他励直流电动机的调速系统【自动化毕业论文开题报告外文翻译说明书】.zip
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自动化毕业论文开题报告外文翻译说明书
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系统设计【说明书论文开题报告外文翻译】
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毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过毕业设计，使学生受到自动化工程师所必备的综合训练，在不同程度上提高各种设计及应用能力，具体包括以下几方面： 1. 调查研究、中外文献检索与阅读的能力。 2. 综合运用专业理论、知识分析解决实际问题的能力。 3. 定性与定量相结合的独立研究与论证的能力。 4. 设计方案的制定、仪器设备的选用、安装、调试及实验数据的测试、采集与分析处理的能力。 5. 设计、计算与绘图的能力，包括使用计算机的能力。 6. 逻辑思维与形象思维相结合的文字及口头表达的能力。 7. 撰写设计说明书或论文的能力。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1本次毕业设计的对象是他励直流电动机的调速系统。本设计运用调节电枢供电电压对电动机进行调速控制，对电路中各元件方案进行选择，制作出电路板。 2按时完成开题报告书。 3按时完成毕业设计外文参考资料。 4能够圆满完成指导老师布置的课题任务，设计方案合理，能够体现一定的创新性。 5按时参加答辩，在答辩前各项规定的资料要齐全。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括图表、实物等硬件要求： 1.按期完成一篇符合金陵科技学院论文规范的毕业设计说明书（毕业论文），能详细说明设计步骤和思路； 2.能有结构完整，合理可靠的技术方案； 3.能有相应的电气部分硬件电路设计说明； 4.有相应的图纸和技术参数说明。 5.有相应的软件程序流程图，并给出调试成功后的结论。 4主要参考文献： 1孙立志PWM与数字化电动机控制技术应用M北京：中国电力出版社，20081 2李华嵩，俞卞章，秦祖荫反激式电源设计中MOSFET的选择与功耗验证J电力电子技术,2006(10):07-109 3王赋攀，杨鹏MOSFET功率开关器件的散热计算J电源技术应用,2005(2)31-35 4李忠文，安生辉实用电机控制电路M北京：化学工业出版社,2003 5阮毅，陈伯时电力拖动自动控制系统运动控制系统D北京：机械工业出版社，20098 6顾绳谷电机及拖动基础(下)M北京：机械工业出版社,2007 7黄立培电动机控制D北京：清华大学出版社，20039 8李跃华他励电机控制器软件设计与实现D苏州大学硕士论文,20054 9袁任光实用电动机控制电路150例M北京：机械工业出版社,2007 10明立娟直流电机控制系统D电子科技大学硕士论文2008,11 11张红娟，李维基于PIC单片机的直流电机PWM调速系统J机电工程,2005,11 12张立丽，王洪波基于PIC单片机的直流控制器的设计J计算机工程与设计，2009,11 13刘春华,王向周,南顺成.基于PWM控制器的低压直流电机控制系统设计及其应用J20049 14孙立志PWM与数字化电动机控制技术应用M北京：中国电力出版社，2008,1 15王大江，吴金强基于TL494的H桥直流电机控制系统J传动技术，2010,6 16陈时淦周杰敏黄子怡杨帆一种新型的不对称半桥隔离驱动电路设计J电源技术应用， 2009(12) 毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：2015.11.2-2015.11.5在毕业设计管理系统里选题 2015.11.6-2015.11.10在毕业设计管理系统里选题 2015.11.11-2015.12.11指导教师下发任务书，收集相关资料 2015.12.14-2016.1.6提交开题报告、外文参考资料及译文、论文大纲 2016.1.7-2016.4.13进行毕业设计（论文），填写学生中期检查表，提交论文草稿等 2016.4.14-2016.5.8按照要求按时完成论文或设计说明书等材料,提交论文定稿 2016.5.9-2016.5.13评阅教师评阅学生毕业设计；学生查看毕业设计答辩安排 2016.5.14.