1、黑龍江東方學院畢 業(yè) 論 文 （設 計）題目：基于PWM控制的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設計學生姓名學 號專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級指導教師學 部計算機科學與電氣工程答辯日期黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計）評語（一）姓名學號專業(yè)班級總成績畢業(yè)論文（設計）題目：基于PWM控制的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設計答辯委員會評語答辯成績主任簽字： 年 月 日答辯委員會成員簽字學部畢業(yè)論文（設計）領導小組意見組長簽字： 年 月 日 學部公章黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計）評語（二）姓名學號專業(yè)班級畢業(yè)論文（設計）題目：基于PWM控制的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設計指導教師評語指導教師成績指導教師簽字： 年 月 日黑龍

2、江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計）評語（三）姓名學號專業(yè)班級畢業(yè)論文（設計）題目：基于PWM控制的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設計評閱教師評語評閱教師成績評閱教師簽字： 年 月 日黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計）任務書姓名學號專業(yè)班級畢業(yè)論文（設計）題目：基于PWM控制的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設計畢業(yè)論文（設計）的立題依據(jù)直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)速范圍廣，過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動和反轉(zhuǎn)。本課題的目的是要設計一種基于PWM控制的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，利用STC 89C52單片機控制PWM信號，從而實現(xiàn)電壓的改變，最后控制直流電動機進行調(diào)速。主要內(nèi)

3、容及要求1. 選擇STC89C52單片機為控制芯片。2. 采用PWM方式控制直流電動機進行調(diào)速。3. 轉(zhuǎn)速采用LCD顯示。4. 應用C語言進行軟件編程。進度安排 2011-12-20 2012-01-20 查閱資料，方案論證，系統(tǒng)設計 2012-01-21 2012-03-31 軟硬件設計及調(diào)試 2012-04-01 2012-05-18 撰寫論文，準備答辯 學生簽字： 指導教師簽字：年 月 日黑龍江東方學院本科畢業(yè)論文（設計）基于PWM控制的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設計摘 要 近年來，隨著科技的進步，直流電機得到了越來越廣泛的應用，直流具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)速范圍廣，過載能力強，能

4、承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無極快速起動、制動和反轉(zhuǎn)，為滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊要求，對直流電機調(diào)速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速等技術已遠遠不能滿足實際應用的要求，通過PWM方式控制直流電機調(diào)速的方法就應運而生。本論文主要研究了利用STC 89C52單片機控制PWM信號從而實現(xiàn)對電壓改變最后控制直流電機進行調(diào)速，并且通過單元模塊電路分析了整個系統(tǒng)的工作原理。以C語言進行軟件編寫，通過軟件編程對PWM信號占空比進行調(diào)節(jié)，單片機根據(jù)程序進行操作，進一步控制了H橋電路的輸入信號，而測速系統(tǒng)把電機轉(zhuǎn)速反饋給單片機通過按鍵控制其轉(zhuǎn)速，LCD把轉(zhuǎn)速顯示出來，從而實現(xiàn)

5、電動機的調(diào)速、變向等功能，這種設計方法的電路簡單，具有操作簡單、非常實用前景和價值。關鍵詞：直流電機；STC89C52；PWM調(diào)速；L298；LCD1602IIIPWM DC motor control system designAbstractIn recent years, with advances in technology, the DC motor has been more widely used, DC has excellent speed characteristics, speed is smooth, convenient, wide speed range, over

6、load, able to withstand frequent impact loads,can achieve frequent Promise fast start, brake and reverse, you need to meet a variety of special requirements of the production process automation systems, the higher requirements of the DC motor, change the armature circuit resistance speed, changing t

7、he voltage governorthe technology has been far from satisfying the requirements of modern technology, which came into being through PWM control of DC motor speed control.In this thesis, the STC 89C52 control PWM signal in order to achieve the final control of DC motor speed control, and the whole sy

8、stem works through the unit module circuit voltage change. In this thesis, software written in C language, the PWM signal duty cycle adjust by software programming, microcontroller according to the procedures, to further control the input signal of the H-bridge circuit, velocimetry system, the motor

9、 speed feedback to the microcontroller through the button control its speed, the LCD, the speed is displayed, enabling the motor speed, and change the function to such as simple circuit of this design method is simple, very practical prospects and value.Keywords：DC motor; STC89C52; the PWM speed con

