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1、 毕业设计 论文 说明书毕业设计 论文 说明书 课题名称 课题名称 基于单片机的直流电机控制系统设计基于单片机的直流电机控制系统设计 院 系 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2012 年 5 月 20 日 摘 要 电动机作为最主要的机电能量转换装置 其应用范围已遍及国民经济的各个领域 和人们的日常生活 无论是在工农业生产 国防 医疗卫生 交通运输和办公设备中 还是在日常生活的家用电器和消费电子产品中 都大量使用着各种各样的电动机 电 动机的调速控制一般采用模拟法 对电动机的简单控制应用比较多 本设计实现了对 电动机的简单控制 也就是指对电动机进行启动 制动和正反转控制 本设计采用了单
2、片机STC89C52与PC串行实现通信 由于单片机输入 输出电平是 TTL电平 而PC机配置的是RS232标准串行接口 两者的电气规范不一致 因此要完成 单片机与PC机的数据通信 必须对单片机输出的TTL电平进行电平转换 采用的转换电 平芯片为MAX232 设计中采用STC89C52微处理器及其RS232通信接口 键盘 12864液 晶显示器等外围电路 构成一台直流电机开环在线控制系统 设计中采用PWM调制技术 实现对直流电机速度的调制 并通过串口实现上位机的 在线控制 系统实现了在线调速 正转 反转 加速 减速 停止等多种功能 并能 实时显示 键盘设置等 具有一定的实际应用价值 关键词 单片
3、机关键词 单片机 电平转换电平转换 直流电机直流电机 在线控制在线控制 PWM 调制调制 Abstract Motor as the main electromechanical energy conversion device its application has been throughout all areas of the national economy and people s daily life Both in industrial and agricultural production national defense medical and health transpor
4、tation and office equipment or in the daily life of household appliances and consumer electronics products extensive use of various motor Motor speed control using simulation method the motor control application more simple The design and implementation of simple controlling motor also refers to the
5、 motor starting braking and reverse control The design introduced AT89C51 single chip serial communication with the PC method as the single chip input and output level is TTL level and PC standard configuration is a RS232 serial interface both the electrical specifications are inconsistent Therefore
6、 to complete PC SCM and data communications the need for single chip output TTL level to level translators Used in chip level conversion for the MAX232 Applied to the design of STC89C52 microprocessor and RS232 communication interface keyboard 12864 LCD peripheral circuit constitute a dc motor contr
7、ol system online Applied to the design of PWM technology to realize the dc motor speed regulation and through a serial port realize PC online control The online speed regulation system are turning inversion accelerate slowing down stop and other functions and can real time display keyboard Settings
8、it has certain practical application value Keywords Keywords single chipsingle chip serialserial communicationcommunication LevelLevel TranslatorsTranslators DcDc motormotor OnlineOnline controlcontrol PWMPWM technolotechnologygy 目录目录 摘 要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 直流电机概述 1 1 2 单片机概述 1 1 3 脉宽调制 PWM 技术
9、 2 1 4 课题任务及工作内容 3 2 单片机直流电机控制系统总体设计方案 4 2 1 设计思路 4 2 2 方案论证与比较 4 2 3 系统组成 5 3 单片机直流电机控制系统硬件设计 6 3 1 系统硬件结构 6 3 2 系统单元电路设计 6 3 2 1 单片机最小系统电路 6 3 2 2 独立式键盘电路 7 3 2 3 液晶显示模块 7 3 2 4 蜂鸣器电路 8 3 2 5 电源电路 8 3 2 6 串口通信电路 9 3 2 7 电机驱动电路 10 4 单片机直流电机控制系统软件设计 11 4 1 软件总体结构 11 4 2 系统模块程序设计 12 4 2 1 初始化模块程序 12
