【導讀】本文主要設計一個基于單片機的直流電機PWM控制系統(tǒng)。PWM控制提高了調速。范圍，提高了調速精度，改善了快速性能、功率和功率因數(shù)。系統(tǒng)在設計中被控對象采。用5V的直流電機，以MCS-51單片機為控制核心，采用LCD1602液晶作為顯示元件，進行軟硬件的設計。電路、時鐘電路、復位電路、霍爾測速電路和驅動電路。軟件設計在Keil開發(fā)平臺用C. 通過利用單片機產(chǎn)生PWM控制信號控制直流電機，詳細介紹脈寬調制控。制原理，直流電機的工作原理和數(shù)學模型以及用H型橋電路基本原理設計的驅動電路。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 電機的轉速 ，根據(jù)經(jīng)驗判斷是否離譜，電機方向切換是否正確，在整個運行過程中， 電機的運行是否連貫，沒有在某一時刻，出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。 在調試中，并不是一次就能成功的。當出現(xiàn)問題 后，在程序中 應 設置斷點，查看問題的所在，同時也用萬用表的蜂鳴檔查試硬質電路的連接情況，看是否有假焊，漏焊，錯焊的情況。當出現(xiàn)上 述 問題后，一般是程序的走向不對，后者就是電路板的焊制有問題。但只要細心排查，都能一一解除。 評價一個系統(tǒng)做的如何，不僅要看硬件的構造，成本是否低廉，實用性是否較強，適應環(huán)境是否多變，還要看軟件是否比較簡練。程序不應該寫的冗長， 在寫程序的過程中，不僅要遵循一般的寫做原則（如主程序在達到目的的前提下應盡量簡短），還要依據(jù)硬件的客觀條件（如 P0 口的驅動能力比 P1 口強），要帶有目的性地編程序 、改程序和調程序。只有這樣才能提高單片機的運行效率。 系統(tǒng)的編譯器和燒錄軟件 （一） Keil 編譯器軟件 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標代碼 效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細介紹 Keil C51 開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用 [10]。 沈陽理工大學應用 技術學院 學士學位 論文 27 圖 C51 工具包整體結構圖 Keil C51 單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結構 C51 工具包的整體結構，如圖 所示，其中 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、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(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文件 （ .OBJ） 。目標文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對目標文件 （ .ABS） 。 ABS 文件由 OH51 轉換成標準的 Hex 文件，以供調試器 dScope51 或tScope51 使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。 Keil 是目前進行 51 單片機開發(fā)最常用的編譯軟件。關于 Keil 的使用，有很多的資料介紹，這里只介紹其整個編譯過程，在最短時間內開始使用 Easy 51DP2 開發(fā)板。對于 Keil 更詳細的介紹，可以參考一些專門書籍資料。在 Keil 里，每一個完整的程序，都是以一個工程的形式建立的。一個工程里可以有一個或多個 *.c 文件和 *.h 文件，但只可以有一個 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 C 文件里。這樣，在編譯的時候，其他的文件會被自動的導入到工程里來。 打開 Keil 軟件后，出現(xiàn)（圖 ）所示界面。當然，如果 Keil 在上次關閉時有打開的工程，再一次打開時它會自動加載上一次的工程文件。 沈陽理工大學應用 技術學院 學士學位 論文 28 圖 Keil 軟件主界面 首先點擊 ProjectNew Project… （ ProjectOpen Project… 為打開一個已經(jīng)存在的工程），如圖 所示。 