1、 畢業(yè)設計（論文）說明書畢業(yè)設計（論文）說明書課題名稱：課題名稱：基于單片機的直流電機控制系統(tǒng)設計基于單片機的直流電機控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文）本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文） ，是我個人在指導教，是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的

2、學位及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意?；蚣w，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作作 者者 簽簽 名：名： 日日 期：期： 指導教師簽名：指導教師簽名： 日日期：期： 使用授權說明本人完全了解本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版

3、，并電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撍鼜椭剖侄伪４嬲撐模辉诓灰在A利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热荨Ｎ牡牟糠只蛉績热?。作者簽名：作者簽名： 日日 期：期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引

4、用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名：作者簽名： 日期：日期： 年年 月月 日日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，同意學校保留并向國家

5、有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文?？s印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：作者簽名：日期：日期： 年年 月月 日日導師簽名：導師簽名： 日期：日期： 年年 月月 日日注注 意意 事事 項項1.1.設計（論文）的內容包括：設計（論文）的內容包括：1 1）封面（按教務處制定的標準封面格

6、式制作）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2 2）原創(chuàng)性聲明）原創(chuàng)性聲明3 3）中文摘要（）中文摘要（300300 字左右）字左右） 、關鍵詞、關鍵詞4 4）外文摘要、關鍵詞）外文摘要、關鍵詞 5 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6 6）論文主體部分：引言（或緒論）論文主體部分：引言（或緒論） 、正文、結論、正文、結論7 7）參考文獻）參考文獻8 8）致謝）致謝9 9）附錄（對論文支持必要時）附錄（對論文支持必要時）2.2.論文字數(shù)要求：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于論文字數(shù)要求：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于 1 1 萬字（不包括圖萬字（不包括圖紙、程序清單等）紙

7、、程序清單等） ，文科類論文正文字數(shù)不少于，文科類論文正文字數(shù)不少于 1.21.2 萬字。萬字。3.3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件） 。4.4.文字、圖表要求：文字、圖表要求：1 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫別字，不準請他人代寫2 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。圖

8、表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫程字書寫，不準用徒手畫3 3）畢業(yè)論文須用）畢業(yè)論文須用 A4A4 單面打印，論文單面打印，論文 5050 頁以上的雙面打印頁以上的雙面打印4 4）圖表應繪制于無格子的頁面上）圖表應繪制于無格子的頁面上5 5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.5.裝訂順序裝訂順序1 1）設計（論文）設計（論文）2 2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復

9、印件）次序裝訂訂指導教師評閱書指導教師評價：一、撰寫（設計）過程一、撰寫（設計）過程1 1、學生在論文（設計）過程中的治學態(tài)度、工作精神、學生在論文（設計）過程中的治學態(tài)度、工作精神 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度、學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格3 3、學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力、學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格4 4、研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性、研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的

10、合理性 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格5 5、完成畢業(yè)論文（設計）期間的出勤情況、完成畢業(yè)論文（設計）期間的出勤情況 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格二、論文（設計）質量二、論文（設計）質量1 1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格三、論文（設計）水平三、論文（設計）水平1 1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義、論文（設計

11、）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格3 3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的（在所選等級前的內畫內畫“”“”）指導教師： （簽名）（簽名） 單位： （蓋章）（蓋章）年 月 日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設計）質量1 1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？、論文（設計）的整體結構是

12、否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格二、論文（設計）水平1 1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格3 3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu)優(yōu) 良良 中

13、中 及格及格 不及格不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的（在所選等級前的內畫內畫“”“”）評閱教師： （簽名）（簽名） 單位： （蓋章）（蓋章）年 月 日教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程1 1、畢業(yè)論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況、畢業(yè)論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、對答辯問題的反應、理解、表達情況、對答辯問題的反應、理解、表達情況 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格3 3、學生答辯過程中的精神狀態(tài)、學生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格二

14、、論文（設計）質量1 1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格三、論文（設計）水平1 1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格2 2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格3

15、 3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格評定成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名）（簽名）年 月 日教學系意見：系主任： （簽名）（簽名）年 月 日摘 要電動機作為最主要的機電能量轉換裝置，其應用范圍已遍及國民經濟的各個領域和人們的日常生活。無論是在工農業(yè)生產、國防、醫(yī)療衛(wèi)生、交通運輸和辦公設備中，還是在日常生活的家用電器和消費電子產品中，都大量使用著各種各樣的電動機。電動機的調速控制一般采用模擬法，對電動機的簡單控制應用比較多。本設計實現(xiàn)了對電動機的簡單控制，也就是指對電動機進行啟

