【導(dǎo)讀】本文主要設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)。PWM控制提高了調(diào)速。范圍，提高了調(diào)速精度，改善了快速性能、功率和功率因數(shù)。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中被控對(duì)象采。用5V的直流電機(jī)，以MCS-51單片機(jī)為控制核心，采用LCD1602液晶作為顯示元件，進(jìn)行軟硬件的設(shè)計(jì)。電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、霍爾測(cè)速電路和驅(qū)動(dòng)電路。軟件設(shè)計(jì)在Keil開(kāi)發(fā)平臺(tái)用C. 通過(guò)利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM控制信號(hào)控制直流電機(jī)，詳細(xì)介紹脈寬調(diào)制控。制原理，直流電機(jī)的工作原理和數(shù)學(xué)模型以及用H型橋電路基本原理設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路。比較高，能夠滿足系統(tǒng)的基本要求。

　　

【正文】 的步驟執(zhí)行，液晶顯示出的 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷是否離譜，電機(jī)方向切換是否正確，在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中， 電機(jī)的運(yùn)行是否連貫，沒(méi)有在某一時(shí)刻，出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。 在調(diào)試中，并不是一次就能成功的。當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題 后，在程序中 應(yīng) 設(shè)置斷點(diǎn)，查看問(wèn)題的所在，同時(shí)也用萬(wàn)用表的蜂鳴檔查試硬質(zhì)電路的連接情況，看是否有假焊，漏焊，錯(cuò)焊的情況。當(dāng)出現(xiàn)上 述 問(wèn)題后，一般是程序的走向不對(duì)，后者就是電路板的焊制有問(wèn)題。但只要細(xì)心排查，都能一一解除。 評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)做的如何，不僅要看硬件的構(gòu)造，成本是否低廉，實(shí)用性是否較強(qiáng)，適應(yīng)環(huán)境是否多變，還要看軟件是否比較簡(jiǎn)練。程序不應(yīng)該寫(xiě)的冗長(zhǎng)， 在寫(xiě)程序的過(guò)程中，不僅要遵循一般的寫(xiě)做原則（如主程序在達(dá)到目的的前提下應(yīng)盡量簡(jiǎn)短），還要依據(jù)硬件的客觀條件（如 P0 口的驅(qū)動(dòng)能力比 P1 口強(qiáng)），要帶有目的性地編程序 、改程序和調(diào)程序。只有這樣才能提高單片機(jī)的運(yùn)行效率。 系統(tǒng)的編譯器和燒錄軟件 （一） Keil 編譯器軟件 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C 來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼 效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹 Keil C51 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用 [10]。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 27 圖 C51 工具包整體結(jié)構(gòu)圖 Keil C51 單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) C51 工具包的整體結(jié)構(gòu)，如圖 所示，其中 uVision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和 for DOS 的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 （ IDE） ，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件 （ .OBJ） 。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件 （ .ABS） 。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或tScope51 使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存貯器如 EPROM 中。 