1、51單片機直流電機控制系統畢業論文.txt心是自己的，干嘛總被別人傷.沒有傘的孩子必須努力奔跑敷衍旳青春總昰想太多怨，只怨現實太現實為什么在一起要兩個人的同意丶而分手只需要一個人 本文由bigpanda20088貢獻 doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 摘要 當今，自動化控制系統已經在各行各業得到了廣泛的應用和發展，而直流 驅動控制作為電氣傳動的主流在現代化生產中起著主要作用。長期以來，直流電 動機因其轉速調節比較靈活，方法簡單，易于大范圍平滑調速，控制性能好等特 點，一直在傳動領域占有統治地位。它廣泛應用于數控機床、工業機器人等工廠 自動化設

2、備中。隨著現代化生產規模的不斷擴大，各個行業對直流電機的需求愈 益增大，并對其性能提出了更高的要求。為此，研究并制造高性能、高可靠性的 直流電機控制系統有著十分重要的現實意義。 本文設計開發了一套基于單片機的直流電機多速控制器， 作為其配套的 試驗裝置。論文根據系統的要求完成了整體方案設計和系統選型，針對所設計的 控制方案對控制系統的軟、硬件設計作了詳細論述。硬件部分先作了整體設計， 然后介紹了以 AT89S52 單片機為核心的硬件構成，對調速電路、測量電路、閉 環檢測電路和顯示電路等作了詳細闡述;軟件部分采用模塊化設計思想，編制了 各個模塊的流程圖。論述了軟件的設計思想和方法;實現了對直流電

3、動機轉動參 數的設置、啟動、停止、加速、減速、正轉、反轉和顯示等功能。利用 AT89S52 芯片進行低成本直流電動機控制系統的設計， 能夠簡化系統構成、 降低系統成本、 增強系統性能、滿足更多應用場合的需要。 針對直流電機運行環境惡劣、干擾嚴重的特點，從系統的硬件設計、軟件 設計等多方面進行抗干擾的綜合考慮， 并利用多種軟件和硬件技術來提高和改善 系統的抗干擾能力，有效地提高了系統的可靠性和實用性。運行結果表明，系統 實現了電機的高精度多速度控制，達到了性能指標要求。 Abstract Nowadays，automatic control systems have been widely us

4、ed and developed in every aspect of life. As the artery in the area of electric drive systems, DC drivers become more and more important modern production. For a long time, DC motor has possessed the main role in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and smooth t

5、iming in a wide range,besides,its control performance is excellent. DC motor is widely used on the automatic equipments ,such as CNC and industrial robot. As the scale of production becomes larger and larger the demand and requirements become higher and higher,so the research on improving the DC con

6、trolling system behavior has important sense. This paper system of DC motor multiple speeds based on STCMCU is designed,as its necessary test equipment. It finished the total project design of system and model selection. The hardware and software design of the system according to the preceding solut

7、ions are discussed detailed. For the hardware part after a dissertation on the whole design，the core hardware of the control system is the STCMCU,the paper introduced the details of some hardware problem，including input circuit of keyboard， serial communication circuit, measure circuit, D/A switchin

8、g circuit and display circuit and so on. The method of software planning for it is also discussed. For the software part，with the introduction of modular design concept some procedure flow charts of main program subroutine are offered. The paper designs the software which achieves the functions，such

9、 as install parameters, download parameters，startup stop accelerate and decelerate. This new family of STC enables costeffective design of controllers for DC motors which can fulfill more conditions，consisting of Fewer system components, lower system cost and increased performances. Aiming at the ch

10、aracteristic of bed environment and serious disturbance，many Kinds of software and hardware technology are applied 2 to improve systematic Antiinterference ability，which comprehensively improve systematic dependability and practicability. It has been proved by experiments that this system can make t

11、he high precise and multiple speed motor control come true. Stepping out the performance index is realized. Now this system has been put into experiment. 關鍵字 AT89S52，PWM，電機控制 電機控制 代做本論文畢業設計實物。 代做專科、本科各個專業畢業論文。 代做電子、機械類專業畢業設計。 完全按照畢業設計指導書做，指導畢業答辯。 淘寶交易： QQ: 3 引 言 直流電機因具有良好的線性調速特性、效率高、控制簡單、調速性能好及體 積小等