16、動、制動和正反轉控制。本設計采用了單片機STC89C52與PC串行實現(xiàn)通信，由于單片機輸入、輸出電平是TTL電平，而PC機配置的是RS232標準串行接口，兩者的電氣規(guī)范不一致，因此要完成單片機與PC機的數(shù)據(jù)通信，必須對單片機輸出的TTL電平進行電平轉換。采用的轉換電平芯片為MAX232。設計中采用STC89C52微處理器及其RS232通信接口、鍵盤、12864液晶顯示器等外圍電路，構成一臺直流電機開環(huán)在線控制系統(tǒng)。設計中采用PWM調制技術，實現(xiàn)對直流電機速度的調制，并通過串口實現(xiàn)上位機的在線控制。系統(tǒng)實現(xiàn)了在線調速、正轉、反轉、加速、減速、停止等多種功能，并能實時顯示、鍵盤設置等，具有一定的實

17、際應用價值。關鍵詞：單片機關鍵詞：單片機 電平轉換電平轉換 直流電機直流電機 在線控制在線控制 PWM 調制調制AbstractMotor as the main electromechanical energy conversion device, its application has been throughout all areas of the national economy and peoples daily life. Both in industrial and agricultural production, national defense, medical and he

18、alth, transportation and office equipment, or in the daily life of household appliances and consumer electronics products, extensive use of various motor. Motor speed control using simulation method, the motor control application more simple. The design and implementation of simple controlling motor

19、, also refers to the motor starting, braking and reverse control.The design introduced AT89C51 single-chip serial communication with the PC method, as the single-chip input and output level is TTL level, and PC-standard configuration is a RS232 serial interface, both the electrical specifications ar

20、e inconsistent, Therefore to complete PC-SCM and data communications, the need for single-chip output TTL level to level translators. Used in chip-level conversion for the MAX232. Applied to the design of STC89C52 microprocessor and RS232 communication interface, keyboard, 12864 LCD peripheral circu

21、it, constitute a dc motor control system online. Applied to the design of PWM technology to realize the dc motor speed regulation, and through a serial port realize PC online control. The online speed regulation system, are turning, inversion, accelerate, slowing down, stop and other functions, and

22、can real-time display, keyboard Settings, it has certain practical application value.Keywords:Keywords: single-chipsingle-chip serialserial communicationcommunication LevelLevel TranslatorsTranslators DcDc motormotor OnlineOnline controlcontrol PWMPWM technolotechnologygy目錄目錄摘 要 .IABSTRACT .II1 緒論 .

23、 1 1.1 直流電機概述. 1 1.2 單片機概述. 1 1.3 脈寬調制（PWM）技術. 2 1.4 課題任務及工作內容. 3 2 單片機直流電機控制系統(tǒng)總體設計方案 . 4 2.1 設計思路. 4 2.2 方案論證與比較. 4 2.3 系統(tǒng)組成. 5 3 單片機直流電機控制系統(tǒng)硬件設計 . 6 3.1 系統(tǒng)硬件結構. 6 3.2 系統(tǒng)單元電路設計. 6 3.2.1 單片機最小系統(tǒng)電路 . 6 3.2.2 獨立式鍵盤電路 . 7 3.2.3 液晶顯示模塊. 7 3.2.4 蜂鳴器電路 . 8 3.2.5 電源電路 . 8 3.2.6 串口通信電路 . 9 3.2.7 電機驅動電路 . 10

24、 4 單片機直流電機控制系統(tǒng)軟件設計 . 11 4.1 軟件總體結構. 11 4.2 系統(tǒng)模塊程序設計. 12 4.2.1 初始化模塊程序. 12 4.2.2 鍵盤掃描模塊程序. 13 4.2.3 液晶顯示模塊程序. 15 4.2.4 串口通信模塊程序. 15 4.2.5 電機調速模塊程序. 17 5 系統(tǒng)測試 . 18 5.1 測試準備. 18 5.1.1 硬件環(huán)境 . 18 5.1.2 軟件環(huán)境 . 18 5.1.3 測試項目 . 18 5.2 測試過程. 18 5.3 測試結果. 19 結束語 . 21 致謝 . 22 參考文獻 . 23 附錄 . 24 1 緒論1.1 直流電機概述在現(xiàn)

