基于单片机的直流电机控制系统设计毕业设计论文说明书

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毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的

2、学位及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作作 者者 签签 名：名： 日日 期：期： 指导教师签名：指导教师签名： 日日期：期： 使用授权说明本人完全了解本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版

3、，并电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。文的部分或全部内容。作者签名：作者签名： 日日 期：期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引

4、用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：作者签名： 日期：日期： 年年 月月 日日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，同意学校保留并向国家

5、有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。涉密论文按学校规定处理。作者签名：作者签名：日期：日期： 年年 月月 日日导师签名：导师签名： 日期：日期： 年年 月月 日日注注 意意 事事 项项1.1.设计（论文）的内容包括：设计（论文）的内容包括：1 1）封面（按教务处制定的标准封面格

6、式制作）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2 2）原创性声明）原创性声明3 3）中文摘要（）中文摘要（300300 字左右）字左右） 、关键词、关键词4 4）外文摘要、关键词）外文摘要、关键词 5 5）目次页（附件不统一编入）目次页（附件不统一编入）6 6）论文主体部分：引言（或绪论）论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结论、正文、结论7 7）参考文献）参考文献8 8）致谢）致谢9 9）附录（对论文支持必要时）附录（对论文支持必要时）2.2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 1 万字（不包括图万字（不包括图纸、程序清单等）纸

7、、程序清单等） ，文科类论文正文字数不少于，文科类论文正文字数不少于 1.21.2 万字。万字。3.3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件） 。4.4.文字、图表要求：文字、图表要求：1 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写别字，不准请他人代写2 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图

8、表整洁，布局合理，文字注释必须使用工有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画程字书写，不准用徒手画3 3）毕业论文须用）毕业论文须用 A4A4 单面打印，论文单面打印，论文 5050 页以上的双面打印页以上的双面打印4 4）图表应绘制于无格子的页面上）图表应绘制于无格子的页面上5 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.5.装订顺序装订顺序1 1）设计（论文）设计（论文）2 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复

9、印件）次序装订订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程一、撰写（设计）过程1 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格3 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格4 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的

10、合理性 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格5 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格二、论文（设计）质量二、论文（设计）质量1 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格三、论文（设计）水平三、论文（设计）水平1 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义、论文（设计

11、）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格3 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的（在所选等级前的内画内画“”“”）指导教师： （签名）（签名） 单位： （盖章）（盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？、论文（设计）的整体结构是

12、否符合撰写规范？ 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格二、论文（设计）水平1 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格3 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优优 良良 中

13、中 及格及格 不及格不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的（在所选等级前的内画内画“”“”）评阅教师： （签名）（签名） 单位： （盖章）（盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格3 3、学生答辩过程中的精神状态、学生答辩过程中的精神状态 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格二

14、、论文（设计）质量1 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格三、论文（设计）水平1 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格3

15、 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）（签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）（签名）年 月 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

16、动、制动和正反转控制。本设计采用了单片机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

17、际应用价值。关键词：单片机关键词：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AbstractMotor as the main electromechanical energy conversion device, its application has been throughout all areas of the national economy and peoples daily life. Both in industrial and agricultural production, national defense, medical and he

18、alth, transportation 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

19、, also refers to the 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 ar

20、e inconsistent, Therefore 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 circu

21、it, constitute a dc motor control 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

22、can real-time display, keyboard Settings, 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 .IABSTRACT .II1 绪论 .

