单片机课设PWM控制微型直流电机调速、正反转、启停

1、2014单片机课程设计题 目 微型直流电机控制系统设计 专 业 班 级 学 号 姓 名 分 数 实 现 形 式 Proteus仿真 指 导 教 师 苏文静 学 院 名 称 电气信息学院 2014年06月目 录摘 要2Abstract3第一章 绪论41.1课题研究的背景和意义41.2课程设计任务及要求41.3 软硬件运行环境及开发工具5第二章 直流电机简介62.1 直流电机的结构62.2直流电机的工作原理62.3 直流电机的分类7第三章 系统硬件电路设计及方案论证83.1 总体设计框图83.2 单元电路设计及方案论证83.3总体电路图13第四章 系统软件设计144.1主程序设计144.2 定时器

2、的初始化程序设计164.3 显示程序设计164.4 键盘扫描程序设计17第五章 软件仿真195.1 程序调试195.2 仿真调试20第六章 答辩记录26第七章 总结27参考文献28附录1程序清单29附录2 电路原理图34摘 要直流电机即将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。本设计主要是利用单片机产生可调的PWM信号来实现对微型直流电机的启停、正反转以及加减速控制。系统硬件电路包括最小系统、驱动电路、按键控制电路、状态显示电路四大部分。最小系统是为了使单片机正常工作，包括晶振电路和复位电路。驱动电路主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机

3、转动按键控制电路由开关和按键组成，由操作者根据工作需要进行相应的操作。状态显示电路主要是为了显示电机的工作状态和转速。关键词：直流电机；启停；正反转；调速 AbstractThe DC machine is an rotating motor that can convert DC energy into the mechanical energy (DC motor) or convert the mechanical energy into direct current energy(DC generator) . This design is mainly used to produce

4、 single-chip adjustable PWM signal to achieve the micro-motor start and stop, reversing, and acceleration and deceleration control.The design of the hardware circuit includes four parts: the minimum system, drive circuit, control circuit and a status display circuit .Minimum system is to make the co

5、mputer work, including crystal circuit and reset circuit.Drive circuit is mainly to SCM pulse power amplifier, thereby driving motor to rotate the key control circuit by switches and keys. the operator can operate these switches and keys according to the needs of the work .Status display circuit is

6、mainly in order to display the working status of the motor and the speed.Keywords:The DC machine； Start / stop； Positive inversion；timing1 第一章 绪论1.1课题研究的背景和意义微型直流电机是指输出或输入为直流电能的旋转电机。微型直流电机的效率一般都要高于其他类型的电机，所以达到相同的输出功率，直流电机的体积一般都比较小。对于安装位置有限的情况下，微型直流电机相对比较合适。微型直流电机有个特点是电机可以根据负载大小，自动降速，来达到极大的启动扭矩。这一点交流

7、电机就比较困难。另外直流电机比较容易吸收负载大小的突变，电机转速可以自动适应负载大小。最早发明能将电能转换为机械能的设备，它可追溯到法拉第所发明的碟型电动机。到了1880年已成为主要的电能到机械能转换装置，但之后由于交流电的使用日趋普及，而发明了感应电动机与同步电动机，直流电动机的重要性亦随之降低。直到约1960年，由于SCR的发明，磁铁材料、碳刷、绝缘材料的改良，以及变速控制的需求日益增加，再加上工业自动化的发展，直流电动机驱动系统再次得到了发展的契机，到了1980年直流伺服驱动系统成为自动化工业与精密加工的关键技术。近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速

8、特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求。由于采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。因此通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开

9、关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。现在，随着我国经济和文化事业的发展，很多场合都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。因此，利用单片机产生可调PWM信号来控制直流电机是非常有意义的。1.2课程设计任务及要求任务：1.通过单片机产生可调的PWM信号驱动微型直流电机；2.通过按钮可控制电机启停、正反转以

10、及加减速；3.显示电机的工作状态以及速度档位。要求：进行控制系统硬件电路设计，编写程序、画出电路原理图、利用proteus进行仿真。1.3 软硬件运行环境及开发工具硬件：keil和proteus软件、PC机一台开发语言：C语言第二章 直流电机简介2.1 直流电机的结构直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。 

