异步四轴升降机控制装置

常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书SJ005-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目： 异步四轴升降机控制装置 二级学院： 电子信息与电气工程学院专 业： 自动化 班级： 10自二 学生姓名： 顾嘉成 学号： 10020610 指导教师： 王雁平 职称： 副教授 评阅教师： 职称： 2014年6月摘 要随着经济的快速发展，升降机在生活中得到了越来越广泛的运用。基于这种现况，本次毕业设计设计了一种异步四轴升降机控制装置。该控制装置由驱动模块、控制模块、键盘显示模块、电源模块组成。本设计采用STC89C52单片机进行控制，MC33039与无刷直流电机的位置传感器相连，生成PWM信号，控制电机转速。无刷直流电机与驱动芯片MC33033相连，来控制电机电运转。设计包括硬件和软件两大部分。硬件部分包括单片机设计、液晶显示、驱动芯片MC33033和外部电源。软件部分包括速度转换，液晶显示，数据存储，数据上传。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果基本满足要求。关键词：液晶屏、MC33033、无刷电机、单片机AbstractWith the rapid development of economy, the lift has been widely used in social life. The four asynchronous shaft elevator control device consists of a drive module, control module, keyboard and display module, power supply module. This design uses STC89C52 microcontroller control chip, whose work is to control the motor and through MC33033 to control motor .according to velocity map of the data, for position tracking and generating PWM signal output. The photoelectric isolation and driving chip is connected, to drive the DC motor.The design includes two parts: hardware and software. The hardware includes single chip design, liquid crystal display, driving chip MC33033 and the external power supply. The software part includes speed conversion, LCD display, data storage, data upload. .The whole system is simple, reliable and of high performance. The experimental test results meet the basic requirements. Keywords: LCD screen, MC33033, brushless motor, MCU摘 要IIAbstractIII第1章 绪论11.1升降机的发展概况11.2课题背景及主要研究内容21.3本章小结3第2章 系统总体方案设计42.1系统总体设计42.2本章小结5第3章 硬件设计63.1单片机主控模块设计63.1.1 STC89C52单片机简介63.1.2 时钟电路83.1.3复位电路93.1.4键盘电路93.1.5串口通信电路103.2电机驱动模块设计103.2.1 MC33033简介103.2.2 33033引脚图113.2.3三相无刷直流电机闭环控制电路123.2.4控制器基本原理123.3测速原理133.3.1霍尔传感器的特性133.3.2系统工作原理及处理方法133.4显示模块设计143.4.1 液晶屏LCD1602说明143.4.2 LCD管脚功能介绍143.4.3 LCD各管脚的详细说明153.5电源设计163.6本章小结17第四章 控制系统软件的设计184.1 系统程序总体设计184.2软件流程图184.2.1 主程序设计184.2.2 模块子程序设计204.3 本章小结23第五章 系统调试245.1 硬件调试245.2 软件调试245.3 软硬联调255.3.1信号测试255.3.2联机调试255.4本章小结26致谢27参考资料28附录一 原理图29附录二 程序清单32附录三 实物照片38V第一章 绪论第1章 绪论1.1升降机的发展概况自从中国的改革开放以来, 我国城市建设发展突飞猛进，这就有利的带动了我国升降机产业的发展。