12、優點得到了廣泛使用。常規電機調速控制方法中，電機工作不穩定,損耗 較大,尤其在低電壓輕負荷時情況更為嚴重，且工作頻率受電源頻率的限制, 難 以滿足高精度的調速要求，不利于廣泛推廣。如何才能使電路具有成本低、控制 精度高、調試修改參數方便，且能方便和靈活地適用于大功率、可靠性高的直流 電機控制系統中,是我們研究的目的。 第一章 設計方案比較與分析 電機調速控制模塊： 一、 電機調速控制模塊： 方案一：采用電阻網絡或數字電位器調整電動機的分壓，從而達到調速的 目的。但是電阻網絡只能實現有級調速，而數字電阻的元器件價格比較昂貴。 更主要的問題在于一般電動機的電阻很小， 但電流很大； 分壓不僅會降低效

13、率， 而且實現很困難。 方案二：采用繼電器對電動機的開或關進行控制，通過開關的切換對小車的 速度進行調整。這個方案的優點是電路較為簡單，缺點是繼電器的響應時間慢、 機械結構易損壞、壽命較短、可靠性不高。 方案三：采用集成芯片 L298N 。L298N 是 SGS(通標標準技術服務有限公司) 公司的產品，內部包含 4 通道邏輯驅動電路。是一種二相和四相電機的專用驅動 器，即內含二個 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。其有控制精度高、穩定性好、響應速度快等優 點，使用它和 PWM 技術可控制驅動電流大小以達到電機速度的調整。 4

14、 兼于方案三調速特性優良、調整平滑、調速范圍廣、過載能力大，因此本設 計采用方案三。 二 、電機測速模塊 方案一：使用霍爾傳感器。霍爾傳感器是利用霍爾效應實現磁電轉換的一 種傳感器，它具有靈敏度高，線性度好，穩定性高、體積小和耐高溫等特點，在 機車控制系統中占有非常重要的地位。對測速裝置的要求是分辨能力強、高精度 和盡可能短的檢測時間。其對硬件電路要求也要高。 方案二：使用光電碼盤。光電碼盤是由光學玻璃制成，在上面刻有許多 同心碼道，每個碼道上都有按一定規律排列的透光和不透光部分。工作時， 光投射在碼盤上，碼盤隨運動物體一起旋轉，透過亮區的光經過狹縫后由光 敏元件接受，光敏元件的排列與碼道一一

15、對應，對于亮區和暗區的光敏元件 輸出的信號，前者為“1”，后者為“0”，當碼盤旋轉在不同位置時，光敏元件 輸出信號的組合反映出一定規律的數字量，代表了碼盤軸的角位移。但其使 用較麻煩，準確度與反應速度不高。對軟件方面要求也高。 方案三：使用光電開關 GK105。光電開關（光電傳感器）是光電接近開關 的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢 測物體有無的。如下圖。 GK105 的標準用法，A 端 1K、C 端 10K。接上電路 AT89S52 檢測到光電管的狀態變化， 得到信號。 使用它不僅電路簡 單，且很實用，反應快，準確度高。 兼于方案三測速性能優良、價格便宜、

16、調速范圍廣、使用簡單，因此本設 計采用方案三。 5 三 、 電機速度顯示模塊 方 案 一 ： 使 用 數 碼 管 。 數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼 管，八段數碼管比七段數碼管多一個發光二極管單元（多一個小數點顯示） ； 按能顯示多少個“8”可分為 1 位、2 位、4 位等等數碼管；按發光二極管單元 連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。由于本電路要求。要 4 位一體 的數碼管才行，但其硬件電路復雜，且只能顯示單純的數字，不能顯示電機 運轉狀態。 方案二 :使用液晶 LCD1602.1602 是能顯示 2 行，每行 16 個字符， 字符包括英文字符及阿拉伯數字。但其不能顯示漢字。 方案

17、三 ：使用液晶 12864. 帶中文字庫的 128X64 是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫 的點陣圖形液晶顯示模塊； 其顯示分辨率為 128×64, 內置 8192 個 16*16 點漢字， 和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、 方便的操作 指令，可構成全中文人機交互圖形界面。可以顯示 8×4 行 16×16 點陣的漢字. 也 可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方 案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比， 不論硬件電路結

18、構或顯示程序都要簡 潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。 兼于方案三顯示性能優良、價格適中、使用范圍廣、使用簡單，因此本設計 采用方案三。 6 第三章 系統分析與設計 一、 系統的硬件電路設計與分析 1、電機轉速控制 、 1.1 控制方法及分析 直流電動機轉速的控制方法可分為兩類，即勵磁控制法與電樞電壓控制法。 勵磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小，但低速時受到磁飽和的限制，高速時 受到換向火花和換向器結構強度的限制;而且由于勵磁線圈電感較大，動態響應 較差。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調速的電樞電壓控制法。調節電阻 r 即可改變端電壓，達到調速目的。但這種傳統的調壓調

