基于LabVIEW的电机测控系统设计

毕 业 设 计（论 文） 设计(论文)题目： 基于LabVIEW的电机测控 系统设计 学生姓名： 张越淇 指导教师： 赵国树 二级学院：智能科学与控制工程学院 专业： 自动化 班级： 12自动化（1）班 学号： 1204105023 提交日期： 2016年05月03日 答辩日期：2016年05月14日 金陵科技学院学士学位论文 目录目 录摘 要IIAbstractIII1 绪 论12 步进电机程序控制原理33 步进电机控制系统硬件设计43.1 步进电机控制电路的设计43.2 单片机最小系统43.3 单片机控制步进电机流程63.4 电机驱动设计73.5 步进电机83.5.1步进电机的介绍83.5.2步进电机的控制93.6 通信电路103.6.1串口通信103.6.2 RS-232简介103.7 串口通信系统的建立113.7.1系统硬件部分的组成和通信的建立113.7.2通信程序设计113.7.3串行通信模块在LabVIEW中的应用113.8液晶显示模块设计113.9电机测转速的方法124 步进电机控制系统的软件设计144.1系统整体软件设计144.2液晶显示程序设计144.3串口通信软件设计154.4上位机软件设计164.4.1上位机前面板设计164.4.2 LabVIEW的后面板设计175系统下载与调试195.1 KEIL软件介绍195.2 程序下载205.3 硬件调试215.4 LabVIEW概述215.5 LabVIEW调试226 结 论24参考文献25附 录A 总电路图26附 录B 实物图27附 录C 主程序28致 谢32I金陵科技学院学士学位论文 摘要基于LabVIEW的电机测控系统设计摘 要在这篇文章中，就电机测控和虚拟仪器的发展进行了介绍；介绍用LabVIEW作出的上位机远程控制步进电机的方法。硬件部分利用单片机来控制，这个部分里面有单片机最小系统、复位电路、LCD液晶显示、通信电路；软件部分包括用KeilC编写的下位机和用LabVIEW编写的上位机进行通信。这样设计出来的系统控制起来非常良好，而且编程容易上手，软件交互友好。关键词：步进电机；LabVIEW；单片机；测速；金陵科技学院学士学位论文 AbstractDesign of Motor Control System Based on LabVIEWAbstractIn this paper, the development of the motor control and the development of virtual instrument is introduced. A LabVIEW based control scheme is introduced. Hardware of the single-chip microcomputer as the controller, DC motor comprises a two-way control circuit, speed detection circuit, a shaping circuit, digital tube display circuit, RS232 communication circuit; software part including keilc to prepare for the next bit machine and the LabVIEW prepared by the host computer. The system has a good software interface, the programming is simple, the control effect is good.Key words:Step motor; LabVIEW; Single chip;Velocity measurement金陵科技学院学士学位论文 第1章 绪论1 绪 论1990年以来，人类在虚拟仪器的硬件、软件两方面都有了新的突破。20世纪末，美国的国家仪器实验室创新地推出了同时拥有：系统时钟、同步触发总线功能的 PXI 总线，这种新诞生的的PXI 总线包含了PCI和VXI这两种总线的所有长处，促使人类开始意识到数据的采集和进行仪器的自动控制是虚拟仪器软件架构的要点之所在。