23、 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. 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

24、 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 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

25、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，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

26、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，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

27、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

28、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

29、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，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 1

30、kHz 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 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。

31、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 或 GPIO 检测。：设定同步功能，该功能在多桥臂，即多P

32、WM 模块协调工作时尤为重要。3、设置相应的中断，编写 ISR，一般用于电压电流采样，计算下一个周期的占空比，更改占空比，这部分也会有PI 控制的功能。4、使能 PWM 波形发生。1.4 课题任务及工作内容本题目要求设计一个单片机应用系统可以通过串行线在上位机中进行控制操作。可以通过上位机对单片机进行控制直流电机正转、反转、停止、加速、减速等功能。另外，为增加其实用性还增加了显示、键盘控制、按键蜂鸣等功能。本课题要完成以下研究工作：1、研究直流电机控制系统并仔细推敲各方面的细节，比如速度的控制等等。2、进行系统软硬件的设计。3、制作硬件，并对硬件进行调试以及优化。2 单片机直流电机控制系统总体

33、设计方案2.1 设计思路本题要求设计一个上位机直流电机控制系统。利用键盘作为输入设备，输入电机控制信号；液晶显示器件作为显示，与用户进行人机交互；利用串行通信接口与上位机进行通信，接收上位机发送过来的控制命令。从 PC 机发来的控制命令经单片机系统接收后，产生电机控制信号，并提供给电机驱动电路控制直流电机正常运转并正常显示转速。2.2 方案论证与比较(1)主控制器的选择与比较采用台湾宏晶科技生产的 STC89C52 系列的 8 位单片机作为本系统的主控制芯片，该处理器芯片内置有 8K 的 Flash 存储器，内置的 UART 全双工异步通信接口，减少外围接口电路。具有可在线编程、使用方便、价格

34、低廉等优点。运算速度内满足系统的要求，性价比高。(2)显示电路选择与比较方案一：采用数码管显示电路，该硬件电路简单，编程也比较简单。视角范围大，亮度高，显示是效果好，但是只能显示简单数字字母等有限的字符，不能满足本设计要求。故，不采用数码管显示电路。方案二：采用 1602 液晶显示，硬件电路简单，编程容易。可以显示字母和数字，以及一下简单的图像。能满足本设计要求，显示清晰度可以通过调节偏压端电压来改变对比度，从而实现清晰度调整。显示效果较好，还可以滚动显示等，显示灵活。方案三：采用 12864 液晶显示，硬件电路简单，编程容易。可以显示复杂的图案、字符、标点、英文、汉字等。能满足本设计要求，显

35、示清晰度可以通过调节偏压端电压来改变对比度，从而实现清晰度调整。显示效果较好，还可以滚动显示等，显示灵活。综上所述，数码管显示电路不能满足本设计的要求；1602 显示只能显示字母和数字，要显示汉字和图像编程复杂，效果不好；12864 液晶显示可以显示数字、英文、汉字、图片等能满足本设计要求。故，采用 12864 液晶显示电路作为本设计的显示电路模块。(3)键盘电路选择与比较方案一：独立式键盘，独立式键盘硬件电路极为简单，程序也非常简单。容易开发，开发周期短，使用方便简单。方案二：矩阵式键盘，矩阵式键盘硬件电路也比较简单，编程较为复杂。不容易开发，在按键较多的时候，与独立式键盘相比较经济，占用

36、IO 端口较少，但编程较独立式键盘难的多，由于本设计要求的键盘按键数量较少，采用独立式键盘较方便，开发难度大大降低，开发周期缩短，也比较经济。故在本设计中采用独立式键盘。经上述比较后采用独立式键盘作为本设计的键盘电路模块。2.3 系统组成经过方案论证，最终确定系统的组成框图如图 2.1 所示。系统由 STC89C52 微处理器核心模块、电源模块、独立式键盘模块、12864 液晶显示模块、蜂鸣器电路模块、RS232 串口通信模块、电源指示电路模块等组成。其中，独立式键盘由微动开关连接到IO 口与地线之间组成。注意，由于 P0 口内部没有上拉电阻，在作为输入时，需要外接上拉电阻。串口通信电路由 M

