計是將一個大的程序按 功能分割成一些小的模塊，各個模塊相對獨立、功能單一、結構清晰、接口簡單。利用這種模塊化設計有許多優(yōu)點：控制了程序設計的復雜性；提高了元件的可靠性；縮短了開發(fā)周期；避免程序開發(fā)的重復勞動；易于維護和功能擴展。 本系統(tǒng)編程部分工作采用 C 語言完成，采用模塊化的設計方法，與各子程序作為實現(xiàn)各部分功能和過程的入口，完成鍵盤輸入、按鍵識別功能、 PWM脈寬控制和 LED 顯示等部分的設計。 4 編程語言選擇 目前通用的編程語言一般有兩種：匯編語言和 C 語言 匯編優(yōu)點： 行速度快 ； 匯編缺點： ，不能通用，也不能在不同機型之間移植 ， 而且程序員要寫大量的代碼。 度慢，難道大 。 C語言優(yōu)點： 1. C語言是一種編譯型程序設計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能 ， C語言有功能豐富的庫函數(shù)，運算速度快，編譯效率高，有良好的可移植性，而且可以實現(xiàn)直接對系統(tǒng)硬件的控制 ， C語言程序具有完整的程序模塊結構，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設計方法提供了有力的保障 ；缺點： Ｃ語言的缺點主要是表現(xiàn)在數(shù)據的封裝性上，這一點使得Ｃ在數(shù)據的安全性上有 很大缺陷 。 5 程序設計的基本步驟 (1) 問題定義 —— 把所要解決的問題、所設計的輸入數(shù)據及希望得出的結果等，用日常語言盡可能清晰、完整、準確的表達出來，經過抽象，建立完整的數(shù)學模型。 (2) 算法設計 —— 確定解決問題的辦法，并把任務分解成計算機能夠執(zhí)行的幾個特定操作。 (3) 流程圖設計 —— 用形象的、適合編寫程序的方法表達算法，可用自然語言描述，也可用流程圖符號表示，或者將二者結合起來。 (4) 編制程序 —— 用選定的語言，按流程圖提供的步驟寫出程序。 華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 V 頁 (5) 程序調試、測試及資料編制 —— 對編完的程序進行編 輯、編譯、運行，查找其出錯位置，并予以糾正。對有實用價值的程序，還要測試其正確性及效率等，并編寫使用和維護該程序的說明書，供別人參考。 6 C 程序的編輯、編譯和運行 一般來說，利用高級語言編程、具體解決問題時，主要都經過：編程、編輯、編譯和運行。編程步驟已經說過，下面具體說一下編輯、編譯和運行。 (1) 編輯 —— 把編制的程序送入計算機中，以文件的形式存放在磁盤上的過程。 (2) 編譯 —— 把源程序轉換成計算機能夠識別的目標代碼的過程。在編輯方式下建立起來的程序文件稱為源程序文件，簡稱源文件，相應的程序叫做源程 序。源程序是用高級語言編寫的，不能直接在機器上運行。因為計算機不能識別源程序，它僅認識規(guī)定范圍內的一系列二進制代碼所組成的指令數(shù)據，并按預定的含義執(zhí)行一系列動作。通常把計算機能夠識別的二進制代碼稱為目標代碼。為了把源程序變成目標代碼，就需要有個“翻譯”做這種轉換工作。在計算機系統(tǒng)中實現(xiàn)這種功能的軟件是編譯程序，對應的這一過程稱為編譯階段。 （ 3）運行 —— 運行可執(zhí)行文件，得到相應的結果。經過編譯之后生成的目標程序文件叫做目標文件，目標文件還不能馬上在機器上執(zhí)行。因為程序中會用到庫函數(shù)或者其他函數(shù)，需要把它們連 接成一個統(tǒng)一的整體。這一步工作叫做連接。經過連接就把分離的目標程序連成完整的可執(zhí)行程序，對應的文件是可執(zhí)行文件。此時即可運行可執(zhí)行文件得到相應的運行結果。 7 調試 由于單片機沒有自主開發(fā)能力，其適應性調試需要借助單片機開發(fā)系統(tǒng)，因此在真正組裝前需要在模擬機上進行調試，以驗證理論設計的正確性。 在利用開發(fā)裝置進行調試時，應先把硬件電路調通。硬件調試可華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 VI 頁 采用分塊調試的方法，先易后難，先局部調試，都通過后再進行總調。對硬件的分塊調試可以編制相應模塊的測試程序，有的測試程序稍加改動就可成為功能模塊程序。在硬件基本 調通，驗證存儲空間分配可行時，進行自頂向下的主程序的設計調試。程序的調試用斷點調試或連續(xù)調試的方法，通過程序執(zhí)行過程中內存或有關寄存器的狀態(tài)變化找出故障點，也可借助于儀器儀表測試電路的狀態(tài)來驗證我們設計的軟硬件的正確性。 采取的主要技術路線或方法 用 PROTEUS 或 MULTISIM 等軟件設計電原理圖并仿真，用 C 語言或匯編語言來完成軟件設計工作。 預期的成果及形式 利用單片機來控制直流電機轉動，并可以人工來調整直流電機轉動速度； 主要用于實驗與研究。 