11、 1） 主磁极。作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。铁心一般用0.5mm1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上。2）机座。电机定子的外壳称为机座。它为主磁路的一部分，同时构成电机的结构框架，由厚钢板或铸钢件构成；  3）电枢铁芯。为电枢绕组的支撑部件，也为主磁路的一部分，由硅钢片叠压而成；  4）电枢绕组。直流电

12、机的电路部分，由绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成；  5）换向器。由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒、片间用V形云母绝缘，两端再用两个形环夹紧而构成。用作直流发电机时，称整流子，起整流作用；用于直流电动机时，用于（逆变）换向；  6）电刷装置。由电刷、刷盒、刷杆和连线等构成，是电枢电路的引出（或引入）装置。  7）换向极。作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成。换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等。2.2直流电机的工作

13、原理直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时

14、针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。2.3 直流电机的分类直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。 （1） 无刷直流电动机：无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通：定子为电枢，由多相绕组组成。在结构上，它与永磁同步电动机类似。无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等)绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功率管相连，以便进行合理换相。由于电动机

15、本体为永磁电机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。    （2）有刷直流电动机：又可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。 永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。稀土永磁直流电动机：体积小且性能更好，但价格昂贵，主要用于航天、计算机、井下仪器等；铁氧体永磁直流电动机：由铁氧体材料制成的磁极体,廉价，且性能良好，广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域；铝镍钴永磁直流电动机：需要消耗大量的贵重金属、价格较高，但对高温的适应性好，用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性要求较高的场合。

16、 电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。串励直流电动机：电流串联，分流，励磁绕组是和电枢串联的，直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。并励直流电动机：并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联；他励直流电动机：励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响；复励直流电动机：复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励 。 第三章 系统硬件电路设计及方案论证3.1 总体设计框图 本设计的

17、硬件电路包括最小系统、驱动电路、按键控制电路、状态显示电路四大部分。最小系统是为了使单片机正常工作，包括晶振电路和复位电路。驱动电路主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动，同时用驱动芯片控制电机换向。按键控制电路由开关和按键组成，由操作者根据工作需要进行相应的操作。状态显示电路主要是为了显示电机的工作状态和转速。系统总体设计框图如图3.1所示。AT89C51单片机状态显示电路晶振电路复位电路直流电机ULN2003驱动电路按键控制电路图3.1 总体设计框图33武汉工程大学电气信息学院 课程设计 3.2 单元电路设计及方案论证3.2.1 最小系统设计及方案论证最小系统或者称为最小应

18、用系统，就是用最少的元件组成的可以工作的系统。本设计可以使用多种单片机芯片来实现。其中AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。功能强大AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。同时，由于所学的芯片就是AT89C51，对其引脚、功能特点较其它单片机芯片来说更熟悉，因此为使设计过程更

19、为方便，此设计就采用AT89C51。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、复位电路、晶振电路。 复位电路：使用了独立式键盘，单片机的P1口键盘的接口。考虑到对控制功能的扩展，本设计使用了6路独立式键盘。复位电路采用手动复位，所谓手动复位，是指通过接通一按钮开关，使单片机进入复位状态，晶振电路用30PF的电容和一个12M晶体振荡器组成为整个电路提供时钟频率。89C51单片机的时钟信号通常用两种电路形式电路得到：内部震荡方式和外部中断方式。在引脚XTAL1和XTAL2外部接晶振电路器（简称晶振）或陶瓷晶振器，就构成了内部晶振方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就

20、构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。其电容值一般在530pf,晶振频率的典型值为12MHz,采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路实用较多。复位及时钟振荡电路如图3.2.1所示。 图3.2.1 复位及时钟振荡电路3.2.2 驱动电路设计及方案论证驱动电路的主要功能是放大单片机产生的PWM信号以驱动直流电机，并控制其正反转。方案一： 选用L298芯片构成驱动电路。该芯片主要特点是：工作电压高，输出电流大。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机，并控制其转速方向。方案二：采用由三极管组成的H型PWM电路。用单片机控制三极管使之工作