37、AX232 电平转换芯片与 9DB 串口插座等构成，用于下载程序和实现与上位机通信。蜂鸣器电路主要由蜂鸣器和三级管组成，用于实现按键声音等。液晶显示电路主要由 12864 液晶显示模块及少量外围电阻等构成，主要用于实现人机界面的交互功能。单片机STC89C5212864液晶显示电路电路独立式键盘蜂鸣器电路RS232 串口通信电路电源电源指示电路电机驱动电路电机控制图 1.1 系统组成框图3 单片机直流电机控制系统硬件设计3.1 系统硬件结构本设计硬件结构由单片机最小系统、键盘模块、12864 液晶显示模块、蜂鸣器驱动模块、电源指示模块、串口通信模块、电机驱动模块等组成。3.2 系统单元电路设计

38、3.2.1 单片机最小系统电路单片机最小系统电路由 STC89C52 主控芯片、时钟振荡电路和复位电路等构成。其中，时钟振荡电路主要由外接 11.0592MHz 晶振、两个 30pF 的起振电容和内部反相器构成。复位电路采用简单的容阻式复位电路。单片机最小系统电路原理图如图 2.1 所示。11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2012/5/30Sheet ofFile:Sheet1.SchDocDrawn By:EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9P3.7(RD)17P3.6(WR)16P3.2(INT0)12P3.3(IN

39、T1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P1.0(T2)1P1.1(T2EX)2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78(AD0)P0.039(AD1)P0.138(AD2)P0.237(AD3)P0.336(AD4)P0.435(AD5)P0.534(AD6)P0.633(AD7)P0.732(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30(TXD)P3.111(RXD)P3.010GND20VCC40U1世

40、世世89C5212Y1XTALGNDC3S1R1GNDP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P0.4P0.5P0.6P0.7VCCGNDP3.0P3.1P0.0P0.1P0.2P0.3VCCSTC89C52世世世世世世世C133PFC233PF1234567891011121314151617181920P71234567891011121314151617181920P8P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.2P3.5P3.4EAP3.7P3.6X1X2RSTALEPSENP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7PSENALE

41、EAP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0VCCGNDX1X2P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0RSTP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P1.0P1.1P3.3图 2.1 单片机最小系统电路3.2.2 独立式键盘电路键盘电路采用比较简单的独立式键盘便能满足设计要求，成本低廉，编程相对简单。4 个独立按键，分别与单片机 P0.0-P0.3 相连，由于 P1 口上各位内部均接有上拉电阻，故，外接按键的时候，我们不再接上拉电阻。键盘电路如图 2.2 所示11223344DDCCBBAATitleNumberRevi

42、sionSizeA4Date:2012/5/30Sheet ofFile:Sheet1.SchDocDrawn By:GND世世世世S2S3S4S5P0.0P0.1P0.2P0.3图 2.2 独立式键盘电路3.2.3 液晶显示模块(1)12864 液晶模块概述12864 液晶显示电路主要由基于 ST7920 控制器的 12864 液晶和外部电位器等组成。12864 具有 128 列 64 行共 128*64 个像素点，可以显示中文、日文、数字、英文、特殊字符、图片等。内置国标 GB2312 码简体中文字库(16*16)，128 个字符(8*16)及64*256 点阵显示 RAM(GDRAM)。

43、可以与 CPU 直接接口，提供两种界面来连接微处理器：8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。(2)12864 液晶显示电路原理图液晶显示电路主要由 12864 液晶显示模块和外围电位器等组成。可以通过调节电位器 R2，调节 12864 偏压端电压，改变显示对比度，提高显示效果，改变显示清晰度。控制口线 RS、RW、EN 分别连接到单片机的 P0.4、P0.5、P0.6，8 位数据总线与 P2 口相连，实现 8 位数据，并行传输。12864 液晶显示电路图如图 2.3 所示11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Da

44、te:2012/5/30Sheet ofFile:Sheet1.SchDocDrawn By:1234567891011121314151617181920P1BOT3TOP1TAP22KR2VADJVADJP0.6P0.5P0.4P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7VCCVCCGNDGND12864世世世世图 2.3 12864 液晶电路原理图3.2.4 蜂鸣器电路蜂鸣器电路主要是利用 S9012（PNP）三极管驱动蜂鸣器，实现按键发声。S9012三级管属于 PNP 管，发射极串接蜂鸣器线圈接至+5V，集电极直接接地，基极通过一个4.7k 限流电阻接至单片

