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1、北京理工大学珠海学院2019届本科生毕业设计电机调速控制系统的设计学 院：专 业：姓 名：指导老师： 学 号：职 称： 中国珠海二一九年五月诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计电机调速控制系统的设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名： 日期： 年 月 日摘要现如今，在工业生产以及农业生产领域当中，各种类型的电动机已经获得相对广泛的实际应用。为有效增强既定的生产效率，切实保障多元化产品的真实质量，丰富多样的生产机器设备，正在逐步达到自动调速的根本要求。从本质上来看，电机当中应用尤为广泛的
2、类型，即为现今炙手可热的直流电机。这是由于，该电机表现出特别优异的启动特性以及显著地调速特性，启动转矩相对较大，可实现过载，并且表现出极为优良的调速效率。本篇文章，旨在借助于AT89C51单片机的作用，针对某特定的PWM信号，进行科学有效的精准把控。基于跟踪调整电压的实际数值，来精准把控直流电机所表现出的实际转速。并且对其产生波形图进行分析。文章之末，旨在借助于霍尔元件的作用，针对直流电机所表现出的实时转速，进行相对深入的精准测量与细致分析，并在经由一系列处理之后，将最后所获得的实际数值，传递至相应的液晶进行展示。关键词：单片机；直流电机；PWM调速；霍尔元件abstractIn modern
3、 industrial and agricultural production, the use of motors can be seen everywhere in peoples daily life. Due to the continuous improvement of production quality and output requirements, more and more production machinery requirements can achieve automatic speed regulation. DC motor is one of the mos
4、t common motors, which is widely used in various fields of life. DC motor has good start-up and speed regulation characteristics, simple control performance. Because of its large start-up torque and poor overload capacity, it can smooth and efficient speed regulation in a wide range.In this paper, A
5、T89C51 single-chip computer is used to control the PWM signal, and the speed of DC motor is controlled. The waveform is analyzed. Finally, Hall element is used to measure and analyze the rotational speed of DC motor, and the measured value after processing is transmitted to liquid crystal display.Ke
6、y words: 单片机; DC motor; PWM signal; hall elements目录1前言11.1课题研究背景11.2国内外研究现状11.3研究内容22调速原理和方案设计32.1调速原理32.2直流调速方式32.2.1PWM波调速32.2.2晶闸管调速42.3方案总体设计53硬件系统设计63.1STC89C51单片机简介63.1.1CPU的作用和功能63.1.2 STC89C51单片机引脚图73.1.3 STC89C51引脚功能73.2 PWM信号发生电路设计93.2.1PWM的基本原理93.2.2系统的硬件电路设计与分析93.2.3 H桥的驱动电路设计方案103.4 按键电
