【正文】 機STC89C52）、直流電機驅動電路（采用L298設計驅動電路）、液晶顯示按鍵功能電路（LCD1602）、電源電路、測速電路等模塊，采用PWM基本原理，以硬件電路為基礎，以C語言進行程序編寫，只要通過軟件編程，單片機根據程序進行控制，調節(jié)PWM信號占空比，進一步控制了L298驅動電路的PWM輸入信號，從而控制了直流電機的電壓，改變電機電壓的大小就可以改變電機轉動的速度，改變電機電壓的方向就可以改變電動機的轉動方向，這樣就可以實現(xiàn)了單片機控制直流電機調速系統(tǒng)的基本功能，可以通過LCD顯示出電機的轉速。本系統(tǒng)主要是利用單片機的定時器產生PWM脈沖通過驅動電路進行直流電機調速，鍵盤操縱電機進行停、轉、正反轉、加速、減速。隨著微電子技術的發(fā)展，微機功能的不斷提高以及電力電子、計算機控制技術的發(fā)展，電氣傳動領域出現(xiàn)了以微機為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)。隨著單片機技術的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。從控制的角度來看，直流調速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎。隨著電力電子技術、微電子技術和自動控制技術的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應用，PWM控制技術獲得了空前的發(fā)展，到目前為止，已經出現(xiàn)了多種PWM控制技術[6]。PWM控制的基本原理很早就已經提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀80年代以前一直未能實現(xiàn)。在快速響應性上，機組是秒級，而晶閘管變流裝置為毫秒級[5]。由于它具有體積小、響應快、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點，采用晶閘管供電，不僅使直流調速系統(tǒng)經濟指標上和可靠性有所提高，而且在技術性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。但是汞弧變流器仍存在一些缺點:維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對維護人員會造成一定的危害等。第三，自出現(xiàn)汞弧變流器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機—電動機系統(tǒng)，使調速性能指標又進一步提高。特別是當電動機減速時，可以通過發(fā)電機非常容易地將電動機軸上的飛輪慣量反饋給電網，這樣，一方面可得到平滑的制動特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但缺點是效率低、不能在較寬范圍內平滑調速，所以目前極少采用。直流電氣傳動系統(tǒng)中需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下幾種：第一，最初的直流調速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動機電樞供電，通過改變電樞回路中的電阻來實現(xiàn)調速。該方案以驅動芯片與一些外圍電路。在硬件方面充分利用微機外設接口豐富，運算速度快的特點，采取軟件和硬件相結合的措施，實現(xiàn)對轉速閉環(huán)調速系統(tǒng)的控制。本文對基于PIC單片機的直流電機 PWM 調速系統(tǒng)進行了較深入的研究，從直流調速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了單閉環(huán)直流 PWM調速系統(tǒng)的數(shù)學模型。直流調速技術不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標準化，在可逆脈寬調速、高精度的電氣傳動領域中仍然難以替代[2]。同時，控制電路已經實現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。三十多年來，直流電機傳動經歷了重大的變革。電機調速系統(tǒng)由控制部分、功率部分和電動機三大要素組成一個有機整體。