45、机 P3.3 口。当 S9012 基极为低电平时，三极管导通，蜂鸣器得电蜂鸣，当 S9012 三极管基极为高电平时，三极管截止，蜂鸣器停止蜂鸣。其详细原理图如图 2.4 所示11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2012/5/30Sheet ofFile:Sheet1.SchDocDrawn By:Q1NPNLS1VCCGNDR22P3.3世世世世图 2.4 蜂鸣器驱动电路原理图3.2.5 电源电路电源电路包括开关电路和指示电路。指示电路采用发光二极管进行指示，放光二极管串联上一个 1K 的限流电阻，正常工作时，取发光二极管上电压为 3V，

46、流过发光二极管上的电流为 10mA，故 R=（5-3）/10=2K。当选择的电阻过大时，发光二极管不够亮，指示不明显；当限流电阻选择过小，发光二极管亮度过大，缩短放光二极管使用寿命。因此，应适当选取该限流电阻。当单片机正常供电时，电源指示灯正常发亮。当没有供电或出电源线短路时，电源指示熄灭，从而可以监测系统是否正常供电。电源电路原理图如图 2.5 所示11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2012/5/30Sheet ofFile:Sheet1.SchDocDrawn By:123654S0VCCVCC+5VCC+5GNDD0R5GNDVC

47、C+5世世世世123P6123P5图 2.5 电源电路原理图3.2.6 串口通信电路串口通信电路主要由美信公司生产的 MAX232 芯片和相应的通信指示电路构成，主要是用于程序的烧写和实现与上位机的通信。Max232 用于实现 TTL 电平与 RS232 电平的转换，只要在它的外部在接上几个简单的电容就构成了通信点路，为了方便检查、排除故障可在通信线上接上两个通信指示灯，方便检查与维修。具体电路图如图 2.6所示。11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2012/5/30Sheet ofFile:Sheet1.SchDocDrawn By:1

48、234567891110J1C9C10C11C12C13R11R12GNDVCCVCCVCCGNDGNDC1+1VDD2C1-3C2+4C2-5VEE6T2OUT7R2IN8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15VCC16U437MAX232ACPED1Diode 1N914D2Diode 1N914VCCP3.1P3.0世世世世图 2.6 串口通信电路3.2.7 电机驱动电路电机驱动电路主要有电机驱动芯片 L298N、少量电阻电容和二极管构成。电机驱动电路增加光耦合器件以实现电机驱动信号与控制信号的隔离，提高控制系统的抗干扰能力，但由于光耦合芯

49、片 TLP521-4 昂贵，并且设计的控制要求简单，因此驱动电路中去掉了光耦合部分。电机驱动电路原理图如图 2.7 所示。11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2012/5/30Sheet ofFile:E:世世.世世世世世世.SchDocDrawn By:EN A6EN B11IN15IN27IN310IN412OUT12OUT23OUT313OUT414ISEN A1ISEN B15VS4VSS9GND8U3L298ND7D8D4D3GND1VCC1GND1P1.00P1.10VCC+1212P4VCC+12世世世世世世C100.1UF

50、C90.1UFP1.20P1.301234P21234P912P1012P11P1.00P1.10P1.20P1.30GND1D5D6D9D10VCC1GND1图 2.7 电机驱动电路原理图4 单片机直流电机控制系统软件设计4.1 软件总体结构系统软件主要由系统初始化程序模块、键盘扫描及处理模块、液晶显示程序模块、串口通信程序模块、电机调速程序模块和蜂鸣器驱动程序模块等组成。系统初始化模块：主要是配置系统工作环境。主要负责的工作有初始化定时器、初始化液晶、初始化串口、初始化 I/O 等键盘扫描及处理模块：实现按键识别、消抖及处理，用于设置电机转动状态。液晶显示模块：实现对电机状态的实时显示以及