现今升降机做为人们出行的垂直交通工具已经随处可见。改革开放的第一个十年是我国升降机行业的萌芽期、升降机产业链形成的初级阶段。稳步发展,不断创新改革开放后的第二个十年可以说是中国升降机行业稳步发展,不断创新的十年。经过改革开放第一个十年，我国升降机行业在吸收国际升降机新技术的同时，相关的管理体制也在不断的完善。1990年1月16日由中国质量管理协会用户委员会等单位组织的全国首次国产升降机质量用户评价新闻发布会在北京召开。会议发布了产品质量较好的企业和服务质量较好的企业的名单。评价范围是全国28个省、市、自治区1986年以来安装使用的国产升降机，1150家用户参与了评价。1991年3月升降机标准制订修订协调会在廊坊市中国建研院机械化所召开。会议确定1991年将制订国家标准升降机产品型号编制办法，自动扶梯分类，自动扶梯技术条件，自动扶梯试验方法、自动扶梯安装验收规程；修订国家标准GB7588-87升降机制造与安装安全规范，GB10060-88升降机安装与验收规范，另外还将制订3项行业标准：船用升降机，液压升降机，升降机导轨检验规则。1992年3月2324日升降机协会第2届理事会工作会议在杭州市举行，会议承办单位是上钢三厂工贸总公司。20名理事和2名名誉理事出席了会议。杜宗翰理事长作了“升降机行业目前形势”的报告，任天笑副理事长兼秘书长作了“中国升降机协会报批情况及有待研究的几个问题”的报告。会议指出，升降机协会在社团清理整顿后经建设部（1991）751号文批准，并经民政部审查予以登记，于1991年12月22日获得了中华人民共和国社会团体登记证（社证字第0866号），从而成为中国升降机协会（一级协会），这是升降机界的一大喜事。改革开放政策实施以来，我国城市建设发展突飞猛进，更有利的带动了我国升降机产业的发展，1997年取得了升降机总产量与上年持平、总产值继续增长的好成绩，由此证明我国升降机行业更加成熟，适应市场变化和把握机遇的能力已大大提高。1998年，苏州江南升降机有限公司民族品牌的升降机、自动扶梯和自动人行道已销售到马来西亚、泰国、菲律宾、印度尼西亚、新加坡、孟加拉国、阿联酋、埃及、叙利亚、土耳其、阿根廷、澳大利亚、德国、英国、荷兰、意大利、葡萄牙、希腊等近20个国家及台湾、澳门地区，我国升降机产量突破3.02万台。迅猛发展，日新月异随着我国经济的快速发展、城市化建设的不断完善，升降机已不只存在于高档商务写字楼、大酒店、商城普及到高层住宅楼，同时也走进人们生活的多个角落，成为城市建筑中不可缺少的垂直交通工具。中国升降机行业之所以迅猛发展，日新月异，其根本的原因就是党的十一届三中全会推出的改革开放的大政方针，改革开放加快了中国发展的步伐。但由于经济发展不平衡，造成我国升降机行业发展的区域性。升降机生产中心主要在华东和华南地区，华东地区以上海为中心，辐射苏州、杭州、无锡、宁波一带长江三角洲，华南地区以广州为中心辐射东莞、中山、佛山一带珠江三角洲。华东是中国升降机产业的发源地，华南区域的升降机产业起步较晚，很多企业是随着广州改革开放的发展兴起。各主要中心省市相比，江浙一带市场容量更大，升降机产业发展势头更猛，特别是苏州，苏州整梯年产量占国内升降机市场的三分之一，而配件产品中，扶梯零配件年产量占全国市场的三分之一以上，升降机零配件的年产量也已经超过四分之一。苏州已经成为中国最集中的升降机生产制造基地之一，在中国升降机行业发展过程中具有举足轻重的地位。我国有13亿人口，在用升降机的人均拥有量是世界平均数的1/3，是发达国家的1/10。巨大的升降机市场吸引了全世界几乎所有升降机企业的关注。2007年中国政府出台了一系列经济政策，加强宏观调控力度，使升降机市场逐步走向稳健和规范轨道。中国大陆升降机市场在健康发展的同时稳步攀升，升降机产销量达到了21.6万台，比上年净增4.8万台，增幅为28%，这是在我国升降机产量持续走高的基础上又一次创造了历史新高，超过了全世界升降机产量的一半。据统计， 2007年我国安装验收升降机146999台，同比增长24%。截止2007年底，全国在用升降机达917313台。中国已经成为全球最大的升降机市场。 到2008年底，我国在用升降机量已超过100万台。中国目前不但是全球最大的升降机生产基地和消费市场，也是拥有升降机最多的国家之一。