【正文】 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 附錄 ? SPCE061A 系統(tǒng)原理圖 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 41 附錄 ??單片機(jī)程序 //======================================================== // 文件名稱： //======================================================== include include include include define SPEED_MAX 60 // 最高設(shè)定速度 define SPEED_MIN 30 // 最低設(shè)定速度 define SPEED_STEP 2 // 速度設(shè)定步進(jìn)值 define CP 8 // 比例常數(shù) Proportio。從論文的選題、研究、計劃的安排到論文的修改內(nèi)容，席老師都給了我細(xì)心地指導(dǎo)。在本次畢業(yè)設(shè)計中，培養(yǎng)了自我思考和分析解決問題的綜合能力，也讓我有了一個可以鍛煉自己的機(jī)會，使我在今后的社會發(fā)展中有了一個良好的基礎(chǔ)。由于現(xiàn)在的社會是計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的階段，可以說單片機(jī)與計算機(jī)在當(dāng)今社會生活中是必不少的軟件，所以這些使我更明確的知道了現(xiàn)代社會的發(fā)展趨勢。所以，研究直流電機(jī)的測量方法，對提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。在國防、文教、醫(yī)療，也廣泛應(yīng)用各種電動機(jī)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，電力排灌設(shè)施、打谷機(jī)、榨油機(jī)等都是由電動機(jī)拖動的。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)機(jī)械一般都用電動機(jī)拖動。軟件方面，采用了模塊化設(shè)計思想，運(yùn)用到匯編語言與 C 語言編寫程序，可讀性強(qiáng)，便于系統(tǒng)的改進(jìn)和升級，靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)。 本文所設(shè)計的直流電機(jī)控制系統(tǒng)具有體積小、精度高、實 時測量顯示直觀迅速、運(yùn)行操作簡單、成本較低等優(yōu)點。對電機(jī)的轉(zhuǎn)速不僅要能調(diào)節(jié)，而且要求調(diào)節(jié)的范圍寬廣，過程平滑，調(diào)節(jié)的方法要簡單、經(jīng)濟(jì)。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 社會經(jīng)濟(jì)效益分析 為了提高生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，大量的生產(chǎn)機(jī)械要求以不同的速度工作。 通過實際調(diào)試，整個設(shè)計能夠滿足設(shè)計要求，達(dá)到設(shè)計的指標(biāo)。本文軟件部分采用模塊化設(shè)計思想，把整個部分主要分成三個模塊：直流電機(jī)驅(qū)動、直流電機(jī)測速、數(shù)碼管顯示、按鍵控制。 整個課題的開發(fā)過程主要難點在軟件程序的編寫這個部分，主要任務(wù)是開發(fā)一個以凌陽 SPCE061A 單片機(jī)為核心的直流電機(jī)測速系統(tǒng)，可實現(xiàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量以及方向控制，并用 LED 顯示轉(zhuǎn)速。 圖 本課題硬件電路 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 圖 顯示電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 圖 顯示電機(jī)最小轉(zhuǎn)速 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 圖 顯示電機(jī)初始設(shè)置轉(zhuǎn)速 圖 顯示電機(jī)轉(zhuǎn)動方向 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 結(jié) 論 本文設(shè)計的直流電機(jī)控制系統(tǒng)是在各種儀器連接使用的基礎(chǔ)上設(shè)計而成的，硬件部分主要包括 61 板與 SPGT62C19B 電機(jī)控制模組兩部分。根據(jù)設(shè)計的實際情況，直流電機(jī)最大轉(zhuǎn)速設(shè)置為 60 轉(zhuǎn) /秒，最小轉(zhuǎn)速設(shè)置為 30 轉(zhuǎn) /秒，步進(jìn)值為 2 轉(zhuǎn) /秒。 四、模組有兩組直流電機(jī)接口（ J11 和 J12） ，直流電機(jī)應(yīng)插在哪組接口上？ 解決方法：直流電機(jī)可以插在任意一組接口上，但應(yīng)使程序所控制的接口與電機(jī)實際使用的接口相一致。 三、為什么系統(tǒng)剛剛上電復(fù)位時直流電機(jī)就開始轉(zhuǎn)動了？ 原因分析： SPGT62C19B 的控制邏輯是，當(dāng) I01 與 I02 都為 0 時，輸出電流最 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 大。如果使用電池盒，要保證電池電壓充足。 二、硬件連接與程序都沒有什 么問題，但是電機(jī)還是沒有工作。 