-2016.5.15参加毕业设计答辩 所在专业审查意见：通过负责人： 2015 年 12 月21 日 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不少于1000字左右的文献综述： 一、选题的根据1）本选题的理论、实际意义 在现代工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。长期以来，自动调速电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。 以前电动机大多使用由模拟电路组成的控制柜进行控制，现在单片机已经开始取代模拟电路作为电机控制器。当前电机控制器的发展方向越来越趋于多样化和复杂化，现有的专用集成电路未必能满足苛刻的新产品开发要求，为此可考虑开发电机的新型单片机控制器，因此研究他励直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解直流电机问世已有一百四十多年的历史。在设计和制造技术上有很大进步, 新材料、新技术的应用以及整流电源的普及, 促进了一般工业用直流电机的不断扩大, 品种的日益繁多。从小至数瓦, 大到万余千瓦, 广泛地用于冶金、矿山、煤炭、起重运输、机床制造、纺织印染等各个部门中, 特别是近几年电子计算技术广泛应用在直流电机设计制造中。从直流电动机的演变历史, 也可以纵观直流电动机的发展历史和动向、从四十年代后期到五十年代的前期, 直流电动机的电源主要是采用M-G电动发电机组,六十年代初, 电动发电机组电源已被水银整流器逐渐代替, 到六十年代后期, 由于可控硅整流装置的出现, 并得到迅速发展, 可控硅整流电源已占统治地位。由于直流电源供电方式的不断更新换代, 特别是在最近的十几年期问, 进一步促使了直流电动机的单机功率、转速不断提高, 目前朝着高速、大功率方向发展。另外, 由于绝缘技术和分析技术的进步, 直流电动机已迅速向小型轻量, 低惯量方面发展。 随着各种技术的进步和研究的展开,诸多高质量的直线电机产品和科研成果纷纷出现。1985年,美国Ingersol铣床公司生产了采用永磁同步直线电机的HVM600高速加工中心,最大进给速度达76.2m/min。而在1997年,汉诺威12.EMO展览会上有20多家公司展出了直线电机传动装置,如德国Trumpf公司的激光机床,法国Renault automation公司的加工中心等,展出的直线电机最大速度达150200 m/min。这些被称为最有前途的展品表明,在高速度机床的进给机构中愈来愈多的采用直线电机。新型磁性材料和控制技术、冷却方法的出现,为应用经济高速高动力直线电机创造了条件。由于变频技术的出现，交流调速一直冲击直流调速，但综观全局，尤其是我国在此领域的现状，再加上全数字直流调速系统的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性，直流调速系统仍将处于十分重要地位。对于直流调速系统转速控制的要求有稳速、调速、加速或减速三个方面，而在工业生产中对于后两个要求已能很好地实现，但工程应用中稳速指标却往往不能达到预期的效果，稳速要求即以一定的精度在所需要的转速稳定运行，在各种干扰不允许有过大的转速波动。参考文献1 张毅刚 彭喜元 .单片机原理与应用设计M. 北京：北京市海淀区四季青印刷厂，2010.2 张毅刚.新编MCS-51单片机运用设计. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.3 张义和 王敏男 许宏昌 余长春.例说51单片机（c语言版）. 北京：人民邮电出版社，2009.4 马忠梅 籍顺心 张 凯 马 岩.单片机的C语言应用程序设计. 北京：北京航空航天大学，2010.5 Samsung Electronics. S3C44BOX Risc microcontroller ARM instruction sheet .2002.6 郭天祥.51单片机C语言教程，电子工业出版社，2005年7月7 丁元杰.单片微机原理及应用，机械工业出版社，2005年7月8 楼然苗、李光.单片机课程设计指导，北京: 北京航空航天大学出版社，2007.9周立功.直流电机原理与驱动M.西安：西安电子科技大学出版社.2008.110王晓明 电动机的单片机控制(第3版)北京航空航天大学出版社.201111冯方亮. 他励直流电动机机械特性实验分析J. 江汉大学学报, 1996,(06) . 12 邹宝钦. 浅析他励直流电动机的可控硅调速J. 福建电力与电工, 1997,(04) . 13 孟祥霓. 