7、路103.5 霍尔元件113.5.1 霍尔元件工作原理和应用说明113.5.2 霍尔元件测量原理114软件系统设计124.1主程序的设计124.2电机驱动程序134.3 PWM波程序的设计144.4 PWM波程序的设计144.5 LCD1602的显示程序154.6 测速程序的设计154.7 中断程序的设计155系统功能调试165.1调用软件的介绍165.2调用软件的介绍165.3直流电机165.4电机速度测量和仿真175.5软件调试的方法176结论181前言1821年，全球范围内的首台直流电机成功问世，为直流电机萌发时期。实际上，直流电机能够直接当做电动机进行应用，与此同时，还能直接当做发电机
8、进行应用。直流电动机是将直流电转换成机械能带动生产机械运转的电器设备。现如今，中国社会正在不断蓬勃发展，在此背景下，直流电动机愈发获得相对广泛的实际应用，发展前景十分看好。值得一提的是，机械领域等相关领域的从业者，愈发针对直流电机，提出相对严苛的实际要求。这种要求不仅体现在使用寿命的角度上，而且体现在功能多样性的角度上。总而言之，直流电机的蓬勃发展，对于积极构建当前的节约型社会尤为关键。1.1课题研究背景在在工业革命以后，蒸汽动力被广泛的使用。随着现代生产力的快速发展，蒸汽动力输送和管理困难的缺点给人们带来了很多不方便，使得人们开始寻找新的动力源。到19世纪初期，人们已经掌握了大量有关电磁现象
9、的理论知识。在这基础上，科学家法拉于1821年使用水银实验模型装置做了一个电能转换成机械能的实验。很快，全球范围内的首台电动机成功问世。由于蓄电池被作为驱动源，在当时极为昂贵，跟不上当时的经济条件，导致不能被推广。最后在法拉第本人坚持不懈的研究下，经由数量性的相关实验，该学者终于发现沿用至今的电磁感应定律。在这一定律的指导下，全球范围内的首台旋转磁极式直流发电机成功问世。目前，在很多行业上直流电机还是被大量使用，尤其是工业还有农业生产，每年的需求量都在不断地增加，随着风机能量的消耗，尽管存在很对缺点，但是很少有人提出相应的改进方法，特别会增加费用负担，生产流程又不能耽误，于是对于很多用户来说，
10、拥有一个简单成本低且容易控制的直流电机是很重要的，能够给工作减少时间成本和成产成本。在当前时期，全球现代化技术已经获得相对稳定的蓬勃发展，在此背景下，各种类型的直流电机调速技术应运而生，并且逐步趋于成熟。在许多工业部门一直处于主导位置，如大型设备轧钢厂、机床行业、海上钻井平台等，为了减少生产成本并提供机械生产效率，通过直流电机自动调速实现智能化、低消耗的性能。因此，若能在现有的直流电机当中，融于优良的自动调速功能，必将可以获得相对良好的成效。1.2国内外研究现状自首台电机诞生之初，至今已有数百年，从最初的简单设计，只有单一的功能到现在的数字化设计和多样化的功能，实现了电机行业的迅猛发展。利用目
11、前开发的新能源从材料的获取、技术的研发等进行了全面的运用，改进了工业的传统模式和方法，直流电机发展多样化，广泛使用在矿山、船舶制造和纺织企业等等。在整个发展历程中，在40-50年代的发展历程中，所应用的直流电动机，一般均将M-G电动发电机组，作为自身源源不断的供电电源。随着时代的发展，水银整流器出现又改变了一个新的发展模式，直接将电机组替代，随后又进入发展的一个阶段，接着基于可控硅整流装置的节能环保又重新将水银整流器装置打回原形，整个市场被垄断。但是直流电机的发展是十分迅猛的，当今时代的技术水平，又将直流电源供电方式实现单机功率、转速提高的发展进程作为首要任务，不断提升电机的性能和高转速，有效
12、增强既定的生产效率，尽可能节约不必要的生产成本。尤其是在大小上面，电机由原来的大型设备生产逐渐向小型轻便设备过渡。 自20世纪70年代延续至今，现有的电机控制系统，已经逐步借助于单片机的作用，来积极构建出自身的核心控制器。例如：现今备受青睐的AT89C51单片机等。值得一提的是，对于任意类型的单片机控制系统而言，尤为关键的控制元件即为单片机，除此之外，其还能处理各种类型的算法，并且发挥出良好的显示功能。根据调查数据表明，西方发达国家当中高端的电气公司，例如：德国的西门子公司等，系统基本上是数字化控制的，有并且设计的产品是实用而且规范标准的。直流电机的用途不断增加，不仅仅只是简单地控制功能，还提