到目前为止，我国升降机的生产力不断提高，质量也渐渐被国际市场所认可，不仅能够满足我国国内的市场需求，对于国际市场的供应能力也是在不断加强。1.2课题背景及主要研究内容课题的主要任务是完成一个升降机系统的控制器，满足设计的要求，让升降机做出合理的判断，正确高效地知道升降机完成各项任务。根据此任务，本课题需要研究的内容有：1、根据系统的技术要求，进行系统硬件的总体方案设计；2、学习单片机的相关知识，并且加以运用；3、选择恰当的芯片，并对其内部协议有所掌握，便于应用。4、研究C语言编程，并且规定升降机的工作规则，用C语言加以实现；5、对软件和硬件进行调试，让其协调工作，完成指定任务。关于硬件部分：主要分为单片机模块、驱动模块、键盘显示模块、电源模块等。应首先了解系统的总体要求、输入信号要求和数量、输出控制对象及数量、辅助外设种类及要求、使用环境及工作电源要求、产品成本、可靠性要求及可维护性，制定出可行的性能指标。然后确定单片机的型号、所需的外围扩展芯片、存储器、I/O电路、驱动电路，可能还有A/D转换和D/A转换电路及其他模拟电路，设计出系统的应用原理图。关于软件部分：单片机应用软件的设计与硬件的设计一样重要，没有控制软件的单片机是毫无用处的。它们紧密联系，相辅相成，并且软件和硬件有一定的互换性，在应用系统中，有些功能可以通过硬件实现，也可以用软件完成。多利用硬件，可以提高研制速度、减少编写软件的工作量、争取时间。相反，以软件代替硬件完成的一些功能，最直观的一些优点是可以降低成本，提高可靠性；缺点是增加了系统软件的复杂性，软件的编写工作量大，研制周期可能会加长，系统的运行速度也可能会降低。必须综合分析以上因素，合理的制定某些功能硬件和软件的比例。当然，二者的关系并不是分离的，它们是相辅相成，硬件依据软件来验证，软件依据硬件来调试。经过一个个的发现问题、一个个的解决问题，最终做出完美的升降机控制器。1.3本章小结本章主要对课题的历史和背景、发展和现状、研究内容以及课题研究意义做出了简要的说明。5常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书第2章 系统总体方案设计2.1系统总体设计控制系统包括单片机，电机驱动器，LCD显示，电源等。控制系统的主要形式有：分立元件加少量集成电路构成的模拟控制系统、基于专用集成电路的控制系统、数模混合控制系统和全数字控制系统。本次设计选择专用集成电路MC33033为驱动芯片，只需少量的外围器件就可构成一个电机专用控制电路。首先将单片机外围电路、集成芯片外围电路与电机相连接，由电机把信号反馈给单片机，单片机输出6路信号给芯片驱动器，再由驱动器输出6路信号给电机，由此控制电机的启停、加减速、正反转、刹车等功能。现今，由于霍尔传感器性价比高，安装方便，被广泛应用作为无刷直流电机的位置传感器。故依靠霍尔元件或者码盘来获得位置、速度信号，这种方法比较直观简单。图2-1 系统总体设计2.2本章小结本章介绍了本设计的总体设计，比较各方案并确定了最终方案，选择MC33033集成电路驱动电机，确定使用PWM调速，使用光电传感器反馈速度。第3章 硬件设计根据图2-1总体方案对各模块进行具体设计。以下为各模块的具体设计及相关介绍。3.1单片机主控模块设计3.1.1 STC89C52单片机简介STC89C52RC单片机是宏晶公司开发的新一代低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码兼容8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz片上集成512字节RAM用I/O口（32个），复位后为：I/O口是准双向口/弱上拉，P0口是漏极输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）具有EEPROM功能工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）图3-1 STC89C52RC引脚图STC89C52RC引脚功能说明VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1的输出可驱动4个TTL输入。此外，P1.0和P1.1可作为定时器/计数器2的外部输入（P1.0/T2）以及定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），如表3-1所示：在对Flash ROM编程和校验时，P1接收低8位地址。 