直流电动机机械特性测定方法的研究J. 济南大学学报(社会科学版), 1997,(03) 14李发海.电机学.北京:科学出版社. 1991 15 汤蕴.电机学.西安:西安交通大学出版社.1993毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1）主要研究内容及观点本课题是设计一个基于单片机的他励直流电机调速系统，包括各部分硬件的设计以及相应的驱动程序设计。1、通过电平转换使上位机能与单片机进行串口通信，并选用串口大师软件对单片机发送信号。2、设计显示电路，使用户可以通过显示屏与控制系统进行交互，实现电机正反转等状态以及速度的实时显示。3、设计键盘输入电路，使用户可以通过显示屏与键盘对电机进行正反转等状态以及速度的调节，从而脱离上位机对其发送信号。2）研究重点本文研究的重点是单片机控制电路的设计，精确可靠的控制和检测电机工作状态以及转速。当转速达到设定值时，可自动保持设置的转速。3）难点控制电路、驱动电路的设计以及控制程序的编写。4）创新点加入键盘控制电路，采用独立式键盘，使用户可以通过键盘实现对电机工作状态和转速的调节。5）研究方法本课题是研究直流电机控制系统的设计，基于单片机技术来实现电机的工作状态以及转速。主要通过硬件电路设计，软件编程，系统调试研究控制电路性能。搭建一个单片机控制的他励直流电机系统主要理论基础：电机与拖动，单片机原理及应用，单片机C语言程序设计，模拟电子技术基础，数字电路技术基础，电路理论。毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 指导教师意见：1对“文献综述”的评语：郭立凯同学针对他励直流电动机的调速系统进行研究，该生查阅文献资料能力较强，能较为全面收集关于直流电动机调速问题的资料。对毕业论文的各个环节非常重视，开题报告格式符合学校的有关毕业生论文的写作要求，报告说明充分，思路清晰。 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：论文题目选择合理，符合本专业要求，和专业学习相符，有研究价值，工作量适中。预计该论文应该能够达到预期水平。 3.是否同意开题： 同意 不同意 指导教师： 2016 年 03 月 30 日所在专业审查意见：同意 负责人： 2016 年 03 月 30 日第一部分 绪论1 前言电动机的应用前景和发展历程电动机的分类他励直流电机的理论及意义第二部分 总体设计 1 系统设计框图及原理分析2 系统模型各个模块的总体介绍第三部分 硬件设计1 硬件选择单片机、传感器、他励直流电机的型号选择及介绍。 2 各模块之间的电路连接主要介绍检测电路、他励直流电机的控制、单片机接口电路设计等。 3 系统电气控制原理第四部分 软件设计 1 系统控制流程图 2 keil编程软件和protues仿真软件介绍3 变频器主要参数配置4 单片机系统程序系统总控制程序、初始化程序、时钟跟踪模块程序等第六部分 系统调试与分析1通过硬件电路设计，软件编程，系统调试研究控制电路性能了解搭建一个单片机控制的他励直流电机系统进行总的调试2查看整个系统统一工作时的各项数据与现象第七部分 总结与展望根据自身所学知识，结合毕业设计的综合实践，深入对提高他励直流电动机调速系统的了解，提高自己对于系统设计的能力。参考文献电机与拖动，单片机原理及应用，单片机C语言程序设计，模拟电子技术基础，数字电路技术基础，电路理论等方面的资料。目 录摘 要IIIAbstractIV1 引言11.1 课题背景11.1.1 开发背景11.2 可控直流电源11.2.1 直流电机的调速方法11.2.2 控制程序的设计22 调速系统的硬件设计32.1 基于单片机的调速系统总体设计32.2 51单片机介绍32.2.1 51单片机发展32.2.2 51单片机的基本组成42.2.3 主要核心器件的作用和功能42.2.4 单片机引脚介绍43 PWM信号发生电路设计63.1 PWM技术的简介63.2 电路设计与分析63.2.1 保护电路介绍63.3 驱动电路设计74 主电路设计84.1 单片机最小系统84.2 液晶屏幕显示电路介绍84.2.1 显示屏的功能介绍94.2.2 LCD1602性能参数104.2.3 显示屏连接单片机124.3 按键电路124.4 霍尔元件介绍124.4.1 霍尔元件原理及应用124.4.2 霍尔传感器测速原理135 实物制作145.1 主要功能及操作145.2 制作过程145.2.1 计算机仿真145.2.2 实物制作146 系统功能调试166.1 单片机程序166.2 仿真整体图237 附 录247.1 实物图248 结 论25参考文献26致 谢2728他励直流电动机调速系统摘 要最近几年来随着计算机技术的快速发展，交直流电机的数字化系统也趋于成熟。