51、状态设置，实现人机交互。串口通信模块：主要是实现与上位机进行通信，接收上位机发送过来的电机控制命令。蜂鸣器模块：主要用实现按键蜂鸣。系统软件总体框图如图 3.1 所示串口通信程序模块系统初始化键盘扫描及处理程序模块液晶显示程序模块 蜂鸣器驱动模块电机调速程序模块图 3.1 系统软件总体框图在没有操作系统的时候，我们采用结构化程序设计思想，自顶向下，逐步求精；其系统主程序流程图如图 3.2 所示系统初始化开始键盘扫描及处理程序显示刷新数据处理图 3.2 系统主程序流程图4.2 系统模块程序设计4.2.1 初始化模块程序系统初始化软件包括三大部分：串口初始化、LCD12864液晶初始化、I/O口初

52、始化。主要完成的工作是设置定时器，并初始化串口。初始化12864液晶模块、关闭蜂鸣器等。串口初始化程序：设置定时器1为工作方式2，配置串口波特率为9600bps,选择波特率不倍增，串行工作方式1，启动定时器1，开串行口中断，开CPU总中断。串口初始化程序流程图如图3.3所示。12864液晶初始化程序：首先初始化LCD控制口，选择12864液晶输入输出为8位位流，清屏，设定输入数据后光标右移模式，开显示无光标闪烁，无反白。最后显示正常模式下的界面。12864液晶初始化程序流程图如图3.4所示 开始设置波特率 9600bps 的定时器 1 初值串口初始化为方式1、波特率不倍增结束开串口中断、CPU

53、中断初始化 LCD 控制口开始选择 8 位数据流关显示、清屏选择光标右移、开显示显示初始界面结束图3.3 串口初始程序流程图 图3.4 12864液晶初始化程序流程图4.2.2 键盘扫描模块程序键盘扫描及处理程序，主要由按键key1、按键key2、按键key3、按键key4组成。1、Key1为循环选择键，用于选择要设置的电机状态项目。2、Key2为加1按键，用于设定电机的正反转、加减速和电机速度值。3、Key3为减1按键，用于设定电机的正反转、加减速和电机速度值。4、Key4为确定键，用于确定当前的电机状态为设定值。键盘扫描程序模块流程图如图3.5所示。开始循环选择键记录按下次数设置模式标志光

54、标在电机状态处闪烁加 1 键按下光标在检测转速个位处闪烁减 1 键按下光标在设定转速个位处闪烁光标在设定转速十百位闪烁确定键按下对应项加1光标在检测转速十百位闪烁对应项减1刷新显示退出设置结束YESYESNOYESNOYESNO图3.5 键盘扫描程序模块流程图4.2.3 液晶显示模块程序液晶显示程序模块包括 12864 液晶驱动程序模块和 12864 液晶显示刷新程序模块。12864 液晶驱动程序模块主要包括 12864 液晶的写数据、写命令程序模块。通过控制 12864 液晶的控制口线就可以实现对 12864 液晶的基本数据操作。液晶写数据和写命令程序流程图分别如图 3.6 和图 3.7 所

55、示。12864 液晶显示程序模块，主要实现对输入的要发送的数据和接收到的数据的显示，以及进入设置模式时的各种界面的的刷新显示等。开始选择写数据将要写的数据放到数据总线延时 5ms写使能信号有效结束开始选择写命令将要写的命令放到数据总线延时 5ms写使能信号有效结束图 3.6 12864 液晶写数据程序流程图 图 3.7 12864 液晶写命令程序流程图4.2.4 串口通信模块程序串口通信程序模块主要包括串口初始化程序模块、串口接收程序模块。其中串口初始化程序模块主要是配置特定的串口通信环境及通信方式等。选择串口为通信方式1，定时器 1 方式 2 等。其程序流程图如前面图 3.3 所示。串口接收