13、供一些额外的功能操作。1.3研究内容因为直流电动机表现出尤为显著的启动性能，故而广泛适用于无轨电车等大规模亟待调速的相关设备当中。在当前时期，由于各种类型的单片机控制技术，已经获得相对稳定的迅猛发展，因此，多样化控制功能算法应运而生，并且获得相对广泛的实际应用。在此背景下，为使得直流电动机得以达到科学合理的调速控制效果，并保证系统含有更为优良的各项性能。本文决定借助于单片机的作用，积极构建出科学完善的控制系统，从而有效节约现有的人力和系统成本，尽可能增强系统所表现出的实际工作效率。在此次设计过程中，旨在以直流电机为研究对象，基于STC89C51型号的单片机，以及相应的三极管，积极构建出科学完善
14、的脉宽PWM调速系统，以此来实现良好的控制。因为STC89C51芯片无需耗费高昂的经济成本，并且实际结构相对简单，表现出极为优良的稳定特性，故而适用于多样化领域当中。需要注意的是，系统可以针对电机的各项操作，进行相对精准的把控，例如：正转操作、急停操作以及相应的减速操作等，还能基于液晶表面实现良好的跟踪显示。同时显示实时的电机转速。2调速原理和方案设计2.1调速原理基于励磁方式所表现出的差异性，可将直流电动机细分成两类，其中包含自励类型，此外还涵盖他励类型。两类所呈现出的机械特性曲线完全不一致。其中，直流电动机所表现出的实际转速，应当基于下述公式进行求解：n=U/Cc-TR内/CrCc其中：U
15、旨在代表电压； 旨在代表励磁绕组电阻；与此同时，Cc旨在代表电势；Cr旨在代表转矩常量。基于上述公式能够得知，如果基于速度控制角度来看，则直流电机一般涵盖两类基本方法，其中包含电枢控制方法，此外还涵盖磁场控制方法。针对选择的磁场控制法，最主要的特点是控制功率小，当转动时很可能受到来源于诸多因素的种种局限，在进行高速传动同样也是受到转向的限制，因此这种方法不是最好的选择，所以一般会选择电枢控制法。这种方法是十分受欢迎的，它的基本结构呈现了多样化和全面系统化,主要由定子部分和转子部分组成，实现相辅相成的作用,定子和转子中间是空的，旨在促进电机内部的相关电路与磁场之间保持良好的运动状态，从而推进系统
16、的正常运转。值得一提的是，对于定子而言，其一般涵盖主磁极以及换向极等相关元件；与此同时，对于转子而言，其通常涉及到电枢绕组以及转轴等相关元件，详见图2.1： 图2.1直流电机的工作原理图电枢控制的基本含义为：在励磁电压时刻保持恒定的情况下，相关信号将会实时传递至指定的电机电枢，从而实现控制功能。这项控制很多时候被运用到电机调速中，并且起到了很好的作用效果。脉宽调制旨在借助于固定频率的作用，针对电源的实际状态，进行科学合理的控制，与此同时，还应跟踪调整连接时间，以此来切实保障电压所含有的良好稳定性，从而针对电机表现出的实际转速，进行相应的控制。2.2直流调速方式2.2.1PWM调速 PWM旨在借
17、助微处理器源源不断输出的多样化数字信号，针对某特定模拟电路的真实通断情况，进行相对精准的把控。以此来帮助输出端获得幅值完全一致的若干脉冲，并据此获得亟待采集的波形。通常情况下，在以PWM驱动控制为基准，而积极构建出的调整系统当中，如果基于某特定的频率，来实现电源的通断，并控制通断的时间。将可跟踪调整直流电机当中所涉及的占空比，来实时调整既定的平均电压数值，以此来达到精准控制电动机所表现出实际转速的根本目的。其中，PWM波形如图所示：图2.2 PWM驱动波形如果在电机时刻均与电路，保持接通状态的情况下，则电机所表现出实际转速的极大值实则为，在此情况下，若占空比如下：则电机的平均转速为在上述公式中
18、：旨在代表电机所表现出的平均速度，D旨在代表占空比。综上可知，如果在跟踪调整占空比D的情况下，将能获得电机的多样化平均速度,以此来实现调速。2.2.2晶闸管调速详见图2.3，即为尤为典型的晶闸管-电动机调速系统基本示意图。VT表示晶闸管可控整流器，右侧的二极管整流器是给励磁绕组供电。若能跟踪控制下述触发装置GT所表现出的控制电压UC，将能实时调整触发脉冲所含有的相位；其次，借助于控制整流电压Ud，将能有助于电机进行一系列的平滑调速。从本质上而言，晶闸管整流装置不仅无需耗费高昂的经济成本，而且其所表现出的功率放大倍数甚至远超104s，使得设备工作效率提高减少能源消耗。20世纪70年代，机械领域当
