基于单片机的直流电机控制系统的设计

基于单片机的直流电机控制系统的设计基于单片机的直流电机控制系统的设摘 要PWMLCD显示器上。系统设计的有效性。关键词：单片机；硬件电路设计；系统仿真；系统调试ThedesignofdcmotorcontrolsystembasedonsinglechipmicrocomputerABSTRACTThisdesignmainlystudydesignaPWMdcmotorspeedcontrolsystem.Thesystemcanusesinglechipmicrocomputercontroloftheuserthroughthepressedkeyinputsignalprocessing,andthenusethedrivecontrolofspeedanddirection,atthesametime,themotorrunningstateinformationdisplayontheLCDdisplay.Inthecompletionofbasicanalysisofthesystem,thehardwarecircuitdebugging,andthentoallmodulecircuitdebugging.HavetheschematicdiagramofthewholemoduledesignandsystemofsignalconnectionmodecanbemoreeasilyexplorefeasibilityandadvantagesofhardwareselectionTothesystemprovideaspaceplatform.Thisisthecoreofthepartofthewholesystem,isalsothecoreofthisdesign.Willlastthewholetestsystemofsoftwareandhardwarealignment,havedonedesignaccordingtothecircuitdiagramandsystemfunctionalrequirements, complete the hardware circuit and software programdevelopment.Aftercompletethetestofthewholesystemtodetermineeffectivenessofthesystemdesign.Keyword：Singlechipmicrocomputer;Thehardwarecircuitdesign;Systemsimulation;Systemdebugging目 录一、绪论 0本课题的研究目的及意义 0直流电机调速方法 1设计内容 1二、系统主要硬件介绍 32.18051单片机 3简介 32.1.28051单片机特点 42.2L298N 4三、系统电路硬件设计 6系统电路总体设计 6主控电路设计 6显示电路 7按键控制电路 8电机驱动电路 9程序下载电路 10电源电路 10四、系统软件设计及仿真 12系统软件总体方案 12系统初始化程序设计 13PWM发生程序设计 14按键控制程序 15系统仿真 17五、PWM直流调速系统硬件联调 21系统硬件制作调试 21系统软件下载及调试 22结论 23参考文献 24致谢 错误未定义书签。一、绪论本课题的研究目的及意义直流电机很早就被应用于人们生活当中。经历了多次的变革更新，现今已被普遍应用在交通工具，工程设备，电气自动化以及航天航空等。最早的直流电机调速电路很复杂，将运算放大器和非线性电路，还有模拟器件组合而成,因此早期的直流电机缺点很多，比如功能有很大限制,改装很繁琐,成本费用高等。严重影响了直流电机的应用。近年来,由于PWMPWM调速系统的基本原理就是控制开关的导通和断开,,电流,,脉冲的频率。在直流电机调速系统中利用单片机控制直流电机的技术却是最为耀PWM技术的优点多,直流电机被获得青睐，在生活中被得到广泛的应用。在工业领域中PWM技术占据着举足轻重的作用，他利用电路结构简单，价格便宜，控制灵活的特点与数字信号可以相互通信，使工业化的发展更上一层楼。这样看来，PWM技术可能会对我们的工作生活起到作用，所以我们要去多学习PWM技术。通过L298N电机驱动电路，本设计就选择51的调速控制,通过本次设计可以使我们对所学到的知识得到进一步的巩固和加深，在我们以后的生活工作当中得到充分的表现有很大的意义。直流电机调速方法直流电机基本的调速方法主要有4种。最早的直流电机调速系统想要实现直流电机的调速是要改变电机的的缺点，比如调速精度较低,不能精确调节电机的转速。但是这种调速系统操作起来比较容易，电路也很简单而且工艺的制造也不麻烦。闸流管等器件构成。这种方法相对以前的方法有相当大的突破，一改以往的精度低，调速低的缺点，把直流电机带到了一个新的高度。但是这个系统还是存在些许不足，比如电力设备以及电子元器件较多，价钱也比较昂贵，其中的连线接线线路并不简单,使得这个系统太过繁琐,不易于制造。基于泵浆变流器的调速方式。这种调速方法在平时用的不多，调速便去推广引用了。PWM这部分则更有话语权,比较有实力的公司西门子、通用电气等他们拥有更度和稳定性相对较低的地方，他们对这方面要求很严格。设计内容设计了一个基于PWMLCD器上。