10、trol; L298; the LCD1602目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 開發(fā)背景11.2 國內(nèi)外研究趨勢21.3 技術要求及工作內(nèi)容3第2章 直流電機調(diào)速系統(tǒng)總體設計42.1 系統(tǒng)總體框圖設計42.2 PWM調(diào)速原理42.3 PWM調(diào)速方法52.4 PWM控制流程圖52.5 各模塊作用52.6 本章小結(jié)5第3章 系統(tǒng)硬件設計63.1 單片機控制模塊63.1.1 STC89C52的簡介73.1.2 STC89C52主要性能73.2 電機驅(qū)動模塊83.3 液晶顯示模塊113.4 獨立式鍵盤控制模塊133.5 電機測速模塊143.6 本章小結(jié)15第4章 系統(tǒng)軟件設計16

11、4.1 主程序流程圖164.2 定時器中斷程序流程圖164.3 獨立式鍵盤控制流程圖174.4 系統(tǒng)仿真調(diào)試194.4.1 仿真結(jié)果分析204.5 本章小結(jié)22結(jié) 論23參考文獻24附 錄25致 謝34 黑龍江東方學院本科畢業(yè)論文（設計）基于PWM控制的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設計第1章 緒論1.1 開發(fā)背景當今，自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應用和發(fā)展，而直流調(diào)速控制作為電氣傳動的主流在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著主要作用，無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、航天航空、醫(yī)療衛(wèi)生、商務與辦公設備、還是在日常生活中的家用電器都大量使用著各式各樣的電氣傳動系統(tǒng)，其中許多系統(tǒng)有調(diào)速的要求：如車輛、電梯、機床

12、、造紙機械等等。為了滿足運行、生產(chǎn)、工藝的要求往往需要對另一類設備如風機、水泵等進行控制：為了減少運行損耗，節(jié)約電能也需要對電機進行調(diào)速1。電機調(diào)速系統(tǒng)由控制部分、功率部分和電動機三大要素組成一個有機整體。各部分之間的不同組合，可構成多種多樣的電機調(diào)速系統(tǒng)。三十多年來，直流電機傳動經(jīng)歷了重大的變革。首先實現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習用已久的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進。同時，控制電路已經(jīng)實現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術的應用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標大幅提高，應用范圍不斷擴大。直流調(diào)速技術不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化

13、、標準化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動領域中仍然難以替代2。隨著微控制器尤其是脈寬調(diào)制 PWM 專門控制芯片的飛速發(fā)展，其對電機控制方面的應用起了很重要的作用，為設計性能更高的直流控制系統(tǒng)提供了基礎。本文對基于PIC單片機的直流電機 PWM 調(diào)速系統(tǒng)進行了較深入的研究，從直流調(diào)速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了單閉環(huán)直流 PWM調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型。用微機硬件和軟件發(fā)展的最新成果，探討一個將微機和電力拖動控制相結(jié)合的新的控制方法，研究工作在對控制對象全面回顧的基礎上，重點對控制部分展開研究，它包括對實現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件的探討。在硬件方面充分利用微機外設接口豐富，運算速度快的特點，采取軟件和硬件

14、相結(jié)合的措施，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制。在微機控制方面，討論了顯示、PWM、光電編碼盤測速的原理,并給出了軟、硬件實現(xiàn)方案。該方案以驅(qū)動芯片與一些外圍電路。通過實時測試，調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，此調(diào)速系統(tǒng)可獲得快速、精確的調(diào)速效果。1.2 國內(nèi)外研究趨勢直流電氣傳動系統(tǒng)中需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下幾種：第一，最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動機電樞供電，通過改變電樞回路中的電阻來實現(xiàn)調(diào)速。這種方法簡單易行，設備制造方便，價格低廉。但缺點是效率低、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。第二，三十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機電動機(也稱為旋轉(zhuǎn)變流組)，配合采用磁放

15、大器、電機擴大機、閘流管等控制器件，可獲得優(yōu)良的調(diào)速性能，如有較寬的調(diào)速范圍(十比一至數(shù)十比一)、較小的轉(zhuǎn)速變化率和調(diào)速平滑等3。特別是當電動機減速時，可以通過發(fā)電機非常容易地將電動機軸上的飛輪慣量反饋給電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑的制動特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發(fā)電機電動機調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點是需要增加兩臺與調(diào)速電動機相當?shù)男D(zhuǎn)電機和一些輔助勵磁設備，因而體積設備較多、體積大、費用高、效率低、安裝需要地基、運行有噪聲、維修困難等。第三，自出現(xiàn)汞弧變流器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機電動機系統(tǒng)，使調(diào)速性能指標又進一步提高。特別是它的系統(tǒng)快速響應性是發(fā)電機電動機系統(tǒng)不能比擬的

