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1、摘 要近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流电机具有优良的调速特性：调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求。本系统以STC89C52单片机为核心，通过内部定时器产生PWM波形，控制LN298大功率H桥路驱动直流电机已达到控制转速的目的。通过数码管将速度等级显示出来，此外分别从主控制芯片的选择、显示电路的比较与选择、 电机调速控制模块、电源电路与电机驱动电路四个方面进一步确定系统的总体设计方案，最后通过数码管LED显示程序设计以及电机控制子程序完成实验步骤，并在结论部分对系
2、统调试过程中的常见的故障分析和注意事项做出了摘要说明，具有一定的理论和实际意义。关键词：STC89C52； 双向可逆控制系统； PWM调速； 目录绪论11系统总体方案31.1 主控制芯片的选择31.2 显示电路的比较与选择41.3 电机调速控制模块41.4 电源电路与电机驱动电路42系统硬件方案设计52.1 系统总电路框图设计53.2 系统模块电路设计及原理53.2.1单片机最小系统设计53.2.2直流电机的调速设计83.2.3 测速发电机93.2.4 数码管显示电路设计93.2.5 L298N驱动电路设计113.2.6 按键电路电路设计133系统的软件设计153.1 系统的整体程序流程图15
3、4.2 数码管LED显示程序设计154.3 电机控制子程序165系统调试185.1 常见的故障分析185.2 系统调试注意事项18结论18参考文献19附录一 硬件原理图21附录二 程序源代码22致 谢241宿州学院本科生毕业设计 绪论（1）课题研究的背景近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流电机具有优良的调速特性：调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求。现代化的生产过程对直流电机的调速提出了更高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，
4、这时通过PWM方式控制直流电机转速的方法应运而生。采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间推移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZD
5、拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的FD系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得
6、到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展，到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。（2） 国内外技术发展的现状直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广
7、。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。(3)本设计的任务本系统已STC89C52单片机为核心，通过内部定时器产生PWM波形，将其在数码管将速度等级呈现出来，本设计的主要任务主要包括： （1）直流电机的正转控制；（2）直流电机的反转控制；（3）直流电机的加速控制；（4）直流电机的减速控制；（5）数码管显示电路设计与实现；（6）单片机最小系统设计；（7）电机驱动电路设计191系统总体方案系统总体设计方案的步骤为先选择主控
8、制芯片，然后通过显示电路的比较与选择、电机调速控制模块、电源电路与电机驱动电路三个方面逐步确定系统的软硬件指标，最终将设计分为硬件和软件两个部分分别详细概括，本文的设计原理是主要以单片机为核心，通过内部定时器产生PWM波形，控制LN298大功率H桥路驱动直流电机控制转速，并且将结果通过数码管将速度等级显示出来作为具体分析概述。系统总体方案如下所示：1.1 主控制芯片的选择本次设计采用STC12C5A60S2单片机作为控制元器件，该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是A
9、TMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。51成本低廉，使用方便，适合与本系统的检测与控制。1.2 显示电路的比较与选择数码管显示具有亮度高、显示简单简洁、成本低廉，可靠性高、响应速度快等有点。在实际工程中，人即便站在很远的位置也能看清楚数码管显示的信息。而且数码管驱动简单，采用硬件驱动即不需要程序控制，完全不占用CPU的资源。因此我们这里采用LED数码管显示信息 1.3 电机调速控制模块
10、采用由三极管组成的H型PWM电路。用单片机控制三极管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术7。1.4 电源电路与电机驱动电路本设计电源选择直流稳压电源模块。将插线板电源经过变压、整流、滤波、稳压后输出。为系统提供稳定可靠的电源。虽说会有一些不稳定因素但携带方便，所以选择锂电池来负责电源。电机驱动我采用大功率电机驱动专用芯片。L298内部继承大功率H桥路。具有稳定性高、使用简单，驱动力大等特点。能够驱动大功率电机和控制电机
11、的正传和反转，同时对于电机调速也是非常理想的选择。因此采用此种方法。宿州学院本科生毕业设计 2系统硬件方案设计2.1 系统总电路框图设计 本系统以STC89C52单片机为核心，通过内部定时器产生PWM波形，控制LN298大功率H桥路驱动直流电机已达到控制转速的目的。通过数码管将速度等级显示出来，此外可以通过按键控制电机的正传反转、以及电机速度加和减。图1 系统总体框图3.2 系统模块电路设计及原理3.2.1单片机最小系统设计单片机最小系统是整个系统的核心控制部分，以STC89C52单片机为核心，配以外围电路：时钟电路、上点复位电路构成。主要完成数据的采集处理和转换。MCS-51系列单片机是美国
12、Intel公司在1980年继MCS-48系列8位单片机之后推出的高档8位单片机，此单片机凭其稳定的性能、高性价比以及良好的兼容，在各个领域得到了最为广泛的应用，也是我国目前应用最广的单片机系列。在性能和功能方面，MCS-51单片机大大优于MCS-48单片机。MCS-51系列有多种机型可供用户选择8。（1）单片机内部结构MCS-51系列单片机最早的典型代表为8051,87581,8031，由于其型号和生产厂商的不同，在片内存储器容量、中断系统、外围功能模块、最高时钟频率以及处理器速度等方面有很大的不同，但它们的指令系统完全兼容，硬件系统的基本结构也相同，其主要的性能特点如下1) 8位CPU.2)
13、 片内128B RAM(MCS-52子系列有256B RAM) 。3) 片内4KB ROM/EPROM(8051/8751).4) 特殊功能寄存器区。5) 两个优先级的5个中断源结构。6) 4个8位并行I/O口（P0，P1，P2，P3）。7) 两个16位定时/计数器（MCS-52子系列有3个）.8) 全双工串行口。9) 布尔处理器。MCS-51的典型产品有8031,8051,8751.8051内部有4KB ROM，8071内部有4KB EPROM，8031片内无ROM；除此之外，三者的内部结构及引脚完全相同。在单片机芯片的内部，其基本结构的构成是通用CPU加上外围芯片的模式，内部主要由9个部件
14、通过单一总线连接而成。这9个主要部件是：1个8位的中央处理器（包括ALU,ACC,TMP1,TMP2，B寄存器，PSW及相应的定时和控制逻辑），4KB/8KB程序寄存器（ROM/EPROM），128B/256B的数据寄存器（RAM），32条I/O接口线（图中P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7，P3.0P3.7），中断控制逻辑（具有5个中断源，2个中断优先级），定时器控制逻辑（具有2个可编程定时器/计数器），串行接口控制逻辑（具有可工作于多处理机通信，I/O接口扩展或全双工通用异步接收发送器的串行接口），21个专用寄存器（包括程序计数器PC、堆栈指针寄存器SP、程序状态字存器P
15、SW、数据指针寄存器DPTR等）以及片内振荡器和时钟电路（由OSC及相关电路组成）9。（2）复位电路逻辑图RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即两个机器周期)以上。若使用频率位6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每一个机器周期的S5P2时刻对触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电复位和按键手动复位两种方式。我们采用按键手动复位的电平方式，如图2。通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现。图2 按键手动复位原理图 复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除此之外，当由于程序运行出错或操作错误使