時間安排 3— 4 周：搜集資料并整理，確定單片 機控制直流電動機原理圖及所用器件； 5— 8 周：熟悉編程語言， 研究直流電機的簡單控制，寫出控制電機正反轉的子程序、調速程序。 并初步完成軟件編程工作，利用軟件設計仿真； 9— 10 周：完成調試和完善工作。 11— 12 周：寫論文和做好答辯準備工作。 指導教師意見 簽 名： 年 月 日 華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 VII 頁 備注 [1] 房小翠 王金鳳 .單片機實用系統(tǒng)設計技術 .國防工業(yè)出版社， 1996，第一版， 1— 47。 [2] 孟慶昌 劉振英 .C 語言程序設計 .人民郵電出版社， 2021, 第二版，1— 130。 [3] 王春森 .程 序設計 .清華大學出版社， 1999，第一版， 1— 35。 [4] 潘永雄 .新編單片機原理與應用 .西安電子科技大學出版社， 2021, 第一版， 1— 50。 [5] 孫江宏 李良玉 .Protel 99 電路設計與應用 .機械工業(yè)出版社， 2021, 第三版， 26— 56。 [6] 何立民 .單片機高級教程應用與設計 .北京航空航天大學出版社，2021, 第一版， 21— 50。 [7] 先鋒工作室著 .單片機程序設計實例 .清華大學出版社， 2021，第一版。 21— 26。 [8] 林蔚天 .微機控制 PWM 直流調速 .上海電機技術高等?？茖W校學報 .， 2021， 12(4)， 33— 36。 [9] 李瑋 趙江 劉建業(yè)等 .用單片機控制的數(shù)字式調速系統(tǒng) .吉林化工學院， 2021． 6(2)， 21— 25。 [10] 程憲平 .機電傳動與控制 .華中理工大學出版社 ,1997,第一版， 30— 50。 華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 I 頁 單片機控制直流電機速度的實時控制設計（軟件 ） 摘 要 由于計算機技術的快速發(fā)展及其在控制系統(tǒng)中的廣泛應用，以及設備向小型化、智能化方向的發(fā)展，作為高新技術之一的單片機以其體積小、功能強、價格低廉、使用靈活等優(yōu)勢，顯示出了很強的生命力。從航空航天， 地質石油，冶金采礦，機械電子等行業(yè)的分布體系與智能控制以及機電一體化設備和產品到郵電通信，日用設備和機械，單片機都發(fā)揮了巨大作用。本文主要介紹了單片機在控制直流電機速度方面的應用。 隨著人們生活水平的不斷提高，各種智能化的產品日益走入尋常百姓家。為了實現(xiàn)產品的便攜性、低成本以及對電源的限制，小型直流電機的應用越來越受到大家的歡迎。本文介紹了用 555 定時器產生不同頻率的輸入信號，用不同頻段的信號控制 PWM 信號脈寬，再用 PWM 信號的不同脈寬控制電機轉速，以此達到用單片機控制直流電機轉動的目的，為直流電機速度控制 系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種有效的方法。 本文主要論述了課題開發(fā)背景、目的和意義，仿真工具 Proteus 和編程所用的語言、系統(tǒng)實現(xiàn)原理、系統(tǒng)軟件設計，以及軟硬件的調試。本系統(tǒng)是以單片機的基本語言 C 語言來進行軟件設計的， 生成的目標代碼質量高，程序執(zhí)行效率高 ， 可移植性好 。為了便于編寫，調用和修改，軟件的設計采用模塊化結構，使程序設計的邏輯關系更加簡潔明了，使硬件在軟件的控制下按要求運作。系統(tǒng)調試主要介紹了基本的軟件和軟硬件系統(tǒng)調試的方法和步驟。最后對做設計過程中碰到問題和心得進行了總結。完成該系統(tǒng)的設計和制作需要綜合大 學幾乎所有的專業(yè)知識，特別是單片機知識要融會貫通，還要不斷的學習，不斷的查閱資料，不斷的跟老師同學請教，這次畢業(yè)設計讓我學會了很多東西，也是對大學學習的一次系統(tǒng)總結，具有很深遠的意義。 關鍵字 ： 單片機系統(tǒng)； PWM 脈寬調制；直流電機調速 華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 II 頁 Abstract Because puter technology39。s fast development and in control system39。s widespread application, as well as the equipment to the miniaturization, the intellectualized direction develops, monolithic integrated circuit as one of the high technology and new technologies is small by its volume, the function is strong, low in price, us