虚拟仪器是在仪器技术和现代计算机技术深度结合下诞生的，对于如今的测试领域而言，这是一项重要的性，也可以享受到完全自定义的测量和自动化系统功能与众不同的灵活性，从而构建起符合特定需要的满意系统。在我们使用的虚拟仪器系统中，如果你想要去解决信号的输入输出的问题的话，最核心也是最重要的就是要去解决系统软件的部分，用户如果想改变、增减仪器系统的功能与规模，通过编辑修改软件，可以很简单的达到目的。在虚拟仪器的发展的同时，电机的应用和控制也相应地发展了，无论是在日常生活，还是在工业应用中，都日益显示出越发重要的价值。1970年，我国的电机研究开始获得一些进步，却仍然与国外的发展水平有一定的差距，一直到1990年，我国大功率电机开始在重工业领域使用起来，然而呢，小功率的电机的发展却经历了四十年的风和雨，特别是在改革开放以后有了突飞猛进的进步。随着电机应用的的日益广泛，其性能测试与控制的环节也越来越重要。不过传统意义上的测量系统不仅造价高、易变性弱、开发耗费时间久，并且适用范围狭隘，尤其是在一些高危场所。基于LabVIEW研发的步进电机测控系统有它独到的好处：（1） ；（2） 用户可根据自己的要求方便简单地在虚拟仪器的前面板中定义仪器的功能来增强可操作性；（3） 虚拟仪器能够与其他设备相互连接，例如可以通过网络实行对接，并对现场进行控制和测试，明显增强了测控系统的功能，应用领域明显扩大。 因此这样的测控系统有着超强的可操作性、应用领域广泛、成本低并且能远程操作，保障了用户的人身安全。无论是在中国还是在海外，电机的控制一直都是一个热点项目，它是一个发展迅速且成熟的课题，具有种种优点。现代的计算机功能愈发强大，所以为系统的设计提供的软件也愈发得多。其中Matlab和LabVIEW是最具有代表性的。LabVIEW这样的软件开发工具主要是用G语言来编程开发，它是由美国NI公司开发的。目前，不论是国内还是国外，针对于工业控制系统的研究基本上都是上述技术的有机结合。其中，很多的方法就目前看来都是能够发展很好的，这样子来说我们用的虚拟仪器就能够对PID进行很好的控制，这样的组合还是很新颖的。然而，在大陆地区，我们对虚拟仪器的研发，绝大部分的研发还都是在那种仿真系统的基础上来进行的，但是关于现实中的控制应用还是有所缺陷的。科学技术的发展带动虚拟仪器的发展，无论是在学术界还是在工业界，虚拟仪器的概念已经开始慢慢被接受和熟悉。在20年的时间里，虚拟仪器开始成为当下的测试领域的相当有地位的指标，它在设备故障诊断、产品性能检测、生产过程控制中得到普遍应用，具有重要的研究意义。从20世纪80年代以来，LabVIEW无论是在研究还是在开发和制造的领域中都已经得到了很广泛的使用，很显然这个就已经成为了这样一个工业化的标准。步进电机在工作时，能够把接收到的电脉冲信号转变成机械信号，比如说线位移信号或者角位移信号。向步进电机这种机电元件输入脉冲序列，通过转换后，它能够输出机械信号。32金陵科技学院学士学位论文 第2章 步进电机程序控制原理2 步进电机程序控制原理2.1所示。图 2.1 由计算机来实现对步进电机控制的系统原理框图在该控制系统中，单片机接收来自发挥控制步进电机作用的计算机发出的控制命令，本系统使用的命令是十六进制的字符串。在整个工作过程中，起着核心作用的单片机，它能够听从指令，来给步进电机提供一系列的时序脉冲信号，进而会对步进电机转动的参数设置起着作用。根据步进电机的特性，随着每一次接收的脉冲信号，步进电机就会跟着转动一步。以单片机为核心的这么一个电机控制在整个硬件系统中扮演着很重要的角色，相应地，在软件部分担任主要角色的则是LabVIEW这样一个虚拟仪器开发平台。两者相互连接相互通信，使得整个系统运作流畅。金陵科技学院学士学位论文 第3章 步进电机控制系统硬件设计3 步进电机控制系统硬件设计3.1 步进电机控制电路的设计在电机控制盒中起关键作用的部分就是单片机，本次设计中使用的单片机产自于Atmel公司，它的型号是STC89C52，在整个过程中，单片机发挥了两个方面的作用，首先它要能够收到计算机发出的控制指令，其次它还要会发送信号给步进电机，通过这样一系列的操作来达到让步进电机转动的目的，总而言之，整个系统设计的关键或者说是核心就是在于如何设计步进电机控制盒。