表3-1 P1.0和P1.1引脚功能复用引脚号功能特性P1.0T2（定时器/计数器2计数外部输入）P1.1T2EX（定时器/计数器2控制方向）P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：双向I/O端口。可以驱动4个TTL输入。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3的可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。在对Flash ROM编程时，P3还接收一些控制信号。P3口不仅可以作为一般I/O口外，还具备其它复用功能，如表3-2所示：表3-2 P3口引脚功能复用引脚号复用功能P3.0RXDP3.1TXDP3.2外部中断0P3.3外部中断1P3.4T0（定时器0）P3.5T1（定时器1）P3.6（外部RAM写选通）P3.7（外部数RAM读选通）RST（9引脚）：复位输入。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号。PSEN（29引脚）：外部程序存储器选通信号。/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器的控制信号。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。3.1.2 时钟电路图3-2 时钟电路时钟电路如图3-2所示。XTAL1是片内振荡器的输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。3.1.3复位电路在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。本设计采用的复位电路如图3-3所示图3-3 复位电路3.1.4键盘电路本设计设置了有3个键：S键P3.2，J键P3.2，F键P3.7。每个按键一端接地，另一端接上拉电阻。低电平有效，当按键按下端口接地，单片机捕获到低电平，从而知道相应的输入信息。如下图3-4所示。图3-4 按键电路图同时按键也是调速模块主要组成部分。本次设计中个按键的作用是：K1减速，K2加速，K3按一下进行转弯、两下则前行，K4两路电机切换（前行后退切换）。3.1.5串口通信电路图3-5 串口通信原理图这里所用串口是全双工的。就是在发的同时可以收，收的同时可以发。串口有四个模式。可分别用作串并转换、并串转换、异步串行。基本原理是两组移位寄存器。串口通信电路如图3-8所示。3.2电机驱动模块设计3.2.1 MC33033简介MC33033由转子位置译码器、可向传感器供电的温度补偿参考电压（6.25V）、频率可调锯齿波振荡器、脉宽调制比较器、三个集电极开路高侧驱动器和三个特别适合驱动功率MOSFET的大电流图腾柱输出电路的低侧驱动器等部分组成。MC33033内部的转子位置译码器是用来控制三个传感器（引脚4、5、6）的输入状态的。同时，它还为高侧和低侧的输出驱动提供正确的顺序。MC33033的传感器输入电平是与TTL电平兼容的。其门限电压为2.2V。他的输入可直接与集电极开路的霍尔效应开关或光耦合器接口。MC33033控制器的60/120引脚（引脚18）能够方便的是控制器与具有60、120、240、360相位输入的电动机连接。由于有三个输入传感器，因此具有八种可能的输入码。其中六种是有效的，其余两种无效。这六种有效输入码经译码器译出后，确定电动机转子的位置。正向/反向输入引脚利用其作用改变定子绕组上的电压来改变电动机的转动方向。当该引脚接地时，高侧输出驱动关闭，而低侧输出驱动为低电平（或悬空时），实际上它通过片内上拉电阻接到了正电源上，并驱动高侧和低侧输出，从而使电动机转动。该引脚接地时，高侧输出驱动关闭，而低侧输出驱动为低电平，从而使电动机滑行到停止。电路的主要任务是通过改变定子绕组上的电压平均值来对电动机的运行速度进行有效的控制。而欠电压锁定电路能够保证控制器和传感器有效的工作，并使控制器外接的功率晶体管免遭破坏。MC33033的片内误差信号放大器具有80dB的直流电压增益，能用来实现电动机的开环和闭环控制。引脚图如图3-2所示。引脚说明如表3-3所示。3.2.2 33033引脚图图3-6 33033引脚图引脚号引脚名称功能说明1,2,20BT,AT,CT三个集电极开路的顶部输出引脚3FWD/REV正向/反向输入引脚4,5,6SA,SB,SC三个传感器的输入引脚7REF基准输出引脚8振荡器振荡器输出引脚9误差放大器()误差放大器的同相输入引脚10误差放大器()误差放大器的反向输入引脚11误差放大器输出PWM输入误差放大器输出/PWM输入引脚12电流检测同相输入电流检测同相输入引脚13GND接地引脚14VCC电源电压输入引脚15,16,17CB,BB,AB三个底部驱动输出引脚1860/120选择输出使能引脚。