25、代工業(yè)中，電動機作為電能轉換的傳動裝置被廣泛應用于機械、冶金、石油化學、國防等工業(yè)部門中，隨著對生產工藝、產品質量的要求不斷提高和產量的增長，越來越多的生產機械要求能實現(xiàn)自動調速。長期以來，自動調速電動機一直占據(jù)著調速控制的統(tǒng)治地位。由于它具有良好的線性調速特性，簡單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調速控制電動機的最優(yōu)選擇以前電動機大多使用由模擬電路組成的控制柜進行控制，現(xiàn)在單片機已經開始取代模擬電路作為電機控制器。當前電機控制器的發(fā)展方向越來越趨于多樣化和復雜化，現(xiàn)有的專用集成電路未必能滿足苛刻的新產品開發(fā)要求，為此可考慮開發(fā)電機的新型單片機控制器，因此研究直流電機的速度控

26、制，有著非常重要的意義。由于變頻技術的出現(xiàn)，交流調速一直沖擊直流調速，但綜觀全局，尤其是我國在此領域的現(xiàn)狀，再加上全數(shù)字直流調速系統(tǒng)的出現(xiàn)，更提高了直流調速系統(tǒng)的精度及可靠性，直流調速系統(tǒng)仍將處于十分重要地位。對于直流調速系統(tǒng)轉速控制的要求有穩(wěn)速、調速、加速或減速三個方面，而在工業(yè)生產中對于后兩個要求已能很好地實現(xiàn)，但工程應用中穩(wěn)速指標卻往往不能達到預期的效果，穩(wěn)速要求即以一定的精度在所需要的轉速穩(wěn)定運行，在各種干擾不允許有過大的轉速波動。1.2 單片機概述隨著單片機功能的飛速發(fā)展，單片機的應用領域已經滲透到了國民經濟的各個領域，并影響著現(xiàn)代人的生活。單片機技術的出現(xiàn)給現(xiàn)代工業(yè)測控領域帶來了一

27、次技術革命。目前，單片機仍以其高可靠性、高性價比，在工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀器儀表、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和智能家電等諸多領域得到了廣泛應用。當今時代是一個新技術層出不窮的時代，在電子領域尤其是自動化智能控制領域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構成的控制系統(tǒng)，正以飛快的速度被單片機智能控制系統(tǒng)所取代。單片機的優(yōu)點包括體積小、功能強、成本低，并且應用面廣，可以說智能控制與自動控制的核心就是單片機。單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括來講：一塊芯片就是一臺計算機。它具有體積小、質量輕、價格便宜等優(yōu)點，為學習、應用和開發(fā)提供了諸多便利。同時，學習使用單

28、片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇?，F(xiàn)在，單片機的應用領域非常廣泛，比如實時工控、導航系統(tǒng)、智能儀表、家用電器、通訊設備等。單片機一旦運用在各種產品上面，就可以說是使產品進行了升級換代，也可以把產品美其名曰：“智能型”，如智能型洗衣機等等。1.3 脈寬調制（PWM）技術脈沖寬度調制（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(shù)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(jù)相應載荷的變化來調制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改

29、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(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)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(shù)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。多數(shù)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 1

30、kHz 到 200kHz 之間。許多微控制器內部都包含有 PWM 控制器。例如， Microchip 公司的 PIC16C67內含兩個 PWM 控制器，每一個都可以選擇接通時間和周期。占空比是接通時間與周期之比；調制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行PWM 操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作：1、設置提供調制方波的片上定時器 /計數(shù)器的周期2、在 PWM 控制寄存器中設置接通時間3、設置 PWM 輸出的方向，這個輸出是一個通用I/O 管腳4、啟動定時器5、使能 PWM 控制器目前幾乎所有市售的單片機都有 PWM 模塊功能，若沒有（如早期的 8051） ，也可以利用定時器及 GPIO 口來實現(xiàn)。

31、更為一般的 PWM 模塊控制流程為（筆者使用過 TI 的 2000 系列，AVR 的 Mega 系列,TI 的 LM 系列）：1、使能相關的模塊（ PWM 模塊以及對應管教的 GPIO 模塊） 。2、配置 PWM 模塊的功能，具體有：設置 PWM 定時器周期，該參數(shù)決定 PWM 波形的頻率。：設置 PWM 定時器比較值，該參數(shù)決定 PWM 波形的占空比。：設置死區(qū)（ deadband） ，為避免橋臂的直通需要設置死區(qū)，一般較高檔的單片機都有該功能。：設置故障處理情況，一般為故障是封鎖輸出，防止過流損壞功率管，故障一般有比較器或 ADC 或 GPIO 檢測。：設定同步功能，該功能在多橋臂，即多P