Keil 是目前進(jìn)行 51 單片機(jī)開(kāi)發(fā)最常用的編譯軟件。關(guān)于 Keil 的使用，有很多的資料介紹，這里只介紹其整個(gè)編譯過(guò)程，在最短時(shí)間內(nèi)開(kāi)始使用 Easy 51DP2 開(kāi)發(fā)板。對(duì)于 Keil 更詳細(xì)的介紹，可以參考一些專門(mén)書(shū)籍資料。在 Keil 里，每一個(gè)完整的程序，都是以一個(gè)工程的形式建立的。一個(gè)工程里可以有一個(gè)或多個(gè) *.c 文件和 *.h 文件，但只可以有一個(gè) main()函數(shù)。一般的做法是將包含 main()函數(shù)的 C 文件加入到工程中，其他文件以 include 頭文件的形式加到這個(gè) C 文件里。這樣，在編譯的時(shí)候，其他的文件會(huì)被自動(dòng)的導(dǎo)入到工程里來(lái)。 打開(kāi) Keil 軟件后，出現(xiàn)（圖 ）所示界面。當(dāng)然，如果 Keil 在上次關(guān)閉時(shí)有打開(kāi)的工程，再一次打開(kāi)時(shí)它會(huì)自動(dòng)加載上一次的工程文件。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 28 圖 Keil軟件主界面 首先點(diǎn)擊 ProjectNew Project… （ ProjectOpen Project… 為打開(kāi)一個(gè)已經(jīng)存在的工程），如圖 所示。 圖 Keil 軟件打開(kāi)新工程界面 點(diǎn)開(kāi)后，在出現(xiàn)的對(duì)話框中選擇工程存在路徑，單擊 “ 保存 ” 后，出現(xiàn)（如圖 所示）界面。在此界面上選擇電路板上所用的單片機(jī)型號(hào)： STC89S51（或者是STC89S52，視開(kāi)發(fā)板上具體型號(hào)而定），單擊 “ 確定 ” 。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 29 圖 選擇電路板上所用的單片機(jī)型號(hào) 設(shè)置 完成后，軟件會(huì)提示“是否將 8051 上電初始化程序添加入 工程？” 這個(gè)一般選“否”。 這樣，就建立了一個(gè)空的 51 工程。 接下來(lái)的事，就是在這個(gè)工程里面加入自己的程序代碼。點(diǎn)擊 ，或者 FileNew，便建立了一個(gè)空的文本框?，F(xiàn)在，就可以開(kāi)始在里面輸入你的代碼了。 保存時(shí)注意：如果是用 C 語(yǔ)言寫(xiě)的程序，則將文本保存成 *.c，如果是用匯編寫(xiě)的程序，則將文本存成 *.asm。 到目前為步，我們已經(jīng)建立了一個(gè)工程，也寫(xiě)了一個(gè)程序代碼。但現(xiàn)在還不能開(kāi)始編譯。因?yàn)檫€沒(méi)有將程序代碼添加到工程里面去。 下一步就是將寫(xiě)完的程序添加到工程里面，如圖 所示，在左邊 Project Workspace里的 Source Group 1 上右擊，選擇 Add Files to Group ?Source Group 1?。在打開(kāi)的對(duì)話框中，選擇剛存的文件路徑和對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展名。這樣，程序就添加進(jìn)了這個(gè)工程。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 30 圖 添加文件到工程中 下一步，就開(kāi)始編譯剛輸入進(jìn)去的代碼。點(diǎn)擊工具欄中的 按鈕。接著， Keil 會(huì)打出下面的提示： Build target 39。Target 139。 piling ... linking... Program Size: data= xdata=0 code=1440 first 0 Error(s), 0 Warning(s). 其中 “first 0 Error(s), 0 Warning(s).”說(shuō)明現(xiàn)在的工程編譯通過(guò)， 0 個(gè)錯(cuò)誤和 0 個(gè)警告。建立工程的時(shí)候，默認(rèn)是不生成 HEX 文件的，得在編譯做如下設(shè)置：?jiǎn)螕?，或者在 Project Workspace 里 Target 1 上右擊，選擇 “Options for Target ?Target 1?”。出現(xiàn)如圖 所示對(duì)話框，選擇 “Output”按圖示，將箭頭所指的多選框勾上，點(diǎn) “ 確定 ” 。 現(xiàn)在再點(diǎn)擊 重新編譯，系統(tǒng)提示： “creating hex file from first...”。便會(huì)在工程所在文件夾里生成 HEX 文件。