毕业设计（论文）-基于单片机的直流电动机控制系统设计.doc

南通职业大学毕业设计（论文） 基于单片机的直流电动机控制系统设计1、绪论1.1 电动机的描述直流电动机在生活中和工业中，运用到有很多。直流电动机的作用大多数是把电能转换化机械能的方式。直流电机的控制方法简单使用方便，大部分电气中都在使用电机，在直流电机的控制的方面有很多种，有单片机控制的直流电机实现机械运动、有继电器控制直流电机实现机械运动的、还有plc控制的直流电机实现机械运动的。在工业中直流电机很多用在生产设备中提供动力。比如：电动叉车，工业中用的很多电动工具，机械加工的数控设备中都有使用直流电机等等设备。生活中也有很多使用到的直流电机的电器。像自动洗衣机，电动剃须刀，电风扇，电动车等等。全套图纸加扣 30122505821.2 单片机的描述单片机主要是作为控制的一种芯片，很多方面都已经使用到单片机。并且使用范围很广，因为单片机外形很小，稳定性又很好，在产品的使用中占用体积也很小，控制方面很广泛，所以用到的也很多。单片机芯片加上外部硬件就可以实现简单的运算，可以达到控制功能。单片机是控制方面不错的选择，也可以学习控制原理。像很多使用到的单片机做的产品也方便携带，比如：手机充电器，手机，电脑，电子仪表等等。1.3 继电器的描述继电器（英文名称：relay）是一种电控制的器件，当输入量的变化到规定的要求时，在控制的输出电路中使被控制单元按照规定的动作发生变化的一种电器。继电器具有输入控制系统（又称输入回路的系统）和输出控制系统（又称输出回路的系统）之间的相互关系。通常适用于自动化的控制系统电路中，它的目的是用较小的安全电流去控制大电流的运作的一种方式。因此在一些电路中起着自动调节功能、安全保护功能、转换电路功能等等。继电器是具有隔离防干扰的功能的开关元件，在应用于远程遥控、遥控检测、远程通讯、自动控制、机电一体化设备及电力电子工程设备中，是最普通也是重要的控制元件之一。继电器一般都有可以反映一定输入变量（像电流，电压，功率，阻抗，频率，温度，压力，速度等等）的感应控制机构（控制输入部分）；可以对被控电路实现“接通”、“断开”控制系统的执行机构（控制输出部分）；在继电器的控制输入部分和控制输出部分之间，还有对系统输入量进行干扰隔离，系统功能处理和对系统输出部分进行驱动的中间驱动机构（系统驱动部分）。作为系统控制元件，总结起来，继电器可以归纳为几种作用：1）可以扩大控制单元范围；2）放大控制作用；3）综合控制信号；4）系统的远程监测和监控。1.4 课题任务及工作内容1、单片机选用51系列单片机，电动机正反转控制通过继电器实现；2、系统能实现启停控制、正反转控制等；3、设计出电路图、编制相关程序；4、电路、程序应通过proteus仿真软件调试通过；5、撰写符合学校规定的毕业设计说明书；6、将一篇专业相关英文资料翻译成中文。7、相关设计图纸 1套8、软件流程图与程序 1套2 单片机控制直流电动机设计方案2.1 设计的方案用按钮作为输入信号，单片机接收按钮的信号，通过程序控制继电器，继电器的接通来控制电动机的动作（正反转及停止），用显示屏显示电动机的运行状态。2.2方案论证与比较(1) 主控制器的选择 本次毕业设计采用AT89c52系类的单片机作为本次毕业设计系统的主控芯片，AT89C52是一个低电压，数据保存精度高，不易发生丢失数据。(2)显示屏型号的选择显示方案1：使用8段型数码管，8段型数码管只能显示0-9几个数字，不可以选择字母显示。显示方案2：使用lm016l屏显示，这个电路连接简单，可以使用简单的程序。这个显示屏幕可以A-Z这些大写字母，可以满足毕业设计的显示的需要。两种不同的显示屏幕可以显示方案比较，选择“显示方案2”。 (3)控制电路的键盘选择键盘方案1：单独按钮式键盘。这个按钮式键盘接线简单容易操作。键盘方案2：矩阵按钮式键盘。这个种键盘接线复杂，占用芯片的I/O口少，编写程序也比较复杂，键盘个数比较多会有多余按键。因为毕业设计的控制按钮输入比较少，所以使用“键盘方案1”可以满足使用要求。即选择键盘方案2.2.3设计系统的组成部分各个方案的选择，最后选择的系统电动机控制方案如下图2.1所示。电动机控制的系统分别用at89c52单片机作为中心控制模块，还有高电压转化单片机供电的模块、单独式按钮模块，显示屏lm016l屏幕输出模块、max232串口的通信等模块。单独式按钮键盘接到控制芯片I/O口与上拉电阻之间的连接组成。控制芯片通讯电路由max232芯片与9DB的串口插座等构成，实现与上位机通信。