4447基于单片机的直流电动机调速系统设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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1122334455667788D B 2013/5/21 C:.y:012345 16 178912345678 (2(3(4(5(6(7(8(9)12)162232425611134 36 湖 南 农 业 大 学 全日制普通本科生毕业设计 基于单片机的直流电动机调速系统设计 F N 学生姓名 ： 李 恺 学 号： 200940614425 年级专业及班级： 2009 级机械设计制造及其自动 化 (3)班 指导老师及职称： 蔡培中 副教授 学 院： 工学院 湖南长沙 提交日期： 2013 年 5 月 湖南农业大学全日制普通本科生毕业 设计 诚 信 声 明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业 设计 是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计 作者签名： 李 恺 2013年 5月 26日 目 录 摘要 1 关键词 1 1 引言 2 2 系统设计要求及设计思路 3 计要求 3 计思路 3 实现 3 基本原理 3 理的实现 4 统方框图 5 3 硬件电路设计 6 速发电机 6 数模转换电路 8 介 8 脚图 8 要特性 9 辨率 9 作时序 9 10 流 电动机驱动电路设计 11 电路控制芯片 12 振电路设计 13 部输入电路设计 14 晶显示电路 14 源电路 17 4 软件设计 17 程序设计 17 程序 设计 19 19 码管显示子程序设计 20 5 结束语 21 参考文献 22 致谢 22 附录 24 附录 一 ： 元器件明细表 24 附录 二 ： 源程序 24 1 基于单片机的直流电机调速系统设计 学 生：李 恺 指导老师：蔡培中 (湖南农业大学 工学院，长沙 410128) 摘 要 ： 本论文主要研究了利用 51 系列单片机在直流电动机转速控制系统中的应用、实现方法以及硬件结构等。直流电动机调速系统是通过控制 号 来实现对直流电动机转速的控制。本系统划分为 A/D 数模转换电路、主控电路、直流电机驱动电路、液晶显示功能电路、按键电路和电源电路等模块 ，分别对各个单元进行设计，之后在组成整个系统从而实现对直流电机转速的控制。本文是以硬件模块为基础，以 C 语言进行软件编程，单片机根据程序对 号占空比进行调节，从而控制直流电机电路的输入电压，达到对直流电机的调速、变向等功能。本文所提供的设计方法简单易懂，具有非常实用和值得研究的意义。 关键词 ： 单片机； 直流电机； 理 ； n i ai 10128, In 1 C DC is by WM to C is / D C of of of in to C is on a on to to of WM to C of DC 2 to is to a of c WM 1 引言 现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管 (即可控硅 )装置向电动机供电的 拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的 FD 系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电 机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。改变电压的方法很多，最常见的一种 宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。 制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪 80 年代以前一直未能实现。直到进入上世纪 80 年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展， 制技术才真 正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用， 制技术获得了空前的发展 ， 到目前为止，已经出现了多种 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非 常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事 3 故。 目 前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。 