本次毕业设计是利用一台他励直流电动机、8051单片机构成的数字化直流调速系统。用51单片机代替以前的触发器、调节器、速度调节器及逻辑切换等设备。最后完成编程、调试以及仿真。实时控制，本数字化直流调速系统实现了他励直流电动机的速度调节，相比于模拟直流调速系统而言这种数字化的方式结构简单，成本更容易接受，操作也更加容易。更加方便应用到实际生活当中去。 关键词： 他励直流调速系统 单片机 数字方式Separately excited dc motor speed control systemAbstractIn recent years with the rapid development of computer technology, the digital system of ac/dc motor, tend to be mature. This graduation design is the use of a separately excited dc motor, 8051 single-chip computers.the digital dc speed regulating system. Use instead of the before trigger, 51 single-chip microcomputer regulator, speed regulator and logic switching equipment. Finally complete the programming, debugging and simulation. Real-time control, the digital dc speed control system realized separately excited dc motor speed regulation, compared to the simulation of dc speed regulating system for the digital way of structure is simple, the cost is more easy to accept, operation more easy. More convenient applied to real life.Key words: Single chip microcomputer ， Separately excited dc motor ， Digital way1 引言1.1 课题背景1.1.1 开发背景现今的工业生产中，大量的生产器械都是要在不同的情况下以不同的速度工作，在提高生产效率的同事保证质量，所以器械的工作速度至关重要。他励直流电机的调速系统的设计不仅要磁通的额定值保持不变，电枢也不串联电阻元件，在降低电枢的电源电压为不同的同时，电动机的负载运行也在不同的转速。降低供电电压，电机机械特性不变。因此比起电枢串电阻调速的方法使电机的机械特性变软，调低电源电压可以使电机在低速范围运行时，转速随负载变化而变化较小，速度稳定性好太多。当电源电压变化时，速度的变化也是连续的，像这种调速称为无级调速，这种调压调速与串电阻调速的方法相比较，要下滑得多，还可以得到更多级的转速。因此调节电源电压的调速方法，在直流电机调速系统的设计中被广泛应用。1.2 可控直流电源变压调速是直流调速的首要方式，如果调整电枢给电电压要有专业的可控直流电源，我们经常使用的直流电源包含三种：方式一是 旋转变流机组。把交直流电机组合成电机组，从而获取可调的直流电压。方式二是 静止式可控整流器。用静止式可控整流器获得可调的直流电压。方式三是 直流斩波器或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或不控整流电源供电，运用电子的开关器件进行斩波和进行脉宽调制，生成变化电压。1.2.1 直流电机的调速方法直流调速系统的设计中双闭环控制是一个相对性价比更好的调速方式。这个系统的组成如下图1.1所示图1.1 转速、电流双闭环直流调速系统为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。如图1.1图中所示，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。 于是也就组合出转速、电流双闭环的调速系统了1.2.2 控制程序的设计定时中断的设计。