【正文】 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。 同時，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，他們的嚴謹?shù)闹螌W(xué)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(xué)習(xí)和做人上都有了很大的提高。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。 在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。比如溫度傳感器的測溫范圍不夠?qū)挘磻?yīng)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。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(yīng)用越來越廣泛。 設(shè)計中顯示元件采用液晶 LCD1602。實際中， 在滿足設(shè)計精度的最低要求下， PWM 波形 的周期 定為 50ms，即頻率為 20Hz。這種電路明顯優(yōu)越于采用繼電器對電動機的開與關(guān)進行控制，因為繼電器的響應(yīng)速度慢，機械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短 、 可靠性不高。 驅(qū)動電路采用典型的 H 橋型電路，實際的設(shè)計中采用三極管設(shè)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(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確地調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速。同時， 直流電機調(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)實現(xiàn)無級調(diào)速，這在一定程度上，保證了電機運行的穩(wěn)定性。 本課題所完成的研究內(nèi)容、得到的結(jié)論與特色之處主要包括以下幾個方面 ： 基于最初設(shè)計 的基本要求，考慮到被控制的直流電機的所需的驅(qū)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(shù) 能夠明顯的提高調(diào)速精度、調(diào)速范圍和調(diào)速效率。 圖 打開文件 沈陽理工大學(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)計是基于單片機的直流電機 PWM 調(diào)速系統(tǒng)，成本低廉，可移植性比較高。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。 圖 選單片機 接下來插好下載線，接通開發(fā)板電源。被很多單片機愛好者采用。 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。 另外， “ View” 下的三個工具在調(diào)試中會經(jīng)常用到 。設(shè)置完成后，單擊 ，進入調(diào)試界面（如圖 所示）。 圖 調(diào)試前設(shè)置窗口 首先，單擊 ，彈出如圖 所示對話框，在 Target 頁 面上設(shè)置對應(yīng)的晶振頻率。 沈陽理工大學(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 有很強大的調(diào)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(diào)試工具對編寫單片機程序會有很大的幫助。 現(xiàn)在再點擊 重新編譯，系統(tǒng)提示： “creating hex file from first...”。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(shè)置：單擊 ，或者在 Project Workspace 里 Target 1 上右擊，選擇 “Options for Target ?Target 1?”。Target 139。點擊工具欄中的 按鈕。這樣，程序就添加進了這個工程。 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?。但現(xiàn)在還不能開始編譯。 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。點擊 ，或者 FileNew，便建立了一個空的文本框。 這樣，就建立了一個空的 51 工程。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(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 首先點擊 ProjectNew Project… （ ProjectOpen Project… 為打開一個已經(jīng)存在的工程），如圖 所示。 打開 Keil 軟件后，出現(xiàn)（圖 ）所示界面。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。在 Keil 里，每一個完整的程序，都是以一個工程的形式建立的。關(guān)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(nèi)開始使用 Easy 51DP2 開發(fā)板。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或tScope51 使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件 （ .OBJ） 。 沈陽理工大學(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 單片機軟件開發(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 的集成開發(fā)環(huán)境 （ IDE） ，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 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(diào)試工具，全 Windows 界面。 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(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。程序不應(yīng)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(yīng)盡量簡短），還要依據(jù)硬件的客觀條件（如 P0 口的驅(qū)動能力比 P1 口強），要帶有目的性地編程序 、改程序和調(diào)程序。但只要細心排查，都能一一解除。當(dāng)出現(xiàn)問題 后，在程序中 應(yīng) 設(shè)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(zhì)電路的連接情況，看是否有假焊，漏焊，錯焊的情況。 當(dāng)出現(xiàn)沒有出現(xiàn)錯誤和警告的時候在將程序燒錄到單片機中，然后就進行硬件沈陽理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 26 的調(diào)試 ， 觀察當(dāng)按鍵按下時，單片機是否按照程序的步驟執(zhí)行，液晶顯示出的 電機的轉(zhuǎn)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 Keil 軟件中建立好自己的工程文件，并把自己相應(yīng)的程序保存為 .C 文件，編譯后生成 .hex 文件。 