19、中逐步应用晶闸管可控整流器，来实现多方位的供电。然而，因为晶闸管存在极为突出的单向导电性，故而并不支持任何反向电流，这将极大阻碍系统所涉及的可逆运行过程。 图2.3晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）由于晶闸管调速的功能相对PWM波调速是比较落后且难以控制的，故而在本篇设计当中，旨在选择PWM波调速基本方式。2.3方案总体设计系统构建：在本篇设计当中，直流电机所涉及的PWM调速基本方案示意图，详见图2.4。方案阐述：该系统旨在基于AT89C51单片机而实现，其重点涵盖命令输入模块以及相应的电机驱动模块等。除此之外，单片机可以不间断的将以键盘为基准而读取的海量数据，径直移动至LCD显
20、示模块，进行直观的展现。图2.4直流电机PWM调速方案在此系统当中，旨在借助于STC89C51单片机，来针对各种类型的输出数据，进行相对精准的把控。首先，通过单片机IO口，将可形成相应的PWM信号，并移动至指定的直流电机。其次，直流电机借助于测速电路的作用，可将其反向移动回单片机，从而实时显示当时的实际转速，进而达到整体调速的效果。3硬件系统设计3.1STC89C51单片机简介一般情况下，对于STC89C51单片机而言，其重点涵盖CPU以及至关重要的8个部件。这些元件基于单片机当中的总线进行紧密连接。与此同时，其于功能单元的精准控制层面，旨在借助于特殊功能寄存器的作用，来实现科学合理的集中控制
21、。其基本组成如图6所示： 图6 STC89C52单片机的基本组成3.1.1CPU的作用和功能中央处理器CPU：实际上，该元件对于单片机而言尤为关键，是计算机的控制和指挥中心，其通常涵盖运算器及其相应的控制器等基本元件。运算器：该元件旨在针对某些操作数，进行一系列的算数运算以及特定的位操作运算。其中一般涵盖算数逻辑单元ALU及其相应的状态寄存器等基本元件。控制器：在该元件中，通常涵盖程序计数器及其相应的指令译码器等基本元件。借助于相关任务，来针对特定指令进行细致识别，并据其性质来针对蕴含于单片机当中的多样化功能元件，进行相对精准的把控，以此来切实保障单片机当中含有的多样化功能元件，能够在工作过程
22、中，达到良好的自动协调效果。内部数据存储器：从本质上而言，STC89C51芯片的本质为256个数量的RAM单元，当其发挥存储器的功能时，仅仅需要运用到前128个单元。在此过程中，地址表现为00H-7FH。通常存储器中这128单元被命名为内部RAM。内部程序存储器：常规情况下，STC89C51芯片当中累计存在4K个数量的单元，一般适用于各种类型用户程序以及相应表格的存储，通常又被人们称之为ROM。3.1.2 STC89C51单片机引脚图3.1.3 STC89C51引脚功能VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：通常情况下，该引脚一般涵盖8位漏级开路双向I/O口，与此同时，整个接口的电流是流通
23、的。它不仅可以充电储存器，还能作为数据的第八位来使用，还能够及时将电流进行输送。在进行编程过程中，还能为编程提供校验。 P1口：一般情况下，该引脚通常涵盖8位双向I/O口，其可有效增强电阻。与此同时，其接收的电流范围是0-4TTL电流，超出这个范围将会被损坏，当这个PI口被上拉之后，电流会随之输入，紧接着进行下降，电流就会被输出。在进行编程过程中，还能为编程提供校验。 P2口：通常情况下，该引脚一般涵盖8位双向I/O口，其可有效增强电阻。与此同时，其接收的电流范围是0-4TTL电流，超出这个范围将会被损坏，当这个P2口被上拉之后，电流会随之输入，紧接着进行下降，电流就会被输出。在进行编程过程中
24、，还能为编程提供校验。如果P2口被储存在外部和其他区域地址时候，其将会自动输出地址高八位。并且能够对信息进行读写和翻译，最终将翻译的信息进行存放，既能满足编程和校验的要求，还能转换信号并进行存储以备使用。 P3口：一般情况下，该引脚通常涵盖8位双向I/O口，其可有效增强电阻。与此同时，其接收的电流范围是0-4TTL电流，超出这个范围将会被损坏，当这个P3口被上拉之后，电流会随之输入，紧接着进行下降，电流就会被输出。在进行编程过程中，还能为编程提供校验。 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.