32、WM 模塊協(xié)調工作時尤為重要。3、設置相應的中斷，編寫 ISR，一般用于電壓電流采樣，計算下一個周期的占空比，更改占空比，這部分也會有PI 控制的功能。4、使能 PWM 波形發(fā)生。1.4 課題任務及工作內容本題目要求設計一個單片機應用系統(tǒng)可以通過串行線在上位機中進行控制操作?？梢酝ㄟ^上位機對單片機進行控制直流電機正轉、反轉、停止、加速、減速等功能。另外，為增加其實用性還增加了顯示、鍵盤控制、按鍵蜂鳴等功能。本課題要完成以下研究工作：1、研究直流電機控制系統(tǒng)并仔細推敲各方面的細節(jié)，比如速度的控制等等。2、進行系統(tǒng)軟硬件的設計。3、制作硬件，并對硬件進行調試以及優(yōu)化。2 單片機直流電機控制系統(tǒng)總體

33、設計方案2.1 設計思路本題要求設計一個上位機直流電機控制系統(tǒng)。利用鍵盤作為輸入設備，輸入電機控制信號；液晶顯示器件作為顯示，與用戶進行人機交互；利用串行通信接口與上位機進行通信，接收上位機發(fā)送過來的控制命令。從 PC 機發(fā)來的控制命令經單片機系統(tǒng)接收后，產生電機控制信號，并提供給電機驅動電路控制直流電機正常運轉并正常顯示轉速。2.2 方案論證與比較(1)主控制器的選擇與比較采用臺灣宏晶科技生產的 STC89C52 系列的 8 位單片機作為本系統(tǒng)的主控制芯片，該處理器芯片內置有 8K 的 Flash 存儲器，內置的 UART 全雙工異步通信接口，減少外圍接口電路。具有可在線編程、使用方便、價格

34、低廉等優(yōu)點。運算速度內滿足系統(tǒng)的要求，性價比高。(2)顯示電路選擇與比較方案一：采用數(shù)碼管顯示電路，該硬件電路簡單，編程也比較簡單。視角范圍大，亮度高，顯示是效果好，但是只能顯示簡單數(shù)字字母等有限的字符，不能滿足本設計要求。故，不采用數(shù)碼管顯示電路。方案二：采用 1602 液晶顯示，硬件電路簡單，編程容易?？梢燥@示字母和數(shù)字，以及一下簡單的圖像。能滿足本設計要求，顯示清晰度可以通過調節(jié)偏壓端電壓來改變對比度，從而實現(xiàn)清晰度調整。顯示效果較好，還可以滾動顯示等，顯示靈活。方案三：采用 12864 液晶顯示，硬件電路簡單，編程容易?？梢燥@示復雜的圖案、字符、標點、英文、漢字等。能滿足本設計要求，顯

35、示清晰度可以通過調節(jié)偏壓端電壓來改變對比度，從而實現(xiàn)清晰度調整。顯示效果較好，還可以滾動顯示等，顯示靈活。綜上所述，數(shù)碼管顯示電路不能滿足本設計的要求；1602 顯示只能顯示字母和數(shù)字，要顯示漢字和圖像編程復雜，效果不好；12864 液晶顯示可以顯示數(shù)字、英文、漢字、圖片等能滿足本設計要求。故，采用 12864 液晶顯示電路作為本設計的顯示電路模塊。(3)鍵盤電路選擇與比較方案一：獨立式鍵盤，獨立式鍵盤硬件電路極為簡單，程序也非常簡單。容易開發(fā)，開發(fā)周期短，使用方便簡單。方案二：矩陣式鍵盤，矩陣式鍵盤硬件電路也比較簡單，編程較為復雜。不容易開發(fā)，在按鍵較多的時候，與獨立式鍵盤相比較經濟，占用

36、IO 端口較少，但編程較獨立式鍵盤難的多，由于本設計要求的鍵盤按鍵數(shù)量較少，采用獨立式鍵盤較方便，開發(fā)難度大大降低，開發(fā)周期縮短，也比較經濟。故在本設計中采用獨立式鍵盤。經上述比較后采用獨立式鍵盤作為本設計的鍵盤電路模塊。2.3 系統(tǒng)組成經過方案論證，最終確定系統(tǒng)的組成框圖如圖 2.1 所示。系統(tǒng)由 STC89C52 微處理器核心模塊、電源模塊、獨立式鍵盤模塊、12864 液晶顯示模塊、蜂鳴器電路模塊、RS232 串口通信模塊、電源指示電路模塊等組成。其中，獨立式鍵盤由微動開關連接到IO 口與地線之間組成。注意，由于 P0 口內部沒有上拉電阻，在作為輸入時，需要外接上拉電阻。串口通信電路由 M