21、在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度较快，稳定性也较好。 鉴于方案一单个芯片整体结构简单、调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，而采用H型PWM电路，则电路结构较为复杂，不易画原理图。因此本设计采用方案一。L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流

22、电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。L298内部电路的工作原理与H型PWM电路类似，相当于把两个桥装进了一个芯片中。利用两组桥臂上的元件的通断来决定流过电机的电流的方向，以控制电机的正反转。L298的引脚图如图3.2.2-1所示，内部逻辑图如图3.2.2-2所示，驱动电路如图3.2.2-3所示。图3.2.2

23、-1 L298的引脚图图3.2.2-2 L298的内部逻辑图图3.2.2-3 驱动电路3.2.3 PWM调速工作方式及方案论证 方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us。 方案二：采用软件延时方式，这一方式在精度上不及方案一，特别是在引入中断后，将有一定的误差。故采用方案一。由于单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小，其电流的最大波动也比双极性工作制的小，所以我们采用了单极性工作制。 调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且

24、在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。 3.2.4 按键控制电路设计独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。 根据系统的控制要求，控制输入部分设置了启停控制，换向控制，加速控制和减速控制按钮，分别是SW3、SW1、SW2、S2、S3。通过SW3和SW1、SW2状态变化分别

25、实现电机的启动和换向功能。当SW3、SW1、SW2的状态变化时，内部程序检测P3.4和P3.5、P3.6的状态来调用相应的启动和换向程序，发现系统的电机的启动和正反转控制。 根据步进电机的工作原理可以知道，步进电机转速的控制主要是通过控制通入电机的脉冲频率，从而控制电机的转速。对于单片机而言，主要的方法有：软件延时和定时中断在此电路中电机的转速控制主要是通过定时器的中断来实现的，该电路控制电机加速度主要是通过S2、S3的断开和闭合，从而控制外部中断根据按键次数，改变速度值存储区中的数据,从而控制电机的输出脉冲频率，从而改变了电机的转速。按键控制电路如图3.2.3所示。图3.2.3 按键控制电路

26、3.2.5 状态显示电路设计在该步进电机的控制系统中，电机可以正反转，可以加减速，其中电机转速的等级分为八级，为了方便知道电机的运行状态和电机的转速的等级，这里设计了电机转速和电机的工作状态的显示电路。在显示电路中，主要是利用了单片机的P0口和P2口。采用两个共阳数码管作显示。第一个数码管接的a、b、c、d、e、f、g、h分别接P0.0P0.7口，用于显示电机正反转状态，正转时显示“1”，反转时显示“0”，不转时数码管熄灭。第二个数码管的a、b、c、d、e、f、g、h分别接P2.0P2.7口，用于显示电机的转速级别，共六级，即从05转速依次递增，“0”表示转速为零。状态显示电路如图3.2.4所

27、示。图3.2.4 状态显示电路3.3总体电路图 把各个模块的电路组合成总电路，如图3.3所示。图3.3 总体电路图第四章 系统软件设计实现系统功能可以采用多种方法，由于要控制电机的启停、加减速信号和换向信号，因此，整个程序可以分为驱动程序、键盘扫描程序、延时程序、定时器的初始化程序、速度调节程序和状态显示程序。其中，驱动程序主要是用来启动和停止电机的运行，若停止开关合上则电机停止运转，反之电机按照相应的速度档位运转；键盘扫描程序的功能是不断地扫描按键，看是否有按键按下，以便及时对其做出反应；延时程序的功能是防止按键时抖动，以免按键扫描时发生错误，导致响应错误；定时器初始化程序用来对所用的定时器

28、进行初始化设置；速度调节程序的功能是控制脉冲频率，它决定了电机转速的快慢；状态显示程序是利用数码管来显示点击的正反转状态和速度档位。 4.1主程序设计主程序中要完成的工作主要有对系统初始值的设置、系统状态的显示以及各种开关状态的检测判断等。系统上电后，首先对定时器的状态进行设置，包括定时器的工作方式以及对P1口送初值以决定脉冲分配方式，速度值存储区送初值决定电机的启动速度，对方向值存储区送初值决定步进电机旋转方向等内容等；然后对系统的状态进行显示；接着不断的进行键盘扫描，若有按键按下，则调出相应的子程序，使系统对按键作出反应；然后又根据反应后的系统状态更新显示。主程序流程图如图4.1所示，主程