以上所述的电机控制盒的构成框图见下图3.1。图3.1 步进电机控制盒构成框图电机控制盒的工作流程是：STC89C52通过串口接收计算机发送的相关参数，如电机的转速、正反转控制字、转动角度，接着调用片内电机的控制程序，然后通过P1口不断地向步进电机发送脉冲；而74LS245芯片的作用是提高电流的驱动能力。3.2 单片机最小系统本课题设计的系统所有的电路都是基于单片机最小系统的基础上运行起来的，通常在单片机的开发中，很多功能性模块会和单片机最小系统分开设计制作，当功能模块调试完毕再和单片机最小系统连接成统一整体，这样做的好处是单片机最小系统可以重复使用，节约了开发成本和开发工作量。系统框图如图3.2所示，电路图如图3.3所示。图3.2 系统框图图3.3 电路图综合考虑到系统对主控芯片性能的要求以及开发成本，本设计选用STC公司推出的STC89C52RC作为主控芯片。相较于目前市面上较为流行的基于CORTEX-M3内核的32位单片机，STC89C52单片机作为8位机，其功耗可以做的非常小，且本系统中所需使用的单片机资源并不复杂，该单片机完全可胜任。在相同条件下，选择8位的STC89C52有着降低功耗、节约成本、简化系统设计等突出的优势，所以选择该单片机作为本系统设计的主控芯片。3.4所示。图3.4 STC89C52引脚图STC89C52包含的8位掩膜ROM共有4096个，用于存放一些给用户使用的程序、数据或者表格。STC89C52里面是有两个可编程定时/计数器的，它们都是16位的，作用是通过产生中断来控制电机转向。STC89C52里面的8位I/O口(P0、P1、P2和P3)共有四组，它们可以来传输外部数据。各端口的功能图下表3.1所示。表3.1 P3口的第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（）P3.5T1（定时/计数器1外部输入）P3.6（）P3.7（）RST：复位输入。STC89C52里面存在着三个中断，第一个是外部中断0，执行时进行测速，第二个是定时器中断，置标志位进入任务周期，第三个是串口中断，来接收上位机的数据。本课题设计的系统所有的电路都是基于单片机最小系统的基础上运行起来的，单片机最小系统是指能使单片机运行起来的最基础的外围电路的搭建，通常在单片机的开发中，很多功能性模块会和单片机最小系统分开设计制作，当功能模块调试完毕再和单片机最小系统连接成统一整体，这样做的好处是单片机最小系统可以重复使用，节约了开发成本和开发工作量。3.3 单片机控制步进电机流程单片机所接受到的控制脉冲是步进电机驱动的源动力，对单片机的控制方式多样，在此举出三种示例如下：（1）想要步进电机有正转反转两种状态的话就要来改变它的通电换相顺序，换句话说，单片机对收到的脉冲进行分配，以达到改变电机转向这么一个目的；（2）想要实现控制步进电机的转速的目的可以来给单片机发送的脉冲频率设定一个范围；（3）如果想要步进电机的转动角度产生改变可以采取改变单片机脉冲的个数。其具体的控制流程图如3.5所示。图3.5单片机控制步进电机流程图3.4 电机驱动设计图3.6电机驱动电路步进电动机是一种数字式的控制型电机，它的作用是会把交流电信号通过自身的元件变化为角位移信号，就是说能够给步进电机这么一个脉冲信号，步进电动机就会转过一个角度，当没有脉冲信号输入的时候，转子则保持一定的位置，保持原有的静止状态。所以，步进电机非常适合单片机来控制，在能承受的最大负载范围内，只有脉冲信号的f和脉冲数目会影响电机转速，不随着负载的变化而变化。在这个驱动模块中采用了ULN2003A，一般情况下，它通常作为控制电路的驱动芯片。ULN2003A由一个反相器集成，这里的反相器的作用就是把电子电路中的高低电平进行翻转处理，就是一引脚输入高电平时，其对应的16引脚会输出低电平；而当一引脚输入低电平的时候，对应的16引脚就会输入高电平，其他剩余的管脚功能是一样的。如图3.6所展示的就是电机驱动电路模块。