PAGE2畢業論文基于51單片機的直流電機PWM調速控制系統設計所在學院專業名稱年級學生姓名、學號指導教師姓名職稱完成日期摘要PAGEI摘要本文主要研究了利用MCS-51系列單片機控制PWM信號從而實現對直流電機轉速進行控制的方法。本文中采用了三極管組成了PWM信號的驅動系統，并且對PWM信號的原理、產生方法以及如何通過軟件編程對PWM信號占空比進行調節，從而控制其輸入信號波形等均作了詳細的闡述。另外，本系統中使用了霍爾元件對直流電機的轉速進行測量，經過處理后，將測量值送到液晶顯示出來。關鍵詞：PWM信號，霍爾元件，液晶顯示，直流電動機目錄PAGEIII目錄25821目錄 III246241引言 1244051.1課題背景 110181.1.2開發背景 139681.1.3選題意義 285791.2研究方法及調速原理 2109851.2.1直流調速系統實現方式 4309361.2.2控制程序的設計 559742系統硬件電路的設計 638212.1系統總體設計框圖及單片機系統的設計 6110442.2STC89C52單片機簡介 663942.2.1STC89C52單片機的組成 6260372.2.2CPU及部分部件的作用和功能 7255342.2.3STC89C52單片機引腳圖 820882.2.4STC89C52引腳功能 876263PWM信號發生電路設計 12309613.1PWM的基本原理 12259303.2系統的硬件電路設計與分析 12289363.3H橋的驅動電路設計方案 13155844主電路設計 15101914.1單片機最小系統 15267664.2液晶電路 1568744.2.1LCD1602功能介紹 16314324.2.2LCD1602性能參數 17146524.2.3LCD1602與單片機連接 19233194.2.4LCD1602的顯示與控制命令 20138384.3按鍵電路 2169174.4霍爾元件電路 2292794.4.1A3144霍爾開關的工作原理及應用說明 23212804.4.2霍爾傳感器測量原理 24199665軟件程序設計 25208215.1

程序流程圖

2531174.2程序 2718117總結 286199致謝 2919740參考文獻 3027570附錄1：完整原理圖 3127989附錄2：完整PCB 3220651附錄3：程序源代碼 33沈陽航空工業學院畢業設計（論文）-PAGE271引言1.1課題背景1.1.2開發背景在現代電子產品中，自動控制系統，電子儀器設備、家用電器、電子玩具等等方面，直流電機都得到了廣泛的應用。大家熟悉的錄音機、電唱機、錄相機、電子計算機等，都不能缺少直流電機。所以直流電機的控制是一門很實用的技術。直流電機，大體上可分為四類：幾相繞組的步進電機、永磁式換流器直流電機、伺服電機、兩相低電壓交流電機直流電機的特點是啟動轉矩大，最大轉矩大，轉速控制容易，調速后效率很高。與交流調速相比，直流電機結構復雜，生產成本高，維護工作量大。隨著大功率晶體管的問世以及矢量控制技術的成熟，使得矢量控制變頻技術獲得迅猛發展，從而研制出各種類型、各種功率的變頻調速裝置，并在工業上得到廣泛應用。適用范圍：直流調速器可以應用在造紙印刷、紡織印染、光纜設備、電工技術設備、食品加工機械、橡膠加工機械、生物制藥設備、電路板設備、實驗器材、特種加工、輕工業、輸送設備車輛工程、醫療設備、通訊設備、雷達設備等行業中。高性能的交流傳動應用比重逐年上升，在工業部門中，用可調速交流傳動取代直流傳動將成為歷史的必然。盡管如此，我認為設計一個直流電機調速系統，不論是從學習還是實踐的角度，對一名機電工程專業的大學生都會產生積極地作用，有利于提高學習熱情。

1.1.3選題意義直流電機擁有有良好的起制動性能，可應用于在大范圍內的平滑調速，也可廣泛的應用于許多需要調速或正反向的電力拖動領域中。在控制角度來看，直流調速更是交流拖動系統的基礎。早期的控制系統較大部分以模擬電路作為基礎，有運算放大器、非線性集成電路和少量數字電路等，控制系統的硬件部分功能比較復雜，功能比較單一，而且軟件系統不靈活、不好調試，不利于直流電動機調速技術發展和應用范圍。伴隨著單片機控制技術的快速發展，使得許多控制功能算法以及軟件得以完成，為直流電動機調速控制提供了更大的發展空間，并使系統達到更高的性能。采用單片機構成控制系統，可以節約人力資源和降低系統成本，從而有效的提高工作效率。傳統的控制系統采用模擬元件，雖然滿足了生產要求，但由于元件易老化和使用時容易受到干擾影響，并且線路很復雜，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，故系統的運行可靠性及準確性得不到保證，甚至出現事故。