系统的主控采用51单片机，电机驱动采用L298N统具有成本低廉，构造简单，容易操作的优点。二、系统主要硬件介绍8051L298N为实验工具来进行实验研究。2.18051单片机简介8051是一种单芯片微控制器，在1981年INTEL公司制造出来的。很多8051型号的单片机比如爱特梅尔公司，PhilipsDeeplianhuaIntel公司授权得来的MCS51核心技术。8051化时整个系统才会健康的运行起来，很多信号和动作都是通过他发出来8051单片机内部有一个时钟产生器，一般和电容还有石英提谐振器等还有很多振荡器相连才能使用，系统就会产生时钟信号是系统正常的运8051比平常的的微处理器多了38BRAM8KB的ROM和4个8位的串行非常强大的，是微处理器所不具备的。图2.18051单片机原理图8051单片机特点体积小适用于多数系统、集成度非常高、用起来也非常可靠。单片机将人类的智慧发挥到了极致，它的每一个功能部件都集中在了一块晶体芯片上，体积非常小，自然集成度也非常高，单片机芯片内部的线路很短，在日常的工业当中，机器产生的噪声很大，他的抗噪声的能力首屈一指，CPU因为他本身设计的时候就是根据工业上的噪声环境来打造的。在一个芯片使得他们在ROM成功地保留下来，因此它的可靠性非常高。还有端口操作能力和位处理能力，这是他独到的一面，这便是单片机指令系统能对对象控制的要求充分地满足的原因。计算机应用系统有好多种规模，他是由单片机芯片外部有很多串行接口，管脚和三总线构成，系统利用这些部件很容易构成。DSP和RSTC是为了运算速度能更上一层楼。单片机寻址能力更是突飞猛进，不仅将64KB1MB和ROM的容量更是可以达到60M。单片机价格便宜令他在许多地方广为受用，所以具有性价比高的特点。2.2L298NL298NL298N。它是意法半导体公司生产的一种电机驱动芯片，它具有高电压、高电流的特点，15脚封装.主要特点是：工作电压高，最高工46V25WH桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；该芯片有两个控制端，再不受外界条件下不管器件是否工作有一个逻辑电源输入端，在低电压的中让逻辑电路正常工作；可以外接检测电阻，将变化信息反馈给控制电路。三、系统电路硬件设计系统电路总体设计验实硬件系统图如下：电源电路按键控制电路

STC89C52单片机 驱动路LCD显示图3.1系统模式图主控电路设计本设计的电路将使用51单片机，因为51单片成本低廉也比较符合系统的功能需求，选取的型号为STC89C52。STC89C52单片机的内部构造十分简单，主控电路由于是用它的芯片搭建的，因此也比较简单。晶振电路，复位电路和i0电路就组成了主控电路。下图为主控电路设计图。图3.2主控电路图S222uFRST20pF的电容。时钟信号可以稳定的输入主控芯片为主控芯片。整个系统可以正常的运行就是靠这两个部分。显示电路用户通常要获得信号采集值都是通过显示屏的形式输出之后。显示屏通常有两种选择，有LEDLCD数LCD液晶屏作为显示器件，所以LCD液晶屏作为显示器件。本次设计采用LCD1603液晶屏，这种屏幕的显示内容，功耗还有电压比较符合。这种屏幕在工业当中叫做字符型液晶，有许多种组合的点阵字符，字符和字符之间的距离，行距都对显示屏有影响。距离把握的合适会显的字符美观大方。不仅能显示英文字符，也能很好的显示中文字符。是一种使用的液晶显示屏。下图为显示模块的原理图。图3.3LCD显示电路LCD显示电路中看出，整个显示屏模块功能强大，本身带有驱VEE，VCC,VSS构成，噪声对显示屏影响是非常大C3,C4DB0~DB7RS,R/WE路面积，该液晶显示电路起到了至关重要的作用。按键控制电路本系统对按键要求很高，系统中的 3个按键分别连接到单片机STC89X52RC的引脚上。连接方式为按键一端连接到单片机引脚，另一右侧接地。在程序中对键盘才去键盘扫描模式来判断这四个独立按键的状态:低电平的检测是通过单片机对计算机进行扫描函数，如果单片机和按键连接的引脚就是低电平,当按键被按下,系统就进入处理程序,单片机发出指令,就可以操控直流电机进行一系列操作：正向运转、反向运转和加速、减速和启动、停止。当程序扫描了按键的状态，那程序就进入子程序进行下一项动作，系统就会自动复位，那就表明按键已被按下;同样，当程序只执行主程序或其他的子程序，那么程序会继续之前的操作，不会扫描按键状态，那程序一定没有进入键盘扫描程序，那么按键就没有按下才导致了这样的情况,如果出现了这种情况，系统会反应给单片机，这时单片机就会扫描与按键相连的引脚，即主程序每执行一次都会对键盘扫描子程序的入口条件进行一次判断。图3.4按键控制电路电机驱动电路L298NL298NOUT1和OUT2L298NIN1IN2端直STC89C52PWM波控制信号，从而对L298N出高电平，为电机提供驱动电流；当单片机给予低电平时，相应管脚输出PWML298N在一定频率下反复通断，从而控制电机的转速。图3.5电机驱动电路程序下载电路STC89C52STC89C52，STC89C52FLASHPCUSB输出(RS232串口接口)USBU转串电路。图3.6程序下载电路PL230312Mhz的晶体产生电路。旺久公司生产了一种集成度很高的接口转换器名字叫PL2302，它可USBRX233D+D-USBPC通信。