原因分析與解決方法： 61 板的 “+”負(fù)責(zé)給 SPGT62C19B 芯片提供邏輯電源，而驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動的供電電源是與邏輯電源相分離的。按 F5 鍵運(yùn)行程序，觀察直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動。將模組的輸出選擇跳線跳至 “DC MOTOR”位置，并用排線將模組的 J3 連接到 61 板的 IOB 低 8 位（即 61 板的 J6），如圖 所示，然后接好模組的電機(jī)供電電源。此外，它的軟件仿真功能可以不連接仿真板，模擬硬件的部分功能來調(diào)試程序。unSP 是凌陽科技提供的一個集成開發(fā)環(huán)境，它集程序的編輯、編譯、鏈接、調(diào)試和仿真等功能為一體。在調(diào)試中找出缺陷，判斷故障源，對硬、軟件做出修改，反復(fù)進(jìn)行這一過程，直至確信沒有錯誤之后接入單片機(jī)進(jìn)行整機(jī)聯(lián)調(diào)。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 6 系統(tǒng)總體調(diào)試和結(jié)果分析 調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和整體聯(lián) 調(diào)。其程序流程如下圖 所示： 顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)動方向 開始 返回 等待按鍵 Key1 按下？ Key2 按下？ Key3 按下？ 設(shè)定為正 向轉(zhuǎn)動 設(shè)定為反 向轉(zhuǎn)動 N Y N Y N Y 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 圖 電機(jī)啟動子程序 綜上所述，軟件部分主要實現(xiàn)的功能如下表 所示： 顯示測得的電機(jī)轉(zhuǎn)速 開始 返回 完成一次測速？ 調(diào)用 PID 子程序，更新電機(jī)速度等級設(shè)定 獲取按鍵值 Key3 按下？ Key2 按下？ Key1 按下？ 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)速設(shè)定值加 2 轉(zhuǎn)速設(shè)定值減 2 N N N Y Y Y Y N 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 表 功能與操作方法 狀態(tài) Key1 Key2 Key3 數(shù)碼管顯示 電機(jī)停止?fàn)顟B(tài) 轉(zhuǎn)速設(shè)置 方向設(shè)置 啟動電機(jī) 當(dāng)前設(shè)定轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速設(shè)置狀態(tài) 轉(zhuǎn)速增加 2 轉(zhuǎn) /秒 轉(zhuǎn)速減小 2 轉(zhuǎn) /秒 確定 當(dāng)前設(shè)定轉(zhuǎn)速 方向設(shè)置狀態(tài) 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 確定 “”正向 或反向滾動 轉(zhuǎn)動狀態(tài) 轉(zhuǎn)速增加 2 轉(zhuǎn) /秒 轉(zhuǎn)速減小 2 轉(zhuǎn) /秒 電機(jī)停止 當(dāng)前實際轉(zhuǎn)速 本章小結(jié) 本章主要介紹了對于直流電機(jī)測速的軟件。方向設(shè)定子程序流程如下圖 所示： 閃爍顯示當(dāng)前速度設(shè)定值 開始 返回 等待按鍵 Key1 按下？ Key2 按下？ Key3 按下？ 轉(zhuǎn)速設(shè)定 值加 2 轉(zhuǎn)速設(shè)定 值減 2 Y N N Y Y N 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 方向設(shè)定子程序 電機(jī)啟動子程序控制電機(jī)按照設(shè)定的方式轉(zhuǎn)動。 Key1 與 Key2 鍵分別設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)動方向為 “正轉(zhuǎn) ”或 “反轉(zhuǎn) ”。每按一下 Key1 鍵，轉(zhuǎn)速設(shè)定值增加 2 轉(zhuǎn) /秒，當(dāng)轉(zhuǎn)速設(shè)定值達(dá)到 60 轉(zhuǎn) /秒 的時候，再按 Key1 鍵，轉(zhuǎn)速設(shè)定值將恢復(fù)到 30 轉(zhuǎn) /秒；同理，每按一下 Key2 鍵轉(zhuǎn)速設(shè)定值減小 2 轉(zhuǎn) /秒，當(dāng)轉(zhuǎn)速設(shè)定值下降到 30 轉(zhuǎn) /秒的時候，再按Key2 鍵，轉(zhuǎn)速設(shè)定值將達(dá)到 60 轉(zhuǎn) /秒；當(dāng)按下 Key3 后返回主程序。 即：當(dāng) Key1 鍵按下，調(diào)用轉(zhuǎn)速設(shè)定子程序； Key2 鍵按下，調(diào)用方向設(shè)定子程序；Key3 鍵按下，調(diào)用電機(jī)啟動子程序。 LED 數(shù)碼管的顯示流程如圖 所示： 測速計數(shù)值加 1 開始 返回 定時計數(shù)值加 1 檢測到低電平 保存電機(jī)轉(zhuǎn)速 測速計數(shù)值清 0 定時計數(shù)值清 0 到達(dá)定時時間 N N Y Y 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 LED 數(shù)碼管顯示流程 主程序流程 主程序在系統(tǒng)初始化（初始化時鐘、中 斷、變量等）之后，顯示默認(rèn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值，并等待按鍵輸入。