25、4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口旨在接收某特定的控制信号，在同一时间点，作用于闪烁编程过程以及相应的编程校验过程。 I/O口当进行输入的过程中，通常遵循两类基本工作方式。其中包含读端口基本方式，此外还涵盖读引脚基本方式。以前者为例，其实则即将端口锁存器当中的基本内容，径直读入至系统所涉及到的总线当中，其次，通过某特定计算方式的作用，将可返回至原先的端口锁存器进行写入。在上述基本示意图中，三角形其实意味着输入缓冲器CPU基于多样化指令，依次发出两类信号，以此来实现相应的操作
26、。值得一提的是，STC89C51当中的P0/P1/P2/P3口，如果在发挥输入功能的情况下，均表现为准双向口。RST：该引脚旨在代表复位输入。ALE/PROG：通常情况下，如果表现为低频，则该单片机能够输出脉冲信号，但是震荡频率低，基于这个特点，把它当做外部脉冲，但是脉冲信号一旦被进行使用和储存信息，那么我们将会是难以控制的，ALE将会被忽略，所以想要控制它并不是那么简单的，很多情况下需要执行一些指令才能消除。/PSEN旨在代表某特定外部程序存储器所涉及的选通信号。/EA/VPP：一般情况下，如果在/EA表现为低频的情况下，当外部存储器变为第一时，那么意味着它将处于锁定状态；当/EA处于高频率
27、状态时，当内部存储器变为第一时，那么意味着它将处于编程状态，可以根据需要进行编程，并测试编程的使用效果如何，能否满足研究的要求，能否进行信号传递和信息的存储功能，一般能够维持就是0-12的VPP，超过这个范围，将不能进行控制。 XTAL1：该引脚旨在代表反向振荡放大器所表现出的实际输入端。 XTAL2：该引脚旨在代表反向振荡放大器所表现出的实际输出端。3.2 PWM信号发生电路设计3.2.1PWM的基本原理调速过程旨在借助于脉宽调制的作用，针对逆变电路所涉及的电源通断现象，进行科学合理的控制，产生矩形波，跟踪调整相应的输出频率，以达到调整脉宽的目的。对于PWM而言，其基本定义详细如下:PWM旨
28、在借助微处理器源源不断输出的多样化数字信号，针对某特定模拟电路进行相对精准的把控。在当前时期，其大规模适用于测量等多样化领域当中。值得一提的是，模拟信号的实际数值能够进行不间断的调整。3.2.2系统的硬件电路设计与分析电动机PWM驱动模块所应用的电路，一般借助于H桥的作用进行驱动，详细如下。在此电路中，旨在以PWM基本原理为基础，而积极构建出相应的驱动电路。 图7 H桥驱动电路PWM电路重点涵盖若干复合体管。其中，NPN所涉及的三极管，当处于高电平以及低电平的状态下，若进行输入则将会导通。其一，若处于Q1以及Q2同时导通的情况下，则Q3以及Q6均会截止；与此同时，若处于Q4和Q5同时导通的情况
29、下，则电机左右端均为GND，在此过程中，电机并非处于运转状态。其二，若处于Q1以及Q2同时截止的情况下，则Q3以及Q6将保持导通状态，并同时伴随Q4以及Q5保持截止状态，此外，电机左右端均为VCC，在此过程中，电机并非处于运转状态。其三，如果Q1处于导通状态，并且Q2处于截止状态的情况下，则Q4以及Q6将均表现为导通状态，而且电机左方接地，右方连接电源，顺着逆时针方向进行转动。在此过程中，仅需使得Q2保持截止状态，并且运用PWM控制手段，将能针对电机在当前时期的实际速度，进行相对精准的把控，反之亦然。3.2.3 H桥的驱动电路设计方案对于本文所研究的H桥式电动机驱动电路而言，其重点涵盖4个三极
30、管，与此同时，还包含某特定电机，其基本结构示意图，详见下图。若想帮助电动机进行正常运转，应当使得对角线当中存在的某对三极管，维持不间断的通电。通常情况下，电流将会逆向流经电机，以此来跟踪调整电机所表现出的转动方向。故而若想帮助电动机进行正常运转，应当使得对角线当中存在的某对三极管，维持不间断的通电。例如：如果在Q2管以及Q3管均同时保持导通的情况下，电流应当经由电源正极，逆向流经电机，并直至电源负极。通过下述电流箭头能够得知，驱动电动机一般维持顺时针方向进行不间断的转动。3.4 按键电路在本次设计按键电路共有五个按键，五个按键的功能分别为正转，反转，加速，减速，停止。对于单片机而言，如果在其将