直流調速控制系統(tǒng)方案設計畢業(yè)論文目 錄第一章 緒論 1第二章 系統(tǒng)方案設計 5 設計思路 5 基本原理 5 總體設計框圖 6第三章 系統(tǒng)硬件設計 7 單片機控制模塊 7 AT89S51的簡介 7 AT89S51最小系統(tǒng) 14 電機驅動模塊 17 17 L298芯片 19 液晶顯示模塊 22 1602LCD引腳分布和接口信號說明 22 獨立式鍵盤控制模塊 25 外部中斷設置 25 外部中斷擴展方法 26 本章小結 28第4章 系統(tǒng)軟件設計 29 29 總電路功能介紹 29 直流電機控制程序 29第五章 系統(tǒng)仿真 39第六章 結束語 43參考文獻 44附錄 46i河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計第一章 緒論當今，自動化控制系統(tǒng)已經在各行各業(yè)得到了廣泛的應用和發(fā)展，而直流調速控制作為電氣傳動的主流在現(xiàn)代化生產中起著主要作用，無論是在工農業(yè)生產、交通運輸、國防、航天航空、醫(yī)療衛(wèi)生、商務與辦公設備、還是在日常生活中的家用電器都大量使用著各式各樣的電氣傳動系統(tǒng)，其中許多系統(tǒng)有調速的要求：如車輛、電梯、機床、造紙機械等等。為了滿足運行、生產、工藝的要求往往需要對另一類設備如風機、水泵等進行控制：為了減少運行損耗，節(jié)約電能也需要對電機進行調速[1]。各部分之間的不同組合，可構成多種多樣的電機調速系統(tǒng)。首先實現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習用已久的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進。以上技術的應用，使直流調速系統(tǒng)的性能指標大幅提高，應用范圍不斷擴大。隨著微控制器尤其是脈寬調制 PWM 專門控制芯片的飛速發(fā)展，其對電機控制方面的應用起了很重要的作用，為設計性能更高的直流控制系統(tǒng)提供了基礎。用微機硬件和軟件發(fā)展的最新成果，探討一個將微機和電力拖動控制相結合的新的控制方法，研究工作在對控制對象全面回顧的基礎上，重點對控制部分展開研究，它包括對實現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件的探討。在微機控制方面，討論了顯示、PWM、光電編碼盤測速的原理,并給出了軟、硬件實現(xiàn)方案。通過實時測試，調節(jié)電動機的轉速，此調速系統(tǒng)可獲得快速、精確的調速效果。這種方法簡單易行，設備制造方便，價格低廉。第二，三十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機—電動機(也稱為旋轉變流組)，配合采用磁放大器、電機擴大機、閘流管等控制器件，可獲得優(yōu)良的調速性能，如有較寬的調速范圍(十比一至數(shù)十比一)、較小的轉速變化率和調速平滑等[3]。但發(fā)電機—電動機調速系統(tǒng)的主要缺點是需要增加兩臺與調速電動機相當?shù)男D電機和一些輔助勵磁設備，因而體積設備較多、體積大、費用高、效率低、安裝需要地基、運行有噪聲、維修困難等。特別是它的系統(tǒng)快速響應性是發(fā)電機—電動機系統(tǒng)不能比擬的。第四，1957年，世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管，與其它變流元件相比，晶閘管具有許多獨特的優(yōu)越性，因而晶閘管直流調速系統(tǒng)立即顯示出強大的生命力[4]。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在10000以上，比機組(放大倍數(shù)10)高1000倍，比汞弧變流器(1000)高10倍。因此，目前在直流調速系統(tǒng)中，除某些特大容量的設備而且供電電路容量較小的情況下，仍有采用機組供電、晶閘管勵磁系統(tǒng)以外，幾乎絕大部分都已改用晶閘管相控整流供電了。直到進入上世紀80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術才真正得到應用。直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內平滑調速，在許多需要調速或快速正反向的電力拖動領域中得到了廣泛的應用。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調試困難，阻礙了直流電動機控制技術的發(fā)展和應用范圍的推廣。采用單片機構成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。計算機的發(fā)展可以使復雜的控制規(guī)律較方便的實現(xiàn)，以計算機為核心的數(shù)字控制技術成為自控領域的主流，也給直流電氣傳動的發(fā)展注入了新的活力，使電氣傳動進入了更新的發(fā)展階段。另一方面通過測速電路把電機的轉速送給單片機在通過液晶顯示出來，從而可以直觀的控制電機轉速。