29、序部分如下：void main() time_init(); while(1) display(); keyscan(); 定时器初始化开始Y停止按键是否按下？N初始状态显示扫描键盘N是否有键按下？是否为反转键按下？YYY 反转是否为停止键按下？NNN是否为正转键按下？是否为减速键按下？N是否为加速键按下？YYY 减速 正转加速显示状态图4.9 主程序流程图4.2 定时器的初始化程序设计定时器是用来产生PWM信号以控制直流电机转动的。因此，必须设置好定时器的工作方式以及定时初值，还要开启中断，以便响应按键动作。所用定时器为定时器0，设置为工作方式为1。在模式1中，寄存器TH0和TL0以全8位参

30、与操作，构成一个16位定时/计数器，当TH0溢出时向中断标志位TF0进位，并申请中断。在这种模式下T0定时时间最长，有利于在更大的范围内对电机进行调速。寄存器TH0和TL0分别存储定时初值的高八位和低八位，由于计数值范围为165536，则可确定初值的大小。程序如下： void time_init()TMOD=0x01; TH0=(65536-a)/256;TL0=(65536-a)%256; ET0=1; EA=1; TR0=0;4.3 显示程序设计单片机的P0口和P2口用来控制两个共阳极的七段数码管。分别用来显示电机的正反转状态以及当前速度所在的档位。当电机正转时，第一个数码管显示0；反转时

31、，显示1.电机的速度档位共有五档，第二个数码管分别显示05。程序如下：void display() if(right=0)P0=0xc0; elseif(right=1&&left=0) P0=0xf9; switch(count) case 0:P2=0xc0;count=0;break;/速度等级为0，第二个数码管显示0 case 1:P2=0xf9;count=1;break;/速度等级为1，第二个数码管显示1 case 2:P2=0xa4;count=2;break;/速度等级为2，第二个数码管显示2 case 3:P2=0xb0;count=3;break;/速度等级

32、为3，第二个数码管显示3 case 4:P2=0x99;count=4;break;/速度等级为4，第二个数码管显示4 case 5:P2=0x92;count=5;break;/速度等级为5，第二个数码管显示5 default :break; 4.4 键盘扫描程序设计键盘扫描程序用来对按键动作做出及时响应。当进行加速或减速操作时，要求电机的速度能够进行相应的变化。这些都通过改变定时器产生的PWM信号的占空比来实现。PWM（脉冲宽度调制）是一系列周期固定、占空比可调的脉冲系列，由于每个脉冲的高电平时间和低电平时间之和必须等于周期数，所以输出电平的维持时间必须由定时器来控制。设PWM周期为T，高

33、电平时间为TH，低电平时间为TL，电压为VCC，则输出电压的平均值为：UAV=VCC*TH/（TH+TL）=VCC*TH/T=aVCC，当VCC固定时，其电压值取决于PWM波形的占空比a，而PWM的占空比由单片机软件内部用于控制PWM输出的寄存器决定。但是，一般按键在按下的时候有抖动的问题，即键的簧片在按下时会有轻微的弹跳，需经过一个短暂的时间才会可靠地接触。若在簧片抖动时进行扫描就可能得出不正确的结果。因此，在程序中要考虑防抖动的问题。最简单的办法是在检测到有键按下时，等待（延迟）一段时间再进行“行扫描”，延迟时间为1020ms。这可通过调用子程序来解决，当系统中有显示子程序时，调用几次显示

34、子程序也能同时达到消除抖动的目的。程序如下：void delay(uchar z) /在12M下延时z毫秒uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void keyscan() if(stop=0)TR0=0; /关闭定时器0 即可停止转动end_turn;if(left=0&&stop=1)TR0=1; dflag=1; if(right=0&&stop=1) TR0=1; dflag=0; /转向标志复位则右转if(add=0|sub=0)if(add=0) delay(5) ; /延时消抖 if(add

