【正文】 式，根據(jù)相應載荷的變化來調制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進行編碼。 許多微控制器內部都包含有 PWM 控制器。占空比是接通時間與周期之比；調制頻率為周期的倒數(shù)。更為一般的 PWM模塊控制流程為（筆者使用過TI 的 2021 系列， AVR 的 Mega 系列 ,TI 的 LM系列）： 使能相關的模塊（ PWM 模塊以及對應管教的 GPIO 模塊）。 ② ：設置 PWM 定時器比較值，該參數(shù)決定 PWM 波形的占空比。 ④ ：設置故障處理情況，一般為故障是封鎖輸出，防止過流損壞功率管，故障一般有比較器或 ADC 或 GPIO 檢測。 設置相應的中斷，編寫 ISR，一般用于電壓電流采樣，計算下一個周期的占空比，更改占空比，這部分也會有 PI 控制的功能。 課題任務及工作內容 本題目要求設計一個單片機應用系統(tǒng)可以通過串行線在上位機中進行控制操作。另外，為增加其實用性還增加了顯示、鍵盤控制、按鍵蜂鳴等功能。 進行系統(tǒng)軟硬件的設計。 廣西科技大學（籌）畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的直流電機控制系統(tǒng)設計 4 2 單片機直流電機控制系統(tǒng) 總體 設計 方案 設計思路 本題要求設計一個上位機直流電機控制系統(tǒng)。從 PC 機發(fā)來的控制命令經單片機系統(tǒng)接收后，產生電機控制信號，并提供給電機驅動電路控制直流電機正常運轉并正常顯示轉速。具有可在線編程、使用方便、價格低廉等優(yōu)點。 (2)顯示電路選擇與比較 方案一：采用數(shù)碼管顯示電路，該硬件電路簡單，編程也比較簡單。故，不采用數(shù)碼管顯示電路。可以顯示字母和數(shù)字，以及一下簡單的圖像。顯示效果較好，還可以滾動顯示等，顯示靈活?？梢燥@示復雜的圖案、字符、標點、英文、漢字等。顯示效果較好，還可以滾動顯示等，顯示靈活。故，采用 12864 液晶顯示電路作為本設計的顯示電路模塊。容易開發(fā)，開發(fā)周期短，使用方便簡單。不容易開發(fā)，在按鍵較多的時候，與獨立式鍵盤相比較經濟，占用 IO 端口較少，但編程較獨立廣西科技大學（籌）畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的直流電機控制系統(tǒng)設計 5 式鍵盤難的多，由于本設計要求的鍵盤按鍵數(shù)量較少，采用獨立式鍵盤較方便，開發(fā)難度大大降低，開發(fā)周期縮短，也比較經濟。經上述比較后采用獨立式鍵盤作為本設計的鍵盤電路模 塊。系統(tǒng)由 STC89C52 微處理器核心模塊、電源模塊、獨立式鍵盤模塊、 12864 液晶顯示模塊、蜂鳴器電路模塊、 RS232串口通信模塊、電源指示電路模塊等組成。注意，由于 P0 口內部沒有上拉電阻，在作為輸入時，需要外接上拉電阻。蜂鳴器電路主要由蜂鳴器和三級管組成，用于實現(xiàn)按鍵聲音等。 圖 系統(tǒng)組成框圖 單片機 STC89C52 12864 液晶顯 示電路 電路 獨立式 鍵盤 蜂鳴器 電路 RS232 串口 通信電路 電源 電源指示 電路 電機驅 動電路 電機 控制 廣西科技大學（籌）畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的直流電機控制系統(tǒng)設計 6 3 單片機直流電機控制系統(tǒng) 硬件設計 系統(tǒng)硬件結構 本設計硬件結構由單片機最小系統(tǒng)、鍵盤模塊、 12864 液晶顯示模塊、蜂鳴器驅動模塊、電源指示模塊、串口通信模塊、電機驅動模塊等組成。其中，時鐘振蕩電 路主要由外接 晶振、兩個 30pF 的起振電容和內部反相器構成。單片機最小系統(tǒng)電路原理圖如圖 所示。4 個獨立按鍵，分別與單片機 相連，由于 P1 口上各位內部均接有上拉電阻，故，外接按鍵的時候，我們不再接上拉電阻。12864 具有 128 列 64 行共 128*64 個像素點，可以顯示中文、日文、數(shù)字、英文、特殊字符、圖片等?？