目前，直流電動機調速系統數字化已經走向實用化，伴隨著電子技術的高度發展，促使直流電機調速逐步從模擬化向數字化轉變，特別是單片機技術的應用，使直流電機調速技術又進入到一個新的階段，智能化、高可靠性已成為它發展的趨勢。因此實現直流無級調速對我們社會生產和生活有著重大的意義。1.2研究方法及調速原理直流電動機根據勵磁方式不同，分為自勵和他勵兩種類型。不同勵磁方式的機械特性曲線有所不同。對于直流電動機的轉速有以下公式：n=U/Cc-TR內/CrCc（公式1-1）其中：U—電壓；—勵磁繞組電阻；—磁通(Wb)；Cc—電勢常數；Cr—轉矩常量。由上式可知，直流電機的速度控制分兩種方法，有電樞控制法和磁場控制法。比較兩種方法優劣，對于磁場控制法，其控制功率較小，低速傳動時易受到磁極飽和都包括限制，而高速傳動時又受到換向火花和換向器結構限制。所以磁場控制法并不合適，電樞控制法在電機調速中是比較常用的方法。直流電動機的基本結構直流電機的結構是多種多樣的,但任何直流電機定子部分和轉子部分,這兩部分間存在著一定大小的氣隙,使電機中電路和磁場發生相對運動.直流電機定子部分主要由主磁極,電刷裝置和換向極等組成,轉子部分主要由電樞繞組,換向器和轉軸等構成，如圖1-1所示：圖1-1直流電機的工作原理圖電樞控制即在勵磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號加到電機的電樞上，以控制電機的轉速。在電機調速中廣泛使用，其中脈寬調制應用廣泛。脈寬調速的概念是利用一個固定的頻率來控制電源的接通或斷開，并通過改變一個周期內“接通”和“斷開”時間的長短，即改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉速。根據上圖，當電動機始終接通電源時，電機轉速最大為，占空比為D=/T，則電機的平均速度為：，可見只要改變占空比D，就可以得到不同的電機速度，從而實現調速。1.2.1直流調速系統實現方式PWM為主控電路的調速系統：基于單片機類由軟件來實現PWM，在PWM調速系統中占空比是一個重要參數，電源電壓不變時，電樞端電壓的平均值取決于占空比的大小，改變的值可以改變電樞端電壓的平均值：1、定寬調頻法：保持不變，只改變t，使周期也隨之改變。2、調寬調頻法：保持t不變，只改變，使周期或頻率也隨之改變。3、定頻調寬法：保持周期T(或頻率)不變，同時改變和t。1，2方法在調速時改變了控制脈沖的周期或頻率，當控制脈沖的頻率與系統的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因而不合適，用定頻調寬法來改變占空比從而改變直流電動機電樞兩端電壓。1.2.2控制程序的設計軟件采用定時中斷進行設計。當單片機上電后，系統進入準備狀態。當按動按鈕后執行相應的程序，根據P1.1的高低電平決定直流電機正反轉。根據加、減速按鈕，調整P1.1輸出高低電平的占空比，從而可以控制高低電平的延時時間，進而控制電壓的大小來決定直流電機的轉速。2系統硬件電路的設計2.1系統總體設計框圖及單片機系統的設計本系統采用STC89C52控制輸出數據，由單片機IO口產生PWM信號，送到直流電機，直流電機通過測速電路將實時轉速送回單片機，進行轉速顯示，從而實現對電機速度和轉向的控制，達到直流電機調速的目的。單片機控制電路單片機控制電路電源電路液晶電源電路液晶顯示電路時鐘電路時鐘電路電機驅動電路電機驅動電路復位電路復位電路霍爾測速電路按鍵電路霍爾測速電路按鍵電路圖2-1系統總體設計圖2.2STC89C52單片機簡介2.2.1STC89C52單片機的組成STC89C52單片機由CPU和8個部件組成，它們都通過片內單一總線連接，其基本結構依然是通用CPU加上外圍芯片的結構模式，但在功能單元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本組成如下圖所示：2.2.2CPU及部分部件的作用和功能中央處理器CPU：它是單片機的核心，完成運算和控制功能。內部數據存儲器：STC89C52芯片中共有256個RAM單元，能作為存儲器使用的只是前128個單元，其地址為00H—7FH。通常說的內部數據存儲器就是指這前128個單元，簡稱內部RAM。內部程序存儲器：STC89C52芯片內部共有4K個單元，用于存儲程序、原始數據或表格，簡稱內部ROM。