16、。但是汞弧變流器仍存在一些缺點:維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對維護人員會造成一定的危害等。第四，1957年，世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管，與其它變流元件相比，晶閘管具有許多獨特的優(yōu)越性，因而晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)立即顯示出強大的生命力4。由于它具有體積小、響應快、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟指標上和可靠性有所提高，而且在技術性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在10000以上，比機組(放大倍數(shù)10)高1000倍，比汞弧變流器(1000)高10倍;在快速響應性上，機組是秒級，而晶閘管變流裝置為毫秒級5。因此，目前在直流調(diào)速系統(tǒng)中，除某

17、些特大容量的設備而且供電電路容量較小的情況下，仍有采用機組供電、晶閘管勵磁系統(tǒng)以外，幾乎絕大部分都已改用晶閘管相控整流供電了。PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀80年代以前一直未能實現(xiàn)。直到進入上世紀80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術才真正得到應用。隨著電力電子技術、微電子技術和自動控制技術的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應用，PWM控制技術獲得了空前的發(fā)展，到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了多種PWM控制技術6。直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的

18、電力拖動領域中得到了廣泛的應用。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術的發(fā)展和應用范圍的推廣。隨著單片機技術的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。采用單片機構成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。 隨著微電子技術的發(fā)展，微機功能的不斷提高以及電力電子、計算機控制技術的發(fā)展，電氣傳動領域出

19、現(xiàn)了以微機為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)。計算機的發(fā)展可以使復雜的控制規(guī)律較方便的實現(xiàn)，以計算機為核心的數(shù)字控制技術成為自控領域的主流，也給直流電氣傳動的發(fā)展注入了新的活力，使電氣傳動進入了更新的發(fā)展階段。1.3 技術要求及工作內(nèi)容本系統(tǒng)主要是利用單片機的定時器產(chǎn)生PWM脈沖通過驅(qū)動電路進行直流電機調(diào)速，鍵盤操縱電機進行停、轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)、加速、減速。另一方面通過測速電路把電機的轉(zhuǎn)速送給單片機在通過液晶顯示出來，從而可以直觀的控制電機轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)可以劃分為主控電路（單片機STC89C52）、直流電機驅(qū)動電路（采用L298設計驅(qū)動電路）、液晶顯示按鍵功能電路（LCD1602）、電源電路、測速電路等模塊，采用PW

20、M基本原理，以硬件電路為基礎，以C語言進行程序編寫，只要通過軟件編程，單片機根據(jù)程序進行控制，調(diào)節(jié)PWM信號占空比，進一步控制了L298驅(qū)動電路的PWM輸入信號，從而控制了直流電機的電壓，改變電機電壓的大小就可以改變電機轉(zhuǎn)動的速度，改變電機電壓的方向就可以改變電動機的轉(zhuǎn)動方向，這樣就可以實現(xiàn)了單片機控制直流電機調(diào)速系統(tǒng)的基本功能，可以通過LCD顯示出電機的轉(zhuǎn)速。 -3-黑龍江東方學院本科畢業(yè)論文（設計）第2章 直流電機調(diào)速系統(tǒng)總體設計2.1 系統(tǒng)總體框圖設計方案說明：直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)以STC89C52單片機為控制核心，由命令輸入模塊、測速系統(tǒng)模塊、LED顯示模塊及電機驅(qū)動模塊組成。采用帶

21、中斷的獨立式鍵盤作為命令的輸入，單片機在程序控制下，定時不斷給L298直流電機驅(qū)動芯片發(fā)送PWM波形，測速系統(tǒng)把反饋數(shù)據(jù)給單片機，完成電機正，反轉(zhuǎn)和急停控制；同時單片機不停的將測得轉(zhuǎn)速送到LCD完成實時顯示7。直流電機調(diào)速系統(tǒng)總體框圖見圖2-1。獨立鍵盤輸入LED顯示轉(zhuǎn)速STC89C52L289電機驅(qū)動直流電機測速系統(tǒng) 圖2-1 系統(tǒng)總體框圖2.2 PWM調(diào)速原理PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關頻率，改變負載兩端的電壓，從而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應用在許多方面，比如：電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通

