1、摘 要隨著時代的進步和科技的發展，電機調速系統在工農業生產、交通運輸以及日常生活中起著越來越重要的作用。直流電機是通過兩個磁場的相互作用而發生旋轉的。定子通過永磁體或受激勵電磁鐵產生一個固定磁場，轉子由一系列繞組和導磁材料構成，電流通過每個繞組時都會產生磁場。對有刷直流電機而言，轉子上的換向器和定子上的電刷在電機旋轉時為每個繞組供給電能。通電轉子繞組與定子磁體有相反的極性，通過相互吸引而產生轉矩使轉子轉動。電機的速度與施加的電壓成正比，轉矩則與電流成正比。對直流電機的控制是一個挑戰，因為必須在工作期間改變直流電機的速度。使直流電機高效運行最常用的的方法是施加一個PWM（脈寬調制）方波，其通斷比

2、率對應于所需的速度。電機起到一個低通濾波器的作用，它將PWM的信號轉換為有效直流電平。本次實訓采用STC89C52單片機與L298N驅動芯片驅動直流電機工作，單片機控制的直流脈沖（PWM）調速及旋轉方向控制系統，并且詳細論述了該系統的控制方法、結構、參數設計、程序設計等方面的問題。該系統結構簡單，調速性能好，性能價格比高，真正實現了直流電機調速系統及旋轉方向的控制。關鍵詞：直流電機；STC89C52單片機； L298N驅動電路AbstractWith the progress of the times and the development of science and technology,

3、 motor speed control system in the industrial and agricultural production, transportation and daily life plays an increasingly important role in. DC motor is accomplished by a two magnetic field interactions which occur rotation. The stator by permanent magnets or stimulated the electromagnet produc

4、es a fixed magnetic field, the rotor is composed of a series of winding and the magnetic materials formed, the current through each winding will generate a magnetic field. The brush DC motor, rotor and stator of the commutator brush in the motor rotates for each winding supplies electrical energy. E

5、nergized rotor winding and the stator magnets have opposite polarity, through attraction to produce torque rotating the rotor. The speed of the motor and the applied voltage is proportional to the torque is proportional to the current, and the. For the DC motor control is a challenge, because must b

6、e at work during changing the speed of DC motor. The DC motor is the efficient operation of most commonly used method is applied to a PWM ( pulse width modulation ) square wave, the on-off ratio corresponding to the desired speed. The motor has a low pass filter function, it will PWM signal is conve

7、rted to an effective level.The design of STC89C52 monolithic integrated circuits to control the PID the direct pulse （PWM ） machinery velocity modulation system, and elaborated on the system of control methods, structure and design, the application design problems. the system simple and good perform

8、ance machinery velocity modulation prices are high, really to direct the electrical machinery velocity modulation control system of high-precision.Key words：monolithic integrated circuits, a direct motor, machinery velocity modulation system引言41 系統硬件介紹41.1硬件主控芯片概述及功能介紹41.1.1 STC89C52單片機主控制電路圖41.1.2

9、L298N直流電機的專用驅動器51.2 硬件電路設計71.2.1 顯示電路的設計71.2.2 鍵盤電路的設計7電機驅動電路的設計82 系統軟件設計91.1 設計要求91.2 總體設計方案9設計思路91.2.2 方案論證與設計91.2.3 系統組成93 硬件制作、調試與軟件103.1 系統PCB板的設計103.2 系統硬件調試113.3 主控程序114 實訓心得體會11謝辭14參考文獻15附錄A：17附錄B：18附錄C：23附錄D：24引言隨著時代的進步和科技的發展，電機調速系統在工農業生產、交通運輸以及日常生活中起著越來越重要的作用.由于直流電動機具有優良的起、制動性能，宜與在廣泛范圍內平滑調

10、速。在軋鋼機、礦井卷機、挖掘機、金屬切削機床、造紙機、高層電梯等領域中得到廣泛應用。長期以來，由于直流調速系統的性能指標優于交流調速系統。沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。PWM控制技術就是以該結論為理論基礎，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規則對各脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。PWM控制技術以其控制簡單、靈活和動態響應好的優點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式，也是人們研究的熱點。本設計就是利用這種控制方式來改變電壓的占空比實現直流電機速度的控制。1 系