当单片机通电启动后单片机就开始执行程序进而进行运行，通过P1.1端口检测是高电平还是低电平来控制他励直流电机的正传还是反转。另外有两个按钮，通过调节占空比的大小进而控制高电平和低电平的延时时间，这样也就可以变化电压大小也就是供电电压的数值，接着就可以改变他励直流电动机的运行速度。2 调速系统的硬件设计2.1 基于单片机的调速系统总体设计这次毕业设计的总体思路是利用单片机控制系统的输出信号，在单片机的IO口通过写入的各种程序进而产生我们所要利用的PWM信号，然后再传送到他励直流电机上面使得电机开始运行，开始运行的时候电机是正向旋转的。然后霍尔传感器组成的速度测量电路再把实时转速反馈给单片机系统，单片机经过数据分析和处理后通过系统的显示模块进行实时的展现，我们可以通过液晶屏幕的显示和电机的转向完整的了解电机的运行状态，这样也就完成了调速系统的设计的思路，实现了他励直流电机调速。硬件系统的总体图如下图1.2所示。图2.1 硬件系统总图2.2 51单片机介绍2.2.1 51单片机发展51单片机是一种小型的计算机类集成的芯片，单片机就是把具有数据处理能力的微处理器、存储器、只读程序存储器、I/O口，可能还包括定时计数器、串行通信口、显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟转换器及A/D转换器等电路实现整合然后汇集在一个小型的芯片上，然后构成完善的计算机系统，他可以通过编程完成对以上各种器件的利用，实现各自的功能，完成操作者的操作。在单片机诞生之后，单片机的发展是非常迅速的，它的更新换代比较快但是也是大致可以分成五个阶段：第一阶段1971年-1974年的4位单片机，第二阶段1974年-1978年的低档8位单片机，第三阶段1978年-1982年的高档8位单片机，第四阶段1982年-1990年就是16位的单片机，最后一个阶段就是90年代到目前为止的新型单片机。早期的单片机是Intel公司和Mostek公司生产的为主，后面又加入了很多新型公司。2.2.2 51单片机的基本组成STC89C51单片机的组成说复杂也复杂说简单也简单它是由主CPU和另外的8个模块组合一起形成的，他们之间的联系就像图片2.2那样的，也就是芯片上加入其它芯片组合的，在功能单元的控制上单片机是利用寄存器集中控制。单片机的基本合成方式如下图2.2所示： 图2.2 单片机基本结构2.2.3 主要核心器件的作用和功能 CPU也叫做中央处理器它就相当于人类的大脑一样是单片机的核心，它的主要功能是对系统的数据进行运算和对其他合成器件的控制。内部数据存储器是芯片的数据存储装置他一共有256多个RAM单元.内部程序存储器则是用来程序存储的装置、本来就存在的数据我们把它称做内部ROM。定时器是STC89C51芯片内重要的定时和计数装置，我们通常都是利用定时器的定时和计数功能来实现对单片机的控制。中断控制系统也是单片机的重要组成部分，在我们使用的单片机内红有五个中断源。2.2.4 单片机引脚介绍单片机最小系统的引脚图如下图2.3所示VCC ： 单片机的芯片电源，大多是接+5V；VSS ：单片机的接地端，直接接地；XTAL1、XTAL2 ：晶体振荡电路反相输入端以及晶体振荡电路反相输出端。ALE/PROG:地址锁定存储ALE功能：实现对P0口的锁存以及输出其低8位的地址PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。PSEN:外ROM读选通信号。RST/VPD:复位/备用电源。RST（Reset）功能：复位信号输入端。VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。EA功能：内外ROM选择端。Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。P0口、P1、P2、P3口，共32个引脚。在这些端口之中P3口应该还有另一个作用，用来对特殊信号输入和输出以及控制信号。图2.3单片机最小系统引脚图 3 PWM信号发生电路设计3.1 PWM技术的简介PWM是Pulse Width Modulation的缩写，这次毕业设计我就是采用了这项技术来进行速度调节的。它的工作原理是利用生成的矩形波来进行对占空比值的大小调节，从而实现调节脉宽的目的。脉宽调制利用微处理器的数字输出对模拟电路进行控制十分有效。用它来进行速度的控制可以说是非常有效的。3.2 电路设计与分析这次毕业设计的总体电路我们采用H桥驱动电路作为驱动电路，设计的电路见下图图3.1所示。 