19、速方法效率低。現在一 般采用脈沖寬度調制（PWM）控制技術來實現電機速度調整。該技術穩定性好， 易控制，精度高。 （1） PWM 定義 脈沖寬度調制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬 調制。 它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，廣泛應用于測量，通信，功率控制與變換等許多領域。一種模擬控制方式， 根據相應載荷的變化來調制晶體管柵極或基極的偏置， 來實現開關穩壓電源輸出 晶 體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變 化時保持恒定。 脈沖寬度調制（PWM）是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法。

20、通過 高分辨率計數器的使用， 方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進 行編碼。PWM 信號仍然是數字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電 要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF) 的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。 通的時候即是直流供電被加到負載上的 時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進行編碼。 7 多數負載(無論是電感性負載還是電容性負載)需要的調制頻率高于 10Hz， 通常調制頻率為 1kHz 到 200kHz 之間。 （2）調速原理 PWM 是通過固定電壓的直流電源開關頻率，從而

21、改變負載兩端的電壓，進而 達到控制要求的一種電壓調整方法。在 PWM 驅動控制的調整系統中，按一個固定 的頻率來接通和斷開電源，并根據需要改變一個周期內“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”來改變平均電壓的大小，從 而控制電動機的轉速。因此，PWM 又被稱為“開關驅動裝置” 。 如圖 2 所示，在脈沖作用下，當電機通電時，速度增加；電機斷電時，速 度逐漸減少。只要按一定規律，改變通、斷電機的平均速度得到控制。 設電機始終接通電源時，電機轉速最大為 Vmax，設占空比為 D=t1/T，則電 機的平均速度為 Vd=Vmax*D.式中，Vd電機的平均速度；Vmax電機

22、全通電 時的速度（最大） ；D=t1/T占空比。 由公式可見，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，從而達到調速的目的。嚴格的講，平均速度 Vd 與占空比 D 并不是嚴格的 線性關系，在一般的應用中，可以將其近似地看成線性關系。 （3）實現方法 PWM 信號的產生通常有兩種方法：一種是軟件的方法；另一種是硬件的 方法。由于后一種方法較復雜，操作起來也麻煩。所以我們采用以軟件的方法來 產生 PWM 信號，即使用單片機。 8 單片機 AT89S52 是具有兩個定時器 T0 和 T1。 通過控制定時器初值 T0 和 T1，從而可以實現從 89s52 的任意輸出口輸

23、出不同占空比的脈沖波形。由于 PWM 信號軟件實現的核心是單片機內部的定時器，而不同的單片機的定時器具 有不同的特點，即使是同一臺單片機由于選用的晶振不同，選擇的定時器工作方 式不同，其定時器的定時初值與定時時間的關系也不同。因此，首先明確定時器 的定時初值與定時時間的關系。如果單片機的時鐘頻率為 f，定時器/計數器為 N 位，則定時器初值與定時時間的關系為： 式中，Tw定時器定時初值；N一個機器周期的時鐘熟。 N 隨著機型的不同而不同。在應用中，應根據具體的機型給出相應的值。 這樣，我們可以通過設定不同的定時初值 Tw，從而改變占空比 D，進而達到控 制電機轉速的目的。 注： 占空比是高電平

24、所占周期時間與整個周期時間的比值 。 1.2 電機轉速控制元件選用及分析 （1） 單片機 ） 單片機選用 AT89S52，其與 MCS-51 單片機產品兼容 、8K 字節在系統可編 程 Flash 存儲器、 1000 次擦寫周期、 全靜態操作：0Hz33Hz 、 三級加密程 序存儲器 、 32 個可編程 I/O 口線 、三個 16 位定時器/計數器 八個中斷源 、 全雙工 UART 串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗 定時器 、雙數據指針 、掉電標識符 。 功能特性描述 At89s52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統可 編程 Fla

25、sh 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術制造，與工業 80C51 產品指令和引腳完 全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統可編程， 亦適于 常規編程器。 在單芯片上， 擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統 可編程 Flash， 使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統提 供高靈活、超有效的解決方案。 9 AT89S52 具有以下標準功能： 8k 字節 Flash，256 字節 RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器，2 個數據指針，三個 16 位 定時器/計數器，一個 6 向量 2 級中 斷結構，全雙工串行口， 片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S