本文主要研究了利用 列单片机，通过 式控制直流电机调速的方法。 制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为 制技术发展的主要方向之一。 本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。文章中采用了专门的芯片组成了 号的发生系统，然后通过 H 桥电路 驱动电机。利用直流测速发电机测得电机速度，经过滤波电路得到直流电压信号，把电压信号输入给 A/D 转换芯片最后反馈给单片机，在内部进行 算，输出控制量完成闭环控制，实现电机的调速控制。 2 系统设计要求及 设计 思路 设计要求 运用单片机 原理，设计一个 基于单片机 的 直流 电 动 机调速系统 ，要求 该系统具有调压调速、转速测量、显示功能。 设计 思 路 整个系统可以划分为 A/D 数模转换电路（ 主控电路（单片机、直流电机驱动电路（ 动电路）、液晶显示功能电路（ 按键电路和 电源电路 等 模块 采用 本 原理 ，以硬件电路为基础，以 C 语言进行程序编写，只要 通过软件编程 ， 单片机 根据程序进行 控制 ， 调节 号占空比，进一步 控制 了 H 桥驱动电路的 入信号 ，从而控制了直流 电机的电压 ， 改变电机电压 的大小 就可以改变 电机 转 动的速度， 改变电机电压 的方向 就可以改变 电动机的转 动方向，这样就可以实现了单片机控制直流电 机调速系统的基本功能，通过扩展我们还可以通过 液晶显示 出键盘功能说明，这种设计方法不但电路简单，而且性能稳定。 基本原理 及实现 基本原理 冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。 以应用在许多方面，比如： 4 电机调速、温度控制、压力控制等等。在 动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内 “ 接通 ” 和 “ 断开 ” 时 间的长短。通过改变直流电机电枢上电 压的 “ 占空比 ” 来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。也正因为如此， 被称为 “ 开关驱动装置 ” 。 如 图 1 所示：设电机始终接通电源时，电机转速最大为占空比为1 /D t T，则电机的平均速度为m D，其中 /D t T是指占空比。由上面的公式可见，当我们改变占空比1 /D t T时，就可以得到不同的电机平均速度而达到调速的目的。严格来说，平均速度 并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。 图 1 压与电机速度分析图 理的实现 产生 号有 2 种方法：一种是软件方法，另一种是硬件方法。硬件方法的实现可采用各大公司生产的专用芯片。为了节约成本，本文采用单片机控制 信号的软件方法。 51 系列单片机具有两个定时器 中，定时器 可以当成 2 个 8 位定时器使用。控制定时器初值 以实现从 任意输出口输出不同占空比的脉冲波形。由于 号软件实现的核心是单片机内部 的定时器，而不同单片机的定时器具有不同的特点。即使是同一天单片机由于选用的晶振、定时器工作方式不同，定时器的定时初值与定时时间的关系也不同，因此，必须先明确定时器的定时初值与定时时间的关系。如果单片机的时钟频率为 f，定时器 /计数器为 N 位，则定时器初值与定时时间的关系为： 5 1 62 10n f （ 1） 式中， 定时器定时初值； N 为一个机器周期的时钟数，随机型的不同而不同，在应用中，应根据具体的机型给出相应的值 。可通过设定不同的定时初值 变占空比 D，进而控制电机转速。 实现是根据式（ 1）来进行的，控制程序的设计有两种方法：软件演示法和计数法。软件演示法的基本思想是：先求出占空比 D，再根据周期 T 分别给电机通电 M 个单位时间 后再断点 M 个单位时间，改变 M 和 M 的值，就可改变占空比D。计数法的基本思想是：求出单位延时个数 M 后，将其作为给定值存放在某存储但原则。在通电过程中，对通电单位时间 次数进行技术，并与存储器的给定值进行比较，若不相等，则继续输出控制脉冲，直到计数值与给定值相等，再使电机断电 。 系统 方 框图 图 2 系统 方 框图 图 2 可见，整个系统可以划分为 A/D 数模转换电路（ 主控电路（单片机 、直流电机驱动电路（ 动电路）、液晶显示功能电路（ 按键电路和 电源电路 等 模块。其中 整个系统的大脑，它对系统起着主要的控制作用，所有的数据命令都是通过它来处理，它带有外接震荡电路，键盘操作电路等； 四位共阳数码管是用来显示实际速度， 数据也是来源于单片机；动电路 是将单片机的数字信号转换模拟信号后驱动电动机用的 ，它也是系统的主要部分，它接收接收单片机的数据，进一步控制直流电机，从而达到电机调速、变 6 向的目的。 