【正文】 Taxi[J].METROLOGY amp。 電子信息與 電氣 工程系 各位老師對科研一絲不茍和對教書育人理念認真負責的態(tài)度，讓我永久受益。所以在這段日子里，我感覺從臺老師這里學到的做人處事之道比我在畢業(yè)設計里學到的知識還要重要。經(jīng)過幾個月的努力，我的畢業(yè)設計已接近尾聲，這段時間里我通過查閱相關資料了解了直流電機調(diào)速系統(tǒng)，熟悉了單片機在控制系統(tǒng)中的應用，并將這幾年所學的知識系統(tǒng)化、理論化、實用化。 本章小結 本章詳細介紹了 直流電機調(diào)速系統(tǒng)的硬件調(diào)試、軟件調(diào)試及 仿真 軟件調(diào)試 的過程，并對調(diào)試結果進行了介紹和分析。先將按鍵模塊 、電源及 單片機最小系統(tǒng)連接好，并依據(jù)連接圖寫好相應的程序 ，然后把程序下載到單片機內(nèi)，按下按鍵看其控制的二極管能否點亮，如果能則說明此按鍵焊接正確，不能則說明此按鍵焊接存在問題，然后進行檢測及修改。 通過以上仿真軟件的仿真可以發(fā)現(xiàn)在這種理想狀態(tài)下，調(diào)試出的 各種 結果和預想的結果基本一致。 (5) 把各個模塊組合起來， 進行編譯、 測試， 并 連接應用 。 Keil C51 編譯器由 UVision2 集成開發(fā)環(huán)境與編輯器和調(diào)試器以及 C51 編譯器組成。 23 圖 測速功能程序流程圖 顯示子程序 本系統(tǒng)采用 12864LCD 顯示 電機 設定轉(zhuǎn)速、實時轉(zhuǎn)速和 正反轉(zhuǎn)狀態(tài)。 對于這兩種測速方法， M法適用于 對 高速的檢測，速度越高誤差越小， 測量數(shù)據(jù)越精確，反之， 誤差就越大； T法則適用于低轉(zhuǎn)速的檢測。 圖 就是 應 用延時的方法實現(xiàn) PWM 波形輸出的流程圖。于此同時單片機還會檢測停止鍵 是否 按下 ，若有則 電機將停止轉(zhuǎn)動。而在單片機中一般使用 軟件方法， 因此 本設計 采用 軟件去抖動 解決 問題。以后就循環(huán)著執(zhí)行測速子程序、顯示子 程序和鍵盤掃描子程序 ，直至停止鍵按下 [11]。 18 第四章 系統(tǒng)軟件設計 本軟件程序在 keil μ vision2 軟件編程環(huán)境下，根據(jù)超聲波測距的公式采用C 語言將其分為主程序、定時中斷子程序、速度測量子程序、顯示子程序和鍵盤子程序。使用該模塊靈活的接口方式和簡單、 方便的操作指令，可構成全中文 人機 交互式圖形界面， 不僅 可以顯示 8 4 行 16 16點陣漢字，還 可 以顯示 圖形。 14 圖 H 橋的電機驅(qū)動電路 鍵盤部分 在第二章已經(jīng)選用了 4*4 矩陣 鍵盤作為該系統(tǒng)的輸入設備， 由矩陣鍵盤十六個按鍵中的十個鍵實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的分級設定，另外六個按鍵分別實現(xiàn)電機的開始、停止、加速、減速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的六種控制。輸出電流為 1A 時，最小輸入輸出電壓差小于 ；最大 輸入電壓為 26V，輸入電壓范圍比較大；工作溫度也比較大，可以在 40至 +125 攝氏度范圍內(nèi)正常工作；內(nèi)含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過熱保護、電池反接和反插入保護電路。如圖 所示： RST單片機C1R1GNDVCC RST單片機C2R2GNDVCCR3S?SWPB 上電復位 手動復位 圖 復位電路圖 有時系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)程序跑飛的情況，在程序開發(fā)過程中，經(jīng)常需要手動復位。 根據(jù)不同的運行速度和功耗的要求，時鐘頻率可以設置在033M 之間。 CPU 主控制模塊 本系統(tǒng)選用 STC89C52 單片機作為主控制器。 