26、52 可降至 0Hz 靜 態邏 輯操作，支持 2 種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允 許 RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工 作。掉電保護方式下，RAM 內容被 保存，振蕩器被凍結， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 8 位微控制器 8K 字節在系統可編程 Flash AT89S52。 （2）電機驅動芯片 ） L298 是 SGS(通標標準技術服務有限公司)公司的產品，比較常見的是 15 腳 Multiwatt 封裝的 L298N，內部包含 4 通道邏輯驅動電路。是一種二相和四相電 機的專用驅動器，即內含二個 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收

27、標準 TTL 邏輯電平信號，可驅動 46V、2A 以下的電機。且其有控制精度高、穩定性好、 響應速度快等優點。其能很好滿足電路設計要求。如圖為其內部結構圖； 其基本工作原理為：IN1、IN2 配合可以控制電機的轉向，ENA 為使能端當設 定好電機轉向后，對 ENA 進行高頻 PWM 調制輸入，在電樞電感濾波的作用下，電 機就可以得到低于電源電壓的實際工作電壓。當 ENA=1 時，電機端電壓 U=Vs， 10 當 ENA=0 時，電機通過主開關管的反并聯二極管（圖中未示出）虛流，實際相當 于電機反轉在電源兩端，電機端電壓 U=Vs，因此，可以推出，當 ENA 的占空比 為 D 時，電機實際獲得的

28、端電壓值為：U=（2D-1）*Vs。（而實際上由于電機是 消耗電能，因此 D<0.5 時是不能工作的） 即 DC/DC 降壓電路的傳函為：Us=Vs*（2F(S)-1）. 2 、電機測速及顯示 使用光電傳感器 GK105 測電機速度， 該傳感器結構簡單， 使用方便， 較廉價。 速度顯示使用液晶 YB12864.該液晶能顯示漢英文字符及數字且實用， 電機速度， 及運轉狀態能直觀大方顯示出來。 3 、電機閉環檢測系統 閉環檢測系統是檢測輸出、計算誤差并用以糾正誤差的控制系統，其輸出會 通過某種途徑變換后反饋回輸入端。 由于上述電機系統在開環狀態下， 電機系統存在穩態誤差， 為消除穩態誤差，

29、控制器中應包含積分項。 要求電機系統的超調量小， 即要求有較大的相角裕度， 設計要求超調量小，則控制器擬采用 PL 控制器，在 S 域進行控制系統的設計。 經過模擬仿真驗證和實際操作，加入了 PL 調節器的閉環系統在消除了穩態誤 差，獲得抗擾能力的同時，又具有較好的動態性能。 系統的軟件設計 二 、系統的軟件設計 本系統編程部分工作采用 KELI-C51 語言完成，采用模塊化的設計方法，與 各子程序做為實現各部分功能和過程的入口，完成鍵盤輸入、按鍵識別和功能、 11 PWM 脈寬控制和 12864 顯示等部分的設計。 單片機資源分配如下表： P0 顯示模塊接口 外部中斷 0 （P3.2） 內部

30、定時器 0 鍵盤中斷 系統時鐘 P2.7/2.6/2.5/2.4 鍵盤模塊接口 P2.0/P2.1 PWM 電機驅動接口 系統主函數流程如圖三： PWM 脈寬控制：本設計中采用軟件延時方式對脈沖寬度進行控制，延 時程序函數如下： void delay(unsigned char dlylevel) int i=50*dlylevel; while(-i); 此函數為帶參數 DLYLEVEL，約產生 DLYLEVEL*400us 的延時，因此一個脈沖 周期可以由高電平持續時間系數 hlt 和低電平持續時間系數 llt 組成， 本設計中 采 用 的 脈 沖 頻 率 為 25Hz ， 可 得 hlt

31、+llt=100，占空比為 hlt/(hlt+llt)， 因此要實現定頻調寬的調速方式，只需通 過程序改變全局變量 hlt， llt 的值， 該子 程序流程圖如圖四。 鍵盤中斷處理子程序：采用中斷方 12 式，按下鍵，單片機 P3.2 腳產生一負跳沿，響應該中斷處理程序，完成延時去 抖動、鍵碼識別、按鍵功能執行。 調速檔、持續加/減速：調速檔通過（0-9）共 10 檔固定占空比，即相應檔位 相應改變 hlt，llt 的值，以實現調速檔位的實現。而要實現按住加/減速鍵不放 時恒加或恒減速直到放開停止，就需在判斷是否松開該按鍵時，每進行一次增加 /減少 1%占空比（即 hlt+/-;llt-/+）

