【正文】 強(qiáng)大的，同時也是非常值得我們研究的，無論在學(xué)校的繼續(xù)學(xué)習(xí)深造還是即將走上工作崗位，從程序的編寫以及單片機(jī)內(nèi)部資源的合理利用，比如電源、晶振、復(fù)位、最重要的I/O口的充分利用到整個系統(tǒng)的整合都需要引起我們的高度重視。在這種調(diào)試方式的優(yōu)點是，各程序模塊在獨立調(diào)試的過程中排除了內(nèi)部語法錯誤和邏輯錯誤，在系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試時的錯誤將大大減少，調(diào)試的成功性大大提高，而系統(tǒng)的硬件錯誤在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時也容易發(fā)現(xiàn)和排除。 （2）先獨立，后聯(lián)合。對于較長的程序，采用但單步運行比較麻煩，可以根據(jù)需要將大的程序分為多個程序段，在每段的結(jié)束處設(shè)置斷點，利用斷點調(diào)試。軟件調(diào)試的任務(wù)是通過對系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中的語法以及邏輯錯誤，并加以修改。當(dāng)需要電機(jī)急停時按下停止鍵方可使電機(jī)停止運行。 （5）調(diào)試與在線仿真。檔案的附屬名稱使用“*.c”若使用A51編譯器，檔案的附屬名稱使用“*.a” （3）編譯、修改程序。 Keil C51的開發(fā)過程（1）新建或開發(fā)項目。 　　 Keil C51單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。我們可以在該軟件下很快的繪制出我們的電路原理圖，進(jìn)而在該原理圖下可以自己進(jìn)行較簡單的模擬仿真，最后可以聯(lián)調(diào)顯示模擬調(diào)試的功能。還可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件設(shè)計仿真器件。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。將霍爾元件的輸出口與單片機(jī)的外部中斷0相連起來，當(dāng)電機(jī)在轉(zhuǎn)一圈時，電機(jī)軸末端的小磁片經(jīng)過霍爾元件一次，則脈沖會發(fā)生高低電平的變化從而觸發(fā)外不中斷，當(dāng)有外部中斷時開始計數(shù)，又因為測周期內(nèi)的轉(zhuǎn)速，則定義測速在500次，又因為定時周期為1ms即要測出500ms的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而再將500ms的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為1min的轉(zhuǎn)速并且顯示在1602上。 在1602顯示字符：是通過用*dat指針來實現(xiàn)的，將指針變量賦給P0口，通過指針自加，使指針中的字符全部輸出，從而實現(xiàn)輸出所需要的字符。不斷地掃描和調(diào)用以實現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的功能。 按鍵子程序的設(shè)計 在對按鍵功能進(jìn)行編寫時，有兩種方法非別是掃描法和查詢法。圖53 PWM子程序控制圖 在本次設(shè)計時T1定時為低電平的持續(xù)時間，T0為定時高電平的持續(xù)時間。在方式1時，計數(shù)器的計數(shù)值由下式確定： N=65536 計數(shù)范圍為1~65536.在編寫定時/計數(shù)程序時將某一數(shù)據(jù)送入TH0(TH1)、TL0(TL1)作為初值。 當(dāng)IN3=IN4時， 則電機(jī)急停。經(jīng)過比較選擇我們采用第二種方案，因為用使能端單獨控制電機(jī)的啟停即方便又簡單，且該方案分別用三個控制端控制實現(xiàn)電機(jī)不同功能的驅(qū)動，互不干擾影響，簡單可行，且易于程序的編寫。 圖52 按鍵子程序流程圖 圖51主程序流程圖 其中Lowcount 是低電平的控制變量，若Lowcount 增加則低電平的占空比減少，若低電平減小，則電機(jī)的速度會增加；Higcount 是高電平的控制變量，若Higcount 增加則高電平的占空比減少，因此電機(jī)的速度會減少。定時器初始化，主要選擇了兩個定時計數(shù)器的工作方式和中斷標(biāo)志位的分別定義。 在本次設(shè)計中需要明確設(shè)計要求，根據(jù)設(shè)計需要一個主函數(shù)，同時必須有顯示程序，還有按鍵處理子程序，測速程序，和顯示程序。編制軟件到底采用哪種語言，要視具體情況而定。使電機(jī)運行在速度最小值時，會顯示“LOWEST SPEED，以恒定的占空比的增加或減少，每次按下，速度會增加或減少一個確定的值。 