直流电机数字转速系统设计说明.doc

. . . . .电子系统工程实习报告学 院xxxx学院专 业： xxxxxxxx工程 班 级： xx 姓 名： xx 学 号： xx 指导教师： xx 实习日期：xxxx目 录一、实习题目.3二、实习目的与要求.3三、实习内容.3四、系统工作原理.3五、模块电路设计.4六、程序流程设计.8七、系统调试与仿真.8八、实习结论与分析.9九、实习心得.9十、附录（系统电路图、PCB版图、部分程序源代码）.10十一、参考文献14一、 实习题目直流电机数字调速系统设计二、 实习目的与要求设计一个用单片机实现对直流电机转速控制系统。（1） 利用PWM方式控制。（2） 有加、减速键，可控制电机的转速。（3） 用数码管显示转速。三、 实习内容设计一个基于单片机的数字式直流电机调速控制系统，用单片机技术以及相应的仿真平台进行开发，制作并完成该系统。设计的主要要求如下： （1） 能形成闭环的控制系统（2） 能通过按键设置要求转速（3） 能显示和设定当前电机的转速（4） 能够实现电机的正反转 （5） 控制精度达到：+-1 转/秒 （6） 系统中要有过流保护四、系统工作原理 利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。本系统先由单片机发出控制信号给驱动电机，同时通过传感器检测电机的转速信号并传送给单片机，单片机再通过软件将测速信号与给定转速进行比较，从而决定电机转速，同时将当前电机转速值送 LED 显示。此外，也可以通过设置键盘来设定电机转速。系统中的转速检测装置由霍尔传感器组成，并通过 A/D 转换将转速转换为电压信号， 再以脉冲形式传给单片机。这种设计方法具有频率响应高响应频率达20 kHz 以上、输出幅值不变、抗电磁干扰能力强等特点。整个软件由主程序模块、转速测量模块、时钟模块、动态显示模块等组成。各模块均采用结构化程序设计思想设计，因而具有较强的通用性；而采用模块化程序结构则可使软件易于调试、维护和移植。 系统软件可根据硬件电路的功能与8051各管脚的连接情况对软件进行设计。以便明确各引脚所要完成的功能，从而方便进行程序设计和内存地址的分配，最终完成程序模块化设计。 包括 有加、减键，可控制系统转速等。由于本系统中的单片机还有闲置的 I/O 口线，而系统要求所设置的按键数量也不多，因此，可以采用独立式按键结构。五、 模块电路设计5.1驱动电路设计选择L298 芯片组成的电机驱动电路。L298 是SGS 公司的产品，比较常见的是15 脚的Multiwatt 封装的L298N 内部含四通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机或者一个步进电机。 L298N 是专用驱动集成电路，属于H 桥集成电路，与L293D 的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是由于L298 可接受标准的TTL 逻辑电平信号，所以其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制两路电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。 L298 具有体积小，控制方便的特点。 在实际电路中，由于可逆PWM 变换器的特殊性，要求四个三极管的性能基本一致，在实际中很难实现，而且用分离元件构建桥式可逆PWM 变换器比较复杂。所以在实际应用中，本设计选用了L298 组成的驱动电路。Lm298驱动电路图：5.2 lcd1602模块设计 1602采用标准的16脚接口，其中：第1脚：VSS为电源地第2脚：VDD接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。lcd1602电路： 5.3 4*4键盘设计单片机系统所用的键盘有编码键盘和非编码键盘两种。 编码键盘本身除了按键之外，还包括产生按键的硬件电路。只要按下编码键盘的某一个键，它就能产生这个键的代码，并称为键码，与此同时还产生一个脉冲信号，以通知CPU 接收键码，编码键盘的优点是使用比较方便，亦不需要编写太复杂的程序。其缺点是使用的硬件较为复杂。因此在微型计算机系统中使用编码键盘不多。 在非编码键盘中，按键的作用只是简单地实现接点的接通或者断开，因此必须有相应的程序与之配合才能工作，即非编码键盘需要通过软件来解决按键的识别、防抖动以及如何产生键码等问题。非编码键盘几乎不需要什么附加的硬件电路，目前，在微型计算机系统中获得较普遍的采用。 非编码的独立式按键是指直接用I/O 口线构成的单个按键电路。每个独立式按键单独占用一根I/O 口线，每根I/O 口线上的按键工作状态不会影响其他I/O 口线上的状态。独立式按键的键盘扫描程序非常简单，只需检测每根I/O 线的“0”、“1”状态。所以本设计选用非编码键盘中的独立式按键。4*4键盘设计电路：5.4单片机最小系统设计选择80C51 作为本系统的控制芯片。80C51 单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上 2 。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU 加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。CPU最小系统电路：六、程序流程设计 学习好帮手七、系统调试与仿真八、实习结论与分析本次对“直流电机数字转速系统设计”的课题完成的并不完美，实现了用数码管显示转速，4*4键盘有加、减速键控制电机的转速，最终没能实现用PID方式控制，而是用了PWM方式控制的。最遗憾的是没能用PID算法来自行控制电机的转速。本次实习时利用键盘模块控制转速，进而将直流电机的速度显示在液晶上，速度分别是10%、20%、30%.100%。 九、实习心得一周的电子系统设计实习结束了，我从中学到了很多知识。在实习过程中使我对KILL软件有了进一步的认识，学会了如何利用软件仿真。在设计的过程中编程部分是个难点，编程的过程中我们遇到了很多的问题，出现了很多错误，但是在经过细致的分析整个程序后，通过进一步的修正，程序才运行正常。这个问题也提醒我们在编程的时候需要细心和耐心，要具有整体设计的思想，考虑要周全，这样才不会出现一些因为马虎而出现的错误。本次实习使我把学到的理论知识运用到了实际上，虽然做出来的东西都是一些很基础的东西，但加深了我们对理论知识的理解和掌握。