11、統硬件介紹1.1硬件主控芯片概述及功能介紹1.1.1 STC89C52單片機主控制電路圖STC89C52芯片介紹：該芯片是基本型的低功耗8位CMOS微處理器，提供串口程序下載口。有如下特點：256字節的RAM；4KB的ROM；32個通用I/O口線；為用戶提供了豐富的I/O口資源；32個通用工作寄存器；2個定時器/計數器；具有6個中斷源；4.05.5V的工作電壓；1000次可重復擦寫周期等。STC89C52的內核和AT51系列單片機一樣，故引腳也相同。引腳說明：第40引腳：（VCC）VCC正常操作、接+5V電源第20引腳：（VSS）GND接地。第3239引腳：(P0.0P0.7)：作為A/D轉換

12、器的模擬輸入端，為8位雙向I/O口。第0108引腳：(P1.0P1.7)：8位雙向I/O口。第2128引腳：(P2.0P2.7)：8位雙向I/O口。第1017引腳：(P3.0P3.7)：8位雙向I/O口。第09引腳：RST復位輸入引腳。第18引腳：XTAL1反向振蕩放大器與片內時鐘操作電路的輸入端。第19引腳：XTAL2反向振蕩放大器的輸出端。第30引腳：ALE地址鎖存允許信號輸出。第31引腳：EA片外程序存儲器選用端。第299引腳：PSEN：片外程序存儲器讀選通信號輸出端。P3口第二功能定義引腳第二功能P3.0RXD 串行口輸入端P3.1TXD 串行口輸出端P3.2INT0 外部中斷0請求輸

13、入端，低電平有效P3.3INT1 外部中斷1請求輸入端，低電平有效P3.4T0 定時|計數器0計數脈沖輸入端P3.5T1 定時|計數器1計數脈沖輸入端P3.6WR 外部數據存儲器及I/O口寫選通信號輸出端，低電平有效P3.7RD 外部數據存儲器及I/O口讀選通信號輸出端，低電平有效注：引腳功能前加“”，說明其是低電平有效。圖1 STC89C52單片機主控制電路圖1.1.2 L298N直流電機的專用驅動器L298N是直流電機的專用驅動器，內部包含4通道邏輯驅動電路，即二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機。當驅動直流電機時，可以直接控制兩路

14、電機，并可以實現電機正轉與反轉，實現此功能只需改變輸入端的邏輯電平。其引腳排列如圖2所示：圖2 L298N直流電機的專用驅動器正常使用L298N驅動直流電機時：第1腳（SENSING A）和15腳（SENSING B）。第8腳（GND）接地。第9腳（VSS）接+5V電供芯片使用。第4腳（VS）接+12V電供驅動電機使用，因此通往4腳的都是大電流電源。第4和9腳要通過一瓷片電容接地，以便排除交流干擾。L298N可驅動2個電機：第2腳和3腳（OUTl、OUT2）、第13腳和14腳（OUT3、OUT4）之間分別接2個電動機。第5腳（IN1）和7腳（IN2）、第10腳（IN3）和12腳（IN4）接輸入

15、控制電平，控制電機1、2的正反轉，ENA，ENB接控制使能端，控制兩個電機的停轉。注：IN1IN4引腳、EN A、EN B全部要接上拉電阻。本次實訓采用專用芯片 L298N 作為電機驅動芯片且只驅動一個電機。L298N 是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片，它相應頻率高，帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅動，操作方便，穩定性好，性能優良。L298N的邏輯功能如表1所列ENA(B)IN 1 (IN 3)IN 2 (IN 4)電機狀態HHL正轉HLH反轉HHH剎車停止LXX自己停止表11.2 硬件電路設計1.2.1 顯示電路的設計該部分采用LED（發光二極管）顯示模塊，是一種固態的半導體器件，它可

16、以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。LED是一種價格較便宜,節能環保的顯示器件。單片機可通過寫控制字的方式輸出高低電平來實現對LED亮滅

