【正文】 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的 順利 完成與大學(xué)四年中各位老師對(duì)我的教導(dǎo)和關(guān)懷也是密不可分。 因?yàn)闀r(shí)間緊急和個(gè)人水平有限，該設(shè)計(jì)仍然存在著很多不足，不是很完善，例如：程序中沒(méi)有對(duì)轉(zhuǎn)速實(shí)施 PID 調(diào)節(jié)，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速不能與設(shè)定轉(zhuǎn)速很好的相符 ，而且系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度都有待提高。系統(tǒng)的硬件、軟件獨(dú)調(diào)和 仿真 軟件 調(diào)試是系統(tǒng)最后的步驟也是系統(tǒng)特別重要的環(huán)節(jié)， 因?yàn)樵O(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出的系統(tǒng)是否成功，功能是否完善只有在這里才能顯現(xiàn)出來(lái)。就這樣反復(fù)調(diào)試直至每個(gè)按鍵能點(diǎn)亮相應(yīng)二極管。 29 硬件調(diào)試 該課題的硬件電路部分占了整個(gè)過(guò)程很大的比 例。 仿真軟件調(diào)試 仿真軟件 的調(diào)試 是采用 Proteus Professional 單片機(jī)仿真軟件界面，這個(gè)仿真軟件功能很強(qiáng)大，可以仿真各種各樣的運(yùn)作系統(tǒng)，仿真是建立在一種理想狀態(tài)下的運(yùn)行，在上面介紹的 keil 軟件中把源程序?qū)懞煤笊?hex 格式的導(dǎo)入仿真軟件中的微處理器就可以運(yùn)行了。其 中 UVision2 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中的工程 (project)是由源文件、開(kāi)發(fā)工具選項(xiàng)以及編程說(shuō)明三部分組成的 ， 編輯器和調(diào)試器包括源 代碼編輯器、斷點(diǎn)設(shè)置、調(diào)試函數(shù)語(yǔ)言、變量和存儲(chǔ)器。開(kāi)始后將12864LCD 初始化，然后分別寫(xiě)入行地址和列地址，再輸入要顯示的內(nèi)容，便可以顯示出來(lái) [15]。 本系統(tǒng)中 因?yàn)?電機(jī)轉(zhuǎn)速基本 停留在 高速狀態(tài) ，故本設(shè)計(jì)采用 M法測(cè)速。在本設(shè)計(jì)中， 把 單片機(jī)每 50 個(gè)機(jī)器周期 作 為 PWM 波形的基本周期，采用定頻調(diào)寬的方法 去改變 PWM的占空比 。 圖 鍵盤(pán)子程序流程圖 21 PWM 信號(hào)發(fā)生程序 本設(shè)計(jì)采用的 STC89C52 單片機(jī)用 軟件方法 來(lái) 模擬輸出 PWM 波形，具體流程圖見(jiàn)下圖 。軟件解決抖動(dòng)方法：如果檢測(cè)到 口為低電平時(shí)， 先 等待一段時(shí)間，即延時(shí) 10ms 或更長(zhǎng)時(shí)間， 當(dāng) 口仍為低電平，那么即可認(rèn)為對(duì)應(yīng)的按鍵 S 被按下。 鍵盤(pán)掃描子程序 在第二章 中我們已經(jīng)選擇了用矩陣鍵盤(pán)作為本系統(tǒng)的輸入控制模塊，由矩陣鍵盤(pán)十六個(gè)按鍵中的十個(gè)鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的設(shè)定，另外六個(gè)按鍵分別實(shí)現(xiàn)電機(jī)的開(kāi)始、停止、加速、減速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的六種控制。在這些程序中，以速度測(cè)量子程序和定時(shí)中斷子程序?yàn)楹诵摹?12864LCD 相較于其他液晶顯示設(shè)備具有硬件電路和顯示程序簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)， 且價(jià)格也略低于相同的模塊圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊 [10]。 其與單片機(jī)的接口電路如圖 所示。 鑒于以上這些優(yōu)點(diǎn)和其適合于本設(shè)計(jì)的要求， 故采用 LM2940 作為整個(gè)系統(tǒng)的供電芯片。所以本 系統(tǒng)中 選 用手動(dòng)復(fù)位 的方式 。 片內(nèi)資源有 4 組 I/O 控制端口、 3 個(gè)定時(shí)器、 8個(gè)中斷、軟件設(shè)置低能耗模式 和 斷電保護(hù)。 主要功能包括三個(gè)方面：接受外界信號(hào)、處理接受信號(hào)和輸出控制信號(hào)。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)半圈 OUT 端輸出一個(gè)上脈沖，然后用單片機(jī)在單位時(shí)間里面來(lái)采集上升源的個(gè)數(shù)，這樣就完成速度的采集 。