用来选择60/120传感器相位输入19输出使能输出使能引脚。低电平转动；高电平滑行表3-3 33033引脚说明3.2.3三相无刷直流电机闭环控制电路利用MC33039无刷电动机附加器和MC33033控制器以及少量外围器件可设计一个实用且性价比很高的闭环无刷直流电动机控制电路。该电路用一个MC33039来产生与速度成比例的输入电压，并通过其引脚5馈入MC33033.其电源由MC33033的6.25V基准电压提供，因为MC33039的引脚1、2、3(转子位置译码器)分别与MC33039的引脚4、5、6（三个传感器输入）相连，从而它们使用相同的霍尔传感器输入信号。这样，任何时刻，每一个传感线上的霍尔传感器的正、负信号都能使MC33039产生一个具有确定幅度时间间隔的输出脉冲，该脉冲由MC33039的引脚5输出，并由MC33033片内误差信号放大器组成的积分器部分，从而产生一个与电动机转速成比例的直流电压。该电压在MC33033的引脚11产生PWM基准电平，以完成闭环控制电路。3.2.4控制器基本原理MC33033的基本组成有：一个转子位置译码器，它监视着3个霍尔效应传感器输入（4,5,6脚）。一个提供温度补偿；对外输出6.25V动力基准（7脚）；一个误差放大器（9,10,11脚），能促进闭环回路电机速度的控制；一个脉宽调制比较器，通过变化作用在定子线圈上的平均电压，提供了一种控制电机速度的方法，PWM对速度的控制仅在底部驱动输出。控制器原理如图3-3所示。图3-7 控制电路部分3.3测速原理3.3.1霍尔传感器的特性半导体磁敏传感器是利用半导体材料中的自由电子和空穴随磁场而改变其运动方向这一特性制成的，按其结构可分为体型和结型两大类。体型的主要有霍尔传感器（材料主要是InSb、InAs、Ge、Si、GaAs）和磁敏电阻（材料主要有InSb、InAs），结型的主要有磁敏二极管（材料主要是Ge、Si）和磁敏三极管（材料主要是Si）。霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁传感器。霍尔效应自1879年被美国物理学家爱德文霍尔发现至今已有100多年的历史，但直到20世纪50年代，由于微电子学的发展，才被重视和开发，现在，已发展成一个品牌多样的传感器产品族，并得到广泛的应用。霍尔传感器可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场相关的场合中应用。霍尔传感器具有许多优点，其结构牢固，体积小，质量轻，寿命长，安装方便，功能消耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘，油污，水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔传感器可直接用于检测磁场或磁特性，也可以通过在被检对象上人为设置的磁场，可转换成电量来实现检测和控制。3.3.2系统工作原理及处理方法1.系统工作原理转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。其单位为 rmin。由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机STC89C52的计数器 T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。此系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，使用霍尔传感器获得脉冲信号。其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，机轴每转一周，产生两个脉冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。由霍尔器件电路部分输出，成为转速计数器的计数脉冲。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。单片机CPU将该数据处理后，通过LCD显示出来。3.4显示模块设计LCD具有体积小、功耗低、可彩色显示等一系列优点，在各类电子设备中得到了广泛的运用，特别是在便携式消费类数码产品中几乎独霸天下，在电视机等大屏幕显示设备中逐渐取代了传统的阴极射线显像管，成为市场的主力。单片机中使用的液晶显示器主要是黑白的字符显示器，最常用的是LCD1602，它可以显示两行，每行16个字符。这里显示模块采用LCD1602。