梢耘c CPU 直接接口，提供兩種界面來連接微處理器： 8位并行及串行兩種連接方式。 (2)12864 液晶顯示電路原理圖 液晶顯示電路主要由 12864 液晶顯示模塊和外圍電位器等組成?？刂瓶诰€ RS、 RW、 EN 分別連接到單片機的 、 、 ， 8 位數(shù)據(jù)總線與 P2口相連，實現(xiàn) 8 位數(shù)據(jù)，并行傳輸。 S9012 三級管屬于 PNP 管，發(fā)射極串接蜂鳴器線圈接至 +5V，集電極直接接地， 基極通過一個 限流電阻接至單片機 口。其詳細原理圖如圖 所示 11223344D DC CB BA AT i t l eN um ber R evi si onS i z eA4D at e: 20 12 / 5/30 S hee t ofF i l e: S hee t 1. Sc hD oc D raw n B y :Q1N PNL S1V C CGNDR 22P 蜂鳴電路 圖 蜂鳴器驅動電路原理圖 電源電路 電源電路包括開關電路和指示電路。當選擇的電阻過大時，發(fā)光二極管不夠亮，指示不明顯；當限 流電阻選擇過小，發(fā)光二極管亮度過大，縮短放光二極管使用壽命。當單片機正常供電時，電源指示燈正常發(fā)亮。電源電路原理圖如圖 所示 11223344D DC CB BA AT i t l eN um ber R evi si onS i z eA4D at e: 20 12 / 5/30 S hee t ofF i l e: S hee t 1. Sc hD oc D raw n B y :1 2 36 5 4S0VCC VCC+5VCC+5GNDD0R5GNDV C C + 5電源電路1 2 3P61 2 3P5 圖 電源電路原理圖 串口通信電路 串口通信電路主要由美信公司生產的 MAX232 芯片和相應的通信指示電路構成，主要是用于程序的燒寫和實現(xiàn)與上位機的通信。 具體 電路圖如圖 所示 。電機驅動電路增加光耦合器件以實現(xiàn)電機驅動信號與控制信號的隔離，提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力，但由于光耦合芯片 TLP5214 昂貴，并且設計的控制要求簡單，因此驅動電路中去掉了光耦合部分。 11223344D DC CB BA AT i t l eN um ber R evi si onS i z eA4D at e: 20 12 / 5/30 S hee t ofF i l e: E : \ 文件 \ .. \ 電機驅動電路 .S chD oc D raw n B y :E N A6E N B11IN 15IN 27IN 310IN 412O U T 12O U T 23O U T 313O U T 414IS E N A1IS E N B15VS4V SS9G N D8U3L 29 8 ND7 D8D4D3G N D 1V C C 1G N D 1P P VCC+1212P4V C C + 12電機驅動電路C 10 FC9 FP P 1234P21234P912P 1012P 11P P P P G N D 1D5 D6D9 D 10VCC1GND1 圖 電機驅動電路原理圖 廣西科技大學（籌）畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的直流電機控制系統(tǒng)設計 11 4 單片機直流電機控制系統(tǒng) 軟件設計 軟件總體結構 系統(tǒng) 軟件主要 由系統(tǒng)初始化程序模塊、鍵盤掃描及處理模塊、液晶顯示程序模塊、串口通信程序模塊、電機調速程序模塊和蜂鳴器驅動程序模塊等組成。主要負責的工作有初始化定時器、初始化液晶、初始化串口、初始化 I/O 等 鍵盤掃描及處理模塊：實現(xiàn)按鍵識別、消抖及處理，用于設置電機轉動狀態(tài)。 串口通信模塊：主要是實現(xiàn)與上位機進行通信，接收上位機發(fā)送過來的電機控制命令。 