10、4 2 2 键盘扫描模块程序 13 4 2 3 液晶显示模块程序 15 4 2 4 串口通信模块程序 15 4 2 5 电机调速模块程序 17 5 系统测试 18 5 1 测试准备 18 5 1 1 硬件环境 18 5 1 2 软件环境 18 5 1 3 测试项目 18 5 2 测试过程 18 5 3 测试结果 19 结束语 21 致谢 22 参考文献 23 附录 24 1 绪论 1 1 直流电机概述 在现代工业中 电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械 冶金 石油 化学 国防等工业部门中 随着对生产工艺 产品质量的要求不断提高和产量的增长 越来越多的生产机械要求能实现自动调速 长期以来
11、 自动调速电动机一直占据着调 速控制的统治地位 由于它具有良好的线性调速特性 简单的控制性能 高效率 优 异的动态特性 现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择 以前电动机大多使用由模拟电路组成的控制柜进行控制 现在单片机已经开始取 代模拟电路作为电机控制器 当前电机控制器的发展方向越来越趋于多样化和复杂化 现有的专用集成电路未必能满足苛刻的新产品开发要求 为此可考虑开发电机的新型 单片机控制器 因此研究直流电机的速度控制 有着非常重要的意义 由于变频技术的出现 交流调速一直冲击直流调速 但综观全局 尤其是我国在 此领域的现状 再加上全数字直流调速系统的出现 更提高了直流调速系统的精度及 可靠性
12、 直流调速系统仍将处于十分重要地位 对于直流调速系统转速控制的要求有稳速 调速 加速或减速三个方面 而在工 业生产中对于后两个要求已能很好地实现 但工程应用中稳速指标却往往不能达到预 期的效果 稳速要求即以一定的精度在所需要的转速稳定运行 在各种干扰不允许有 过大的转速波动 1 2 单片机概述 随着单片机功能的飞速发展 单片机的应用领域已经渗透到了国民经济的各个领 域 并影响着现代人的生活 单片机技术的出现给现代工业测控领域带来了一次技术 革命 目前 单片机仍以其高可靠性 高性价比 在工业控制系统 智能化仪器仪表 数据采集系统和智能家电等诸多领域得到了广泛应用 当今时代是一个新技术层出不穷的时
13、代 在电子领域尤其是自动化智能控制领域 传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统 正以飞快的速度被单片机智能控制 系统所取代 单片机的优点包括体积小 功能强 成本低 并且应用面广 可以说智 能控制与自动控制的核心就是单片机 单片机又称单片微控制器 它不是完成某一个逻辑功能的芯片 而是把一个计算 机系统集成到一个芯片上 概括来讲 一块芯片就是一台计算机 它具有体积小 质 量轻 价格便宜等优点 为学习 应用和开发提供了诸多便利 同时 学习使用单片 机是了解计算机原理与结构的最佳选择 现在 单片机的应用领域非常广泛 比如实时工控 导航系统 智能仪表 家用 电器 通讯设备等 单片机一旦运用在各种产品
14、上面 就可以说是使产品进行了升级 换代 也可以把产品美其名曰 智能型 如智能型洗衣机等等 1 3 脉宽调制 PWM 技术 脉冲宽度调制 PWM 是英文 Pulse Width Modulation 的缩写 简称脉宽调制 它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术 广泛应 用于测量 通信 功率控制与变换等许多领域 一种模拟控制方式 根据相应载荷的 变化来调制晶体管栅极或基极的偏置 来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通 时间的改变 这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定 脉冲宽度调制 PWM 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法 通过高分辨率 计数器的使用
15、 方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码 PWM 信 号仍然是数字的 因为在给定的任何时刻 满幅值的直流供电要么完全有 ON 要么 完全无 OFF 电压或电流源是以一种通 ON 或断 OFF 的重复脉冲序列被加到模拟负 载上去的 通的时候即是直流供电被加到负载上的时候 断的时候即是供电被断开的 时候 只要带宽足够 任何模拟值都可以使用 PWM 进行编码 多数负载 无论是电感性负载还是电容性负载 需要的调制频率高于 10Hz 通常调 制频率为 1kHz 到 200kHz 之间 许多微控制器内部都包含有 PWM 控制器 例如 Microchip 公司的 PIC16C67 内含两个
16、PWM 控制器 每一个都可以选择接通时间和周期 占空比是接通时间与周 期之比 调制频率为周期的倒数 执行PWM 操作之前 这种微处理器要求在软件 中完成以下工作 1 设置提供调制方波的片上定时器 计数器的周期 2 在 PWM 控制寄存器中设置接通时间 3 设置 PWM 输出的方向 这个输出是一个通用I O 管脚 4 启动定时器 5 使能 PWM 控制器 目前几乎所有市售的单片机都有 PWM 模块功能 若没有 如早期的 8051 也可以利用定时器及 GPIO 口来实现 更为一般的 PWM 模块控制流程为 笔者使用 过 TI 的 2000 系列 AVR 的 Mega 系列 TI 的 LM 系列 1 使能相关的模块 PWM 模块以及对应管教的 GPIO 模块 2 配置 PWM 模块的功能 具体有 设置 PWM 定时器周期 该参数决定 PWM 波形的频率 设置 PWM 定时器比较值 该参数决定 PWM 波形的占空比 设置死区 deadband 为避免桥臂的直通需要设置死区 一般较高档的 单片机都有该功能 设置故障处理情况 一般为故障是封锁输出 防止过流损坏功率管 故障 一般有比较器或 ADC