3.5 步进电机3.5.1步进电机的介绍能够影响步进电机停止位置和速度的因素只有脉冲数量和f，却与负载无关。步进电机会按照驱动器的信号进行运动，按照它的名字，顾名思义，就是说它会一步步的运转，旋转都是按照一步一步运行的。要想实现准确定位的目的，就得利用对脉冲个数的控制来达到控制角位移量的控制。在同一个时刻，也能够利用对脉冲频率的控制来达到对步进电机转动的加速度a和转速w控制的目的，使得速度能够进行调节。步进电机在控制方面有着很强的专业性，它的优点有无积累误差，精度几乎可达到百分之百，所以能够广泛用于各类开环控制领域。：(1) 定子绕组的转子会随着通电的状态每一次的改变而产生相应的变化，每改变一次通电状态，转子就随之转过相应的角度，转子转过的角位移即转过的总角度与输入脉冲的数量有着严格的线性关系。(2) 根据定子绕组的通电状态增大速度，转子的转速也会增大。也就是说，转子转速与通电状态变化频率成正向关系。(3) 转子转向受到定子绕组通电顺序的影响，并随之改变。(4) 如果定子绕组的通电状态保持不变，步进电机也会在某个固定的位置保持不动，也就是步进电机本身有自锁的能力，不需要外界的机械制动。(5) ：其中：为步距角；m为定子绕组相数；z为转子齿数；k为通电方式。例如：两相四拍时，m=2，k=2在目前使用情况下，正常情况下电机的步距角如表3.2所示：表 3.2 电机的步距角相数步距角二相0.9/1.8三相0.75/1.5五相0.36/0.72常见的步进电机分类有如下三种：（1）按生产的力矩原理；（2）按输出力矩的大小；（3）按定子和转子数量。当下，人们常常按照产生的力矩原理进行分类，类型以及优缺点见表3.3：表 3.3 电机的分类及优缺点步进电机类别优点缺点反应式步进电机步距角小，运行频率高，价格低功耗较大永磁式步进电机功耗较小，断电后仍有制动力矩价格较低，启动和运行频率较低混合式步进电机具有上述两种电机的优点价格较高3.5.2步进电机的控制图3.7 步进电机的控制步进电机的控制顺序如图3.7所示。比如说混合型的步进电机的工作形式，各相按照A-B-C-D的顺序通电，而脉冲所受到通电控制也要按照A-B-C-D这个顺序严格控制各相的通断。控制步进电机的转向若按给定顺序正向换相，步进电机就会正转；反之，若反向换相，就会反转。控制步进电机的速度一旦给步进电机发送一个脉冲，步进电机就会随着转一步，再接收一个，就再转一步。两次发送脉冲的时间之间离得越近，电机就转得越快。3.6 通信电路图3.8串口通信电路3.6.1串口通信在工程应用中，我们用到的串行通信基本上就是把二进制数通过串口按照比特来传输，常用于远程通信和远程控制。STC89C52单片机有一个串行接口。无论是同步串行通信还是异步串行通信都是属于串行通信这一类的。（1）同步串行通信人们常说的同步方式，其实就是在传送数据的时候连接串行的这么一种通信方式，一次通信只能传送一帧信息，同时需要有至少一条的信号线来为对方提供和数据传送同步的精确始终，以确保数据无误传输。在当下科技的发展阶段，同步串行通信的速率最高能够达到几百兆bit/s。（2）异步串行通信 在51系列的单片机中，大家常用的就是异步串行通信。此通信方式实现较简单，但是传送速率很低，使用时一般稳定在9.36kbit/s。一般情况下都是以word或者byte作为单位的，组成字帧符来传送。3.6.2 RS-232简介RS-232是一种可以连接鼠标、打印机或者Modem亦或是工业仪器仪表的串行通信接口标准，可以用来改进驱动和连线，但是它的传输长度或者传输速度在实际应用中，往往高于标准值，只适用于PC串口和设备之间点对点通信。为了使不同制造厂家的设备能够互相兼容，美国电子工业协会（EIA）于1696年制定了RS-232C标准。RS-232C标准的标准常称为RS-232，它与国际电报电话咨询委员会CCITT制订的串行借口标准V24“数据终端设备和数据通信设备之间的接口电路定义表”基本相同。3.7 串口通信系统的建立3.7.1系统硬件部分的组成和通信的建立在硬件通信中，采用型号为STC89C52的单片机，这里使用的是12MHz的晶振，随着调试，把波特率设置为9600比特/秒，这里面有一个停止位，还有八个数据位，没有奇偶校验。