(精品)单片机课程设计论文-PWM直流调速

成 绩 课 程 论 文（学年春季学期）论文题目 直流电机实验 课程名称 单片微机原理及应用 指导老师 学 院 物联网工程学院 班 级 学 号 姓 名 目录1设计目的-32设计要求-33设计器件及设备-34设计原理-35芯片选择及介绍-46芯片与驱动电路连接线路图-57系统工作原理-68程序框图-89程序清单-1110设计总结-14设计目的1. 通过具体小型测试系统的设计，来实践单片机系统设计及调试的全过程，以加深对单片机内部结构、功能和指令系统的理解，并进一步学习单片机开发系统的应用及一些外围芯片的接口和编程方法，初步掌握单片机系统的硬、软件设计技术及调试技巧；2. 利用PWM控制直流电机的转动速度。设计要求1. 利用DP-51PRO.NET单片机仿真器和设计模板直流电机转速控制器；2. 用仿真器上D1区的按键KEY1与KEY2改变PWM的占空比来控制直流电机的转速。设计设备及器件联想PC机（1台）DP-51PRO.NET单片机仿真器、编程器、实验仪三合一综合开发平台（1台）设计原理PWM功率驱动电路硬件线路图：由原理图我们可以看出：只要ZDJ_A的电压比ZDJ_B的电压高，则电机正转；如果ZDJ_B的电压比ZDJ_A的电压高，电机反转。注：设计实验时，考虑到如果用软件实现电动机的反转时相对较麻烦，于是采用硬件来实现其反转，即只需将仿真仪器上直流电机的B端子接到D1区J53的非KEY1、KEY2端子上，对其进行置1即可实现。芯片选择：80518051单片机内部结构：含运算器、控制器、片内存储器、4个I/O接口、串行接口、定时器/计时器、中断系统、振荡器等功能部件。8051部分引脚说明：1. 主电源引脚 Vcc：接+5V电源正端Vss：接+5V电源地端 2.外接晶体引脚 XTAL1：片内反相放大器输入端。XTAL2：片内反相放大器输出端。3.输入/输出引脚 P0.0P0.7：P0口的8个引脚。在不接片外存储器与不扩展I/O接口时，可作为双向输入/输出接口。P1.0P1.7：P1口的8个引脚。可作为准双向I/O接口使用。P2.0P2.7：P2口的8个引脚。一般可作为准双向I/O接口。P3.0P3.7：P3口的8个引脚。除作为准双向I/O接口使用外，还具有第二功能。4.控制线ALE/PROG:地址锁存有效信号输出端。PSEN：片外程序存储器读选通信号输入端。RST/VPD：复位端。EA/VDD：片外程序存储器选用端。芯片与驱动电路的连接线路图线路图说明：图中的J78即为直流电机的接线端子，用导线将J78的ZDJ_A端子与8051的P1.0接口相连，其ZDJ_B端子接地（可接到C1区的GND）；8051的P1.1、P1.2分别接到D1区J53接口的KEY1和KEY2上（注：为了便于实验时的操作方便，可不选用点动仿真的J53接口，而采用上图所示的D1区调节按钮）。系统工作原理采样原理：利用PWM控制直流电机的调速。PWM 的调速原理：PWM 调速是通过改变输出脉冲的占空比，从而改变电机转速的一种调速方法。PWM 调速分为单极性和双极性两种。在单极性方式下，电机的转动方向不变，改变的只是转速；而在双极性方式下，电机的转动方向和转速都是可变的。以下以单极性为例说明PWM 调速的基本原理：假设一个脉冲周期内，高电平电压为Us，持续时间为t1；低电平为0V，持续时间为t2。则脉冲周期T=t1+t2，该周期内平均电压U0=t1*Us/T。令=t1/T，则U0=*Us，表示占空比。就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM 调速原理（我在此次实验中当高电平电压不变的情况下，电机两端电压的平均值U0 取决于占空比的大小。改变值采用的正是单极性调速，具体程序见后文）。在双极性方式下，如果U0为负，意味着电机将反转，转速由U0 的绝对值控制。严格地讲，平均速度U0与占空比并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似地看成线性关系。关于占空比：占空比(Duty Cycle)在电信领域中有如下含义: 在一串理想的脉冲序列中(如方波),正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。占空比的计算：设一个脉冲周期为T，t1为高电平持续时间，则占空比=t1/T。数据存放单元安排P1.0用于控制PWM的输出，而P1.1和P1.2在我的设计思路里，是通过外部硬件使他们分别为高电平、低电平，以改变占空比，从而实现调速，具体说来就是使P1.2 、P1.1分别为：00（空速状态），01（低速），10（高速），11（全速）。