图3.1 驱动电路图3.2.1 保护电路介绍因为电力电子器件的管芯具有体积小,热容量大的特点，特别是在高电压，大电流应用时，温度一定要得到比较严格的操控，当晶闸管中流过大于给定值的电流时，热能不能及时的散掉，使得温速度提升，最终将导致系统损坏，不能正常运行使用。产生过电流的原因有很多种，如交流装置本身功率器件损坏，驱动电路发生故障，控制系统发生故障，交流电压过高，过低或者缺项等等。3.3 驱动电路设计H桥式驱动电路包括4个三极管以及电动机，因为它的外形和H相像，因此得名。如图3.2得，如果想要使电动机转动的话，我们就必须要使得对角线上的两个三极管通电导通才可以。四个三极管的导通的情况不同时，产生的电流也会从不同方向流过电机，因为流过电机的电流方向的变化使得电机的运行方向也跟着变化了。图3.2 H桥电路简图所以只有在四个三极管对角的三极管导通时，电机才能实现运行。如果不是对角的三极管导通是没有用的。导通路线如下图图3.3所示图3.3 三极管导通方向4 主电路设计4.1 单片机最小系统51单片机最小系统电路图如图4.1所示图4.1 单片机最小系统图4.2 液晶屏幕显示电路介绍液晶显示电路是比较简单的它的局部电路图如下图4.2所示： 图4.2 液晶显示电路在这次他励直流电动机调速系统的毕业设计中，速度和占空比数值和调节改变都是可以显示出来的，液晶LCD 1602显示屏就恰恰可以很好的显示出这些数据。LCD是Liquid Crystal Display的缩写，使用的显示器是种相对特殊的数据显示装置，显示器它自身是不能自己进行发光的。这种液晶显示器具有很多好处，其中比较突出的特点就是功能消耗比较低但是它的在抗干扰能力方面却是非常强的。4.2.1 显示屏的功能介绍LCD1602液晶显示原理 LCD1602液晶显示是利用液晶的物理特性实现数据的显示的，通过控制电压的高低电平对其显示区域进行控制，只要通电就可以显示，可以根据需要设计出不同的字符或者图形。液晶显示器比较薄，比较容易实现完整的彩色显示，适用于大规模集成电路直接进行驱动。在现实生活中，便携式电脑、通信工具等领域都广泛采用了LCD1602显示器。 LCD1602液晶显示器类型液晶显示有很多种类型，一般情况下，按照显示方式不同分以为线段式、点阵式、字符式等等，本次设计采用的是点阵式。除了可以显示黑白颜色以外，液晶显示器还可以显示不同灰度、亮度和颜色的图形。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。LCD1602液晶显示器各种图形的显示原理: 1.线段的显示点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。2.字符的显示 用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。3.汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。LCD 1602实物图如下图4.3所示，LCD 1602的引脚图如图4.4所示图4.3 LCD1602实物图图4.4 LCD1602引脚图4.2.2 LCD1602性能参数LCD1602的主要参数及配置如表所示。表4.1 芯片的主要技术参数及应用配置表4.2 LCD 1602管脚功能及说明LCD1602的主要技术参数如表4.3所示。表4.3 LCD 1602A主要技术参数LCD 1602显示模式如表4.4所示。表4.4 LCD 1602A显示模式4.2.3 显示屏连接单片机显示屏可以利用两种方法进行对单片机的连接，其中一种方法是显示屏的那8位数据总线同我们使用的单片机的RS、R/W、EN这几个控制端口相连接来实现屏幕和单片机的联通；第二种连接的方法就是单单利用显示屏的D4D7作为四位数据分2次分别进行数据的传输。还有就是显示器的使能端与单片机的P1.1连接等4.3 按键电路键盘接口用于实现单片机应用系统中的数据和控制命令的输入，常见的键盘设备包括BCD拨码盘、独立式键盘、矩阵式键盘等，居于矩阵式键盘的优点显著，此次设计我们采用矩阵式键盘。矩阵式键盘：矩阵式键盘主要指有多个按键组成的开关按键。这类按键比较适合利用非静态寻找的方法进行查询，也就是当使用低电平查询，回送一定会上拉到高电平；当采取高电平查询时，则回送线需被下拉为低电平。下图给出了低电平扫描的回路。这种键盘的优点是使用较少的I/O口线可以实现对较多键的控制。本次设计的键盘的硬件电路如图4.5所示：图4.5 按键部分电路4.4 霍尔元件介绍霍尔元件的管脚图以及管脚的接线图如下图所示图4.6霍尔片管脚图 图4.7管脚接线图4.4.1 霍尔元件原理及应用我们通常应用的霍尔元件其实就是研究人员通过对霍尔效应进行学习研究出来的的半导体材料。