单片机的液晶显示屏型号是LCD1602，这样我们就可以通过这个显示屏查看到上位机传输过来的数据。，例如，当单片机接收到上位机传输过来的以二档速度正转时，步进电机会依照指令进行运转。3.7.2通信程序设计本次程序运用的是C语言进行程序编写，包括主程序、中断调用程序（包括定时器、串口的中断服务程序）、参数初始化子程序以及数据传输服务。当主程序发生中断以后，整个程序进入中断，调用子程序进行运行操作，通过串口通信与PC端进行通讯，这样就完成了数据传输。单片机对数据进行分区处理，可分为接收区和发送区，接收区是用来接收上位机送来的数据，另外一个是用来存储单片机的响应数据。整个程序进入中断以后，单片机将上位机的程序控制数据帧在单片机的LCD液晶显示屏上显示，这就能实时反应电机运转状态。3.7.3串行通信模块在LabVIEW中的应用现实生活中，总会碰到上位机和单片机之间通信的问题。问题的关键在于如何解决单片机和上位机之间的通信，而单片机和上位机的结构中都是有串口的，因此要时常进行串口的数据交换，所以设计相应的串口通信程序是非常有必要的。采用LabVIEW开发单片机与上位机通信系统，能够开发出更具人性化、功能更强的界面，利用图形化的程序设计语言进行上位机设计，设计出人机交互友好的控制面板，从而达到对仪器的控制和数据的分析处理等功能，构建出有效的串口通信系统。构，是LabVIEW中连接不同型号I/O设备、实现各程序间互相通信的最底层模块。另外VISA也是一个函数库，主要用于串口通信设备、GPIB设备以及其他基于计算机设备通信的设备。与串口V I相对应的模块可以在LabVIEW中的Instrument I /O中的Serial找到，可以对串口进行设备连接、读写等功能。编程中，配置和连接这么几个模块，就能够设计出符号标准的串口通信软件，最关键的就是对设计中所用到的这几个模块VI属性的设置。3.8液晶显示模块设计3.9液晶屏的实物图:图3.9液晶屏实物图与LED相比，液晶显示器(LCD)具有以下的特点：LCD1602液晶显示模块可以和单片机STC89C52直接接口，DB0DB7与单片机的P0.0P0.7连接以便数据的传送与接收，4管脚、5管脚、6管脚分别与AT89C51单片机的P1.0口、P1.1口、P2.5口连接，电路如图3.10所示。图3.10 与单片机的连接图其中，R8为可调电阻，通过调节旋钮，即可改变液晶的背光亮度。3.9电机测转速的方法在本次设计中除了控制，另外一大任务就是实现电机速度的检测。很容易想到的就是利用传感器进行测试，但是大部分的传感器都是模拟式的传感器，想要和一些数字系统进行连接的时候，就要采取信号转换，往往要利用A/D转换器，很显然这会增加系统的复杂性，增加了处理时间，这与设计的初衷相违背，故在本次设计中采取数字式传感器，这类传感器有很强的抗干扰能力，而且与微机接口连接起来很方便，尤为适合较远距离的传输。角度是一种位移信号，可采取编码器来测量，其中性价比较高的是光电编码器,如图3.11所示，所以在本次设计的系统中采用的就是光电编码器。光电编码器主要由码盘、窄缝及光源和光敏元件组成。码盘上刻了很多同心码道，每位码道按照透光不透光间隔排列应于亮区的光敏元件输出信号为“1”，对应于暗区的光敏元件输出信号为“0”。当码盘旋转到的角位移大小也就是电机的转速。光电开关一共四根线：红黑为电源线，接5V电源；其他两根为信号线，输出方波信号，相位相差90度，可以直接被单片机捕捉到，一个测正转一个测反转。图3.11光电编码器实物单片机的P3.2引脚接收的是外部中断的输入信息，它上面的电平变化会使程序进入外部中断。进入中断就把一个变量加1，利用定时器计算1s中进了多少次中断就知道电机的转速。用那个光电编码器的红外测，挡住，没挡住就有下降沿。单片机串口发送给上位机，发送来的数据就是速度信息。金陵科技学院学士学位论文 第4章 步进电机控制系统的软件设计4 步进电机控制系统的软件设计4.1系统整体软件设计这次设计的系统主要包含三个部分：上位机、单片机和电动机，根据上位机发来的控制命令，电机进行相关动作，液晶显示电机的运行状态，并将速度信息发到上位机，其主程序框图如下图4.1所示：图4.1 主程序流程框图4.2液晶显示程序设计单片机控制1602LCD一般分为两种方式进行数据的显示，一种为直接显示法，另一种为间接显示方式，这次设计的系统的显示方式为LCD直接显示的方法。