电源电路STC89C525v电源。另一种是为电机供电的12VLM7805LM7812实现。7805是一种常见的三端稳压电路集成电路。一般要想用7805系列三端稳压将外围元件组成几乎没有，有保护电路的进行调整管，过热还有过流的电路，用起来相对安全，便捷，而且性能也不差。可以实现至少1A以上的输出电流，这种器件在实际应用中用途很多，可以将本地噪声污染消除。该芯片具有三个接口，输入电平，输出电平和公共地电平，使用时只需再输入和输出端分别并上一个电容用于电源滤波，此外不需要其他的外围器件。因此电路设计较为容易。LM78127805类似，也是一种三端稳压器。其输出电压为3.3v1A。工作结温范围：-40~125°C输入最大电压：12V。是一5v电源提供，公共地信号为系统地信号。下图为系统供电电路的原理图。图3.7电源电路四、系统软件设计及仿真系统软件总体方案电机调速系统的软件系统有三大部分，分别为输出PWM波，初始化进程和接收按键输入。输出PWM波用于控制电机转速；各个模块要进行正常的准备状态就要通过系统初始化；按键输入模块用于处理用户输入的调速信息。下图为系统的软件流程图。开始开始LCD显示当前速度信息否按键是否按下是调整电机速度4.1系统软件流程图下面分模块介绍各个软件子模块的设计方案。系统初始化程序设计voidmain(void){TMOD=0x21; //设置定时器模式TL0=(65535-1000)%256; //向计数器中低位装入数据数据

TH0=(65535-1000)/256; //向计数器中高位装入EA=1; //中断控制使能ET0=1; //0LCD_Init();Init函数中的主要内容是根据芯片手册提供的硬件操作方法，在LCD_Init()为例，下面是该函数实现部分。voidlcd_init(){LCD_RW=0;LCD_RS=0;write_com(0x36);write_com(0x0c);write_com(0x38);write_com(0x06); write_com(0x01);write_com(0x80); /}VoidlcdinitLCDLCD_RS表示将要对内部进行置换，并不是显示数据，因为输入的是配置数据。4.3PWM发生程序设计PWMPWMPWM波形。在本系统中，设置PWM波的频率为2000HZ0%20%、40%、60%、80%和100%的占空比。下面是电机控制的程序。if(sys_dir==1){dianjif=0;if(time>=sys_speed)dianjiz=0;elseif(time<sys_speed)dianjiz=1;}else{dianjiz=0;if(time>=sys_speed)dianjif=0;elseif(time<sys_speed)dianjif=1;}time++;if(time==5)time=0;Time自加1time小于Sys_speedtime达到5sys_dir为1引脚输出PWMsys_dir为0输出PWM电平。按键控制程序系统中一共设计了三个按键，分别控制电机转速和方向。在程序中用key0、key1和key2表示。当key0被按下时，与单片机相连的管脚检测的低电平发生，于是执行if(key00)语句。在该语句中，首先进行延时delay_ms(100)可能会反复多次执行ifKey0按键的作用是降低电机转速，因此接下来执行sys_speed=sys_speed语句。Sys_speedKey1的原理与key0类似，用于提高电机转速，不再赘述。Key2是控制电机转动方向的按键。因此当该按键被按下后，执行sys_dir!sys_dir;语句。sys_dir成了电机方向的转换。if(key0==0){delay_ms(100);sys_speed=sys_speed-1;if(sys_speed<0)sys_speed=0;}if(key1==0){delay_ms(100);sys_speed=sys_speed+1;if(sys_speed>5)sys_speed=}if(key2==0){delay_ms(100);sys_dir=!sys_dir;}F++系统仿真图F++系统仿真图4.2系统电路图上上C5五FC4J_丁五F+-+--LIIIIIIII上上上 g个C11汕4113A[“'3'Am巴Jf 土，心|守PSAC'5'A归 PC/IA价＇玉`121/PP1PI]PAlf4.IZ1已...r:::Lt:1JTEI,U1PE,..LEP1P1.1P12P1JP1.•P1SP15P111P'RPJ.1rr>:[IP311l.lDP3l.P3”PP3.?1！言』tI•TI>I勺.= IOIT1++飞OIT4-OITI°'°8匕宝<Tt+t『111914-『111914-f D81191 11F+t-+T巳(l:,.:.TE=IT=-.:,-E,:Tf+..t'· -----r,-• 勹，＇， ．，． ．勹III}ttt， ·t-t-t- IIIIII ， IIIIIIIIIIIIII I ， II IIIIIIIIIIIIIII l I I I IIIII}ttt.+-+-+-

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