3.4.1 液晶屏LCD1602说明1602也称为1602字符液晶，它是一个专门显示字母，数字，符号及其他点阵液晶显示模块。它由几个5X7或5X11点阵字符位，每个位可以点阵字符显示一个字符，每行之间的间距彼此之间的间隔起到了字符间距和行间距的作正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2.即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。3.4.2 LCD管脚功能介绍 图3-8 LCD1602实物图表3-4 LCD引脚功能表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极3.4.3 LCD各管脚的详细说明第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL是液晶显示器的对比度调整端口，当与正电源连接时对比度弱，与地相接时对比度高，对比度太高时会产生“鬼影”，使用的时就可以通过一个10K电位器来调整对比度。第4脚：RS是寄存器的选择，高电平的时候会选择数据寄存器、低电平的时候会选择指令寄存器。第5脚：R /W为读写信号线，高读，写操作。当RS和R / W为低，可共同书面指示或显示的地址，当RS低R / W为高忙信号，当RS高R / W为低数据可以写入可以读取。第6脚：E端是使能端，当E端口由高电平转变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。3.5电源设计本次设计中采用D-60B供电。由于USB接口电源为5V以及一些器件，在这次设计中使用DC-DC电源模块（AS3-5-5）转换为5V后给USB供电。DC-DC的优点：输出稳压，精度可达3%,高性能价格比,多种输入、输出电压,内置输入滤波器,低电磁兼容特性。DC-DC是用开关电源的思想实现的。DC-DC有降压和升压两种，在这里只说降压，比如说你给DC-DC输入10V，DC-DC内部有个振荡器和斩波模块，例如，把在一个时间段允许10V通过，另一时间段内不允许10V通过（等于0v）。而在输出端有一个电容进行滤波，只要电容足够大，其结果就等于将中间的那个脉冲波形进行微积分，而输出一个5V的直流波形。 这个降压的过程相对于稳压模块来说，更大限度地避免了电能在降压模块上面的消耗，并且内部震荡部分控制其占空比就能改变输出电压大小（在10V范围内），使其输出能恒定（比如某个DC-DC规定输入范围是6V到16V，输出5V，只要是在这个输入范围内，输出都是5v误差只有零点零几伏，而稳压模块的输出则和输入电压有一定的线性关系，输入7V的输出电压和输入14V的输出电压差得比较大） 采用电源模块的优点 1.不同的供应商可以按照现有的技术标准设计同一大小的模块，为设计电源供应器的工程师提供多种不同的选择。 2. 每一模块的设计及测试都按照标准性能的规定进行，有助减少采用新技术所承受的风险。 3. 若采用集成式的解决方案，一旦电源供应系统出现问题，便需要将整块主机板更换；若采用模块式的设计，只要将问题模块更换便可，这样有助节省成本及开发时间。其具体设计如图3-10所示.图3-10电源模块原理图3.6本章小结本章介绍了单片机外围硬件电路的设计，系统阐述了基于STC89C52单片机的外围电路设计以及基于MC33033、MC33039、MPM3003集成芯片的控制器的设计，并介绍了所用芯片的功能与特点，给予硬件电路最理想的理论支持。下一章着重介绍本课题的软件设计。通过硬件设计，强化了我的动手能力。在这一过程中用到了Protel软件，以前只是简单的运用这一软件，通过这次设计让我对这个软件运用有了极大的加强。在设计原理图与焊接线路过程中让我更加懂得了选择好方案的重要性，不仅可以省财力、物力还省了很多不必要的麻烦从而可以节省了很多时间（时间就是金钱）。再者我还学到了很多硬件功能及原理在查找资料并学习的过程中也让我更明白自学能力的重要性。在接触到某些新知识的时候学习消化运用新知识显得由为重要。39第四章 控制系统软件的设计4.1 系统程序总体设计考虑此控制程序不是很复杂，为了不影响程序执行速度，程序全部采用C语言编写。单片机控制应用系统的硬件确定后，接下来就要进行软件的设计，设计的主要内容是应用系统的主程序和各应用模块程序。整个系统是在应用程序的控制下进行的，应用程序由主程序和各个子程序构成。 此系统采用结构化程序设计方法（对于较大的系统，更应如此）。这是一种自上而下的编程方法，即把总的控制过程逐步细分，分化成一个个的子过程。有了这一设计思想，下来的工作就是编写各模块子代码，最后再整合。