3 系统硬件电路设计 目前，对直流电动机的速度检测方法很多，从整体上可分为模拟检测和数字检测方法。 模拟检测：即利用测速电机作为发电机，通过检测反电势 E 的大小和极性可得到转速 N 和电机转向，采用这种方法直接可以得到转速 N 和输出电压的特性曲线，直观，但也有很多不足，比如在高速和低速情况下实际输出偏离理想特性。 数字检测技术：即通过分析数字信号产生的一系列脉冲间接获 取电机转速。如光电旋转编码器是将检测圆盘划分为等距的三个同心圆，最外环和次外环分别用等距的黑白条纹分开，且最外环和次外环的缝隙位置相位差为 90 度，用于判断电机的转速，最内环只有一个黑条纹，用作定位脉冲或者是复位脉冲，利用光电编码器输出的脉冲可以计算转速，具体的又可分为 M 法， T 法和 MT 法。 此外，市场上已经有了技术成熟的电机测速装置，如利用霍尔元件设计制作的直流电机测速仪等，凭借其精度高，稳定性好等优势占有重要的一席之地。 而本次微机控制原理课程设计的任务是直流电机速度的测量与显示。主要要求是通过测速直流发 电机作为传感器，检测直流电机的转速，并输出与转速相关的电压，通过 片将测速发电机输出电压转换成电压的数字信号。控制芯片采用采集转换后的数字信号进行处理，得到转速，并通过四位数码管予以显示。整体上能够完成从转速检测到数据处理到显示的一整套功能。 测速直流发电机 一简介 直流测速发电机是一种测速元件，它把转速信号转换成直流电压信号输出。直流测速发电机广泛地应用于自动控制、测量技术和计算机技术等装置中。对直流测速发电机的主要要求是：（ 1）输出电压要严格地与转速成正比，并且 不受温度等外界条件变化的影响；（ 2）在一定的转速下，输出电压要尽可能的大；（ 3） 不灵敏区要小。 二分类 直流测速发电机可分为励磁式和永磁式两种。励磁式由励磁绕组接成他励，永磁式采用矫顽力高的磁钢制成磁极。由于永磁式不需另加励磁电源，也不因励磁绕组温度变化而影响输出电压，故应用较广。 三输出特性 根据已经学过的直流发电机的工作原理知，电刷两端的感应电势： 7 a e n K n (2) 由上可知： 而用来测速。 他励测速发电机接线图如下： 图 3 他励测速发电机接线图 上图正方向得： a a a I R （ 3） /a a R （ 4） 负载时测速发电机的输出电压为： 1（ 5） 本课题选用 55列他励测速发电机，主要参数如下 表 ： 表 1 他励测速发电机性能表 大输出 电压 V 最大转速 r/载电阻 重量 0 2000 2000 8 根据负载时测速发电机的输出电压公式知，直流测速发电机的输出电压与转速成正比，即 n。采用 55，最大转速 2000r/最大输出电压为 40V， 因此C=50。 由于 求输入模拟电压信号在 05v 之间，因此需要有滑动变阻器进行电压范围调整，调整后输入到 电压值缩小倍数为 K=8。例如，当检测到 电压为 1V 时发电 机的转速为： 1 8 5 0 4 0 0 / m i K C r （ 6） 再将运算后的 n 值用数码管显示出来即可。 A/D 数模转换电路 简介 美国国家半导体公司生产的 艺 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。是目前国内应用最广泛的 8 位通用A/D 芯片。 引脚图 图 4 脚图 脚功能如下 ： 1、 8 位数字量输出引脚。 2、 8 位模拟量输入引脚。 3、 +5V 工作电压。 9 4、 接 地。 5、 +）：参考电压正端。 6、 -）：参考电压负端。 7、 A/D 转换启动信号输入端。 8、 址锁存允许信号输入端。 9、 换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。 10、 出允许控制端，用以打 开三态数据输出锁存器。 11、 钟信号输入端（一般为 500 12、 A、 B、 C：地址输入线。 主要特性 1） 8 路输入通道， 8 位 A/D 转换器，即分辨率为 8 位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为 100s(时钟为 640 )， 130s（时钟为 500） 4）单个 +5V 电源供电 5）模拟输入电压范围 0 +5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为 +85 摄氏度 7）低功耗，约 15 分辨率 分辨率是指使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。常用二进制的位数表示。 A/D 转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。 