定時器：STC89C52片內有2個16位的定時器，用來實現定時或者計數功能，并且以其定時或計數結果對計算機進行控制。中斷控制系統：該芯片共有5個中斷源，即外部中斷2個，定時/計數中斷2個和串行中斷1個。2.2.3STC89C52單片機引腳圖2.2.4STC89C52引腳功能VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數據存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。I/O口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數據，而是把端口鎖存器的內容讀入到內部總線，經過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數據讀入到內部總線。上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器CPU將根據不同的指令分別發出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作。這是由硬件自動完成的，不需要我們操心，1然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯，為什么看上面的圖，如果不對端口置1端口鎖存器原來的狀態有可能為0Q端為0Q^為1加到場效應管柵極的信號為1，該場效應管就導通對地呈現低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為1，也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的1信號讀入后不一定是1。若先執行置1操作，則可以使場效應管截止引腳信號直接加到三態緩沖器中實現正確的讀入，由于在輸入操作時還必須附加一個準備動作，所以這類I/O口被稱為準雙向口。89C52的P0/P1/P2/P3口作為輸入時都是準雙向口。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3PWM信號發生電路設計3.1PWM的基本原理調速采用PWM（PulseWidthModulation）脈寬調制，工作原理：通過產生矩形波，改變占空比，以達到調整脈寬的目的。PWM的定義:脈寬調制(PWM)是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。模擬信號的值可以連續變化，其時間和幅度的分辨率都沒有限制。3.2系統的硬件電路設計與分析電動機PWM驅動模塊的電路采用H橋驅動，設計與實現具體電路見下圖3-1。本電路采用的是基于PWM原理的驅動電路。圖3-1PWM驅動原理圖PWM電路由復合體管組成，兩個輸入端高低電平控制晶體管是否導通或截止。NPN的三極管高電平輸入時導通，PNP的三極管低電平輸入時導通，當Q1和Q2都導通時，Q3和Q6截止，Q4和Q5導通，電機兩端都是GND，電機是不轉的，當Q1和Q2都截止時，Q3和Q6導通，Q4和Q5截止，電機兩端都是VCC，電機也是不轉的，那么，當Q1導通，Q2截止時，Q4和Q6導通，電機右邊是電源，左邊是地，電機逆時針轉動，此時保持Q2截止，PWM控制Q1的導通截止，就可以控制電機的速度，同理，當Q1截止，Q2導通時，Q3和Q5導通，電機的左邊是電源，右邊是地，電機順時針轉動，此時保持Q1截止，PWM控制Q2的導通截止就可以控制電機的轉速。4個二極管在電路中的作用是防止晶體管產生不當反向電壓，以及電機兩端電流和晶體管上的電流過大保護。3.3H橋的驅動電路設計方案H橋式電動機驅動電路包括4個三極管和一個電機，因為它的形狀與字母H相似，故因此而得名。如下圖所示，要使電動機成功運轉，須對對角線上的一對三極管通電。據不同的三極管對的導通通電的情況，電流會從右至左或相反方向流過電機，從而改變電機的轉動方向。因此要想使電動機運轉，必須使對角線上兩個三極管通電。例如，當Q2管與Q3管導通時，電流從電源正極經Q2從左到右通過電機，再經Q3到電源的負極。同樣Q1與Q4亦是如此，由電流箭頭可看，驅動電動機將順時針轉動。4主電路設計4.1單片機最小系統4.2液晶電路液晶部分的電路圖如下圖所示：在本畢業設計中，波形的顯示是采用簡單的液晶LCD1602顯示屏。LCD（LiquidCrystalDisplay）是液晶顯示器英文名稱的縮寫，液晶顯示器是一種被動式的顯示器，即液晶本身并不發光，而是利用液晶經過處理后能改變光線通過方向的特性，達到白底黑字或黑底白字顯示的目的。