4.2软件流程图4.2.1 主程序设计本课题研究的是无刷直流电机控制器的设计，第三章已经将控制器的整体硬件电路设计完成，接下来就是设计控制功能的程序，通过编写程序来实现电机启停、电机正反转、电机加减速、刹车等功能。本节主要说明程序的总体设计，也就是主程序流程。首先将单片机进行硬件初始化，接着通过程序判断是否有按键按下，若有按键按下的话，进行按键处理，若没有按键按下的话，则通过PWM技术检测电机速度，最终显示在液晶屏上。其主流程图如图4-1所示：图4-1 主程序流程图 4.2.2 模块子程序设计1.初始化程序设计首先将各按键功能命名，并对其进行初始化操作。本设计将功能键按键正命名为keyZ，且该按键对应STC89C52的P1.3端口；将功能键按键反命名为keyF，且该按键对应单片机的P1.4端口；将功能键按键速度加命名为up，且该按键对应单片机的P1.5端口；将功能键按键速度减命名为down，且该按键对应单片机的P1.6端口；将功能键按键刹车命名为stopK，且该按键对应P1.7端口；将功能键测速端口命名为MCong，且该按键对应单片机的P3.2端口；将功能键按键正反命名为ZZ，且该按键对应单片机P3.4端口；将功能键PWM端口命名为FF，且对应单片机P3.5端口。接着对定时器和中断进行初始化，将工作模式寄存器（TMOD）设为0x01，也就是选用定时功能和工作模式1,；将T0的高八位TH0设为0x0FF，T0的低八位TL0设为0xF7；允许T0中断，并启动定时器工作。2.加减速模块程序设计由于一开始已经将按键速度加功能键命名为up，且对应P1.5端口，按键速度减功能键命名为down，且对应P1.6口，故本程序设计只需检测速度加功能键和速度减功能键的高低平信号。若up的输出信号为低电平时，则电机加速；若down的输出信号为低电平时，则电机减速。本设计是通过利用PWM技术对电机的加减速进行控制，PWM技术的核心思想是通过程序改变占空比，以达到速度调制的目的。图4-2、4-3显示加减速模块程序流程图： 图4-2 加速流程图图4-3 减速流程图 3.刹车模块程序设计刹车模块程序相对简单一些，只需要同时给予PWM端口和控制正反转端口以高电平信号，则占空比接近100%。由于没有高低电平的交替，电机停止转动。4.正反转模块程序设计正反转程序设计也相对比较简单，通过程序检测正转、反转端口处信号的高低电平，来实现相对应的功能。若检测到正转端口处是低电平信号，则实现电机的正转；若检测到反转端口处是低电平信号，则实现电机的反转。图4-3显示正反转程序设计流程图： 图4-4 电机正反转流程图5.速度检测模块程序设计随着电机转子的旋转，光电管间歇接收从光源发出的光，不断导通和截止，从而产生一系列0、1信号。这些脉冲信号通过I/0口传输给单片机，单片机读取该脉冲信号，确定转子当前的速度。当电机在转动时，电机内部的位置传感器不间断的向单片机输出高低信号，我们可以通过检测每个方波内的低电平信号，并由计数器0计算着每秒内低电平的个数，由此可计算出电机的转速。当时间在1S以内时，每当检测到一个低电平信号时，chisu则加1，一旦超过1S，则时间和计数器全部清零，重新计数。图4-6显示速度检测模块的程序流程图：图4-6 速度检测模块程序流程图4.3 本章小结本章节主要系统介绍了软件总体的设计，以流程图的形式对其设计进行说明。其子模块的设计同样如此，以详细的流程框图将其设计流程展现出来。下章节介绍了本课题的调试过程。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书第五章 系统调试5.1 硬件调试首先在焊接前检查元件是否有坏的（很容易检查的），确认无误后开始安装元件，焊接时一定要做到细心认真，必须避免假焊，以上两步完成后，才开始进入硬件调试。硬件静态的调试 （1）排除逻辑故障 这种故障往往是由于在设计过程中和处理系统板过程中造成的错误。包括错线，开路，短路。首先处理除外仔细控制PCB原理图，看到这两个是相同的。应当特别注意检查电源的系统，以防止电源极性错误和短路问题，并要重点稽核系统的总线（控制总线、数据总线和地址总线）是否存在与其它信号线路短路或相互之间的短路。有必要的时候用数字万用表的短路测试功能，也可以缩短时间。（2）排除元器件失效 这样的错误由两个原因造成：一是购买时已经打破组件，另一种是由于安装错误，造成设备烧毁。检查组件可以采取与该模型的设计要求，说明书和安装是相同的。为了确保正确安装，使用替代的方法消除误差。 （3）排除电源故障 在通电前，一定是要检查电源的电压极性和大小的，或可能造成损害的歧管。检查插头接通电源后针潜力，常规检查VCC和GND之间的潜力，如果5V4.8V之间正常。如果高压，在线调试仿真器，它会损坏模拟器，有时会导致应用系统歧管的热损伤。