系統(tǒng)軟件總體框圖如圖 所示 圖 系統(tǒng)軟件總體框圖 在沒有操作系統(tǒng)的時候，我們采用結構化程序設計思想，自頂向下，逐步求精；其系統(tǒng)主程序流程圖如圖 所示 串口通信程序模塊 系統(tǒng)初始化 鍵盤掃描及 處理程序模塊 液晶顯示程序模塊 蜂鳴器驅動模塊 電機調速程序模塊 廣西科技大學（籌）畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的直流電機控制系統(tǒng)設計 12 圖 系統(tǒng)主程序流程圖 系統(tǒng)模塊程序設計 初始化模塊程序 系統(tǒng)初始化軟件包括三大部分：串口初始化、 LCD12864液晶初始化、 I/O口初始化。初始化 12864液晶模塊、關閉蜂鳴器等。串口初始化程序流程圖如圖 。最后顯示正常模式下的界面。 Key1為循環(huán)選擇鍵，用于選擇要設置的電機狀態(tài)項目。 Key3為減 1按鍵，用于設定電機的正反轉、加減速和電機速度值。 鍵盤掃描程序模塊流程圖如圖 。 12864 液晶驅動程序模塊主要包括 12864 液晶的寫數(shù)據(jù)、寫命令程序模塊。液晶寫數(shù)據(jù)和寫命令程序流程圖分別如圖 和圖 所示。 圖 12864 液晶寫數(shù)據(jù)程序流程圖 圖 12864 液晶寫命令程序流程圖 串口通信模塊程序 串口通信程序模塊主要包括串口初始化程序模塊、串口接收程序模塊。選擇串口為通信方式 1，定時器 1方式 2等。串口接收程序模塊主要由串口中斷程序與串口接 收子程序構成。其串口接收程序流程圖如圖 所示 ，其中標志位已在程序中標出。利用定時器 0固定調速信號周期，根據(jù)正反轉標志，設定電機控制端口電平。其調速程序流程圖如圖 所示。 用于單片機 C51語言的編程、編譯、加載及發(fā)送電機控制命令。 （ 3） DT9208A數(shù)字萬用表 1個、螺絲刀、鑷子、斜口鉗 、吸焊器 。 （ 2）上位機串口調試軟件 (串口大師 )、本 系統(tǒng) 程序、相關的庫和頭文件。 （ 2） 系統(tǒng)電源指示、通信指示、按鍵蜂鳴、按鍵復位等功能是否正常。 （ 4） 實驗板上的鍵盤能否正確控制電機的正轉、反轉、加速、減速。 檢查單片機等各口線是否正確連接，上電之前檢測一下正負電源線是否短路，確保不短路才上電。 利用 STCISP軟件將在 keil中編譯鏈接生成的各個 的 Flash存儲器中。 上電后首先觀察系統(tǒng)顯示是否正常，指示燈工作是否正常，復位電路是否正常等等，如不正常則修改程序重新下載測試，直至顯示正常。首廣西科技大學（籌）畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的直流電機控制系統(tǒng)設計 19 先打開串口調試軟件，選擇波特率為 9600bps,打開串口，選擇發(fā)送的數(shù)據(jù)位 16 進制數(shù)據(jù)。如： 1 10 其中， 1 表示正轉，10(16 進制 )即 16 表示脈寬為 16%的調速信號所對應的速度。 (2)停止測試：輸入停止命令字 0，速度可以任意，發(fā)送后觀察電機是否停機下來。 (4)加速測試：輸入加速命令字 3， 速度可以任意，如 3 20，發(fā)送后觀察電機的轉動情況。 再測試正反轉直接切換的情況下，電機是否還能正確運行，接著再測試一下在正反轉狀況下進行的加減速，觀察電機是否在原來速度的基礎上無跳變的平穩(wěn)加減速。 測試結果 經測試表明，本電機控制系統(tǒng)可以通過上位機實現(xiàn)對直流電機的自由設速正反轉和平穩(wěn)加減速的控制，同時也可以通過鍵盤實現(xiàn)自由設速正反轉和平穩(wěn)加減速的控制；還具有顯示、按鍵發(fā)生等多 種功能。 下面的實物測試圖是正轉和加速的測試。經測試表明，以上測試要求全部通過。 廣西科技大學（籌）畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的直流電機控制系統(tǒng)設計 20 表 41 電機主要測試結果 測試項目 指令控制字 預期結果 實際結果 正轉 1 1 正轉 (慢速 ) 正轉 (慢速 ) 1 50 正轉 (快速 ) 正轉 (快速 ) 反轉 2 1 反轉 (慢速 ) 反轉 (慢速 ) 2 50 反轉 (快