液晶顯示器具有功耗低、抗干擾能力強等優點。4.2.1LCD1602功能介紹LCD1602也被稱作1602字符型液晶。它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊，它有若干個或者等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有也有間隔，這樣則起到了字符間距和行間距的作用，也正因為如此，它不能顯示圖形。LCD1602是指顯示的內容為，即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。LCD1602實物圖如圖4-1所示，LCD1602引腳圖如圖4-2所示。圖4-1LCD1602實物圖圖4-2LCD1602引腳圖目前市面上字符液晶絕大多數是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。4.2.2LCD1602性能參數LCD1602的主要技術參數及應用配置如表4-1所示。表4-1芯片的主要技術參數及應用配置顯示容量：16×2個字符芯片工作電壓：4.5～5.5V工作電流：2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓：5.0V字符尺寸：2.95×4.35（WXH）mmLCD1602的管腳排列如圖4-2所示，它共有16個引腳，各引腳功能如表4-2所示。詳細說明如下：（1）VSS：電源地；（2）VDD：電源正極；（3）VL：液晶顯示偏壓信號，對比度調整端，接地時最高，接正電源最低，可接10K，電位器調整；（4）RS：寄存器選擇，高電平選擇數據寄存器，低電平選擇指令寄存器；（5）R/W：讀/寫選擇端，高電平讀操作，低電平寫操作；（6）E使能信號，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令；（7）BLA背光源正極；BLK背光源負極；（8）D0～D7數據端口。表4-2LCD1602管腳功能及說明編號符號引腳說明1VSS電源地2VDD電源正極3VL液晶顯示偏壓信號4RS數據/命令選擇端（H/L）5R/W讀/寫選擇端（H/L）6E使能信號7D0DataI/O8D1DataI/O9D2DataI/O10D3DataI/O11D4DataI/O12D5DataI/O13D6DataI/O14D7DataI/O15BLA背光源正16BLK背光源負LCD1602的主要技術參數如表4-3所示。表4-3LCD1602A主要技術參數指令碼功能00111000設置16*2顯示，5*7點陣，8位數據接口LCD1602顯示模式如表4-4所示。表4-4LCD1602顯示模式指令碼功能00001DCBD=1開顯示D=0關顯示C=1顯示光標C=0不顯示光標B=1光標閃爍B=0光標不閃爍000001NSN=1當讀/寫一個字符后，地址指針加1，且光標加1；N=0當讀/寫一個字符后，地址指針減1，且光標減1；S=1當寫一個字符，整屏顯示左移(N=1)或者右移(N=0),以得到光標不移動而整屏移動的效果；S=0當寫一個字符，整屏顯示不移動。4.2.3LCD1602與單片機連接LCD1602可以采用兩種方式與單片機連接，一種是采用8位數據總線D0～D7，和RS、R/W、EN三個控制端口；另一種是只用D4～D7作為四位數據分兩次傳送。進行LCD設計主要是LCD的控制/驅動和外界的接口設計。控制主要是通過接口與外界通信、管理內/外顯示RAM，控制驅動器，分配顯示數據；驅動主要是根據控制器要求，驅動LCD進行顯示。控制器還常含有內部ASCII字符庫，或可外擴的大容量漢字庫。單片機AT89S52的P1.1與LCD1602的使能端E相連，GND與讀寫選擇端R/W相連，P1.0與RS相連，當使能端使能時，再通過命令選擇端來控制讀數據，寫數據，寫命令。控制P0端口與LCD1602的數據端口相連，傳輸數據。4.2.4LCD1602的顯示與控制命令LCD1602液晶模塊內部的字符發生內存（CGROM）已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。LCD1602液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令，它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H，光標復位到地址00H位置；指令2：光標復位，光標返回到地址00H；指令3：光標和顯示模式設置I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效；指令4：顯示開關控制。