37、AX232 電平轉換芯片與 9DB 串口插座等構成，用于下載程序和實現(xiàn)與上位機通信。蜂鳴器電路主要由蜂鳴器和三級管組成，用于實現(xiàn)按鍵聲音等。液晶顯示電路主要由 12864 液晶顯示模塊及少量外圍電阻等構成，主要用于實現(xiàn)人機界面的交互功能。單片機STC89C5212864液晶顯示電路電路獨立式鍵盤蜂鳴器電路RS232 串口通信電路電源電源指示電路電機驅動電路電機控制圖 1.1 系統(tǒng)組成框圖3 單片機直流電機控制系統(tǒng)硬件設計3.1 系統(tǒng)硬件結構本設計硬件結構由單片機最小系統(tǒng)、鍵盤模塊、12864 液晶顯示模塊、蜂鳴器驅動模塊、電源指示模塊、串口通信模塊、電機驅動模塊等組成。3.2 系統(tǒng)單元電路設計

38、3.2.1 單片機最小系統(tǒng)電路單片機最小系統(tǒng)電路由 STC89C52 主控芯片、時鐘振蕩電路和復位電路等構成。其中，時鐘振蕩電路主要由外接 11.0592MHz 晶振、兩個 30pF 的起振電容和內部反相器構成。復位電路采用簡單的容阻式復位電路。單片機最小系統(tǒng)電路原理圖如圖 2.1 所示。11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2012/5/30Sheet ofFile:Sheet1.SchDocDrawn By:EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9P3.7(RD)17P3.6(WR)16P3.2(INT0)12P3.3(IN

39、T1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P1.0(T2)1P1.1(T2EX)2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78(AD0)P0.039(AD1)P0.138(AD2)P0.237(AD3)P0.336(AD4)P0.435(AD5)P0.534(AD6)P0.633(AD7)P0.732(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30(TXD)P3.111(RXD)P3.010GND20VCC40U1世

40、世世89C5212Y1XTALGNDC3S1R1GNDP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P0.4P0.5P0.6P0.7VCCGNDP3.0P3.1P0.0P0.1P0.2P0.3VCCSTC89C52世世世世世世世C133PFC233PF1234567891011121314151617181920P71234567891011121314151617181920P8P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.2P3.5P3.4EAP3.7P3.6X1X2RSTALEPSENP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7PSENALE

41、EAP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0VCCGNDX1X2P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0RSTP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P1.0P1.1P3.3圖 2.1 單片機最小系統(tǒng)電路3.2.2 獨立式鍵盤電路鍵盤電路采用比較簡單的獨立式鍵盤便能滿足設計要求，成本低廉，編程相對簡單。4 個獨立按鍵，分別與單片機 P0.0-P0.3 相連，由于 P1 口上各位內部均接有上拉電阻，故，外接按鍵的時候，我們不再接上拉電阻。鍵盤電路如圖 2.2 所示11223344DDCCBBAATitleNumberRevi

42、sionSizeA4Date:2012/5/30Sheet ofFile:Sheet1.SchDocDrawn By:GND世世世世S2S3S4S5P0.0P0.1P0.2P0.3圖 2.2 獨立式鍵盤電路3.2.3 液晶顯示模塊(1)12864 液晶模塊概述12864 液晶顯示電路主要由基于 ST7920 控制器的 12864 液晶和外部電位器等組成。12864 具有 128 列 64 行共 128*64 個像素點，可以顯示中文、日文、數(shù)字、英文、特殊字符、圖片等。內置國標 GB2312 碼簡體中文字庫(16*16)，128 個字符(8*16)及64*256 點陣顯示 RAM(GDRAM)。

43、可以與 CPU 直接接口，提供兩種界面來連接微處理器：8-位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標顯示、畫面移位、睡眠模式等。(2)12864 液晶顯示電路原理圖液晶顯示電路主要由 12864 液晶顯示模塊和外圍電位器等組成?？梢酝ㄟ^調節(jié)電位器 R2，調節(jié) 12864 偏壓端電壓，改變顯示對比度，提高顯示效果，改變顯示清晰度。控制口線 RS、RW、EN 分別連接到單片機的 P0.4、P0.5、P0.6，8 位數(shù)據(jù)總線與 P2 口相連，實現(xiàn) 8 位數(shù)據(jù)，并行傳輸。12864 液晶顯示電路圖如圖 2.3 所示11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Da