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 31 圖 生成 HEX 文件 Keil 有很強(qiáng)大的調(diào)試功能，可以顯示 C 程序的反匯編代碼、可以計(jì)算代碼運(yùn)行的時(shí)間、可以顯示程序中某一變量的值，能用好這個(gè)調(diào)試工具對(duì)編寫(xiě)單片機(jī)程序會(huì)有很大的幫助。同樣的，在這里，只對(duì) Debug 進(jìn)行簡(jiǎn)單應(yīng)用介紹，更詳細(xì)的使用方法可以參看相關(guān)書(shū)籍資料。 圖 調(diào)試前設(shè)置窗口 首先，單擊 ，彈出如圖 所示對(duì)話框，在 Target 頁(yè) 面上設(shè)置對(duì)應(yīng)的晶振頻率。其他不用作修改。設(shè)置完成后，單擊 ，進(jìn)入調(diào)試界面（如圖 所示）。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 32 圖 Keil 調(diào)試界面 點(diǎn)擊 中對(duì)應(yīng)的工具按鈕則可以開(kāi)始調(diào)試。 另外， “ View” 下的三個(gè)工具在調(diào)試中會(huì)經(jīng)常用到 。 “ Disassembly Window” 顯示C 文件的反匯編程序； “ Watch amp。 Call Stack Window” 可以顯示程序中某一變量的值；“ Memory Window” 可以顯示內(nèi)存中某一地址的值。 （二） STCISP 軟件 這里采用的單片機(jī)程序燒寫(xiě)軟件 ， 這個(gè)軟件在 網(wǎng)上流傳很廣，因?yàn)槠湎螺d線制作簡(jiǎn)單。被很多單片機(jī)愛(ài)好者采用。此軟件使用時(shí)還需要一個(gè)單片機(jī)下載線來(lái)把程序下載到單片機(jī)里，單片機(jī)下載線原理圖（如圖 所示） 圖 下載線原理圖 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 33 使用 STCISP 來(lái)進(jìn)行程序?qū)懙倪^(guò)程如下： 先從網(wǎng)站上下載到 STCISP 的軟件包，解壓后，打開(kāi)其中 “ 軟件 ” 文件夾， 運(yùn)行其中的 ，出現(xiàn)如下界面（如圖 所示）。 圖 選單片機(jī) 接下來(lái)插好下載線，接通開(kāi)發(fā)板電源。在左上角的芯片型號(hào)選擇列表框中選擇對(duì)應(yīng)的芯片型號(hào)，單擊檢測(cè)器件，如果軟件提示檢測(cè)到 器件，則硬件電路沒(méi)有問(wèn)題，接下來(lái)就開(kāi)始往單片機(jī)里燒寫(xiě)程序了，單擊 “ 打開(kāi)文件 ” 出現(xiàn)所示對(duì)話框。將文件類型設(shè)為HEX，選擇建立工程的路徑，找到 Keil 編譯生成的 HEX 文件如圖 所示。之后，再點(diǎn)下 “ 自動(dòng)完成 ” ，這樣，程序就燒寫(xiě)完成了。 圖 打開(kāi)文件 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 34 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)，成本低廉，可移植性比較高。在實(shí)際的模擬運(yùn)行當(dāng)中，系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定，各個(gè)部分工作協(xié)調(diào)，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)的基本要求。 本課題所完成的研究?jī)?nèi)容、得到的結(jié)論與特色之處主要包括以下幾個(gè)方面 ： 基于最初設(shè)計(jì) 的基本要求，考慮到被控制的直流電機(jī)的所需的驅(qū)動(dòng)能力，采用單片機(jī)軟件生成 PWM 波， 同時(shí)采用定時(shí)器而不是軟件延時(shí)作為脈沖寬度控制的定時(shí)方式， PWM 技術(shù) 能夠明顯的提高調(diào)速精度、調(diào)速范圍和調(diào)速效率。 考慮電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定， PWM 采用單極性工作制，這種工作狀態(tài)基于其本身的特點(diǎn)明顯優(yōu)越于雙極性工作制。同時(shí)， 直流電機(jī)調(diào)速方法采用調(diào)壓調(diào)速 的方法，這屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，這種方法優(yōu)越 于改變主磁通和調(diào)整電樞回路電阻這兩種方法，它能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，這在一定程度上，保證了電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)電樞回路電流變化遇到的時(shí)間常數(shù)較 小，能快速響應(yīng)，效率比較高。 