D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示C：控制光標的開與關，高電平表示有游標，低電平表示無游標B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍；指令5：光標或顯示移位元S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標；指令6：功能設置命令DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示F：低電平時顯示5×7的點陣字符，高電平時顯示5×10的點陣字符；指令7：字符發生器RAM地址設置；指令8：DDRAM地址設置；指令9：讀忙信號和光標地址BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙；指令10：寫數據；指令11：讀數據。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。4.3按鍵電路本設計采用按鍵接低的方式來讀取按鍵，單片機初始時，因為為高電平，當按鍵按下的時候，會給單片機一個低電平，單片機對信號進行處理單片機鍵盤有獨立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨立鍵盤每一個I/O口上只接一個按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡單且系統更加穩定；而矩陣式鍵盤式接法程序比較復雜，但是占用的I/O少。根據本設計的需要這里選用了獨立式鍵盤接法。獨立式鍵盤的實現方法是利用單片機I/O口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個I/O口，程序開始時將此I/O口置于高電平，平時無鍵按下時I/O口保護高電平。當有鍵按下時，此I/O口與地短路迫使I/O口為低電平。按鍵釋放后，單片機內部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態就可以了解我們是否有按鍵動作了。在用單片機對鍵盤處理的時候涉及到了一個重要的過程，那就是鍵盤的去抖動。這里說的抖動是機械的抖動，是當鍵盤在未按到按下的臨界區產生的電平不穩定正常現象，并不是我們在按鍵時通過注意可以避免的。這種抖動一般10~200毫秒之間，這種不穩定電平的抖動時間對于人來說太快了，而對于時鐘是微秒的單片機而言則是慢長的。硬件去抖動就是用部分電路對抖動部分加之處理，軟件去抖動不是去掉抖動，而是避抖動部分的時間，等鍵盤穩定了再對其處理。所以這里選擇了軟件去抖動，實現法是先查尋按鍵當有低電平出現時立即延時10~200毫秒以避開抖動（經典值為20毫秒），延時結束后再讀一次I/O口的值，這一次的值如果為1表示低電平的時間不到10~200毫秒，視為干擾信號。當讀出的值是0時則表示有按鍵按下，調用相應的處理程序。硬件電路如圖4-3所示：圖4-3按鍵部分電路4.4霍爾元件電路用于測量的A44E集成霍爾開關，磁鋼用直徑D=6.004mm，長度為L=3.032mm的釹鐵硼磁鋼。電源用直流，霍爾開關輸出由四位半直流數字電壓表測量，磁感應強度B用95A型集成霍爾元件測量。圖4-4霍爾片管腳管腳接線4.4.1A3144霍爾開關的工作原理及應用說明根據霍爾效應，人們用半導體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。霍爾傳感器A3144是AllegroMicroSystems公司生產的寬溫、開關型霍爾效應傳感器，其工作溫度范圍可達-40℃～150℃。它由電壓調整電路、反相電源保護電路、霍爾元件、溫度補償電路、微信號放大器、施密特觸發器和OC門輸出極構成，通過使用上拉電阻可以將其輸出接入CMOS邏輯電路。該芯片具有尺寸小、穩定性好、靈敏度高等特點，有兩種封裝形式，一種是3腳貼片微小型封裝，后綴為“LH”；另一種是3腳直插式封裝，后綴為“UA”。A3144E系列單極高溫霍爾效應集成傳感器是由穩壓電源，霍爾電壓發生器，差分放大器，施密特觸發器和輸出放大器組成的磁敏傳感電路，其輸入為磁感應強度，輸出是一個數字電壓訊號。它是一種單磁極工作的磁敏電路，適用于矩形或者柱形磁體下工作。