8 位 A/ 81 / 2 （ 7） 因此，输入为 05v 时，分辨率为： 85 / 2 1 0 . 0 1 9 6V （ 8） 工作时序 图 5 所示是 工作时序图。从该时序图可以看出，地址锁存信号 应通道的模拟量经过多路模拟开关送到 A/D 转换器。启动信号 升沿复位内部电路， 下降沿启动转换，此时转换结束信号 低电平状态，由于逐位逼近需要一定过程，所以，在此期间，模拟输入量应维持不变，比较器要一次次比较，直到转换结束，此时变为高电平。若 出输出允许信号 出允许为高电平 )，则可读出数据。另外， 有较高的转换速 10 度和精度，同时受温度影响也较小。 图 5 工作时序图 A/D 转换器的其他技术指标 模拟量变为数字量 ， 用数字量近似表示模拟量 ， 这个过程称为量化。量化误差是 有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。实际上，要准确表示模拟量，位数需很大甚至无穷大。一个分辨率有限的 阶梯状转换特性曲线与具有无限分辨率的 换特性曲线（直线）之间的最大偏差 即是量化误差。 偏移误差是指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时又称为零值误差。假定 有非线性误差，则其转换特性曲线各阶梯中点的连线必定是直线，这条直线与横轴相交点所对应的输入电压值就是偏移误差。 满刻度误差又称为增益误差。 满刻度误差是指满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差。 线性度有时又称为非线性度，它是指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差。 11 在一个转换器中，任何数码所对应的实际模拟量输入与理论模拟输入之 差的最大值，称为绝对精度。对于 言，可以在每一个阶梯的水平中点进行测量，它包括了所有的误差。 转换速率是能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次 A/D 转换所需的时间（包括稳定时间），则是转换速率的倒数。 直流电动机驱动电路设计 单片机输出的 号需要经过功率放大才能控制直流电机，本系统采用 动接口电路如图 6 所示： 图 6 直流电动机驱动电路 原理图 DC 298 是双 H 桥高压大电流功率集成芯片，直接采用 辑电平控制，他的驱动电压高达 46V，直流电流总和高达 4A，有 成的 率放大 器的工作形式为单极可逆方式，单极性驱动方式是指在一个 期内，电动机电枢只承受单极性的电压。单片机的 出脚接到 脚上，控制着点击转速的大小。单片机的 26 引脚接到 ； 27 脚接到 制电机的方向。为了增强 驱动能力，对 两路驱动采用并联处理，最大驱动电路可达 3A。比 较器 要起到了限制过流和保护 作用。同相端直接连接到了一个可调电位器上，通过调节电位器的参考电压来调节限流电压， 反相端接到 检测端。当检测电阻两端的电压大于限流电压时，比较器的反相端的电压大于同相端的电压，输出端输出低电平，从而把 能端拉低， 止工作。这就起到了 12 限制过流和保护 作用。 主电路控制芯片 一种带 4K 字节 储器的低电压、高性能 位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 闪烁存储器组合在单个芯片中， 一种高效微控制器。 片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 图 7 要功能特性 如下 ： 1、兼容 令系统 ； 2、 4k 可反复擦写 (大于 1000 次） 3、 32 个双向 I/O 口； 4、 128 8部 5、 2 个 16 位可编程定时 /计数器中断； 6、 5 个中断源 ； 7、 可编程串行通道 ； 13 8、 低功耗的闲置和掉电模式 ； 9、 片内振荡器和时钟电路 ； 我们通过编写程序来控制单片机执行相应的指令，从而实现对指定电路的控制。程前 ， 要 设置好地址、数据及控制信号，编程方法如下： 1 在地址线上加上要编程单元的地址信号。 2 在数据线上加上要写入的数据字节。 3 激活相应的控制信号。 4 在高电压编程方式时，将 加上 +12V 编程电压。 5 每对 储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个程脉冲。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为 复15 步骤，改变编程单元的地址和写入的数据，直到全部文件编程结束。 起振电路设计 主控芯片需要震荡电路来起振时钟频率。震荡电路的实现可采用单片机利用软件实现，也可直接采用外部时钟电路。