液晶显示电路主要由lm016l显示屏几个电阻构成的，方便控制时观察运行的状态。AT89C52单片机STC89C52LM016L液晶显示电路电路独立式键盘MAX232串口通信电路电源继电器电机控制图2-1系统组成框图3单片机控制直流电动机电路设计内容3.1 硬件内容的结构组成本次毕业设计课题硬件内容结构组成由单片机、键盘、显示屏幕、通信、电源、电动机等构成。3.2硬件电路系统内容组成3.2.1 单片机引脚图单片机的系统由at89c52芯片,振荡器电路和手动复位的电路构成。振荡器电路由外面接12MHz的晶振，30uF的电容器2个构成。手动复位的电路使用比较电容阻式电路复位。如下图3.1图3-1 单片机芯片系统电路3.2.2单独式按钮键盘单独式按钮键盘电路使用相对比较简单的单独式按钮键盘就能满足电路控制需要。3个单独式按钮键，和P1.2-P1.4相连，外接按键的时候，并且接上拉电阻。键盘电路如图3-2所示图3-2 独立式键盘电路3.2.3液晶屏幕显示(1)LM016L液晶模块概述LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式，hd44780控制器由两个8位寄存器，指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）忙标志（BF），显示数RAM（DDRAM），字符发生器ROMA（CGOROM）字符发生器RAM（CGRAM），地址计数器RAM(AC)。(2)屏幕lm016l电路显示I/O口连接显示屏幕的电路由屏幕lm016l和1个电阻电位器组成。控制屏幕接线RS，RW，EN和单片机的I/O口P2.0，P2.1，P2.2相连。显示屏幕电路图如下图3.3 图 3.3 液晶显示电路3.2.4电源电路用7805系列的三端稳压IC来构成稳压电源需要的元件极少，由4个电容器并联在输入和输出电路中，芯片内部有过载电流保护。输出为5V电压，供单片机工作，在实际电路中应用，应该在三端集成稳压电路元件发热处位置上安装散热器（如果较小功率条件下可以不用散热器）。当稳压管温度很高时，电源转换的稳压性能将会变差，有时可能损坏电气元件。电源的电路原理图如图3-4所示图3-4 3.2.5芯片的通信的电路电动机的控制芯片的通信的电路，作用是为了输入程序和通信使用的。芯片的通信的原理组成，如下图3.5 图示3.5 串口通信电路3.2.6 电机驱动电路电动机的驱动电路主要由4个继电器，少量电阻，三极管和二极管组成的。电动机驱动电路，采用4个继电器分4路输出控制，提高了抗干扰能力，四路继电器输出结构简单，能达到控制要求。电机驱动电路原理图如图3-6所示。图3-6 电机驱动电路4 单片机控制直流电动机系统软件设计的内容4.1软件的系统流程图系统软件总体框图如图4-1所示串口通信程序模块系统初始化液晶显示程序模块键盘程序模块图4-1流程图 如果没有系统就使用传统结构的思路编写流程图，如图示4.2 系统初始化开始键盘处理程序显示刷新数据处理图4-2 系统主程序流程图4.2软件的系统程序设计内容4.2.1程序初始化的内容部分初始化内容包括：通信，屏幕显示。初始化程序部分见附录一：直流电动机控制系统程序。通信的初始化如下图4.3屏幕的初始化如下图4.4 开始设置波特率9600bps的定时器1初值串口初始化为方式1、波特率不倍增结束开串口中断、CPU中断 初始化LCD控制口开始选择8位数据流关显示、清屏选择光标右移、开显示显示初始界面结束图4-3 通信口的程序流程图 图4-4 lm016l屏幕的流程图4.2.2 独立式按钮键盘按钮键盘的程序，主要由按钮S1、按钮S2、按钮S3组合而成。1、S1为电动机的正转的启动键，用于控制电机正转的按钮。2、S2为电动机的反转的启动键，用于控制电机反转的按钮。3、S3为电动机的停止的启动键，用于控制电机正反转停止的按钮。独立式按钮键盘程序部分见附录一：直流电动机控制系统程序；流程图如4.5所示。开始按下S1按下S2下按下S3下正转显示F反转停止结束Y显示ZNNYYN如图4-5 键盘程序模块流程图4.2.3屏幕显示流程图的内容屏幕显示中的组成有屏幕lm016l和屏幕显示刷新程序内容。