可應用于汽車工業和軍事工程中。霍爾傳感器的外形圖和與磁場的作用關系如圖4-5所示。磁場由磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對使用。霍爾元件和磁鋼管腳圖圖4-5霍爾傳感器的外形圖該霍爾傳感器的接線圖如圖4-6所示。圖4-6霍爾傳感器的接線圖4.4.2霍爾傳感器測量原理測量電機轉速的第一步就是要將電機的轉速表示為單片機可以識別的脈沖信號，從而進行脈沖計數。霍爾器件作為一種轉速測量系統的傳感器，它有結構牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便等優點，因此選用霍爾傳感器檢測脈沖信號，其基本的測量原理如圖4-7所示，當電機轉動時，帶動傳感器運動，產生對應頻率的脈沖信號，經過信號處理后輸出到計數器或其他的脈沖計數裝置，進行轉速的測量。圖4-7霍爾器件測速原理5軟件程序設計系統軟件設計主要是為了保證和硬件電路相結合，正確地實現電路的整體要求。軟件設計有兩種方法：一種是自上而下，逐步細化；一種是自下而上，先設計出每一個具體的模塊，最后組成一個系統。本次系統軟件設計采用了自上向下的模塊化結構方式。在進行軟件設計時，我遵循實用性、先進性、系統性及規范性的原則。5.1

程序流程圖

在程序的編寫過程中用到的編譯工具是Keil，硬件和軟件的仿真通過Proteus軟件完成，程序流程圖見圖5-1與圖5-2圖所以。圖5-1主程序流程圖圖5-2按鍵處理流程圖4.2程序C程序代碼可見附錄4：總結本文所述的直流電機PWM調速系統是以低價位的單片微機STC89C52為核心的，而通過單片機來實現電機調整又有多種途徑，相對于其他方法，如用硬件或者硬件與軟件相結合的方法對電機轉速進行調整，采用PWM軟件方法來實現調速過程的優點是擁有更大靈活性和更低成本，它能夠有效發揮單片機控制優點和效能，對于簡易的速度控制系統實現提供了較為有效的途徑。致謝經過這次畢業設計我感受頗多，在正式進行設計之前，我參考了一些網上的資料，通過對這些設計方案來開拓自己的思路，最后終于有了自己的思路。此次畢業設計不僅是對前面所學單片機技術和運動控制理論的一種檢驗，更是對所學知識大融合，站在新的高度看待新的問題，而且也是對自己運用所學知識的能力的一種提高。通過這次畢業設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺，自己要學習的東西還太多。以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。本設計在硬件上采用了基于PWM技術的H型橋式驅動電路，解決了電機馬驅動的效率問題，在軟件上也采用較為合理的系統結構及算法，提高了單片機的使用效率，且更有效的控制電機。這次畢設使我深感要注重理論知識，注重理論聯系實際。以前一直覺得理論知識離我們很遠，理論只是大談空談，這才發現理論的重要性，這才發現理論知識與生活的聯系的重要性。最后，我要感謝魏老師對我這次畢業設計的大力支持，使我不僅在知識方面有了更深一步的了解，并且在我設計東西的思路與邏輯方面有更深刻的影響，使我知道了設計思路與邏輯的重要性，讓我獲益匪淺。參考文獻[1]張毅剛彭喜元.單片機原理與應用設計[M].北京：北京市海淀區四季青印刷廠，2010.[2]張毅剛.新編MCS-51單片機運用設計.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2003.[3]張義和王敏男許宏昌余長春.例說51單片機（c語言版）.北京：人民郵電出版社，2009.[4]馬忠梅籍順心張凱馬巖.單片機的C語言應用程序設計.北京：北京航空航天大學，2010.[5]SamsungElectronics.S3C44BOXRiscmicrocontrollerARMinstructionsheet.2002.[6]郭天祥.《51單片機C語言教程》，電子工業出版社，2005年7月[7]丁元杰.《單片微機原理及應用》，機械工業出版社，2005年7月[8]樓然苗、李光.《單片機課程設計指導》，北京:北京航空航天大學出版社，2007.[9]林金陽,王明福.基于MC51單片機的直流電機PWM調速系統[J].長春工程學院學報(自然版),2009,(03).[10]王蘇.直流電機PWM調速研究及單片機控制實現[J].機電工程技術,2008,(11)2005.[11]方力.\o"基于單片機的直流電動機測控系統設計相似度159%"基于單片機的直流電動機控制系統設計[J].機械制造與自動化,2011,(06)[12]鄭憲偉,趙玉林,成廣大.基于AVR單片機的直流電機的PWM閉環調速系統的設計[J].煤礦機械，2008,（01）.[13]蒲龍梅，李泓.單片機控制的直流PWM調速裝置的研究[J]技術探討與研究.2006,（03）.[14]趙鴻圖.基于單片機AT89C52的直流電機PWM調速系統[J].電子技術,2008,(10).[15]王曉明電動機的單片機控制(第3版)