单片机处理程序中 需要 处理 中断、查询等， 这 耗费单片机的资源 ，为了减少单片机内部 硬件资源， 满足设计要求，提高系统时钟的稳定性，本设计采 用了外部震荡电路，振荡电路如图 8 所示，在单片机的 和间外接入震荡电路，根据 要求，选取晶振大小为 6 两个电容容量为 30个电容作用是稳定频率和快速起振。 图 8 振震电路 14 外部输 入 电路设计 图 9 键盘电路 统的控制主要通过 5 个按键来控制，如图 9 所示， 键功如下： (1)按键 开关按键， 当按键 按下时，表示 启动电路 ， 电动机开始工作。当按键 次被按下时表示关闭电路。 (2)按键 正反转按键，按下 ， 表示对电机正反转的选择 。 (3)按键 功能按键，按下 ， 表示数显管千位、百位、十位、个位的选择。 (4)按键 加速按键，配合按键 用，按下 示对电机设定速度选择增加 。 (5)按键 减速按键，配合按键 用，按下 示对电机设定速度选择降低 。 液晶 显示电路 液晶显示器以其微功耗、小体积、显示内容丰富、使用灵活等 诸多优点低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。液晶显示器通常可分为两大类，一类是点阵型，另一类是字符型。 点阵字符型液晶显示模块包括控制器、字符发生器、译码驱动器等部分，可以直接与微处理器接口，或者挂在计算机总线上，接口电路较为简单。 这里我们使用的是 示器 外形及 引 脚排列如图 10 所示： 15 图 10 脚图 码管实际上是由七个发光管组成 8 字形构成的，加上小数点就是 8 个。这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的 2 个 8 数码管 字样了。如：显示一个 “2”字，那么应当是 a 亮 b 亮 g 亮 e 亮 d 亮 f 不亮 c 不亮 亮。 码管有一般亮和超亮等不同之分，也有 、 1 寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为 右，电流不超过 30光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一 起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用 码管显示的数字和字符是 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 A、B、 C、 D、 E、 F。 引脚定义 : 码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据 码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 A、静态显示驱动： 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O 埠进行驱动，或者使用如 二 态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 埠多 ，如驱动 5 个数码管静态显示则需要 58=40根 I/O 埠来驱动，要知道一个 89片机可用的 I/O 埠才 32 个呢。故实际应用时必须增加驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。 16 B、动态显示驱动： 数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 “ a,b,c,d,e,f,g,的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显 示出字形，取决于单片机对位元选通 电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 透过分时轮流控制各个 码管的 ，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为 1 2于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 埠，而且功耗更低。 7 段 码管是利用 7 个 光二极管）外加一个小数点的 合而成的显示设备，可以显示 09 等 10 个数字和小数点，使用非常广泛 。 液晶 显示电路 如图 11 所示 图 11 液晶 显示电路 17 电源电路 图 12 电源电 路 子产品中，常见的三端稳压集成电 路有正电压输出的 78 系列和负电压输出的 79系列。三端稳压 三条引脚，分别是输入端、接地 端和输出端。它的样子像是普通的三极管， 有 20 的标准封装，也有 9013 样子的 装。