測速模塊： 采用紅外光電耦合器測速，發(fā)射管發(fā)射信號，接收管接受到信號時輸出脈沖。 系統(tǒng)硬件組成 及各模塊功能 本 調(diào)速系統(tǒng)主 要是由：單片機、驅(qū)動電路、直流電機、測速元件、接口電路、顯示器和 輸入控制模塊 等部分組成。 方案 二 ：行列式鍵盤 行列式鍵盤是用 N條 I/O 線作為行線， M 條 I/O 線作為列線組成的鍵盤，按鍵在行線和列線的每個 交叉點上，按鍵中按鍵的個數(shù)是 M*N 個。 (3) PWM 軟件實現(xiàn)方式 方案 一 ：采用軟件延時 的 方式， 此方式的缺點是 在引入中斷 之 后，將 會 有一定的誤差。由此明顯看出 ,方法二在測量精度及提高系統(tǒng)控制靈敏度等方面優(yōu)于方法一，所以在這里我采用方法二進行計數(shù)。但方案二中霍爾傳感器的采購不是很方便，價格比較也比較昂貴，方案三中硬件電路簡單，器件采購方便，更重要的是它具有方案二的幾乎所有的優(yōu)點，故選擇方案三。 顯示模塊的 分析 與選擇 本設計中要求實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速的設定， 正反轉(zhuǎn)的狀態(tài)及電機轉(zhuǎn)速的設定值 都需要用顯示器進行顯示，所以 采用液晶顯示屏 幕 作為系統(tǒng)的顯示器，同時液晶顯示屏（ LCD）具有功耗小、輕薄短小無輻射危險，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強 ,并可靈活的實現(xiàn)多種狀態(tài)。本設計的控制對象為直流電機，控制器為 鍵盤 ，控制量為電機轉(zhuǎn)速，顯示量為電機實時轉(zhuǎn)速 、轉(zhuǎn)動方向和設定轉(zhuǎn)速 。目前提高開關頻率的一個方法是采用諧波技術及在此基礎上發(fā)展起來的軟開關技術。目前我國大部分數(shù)字化控制直流調(diào)速裝置還是依靠進口。 近些年隨著微型計算機、集成電路、新型電子器件及新的傳感器的成熟應用，直流電動機控制裝置也繼續(xù)向前發(fā)展。直流電機調(diào)速平滑，過載能力強，調(diào)速范圍廣，抗沖擊負載能力強，可實現(xiàn)頻繁的無極快速起動、制動、加 /減速和正 /反轉(zhuǎn)。 PWM 控制技術是利用半導體器件的 關斷和導通 ，把直流電壓變成電壓脈沖列，控制電壓脈沖的周期和寬度以達到變壓目的，或控制電壓脈沖的周期和寬度以達到變壓變頻目的的一種控制技術。經(jīng)測試：系統(tǒng) 穩(wěn)定、靈活， 調(diào)速范圍為 50020xx 轉(zhuǎn) /每分， PWM 波調(diào)整步長為 1，對應的電機轉(zhuǎn)速的調(diào)整步長為 10r/min。s central processor, using infrared optocouplers to measure the motor speed, when Matrix keyboard DC motor speed setting and start, stop, direction and control of acceleration and deceleration, using QC12864 LCD screen to achieve realtime speed of the motor, set the speed and rotational state of the display. Tested: the system Stable, flexib le, speed range of 50020xxrev/minute, PWM wave adjustment in steps of 1, the corresponding adjustment of the motor speed in steps of 10rev/minute. Keyword: DC Motor。單片機具有體積小、功能強 、重量輕 、抗干擾能力強、控制靈活、應用方便、價格低廉等特點，而被廣泛應用于直流電機調(diào)速系統(tǒng)。