程序部分见附录一：直流电动机控制系统程序屏幕显示输写数据，图4-6开始选择写数据将要写的数据放到数据总线延时5ms写使能信号有效结束图4-6 LM016L液晶写数据程序流程图4.2.4芯片系统的通信程序的流程芯片通信的程序流程图，包含初始化串口的程序和接收通信程序，其程序如部分见附录一：直流电动机控制系统程序所示；流程如图4-7所示开始串口中断接收一个字节接收完2Byte通知CPU进行数据处理理清除发送中断标志位清除接收中断标志位结束YNYN图4-7 串口接收程序流程图5 系统测试5.1测试准备5.1.1 软件环境1Keil uVision4，用于C51源程序的编写、编译、链接和调试。（1）、双击电脑桌面图片打开Keil uVision4软件。(2)、在工具栏里，选择新建工程然后给工程命名。（3）、在工具栏里找到新建文件按钮新建程序编辑区。新建一个程序编辑框，设置保存路径，命名文件，以便方便查询和添加到源组中。（4）、把刚才新建的编辑程序文本，添加到“源组1”中，右击“源组1”，选择添加到源组，找到刚才创建的文件，选中添加。（5）、在文本编辑区，编写程序。编辑程序时，要注意的问题有执行程序和程序解释文字需要分别编辑，程序解释文字要用符号（/程序解释文字/）。编辑过程中程序执行部分和解释部分的颜色不同，这样就说明没有错误。如果有错误会有红色的颜色编辑的程序会出现颜色会变成红色。（6）、编好的程序，选择“编译”。（7）、编译结果显示区域。底部显示框是检查编写的程序是否有错误、警告。如果没有则都是0，如果有错误和警告，或显示错误和警告的位置。（8）、编译无错误提醒，点击工具栏里“调试”按钮。按下调试工具栏里的调试按钮，会显示各个状态检查窗口，然后再点击工具条里的运行（run）按钮，就可以检查程序的编译了。（9）、选中工具栏里“运行”点击，然后运行程序，在点击工具栏里“外围设备”添加外围设备I/O口模拟。（10）、外围设备显示调试结果，程序显示正确，然后保存并退出。添加的I/O的外围设备可以模拟开关，分别测试各个I/O的是否可以运行，便于检查程序的正确性。例如点击Port1里的对号，相应的Port2里的对号会有相应的显示，说明I/O的输出正确，在观察是否符合设计输入输出要求。2、Proteus 8 Professional,用于仿真直流电机正反转，检测程序的可行性。(1)、双击桌面图标，打开程序。（2）、在工具栏中找到绿色的“ISIS”图标打开新建一个工程。建立一个仿真工程，在编辑区域，画仿真电路原理图。（3）、在编辑区工具条里，点击图示中P选择添加需要的元器件。（4）、仿真图完成时，点击工具条里的电源添加按钮，选择“VCC” “GND”添加单片机的供给电源等。（5）为仿真添加程序，点击“图形编辑区”里的单片机，在 Program File选择程序文件，找到用Keil编辑的程序然后点击OK键。(6)、仿真程序运行。按下运行就可以看到仿真各个元器件的电源是否接通提示蓝色表示低电平红色表示高电平。（7）、仿真区域显示。图示中红色提示部分是仿真输出的结果，屏幕显示电动机的运行状态，另外的红色提示部分是电动机的正反转，两种显示LED显示屏幕，更能直观的看到电动机的运行状态。（8）、仿真程序停止。5.1.2 测试的项目 （1）检测屏幕显示是不是正常。 （2）检测程序能不能控制电动机的运动，正反转。5.1.3 测试的过程 （1）利用keil uVision 4 编译程序，调试等； （2）利用Proteus 8 仿真电路，检测程序的实用性，正确性。5.1.4 测试的结果最后检测结果，这个系统控制电动机通过Proteus 8 仿真达到了要求，正转，反转，停止的控制，同时还具有显示等多种功能。这次毕业设计内容符合老师给的任务要求。程序编译结果和程序仿真结果，如附图所示：总结本次毕业设计的课题任务是单片机的研究和控制电动机正反转及停止的应用的设计，这次毕业设计的设计方案由软件条件，设计的单片机芯片的直流电动机的控制系统，通过使用max232通信接口连至PC上位机，并进行通信。通过本次毕业设计，我懂得了单片机的很多控制只是，也学习了有关单片机控制机械的的原理和其它的应用，通过自己这段时间的毕业设计也复习了很多程序指令，并能运用到这次的毕业设计中，也对毕业设计对单片机控制有一定的了解。单片机系统，可以用于对多个单片机应用系统进行控制。通过这次毕业设计让我受益匪浅学到很多知识。感谢几个月的时间，大学最后的毕业设计已经基本上做完了，这个毕业设计中由于学习到的知识没有经常复习，遇到很多困难，也有很多方面不能做到很好。不过有指导老师的帮助，解答了我做毕业设计时遇到的疑问，还有同学的帮忙，我才能完成这次的单片机系统的毕业设计。对帮助我的指导石老师说声感谢，谢谢老师这段时间的悉心的指导和