圖 Keil 軟件打開新工程界面 點開后，在出現(xiàn)的對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型號： STC89S51（或者是STC89S52，視開發(fā)板上具體型號而定），單擊 “ 確定 ” 。 沈陽理工大學應用 技術學院 學士學位 論文 29 圖 選擇電路板上所用的單片機型號 設置 完成后，軟件會提示“是否將 8051 上電初始化程序添加入 工程？” 這個一般選“否”。 這樣，就建立了一個空的 51 工程。 接下來的事，就是在這個工程里面加入自己的程序代碼。點擊 ，或者 FileNew，便建立了一個空的文本框?，F(xiàn)在，就可以開始在里面輸入你的代碼了。 保存時注意：如果是用 C 語言寫的程序，則將文本保存成 *.c，如果是用匯編寫的程序，則將文本存成 *.asm。 到目前為步，我們已經(jīng)建立了一個工程，也寫了一個程序代碼。但現(xiàn)在還不能開始編譯。因為還沒有將程序代碼添加到工程里面去。 下一步就是將寫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?。在打開的對話框中，選擇剛存的文件路徑和對應的擴展名。這樣，程序就添加進了這個工程。 沈陽理工大學應用 技術學院 學士學位 論文 30 圖 添加文件到工程中 下一步，就開始編譯剛輸入進去的代碼。點擊工具欄中的 按鈕。接著， Keil 會打出下面的提示： 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).”說明現(xiàn)在的工程編譯通過， 0 個錯誤和 0 個警告。建立工程的時候，默認是不生成 HEX 文件的，得在編譯做如下設置：單擊 ，或者在 Project Workspace 里 Target 1 上右擊，選擇 “Options for Target ?Target 1?”。出現(xiàn)如圖 所示對話框，選擇 “Output”按圖示，將箭頭所指的多選框勾上，點 “ 確定 ” 。 現(xiàn)在再點擊 重新編譯，系統(tǒng)提示： “creating hex file from first...”。便會在工程所在文件夾里生成 HEX 文件。 沈陽理工大學應用 技術學院 學士學位 論文 31 圖 生成 HEX 文件 Keil 有很強大的調試功能，可以顯示 C 程序的反匯編代碼、可以計算代碼運行的時間、可以顯示程序中某一變量的值，能用好這個調試工具對編寫單片機程序會有很大的幫助。同樣的，在這里，只對 Debug 進行簡單應用介紹，更詳細的使用方法可以參看相關書籍資料。 圖 調試前設置窗口 首先，單擊 ，彈出如圖 所示對話框，在 Target 頁 面上設置對應的晶振頻率。其他不用作修改。設置完成后，單擊 ，進入調試界面（如圖 所示）。 沈陽理工大學應用 技術學院 學士學位 論文 32 圖 Keil 調試界面 點擊 中對應的工具按鈕則可以開始調試。 另外， “ View” 下的三個工具在調試中會經(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” 可以顯示內存中某一地址的值。 （二） STCISP 軟件 這里采用的單片機程序燒寫軟件 ， 這個軟件在 網(wǎng)上流傳很廣，因為其下載線制作簡單。被很多單片機愛好者采用。此軟件使用時還需要一個單片機下載線來把程序下載到單片機里，單片機下載線原理圖（如圖 所示） 圖 下載線原理圖 沈陽理工大學應用 技術學院 學士學位 論文 33 使用 STCISP 來進行程序寫的過程如下： 先從網(wǎng)站上下載到 STCISP 的軟件包，解壓后，打開其中 “ 軟件 ” 文件夾， 運行其中的 ，出現(xiàn)如下界面（如圖 所示）。 圖 選單片機 接下來插好下載線，接通開發(fā)板電源。在左上角的芯片型號選擇列表框中選擇對應的芯片型號，單擊檢測器件，如果軟件提示檢測到 器件，則硬件電路沒有問題，接下來就開始往單片機里燒寫程序了，單擊 “ 打開文件 ” 出現(xiàn)所示對話框。將文件類型設為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，再點下 “ 自動完成 ” ，這樣，程序就燒寫完成了。 圖 打開文件 沈陽理工大學應用 技術學院 學士學位 論文 34 結 論 本設計是基于單片機的直流電機 PWM 調速系統(tǒng)，成本低廉，可移植性比較高。在實際的模擬運行當中，系統(tǒng)運行非常穩(wěn)定，各個部分工作協(xié)調，完全達到了設計的基本要求。 本課題所完成的研究內容、得到的結論與特色之處主要包括以下幾個方面 ： 基于最初設計 的基本要求，考慮到被控制的直流電機的所需的驅動能力，采用單片機軟件生成 PWM 波， 同時采用定時器而不是軟件延時作為脈沖寬度控制的定時方式， PWM 技術 能夠明顯的提高調速精度、調速范圍和調速效率。 