44、te:2012/5/30Sheet ofFile:Sheet1.SchDocDrawn By:1234567891011121314151617181920P1BOT3TOP1TAP22KR2VADJVADJP0.6P0.5P0.4P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7VCCVCCGNDGND12864世世世世圖 2.3 12864 液晶電路原理圖3.2.4 蜂鳴器電路蜂鳴器電路主要是利用 S9012（PNP）三極管驅動蜂鳴器，實現(xiàn)按鍵發(fā)聲。S9012三級管屬于 PNP 管，發(fā)射極串接蜂鳴器線圈接至+5V，集電極直接接地，基極通過一個4.7k 限流電阻接至單片

45、機 P3.3 口。當 S9012 基極為低電平時，三極管導通，蜂鳴器得電蜂鳴，當 S9012 三極管基極為高電平時，三極管截止，蜂鳴器停止蜂鳴。其詳細原理圖如圖 2.4 所示11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2012/5/30Sheet ofFile:Sheet1.SchDocDrawn By:Q1NPNLS1VCCGNDR22P3.3世世世世圖 2.4 蜂鳴器驅動電路原理圖3.2.5 電源電路電源電路包括開關電路和指示電路。指示電路采用發(fā)光二極管進行指示，放光二極管串聯(lián)上一個 1K 的限流電阻，正常工作時，取發(fā)光二極管上電壓為 3V，

46、流過發(fā)光二極管上的電流為 10mA，故 R=（5-3）/10=2K。當選擇的電阻過大時，發(fā)光二極管不夠亮，指示不明顯；當限流電阻選擇過小，發(fā)光二極管亮度過大，縮短放光二極管使用壽命。因此，應適當選取該限流電阻。當單片機正常供電時，電源指示燈正常發(fā)亮。當沒有供電或出電源線短路時，電源指示熄滅，從而可以監(jiān)測系統(tǒng)是否正常供電。電源電路原理圖如圖 2.5 所示11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2012/5/30Sheet ofFile:Sheet1.SchDocDrawn By:123654S0VCCVCC+5VCC+5GNDD0R5GNDVC

47、C+5世世世世123P6123P5圖 2.5 電源電路原理圖3.2.6 串口通信電路串口通信電路主要由美信公司生產的 MAX232 芯片和相應的通信指示電路構成，主要是用于程序的燒寫和實現(xiàn)與上位機的通信。Max232 用于實現(xiàn) TTL 電平與 RS232 電平的轉換，只要在它的外部在接上幾個簡單的電容就構成了通信點路，為了方便檢查、排除故障可在通信線上接上兩個通信指示燈，方便檢查與維修。具體電路圖如圖 2.6所示。11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2012/5/30Sheet ofFile:Sheet1.SchDocDrawn By:1

48、234567891110J1C9C10C11C12C13R11R12GNDVCCVCCVCCGNDGNDC1+1VDD2C1-3C2+4C2-5VEE6T2OUT7R2IN8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15VCC16U437MAX232ACPED1Diode 1N914D2Diode 1N914VCCP3.1P3.0世世世世圖 2.6 串口通信電路3.2.7 電機驅動電路電機驅動電路主要有電機驅動芯片 L298N、少量電阻電容和二極管構成。電機驅動電路增加光耦合器件以實現(xiàn)電機驅動信號與控制信號的隔離，提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力，但由于光耦合芯

49、片 TLP521-4 昂貴，并且設計的控制要求簡單，因此驅動電路中去掉了光耦合部分。電機驅動電路原理圖如圖 2.7 所示。11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2012/5/30Sheet ofFile:E:世世.世世世世世世.SchDocDrawn By:EN A6EN B11IN15IN27IN310IN412OUT12OUT23OUT313OUT414ISEN A1ISEN B15VS4VSS9GND8U3L298ND7D8D4D3GND1VCC1GND1P1.00P1.10VCC+1212P4VCC+12世世世世世世C100.1UF

50、C90.1UFP1.20P1.301234P21234P912P1012P11P1.00P1.10P1.20P1.30GND1D5D6D9D10VCC1GND1圖 2.7 電機驅動電路原理圖4 單片機直流電機控制系統(tǒng)軟件設計4.1 軟件總體結構系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)初始化程序模塊、鍵盤掃描及處理模塊、液晶顯示程序模塊、串口通信程序模塊、電機調速程序模塊和蜂鳴器驅動程序模塊等組成。系統(tǒng)初始化模塊：主要是配置系統(tǒng)工作環(huán)境。主要負責的工作有初始化定時器、初始化液晶、初始化串口、初始化 I/O 等鍵盤掃描及處理模塊：實現(xiàn)按鍵識別、消抖及處理，用于設置電機轉動狀態(tài)。液晶顯示模塊：實現(xiàn)對電機狀態(tài)的實時顯示以及