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點：閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此需要付出的代價是須增設(shè)電壓放大器以及檢測與反饋裝置。START=0,START=1,START=0產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)換的正脈沖信號。 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可以采用三種方式來確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成分別是定時傳送、查詢方式和中斷方式。由于ADC0809轉(zhuǎn)換輸出信號也要輸入到單片機(jī)的P0口，而單片機(jī)的P0口又同時作為LCD顯示模塊的數(shù)據(jù)輸出口，為了不使雙方信號受到干擾，在ADC0809和89C52兩個芯片間，添加74LS373鎖存電路。霍爾開關(guān)元件內(nèi)含穩(wěn)壓電路、霍爾電勢發(fā)生器、放大器、施密特觸發(fā)器和輸出電路。在程序中用延時程序來消抖，用if語句判斷P1口是否按下，若P1=0XFE 則表示正轉(zhuǎn)按鍵按下，電機(jī)開始正轉(zhuǎn)且調(diào)用顯示電機(jī)速度；若P1=0XFD 則表示反轉(zhuǎn)按鍵按下，電機(jī)開始反轉(zhuǎn)并且顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速；若P1=0XF7 則表示加速按鍵按下，電機(jī)開始加速；若P1=0XDF 則表示減速按鍵按下，電機(jī)開始減速；若P1=0X7F 則表示電機(jī)急停鍵按下，電機(jī)急停。 按鍵的識別，是由于按鍵未按下時輸出高電平，鍵位按下時，輸出低電因此可以通過檢測輸出線路上的電平的高/低來判斷是否有鍵按下，若顯示高電平則表示有鍵按下；相反若是低電平則表示沒有鍵位按下。 L298N 的功能控制模塊IN3IN4ENB電機(jī)狀態(tài)101正轉(zhuǎn)011反轉(zhuǎn)11急停 顯示模塊 在LCD1602的顯示的設(shè)計時，LCD1602顯示的次序是先把欲存放數(shù)據(jù)地址寫入IR,再把欲顯示的數(shù)據(jù)寫入 DR，DR就會自動把數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的DD RAM 或CG RAM地址，DD RAM是顯示數(shù)據(jù)的存儲器，用來存放 LCD的顯示數(shù)據(jù)；CG RAM是字符產(chǎn)生器，用來存放自己設(shè)計的 5*7點圖形的顯示數(shù)據(jù)。同時一般為了提高電路的抗干擾能力，在L298N的輸入端還要采用光電耦合器進(jìn)行電氣隔離，使得干擾變小，輸出穩(wěn)定。LCD顯示模塊直接與單片機(jī)相連，及時顯示電機(jī)的工作狀態(tài)?？梢酝ㄟ^控制定時器的初值T0和T1，從而實現(xiàn)從8052的任意的端口輸出不同占空比的脈沖波形。引入中斷后，將有一定的誤差，方法2不占用定時器資源，且對于直流電動機(jī)該方法產(chǎn)生的定時誤差在允許范圍之內(nèi)。 頻率: PWM 輸出頻率為T/ C 的時基頻率/ 2n, n 為脈寬調(diào)制方式的位數(shù)即8或16。PWM參數(shù)如下： 占空比: 輸出的PWM 中, 高電平保持的時間與該PWM 的時鐘周期的時間之比。低頻段非常接近, 僅在高頻段略有差異, 如圖35所示。這里所說的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。 因此如上圖可知PWM調(diào)速的基本原理：“按一定頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一周期內(nèi)接通和斷開的時間長短，改變電刷電壓上的占空比來改變通斷電時間。它能按規(guī)定的指令，及時的控制電機(jī)的啟動、制動、運轉(zhuǎn)方向、位置、速度和加速度等，以滿足工作機(jī)械及生產(chǎn)過程的要求。開環(huán)控制系統(tǒng)是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不能自動校正，不能使當(dāng)前采樣的速度通過與給定轉(zhuǎn)速的偏差相比較進(jìn)行的調(diào)速系統(tǒng)。其優(yōu)點是具有調(diào)速精度高，響應(yīng)速度快，可靠性高以及易于采用單片機(jī)控制。 改變電樞電壓時最常用的調(diào)速方法，可以用兩種辦法來實現(xiàn)，分別是可控整流法和脈寬調(diào)制變換器PWM法。這種調(diào)速方法的優(yōu)點是簡單易行。2） 磁場控制，即用調(diào)節(jié)勵磁電流來調(diào)速。而功率電動機(jī)可以分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。