考慮電機運行的穩(wěn)定， PWM 采用單極性工作制，這種工作狀態(tài)基于其本身的特點明顯優(yōu)越于雙極性工作制。同時， 直流電機調速方法采用調壓調速 的方法，這屬于恒轉矩調速，這種方法優(yōu)越 于改變主磁通和調整電樞回路電阻這兩種方法，它能在一定范圍內實現(xiàn)無級調速，這在一定程度上，保證了電機運行的穩(wěn)定性。同時電樞回路電流變化遇到的時間常數(shù)較 小，能快速響應，效率比較高。 驅動電路采用典型的 H 橋型電路，實際的設計中采用三極管設計 H 橋的四個橋臂，用單片機控制三極管使之工作在占空比可調的開關狀態(tài)，精確地調整電動機的轉速。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單地實現(xiàn)轉速和方向的控制，電子開關的速度很快，穩(wěn)定性能也非常好。這種電路明顯優(yōu)越于采用繼電器對電動機的開與關進行控制，因為繼電器的響應速度慢，機械結構易損壞、壽命較短 、 可靠性不高。 實際中采用霍爾元件測速，基于霍爾元件的優(yōu)越性能，遠比光測所得的數(shù)據(jù)更為 準確。實際中， 在滿足設計精度的最低要求下， PWM 波形 的周期 定為 50ms，即頻率為 20Hz。同時采用計數(shù)法，相比于測脈寬法和等精度法更符合 客觀 實際，操作起來更加方便。 設計中顯示元件采用液晶 LCD1602。它屬于字符點陣式的顯示器，共能顯示 16x2個字符，顯示功能相比數(shù)碼管而言，非常強大。液晶顯示器有著 低電壓、微功耗、無輻射、小體積等特點， 這使得它的應用越來越廣泛。 但是，對該系統(tǒng)的研究還存在一些問題需要解決。比如溫度傳感器的測溫范圍不夠寬，反應速度慢、有滯后、線性度不夠好，需要進行校正，精度無法進一步提 高、 溫度傳感器的數(shù)據(jù) 距離比較近等。 沈陽理工大學應用 技術學院 學士學位 論文 35 致 謝 本文的研究工作是在我的導師 劉義杰老師 的精心指導和悉心關懷下完成的， 從論文選題到課題難點的解決， 劉老師 都給予了本人悉心地指導。 在我的學業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著導師辛勤的汗水和心血。導師的嚴謹治學態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受的啟迪。從尊敬的導師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。在此我要向我的導師致以最衷心的感謝和深深的敬意。 同時，感謝 四 年中給 予 我極大關心和幫助的信息 工程系所有老師，他們的嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度 ，豐富的知識，以及 這 四 年來對我們的培養(yǎng)，讓我們在學習和做人上都有了很大的提高。并感謝所有曾經(jīng)關心我、鼓勵過我的同學們，從他們身上，我學到了嚴謹?shù)膶W習態(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法學到的東西，令我受益終生。由于本人水平有限，加上時間緊促，本文一定有不少缺點和不足，懇請各位 評委 老師給予幫助和指正。 在論文即將完成之際，謹向所有在我課題研究和論文完成期間曾教我學業(yè)、助我研究、關心我學習和生活的老師、同學、朋友和家人致以最真摯的謝意 ！ 沈陽理工大學應用 技術學院 學士學位 論文 36 參考文獻 [1] 沙占友，王彥朋 ，孟志永 ． 單片機外圍電路設計 ． 第一版 ．北京電子工業(yè) 出版社，2021： P135－ 137， P222－ 226． [2] 何立民 ． 單片機應用系統(tǒng)設計 ． 第三版 ． 航空航天大學出版社， 1994： P24－ 38． [3] 姚永平 ． STC89C52RC/RD+系列單片機中文指南 ． 深圳 ． 宏晶科技， 2021． [4] 鄭毛祥 ． 單片機應用基礎 ． 第一版 ． 人民郵電出版社， 2021： P36－ 39． [5] 李群芳，張士軍，黃建 ． 單片微型計算機與接口技術 ． 電子工業(yè)出版社， 2021： P65－ 88． [6] 李鄧化，彭書華 ． 智能檢測技術及儀表 ． 第一版 ． 科技 出版社， 2021： P36－ 39． [7] 楊耕，羅應立 ． 電機和運動控制系統(tǒng) ． 清華大學出版社， 2021： P92－ 174． [8]