5.2 软件调试软件主要使用的Keil C编译软件，下面就将调试过程中遇到的问题和调试经验做一简要说明：1）、由于Keil C对中文支持不太好，这将出现的实际位置的光标，光标是不一致的现象，这会修改受影响的中国数据。在Windows2000这里，我们可以设置字体为Courier，这样你就可以正常显示。WindowsXP系统基本不会出现此问题。2）、当你使用有片外的内存MCU时候，一定要设置标志位，并编译的方式要选择最大模式，否则将会出现错误。3）、当使用Keil C程序运行的状态时，要把引起Warning的语句屏蔽，否则有可能跟踪语句的时候会出错。4）、当编程涉及到有关通信，时序是很重要的。拉高管脚的执行速度远远比检查管脚电平的要快。5）、在等待管脚电平变化的时候，我们需要设置好超时处理，否则程序就会因为一个没有预计的错误而死锁。6）、所有函数之间的相关性越低越有利于以后功能的扩展。7）、调试程序时，首先要确保每个子程序编程正确，然后再进行整体组合调试。编程时每个子程序应尽量注明呼入呼出系数（特别时用汇编编程），否则单个子程序运行正确，整合后结果运行就会出错，如果不注明呼入呼出系数，查错时很困难的。5.3 软硬联调5.3.1信号测试在测试电机之前，首先对单片机进行信号测试,以免烧坏电机以及芯片，造成不必要的损失。打开示波器电源开关，并将单片机连接上电源，使其正常工作。首先用两根导线与单片机的地线端口、PWM端口连接，将示波器的正负街头与这两个端口相连，红线代表正极，黑线代表负极，查看示波器是否有方波信号产生。接下来按加速键，查看示波器上的方波信号的周期正在逐渐减少，也就是1S内出现的方波数逐渐增多，证明加速键能实现其加速功能。同理，按减速键，查看示波器上的方波信号的周期正在逐渐增大，也就是1S内出现的方波数逐渐减少，证明加速键能实现其减速功能。测试完单片机利用PWM技术产生加减信号后，接着测试其是否能通过程序控制产生正反转信号。同样，用两根导线与单片机的fangx端口、地线端口连接，将示波器的正负极与两端口相连，查看信号。按反向键，方波的峰值由正变为负；再按正向键，方波的峰值由负变为正。由此可以证明，正反键可以实现其功能。正反转信号测试完成后，需要测试该单片机是否有刹车信号。测试方法与上述方法大同小异。将示波器的正负极连接到连接在单片机的地线端口、stop端口的导线上。首先按启动键，使得单片机能够输出方波信号，再按刹车键，发现示波器的方波信号消失，没有信号再次输出，证明刹车按键也能实现其功能。5.3.2联机调试第一步：接上单片机电路的电源线，给单片机通电，打开总开关，使单片机进入工作模式。用两个导线一端连接单片机外围电路的正负接口，另一端连接集成芯片外围电路的正负接口；用一根导线连接单片机外围电路的PWM端口与集成芯片外围电路的PWM端口相连接；再用一根导线连接单片机外围电路的speed口和集成芯片外围电路的speed口相连接；接着用一根导线将单片机外围电路的fangx端口与集成芯片外围电路fangx端口相连接。第二步：第一步完成单片机与集成芯片MC33033集成电路的连接，接下来则是将MC33033集成电路与电机相连。第三步：连接完成后，进行调试。首先按加速键，观察到电机的速度会逐渐增加；接着俺减速键，观察到电机的速度会逐渐降低；接着按反向键，观察到电机会立即反方向运转；再按正向键，观察到电机会立即正方向运转；最后按刹车键，观察到电机会立即刹车。5.4本章小结本章节系统理论的介绍了对于单片机的调试过程与方法，并将调试结果显示出来以说明其功能的正确实现。致谢实践是检验真理的唯一标准，经过几年的理论学习而这次在即将走向工作岗位的时候能将理论与实践相结合的机会来锻炼自己可谓是难得的一次提高，在此感谢学校为我们安排的这个教学环节，也感谢在此次设计过程中给与我极大帮助和理解的院系老师和同学们。论文是在王雁平老师的悉心指导下整理完成的。老师严谨求实的治学态度，活跃开阔的学术思想，勇于探索的敬业精神，都给予我极大的影响，使我受益匪浅，终生难忘。在此，谨向他致以崇高的敬意和深深的谢意。在我的论文工作中，常州工学院自动化系众多老师和同学给予过大力的支持与帮助。在此，谨向他们表示诚挚的谢意。尽管在此次论文的完成过程中，我遇到了很多困难，但是能有这么多的人关心我和帮助我，直到我完成此次毕业论文，让我很感动。在此谨向所有关心、支持和帮助过我的老师、亲人、朋友和同学表示衷心的感谢。本文是在指导老师王雁平的悉心指导下完成的。承蒙王老师的亲切关怀和精心指导，虽然有繁忙的工作，但仍抽出时间给予我学术上的指导和帮助。参考资料【1】吴金戌、沈庆阳等8051单片机实践与应用M 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