用 78/79系列三端稳压 组成稳压电源所需的外围元件少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压 号中的 78或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 7806 表示输出电压为正 6V，7909 表示输出电压为负 9V。 由于 三端稳压 集成电路 用起来可靠、方便， 它的 外围 电路简单，本设计采用 7805稳压，如图 12 中 示 。 市电（ 50经过降压后得到 12V 交流电，再经过整流后就得到 12V 直流电压，直流 12V 再经过 压 后就可以得到 +5V 直流电压供给负载电路用 。其中滤波电路中的电容分为 2 钟，大容量的 220容可以用来滤除低频干扰信号，小容量的 1容可以用来滤除高频干扰信号，这样就可以为各负载电路提供稳定 +5V 直流电压，保持电路的稳定性。 4 软件 设计 主程序设计 在单片机系统的程序的设计开发中，单片机就如同整个系统的交通中枢，而程序就是组成交通中枢的条条大道，各个部分的模块化的程序就是整个系统的组成成份。软件编 写的好坏，语句运用的是否简洁直接关系单片机的工作效率。在各个模块化的程序中尽量用最少的语句作最多的事情，不让语句出现歧义，这样就可以使整个程序可以在系统中更好的运行，使单片机工作效率大大的提高。 该课题的软件设计采用了模块化设计的思想即将程序划分为若干个相对独立的功能模块，画出每一个功能模块的详细流程图，并根据流程图编写程序，最后按照软件 18 设计的总体结构框图，将各模块连接成一个完整的主程序。 在主程序的设计中要合理地调用各模块程序。模块化设计的优点是：无论是硬件还是软件，每一个模块都相对独立，故能独立地进行设 计、研制、调试和修改，从而使复杂的工作得以简化。模块之间的相互独立也有助于研制任务的分解和设计人员之间的分工合作，这样可提高工作效率和仪表的研制速度。 本 文 编制程序输出一串脉冲，经放大后驱动直流电机，改变输出脉 冲的电平的持续时间，达到使电机正转、反转、加速、减速、停转等目的。 由软件 编程管脚产生 号，经驱动电路输出给电机，从而控制电机得电与失电。软件采用延时法进行设计。单片机上电后，系统进入准备状态。当按动启动按钮后，根据 管脚 为高 电平 时实现电机正转 ， 当管脚 为 高 电平 时实现电机反转 。根据不同的加减速按钮， 调整输出高低电平时的 占空比 ，从而可以控制输出高低电平时的 有效值 ，进而控制电机的加减速 。 主程序 流程图如 图 13 所示： 图 13 主程序 流程图 19 程序 设计 本文选用的是一种利用一个定时器来分别控制高电平和低电平持续的时间来调整占空比 D， 程序流程图如图 14 所示 ： 图 14 程图 A/D 数模转换子程序设计 启动 模拟量输入信号进行转换，通过判断 脚）来确定转换是否完成，若 0，则继续等待；若 1，则把 位，读入数据。A/D 数模转换流程图如 15 图所示 20 图 15 A/D 数模转换流程 A / D 数码管显示 子程序 设计 四位数码管的显示采用中断法控制，动态扫描，定义变量 流扫描四位，在组中存放转速的四位，在定时 /计数器 ，每次进入中断时显示以为，当时间足够小时能达到人眼的停留效应，完成动态 显示。 其流程图如图 16 21 图 16 数码管显示 流程图 结束语 本文所述的直流电机闭环调速系统是以 51 系列单片机 为核心的，而通过单片机来实现电机调整又有多种途径，相对于其他用硬件或者硬件与软件相结合的方法实现对电机进行调整，采用 件方法来实现的调速 控制，将以往的模拟电路设计问题转化为程序设计问题。不仅简化了系统的结构，提高了控制器的性价比，而且具有精度高、可调范围宽、电路连续型号、响应速度快，稳定性好等优点，有很大的使用价值。 由 于设计时间较短、经验不足以及电路系统的复性等因素，本系统还存在许多的实际应用问题： 1） 外部输出部分以及电源电路部分没有设计保护电路。 2） 按键部分太粗糙，有条件应设计成 键盘 输入来控制直流电机。 3） 由于时间限制，未能对系统进行仿真。 22 参考文献 1 刘复华 北京：清华大学出版社， 1992. 2 周坚 语言轻松入门 航空航天大学出版社 ， 2006. 3 侯玉宝，陈忠平 列 单片机 设计与仿真 电子工业 出版社， 2008. 4 戴佳，苗 龙，陈斌 片机应用系统 开发典型实例 中国电力 出版社， 2005. 5 张琛 M，北京：北京机械工业出版社， 1996. 6 袁淑芬 J，长春理工大学学报， 2009， 1137 吴宝启，张元伟，刘阳 J，煤矿现代化， 2009， 74. 8 C J， 2001， 03. 9 of C ， : 2009， 0
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