通過學習并熟練掌握這個調(diào)速系統(tǒng)，對 今后的工作有非常重要的意義。 數(shù)字直流調(diào)速裝置，在技術上它可以成功地完成從一個給定的信號， 經(jīng)過 調(diào)整參數(shù)設置， 最 后實現(xiàn) 觸發(fā)脈沖的數(shù)字化 。 展望 21 世紀， 交流電動機變頻調(diào)速技術 將會有更大發(fā)展。該系統(tǒng)需 要 能實現(xiàn)用軟件產(chǎn)生 PWM 信號，并且 實線對電機 啟動和停止、加速和減速、 正傳 和反轉(zhuǎn)的控制 ，同時還可以實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的設定 ； 最后 在顯示器上顯示 直流電機的 實時 轉(zhuǎn)速 、設定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動狀態(tài) 。 控制器模塊 根據(jù)題目要求，控制器主要功能有：產(chǎn)生初始的 PWM 波；接收來自控制模塊和測速模塊的信號并加以分析處理；將信號的處理結果輸出至顯示模塊 和驅(qū)動模塊，前者以顯示電機設定轉(zhuǎn)速、實時轉(zhuǎn)速及電機轉(zhuǎn)動方向，后者以控制電機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。當改變旋轉(zhuǎn)方向 時，輸出電動勢的極性也相應改變。比較兩個計數(shù)方法，方法一的誤差主要是177。 方案二：單極性工作制。常用的鍵盤 有獨立式鍵盤和行列式鍵盤等。 輸入輸出通道的 分析 由于選用了紅外光電耦合器進行測速 ， 微處理器采集的信號是脈沖信號 ， 故無需經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換就可以輸入到單片機中。 由矩陣鍵盤十六個按鍵中的十個鍵實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的 分級 設定 （ 0 鍵按下設定轉(zhuǎn)速為 0,1 鍵按下設定轉(zhuǎn)速為 5,2 鍵按下設定轉(zhuǎn)速為 25,3 鍵按下設定轉(zhuǎn)速為 40,4鍵按下設定轉(zhuǎn)速為 60,5 鍵按下設定轉(zhuǎn)速為 80,6 鍵按下設定轉(zhuǎn)速為 100， 7 鍵按下設定轉(zhuǎn)速為 120,8 鍵按下設定轉(zhuǎn)速為 135,9 鍵按下設定轉(zhuǎn)速為 150。 液晶顯示屏上顯示的內(nèi)容包括：電機的 （正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)） 、電機的設定轉(zhuǎn)速及電機的實時轉(zhuǎn)速。 STC89C52 單片機內(nèi)部資源很豐富，不需要擴展芯片。不斷發(fā)展的半導體工藝也讓該單片機的功耗不斷降低。然而 采用高時鐘的代價是功耗大，同時對系統(tǒng)級運行環(huán)境都比較高。 電源模塊電路圖 如圖 所示。在我的設計中 采用了另外的一種方法，就是 將直流電機的轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)化換為電機脈沖頻率的測量。通過這幾根控制線和數(shù)據(jù)線，再結合它的時序圖，就可以編寫出相應的驅(qū)動程序 。 C 語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活 、 具有結構化的控制語句 ， 語法限制不太嚴格，程序設計自由度 大 ，與匯編相比， C 語言的移植性較好。在本系統(tǒng)中 按鍵 S 未按下時， 口輸入為高電平，按鍵 S 按下后，對應的 口的輸入為 低電平。 本設計采用的是查詢工作法，軟件設計時直接在主程序中插入鍵盤子程序，主程序每執(zhí)行一次，鍵盤子程序就執(zhí)行一次。但是實現(xiàn)高性能的軟件 PWM 信號 ，也不是容易的事情。詳細程序見附錄 C。 