35、=0) while(add=0) ; /等待松手 count+; if(sub=0) delay(5) ;if(sub=0)while(sub=0) ;count-; if(count=0) t0=25000;t1=25000; if(count=1) t0=20000;t1=30000; /占空比为百分之60 if(count=2) t0=15000;t1=35000; /占空比为百分之70 if(count=3) t0=10000; t1=40000; /占空比为百分之80 if(count=4)t0=5000;t1=45000; /占空比为百分之90 if(count=5) t0=250

36、;t1=47500;第五章 软件仿真一个应用系统并非一次就可以正确无误地设计出来，尤其是设计的程序，必须经过多次的调试才能确凿无误地工作。为避免浪费，并不把刚刚编写好的程序直接写到EPROM、EEPROM等中去，更不会急于生产安装部分硬件，在专用的仿真器或开发试验台上进行。 我们首先在Keil软件中编写程序，来进行C语言程序的调试。然后再把程序加载在Protues软件上进行仿真调试。5.1 程序调试 5.1.1 Keil 软件介绍Keil 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil 生成的目标代码效

37、率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。Keil 软件可以对我们写的C语言程序进行编译，它能清晰的显示出程序的各种信息，并能明确的指出程序的错误之处和错误的原由。以致我们能够得到结构，书写都无误的C语言的程序。Keil 软件提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。对于单片机硬件电路和软件的调试，Keil 软件提供了两种方法：一种是系统总体执行效果，一种是对软件的分步调试以看具体的执行情况。 对于总体执行效果的调试方法，只需要执行debug 菜单下的execute 菜单项或F12 快捷键启动执行，用debug菜单下的p

38、ause animation 菜单项或pause 键暂停系统的运行；或用debug 菜单下的stop animation 菜单项或shift-break 组合键停止系统的运行。其运行方式也可以选择工具栏中的相应工具进行。 对于软件的分步调试，应先执行debug 菜单下的start/restart debugging 菜单项命令，此时可以选择stepover 、step into 和 step out 命令执行程序(可以用快捷键F10、F

39、11 和ctrl+F11)，执行的效果是单句执行、进入子程序执行和跳出子程序执行。在执行了start / restart debuging 命令后，在debug 菜单的下面要出现仿真中所涉及到的软件列表和单片机的系统资源等，可供调试时分析和查看。5.1.2 程序调试结果 在Keil 软件编辑界面写好系统程序后，左击build target files图标，经过多次调试和修改直至正确为止。最终调试结果如图5.1.2所示。图 5.1.2 调试结果5.2 仿真调试5.2.1 proteus软件介绍 这次的课程设计仿真用的是Protues软件

40、。Proteus软件是Labcenter Electronics公司的一款电路设计与仿真软件，它包括ISIS、ARES等软件模块，ARES模块主要用来完成PCB的设计，而ISIS模块用来完成电路原理图的布图与仿真。Proteus的软件仿真基于VSM技术，它与其他软件最大的不同也是最大的优势就在于它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真大量的单片机芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及单片机外围电路，比如键盘、LED、LCD等等。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，通过Proteus软件的使用我们能够轻易地获得一个功能齐全、实用方便的单片机实验室。Proteus是是目前世

41、界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译。 Protues软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：原理布图，PCB自动或人工布线 ，SPICE电路仿真 。 本次课程设计中我们主要使用Proteus软件在单片机方面的仿真功能，所以我们重点研究ISIS模块的用法，在

42、下面的内容中，如不特别说明，我们所说的Proteus软件特指其ISIS模块。5.2.2 软件仿真结果 软件仿真的步骤为：（1）在Proteus软件编辑界面放置元器件并连接好电路图并修改各组件属性；（2） 将程序（HEX文件）载入单片机。首先双击单片机图标，系统会自动弹出“Edit Component”对话框。在这个对话框中我们点击“Program files”框右侧的，来打开选择程序代码窗口，选中相应的HEX文件后返回，这时，按钮左侧的框中就填入了相应的HEX文件，点击对话框的“OK”按钮；（3） 单击仿真按钮，开始仿真。软件仿真的结果如下： 首先将按键SW3、SW2闭合，即控制电机停止、准备