按键通过对D1区J53的KEY2、KEY1按键进行置1或置0改变P1.2、P1.1的输出，即改变占空比，实现调速。程序框图主程序流程图选择计时器工作方式2P1.2是否为0程序初始化 转至LOWSPEED转至LOWSPEEDYN转至FULLSPEEDP1.0是否为0P1.1是否为0转至HIGHSPEED执行子程序FULLSPEEDDYNYN跳转至VOIDSPEED执行子程序LOWSPEED子程序流程图（注：因为四个子程序模块功能类似，故只画了一个子程序流程图）执行子程序FULLSPEEDP1.0为0？转至HIGHSPEEDYN计时器0、1分别装入初值计时器0开始计时T0响应中断？YNP1.0置1，计时器1开始计时T1响应中断？YNP1.0清零返回MAIN程序清单ORG 0000HMAIN: MOV TMOD,#22H ；选择计时器工作方式2：自动装载初值的8位计时器 JNB B.2,LOWSPEED ；P1.2为0，则转到LOWSPEED AJMP FULLSPEEDFULLSPEED: JNB B.1,HIGHSPEED ；P1.1为0，则转HIGHSPEED MOV TH1,#0FEH MOV TL1,#0FEH ；给计时器1装入初值 MOV TH0,#0E0H MOV TL0,#0E0H ；给计时器0装入初值 SETB TR0 ；计时器0开始计时WAIT1: JBC TF0,SETH1 ；计时器0响应中断，转到SETH1 AJMP WAIT1SETH1: SETB B.0 ；P1.0置1 SETB TR1 ；计时器1开始计时WAIT2: JBC TF1,SETL1 ；计时器1响应中断，转到SETL1 AJMP WAIT2SETL1: CLR B.0 ；P1.0清零 AJMP MAINHIGHSPEED:JNB B.1,HIGHSPEED；以下模块与FULLSPEED类似，不再赘述 MOV TH1,#00H MOV TL1,#00H MOV TH0,#01H MOV TL0,#01H SETB TR0WAIT3: JBC TF0,SETH2 AJMP WAIT3SETH2: SETB B.0 SETB TR1WAIT4: JBC TF1,SETL2 AJMP WAIT4SETL2: CLR B.0 AJMP MAINLOWSPEED: JNB B.1,HIGHSPEED MOV TH1,#00H MOV TL1,#00H MOV TH0,#01H MOV TL0,#01H SETB TR0WAIT5: JBC TF0,SETH3 AJMP WAIT5SETH3: SETB B.0 SETB TR1WAIT6: JBC TF1,SETL3 AJMP WAIT6SETL3: CLR B.0 AJMP MAINVOIDSPEED: JNB B.1,HIGHSPEED MOV TH1,#00H MOV TL1,#00H MOV TH0,#01H MOV TL0,#01H SETB TR0WAIT7: JBC TF0,SETH4 AJMP WAIT7SETH4: SETB B.0 SETB TR1WAIT8: JBC TF1,SETL4 AJMP WAIT8SETL4: CLR B.0 AJMP MAINEND设计总结（1）设计实现功能：此次设计通过PWM技术改变占空比以实现直流电机的调速。通过外部按键对8051的P1.2、P1.1端口置1或置0可以实现不同档次的调速，例如：P1.2、P1.1状态为1、1时即为全速状态，1、0时即为高速，0、1即为低速，0、0即为空速。在程序调试中，亦实现上述调速规律。因此，本实验基本达到了预期的调速目的。（2）实验设计中的几点问题此次设计中，关于直流电机的正反转，我选择的是更加方便的硬件控制（即把电机的B端子接到J53的其他接口上并使其置1来实现反转）而放弃了选用软件实现，所以这次设计不是很完美。和同学讨论时，发现虽然程序能实现不同档次的调速，但不能连续控制。的确，仔细考虑后，发现程序中的四段调速，都是直接跳转到某一速度下，未能实现电机的连续控制。然而，令我有点窃喜的是，在仿真时，虽然电机也是按指令的达到某一个速度，但整个调速过程却是连续的，而不是想象中的断点控制。对于这点很容易理解；因为速度不可能突变，所以仿真时，虽然没有添加连续控制程序，但电机仍然实现了连续调速的过程。不过，无法否认的是，程序设计里没有添加连续控制程序依然是一个缺陷。（3）设计体会说实话，初次看该课程设计时，脑海里毫无头绪,对PWM控制技术概念的模糊导致最开始写程序时一筹莫展！PWM控制技术是如何实现调速的？占空比怎么设置？定时器工作方式怎么选择？等等一系列的问题，都使我举步维艰