17、的控制。圖 3 LED 顯示電路1.2.2 鍵盤電路的設計鍵盤電路采用行式鍵盤電路。圖 4 鍵盤電路的設計1.2.3電機驅動電路的設計圖5 電機驅動電路工作原理簡述如下：1、當IN1=1,IN2=0：則OUT1=1, OUT2=0,于是電流i流經電機M的路徑為：VSàL298Nà OUT1àMOTORà OUT2à地，電機正轉,此時綠燈亮，燈的亮度變化表示速度的快慢，速度越快則等越亮，越慢則燈越暗，電機停止時則燈滅。2、當IN1=0,IN2=1：則OUT1=0, OUT2=1,于是電流i流經電機M的路徑為：VSàL298Nà

18、 OUT2àMOTORà OUT1à地，電機反轉,此時黃燈亮，燈的亮度變化表示速度的快慢，速度越快則等越亮，越慢則燈越暗，電機停止時則燈滅。2 系統軟件設計1.1 設計要求要求：1、利用L298N芯片設計并制作一個直流電機控制電路； 2、控制直流電機的啟動和停止；3、控制直流電機的正轉和反轉；4、控制直流電機的轉動速度由按鍵開關控制。1.2 總體設計方案 設計思路要求設計一個直流電機的驅動電路，系統可以分為控制部分和顯示部分。設計中采用STC89C52芯片為主控制核心，鍵盤為控制部分，顯示部分采用LED顯示直流電機的正反轉、加減速。通過單片機軟件產生PWM波來控制

19、電機，經過電路，實現電機轉向控制和速度的實時調節。1.2.2 方案論證與設計1 系統控制設計方案論證與選擇 方案一：采用MCS-51系列的單片機和專用的PWM芯片及外部D/A轉換電路，同時結合PID算法實現實時控制。 方案二：直接采用STC89C52單片機由軟件產生脈沖調制信號，經過PID算法，來對電機進行控制。 系統要求比較簡單，考慮性價比上，所以采用STC89C52單片機芯片，來對電機進行控制。2 電機控制電路的設計 方案一：采用專用電機控制集成芯片來控制電機轉動，該方案電路簡單、可靠。 方案二：直接采用四個三極管搭成H型橋式電路來控制電機的轉動。 系統驅動電機采用小電機，考慮性價比上，采

20、用專用電機控制集成芯片L289N來控制電機轉動。3 鍵盤電路的設計 由于系統要求功能簡單，所以直接采用行式鍵盤進行控制。鍵盤用來輸入啟動、停止；正轉、反轉；加速、減速信號和設定的速度值。4 顯示電路的設計 顯示電路采用LED進行對啟動、停止；正轉、反轉；加速、減速的狀態顯示。1.2.3 系統組成 經過比較與論證，最終確定的系統組成框圖如圖1所示，其中采用STC89C52為主控制芯片，采用L298 N進行對直流電機的驅動，顯示電路采用LED顯示，鍵盤控制電路和電機控制電路。圖6 系統組成框圖3 硬件制作、調試與軟件3.1 系統PCB板的設計PCB即印刷電路板，是電子電路的承載體。在現代電子產品中

21、，幾乎都要使用PCB。PCB板的設計是電路設計的最后一個環節，也是對原理電路的再設計。因此PCB板的設計是理論設計到實際應用一個十分重要的內容。印制電路板(PCB)是電子產品中電路元件和器件的支撐件它提供電路元件和器件之間的電氣連接。PCB設計的好壞對抗干擾能力影響很大因此，在進行PCB設計時必須遵守印制電路板設計原則和抗干擾措施的一般原則，并應符合抗干擾設計的要求。本次設計采用Altium公司PROTEL系列設計完成SCH到PCB的設計，并且手工完成電路焊接以及整機的裝配。采用Proteus軟件下載程序仿真調試，Proteus軟件仿真圖：圖8 Proteus軟件仿真電路3.2 系統硬件調試本

22、系統的硬件調試分為以下階段進行調試：（1）對每一塊加工好的印刷電路板要仔細的檢查，檢查它的印制線是否斷線，是否有毛刺，是否與其他印制線或焊盤或過孔粘連，焊盤是否脫落，過孔是否有未金屬化等現象，查出的故障及時排除。然后用萬用表復核認為可疑的連接線或接點，檢查它們的通斷狀態是否與設計規格相符。再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現象并排除。最后，加電檢查，加電過程中細心觀察芯片或器件是否出現打火、過熱、變色、冒煙和異味等現象，如有，立即斷電檢查。（2）將程序燒入STC89C52芯片，分別接上電源，觀察電源顯示燈是否亮，并觀察電機是否轉動，若轉動則用行列式開關來控電機的正反轉，加速，減速等功能是否實