对单片机这门课程也有了新的理解和认识，这对于我今后的学习也会有事半功倍的效果。本次实习使我把学到的理论知识和实际的硬件相结合，对单片机这门课程有了新的理解和认识，这对于我今后的学习会有事半功倍的效果。非常感谢本次实习给了我这样一个锻炼我的机会，在此也感谢付伟老师对我的指导！十、附录（系统电路图、部分程序源代码）程序代码：#include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char /宏定义sbit a1=P10;/声明单片机p1口的第一位sbit a2=P11;sbit rs=P12;sbit wr=P13;sbit lcden=P14;uchar pwm=0; /定义一个变量uint count=0; uint num=0;int dao=0;uchar name=WuYing ZhengXin!;uchar table=PWM;uchar S=Stop;uchar G=Go ;/*延时*/void delay(uint x) uint y,j; for(y=x;y0;y-) for(j=110;j0;j-);void delay1(uint x)uint a,b;for(a=x;a0;a-)for(b=10;b0;b-); /*lcd1602*/void write_com(uchar com) /写命令，RS=0P2=com; wr=0;rs=0;lcden=0;delay1(10);lcden=1;delay1(10);lcden=0;void write_data(uchar dat) /写数据，RS=1P2=dat;wr=0;rs=1;lcden=0;delay1(10);lcden=1;delay1(10);lcden=0;void init() /初始化子函数write_com(0x38); /显示模式设置：162显示，57点阵，8位数据接口delay1(20);write_com(0x0f); /显示模式设置delay1(20);write_com(0x06); /显示模式设置：光标右移，字符不移delay1(20);write_com(0x01); /清屏幕指令，将以前的显示内容清除delay1(20);/*4*4键盘*/uchar keyscan() uchar temp;P0=0xfe;temp=P0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(10);temp=P0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=P0;switch(temp)case 0xee:num=0;break;case 0xde:num=10;break;case 0xbe:num=20;break;case 0x7e:num=30;break;while(temp!=0xf0)temp=P0;temp=temp&0xf0;P0=0xfd;temp=P0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(10);temp=P0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=P0;switch(temp)case 0xed:num=40;break;case 0xdd:num=50;break;case 0xbd:num=60;break;case 0x7d:num=70;break;while(temp!=0xf0)temp=P0;temp=temp&0xf0;P0=0xfb;temp=P0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(10);temp=P0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=P0;switch(temp)case 0xeb:num=80;break;case 0xdb:num=90;break;case 0xbb:num=100;break;case 0x7b:num=100;break;while(temp!=0xf0)temp=P0;temp=temp&0xf0;P0=0xf7;temp=P0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(10);temp=P0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=P0;switch(temp)case 0xe7:num=0;break;case 0xd7:num=100;break;case 0xb7:num=200;break;case 0x77:num=0;break;while(temp!=0xf0)temp=P0;temp=temp&0xf0;return num;/*pwm*/void Time0_Init() /定时器初始化TMOD=0X01; /定时器0工作在方式1IE=0x82;TH0=0xfe;TL0=0x33;TR0=1;/定时器开始void Time0_Int()interrupt 1 /中断程序 TH0=0xfe; /重新赋值TL0=0x33;if(countpwm)a1=1;elsea1=0;count=(count+1);count=count%40;void main() uchar a,n1,n2,n3; count=0; Time0_Init();/定时器初始化init(); /1602初始化 while(1) pwm=keyscan(); write_com(0x80); /设置所要显示字符的位置为第一行第一列for(a=0;a16;a+) /总共要显示16个字符，故循环16次。 /这是写字符的第二种方法，用for循环write_data(namea);delay1(10);write_com(0x80+0x40); /设置第二行首字符显示的位置，为第二行，第一列for(a=0;a3;a+) /总共要显示3个字符，故循环3次。 /这是写字符的第二种方法，用for循环write_data(tablea);delay1(10); write_com(0x80+0x43); write_data(:); n1=pwm