22、和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機的轉(zhuǎn)速。也正因為如此，PWM又被稱為“開關驅(qū)動裝置”。圖2-2 占空比示意圖如圖2-2所示：設電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設占空比為D= t1 / T，則電機的平均速度為Va = Vmax * D，其中Va指的是電機的平均速度；Vmax 是指電機在全通電時的最大速度；D = t1 / T是指占空比。由上面的公式可見，當我們改變占空比D = t1 / T時，就可以得到不同的電機平均速度Vd，從而達到調(diào)速的目的8。嚴格來說，平均速度

23、Vd 與占空比D并非嚴格的線性關系，但是在一般的應用中，我們可以將其近似地看成是線性關系。2.3 PWM調(diào)速方法采用定時器做為脈寬控制的定時方法。如果采用軟件延時方法，此方法在精度上不及定時器，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。2.4 PWM控制流程圖在本設計中PWM脈沖調(diào)制的控制流程見圖2-3。電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、急停處理PWM輸入L298電機驅(qū)動進行脈沖處理程序控制單片機輸出PWM脈沖STC89C52控制開始結(jié)束 圖2-3 PWM脈沖調(diào)制的控制流程圖 2.5 各模塊作用 本設計主要模塊由命令輸入模塊、電機驅(qū)動模塊、獨立鍵盤模塊、測速系統(tǒng)模塊、LCD顯示模塊幾部分組成。命令輸入模塊主要是由ST

24、C89C52為核心產(chǎn)生PWM波形，改變輸出電壓從而控制直流電機的轉(zhuǎn)速。電機驅(qū)動模塊是用來驅(qū)動直流電機。獨立鍵盤模塊是控制電機停、轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)、加速、減速。測速系統(tǒng)模塊在本設計采用的是紅外傳感器（由紅外線發(fā)射管、紅外線接收管構成的紅外計數(shù)電路）組成的能把直流電機實時轉(zhuǎn)速反饋給單片機。LCD顯示模塊時把測速模塊得來的數(shù)據(jù)在LCD顯示屏上顯示出來。2.6 本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)的總體思路、框架。PWM的工作原理和調(diào)速方法，PWM是通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的，本系統(tǒng)主要是由命令輸入模塊、電機驅(qū)動模塊、獨立鍵盤模塊、測速系統(tǒng)模塊、LCD顯示模塊幾部分組成。第3

25、章 系統(tǒng)硬件設計本設計硬件模塊主要采用STC89C52控制模塊、L298電機驅(qū)動模塊、LCD1602液晶顯示模塊、獨立鍵盤控制模塊、測速系統(tǒng)模塊。3.1 單片機控制模塊直流電機調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊圖3-1。 圖3-1直流電機調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊圖這里利用定時計數(shù)器讓單片機P3口的P3.4引腳輸出占空比不同的方波，然后經(jīng)驅(qū)動芯片L298放大后控制直流電機。驅(qū)動芯片的輸入電壓是兩引腳的電壓差，在調(diào)速時一根引腳線為低電平，另一個引腳產(chǎn)生調(diào)速方波，這樣兩個引腳的電壓差就可通過控制其中一個引腳來控制。當需要改變電機轉(zhuǎn)動方向時，兩個引腳的輸出相反。定時計數(shù)器10us中斷一次，就使P3.4產(chǎn)生一個高電平或低電平

26、。占空比為高電平脈沖個數(shù)占一個周期總脈沖個數(shù)的百分數(shù)。一個周期加在電機兩端的電壓為脈沖高電壓乘以占空比。電機的平均速度等于在一定的占空比下電機的最大速度乘以占空比。當我們改變占空比時，就可以得到不同的電機平均速度，從而達到調(diào)速的目的。精確的講，平均速度與占空比并不是嚴格的線性關系，在一般的應用中，可以將其近似看成線性關系。3.1.1 STC89C52的簡介在常用的89系列的單片機中，51系列只有4K字節(jié)的在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，128字節(jié)RAM。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術