本系统中将控制芯片89C52单片机的P0口直接和液晶显示模块1602LCD的接口直接相连，单片机P0口作为总线向LCD并行输入字符码有效地提高了数据的传输速率，本系统中具体的LCD显示流程图如图4.2所示。图4.2 LCD显示流程框图4.3串口通信软件设计由于PC机本身是不带串口的，所以要利用USB转换线来进行PC机与单片机的串口通信，具体程序如图4.3所示： 图4.3 串口通信流程图/*/SBUF=d; sending=1; /设置发送标志 while(sending); /等待发送完毕 send(*pd); /发送一个字符 pd+; /移动到下一个字符 if(RI) /收到数据 RI=0; /清中断 /command=SBUF; if(SBUF!=!) Uart_ReceivepUartRec+ = SBUF; /读从串口收到的数据 else pUartRec = 0; else /发送完一字节数据 TI=0; sending=0; /清正在发送标志 /*/4.4上位机软件设计4.4.1上位机前面板设计前面板包括了一些实现设计所必需的功能，比如实时显示步进电动机的转速、数据存储功能、查询历史数据等功能,如图4.4所示。这些功能的实现主要看labview后面板程序的编写，而前面板的设计主要是上位机设计过程过程中涉及到的界面设计部分。因为基本按键是由后面板程序决定的，而每个界面给人的直观感觉是看前面板的界面设计，界面设计也是Labview编程过程中首先要完成的。一个界面设计好坏的最基本指标一是看是否完成了交互功能；二是看它在输入信息或者接收信息的时候能不能特别清晰直接地看出来；三是界面的美观程度。一个好的用户界面共有的特点具有三个方面：一是一致性、二是使用恰当的数据类型和控件类型。三是控件的分类排步合理简洁。在这里面，一致性包含了很多的方面，一是程序的内部的内容一定要一样；三是要符合客观事实；四是遵守客观的规律。对于第三个方面而言，比如在测量、控制、数据采集等一些领域，用户的界面可以借鉴这些仪器的外观。本设计的上位机界面设计的理念是：采用背景图片制作、排布自定义控件和相应控件。背景图片制作主要是从网上选取一些图片，而自定义控件需要在Labview前面板中先将所要用的控件拖到界面中，然后鼠标右击选择高级自定义控件进入自定义控件界面进行制作（这时候可以导入网上查找的图片进行制作）。图4.4 LabVIEW的前面板4.4.2 LabVIEW的后面板设计如图4.5所示，是LabVIEW的后面板图（也就是上位机程序设计图）。其中包括了数据通信串口协议方面模块的搭建、各类输入输出控件、各类结构（比如、条件结构While循环）、延时函数、时间显示模块等。如图4.5所示，数据先经过串口配置资源输出，然后经过属性节点，当传入串口数据的字节数不等于0时，经过串口读入模块读入数据。采取条件结构对布尔按钮进行调控，再通过“连接字符串”进行字符串连接，来对步进电动机进行控制。图4.5LabVIEW后面板金陵科技学院学士学位论文 第5章 系统下载与调试5系统下载与调试本课题是基于LabVIEW的电机测控系统设计，涉及到程序代码的编写和下载。本设计中，选用KEIL4作为下位机的程序编写软件，STC-ISP作为代码下载调试软件，首先利用KEIL4将程序代码编写好，并检查是否有语法错误，然后编译链接生成用于下载的hex文件，利用STC-ISP软件将多编写的代码下载到单片机中。在确定硬件设计无误的情况下，给系统上电，即可进行硬件调试，在调试的过程中不断修改代码，直到达到预期的效果。另外选用LabVIEW作为上位机的编写软件，来实现上位机与下位机的数据传输，进而对步进电机进行控制测速。5.1 KEIL软件介绍从某种意义上说，单片机系统的核心是软件的编程，软件的编写是否可靠稳定直接影响系统的效果和质量。KEIL软件不仅适合汇编开发编程也同样适用于C语言的开发，并为单片机的系统开发提供了功能丰富的封装函数。