51、狀態(tài)設置，實現(xiàn)人機交互。串口通信模塊：主要是實現(xiàn)與上位機進行通信，接收上位機發(fā)送過來的電機控制命令。蜂鳴器模塊：主要用實現(xiàn)按鍵蜂鳴。系統(tǒng)軟件總體框圖如圖 3.1 所示串口通信程序模塊系統(tǒng)初始化鍵盤掃描及處理程序模塊液晶顯示程序模塊 蜂鳴器驅動模塊電機調速程序模塊圖 3.1 系統(tǒng)軟件總體框圖在沒有操作系統(tǒng)的時候，我們采用結構化程序設計思想，自頂向下，逐步求精；其系統(tǒng)主程序流程圖如圖 3.2 所示系統(tǒng)初始化開始鍵盤掃描及處理程序顯示刷新數(shù)據(jù)處理圖 3.2 系統(tǒng)主程序流程圖4.2 系統(tǒng)模塊程序設計4.2.1 初始化模塊程序系統(tǒng)初始化軟件包括三大部分：串口初始化、LCD12864液晶初始化、I/O口初

52、始化。主要完成的工作是設置定時器，并初始化串口。初始化12864液晶模塊、關閉蜂鳴器等。串口初始化程序：設置定時器1為工作方式2，配置串口波特率為9600bps,選擇波特率不倍增，串行工作方式1，啟動定時器1，開串行口中斷，開CPU總中斷。串口初始化程序流程圖如圖3.3所示。12864液晶初始化程序：首先初始化LCD控制口，選擇12864液晶輸入輸出為8位位流，清屏，設定輸入數(shù)據(jù)后光標右移模式，開顯示無光標閃爍，無反白。最后顯示正常模式下的界面。12864液晶初始化程序流程圖如圖3.4所示 開始設置波特率 9600bps 的定時器 1 初值串口初始化為方式1、波特率不倍增結束開串口中斷、CPU

53、中斷初始化 LCD 控制口開始選擇 8 位數(shù)據(jù)流關顯示、清屏選擇光標右移、開顯示顯示初始界面結束圖3.3 串口初始程序流程圖 圖3.4 12864液晶初始化程序流程圖4.2.2 鍵盤掃描模塊程序鍵盤掃描及處理程序，主要由按鍵key1、按鍵key2、按鍵key3、按鍵key4組成。1、Key1為循環(huán)選擇鍵，用于選擇要設置的電機狀態(tài)項目。2、Key2為加1按鍵，用于設定電機的正反轉、加減速和電機速度值。3、Key3為減1按鍵，用于設定電機的正反轉、加減速和電機速度值。4、Key4為確定鍵，用于確定當前的電機狀態(tài)為設定值。鍵盤掃描程序模塊流程圖如圖3.5所示。開始循環(huán)選擇鍵記錄按下次數(shù)設置模式標志光

54、標在電機狀態(tài)處閃爍加 1 鍵按下光標在檢測轉速個位處閃爍減 1 鍵按下光標在設定轉速個位處閃爍光標在設定轉速十百位閃爍確定鍵按下對應項加1光標在檢測轉速十百位閃爍對應項減1刷新顯示退出設置結束YESYESNOYESNOYESNO圖3.5 鍵盤掃描程序模塊流程圖4.2.3 液晶顯示模塊程序液晶顯示程序模塊包括 12864 液晶驅動程序模塊和 12864 液晶顯示刷新程序模塊。12864 液晶驅動程序模塊主要包括 12864 液晶的寫數(shù)據(jù)、寫命令程序模塊。通過控制 12864 液晶的控制口線就可以實現(xiàn)對 12864 液晶的基本數(shù)據(jù)操作。液晶寫數(shù)據(jù)和寫命令程序流程圖分別如圖 3.6 和圖 3.7 所

55、示。12864 液晶顯示程序模塊，主要實現(xiàn)對輸入的要發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收到的數(shù)據(jù)的顯示，以及進入設置模式時的各種界面的的刷新顯示等。開始選擇寫數(shù)據(jù)將要寫的數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線延時 5ms寫使能信號有效結束開始選擇寫命令將要寫的命令放到數(shù)據(jù)總線延時 5ms寫使能信號有效結束圖 3.6 12864 液晶寫數(shù)據(jù)程序流程圖 圖 3.7 12864 液晶寫命令程序流程圖4.2.4 串口通信模塊程序串口通信程序模塊主要包括串口初始化程序模塊、串口接收程序模塊。其中串口初始化程序模塊主要是配置特定的串口通信環(huán)境及通信方式等。選擇串口為通信方式1，定時器 1 方式 2 等。其程序流程圖如前面圖 3.3 所示。串口接收