46第二章 系統(tǒng)方案設計 設計思路直流電機PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括：直流電機的加速、減速以及電機的正轉和反轉，并且可以調整電機的轉速，還可以方便的讀出電機轉速的大小，能夠很方便的實現(xiàn)電機的智能控制。該直流電機系統(tǒng)由以下電路模塊組成：振蕩器和時鐘電路：這部分電路主要由80C51單片機和一些電容、晶振組成。設計控制部分：主要由AT89S51單片機的外部中斷擴展電路組成。液晶顯示部分由1602LCD液晶顯示模塊組成。直流電機PWM控制實現(xiàn)部分：主要由一些二極管、電機和L298直流電機驅動模塊組成。這部分電路主要由AT89S51單片機的I/O端口、定時計數(shù)器、外部中斷擴展等控制直流電機的加速、減速以及電機的正轉和反轉，并且可以調整電機的轉速，還可以方便的讀出電機轉速的大小和了解電機的轉向，能夠很方便的實現(xiàn)電機的智能控制。其間是通過AT89S51單片機產生脈寬可調的脈沖信號并輸入到L298驅動芯片來控制直流電機工作的。設計控制部分：主要由AT89S51單片機的外部中斷擴展電路組成。液晶顯示部分由1602LCD液晶顯示模塊組成。 總體設計框圖系統(tǒng)組成：：PWM輸入L298電機驅動進行脈沖處理程序控制單片機輸出PWM脈沖AT89S51控制開始方案說明：直流電機PWM調速系統(tǒng)以AT89S51單片機為控制核心，由命令輸入模塊、LCD顯示模塊及電機驅動模塊組成。電機轉速、轉向、急停處理 圖 直流電機PWM調速方案第三章 系統(tǒng)硬件設計本設計硬件模塊主要采用AT89S51控制模塊、L298電機驅動模塊、LCD1602液晶顯示模塊、獨立鍵盤控制模塊、測速系統(tǒng)模塊。AT89S51可構成真正的單片機最小應用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積, 增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本?？捎?V電壓編程，而且寫入時間僅10毫秒, 僅為8751/87C51 的擦除時間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比, 不易損壞器件, 沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領域。另外,AT89S51 還具有MCS51系列單片機的所有優(yōu)點。AT89S51有間歇、掉電兩種工作模式。這種狀態(tài)可被任何一個中斷所終止或通過硬件復位。該芯片內RAM和特殊功能寄存器值保持不變, 一直到掉電模式被終止?；谝陨蟽?yōu)點和性能所以選擇AT89S51作為控制模塊的核心。其與80C51引腳結構基本相同， 各引腳功能敘述如下：1．電源和晶振VCC——運行和程序校驗時加+5VGND——接地XTAL1——輸入到振蕩器的反向放大器XTAL2——反向放大器的輸出，輸入到內部時鐘發(fā)生器（當使用外部振蕩器時，XTAL1接地，XTAL2接收振蕩器信號）RST：復位輸入。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。2．I/O（4個口，32根）P0口——8位、漏極開路的雙向I/O口。在程序校驗期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。P1口——8位、準雙向I/O口。P1口可驅動4個LSTTL負載。這時，讀兩個特殊輸入引腳的輸出鎖存器應由程序置1。當使用片外存儲器（ROM及RAM）時，輸出高8位地址。P2口可以驅動4個LSTTL負載。P3口提供各種替代功能。P3口可以輸入/輸出4個LSTTL負載?！猅XD（串行輸出口），輸出。——INT1外部中斷1，輸入?！猅1定時器/計數(shù)器1的外部輸入，輸入?！猂D低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。在編程時，其上施加21V的編程電壓。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。ALE以1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對外輸出的時鐘或用于定時。ALE可以驅動8個LSTTL負載。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。另外，該引腳被略微拉高。輸出：PSEN——片外程序存儲器選通信號，低電平有效。PSEN可以驅動8個LSTTL負載。51系列共有4個8位的并行I/O口，分別記作P0、PPP3每個口都包含一個鎖存器，一個輸出驅動器和輸入緩沖器。在訪問片外擴展存儲器時，低八位地址和數(shù)據由P0口分時傳送，高八位地址由