31、自身的初始状态，定义为高电平状态的情况下，那么后期的每次按键，将均产生低电平，从而有助于单片机对接收的信号，进行相对深入的细致吃处理。通常情况下，单片机一般包含独立按键，除此之外，还涵盖矩阵式按键。以前者为例，其实则基于所有I/0均连接某特定按键，此类方式相对简洁，可操作性较高。但是，后者则略显复杂，所以根据设计方案选用了独立按键完成本次设计。3.5 霍尔元件在本篇设计中，所涉及到的A44E集成霍尔开关，旨在完成一系列测量任务。其中，磁钢材料旨在选择直径的钕铁硼磁钢。除此之外，磁感应强度B通常选择借助于95A型集成霍尔元件的作用，来完成一系列测量任务。 霍尔元件引脚图3.5.1 霍尔元件工作原
32、理和应用说明基于霍尔效应而制造出的半导体元件，通常又被人们称之为霍尔元件。其不仅相对于磁场，表现出极为敏感的基本特性，而且结构简洁，使用时间较长。正因如此，其于测量领域以及计算机领域当中，均获得相对广泛的实际应用。霍尔传感器A3144，一般可于-40-150的区间当中进行工作。通常情况下，其旨在涵盖电压调整电路、霍尔元件以及微信号放大器等基本元件。此类芯片不仅体积相对较小，而且表现出极为优良的稳定性。一般情况下，其表现为两类封装形式，其中包含LH封装形式；此外还涵盖UA封装形式。在A3144E系列当中，尤为典型的单极高温霍尔效应集成传感器，其中涵盖霍尔电压发生器以及相应的施密特触发器等基本元件
33、。本质为单磁极磁敏电路，广泛应用于汽车工业领域当中。3.5.2 霍尔元件测量原理当针对电机转速，进行实际测量的过程中，需要将当前的电机转速进行相应的转化，从而形成单片机能够进行识别的某特定脉冲信号，以此来实现脉冲计数。霍尔器件不仅结构牢固，而且使用时间相对较长，安装过程极为简便。其所涉及的测量原理示意图，详见图3-106。 图1霍尔器件测速原理4软件系统设计软件设计一般涵盖编程语言的合理选择以及算法设计等相关内容。对于单片机而言，其所涉及到的编程语言，不单单为常规的汇编语言，还涉及到某些高级语言，例如：C语言以及BASIC语言等。若选择汇编语言，则无需耗费过大的内存容量，即可达到相对较高的实时
34、性；然而，这种语言的编程过程相对繁琐，不利于修改，故而仅仅适用于常规场合。与之相比的是，C语言等一系列高级语言，通常含有各种类型的库函数，并且编程过程相对简单，程序可读性极高，有助于后期进行修改。在此次设计中，不仅应当设计某特定的主函数，而且应当设计按键处理子程序以及相应的显示程序等，故而需要保持良好的协调性。4.1主程序的设计对于主程序而言，其旨在实现多样化可编程芯片的初始化任务，与此同时，还负责键盘各项参数的基础设置。本文在此部分重点选择模块化的基本方式，借助于if语句的作用，针对单片机当中所含的P1口，呈现出的真实状态进行跟踪扫描与合理判断。当成功按键之后，仅需延时消抖，即可依次调用某特
35、定的子程序。本文所设计的主程序，重点涵盖定时器初始化以及相应的外部中断服务程序等，其中，定时器初始化，主要选择了两个定时计数器的工作方式和中断标志位的分别定义。T0定时器服务子程序，首先赋予定时器初值大小，并且在定时器的基础上产生PWM脉冲，并且在定时周期内计算出电机转速的实际值。采样电流的处理程序主要对电流进行AD转换并且计算出电流的值传送给P0口，输出并显示。其中两个定时器中断主要是来控制产生PWM脉冲，从而通过控制定时计数器的初值的变化来实现占空比的变化以达到要求。 按键子程序流程图 主程序流程图4.2电机驱动程序对于L298N控制电机而言，其中所涉及的驱动电机，在进行正常运转的过程当中