霍尔元件通常都是被用于电动机中测定转子转速的，例如录像机的磁鼓，电脑中的散热风扇等；这一种基于霍尔效应的磁传感器,经过好多年的研究和发展已成一个品种多样的磁传感器品牌群，并且在最近几年收到了很大的开发和大面积的使用。使用的传感器的基本外部图形如图4.8所示和霍尔传感器与磁场作用是的关系如下图4.9所示。图4.8 霍尔元件和磁钢 图4.9 管脚图我们使用的霍尔元件的实际电路的接线图如图4.10所示。 图4.10 霍尔传感器的接线图4.4.2 霍尔传感器测速原理霍尔传感器件作为一个专业进行转速测量的传感器，在他励直流电动机运行时，他励直流电机会和霍尔元件的传感器同时运行一起转动，这个时候霍尔元件根据传感器的运行就可以生成与之一一对应的脉冲信号，此后只要稍微处理后就可以把信号传给计数器了，然后在经过单片机进行处理传输给显示屏幕，把数据显示出来，这样我们就实现了对他励直流电机的运行速度的测量，并且的到了比较准确的实时数据也就是电机的转速。霍尔传感器的基本测量原理如图4.11所示 图4.11 霍尔器件测速原理5 实物制作5.1 主要功能及操作我这次毕业设计是利用51单片机作为主控制器的通过编写程序，利用写入单片机的程序对他励直流电机进行速度的调节和正反转的切换，然后我们还采用了霍尔传感器的非接触方法对他励直流电机的转速进行转速的测量，最后利用了LCD1602液晶显示实时的电机转速，转速单位为转/分（RPM）。显示当前的PWM占空比0100%。电动机的速度和方向是可以通过按键来进行控制和调节的，键盘还可以开始暂停。实物的使用说明：实物的液晶屏第一行显示电机转速，第二行显示占空比，占空比数值越大，电机转速越快。还有就是该系统一共设置了6个按键。注意单片机使用的独立按键都是系统的复位按键，按下单片机会复位。按键1是加速键，它是可以短按的，占空比加1，速度变化较慢；也可以长时间按，此时的占空比是连续增加的，速度变化较为快。按键2是减速键，它的功能和按键1刚好相反，他也可以短时间按，占空比减1，变化慢；也可长按，占空比连续减的快，变化较快；按键3是正转切换键，按下后电机正转，第二次按下后没有变化；按键4时反转切换键，按下后电机反转，只能按一次，等方向变化后再使用才可以；按键5是开始暂停键，按一下开始，再按一下暂停。5.2 制作过程5.2.1 计算机仿真模拟仿真不仅仅可以模拟出真实的实物效果，也可以检测实物的可行性，还有当系统不能运行时，模拟仿真不会使得系统损坏。因此，采用仿真技术是非常有必要的。仿真学习单片机的软件也很多，比如Keil、Proteus，它们的开发环境更是多种多样，利于使用这利用计算机模拟仿真学习电力电子、单片机等。特别是如今特别热门的多个8位和16位单片机，学习的环境非常优越。甚至32位的ARM单片机也可以利用模拟仿真来进行学习。因此，计算机仿真学习单片机的机会已经成熟，我们当把握这个机会，积极地利用它，为学习单片机及其他技术服务。本次毕业设计的仿真时运用了Proteus进行的仿真，仿真的实现也是实物的基础。5.2.2 实物制作Proteus的仿真是我制作实物的关键所在，根据仿真的电路进行电路板的排布然后进行器件的调整最后进行焊接和安装。实物制作所需要的各类元器件的清单见下表5.1表5.1 元器件清单元件名称使用数量元件名称使用数量万用板9*1511K电阻5STC89C51单片机1电机140脚IC座1万用板11602液晶1磁铁216P母座13144霍尔传感器116P排针14148二极管410K电阻38050三极管48550三极管2103排阻1104独石电容110uf电解电容130pf瓷片电容212M晶振1按键6自锁开关1DC电源插口1USB电源线1实物制作成果展示图如下图 图5.1 图 5.1 实物展示6 系统功能调试6.1 单片机程序单片机程序流程图单片机程序#include /#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intint time = 0;int high = 30;int period = 50;int change = 0;int STOP=1;bit A=0;sbit PWM2=P30;sbit PWM1=P31;int T0_H,T0_L;/*/sbit open = P20;sbit close = P21;sbit swap = P22;sbit sub_speed = P23;sbit add_speed = P24;/*液晶显示*/sbit E=P37;sbit