27、制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，它是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，操作方便，引腳也充足，而且STC89C52，支持ISP串口下載，使得STC89C52在眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)中得到廣泛應用。3.1.2 STC89C52主要性能 圖3-2 STC89C52STC89C52主要功能特性如下：1兼容MCS51指令系統(tǒng)；28k可反復擦寫(大于1000次）Flash ROM； 332個雙向I/O口； 4256x8bit內(nèi)部RAM； 53個16位可編程定時/

28、計數(shù)器中斷； 6時鐘頻率0-24MHz； 72個串行中斷，可編程UART串行通道； 82個外部中斷源，共8個中斷源； 92個讀寫中斷口線，3級加密位； 10低功耗空閑和掉電模式，軟件設置睡眠和喚醒功能； 11有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式。我們通過編寫程序來控制單片機執(zhí)行相應的指令，從而實現(xiàn)對指定電路的控制。STC 89C52編程前，要設置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號， 編程方法如下： 1.在地址線上加上要編程單元的地址信號。 2在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 3激活相應的控制信號。 4在高電壓編程方式時，將EA/Vpp 端加上+12V 編程電壓。 5 每對Flash 存儲

29、陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE/PROG 編程脈沖。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，通常約為1.5ms。重復15 步驟，改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，直到全部文件編程結(jié)束。3.2 電機驅(qū)動模塊電機驅(qū)動模塊采用的是L289芯片。L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動電路。可以方便的驅(qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。L298N芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。（1）L2

30、98內(nèi)部的原理圖 L298內(nèi)部結(jié)構見圖3-3。 圖3-3 L298內(nèi)部結(jié)構 （2）L298內(nèi)部H橋驅(qū)動電路電路得名于“H橋驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H如圖3-4。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠。如圖所示，H橋式電機驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。 圖3-4 H橋驅(qū)動電路要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導通。例如，如圖3-5所示，當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4回到電源負極。按圖中電流箭頭

31、所示，該流向的電流將驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動。當三極管Q1和Q4導通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。圖3-5 H橋驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動圖3-6所示為另一對三極管Q2和Q3導通的情況，電流將從右至左流過電機。當三極管Q2和Q3導通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。 圖3-6 H橋驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機時，保證H橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時導通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負載，因此電路上的電流就可

32、能達到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管9。基于上述原因，在實際驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關。（3）L298的邏輯功能當使能端為高電平時，輸入端IN1為PWM信號，IN2為低電平信號時，電機正轉(zhuǎn)；輸入端IN1為低電平信號，IN2為PWM信號時，電機反轉(zhuǎn)；IN1與IN2相同時，電機快速停止。當使能端為低電平時，電動機停止轉(zhuǎn)動。詳細邏輯見表3-1。表3-1 L298的邏輯功能IN1XIN2XENA0電機狀態(tài)停止100101011100順時針逆時針停止停止（4）單片機與L298的連接 單片機和L298連接如圖3-7。圖3-7單片機和L298連接3.3 液晶顯示模塊顯

33、示模塊采用的是LCD1602。（1）LCD1602液晶的結(jié)構如圖3-8所示。 圖3-8 LCD1602液晶的結(jié)構LCD1602主要技術參數(shù)： 顯示容量：162個字符芯片工作電壓：4.55.5V 工作電流：2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓：5.0V 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號等。（2）LCD1602液晶主要接口第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通

34、過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。（2）單片機與LCD的連接（E,RW,RS）控制引腳接P3口，8個數(shù)據(jù)信號接P1口。VSS接單片機地，VCC接單片機的電源VCC.單

35、片機與LCD連接圖見圖3-9。圖3-9單片機與LCD連接圖3.4 獨立式鍵盤控制模塊獨立式鍵盤的按鍵相互獨立，每個按鍵接一根I/O口線，一根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它I/O口線的工作狀態(tài)。因此，通過檢測I/O口線的電平狀態(tài)，即可判斷鍵盤上哪個鍵被按下，獨立式鍵盤見下圖3-10。圖3-10獨立式鍵盤獨立鍵盤與單片機連接圖見圖3-11。圖3-11本系統(tǒng)中獨立式鍵盤與單片機的鏈接3.5 電機測速模塊本設計采用的是紅外傳感器（由紅外線發(fā)射管、紅外線接收管構成的紅外計數(shù)電路）。產(chǎn)品參數(shù)：發(fā)射距離、發(fā)射角度（15度、30度、45度、60度、90度、120度、180度）發(fā)射的光強度、波長。以上決