硬件電路組成框圖如圖 ： 8 Ｓ Ｔ Ｃ ８ ９ Ｃ ５ ２單 片 機(jī)矩 陣 鍵 盤(pán)輸 入 模 塊Ｌ Ｃ Ｄ顯 示 模 塊Ｐ Ｗ Ｍ 控 制 及驅(qū) 動(dòng) 電 路 模 塊直 流 電 機(jī)紅 外測(cè) 速 模 塊 圖 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件 本調(diào)速系統(tǒng) 各模塊的功能 分析如下： 中央控制模塊：這部分電路 的核心部件是 STC89C52 單片機(jī) ，它的功能總得來(lái)說(shuō)分為三個(gè)方面，一、通過(guò)內(nèi)部程序設(shè)定出初始 PWM 信號(hào)，輸送給Ｈ橋式驅(qū)動(dòng)從而控制電機(jī)運(yùn)行；二、接受來(lái)自 鍵盤(pán)和紅外光電接收管的信號(hào)再加以分析和處理；三、對(duì)處理的結(jié)果進(jìn)行輸出，如控制七段數(shù)碼管的顯示和點(diǎn)亮發(fā)光二極管。這種形式的鍵盤(pán)結(jié) 7 構(gòu)，能夠有效的提高單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O 的利用率，行列式鍵盤(pán)適用于按鍵輸入多的情況 [5]。 方案 二 ：采用定時(shí)器作為脈寬控制的定時(shí)方式， 此 方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確， 最大誤差只能達(dá)到 幾個(gè) 微秒，綜合考慮我們采用方案二 [4]。 PWM 實(shí)現(xiàn)方案論證 (1)PWM 調(diào)速工作方式 6 方案一： 雙極性工作制。 方案三中具體的記數(shù)方法是通過(guò)單片機(jī)記數(shù)時(shí)間 S（秒）內(nèi)的脈沖數(shù) N，從而計(jì)算得到每分鐘的轉(zhuǎn)速： M=N/S 60。 測(cè)速傳感器的 分析 與選擇 5 對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量，依據(jù)當(dāng)今技術(shù)及本設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，大致有以下三種可以執(zhí)行的測(cè)量方式。 系統(tǒng) 分析 與選擇 根據(jù)題目要求系統(tǒng)模塊可以劃分為：中央處理器模塊、顯示電路模塊、控制模塊 、電機(jī)測(cè)速模塊及 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。在大功率裝置方面，除盡量采用優(yōu)化 PWM 模式外，多電平逆變器也越來(lái)越受到人們的重視， 這樣 開(kāi)關(guān)損耗問(wèn)題 將 轉(zhuǎn)化為多管串聯(lián)后的均壓?jiǎn)栴} [2]。但由于進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，也給出了國(guó)產(chǎn)全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置的發(fā)展空間，所以國(guó)內(nèi)許多科研單位 、大專(zhuān)院校 和廠家也都在開(kāi)發(fā)全數(shù)字直流調(diào)速裝置 [1]。在微機(jī)直流電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用中，傾向于數(shù)字化、智能化的思路，極大地促進(jìn)了電氣傳動(dòng)的發(fā)展。為了滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊要求，從而對(duì)直流電機(jī)提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速等技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代科技的要求，通過(guò) PWM 方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法就應(yīng)運(yùn)而生。近年來(lái)，電氣傳動(dòng)的 PWM 控制技術(shù)已成為電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)的熱點(diǎn)之一。 關(guān)鍵詞 : 直流電機(jī) 。 調(diào)速； STC89C52； PWM III The Design of PWM Controlled DC Motor Speed Control System Based On Single Chip ABSTRACT Pulse Width Modulation (PWM) with high precision speed control, fast response, wide speed range and low loss characteristics, has bee the mainstream technology to DC motor control ,and access to a wide range of applications. The system used STC89C52 microcontroller as the system39。 隨著近代電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以 及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，單片機(jī)成為了直流電機(jī)調(diào)速不可或缺的部分之一。 PWM 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)擁有需用的功率元件少、控制方便、線(xiàn)路簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)頻率高、低速性能好、穩(wěn)速精度高及調(diào)速范圍寬、控制方式多樣化、能與數(shù) 2 字速度給 定信號(hào)直接接口等優(yōu)點(diǎn)，在工廠企業(yè)得到廣泛的應(yīng)用 ，有利于國(guó)家工業(yè)化的發(fā)展。