23、現。若沒有實現功能則看是電路原因還是軟件程序的原因。3.3 主控程序程序流程圖：YNNNNYYYNY系統初始化主控程序方向控制按鍵0？開始加速控制按鍵0？減速控制按鍵0？停止或啟動控制按鍵0？定時計數器T0溢出？取反控制方向位加速減速停止/啟動消去TF0，重裝初值圖7 控制流程圖程序中幾個關鍵的寄存器的意義：1.TCNT0：定時器計數值，定時過程中不斷增大，溢出后重新置數，開始下一輪。 2.OCR0：定時器比較的值，當TCNT0 OCR0時，會產生timer0_comp_isr中斷。 3.TCCR0：控制timer0的寄存器。4.TIMSK：定時器中斷選項，這里允許timer0比較中斷，溢出中

24、斷。 5.預分頻器：預分頻器是獨立運行的。也就是說，其操作獨立于T/C 的時鐘選擇邏輯，且它由T/C1 與 T/C0 共享。由于預分頻器不受T/C 時鐘選擇的影響，預分頻器的狀態需要包含預分頻時鐘 被用到何處這樣的信息。一個典型的例子發生在定時器使能并由預分頻器驅動(6 > CSn2:0 > 1)的時候：從計時器使能到第一次開始計數可能花費 1 到N+1個系統時鐘周期， 其中N 等于預分頻因子(8、64、256 或1024)。 PWM的工作流程：1.初始化，定時器開始工作，TCNT0逐漸增大，在預分頻這么多個時鐘周期里變化一次。 2.輸出比較寄存器包含一個8 位的數據，不間斷地與計

25、數器數值TCNT0 進行比較。匹配事件可以用來產生輸出比較中斷，或者用來在OC0 引腳上產生波形。 3.TCNT0溢出，溢出中斷用于在OC0上產生波形，置位或者清零。 4.TCNT0復位，進行下一次定時操作。 PWM的占空比：調節PWM的占空比，只需要用程序更改OCR0的值即可，根據不同的情況，可能是增加也可能是減小。注意：因為Timer2是異步控制器，使用Timer2時，調節OCR2需要等待寄存器更新完成才能進行其他操作。4 實訓心得體會本次實訓設計使我對直流電機控制電路的設計與制作有所了解，盡管以前沒有接觸過，但都是通過查找資料大體了解了直流電機設計的大體思路。通過這次實訓了解到直流電機的

26、主要特點是：體積小，重量輕，效率高；改變輸入電壓就可以改變電機的轉速，因此可以用降低電壓的方法獲得較低轉速，可以用升高電壓的方法獲得較高的轉速；電機可以順時針轉動，也可以逆時針轉動，只要改變輸入端接線的極性，就可以改變直流電機的轉通過本次實訓使我對單片機的應用有了更深入的了解，對一個系統的設計要如何入手有了更加深刻的體會。同時，對PCB的畫圖更熟悉了些。在設計過程中，我是在和其他做同樣的實訓題目的同學討論而完成的。遇到了一些問題，在繪制PCB圖時我將封裝畫錯了，將板子腐蝕好也轉好孔了，但是元件無法放置，后經過修改才做出實物；硬件調試時由于電源供電不足，電機無法轉動。開始以為是電路或是元器件焊接

27、錯誤，經過一一排查發現是電源供電不足。對于女孩子編程無疑使最大的難題，但是通過其他同學的幫助，最終完成程序編寫。通過本次設計，還讓我認識到了理論和實踐的差距，同時發現自己的動手能力需要加強。有了理論的基礎實踐起來才會方便，但是，實踐是要求有一定的經驗和靈活的應變能力。通過本次實訓充分調動了我對電子知識學習的積極性，鍛煉了我的動手能力，知道了有時候要敢下手才能出成果，也學到了很多書本上沒有的東西。在網上查找相關的資料，并從眾多資料中篩選出對自己有用的東西，真正鍛煉了我們的自學能力。雖然起初感覺有點無從下手，但后來慢慢就變得得心應手了。由于個人能力有限，在本次實訓設計中難免會有不足之處，只完成了基