系統(tǒng)整體框圖如圖所示： 晶振模塊鍵盤控制模塊顯示模塊單片機(jī)L298N電機(jī)測速模塊電源模塊復(fù)位模塊 圖33 系統(tǒng)框圖 直流電動機(jī)的簡介 電動機(jī)是用來驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械的，根據(jù)負(fù)載的需要，在生產(chǎn)需要中希望電動機(jī)的轉(zhuǎn)速能在一定或更寬廣的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，且要求調(diào)節(jié)的方法既簡單又經(jīng)濟(jì)。 （4）實現(xiàn)電流保護(hù)的作用。 圖32 89C52的最小系統(tǒng) 對系統(tǒng)功能的要求 （1）通過L298 H 橋驅(qū)動，實現(xiàn)控制和調(diào)整直流電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的功能。P3 口作為AT89c52的一些特殊功能口， RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) /INT0(外部中斷 0) /INT1(外部中斷 1) T0(計時器 0 外部輸入) T1(計時器 1 外部輸入) /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫通道) /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀通道)。P1有兩個端口有第二功能，（定時/計數(shù)器2）。 CPU及8個部件的作用功能介紹如下89C52單片機(jī)個引腳的原理與功能 ：VCC:供電電壓 ；GND：接地； P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口， 沒腳可吸收8個TTL門電路，當(dāng)做通用I/O口使用時，輸出級是漏極開路電阻，故需外接上拉電阻才能有高電平輸出，當(dāng)作地址/數(shù)據(jù)總線使用時，不需要外接上拉電阻，可是不能做通用的I/O口使用；由輸出變換成輸入端口作用時需先向端口寫入1（為了防止高電平因內(nèi)部結(jié)構(gòu)被拉成低電平造成誤讀）；在不接片外存儲器與不擴(kuò)展I/O端口時，可作為準(zhǔn)雙向I/O口。 定時器：芯片內(nèi)部有3個16位的定時器，用來實現(xiàn)定時或者計數(shù)功能，并且以其定時或計數(shù)結(jié)果對計算機(jī)進(jìn)行控制。 特殊功能寄存器：是用來對片內(nèi)各部分進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的RAM區(qū)，位于內(nèi)部RAM的高128個單元，其地址為80H—FFH。 （4）對該數(shù)字式直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能做出總結(jié)。系統(tǒng)硬件設(shè)計為：以89C52為心，由轉(zhuǎn)速環(huán)、顯示、按鍵控制等電路組成。 主要介紹系統(tǒng)整體，從選題的背景及直流電機(jī)的發(fā)展和意義到整體系統(tǒng)的設(shè)計。但是適合需要較多的鍵盤。 顯示模塊的選擇（1）采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描,LED 數(shù)碼管價格適中，亮度高，對于顯示數(shù)字合適，但是連接復(fù)雜，耗電流大，驅(qū)動電路復(fù)雜。雙極性工作制是指在一個脈沖周期內(nèi)，單片機(jī)兩端控制兩個口輸出一個控制信號，兩信號高低電平相反，用兩信號的高低電平時差來決定PWM波從而驅(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的變化。（2）直接由軟件產(chǎn)生一組二進(jìn)制數(shù)控制PWM波形發(fā)生器產(chǎn)生PWM波，但這種方法還需要設(shè)計一個波形發(fā)生器，需要器件較多，成本較高，比較麻煩。 因此經(jīng)過對比，我們選用第二種方案來驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)生速度和方向的轉(zhuǎn)換。此方案的優(yōu)點是電路比較簡單，缺點是繼電器的響應(yīng)時間較慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易被損壞,且成本較高。與上述兩種方法相比此方法有很多的優(yōu)越性。適用于調(diào)速要求不高，能夠可逆運行的系統(tǒng)，但其體積大、費用高。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。