近年來(lái)，一些先進(jìn)國(guó)家已推出大規(guī)模使用微機(jī)控制為核心的直流電氣傳動(dòng)設(shè)備 [1]。 3 PWM 變頻調(diào)速發(fā)展前景 20 世紀(jì)末， 隨著 微電子控制技術(shù) 、電力電子功率變換 技術(shù) 的成熟應(yīng)用， 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)以 得到了驚人的發(fā)展。 課題研究?jī)?nèi)容及目標(biāo) 根據(jù) 基于單片機(jī)的直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) 要求確定整體的設(shè)計(jì)方案，完成單片機(jī)控制的 PWM 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì)。為很好的實(shí)現(xiàn)各模塊功能，分別對(duì)每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了 分析 及選擇。 方案一：使用測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速，電機(jī)的輸出電動(dòng)勢(shì) E 和轉(zhuǎn)速 n 成線(xiàn)性關(guān)系，即 E=kn，其中 k 是常數(shù)。同時(shí)還可以采用定時(shí)的方法：通過(guò)定時(shí)器記錄脈沖的周期 T，這樣每分鐘的轉(zhuǎn)速： M=60/T。 在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，來(lái)自單片機(jī)兩個(gè)端口的兩個(gè)控制信號(hào)電平高低相反，這樣兩個(gè)控制信號(hào)的高電平時(shí)差控制著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。 鍵盤(pán)的方案 分析 與選擇 鍵盤(pán)是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備和實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)的紐帶。 本設(shè)計(jì)不僅要求對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，而且要求實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、加速、轉(zhuǎn)速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制，勢(shì)必需要至少十個(gè)以上的按鍵，又 根據(jù)以上的論述， 故 采用方案 二，以提高單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O 的利用率，從而節(jié)省了單片機(jī)系統(tǒng)中的 I/O 端口。 輸入 控制 模塊：這一部分主要是利用帶中斷的 矩陣 鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制。 9 顯示模塊： 本設(shè)計(jì)采用 液晶顯示屏 （ LCD） 作為本設(shè)計(jì)的顯示模塊 。外界信號(hào)主要指來(lái)自獨(dú)立式鍵盤(pán)和紅外光電耦合器接收管的信號(hào)；處理接受信號(hào)就是對(duì)接受的信號(hào)進(jìn)行作用分析，并作出相應(yīng)處理；輸出信號(hào)包括輸出 PWM 波控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和使數(shù)碼管顯示電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速?？梢栽?4V 到 寬電壓范圍內(nèi)正常工作。 程序的運(yùn)行速度 取決 于時(shí)鐘 的頻率 ，而且 高頻率時(shí)鐘的應(yīng)用 還可以 實(shí)現(xiàn)更高的信號(hào)的采樣率 。 其中輸入電壓為直流 ，后接 1uF和 22uF電容進(jìn)行濾波。 圖 矩陣 鍵盤(pán)電路硬件圖 15 電機(jī)測(cè)速電路的設(shè)計(jì) 理論上，是先將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為某 一種可以方便測(cè)量的電量來(lái)進(jìn)行測(cè)量，如電壓、電流等。 16 圖 12864 與單片機(jī)的硬件連接圖 從 12864 與單片機(jī)的硬件連接圖 中可 以看出， 本次設(shè)計(jì)采用的 12864 工作在并行模式， 液晶模塊和單片機(jī)的連接除了 P0 口的并行 8 位 數(shù)據(jù)線(xiàn)外，還有 RS，RW， E 等幾根線(xiàn)，其中 R/S 是指令和數(shù)據(jù)寄存器的選擇控制線(xiàn) (串行模式下為片選 )，R/W 是讀寫(xiě)控制線(xiàn) (串行模式下是數(shù)據(jù)線(xiàn) )， E 是使能線(xiàn) (串行模式下為時(shí)鐘線(xiàn) )。 主程序 由于本設(shè)計(jì)沒(méi)有限制編程方式，所以我選用了自己最熟悉的 C語(yǔ)言編程。 