36、定紅外線發(fā)射管產(chǎn)品的主要性能及使用范圍10。紅外線接收管是將紅外線光信號變成電信號的半導體器件，它的核心部件是一個特殊材料的PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構上采取了大的改變，紅外線接收管為了更多更大面積的接受入射光線，PN結(jié)面積盡量做的比較大，電極面積盡量減小，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。紅外線接收二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很小，稱為暗電流。當有紅外線光照時，攜帶能量的紅外線光子進入PN結(jié)后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子空穴對。它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱

37、為“光電導”11。紅外線接收二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載，負載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應變化見圖3-12。 圖3-12 紅外計數(shù)測速電路紅外計數(shù)電路主要由紅外發(fā)射和接收電路組成。 紅外發(fā)射和接收電路：在電動機上安裝一對紅外發(fā)射和接收管， 當電動機轉(zhuǎn)動時，對紅外光反射、散射和折射，穿過紅外光的光強瞬間減少， 紅外接收管導通程度也在瞬間減小， 因而產(chǎn)生一個脈沖信號； 信號放大比較電路：電容拾取脈沖信號后由運放LM324進行放大， 放大倍數(shù)為10倍， 再將放大的信號由運放LM324比較后輸出標準的低電平脈沖信號， 然后將獲得的脈沖

38、信號送到單片機的計數(shù)器引腳進行計數(shù)， 這樣就可以達到計數(shù)的目的見圖3-13。 圖3-13 轉(zhuǎn)速檢測示意圖3.6 本章小結(jié)本章主要介紹的是系統(tǒng)的硬件設計，本系統(tǒng)硬件主要采用STC89C52、L298電機驅(qū)動、LCD1602液晶顯示、獨立鍵盤控制、紅外測速系統(tǒng)。分別介紹了各個硬件的基本資料和功能，在系統(tǒng)中怎么與單片機連接的。第4章 系統(tǒng)軟件設計本設計主要模塊由命令輸入系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、獨立鍵盤系統(tǒng)、測速系統(tǒng)系統(tǒng)、LCD顯示系統(tǒng)幾部分組成。4.1 主程序流程圖 主程序描述：首先運行程序主函數(shù)main,進行系統(tǒng)初始化，設置定時器工作方式1，開啟T1中斷，定時10us。然后進行按鍵查詢，本系統(tǒng)有五個按

39、鍵，加速、減速、正反轉(zhuǎn)、開始、停止/復位12。如果有按鍵按下，得到相對應的脈沖W，最后利用LCD液晶實時顯示轉(zhuǎn)速圖圖4-1。主函數(shù)mIan系統(tǒng)初始化函數(shù)init啟動中斷，設置定時時間采用定時器中斷實現(xiàn)脈沖調(diào)制查詢按鍵，得到相應的脈沖WLCD液晶顯示器顯示轉(zhuǎn)速圖4-1 主流程圖4.2 定時器中斷程序流程圖定時中斷描述：首先啟動定時的工作方式為1，開啟T1中斷，設置定時時間為10us。T為定時個數(shù)，每定時一次加1，T最大值100，也就是一個周期時間為1ms。在一個周期內(nèi)：當T=M時，電機啟動，如果T=100，T清零，否則重新進入定時中斷。這樣按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周

40、期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短13。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機的轉(zhuǎn)速。具體流程如圖4-2。啟動定時器（計數(shù)器）工作方式1進入中斷重置定時器時間10us，定時器標記T為1電機停止開啟中斷T1，設置時間為10us電機啟動TMT=100T=0YNYN 圖4-2 定時器中斷程序流程圖4.3 獨立式鍵盤控制流程圖獨立式鍵盤控制描述：本系統(tǒng)中有五個個獨立式按鍵，K1、K2、K3、K4、K5分別控制著系統(tǒng)的，加速、減速、正反轉(zhuǎn)、急停和復位。系統(tǒng)開始時，檢測獨立式按鍵，如有按鍵按下，則相對應的K=0，然后進入子程序?qū)崿F(xiàn)按鍵的功能14。具體流程如圖4-

