温度控制直流电动机转速系统设计报告(共34页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上实训题目: 温度控制直流电动机转速 学生姓名： 崔敬通 学号： 6 专业： 电子信息工程 2013年11月27日1 引言直流电机具有良好的线性调速特性和控制性能，使其调速控制占主流地位。尽管交流变频电机、步进电机等在控制调速领域的应用比较广泛，但直流电机调速仍是大多数调速控制电机的最佳选择。 89C55单片机支持C语言编程，可移植性好，速度快，已被广泛应用于机电一体化、工业控制、智能仪器仪表等领域。现应用89C51单片机对直流电机速度进行有效测试和控制，通过对直流电机转速脉冲和中断次数的计数，可实现根据输入值控制直流电机的转速。2 设计任务与要求根据设计需要，通过测量

2、原件把检测到的直流电机转速读入到89C55单片机中，再通过编程使读入的数值在显示器上显示出来。若检测到的电机转速等于设定值，则对直流电机的转速进行记录；若检测到的电机转速没有达到设定值，则通过加大数值或模数转换芯片使电机速度提升至设定值；若检测到电机转速超过设定值则通过模数转换芯片把电机速度降至设定值。通过这种实时检测和在线控制的方式使单片机能够对直流电机2.1系统的设计要求及主要技术指标本论文要求使用单片机进行电路设计，同时单片机部分应带有显示功能。单片机对某个位置进行温度监控，当外部温度45时，电动机加速正转，当温度75时，电动机全速正转；当外部温度10时，电动机加速反转，当温度0时，电动

3、机全速反转；当温度回到1045之间时电动机逐渐停止转动。2.2系统总体方案系统总体方案设计，如下图2.1单片机温度显示温度采集DS18B20PWM输出电机驱动L298直流电动机系统供电图2.1 系统总体方案图2.3总体方案论述该系统采用AT89C55单片机为核心，通过DS18B20进行温度采集，送入单片机，经过软件编程进行温度的比较和范围划定，然后通过程序控制由单片机产生不同的PWM（脉冲宽度调制）信号，送给电机驱动芯片L298的使能端口，通过L298驱动芯片来控制直流电机的启动、速度、方向的变化；单片机将温度数据传送给LM016L显示温度。整个电路设计包括温度采集模块，单片机控制模块，温度显

4、示模块，和电机及电机驱动模块。3硬件电路设计 MCS-51系列单片机 Intel公司推出的8位单片机：1976年推出的MCS-48系列：8039，8048等。1980年推出了MCS-51系列：8031，8051，8751，8052等。其中8051成为重要的品种，应用和普及得非常广泛。Philips、Siemens、Atmel、SST等半导体公司，也生产出与8051相兼容的低功耗、高性能的产品。ATMEL公司的89C51系列产品是近年来在我国非常流行的单片机。 AT89C55单片机AT89C55，它是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含20kbytes 的可

5、反复擦写的Flash只读程序存储器（ROM）和256*8bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8051产品引脚兼容，片内置通用8 位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C55单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 89C55单片机基本组成包括有: l 一个8位的微处理器；l 片内数据存储器RAM有128B， 21个特殊功能寄存器SFR；l 片内程序存储器Flash ROM 有4KB；可寻址片内外统一编址的64KB的ROM，l 可寻址片外64KB的RAM；l 4个8位并行I/O接

6、口（P0P3）；l 一个全双工通用异步串行接口UART；l 两个16位的定时器/计数器；l 五个中断源、两个优先级的中断控制系统；3.1单片机复位电路复位是单片机的初始化操作。单片机启运运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。3.2温度采集模块设计温度是一种最基本的环境参数，在工农业生产及日常生活中对温度的测量及控制具有重要意义。本模块的功能是进行温度采集，获取温度数据然后经过单片机处理，由单片机来控制PWM的输出。3.3温度采集模块的

7、电路连接DS18B20 有三个管脚：GND 为电源地，DQ 为数字信号输入/输出端，VCC 为外接供电电源接入端（用寄生电源方式时接地）。在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是VCC接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时VCC、GND接地，I/O接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5K左右的上拉电阻。本系统中DS18B20的DQ口与单片机的 P3.3口连接，GND 接地。Protues软件仿真图如图10所示。DS18B20的Protues仿真图3.4直流电机驱动模块采用专用芯片L298。L298是一个具有高

8、电压大电流的全桥驱动芯片，它响应频率高，且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。3.5 L298驱动芯片L298 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥直流电机专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相电机，内含二个H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的I/O端口来提供模拟时序信号，