36、，一般遵循下述基本方案：（1）借助于控制端子IN3以及相应IN4所呈现出的高低电平状态，针对电机在当前时期的速度变化情况，进行相对精准的控制；并通过ENB端口输出实时速度。若两个端子所表现出的电平状态完全一致，电机将会急停。（2）借助于控制端子IN3的作用，针对电机在当前时期的转动方向，进行科学合理的控制；并借助于控制端子IN4的作用，针对电机在当前时期的速度变化情况，进行相对精准的控制。若其处于高电平的状态下，则电机将会正常运转，反之则停止。通过综合考量，本文决定选择后者，这是由于，第二种方案表现出良好的独立性，并且相对简洁，容易编写。具体控制思路如下： 基于针对T0,T1定时器进行科学有效
37、的把控，将可跟踪调整PWM波形的占空比，从而借助于ENA的作用，调整电机的运行状态。在此过程中，本文旨在利用L298N对电机的运转过程进行持续驱动，并且基于IN3、IN4以及ENB等相关端口，对其予以相应的控制。如果在的情况下，则电机将保持正转； 如果在的情况下，则电机将保持反转；当ENB =1，端口输出的PWM波形发生变化时则分别high 和low 来控制电机的加减速;当IN3=IN4时， 则电机急停。当位于L298N当中，负载直流电机即位于OUT3及其OUT4的连接处，借助于相关霍尔器件的作用，针对其所表现出的实际速度，进行相对深入的细致计算，并跟踪采集，以此来求出当前转速，并将其传递至单
38、片机I/O口，通过显示屏进行展现。4.3 PWM波程序的设计PWM波形在形成时，一般依赖于定时作用，其中，T0旨在针对电机维持高电平状态的具体时间，进行科学有效的把控。与此同时，T1旨在针对电机维持低电平状态的具体时间，进行科学合理的把控。在此次设计过程中，旨在选用16位的定时/计数器，其中，计数器旨在包含位以及位。首先，将某数据设定为初值；其次，将上述两个计数器参数均自初值起，逐步加1来实现计数，直至达到溢出状态为止。在此之后，需要重新设定初值。在此次设计过程中，T1的初值为0即满占空的低电平，同时T2的初值为65536高电平为0。在此过程中，中断标志位EA持续保持开启状态，借助于T0以及T
39、1的作用，将能输出PWM方波。如果提高T0的初值，则在此情况下，高电平所表现出的占空比将会持续降低，并同时伴随着转速的降低。与此同时，如果提高T1的初值，则在此情况下，低电平所表现出的占空比将会持续降低，并伴随着转速的攀升。4.4 PWM波程序的设计在对按键功能进行编写时，有两种方法非别是扫描法和查询法。本次设计旨在通过扫描的基本方式，借助于if语句的作用，依次针对单片机所含有的若干I/O口，进行恰当合理的查询，如果出现P1.0=0的情况，则意味着电机已经正转；如果出现P1.1=0的情况下，则意味着电机已经反转；如果出现P1.3=0的情况，则意味着电机正在加速；如果出现P1.5=0的情况，则意
40、味着电机正在减速；如果出现P1.7=0的情况，则意味着电机处于急停状态。群4.5 LCD1602的显示程序LCD显示控制应当优先为等若干引脚，设定相应的高低电平状态，其次，针对一系列数据输入口，依次进行精准的赋值，以达到功能的实现。故而需要inputcom、函数，依次实现LCD写指令等对应功能，并借助于延时程序的作用，针对LCD的当前显示状态，进行恰当的判断。4.6 测速程序的设计基于某特定的周期当中，借助于霍尔数脉冲的作用来实现计数，并将所得结果移送至1602进行展现。首先，将霍尔元件当中所含有的输出口，和本文采用的单片机所涉及的外部中断0，进行紧密结合，周期性转动将会使得脉冲产生电平状态的
41、实时改变，并以此来触发外部中断，此时将可以计数，并显示于LCD1602当中。4.7 中断程序的设计对于整体程序而言，其在实际运行的过程中，为有效预防由于电流过大而导致的芯片损毁现象的发生，本文旨在借助于外部中断的基本方式作用，来尽可能保护系统。通过综合考量，本文决定借助于senseB管脚，负责流经电阻以此来针对某特定电流进行采样。与此同时，将已经成功采集的相关模拟量，通过AD0809进行相应的转化，以此来形成数字量，并即刻显示出来。5系统功能调试5.1调用软件的介绍Proteus软件的实质为尤为典型的EDA工具软件之一。其不仅表现出良好的仿真功能，而且可以针对单片机及其相应的外围器件，进行科学