驅(qū)動(dòng)電路采用典型的 H 橋型電路，實(shí)際的設(shè)計(jì)中采用三極管設(shè)計(jì) H 橋的四個(gè)橋臂，用單片機(jī)控制三極管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確地調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和和截止模式下，效率非常高； H 型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性能也非常好。這種電路明顯優(yōu)越于采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)與關(guān)進(jìn)行控制，因?yàn)槔^電器的響應(yīng)速度慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短 、 可靠性不高。 實(shí)際中采用霍爾元件測(cè)速，基于霍爾元件的優(yōu)越性能，遠(yuǎn)比光測(cè)所得的數(shù)據(jù)更為 準(zhǔn)確。實(shí)際中， 在滿足設(shè)計(jì)精度的最低要求下， PWM 波形 的周期 定為 50ms，即頻率為 20Hz。同時(shí)采用計(jì)數(shù)法，相比于測(cè)脈寬法和等精度法更符合 客觀 實(shí)際，操作起來(lái)更加方便。 設(shè)計(jì)中顯示元件采用液晶 LCD1602。它屬于字符點(diǎn)陣式的顯示器，共能顯示 16x2個(gè)字符，顯示功能相比數(shù)碼管而言，非常強(qiáng)大。液晶顯示器有著 低電壓、微功耗、無(wú)輻射、小體積等特點(diǎn)， 這使得它的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 但是，對(duì)該系統(tǒng)的研究還存在一些問(wèn)題需要解決。比如溫度傳感器的測(cè)溫范圍不夠?qū)?，反?yīng)速度慢、有滯后、線性度不夠好，需要進(jìn)行校正，精度無(wú)法進(jìn)一步提 高、 溫度傳感器的數(shù)據(jù) 距離比較近等。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 35 致 謝 本文的研究工作是在我的導(dǎo)師 劉義杰老師 的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的， 從論文選題到課題難點(diǎn)的解決， 劉老師 都給予了本人悉心地指導(dǎo)。 在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無(wú)不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、無(wú)私的奉獻(xiàn)精神使我深受的啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。 同時(shí)，感謝 四 年中給 予 我極大關(guān)心和幫助的信息 工程系所有老師，他們的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 ，豐富的知識(shí)，以及 這 四 年來(lái)對(duì)我們的培養(yǎng)，讓我們?cè)趯W(xué)習(xí)和做人上都有了很大的提高。并感謝所有曾經(jīng)關(guān)心我、鼓勵(lì)過(guò)我的同學(xué)們，從他們身上，我學(xué)到了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和忘我的工作精神，還有如何做人、如何處世這些在其它地方所無(wú)法學(xué)到的東西，令我受益終生。由于本人水平有限，加上時(shí)間緊促，本文一定有不少缺點(diǎn)和不足，懇請(qǐng)各位 評(píng)委 老師給予幫助和指正。 在論文即將完成之際，謹(jǐn)向所有在我課題研究和論文完成期間曾教我學(xué)業(yè)、助我研究、關(guān)心我學(xué)習(xí)和生活的老師、同學(xué)、朋友和家人致以最真摯的謝意 ！ 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 36 參考文獻(xiàn) [1] 沙占友，王彥朋 ，孟志永 ． 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì) ． 第一版 ．北京電子工業(yè) 出版社，2020： P135－ 137， P222－ 226． [2] 何立民 ． 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) ． 第三版 ． 航空航天大學(xué)出版社， 1994： P24－ 38． [3] 姚永平 ． STC89C52RC/RD+系列單片機(jī)中文指南 ． 深圳 ． 宏晶科技， 2020． 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