KEIL软件已经是当下最流行的单片机编程软件，其功能操作简单实用，而且它还能产生种类不同的烧录文件供客户进行抉择，对于单片机来说很是合适。KEIL软件诞生于美国，经过一代又一代开发人员的努力，KEIL软件发展到今天，功能更加完善，界面更加友好，成为许多单片机从业者最终的选择。本设计所有软件代码全部由KEIL软件编辑编译，图5.1，图5.2为KEIL4编程界面图。图5.1 KEIL4软件开机界面图5.2 KEIL4编程界面5.2 程序下载利用KEIL4软件编写好程序后，要将这个程序加载到单片机上。KEIL能够生成hex的文件，只要用串口调试助手将程序载入进单片机就可以了。在本设计中，我们使用STC公司出品的STC-ISP烧录器。该软件界面如图5.3所示。在载入程序之前，也要提前做好一些工作，首先，选择单片机型号为“STC89C52RC”，选择合适的COM口，COM口的选择需自行查看电脑设备管理器，然后设置好下载的波特率的最高上限和最低下限，一般情况下按照系统自带的就行了，最后打开hex文件，点击下载按钮。由于我们使用的是STC系列单片机，相比如传统的AT系列，在下载程序时会显得十分快捷，只需对单片机重上电即可，在本设计中，下载电路采用TTC转USB接口电路，由于现在的笔记本大都带有诸多USB接口，所以在硬件连接上也很简便。图5.3 STC-ISP程序烧录界面5.3 硬件调试最先着手的是设计硬件部分，然后根据已有的设计来画电路图，接着按照电路图用杜邦线来连接单片机和电机，再把光电编码器和电动机粘起来。在本系统中，光电编码器进行测速，利用液晶实时反应电机的状态，并将该信息通过串口发送至上位机显示。通过一步步对实物的调试，不断修改代码直至达到预期的效果。5.4 LabVIEW概述LabVIEW使用的编程语言是一种图形化的编程语言，又叫做G语言，这种图形化的程序语言，编写时基本不用写代码，而是用图标代替代码。LabVIEW采用一系列浅显易懂、好理解、好使用的图形代码来编程。LabVIEW有很多的优点，它的应用领域也是很广的,比如测试测量、控制仿真、儿童教育、快速开发、跨平台等领域。我这次的毕业设计采用LabVIEW设计了一个上位机，做出了一个界面，用来与单片机通信，进行数据传输。金陵科技学院学士学位论文 第5章 系统下载与调试5.5 LabVIEW调试在调试上位机之前，就已经能够通过串口调试助手对步进电动机进行控制，但是在与LabVIEW连接的时候出现了一点小故障，按钮有延迟，这个也许是程序本身运行问题，尝试了很多办法，还是没能解决，所以还是有点遗憾的。先给出几组系统状态截图，停止状态如图5.4所示，以一档速度反转状态如图5.5所示，利用左边指令控制电机进入二档正转状态如图5.6所示。图 5.4测控系统停止状态图 5.5以一档反转运转状态图 5.6字符串指令发送使电机以二档速度正转金陵科技学院学士学位论文 第6章 结论6 结 论我这次设计的重点在于充分利用了单片机，通过LabVIEW这么一个图形化的软件编程，大致能实现控制电机的功能。虽然还存在一些小瑕疵，如按键有迟缓。作为菜鸟级入门新手，我在这方面仍无法解决这个问题，但是我会继续向老师和同学请教的。最初我从老师提供的选题中选择了自己感兴趣的方向，然后搜索与课题相关的资料，完成了参考文献，再用谷歌搜索了一些外文文献，进行了翻译，在做好一系列准备工作后，我顺利完成了开题报告的撰写，接着按照任务书进行初稿的完成。在这期间，又在同学的帮助下以及老师的指导下，完成了初步的实物。从编程到论文的撰写，这一系列流程下来，我更加了解自己的毕设，尤其在专业知识上较之课本上的学习内容有了进一步的了解。一次次磨练，我掌握了如何进行工程设计，首先要分先现状，看看在当下的需求，然后深入分析要怎么实现功能，搭建框架，为日后的设计做好铺垫工作，夯实基础，最后是付诸实践，在一次次调试中对设计进行改进。不过，就目前水平而言，作为LabVIEW初学者，还是有很多问题尚未解决，就比如说在PC端进行软件操作的时候，有一定的延迟，反应不够灵敏。金陵科技学院学士学位论文 参考文献参考文献1 范春涛,徐城烽, 蒋永华等. 基于LabVIEW的电机转速测控系统研制J. 