以 4KHz 作為采樣頻率，檢測該I/O 端口的電平狀態(tài)并計數(shù)，即可通過一段時間內(nèi)的計數(shù)值計算出電機(jī)轉(zhuǎn)速。上述功能模塊組成了兩層單向調(diào)用結(jié)構(gòu)，各模塊之間的調(diào)用關(guān)系如下圖 ： 圖 各模塊之間的調(diào)用關(guān)系 各模塊單元軟件框架 直流電機(jī)測速 根據(jù) SPGT62C19B 控制原理 電機(jī)測速工作是利用 4KHz 時基中斷完成的。 （ 3）直流電機(jī)控制：該模塊通過控制 SPGT62C19B芯片，實現(xiàn)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動控制以及轉(zhuǎn)速檢 測。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 5 測速系統(tǒng)軟件設(shè)計 總體軟件結(jié)構(gòu)框架 本方案的軟件系統(tǒng)主要包含下列模塊： （ 1）按鍵掃描：掃描 13鍵盤，獲取鍵值。 綜上所述：硬件部分所包括的模塊及實現(xiàn)功能如表 所示。 ULN20xxA 是 7 路達(dá)林頓三極管陣列，這里用到了其中的 4 路，分別連接到數(shù)碼管的 4 個位選腳 G1～ G4，如下圖 所示。將 SPEED 連接到單片機(jī)的 I/O 口，即可通過定時計數(shù)的方法計算出電機(jī)轉(zhuǎn)動速度。 圖 轉(zhuǎn)速測量電路 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 當(dāng)紅外發(fā)射管與紅外接收管之間被直流電機(jī)光柵轉(zhuǎn)盤的不透明部分遮擋時，紅外接收管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時圖中的 SPEED 輸出高電平。 圖 輸出 PWM 控制直流電機(jī) 轉(zhuǎn)速測量電路 轉(zhuǎn)速測量采用一組鼠標(biāo)用的紅外對管實現(xiàn)。 在通道 1 中，只需設(shè)定 PHASE1 的邏輯電平，即可實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。輸入控制信號經(jīng)前級緩沖后送入片內(nèi)控制器，然后由控制部分進(jìn)行處理并驅(qū)動晶體管，最后由 OUT 端口輸出驅(qū)動信號以控制電機(jī)的運(yùn)行。 SPGT62C19B 的內(nèi)部由兩組完全相同的控制電路組成了兩路輸出通道。在本方案中，用到模組的直流電機(jī)和 LED 數(shù)碼管等模塊。 圖 直流電機(jī)的光柵轉(zhuǎn)盤 ULN20xxA： ULN20xxA 是單片式 7 路達(dá)林頓三極管陣列，在本模組中用來驅(qū)動 4 位 LED 數(shù)碼管。光柵轉(zhuǎn)盤遮擋在紅外發(fā)射管和紅外接收管之間。 直流電機(jī)：電機(jī)型號為 310CA，工作電壓 3V12V，在 5V 電壓下空載轉(zhuǎn)速約4000 轉(zhuǎn) /分。 直流電 機(jī)接口：由于 SPGT62C19B 可同時驅(qū)動兩臺直流電機(jī)，因此留出了兩組直流電機(jī)接口，在模組上分別標(biāo)示為 J11 和 J12。 輸出選擇跳線：該組跳線用來選擇 SPGT62C19B 芯片控制的電機(jī)。共有兩組電源插座，分別為 2PIN 針座（可接 61 板電池盒或其他直流電源）和 DC 穩(wěn)壓電源插座（可接直流穩(wěn)壓電源）。當(dāng)接通了電機(jī)驅(qū)動電源時，外接電源指示燈會點亮。 SPGT62C19B：電機(jī)驅(qū)動芯片，可驅(qū)動一臺雙極性兩相步進(jìn)電機(jī)，或者兩臺直流電機(jī)。 模組平面圖 模組的平面圖如下圖 所示 ： 圖 電機(jī)控制模組結(jié)構(gòu)圖 上述結(jié)構(gòu)圖中各部分說明如下： 電機(jī)控制接口：模組與單片機(jī)的接口，為 10PIN 排針，可以直接與 “61 板 ”連接，實現(xiàn)電機(jī)控制。 61 板硬件框圖如圖 所示： 圖 61 板硬件框圖 61 板硬件框圖各部分說明如表 所示 ： 表 框圖說明 POWER 5V 或 3V 供電電路 PLL 鎖向環(huán)外部電路 Power電源指示燈 Sleep睡眠指示燈 RESET 復(fù)位電路 K4 復(fù)位按鍵 PROBE 在線調(diào)試器串行 5 針接口 S5 EZPROBE 和 PROBE 切換的開關(guān) J1 J3 耳機(jī)插孔和兩針喇叭插針 DAC 音頻輸出電路 MIC 麥克風(fēng)輸入電路 OSC 32768 晶振電路 VREF A/D 轉(zhuǎn)換外部轉(zhuǎn)換 電壓輸入接口 R/C 芯片其他外圍電 阻、電容電路 K1～ K3 擴(kuò)展的按鍵：接 IOA0～ IOA2 SPCE061A 61 板核心： 16 位 微處理器 PORTA/B 32 個 I/O 口 轉(zhuǎn)速測量單元 模組采用凌陽 SPGT62C19B 電機(jī)驅(qū)動芯片，配置直流電機(jī)一臺，并提供 4 位 LED 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 數(shù)碼管用來顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速等信息。而且它的體積小，采用電池供電，方便隨身攜帶。 凌陽 SPCE061A 單片機(jī) SPCE061A 是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款十六位單片機(jī)，在