56、程序模块主要由串口中断程序与串口接收子程序构成。当产生接收中断时，首先判断是发送中断还是接收中断，若是发送中断则清除发送中断标志位，若是接收中断则先清除接收中断标志位，然后调用串口接收函数，将接收到的数据存于接收缓冲区中，并共单片机使用。其串口接收程序流程图如图 3.8 所示，其中标志位已在程序中标出。开始串口中断接收一个字节接收完 2Byte通知 CPU 进行数据处理理理清除发送中断标志位清除接收中断标志位结束YESNOYESNO图 3.8 串口接收程序流程图4.2.5 电机调速模块程序电机调速程序模块采用脉宽调制法实现速度控制。利用定时器 0 固定调速信号周期，根据正反转标志，设定电机控制

57、端口电平。当计数值达到设定的脉宽值时则关闭电机运行，在第二个周期的调速信号到来时，又重新开启电机运转，依次的电机通断切换，从而实现电机的速度控制。其调速程序流程图如图 3.9 所示。开始电机停转计数到 100开电机转动重载定时值计数变量加1结束大于脉宽值YESNOYES图 3.9 调速程序流程图NO5 系统测试5.1 测试准备5.1.1 硬件环境（1）PC机、USB转串口通信线。用于单片机C51语言的编程、编译、加载及发送电机控制命令。（2）+5V和+12V电源、电机控制系统板、若干根杜邦线、1块12864液晶模块。（3）DT9208A数字万用表1个、螺丝刀、镊子、斜口钳、吸焊器。5.1.2

58、软件环境（1）Keil uVision4，用于C51源程序的编写、编译、链接和调试。（2）上位机串口调试软件(串口大师)、本系统程序、相关的库和头文件。5.1.3 测试项目（1） 12864 液晶是否正常显示。（2） 系统电源指示、通信指示、按键蜂鸣、按键复位等功能是否正常。（3） 上位机通过串口调试软件能否正确控制电机的正转、反转、加速、减速。（4） 实验板上的键盘能否正确控制电机的正转、反转、加速、减速。5.2 测试过程1、利用万用表检查各线路是否存在断路、短路并修正。2、检查单片机等各口线是否正确连接，上电之前检测一下正负电源线是否短路，确保不短路才上电。3、利用Keil uVision

59、2软件进行程序的编辑、编译、链接和调试。4、利用STC-ISP软件将在keil中编译链接生成的各个xx.Hex文件下载到系统单片机的Flash存储器中。5、按原理图连接线路、上电后开始测试。上电后首先观察系统显示是否正常，指示灯工作是否正常，复位电路是否正常等等，如不正常则修改程序重新下载测试，直至显示正常。接着按照测试项目，分别测试。首先打开串口调试软件，选择波特率为 9600bps,打开串口，选择发送的数据位 16进制数据。(1)正转测试：在发送窗中输入正转控制字和速度值。如：1 10 其中，1 表示正转，10(16 进制)即 16 表示脉宽为 16%的调速信号所对应的速度。点击发送观察电

60、机是否正转，将速度改大一些看一下速度是否改变。(2)停止测试：输入停止命令字 0，速度可以任意，发送后观察电机是否停机下来。(3)反转测试：输入反转命令字及速度脉宽值(最大为 100)，如 2 20，发送后观察电机的转动方向及速度，改变速度后再测一次观察电机转速是否改变。(4)加速测试：输入加速命令字 3，速度可以任意，如 3 20，发送后观察电机的转动情况。(5)减速测试：输入减速命令字 4，速度可以任意，如 4 20，发送后观察电机的转动情况。再测试正反转直接切换的情况下，电机是否还能正确运行，接着再测试一下在正反转状况下进行的加减速，观察电机是否在原来速度的基础上无跳变的平稳加减速。最后