32、,其程序流程圖如圖五。 顯示子程序：利用數組方式定義顯示緩存區，緩存區有 8 位，分別存放各 個 LED 管要顯示的值。顯示子程序為一帶參子程序，參數為顯示緩存的數組名， 通過 for(i=0;i<8;i+)方式對每位加上位選碼， 送到 P0 口并進行一兩毫秒延時。 該顯示子程序只對各個 LED 管分別點亮一次，因此在運行過程中，每秒執行 的次數不應低于每秒 24 次。 定時中斷處理程序：采用定時方式 1，因為單片機使用 12M 晶振，可產生 最高約為 65.5ms 的延時。對定時器置初值 3CB0H 可定時 50ms，即系統時鐘精度 可達 0.05s。當 50ms 定時時間到，定時器溢

33、出則響應該定時中斷處理程序，完 成對定時器的再次賦值，并對全局變量 time 加 1，這樣，通過變量 time 可計算 出系統的運行時間。 對于一個數的顯示，先應轉成 BCD 碼，即取出每一個位，分別送入顯示緩存 區，對于轉 BCD 的算法，應對一個數循環除 10 取模，直至為 0，程序如下： dodispbuffbcd_p=bechange%10; /dispbuff 為顯示緩沖區數組 bcd_p+;while(bechange/=10) 軟件設計中的特點: 1、對于電機的啟停，在 PWM 控制上使用漸變的脈寬調整，即開啟后由停止勻 加速到默認速度， 停止則由于當前速度逐漸降至零。 這樣有利

34、于保護電機， 如電機運用于小車上， 在啟動上采用此方式也可加大啟動速度， 防止打滑。 2、對于運行時間的計算、顯示。配合傳感器技術可用于計算距離，速度等重 要的運行數據。 3、鍵盤處理上采用中斷方式，不必使程序對鍵盤反復掃描，提高了程序的效 率。 /disp_p 為數組指針 13 第四章 測試結果與分析 經實際做好電路板檢測設計方案及原理，電機能實現正反轉控制，10 級以上 的 PWM 調速。單片機產生的 PWM 信號和正反轉信號控制電機驅動芯片 L298N，即 控制電機的轉向及速度大小。用光電傳感器 GK105 來測電機運轉速度，準確快速 地將電機速度信號傳送到了單片機。 電機轉速信號經單片

35、機處理， 在液晶 YB12864 上顯示，電機的運轉狀態及速度就直觀大方在液晶屏幕上顯示出來。測試結果驗 證了自己的設計方案。 第五章 結 論 利用 AT89S52 單片機產生的 PWM 信號，加入數字 PID 算法實現對電機速度 的控制，提高了系統的控制精度,保證了電機轉速的穩定性；電機的啟動、停止、 左右轉和速度都由程序定義,調試時只需修改 PWM 信號占空比即可實現速度控 制，改變輸出口電平即可實現電機正反轉，無須改變系統硬件電路,即可實現各 種控制，能有效縮短開發周期,提高效率；結合了受限倍頻單極性可逆 PWM 電機 驅動電路，增強了系統的驅動能力，提高了系統的可靠性和性價比。電路設計

36、簡 單，電機控制方便，有利于廣泛推廣。 致 謝 首先感謝學院能給我一個可以讓我們把所學的知識總結起來的機會， 通過這 次畢業設計，我對電機控制系統有了個整體上的概括，也讓我們具體了解到 PWM 調速、閉環檢測系統的具體作用，了解到了它的功能，結構。 14 這次畢業設計是在我的老師的親切關懷和悉心指導下完成的。 讓對以前學過 的知識有了重新的認識，這次畢業設計讓我受益非淺。 在此，我還要感謝和我同組的同學。在做畢業設計時，正是由于同組同學的 幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。他們對 本設計做了不少工作， 給予我不少的幫助。 從開始進入設計方案論證到論文完成， 我得到了同學和老師的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！ 參考文獻 1 、潘新民 ，微型計算機控制技術 ，北京；電子工業出版社，2003 2 、林爵天，微機控制 PWM 直流電機調速 ，上海電機技術高等專科學校學 報 ，2001 3 、李瑋、趙江、劉建業，一種使用的單片機控制的數字式調速系統 ，吉 林化工學院學報 ，2002 4 、張大明 ，單片機微機控制應用技術 ，機械工業出版社 ，2007 5、 郁有文 、常健 、程繼紅 ，傳感器原理及工程應用 ，西安