9、但在本驱动电路中用L297 来提供时序信号，节省了单片机I/O 端口的使用。L298N 之接脚如图15所示，Pin1 和Pin15 可与电流侦测用电阻连 接来控制负载的电路； OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之间分别接2 个步进电机；input1input4 输入控制电位来控制电机的正反转；Enable 则控制电机停转。3.6液晶显示简介(1)液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移

10、动通信工具等众多领域。3.6.1 LM016L的结构及功能LM016L液晶模块采用HD44780控制器，HD44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能，LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式，hd44780控制器由两个8位寄存器，指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）忙标志（BF），显示数RAM（DDRAM），字符发生器ROMA（CGOROM）字符发生器RAM（CGRAM），地址计数器RAM(AC)。IR用于寄存指令码，只能写入不能读出，DR用于寄存数据，数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM,或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据，B

11、F为1时，液晶模块处于内部模式，不响应外部操作指令和接受数据，DDTAM用来存储显示的字符，能存储80个字符码，CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160中和5*10点阵字符32种.8位字符编码和字符的对应关系,CGRAM是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅64字节，可以自定义8个5*7点阵字符或者4个5*10点阵字符，AC可以存储DDRAM和CGRAM的地址，如果地址码随指令写入IR,则IR自动把地址码装入AC，同时选择DDRAM或CGRAM但愿，LM016L液晶模块的引脚功能如下表所示表4 引脚功能表引脚符号功能说明1VSS一般接地2VDD接电源（+5V）3V0液晶显示器对比度调整端

12、，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。4RSRS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。5R/WR/W为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。6EE(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8DB1底4位三态、 双向数据总线 1位9DB2底4位三态、 双向数据总线 2位10DB3底4位三态、 双向数据总线 3位11DB4高4位三态、 双向数据总线 4位12DB5高4位三态、 双向数据总线 5位13DB6高

13、4位三态、 双向数据总线 6位14DB7高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flang）15BLA背光电源正极16BLK背光电源负极3.6.2 液晶显示模块的电路连接数据手册中可能介绍LM1602内部D0D7已有上拉，可以使用P0口直接驱动。在Proteus里LM016L内部可能没有,应该人为加上拉电阻液晶显示模块仿真图4系统软件设计4.1系统软件构架系统软件构架如图端口初始化液晶显示程序DS18B20函数初始化读取温度值并显示延时开启中断T0定时器控制电动机正/反转，并通过PWM信号控制电动机转速等待中断开始返回图 系统软件总框图温度控制电机转速软件构架如图温度范围判断

14、T45正转T1010T45反转停止加速45T75全速75全速T0加速0T10返回5结论本方案实现了单片机通过对温度的采集和比较对直流电机进行转速控制，以及利用软件模拟实现直流电机PWM调速的方法。以AT89C55单片机为控制核心，通过DS18B20进行温度采集，送入单片机，经过软件编程进行温度的比较和范围划定，然后通过程序控制由单片机产生不同的PWM（脉冲宽度调制）控制信号，送给电机驱动芯片L298的使能端口，通过L298驱动芯片来控制直流电机的启动、速度、方向的变化实现了对普通直流电机的转速调节，为进一步研究和优化直流电机控制方法提供了基础。达到了系统的设计要求：单片机对某个位置进行温度监控

15、，当外部温度45时，电动机加速正转，当温度75时，电动机全速正转；当外部温度10时，电动机加速反转，当温度0时，电动机全速反转；当温度回到1045之间时电动机逐渐停止转动。从这次的设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次设计中的最大收获。参考文献1 王之道,周靖,刘旭, J机械工程与自动化2009(5) 2 茹占军,基于AT89S52单片机直流电机调速系统的设计, J.软件导刊2010, 9(8)3 赵鸿图,基于单片机AT89C55的直流电机PWM调速系统J.电子技

16、术 ，2008, 45(10)4 周润景,张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真M.北京:北京航空航天大学出版社,2006. 5 宁成军,张江霞.基于Proteus和Keil接口的单片机外围硬件电路仿真J.现代电子技术,2006,29(18):142-143,146. 6 陈良光，管聪慧.由数字式传感器 DS18B20 构成的多点测温系统J.传感器世界, 1999, 9.7 杜洋,DS18B20温度传感器应用解析,2007.3.168 马忠梅，张凯，等.单片机的C语言应用程序设计(第四版).北京航空航天大学出版社附录A系统总程序/-/ 名称：温度控制直流电动机转速/-/ 说明:

17、 45度时加速正传/10时加速反转,/ 75时全速正传/0时达到全速反转,/ 温度回到1045之间时电动机逐渐停止转动。/-#include<intrins.h>#ifndef _DEFINE_H_#define _DEFINE_H_#ifndef _DELAY_H_#define _DELAY_H_#ifndef _LCD1602_H_#define _LCD1602_H_#ifndef _DS18B20_H_#define _DS18B20_H_#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit MA=P10;sbi

18、t MB=P11;sbit PWM=P12;sbit rs=P20;sbit rw=P21;sbit en=P22;sbit DQ=P30;sbit beep=P17;bit DS_OK=1;uchar buffer_line1=" current temp "uchar buffer_line2=" temp: "uchar code df_tab=0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9;uchar current=0;uchar display_digit=0,0,0,0;uchar temp_value=0x00,0x00;

19、uchar back_temp_value=0x00,0x00;char sign_temp;#endifvoid delay(uint z)uint x;while(z-)for(x=120;x>0;x-);void delay_us()_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();void delay_1us(uint x)/延时 while(-x);#endifuchar LCD_check_busy()uchar state;rs=0;rw=1;delay(2);en=1;state=P0;delay(2);en=0;delay(2);return state;

20、void LCD_write_cmd(uchar cmd)while(LCD_check_busy()&0x80)=0x80);rs=0;rw=0;delay(2);en=1;P0=cmd;delay(2);en=0;delay(2);void LCD_write_data(uchar dat)while(LCD_check_busy()&0x80)=0x80);rs=1;rw=0;delay(2);en=1;P0=dat;delay(2);en=0;delay(2);void LCD_display(uchar position,uchar *s)uchar i;LCD_wr

21、ite_cmd(0x80+position);for(i=0;i<16;i+)LCD_write_data(si);void LCD_init()LCD_write_cmd(0x38);LCD_write_cmd(0x0c);LCD_write_cmd(0x06);LCD_write_cmd(0x01);#endif/*/*全局都要精确延时*/uchar DS_init()uchar state;DQ=1;delay_1us(8);DQ=0;delay_1us(80); /精确延时大于4800USDQ=1;delay_1us(8);state=DQ;delay(100);/延时retur

22、n state;/返回值为1时，初始化失败void DS_write_byte(uchar dat)uchar i;for(i=0;i<8;i+)if(dat&0x01)=0) /写一DQ=0;delay_1us(5); DQ=1; /精确延时，形成脉冲else /写0DQ=0;delay_1us(1);DQ=1;delay_1us(4);dat>>=1;uchar DS_read_byte()uchar i,dat=0;for(i=0;i<8;i+)DQ=0;dat>>=1;DQ=1;if(DQ=1)dat|=0x80;elsedat|=0x00;

23、delay_1us(30);DQ=1;return dat;void DS_read_temperature()if(DS_init()=1)DS_OK=0;elseDS_init();DS_write_byte(0xcc);/跳过序列号 DS_write_byte(0x44); /启动温度转换DS_init();DS_write_byte(0xcc);DS_write_byte(0xbe);/启动读取温度temp_value1=DS_read_byte(); /先写低位在写高位temp_value0=DS_read_byte();DS_OK=1;void display_temperatur

24、e()uchar flag=0;if(temp_value0&0xf8)=0xf8)flag=1;temp_value0=temp_value0;temp_value1=temp_value1+1;if(temp_value1=0x00)temp_value0+;display_digit3=df_tabtemp_value1&0x0f;/取小数/取整数current=(temp_value0&0x07)<<4)|(temp_value1&0xf0)>>4);/判断正负sign_temp=flag?-current:current;/*分

25、解整数*/display_digit0=current/100;display_digit1=current%100/10;display_digit2=current%10;/*装入缓冲*/buffer_line28=display_digit0+'0'buffer_line29=display_digit1+'0'buffer_line210=display_digit2+'0'buffer_line211='.'buffer_line212=display_digit3+'0' /*屏蔽高位不显示*/if(d

26、isplay_digit0=0)buffer_line28=' 'if(display_digit0=0&&display_digit1=0)buffer_line29=' 'if(flag=1)if(buffer_line29=' ')buffer_line29='-'elseif(buffer_line28=' ')buffer_line28='-' elsebuffer_line27='-'LCD_display(0x00,buffer_line1);LCD_display(0x40,buffer_line2);LCD_write_cmd