軟件調(diào)試程序 ，意思就是用開發(fā)單片機程序的計算機去模擬單片機的指令執(zhí)行，并虛擬單片機片內(nèi)資源，從而實現(xiàn)調(diào)試的目的，但是軟件調(diào)試存在一些問題，如計算機本身是多任務(wù)系統(tǒng)，劃分執(zhí)行時間片是由操作系統(tǒng)本身完成的，無法得到控制，這樣就無法時時的模擬單片機的執(zhí)行時序，也就是說 ，不可能像真正的單片機運行環(huán)境那樣執(zhí)行的指令在同樣一個時間能完成（往往要完成的比單片機慢） [9]。 二 、程序轉(zhuǎn)跳錯誤 這種錯誤的現(xiàn)象是程序運行不到指定的地方，或發(fā)生死循環(huán)，通常是由于錯用了指令或改錯了標(biāo)號引起的。 （ 6） 符號化調(diào)試。 （ 4） 檢查和修改存儲器單元的內(nèi)容。 （ 3） 斷點運行。 （ 2） 運行。 軟件調(diào)試 一 、 軟件 調(diào)試程序的基本方法 如下 ： （ 1） 單步。 （ 2） 元器件失效 元器件失效的原因有兩個方面，一是由于元器件本身損壞或性能差，諸如電電容的沈陽理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 25 型號參數(shù)選擇不正確，集成電路損壞，或速度、功耗等技術(shù)參數(shù)不合格等；第二是組裝錯誤造成的元器件失效，諸如電容、二極管、三極管極性錯誤，集成塊安裝方向傾倒等。 （ 2）聯(lián)機仿真 ① 測試擴展 RAM 存儲器 ② 測試 I/O 口和 I/O 設(shè)備 ③ 測試程序存儲器 二、常見硬件故障分析（先寫調(diào)試方法，后寫故障分析，最后說明本課題的調(diào)試過程） （ 1） 邏輯錯誤 樣機硬件的邏輯錯誤是由于設(shè)計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查， 以防止電源的短路和極性的錯誤。軟件調(diào)試是指在各個程序模塊基本調(diào)試正確的基礎(chǔ)上，進行系統(tǒng)軟件的綜合調(diào)試，尤其要注意各程序模塊之間能否正確地實現(xiàn)調(diào)用和被調(diào)用等。硬件調(diào)試主要是指對制作好的硬件系統(tǒng)電路進行硬件連接正確性的測試，電路功能能否正常實現(xiàn)以及可靠性檢測。然后，在系統(tǒng)正常運行情況下，對系統(tǒng)進行現(xiàn)場測試，最后，對測試數(shù)據(jù)進行分析，得出結(jié)論，完成系統(tǒng)設(shè)計。 T0 定時中斷子程序邏輯圖如圖 所示。 開 始S 1 是 否 按 下（ 是 否 為 0 ）占 空 比 上 調(diào) 一 檔否是S 2 是 否 按 下（ 是 否 為 0 ）S 3 是 否 按 下（ 是 否 為 0 ）S 4 是 否 按 下（ 是 否 為 0 ）占 空 比 上 調(diào) 一 檔是否方 向 標(biāo) 志 緩 存 值 加 1否通 斷 標(biāo) 志 緩 存 值 加 1是是結(jié) 束否 圖 鍵盤掃描程序流程圖 時鐘中斷子程序設(shè)計 時鐘中斷子程序主要用于定時器重裝初值以 及給定電機 H 型橋接電路的驅(qū)動信號。 開 始確 定 光 標(biāo) 位 置占 空 比 百 十 個位 數(shù) 據(jù) 處 理顯 示 占 空 比轉(zhuǎn) 速 的 千 百 十個 位 數(shù) 據(jù) 處 理顯 示 轉(zhuǎn) 速通 斷 標(biāo) 志 位 是否 為 1顯 示 o n顯 示 o f f方 向 標(biāo) 志 位 是否 為 1顯 示 →顯 示 ←結(jié) 束是否是否 圖 液晶顯示子程序邏輯圖 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 22 鍵盤控制子程序設(shè)計 系統(tǒng) 共設(shè)定了四個按鍵， S1 用于增加 PWM 波形的占空比， S2 用于減少 PWM 波形的占空比， S3 用于切換電機的轉(zhuǎn)向， S4 用于控制系統(tǒng)是否上電。 圖 LCD 初始化流程圖 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用 技術(shù)學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 21 LCD 液晶驅(qū)動 子 程序設(shè)計 顯示模塊采用的是 LCD1602 液晶顯示芯片，單片機將處理完的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?LCD 顯示的時候，也用了很多子程序，它們有檢查 LCD 忙狀態(tài)（程序流程圖為圖 ）；寫指令數(shù)據(jù)到 LCD（程序流程圖為圖 ）；寫顯示數(shù)據(jù)到 LCD（程序流程圖為圖 ）； 圖 檢查 LCD 忙流程圖 圖 寫指令數(shù)據(jù)流程圖 圖 寫顯示數(shù)據(jù)流程圖 對于 液晶上需要顯示的數(shù)據(jù)包括 PWM 波形的占空比、轉(zhuǎn)速的數(shù)值、轉(zhuǎn)速的方 向和系統(tǒng)是否通電。 系統(tǒng)初始化程序邏輯圖如圖 所示。 xian()。}//開停 zh_fa = tem[0]%2。 if(k1==100)k1=0。if(k1==20)tem[0]++。}//減少 if(!s3) {k1++。 if(k1==100)k1=0。if(k1==20)j++。 while(1) { if(!s1) {k1++。既可以實現(xiàn)軟件編譯， (asm 編譯為 hex)，也可以配合仿真模塊實現(xiàn)硬件仿真 [8]。 本系統(tǒng)的軟件部分采用 C51 編程，在 Keil 環(huán)境下運行。程序在 Keil 開發(fā)平臺上采用 C 語言編寫。實際的驅(qū)動電路考慮到功率，故多加兩個三極管 ，形成功率運放，如圖 所示 。對于單極性工作方式，就是單片機控制口一端置低電平，另一端輸出 PWM 信號，兩口的輸出切換和對PWM 的占空比調(diào)節(jié)決定電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。 PWM 調(diào)速方式主要分單極性和雙極性兩種的工作方式。如果三極管 Q1 和 Q2 同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極出發(fā)，流經(jīng)兩個三極管，直接回到負極。 圖 H 橋式驅(qū)動電機順時 針 轉(zhuǎn)動 當(dāng)三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通時，電流將從右向左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動，如圖 所示，電機逆時針轉(zhuǎn)動。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動直流電機工作。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管，根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左到右或從右到左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。 四個三極管組成 H 的四個臂，而電機就是 H 型的橫杠。如圖 所示為一個典型的直流電機控制電路。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)主要以調(diào)壓調(diào)速為主，必要時與弱磁調(diào)速配合使用。 改變電阻調(diào)速有很多的缺點，所以很少采用，只在一些大型的起重機、卷揚機及電車等性能要求不高或低速運轉(zhuǎn)時間不長的情況下才會用。在電 動機電樞回路外串電阻進行調(diào)速的方法，設(shè)備簡單，操作方便。 變化時間遇到的時間常數(shù)同 變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需的電源容量要小。 (2)改變電動機主磁通 。對于要求在一定范圍內(nèi)無級調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。 圖 有刷直流電機的 工作原理