本設計中 轉(zhuǎn)速的檢測，實際上是應用了兩個中斷服務子程序， 分別是 T0 中斷和 INT0 中斷。 中斷入口 關定時器 初始化 T0 R=10? 保存 T0值 R0、 R2 清零 開定時器 中斷返回 R2+1 T0中斷 測速子程序 INT0 中斷 中斷入口 入口 將速度轉(zhuǎn)換成 BCD 碼 返回 R0 加 1 中斷返回 N Y 24 入 口 LCD初 始 化寫 入 行 地 址寫 入 列 地 址寫 入 顯 示 數(shù) 據(jù)返 回 圖 12864 顯示程序流程圖 本章小結 本章主要是對該設計的軟件部分進行設計，主要包括：系統(tǒng)的主程序、鍵盤掃描子程序、 PWM 信號產(chǎn)生子程序、調(diào)速子程序和顯示子程序。 圖 Keil C51 軟件調(diào)試程序 使用 Keil C 軟件工具時，項目開發(fā)流程和其它軟件開發(fā)項目的流程極其相似。 正轉(zhuǎn) 時： 圖 電機正轉(zhuǎn)仿真圖 從上面仿真圖可以看出 當 開始鍵或者正轉(zhuǎn)鍵按下時 ， 電機 開始處于 正轉(zhuǎn) 狀態(tài) ，并在 LCD 液晶顯示屏上顯示出來， 告知操作者電機處于正轉(zhuǎn)狀態(tài) 。 單片機最小系統(tǒng)、測速模塊及驅(qū)動模塊硬件電路簡單，只要保證連接線路沒問題，則能實現(xiàn)其功能。 調(diào)試故障及原因分析 本節(jié)就基于 單片機的直流電機 PWM 調(diào)速系統(tǒng) 的設計 過程 中遇到的故障和調(diào)試方面出現(xiàn)的問題作一概要的敘述。 31 總 結 本設計基于單片機的直流電機 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的硬件部分主要是由 STC89C52 單片機、紅外光電耦合器、 H橋式電機驅(qū)動、 LCD12864 以及矩陣鍵盤等組成。MEASUREMENT TECHNIQUE 20xx,1(3)： 34121. 33 致 謝 一旦忙碌 起來 時間便變得如此短暫，幾個月的畢業(yè)設計已經(jīng) 接近尾聲。在此，對 電子信息與電氣工程系 的各位教師致以崇高的敬意。但是臺老師不 僅不生氣，還 是 細心的教導我們 ，指出每處錯誤。本設計采用 LCD12864 顯示電機的實時轉(zhuǎn)速、設定轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動狀態(tài)。經(jīng) 實驗證明，脈沖頻率在 15Hz30Hz 時效果最佳 ，于是我便把 PWM 波的頻率調(diào)制至 20Hz。 在對按鍵控制的硬件調(diào)試時， 采用的是每個按 鍵 點亮 一個 發(fā)光二級管的思想。 設定轉(zhuǎn)速時： 圖 電機 轉(zhuǎn)速設定 仿真圖 從上面仿真圖可以看出當相應的轉(zhuǎn)速設定鍵按下時， LCD 液晶屏上開始顯示轉(zhuǎn)速的設定值，同時電機的實際轉(zhuǎn)速也慢慢變化直至和設定值相等，然后上下浮動在設定值附近。 26 (4) 把系統(tǒng)的各個模塊在仿真軟件中逐個調(diào)試，如中斷模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)處 理模塊等 ，如有錯誤， 修改源程序中的錯誤。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 另外 程序中的測速子程序，就是對轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進行 BCD 碼的轉(zhuǎn)換并且顯示 [14]。通?？梢允褂靡韵聝煞N方法： M 法，在一定的時間間隔 t 內(nèi)，對脈沖發(fā)生器 中脈沖 計數(shù)，從而得到與 電機 轉(zhuǎn)速成正比的脈沖量 的 值 m； T 法 ，通過對 脈沖發(fā)生器的脈沖周期 進行測量 來計算電動機轉(zhuǎn)速的一種測量方法， 對脈沖周期 測量時借助頻率已經(jīng)確定的時鐘脈沖技術。理論上，把這兩種方法結合