北京航空航天大學出版社.2011附錄1：完整原理圖附錄2：完整PCB附錄3：程序源代碼#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintvoiddisplaym();sbiten=P2^5; //16026管腳sbitrs=P2^7; //1602端口 4管腳sbitrw=P2^6;//lcd1602控制端口5管腳sbitnum1=P1^0; //占空比加1sbitnum2=P1^1; //占空比減一sbitnum3=P1^2; //正傳sbitnum4=P1^3; //反轉sbitnum5=P1^4; //開始停止切換sbitout=P3^4; //PWM輸出用于正傳sbitout1=P3^7; //PWM輸出用于反轉uintzhuansu,flag,z1,z2,m,flag_1,zheng,fan,kai;voiddelay(uintz)//延時1ms函數{uintx,y;for(x=0;x<z;x++)for(y=0;y<110;y++);}voidwrite_com(ucharcom)//向1602寫一字節（控制指令）{rs=0;P0=com;delay(5);en=1;delay(10);en=0;}voidwrite_data(uchardate)//向1602寫一字節（數據）{rs=1;P0=date;delay(5);en=1;delay(5);en=0;}voidinit()//初始化函數{en=0;rw=0;write_com(0x38); //5X7顯示write_com(0x0c); //關閉光標write_com(0x01);//lcd初始化TMOD=0x11;//定時器方式1TH0=0xdc;TL0=0x00;//定時器裝入初值EA=1;//開總中斷ET0=1;//定時器0開中斷TR0=1;EX1=1;IT1=1;//定時器啟動TH1=0xfc;TL1=0x66;//定時100usET1=1;//定時器1開中斷TR1=1;write_com(0x80);write_data('V');write_data(':');write_com(0x87); //第一行顯示轉速write_data('r');write_data('p');write_data('m');write_com(0xc0);write_data('z');write_data('h');write_data('a');write_data('n');write_data('k');write_data('o');write_data('n');write_data('g');write_data('b');write_data('i'); //在第二行顯示zhankongbi:write_data(':');displaym();}voidkeyscan()//鍵盤掃描函數{if(num1==0){delay(5);//消除抖動 if(num1==0) { if(m<=199) m++; displaym(); //設定占空比加一}}if(num2==0){delay(5); if(num2==0) { if(m>=1) m--; displaym(); //設定占空比減一 }}if(num3==0){delay(5); if(num3==0) { zheng=1; //正傳標志置1 fan=0; //反轉標志置0 }}if(num4==0){delay(5); if(num4==0) { zheng=0; //正傳標志置0 fan=1; //反轉標志置1 }}if(num5==0){delay(5); if(num5==0) { while(num5==0) ; kai=1-kai; }}}voiddisplay(){write_com(0x82);zhuansu=zhuansu*30; //將兩秒內的計數乘以30得到轉每分if(zhuansu/10000!=0)write_data(zhuansu/10000+0x30); //如果轉速的萬位不為0 正常顯示否則顯示空格