28、礎部分，在此懇請老師悉心指正。謝 辭首先，感謝應用科技學院為我們電子信息工程學生提供了一次實訓學習的平臺。為學生提供所需的電子元件，為能夠成功完成這次實訓創造了很好的條件。同樣要感謝老師，老師們輪流值班，為學生提供幫助；在本學期的實驗課上和整個實訓過程中對我們嚴格要求，耐心地、專業地指導，反復為我們講解要點，給與我們極大的啟發、幫助以及鼓勵，使我們順利的完成了每次實驗課程以及這次的實訓。老師們認真的態度，使我們認識到了工作態度是決定整個實訓成敗的關鍵所在，只有在好的心態的基礎上才能做出好的作品。這些都將會是我們終生收益的財富。衷心感謝在實訓期間在實驗室值班的熱心幫助過我的學長學姐以及同學，電科

29、的技術能手，還有參加本次實訓的全體同仁。參考文獻1、王賢勇、趙傳申 .單片機原理及接口技術.應用教程. 北京：清華大學大學出版社，20102、龍威林、胡山 .單片機應用入門. 北京：化學工業版社，20083、馬潮. 單片機原理與程序設計實驗教程. 西安：西安電子科技大學出版社，20074、劉坤、高征紅. Protel 99 SE電路設計實例教程.北京：清華大學大學出版社，20085、網站：.cn6、網站：7、網站：8、（電子工程師之家）附錄A：Bill of Material for 直流電機（元件清單）：Used Part Type Designator Footprint = = = =

30、1 +5V/DC J4 SIP2 1 +12V/DC J8 SIP4 2 -BAT J6 J7 SIP3 7 1K R6 R7 R8 AXIAL0.3 R9 R11 R12 R28 1 1uF/25V C1 RB.2/.4 1 2K R29 AXIAL0.3 1 8.2k R10 AXIAL0.3 1 8X1k J1 SIP9 1 12M Y1 CRYSTAL 2 30P C2 C3 RAD0.1 1 100nF C5 RAD0.2 5 104 C4 C7 C8 RAD0.2 C9 C10 1 220uF C6 RB.2/.4 1 Add S6 SW-PB2 1 Dec S5 SW-PB2 1

31、 Fan S3 SW-PB2 1 GREEN D6 LED 1 L298N IC2 ZIP-15H 1 MOTOR J2 SIP2 2 RED D7 D8 LED 1 RES S8 SW-PB2 1 STC89C52 IC1 DIP40 1 Start S1 SW-PB2 1 Stop S2 SW-PB2 1 USB J5 SIP4 1 YELLOW D5 LED 1 Zheng S4 SW-PB2 1 xiazai J3 SIP8 附錄B：程序代碼如下：#include<REG51.H> #define TH0_TL0 (65536-1000)/設定中斷的間隔時長 unsigne

32、d char count0 = 0; unsigned char count1 = 0; bit Flag = 1;/電機正反轉標志位,1正轉，0反轉 sbit Key_add=P20; /電機加速 sbit Key_dec=P21; /電機減速 sbit Key_turn=P22; /電機換向(正轉或反轉) sbit Ting=P23; /電機停止sbit Qi=P24; /電機重新啟動sbit ENA=P02; /電機使能端，高電平有效sbit PWM1=P00; /PWM 通道 1 sbit PWM2=P01 /PWM 通道 2 unsigned char Time_delay; /函數

33、聲明 void Delay(unsigned char x); void Motor_speed_high(void); void Motor_speed_low(void); void Motor_turn(void); void Timer0_init(void); /*/ void Delay(unsigned char x)/延時處理 Time_delay = x; while(Time_delay != 0); /*/ void Timer0_int(void) interrupt 1 using 1/定時0中斷處理 TR0 = 0; TL0 += (TH0_TL0 + 9) % 256; TH0 += (TH0_TL0 + 9) / 256 + (char)CY; TR0 = 1; if(Time_