鍵盤(pán)的按鍵方式分為 非接觸式和 接觸式兩種，而在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中一般是用機(jī)械式觸點(diǎn)。關(guān)于按鍵釋放的后沿一般不對(duì)其進(jìn)行處理，這里就不多做說(shuō)明。 相對(duì)與 用硬件 方法 實(shí)現(xiàn) PWM 信號(hào)，用軟件 方法 實(shí)現(xiàn) PWM 信號(hào)具有成本低、限制少、 實(shí)現(xiàn)便捷等優(yōu)點(diǎn)。定時(shí)器 T0 確定 PWM 波的頻率， T1 確定高電平的 所占 時(shí)間，這樣改 變T1 的初值就可以改變 PWM 的 占空比。 在圖 測(cè)速功能 程序流程圖中可以看出，利用單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速 的 測(cè)量比較簡(jiǎn)單。其程序流程圖如圖 所示。 Keil C51 軟件調(diào)試程序界面如圖 所示 [16]。以下是我做的 基于單片機(jī)的直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) 中 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、 減速 及轉(zhuǎn)速設(shè)定 的調(diào)試結(jié)果。單片機(jī)系統(tǒng)電路、 液晶顯示電路、按鍵控制電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)電路 是本次設(shè)計(jì)的主要硬件電路 ，其中時(shí)鐘模塊電路為附加功能電路 。 在對(duì)顯示模塊的調(diào)試時(shí)， 采用的是在程序中寫(xiě)入一段需要顯示的內(nèi)容，再把顯示器、電源及單片機(jī)最小系統(tǒng)連接起來(lái)，然后下載程序至單片機(jī)，觀察顯示器能否把需要顯示的內(nèi)容顯示出來(lái)，如果能則說(shuō)明顯示模塊能正常工作，不能則檢測(cè)及修改，直至顯示器能顯 示 設(shè)定的內(nèi)容。所以為了保證設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠正常工作，必須對(duì)軟件和硬件部分的每一個(gè)部分進(jìn)行調(diào)試和分析。 32 參考文獻(xiàn) [1] 羅金成 . 智能全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)理論研究與設(shè)計(jì) [D].武漢理工大學(xué)， 20xx. [2] 徐甫榮 等，高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) [J].自動(dòng)化博覽 ,20xx, 3(2)： 1923. [3] 張潔．基于場(chǎng)強(qiáng)差的機(jī)械人聽(tīng)覺(jué)導(dǎo)航與控制 [D].河北工業(yè)大學(xué) ,20xx. [4] 張健 等，基于 AT89S52 單片機(jī)控制直流電機(jī)的方案與設(shè)計(jì) [J].讀寫(xiě)算（教育教學(xué)研究） ， 20xx, 1(2)： 2527. [5] 張雪冬 ,開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室預(yù)約與及信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) [D].北京交通大學(xué)， 20xx. [6] 方映 等 .單片機(jī)中液晶字符的顯示 [J].電腦知識(shí)與技術(shù)（認(rèn)證考試）， 20xx, 3(2)： 2527. [7] 王新嵐．淺談直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展 [J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 20xx, 3(2)： 2529. [8] 李強(qiáng) 等 .鍵盤(pán)接口編程技術(shù) [J].電子世界， 20xx, 2(3)： 2028. [9] 竇振中， PIE系列單片機(jī)原理和程序設(shè)計(jì) [M].北京航空航天大學(xué)出版社 ， 1998. [10] 錢(qián)瑩晶 等 .基于 MAX262的程控濾波器的設(shè)計(jì) [J].懷化學(xué)院學(xué)報(bào)， 20xx, 1(2)：2127. [11] 丁元杰 ， 單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M].北京機(jī)械工業(yè)出版社 ， 20xx. [12] 馮博琴 ， 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) [M].清華大學(xué)出版社 ， 20xx. [13] 浦子平 .DGN液壓加載控制裝置研究及在巖土工程測(cè)試中的應(yīng)用 [D].同濟(jì)大學(xué)機(jī)械學(xué)院， 20xx. [14] 羅亞非 ， 凌陽(yáng) 16 位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ) [M].北京航天航空大學(xué)出版社 ， 20xx. [15] Glomb S W. Shift register sequenc e [M].New York:Hoklen ,1967. [16] The Principles and Testing of Sensors of Mileage Fare Meter in