42、有效的仿真。虽然其在中国尚未实现大规模应用，然而依然受到诸多学者的热衷研究。其自原理分布图起，直至外围电路均可实现仿真，并且能够直接切换至核心的PCB设计。除此之外，其还能支持IAR、Keil等各种类型的编译方式。对于Proteus而言，其重点涵盖ISIS以及ARES两大基本内容。其中，ISIS旨在实现原理图的基础设计等工作，此外，ARES旨在负责印制电路板的细致设计。值得一提的是，Proteus可以提供高达30个元器件库，其中涉及到上千类型的元器件，主要包含数字电路以及交流电路等各类电路，能够实现模拟电路仿真以及单片机仿真等各项基本功能。5.2调用软件的介绍（1）新建或开发项目。此类项目需要
43、设置Target以及Device。（2）基于现有的项目，添设相应的程序文件。在此过程中，可以将现有的程序文件，径直融于当前的项目当中，也可以借助于File菜单当中存在的New指令，积极构建出新档案，并将附属名称设定为“*.c”。 （3）编译、修改程序。双击已经成功纳入至当前项目的相关文件，将可进行编译。而对于并未成功纳入至当前项目的相关文件，应当首先执行File/Open菜单指令，才可进行编辑。 （4）编译与链接。 （5）调试与在线仿真。当结束编译后，可能会跳出错误提示，此时应当基于提示进行恰当修改，直到没有任何出错信息，然后可以和proteus联调进行仿真。5.3直流电机当进行调速时，按下某
44、种特性的键，即可实现某种功能。例如：当按下加速键，电机将即刻加速；按下转向键，电机即可实现正反转；按下急停键，电机即可迅速急停。5.4电机速度测量和仿真为直观将电机转速呈现于操作者面前，操作者可借助于显示屏的直观展现作用，跟踪调整电机当前的实际转速，此举还能验证该电机是否保持良好的转速稳定性，如果数值长期保持基本恒定，则意味着该电机在实际工作过程当中极为稳定；反之则意味着该电机的运行稳定性还有待于进一步提高。5.5软件调试的方法软件调试是一种对于软件程度错误一种测验方法，通过测验，我们可以发现编程的语法和逻辑错误，然后不断验证和修正直至程序编程正确为止。（1） 首先，进行单步以及断点，其次，再
45、保持连续。通常情况下，当进行单步运行的过程中，将能针对存在于程序当中的全部指令，在当前时期的实际执行状态，进行相对直观的观察，以此来判定错误点。需要注意的是，如果研究对象为极为冗长的程序，必须细分为若干程序段，才能进行调试。（2） 首先，保持独立；其次，再进行联合。通常情况下，当针对软件进行实际设计的过程中，可以借助于模块化结构的作用，来实现相对深入的细致设计。故而应当针对若干软件模块，进行相对独立的一系列仿真调试。此后再进行联调，从而有效解决该过程的逻辑错误。综合调试：软硬件完成后，还要进行综合调试。对于单片机应用系统而言，大多数程序模块的运行都依赖于硬件，没有相应的硬件支持，软件也将无法实
46、现其功能。6结论自从选了电机调速控制系统的设计这个课题以来，我通过查阅相关的资料了解了PWM直流电机调速系统，更加深入的掌握电机调速控制系统所涉及的基础知识。我们小组本次设计是利用单片机对直流调速控制做了设计，采用了PWM控制技术。由于PMW具有很强的抗噪性，操作简单，可控性好，对本次设计起到很大的帮助。本次设计首先从原理图开始，电路板的焊接到写课程设计论文，在此过程中，本人也曾遇到一系列亟待解决的根本问题。例如：小组成员分工不明确，程序大家都不熟悉等。这次课程设计给我最大的体会就是有很多东西如果不是自己亲自动手，只在书本上是学不到的，设计初期要认真规划设计，否则后期会带来很多麻烦，浪费很多无用的时间，所以做事情一定要细心，更要耐心，遇到问题要慢慢去检查，然后仔细分析后再解决；除此之外，还要有合作精神，注重团队合作，和合作者一起做，相互配合，在设计过程多交流，很多难点的突破都来自于与同学的交流，交流使自己获得更多信息，开拓了思路，这样很多事情就成了。通过次毕业设计，我们运用了许多以前专业课上所学的理论都应用到了实践中，如：单片机程序设计、PWM调速技术、Proteus软件的使用等。在这过程遇到了许多困难，在解决的过程中了解许多专业方便的知识，加深了自己对理论知识的理解。