41、3。開始K1=0W+W=0W=0K4=0A=！AW=100W-有鍵閉合部W=100K2=0W=0K3=0YNYYYNNNNYNY圖4-3獨立式鍵盤控制流程圖LCD液晶顯示流程見圖4-4。-19-黑龍江東方學院本科畢業(yè)論文（設計）調(diào)自定義字庫設置DDRAM地址，在第一行顯示設置顯示數(shù)據(jù)首地址循環(huán)量設置取字符代碼N循環(huán)完？Y顯示第二行，同前結(jié)束圖4-4 LCD顯示流程圖4.4 系統(tǒng)仿真調(diào)試仿真軟件選擇Proteus ，在Proteus中畫出系統(tǒng)電路圖，當程序在Keil C中調(diào)試通過后，會生成以hex為擴展名的文件，這就是使系統(tǒng)能夠在Proteus中成功進行仿真的文件。4.4.1 仿真結(jié)果分析當仿真

42、開始運行時，各個模塊處于初始狀態(tài)。點擊右邊的獨立鍵盤加速或是減速按鈕。顯示模塊便開始顯示數(shù)字，然后點擊正傳或是反轉(zhuǎn)。電機的驅(qū)動模塊能夠?qū)崿F(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等操作。且改變PWM脈沖時的占空比電機的工作電壓改變15。因此，當按鍵P1.0按下的時候電機開始轉(zhuǎn)動；當P1.1按下的時候電機開始正轉(zhuǎn)，沒按下的時候反轉(zhuǎn)；當P1.2按下的時候電機加速，P1.3按下開始減速。從仿真結(jié)果可以看出，本設計可以得到預期的仿真效果。初始狀態(tài)，直流電機有如圖4-5運行效果。 圖4-5電機運轉(zhuǎn)按下急停鍵，直流電機有圖4-6的停止運行結(jié)果。 圖4-6電機停轉(zhuǎn)按下加速鍵，直流電機有圖4-7的正向加速運行結(jié)果。

43、 圖4-7電機正轉(zhuǎn)加速按下反減速鍵，直流電機有圖4-8正向減速運行結(jié)果。 圖4-8電機反轉(zhuǎn)減速PWM輸出波形如下：（1）加速過程波形依次如下圖4-9。圖4-9電機加速過程波形圖（2）減速過程波形如下圖4-10。圖4-10電機減速過程波形圖4.5 本章小結(jié)本章講訴了系統(tǒng)軟件設計，包括主程序流程圖和各個模塊的流程圖，最后的系統(tǒng)仿直調(diào)試描述了軟件的選擇及仿直結(jié)果分板。 結(jié) 論本設計利用STC89C52系列單片機作為控制的核心，由電機驅(qū)動模塊、獨立鍵盤模塊、測速系統(tǒng)模塊、LCD顯示模塊各個模塊完成了以單片機為控制核心的硬件設計，完成了輸入模塊、輸出模塊以及外圍電路等模塊的設計。并利用電路圖在仿真軟件上

44、模擬設計的要求，通過仿真更改和完善總體思路。本系統(tǒng)包括命令輸入模塊、鍵盤控制模塊、測速系統(tǒng)模塊、LED顯示模塊及電機驅(qū)動模塊幾部分組成，這些模塊完成了PWM信號的產(chǎn)生通過驅(qū)動模塊使電機啟動，通過鍵盤實現(xiàn)開始、停止、正反、加速控制，測速模塊把電機的實時轉(zhuǎn)速反饋給單片機最后由顯示模塊把電機轉(zhuǎn)速通過液晶顯示出來。設計的主要的特點是具有單片機電機控制系統(tǒng)硬件電路設計簡單，C語言編程簡潔，控制電機動作快速，控制范圍大等特點。不足的地方主要是如果用功能強大的單片機芯片設計此系統(tǒng)可以縮小體積、減少控制、功能更強，總體設計還可以更加完善。參考文獻1 盧春華,姚海燕,張莉. 基于單片機的直流電機調(diào)速系統(tǒng)設計J.

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49、control*/sbit MOTOR_A_2=P36;sbit MOTOR_A_1=P37;sbit EN_MOTOR_A=P34; sbit k1=P10;sbit k2=P11; sbit k3=P12; sbit k4=P13;uchar T=0; uchar W=0; uchar A=0; uchar k=10; uchar code table1= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uchar code table2=0xfe,0xfb,0xfd,0xf7； /*液晶顯示control*/sbit E=P37; /1602腳定義/sbit RW=P36