现代电子技术, 2015 (07):114-1172 李雪丽,靳继勇,张素香. LabVIEW在步进电机测控系统中的应用J. 中原工学院学报, 2015(01):31-343 韩承伟,邱浩,贺萍. 轮毂电机再生制动LabView测试平台设计J. 计算机测量与控制, 2015(06):1919-1921,19244 谢智阳,陈纪钦,康迂福. 基于LabView+DSP的超声波电机测控系统J. 科技信息, 2013(05): 90-915 董志斌. 基于LabVIEW的步进电机测控系统设计J. 企业技术开发, 2013(11):9-106 许丽川,苏朝阳,梁永春等. 基于LabVIEW的直流电机转速监测实验设计J. 实验科学与技术, 2013(04):56-597 刘永丰,梁文超,黄迪等. LabVIEW在数字化电机试验站测控系统中的应用J. 大功率变流技术, 2012(04):57-608 陈皓,胡平. 虚拟仪器在分布式电机测控系统中研究与设计J. 微计算机信息, 2009(04):92-949 刘子林. 基于网络化虚拟仪器的多电机测控系统研究J. 工矿自动化, 2009(07):61-6410 何新霞,程宝华. LabVIEW异步电机变频调速测控系统设计与开发J. 机械与电子, 2009(08):54-5711 苏偌宇,孙永荣,丁佐权. 基于LabVIEW的电机工作特性测控系统研究J. 机床与液压, 2009(08):135-13812 蔡秋花,马菲,张文英. 一种无刷直流电机测控系统设计J. 控制工程, 2008 (51):220-22213 王颖,章蔚中. 基于LabVIEW的电机测控系统设计J. 微计算机信息, 2008(28):114-11514 熊颉. 大功率变频交流牵引电机测控系统的设计和实现D. 中南大学,201015 赵会斌. 基于虚拟仪器的永磁直线同步电机测控系统的研究开发D. 电子科技大学,201016 何春鹏. 基于LabVIEW的数据处理与仿真的研究D. 北京交通大学,2008 17 王玉伟. 基于LabVIEW的测试软件设计D. 中北大学,2009金陵科技学院学士学位论文 附录附 录A 总电路图金陵科技学院学士学位论文 附录附 录B 实物图附 录C 主程序/*info*名称：Main.c描述：主程序代码*/#include reg52.h#include #include GLOBAL.h#include INT0.h#include Timer.h#include Uart.h#include DISPLAY.h#include MOTOR.h#include Lcd.hextern uchar Flag_3s;/3sextern uchar Uart_Receive10; /存放从串口收到的数据extern int Pulse; /计数脉冲int Speed; /最后得到的速度int Motor_State = 1; /电机运行状态int Motor_Dir = 1; /电机方向int Motor_Speed_Level = 1; /步进电机运转速度等级int Motor_Speed_S = 0; /测到的速度十位int Motor_Speed_G = 0; /测到的速度个位void Uart_Show(void);void main() INT0_Init(); /外部中断初始化 uart_init(); /串口初始化P0 = 0X00;dula = 1;wela = 0;delay(1);dula = 0;wela = 0;delay(1); LCD_Init(); /液晶初始化 LCD_Clear();/清屏 LCD_Write_String(1,1,Speed:); /固定显示的内容 LCD_Write_String(11,1,r/s); /固定显示的内容 Timer0_Init(); /定时器初始化 while(1) / step_forward(10);/下面部分是解析来自串口的命令/*/if(Uart_Receive0 = 1)Motor_State = 1; else Motor_State = 0;if(Uart_Receive1 = A) /收到正转命令Motor_Dir = 1