56、程序模塊主要由串口中斷程序與串口接收子程序構成。當產生接收中斷時，首先判斷是發(fā)送中斷還是接收中斷，若是發(fā)送中斷則清除發(fā)送中斷標志位，若是接收中斷則先清除接收中斷標志位，然后調用串口接收函數(shù)，將接收到的數(shù)據(jù)存于接收緩沖區(qū)中，并共單片機使用。其串口接收程序流程圖如圖 3.8 所示，其中標志位已在程序中標出。開始串口中斷接收一個字節(jié)接收完 2Byte通知 CPU 進行數(shù)據(jù)處理理理清除發(fā)送中斷標志位清除接收中斷標志位結束YESNOYESNO圖 3.8 串口接收程序流程圖4.2.5 電機調速模塊程序電機調速程序模塊采用脈寬調制法實現(xiàn)速度控制。利用定時器 0 固定調速信號周期，根據(jù)正反轉標志，設定電機控制

57、端口電平。當計數(shù)值達到設定的脈寬值時則關閉電機運行，在第二個周期的調速信號到來時，又重新開啟電機運轉，依次的電機通斷切換，從而實現(xiàn)電機的速度控制。其調速程序流程圖如圖 3.9 所示。開始電機停轉計數(shù)到 100開電機轉動重載定時值計數(shù)變量加1結束大于脈寬值YESNOYES圖 3.9 調速程序流程圖NO5 系統(tǒng)測試5.1 測試準備5.1.1 硬件環(huán)境（1）PC機、USB轉串口通信線。用于單片機C51語言的編程、編譯、加載及發(fā)送電機控制命令。（2）+5V和+12V電源、電機控制系統(tǒng)板、若干根杜邦線、1塊12864液晶模塊。（3）DT9208A數(shù)字萬用表1個、螺絲刀、鑷子、斜口鉗、吸焊器。5.1.2

58、軟件環(huán)境（1）Keil uVision4，用于C51源程序的編寫、編譯、鏈接和調試。（2）上位機串口調試軟件(串口大師)、本系統(tǒng)程序、相關的庫和頭文件。5.1.3 測試項目（1） 12864 液晶是否正常顯示。（2） 系統(tǒng)電源指示、通信指示、按鍵蜂鳴、按鍵復位等功能是否正常。（3） 上位機通過串口調試軟件能否正確控制電機的正轉、反轉、加速、減速。（4） 實驗板上的鍵盤能否正確控制電機的正轉、反轉、加速、減速。5.2 測試過程1、利用萬用表檢查各線路是否存在斷路、短路并修正。2、檢查單片機等各口線是否正確連接，上電之前檢測一下正負電源線是否短路，確保不短路才上電。3、利用Keil uVision

59、2軟件進行程序的編輯、編譯、鏈接和調試。4、利用STC-ISP軟件將在keil中編譯鏈接生成的各個xx.Hex文件下載到系統(tǒng)單片機的Flash存儲器中。5、按原理圖連接線路、上電后開始測試。上電后首先觀察系統(tǒng)顯示是否正常，指示燈工作是否正常，復位電路是否正常等等，如不正常則修改程序重新下載測試，直至顯示正常。接著按照測試項目，分別測試。首先打開串口調試軟件，選擇波特率為 9600bps,打開串口，選擇發(fā)送的數(shù)據(jù)位 16進制數(shù)據(jù)。(1)正轉測試：在發(fā)送窗中輸入正轉控制字和速度值。如：1 10 其中，1 表示正轉，10(16 進制)即 16 表示脈寬為 16%的調速信號所對應的速度。點擊發(fā)送觀察電

60、機是否正轉，將速度改大一些看一下速度是否改變。(2)停止測試：輸入停止命令字 0，速度可以任意，發(fā)送后觀察電機是否停機下來。(3)反轉測試：輸入反轉命令字及速度脈寬值(最大為 100)，如 2 20，發(fā)送后觀察電機的轉動方向及速度，改變速度后再測一次觀察電機轉速是否改變。(4)加速測試：輸入加速命令字 3，速度可以任意，如 3 20，發(fā)送后觀察電機的轉動情況。(5)減速測試：輸入減速命令字 4，速度可以任意，如 4 20，發(fā)送后觀察電機的轉動情況。再測試正反轉直接切換的情況下，電機是否還能正確運行，接著再測試一下在正反轉狀況下進行的加減速，觀察電機是否在原來速度的基礎上無跳變的平穩(wěn)加減速。最后