在工業(yè)自動化領(lǐng)域，直流電機(jī)又有著十分廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因其受到器件性能、溫度等因素的影響，故系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性都得不到保證甚至還會出現(xiàn)事故。使得直流電機(jī)的發(fā)展愈來愈迅速，用途更廣，給社會乃至全人類創(chuàng)造更多的財富。另外，由于絕緣技術(shù)和分析技術(shù)的進(jìn)步，直流電動機(jī)已迅速向小型，高速，大功率，低慣量等方面發(fā)展。在設(shè)計和制造的技術(shù)上有了很大進(jìn)步，新材料、新技術(shù)的應(yīng)用以及整流電源的普及，促進(jìn)了一般工業(yè)所用直流電機(jī)的不斷擴(kuò)大，品種的日益繁多。這種方法在小慣性系統(tǒng)中應(yīng)有比較廣，模糊控制理論可以用于直流并勵電動機(jī)的限流起動和恒速運行控制，并能獲得理想的控制曲線。（3）單神經(jīng)元自適應(yīng)智能控制方法。該方法是應(yīng)用最小二乘法，在系統(tǒng)或某環(huán)節(jié)的輸入輸出特性中，可獲得系統(tǒng)環(huán)節(jié)內(nèi)部參數(shù)。通過比較發(fā)展過程中的電機(jī)控制方法可知，在以上三種控制模塊里主要以H型電路的驅(qū)動最為簡單，可以簡單控制電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)向的變化，因此也出現(xiàn)了L298N這些內(nèi)部H橋型的芯片的封裝，從而可以直接利用L298N這些類似芯片直接來驅(qū)動電機(jī)。因此在傳動控制領(lǐng)域占有很高的地位?？梢暂p易的實現(xiàn)多次正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)并且能夠適應(yīng)生產(chǎn)和生活中的各種控制要求，至今在機(jī)床、造紙機(jī)等需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域一直都有廣泛的應(yīng)用， 到目前為止仍是調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。最后，通過上述設(shè)計，并且通過試驗，能夠完成對直流電機(jī)的起停、正反轉(zhuǎn)、剎車、調(diào)速等控制，完成整個系統(tǒng)的功能，滿足設(shè)計要求。本文主要介紹了基于單片機(jī)的直流調(diào)速系統(tǒng)，研究了利用89C52單片機(jī)控制直流電機(jī)并對其進(jìn)行速度的測量。顯然對它的控制也越來越重要。然后，運用軟件Keil51設(shè)計出相應(yīng)的測速、電流保護(hù)、按鍵子程序、PWM調(diào)速同時給出相應(yīng)的程序流程圖。直流電機(jī)的調(diào)速具有很好的調(diào)速特性，有很大的過載能力，并且可以平滑，快速調(diào)速。直流電動機(jī)就是因其轉(zhuǎn)速比較靈活，方法簡單，且有很多優(yōu)點。 在直流電機(jī)的測速系統(tǒng)中，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)廣泛使用PWM技術(shù)來對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，而且在電機(jī)的調(diào)速模塊中，是從最初的用電位器調(diào)整直流電壓從而達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的；然后是采用繼電器的開關(guān)切換對電機(jī)進(jìn)行速度的控制；現(xiàn)在是用封裝集成好的H型器件，或是IGBT組成的H型電路，從而對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。（1）直流電動機(jī)及直流調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)辨識的方法。這種方法比較簡單且使系統(tǒng)具有很好的動態(tài)和靜態(tài)性能。（4）模糊控制方法。 直流電機(jī)的產(chǎn)生已有一百四十多年的歷史。由于直流電源供電方式的不斷更新?lián)Q代，特別是在最近的十幾年期間，進(jìn)一步促使了直流電動機(jī)的單機(jī)功率、轉(zhuǎn)速等的不斷提高，使直流電機(jī)目前朝著高轉(zhuǎn)速、大功率的方向發(fā)展。 目前，國外主要的電氣公司，如瑞典ABB公司，德國西門子公司、AEG公司，日本三菱公司、東芝公司、美國GE公司等，均已開發(fā)出數(shù)字式直流調(diào)速裝置，有各種各樣的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模板化的應(yīng)用產(chǎn)品供選用。起初直流電動機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運算放