RW = P36;sbit RS = P25;sbit test = P32;int flag = 0;float num_medium = 0;float num_display = 0;int count_speed = 0;uchar wword=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39;/*延时t毫秒*/void delay(uchar t) uint i; while(t) /*对于11.0592MHz时钟，延时1ms*/ for(i=0;i= 50) /上限=50 ET0 = 0; /达到上限时关闭定时器 STOP=1; /停止标志 PWM1=0; /关闭PWM PWM2=0; /关闭PWM num_display=0; /显示为0 high = 50; /占空比为0 while(sub_speed != 0)/松手检测 if(add_speed = 1) /加速 if(STOP!=1) /电机处于运行状态 high-; /增大占空比 if(high = 5) high = 5; /下限 while(add_speed != 0)/松手检测 /if(test = 1) / / num_medium+; /while(test = 1) / void external0() interrupt 2 /测速 num_medium+; /计数测速 void main()P2 = 0x00; IE=0x82;/开相应中断 ET0 = 1; /to中断允许位 ET1 = 1;/开相应中断 EX1=1;IT1=1; /开相应中断 TMOD=0x11;/定时器模式设置 T0_H=0xec;/初值 T0_L=0x78;/初值 TH0=T0_H; /初值 TL0=T0_L;/初值 TH1 = 0x3c; /初值 TL1 = 0xb0;/初值 TR0=1;/控制定时器开启 TR1 = 1;/控制定时器开启 delay(1); init(); PWM1=0;/关闭PWM PWM2=0; EA=0; wc51r(0x80); wc51ddr(D); /显示 wc51ddr(i); wc51ddr(a); wc51ddr(n); wc51ddr(0x20); wc51ddr(J); wc51ddr(i); wc51ddr(0x20); wc51ddr(T); wc51ddr(i); wc51ddr(a); wc51ddr(o); wc51ddr(0x20); wc51ddr(S); wc51ddr(u); /显示 while(1) datamade(); /调用显示 motor_control(); /按键检测 void t0(void)interrupt 1/产生PWM波 time+; /time 为中断次数 TH0 = 0xec;/初值 TL0 = 0x78;/初值 if(change = 0) /正转 PWM2 = 1;/与PWM1共同控制PWM if(time = high) /high次中断后电平由高电平变成高电平 PWM1=0; /与PWM2共同控制PWM else if(time = period) /period 相当于周期，保持不变的 PWM1 = 1; time = 0; else/反转，同上 PWM1 = 1; if(time = high) PWM2=0; else if(time = period) PWM2 = 1; time = 0; void time1_int(void) interrupt 3 /刷屏 TH1 = 0x3c; /定时器T1设置参数 TL1 = 0xb0; count_speed+; if(count_speed = 50) /定时刷屏 count_speed = 0; num_display = num_medium; /显示值 num_medium = 0; 6.2 仿真整体图 实物仿真图如图6.1所示图6.1 仿真图系统的整体电路图如图6.2所示图6.2 电路图 7 附 录7.1 实物图硬件实物效果图如下图7.1图7.1效果图8 结 论本文所述的他励直流电机调速系统是以单片机作为主要控制工具的，这种技术的利用完美的使单片机代替了之前一直使用的模拟控制方法，这是个典型的硬件和软件相结合的案例，软件和硬件互相作用完成对电机的控制。灵活性强，使用起来也很方便，而且成本低。回忆本次毕业设计，有欢喜有悲伤。特别是在编程的过程中，原以为对单片机不是
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