43、正转。两个数码管均初始化为0，表明步进电机准备顺时针转动，但此时速度为0，不转动。仿真结果如图5.2.2-1所示。图 5.2.2-1然后将按键SW3断时，电机开始正转。且速度档位为0，可到达最大速度为96.3r/min。仿真结果如图5.2.2-2所示。图 5.2.2-2然后按下按键S2，控制电机加速。此时还是正转，但速度档位应为1，可达到最大速度为115r/min。仿真结果如图5.2.2-3所示。图 5.2.2-3按下按钮S2四次增大电机的转速至5级，第二个数码管显示变为5，最大转速为181r/min。仿真结果如图5.2.2-4所示。图 5.2.2-4然后按下按钮S3两次减小电机的转速至3级，

44、第二个数码管显示变为3，最大转速为152r/min。仿真结果如图5.2.2-5所示。图 5.2.2-5 然后将按键SW2断开，闭合SW1，电机开始逆时针转动，第一个数码管显示变为1。仿真结果如图5.2.2-6所示图5.2.2-6若此时按下S2，则控制电机进行反向加速，速度会变为第四档，到达171r/min。仿真结果如图5.2.2-7所示。图 5.2.2-7若此时连续按下S3两次，则控制电机进行反向减速，速度会变为第二档，最大速度为134r/min。仿真结果如图5.2.2-8所示。图 5.2.2-8若此时按下SW3，电动机停止转动，速度变为0。仿真结果如图5.2.2-9所示。图 5.2.2-9第

45、六章 答辩记录问：请说出你的硬件设计思路。答：本设计的硬件电路包括最小系统、驱动电路、按键控制电路、状态显示电路四大部分。最小系统是为了使单片机正常工作，包括晶振电路和复位电路。驱动电路主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动，同时用驱动芯片控制电机换向。按键控制电路由开关和按键组成，由操作者根据工作需要进行相应的操作。状态显示电路主要是为了显示电机的工作状态和转速。然而，每个单元电路的功能都可以由不同的电路来实现，因此，需要从不同的方案中根据具体需要选择最好的方案（具体选择过程在硬件电路设计一章中）。因此，只要反别来设计以上所述单元电路，再将它们整合到一起组成一个系统即可。第七

46、章 总结通过一周时间的课程设计，我们设计一个用单片机产生PWM信号控制微型直流电机系统，了解了PWM信号控制电机的原理，掌握了直流电机的启停控制、转向控制、速度控制等基本控制原理，加强了对软件编程和硬件设计的掌握，并且熟悉了AT89C51单片机、L298芯片。我们完成了资料搜集、电路硬件设计和软件调试和仿真，答辩和完成设计报告等几个步骤。我们将所学的单片机知识运用到实际上、全面巩固课堂所学的理论知识、熟悉电子产品的设计程序和设计内容、锻炼快速完成一项电子产品的能力，并体会到了其中的奇妙与艰辛。微型直流电机是指输出或输入为直流电能的旋转电机。微型直流电机有个特点是电机可以根据负载大小，自动降速，

47、来达到极大的启动扭矩。这一点交流电机就比较困难。另外直流电机比较容易吸收负载大小的突变，电机转速可以自动适应负载大小。因此在机械、钢铁、化工等多个行业都有着重要作用，有效的电机控制，提高其运行性能有着十分重要的现实意义。因此，搭建基于 Proteus的微型直流电机控制系统仿真平台，对直流电机控制系统作分块研究，给出丰富的实验观察接口，较好的分析研究直流电机控制系统中存在的问题，能够有效的提高其运行性能，对电机控制系统的修改和完善都起到重要作用。采用基于 proteus 步进电机控制运动仿真，不仅能真实的反映实际控制效果，也能很好的节约设计时间和成本，为科研开发过程提供有效的实践理论依据。 在做

48、课程设计前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间。如果你不清楚,在做实验时才去摸索,这将使你极大地浪费时间,使你事倍功半。做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做。通过这次的课程设计,拓宽我们的眼界,使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛。我想以后多多进行这样的课程设计，这样不仅能将课上的原理分析得更透彻，而且能将其灵活地应用于实际生活中，提高动手能力和创新能力，很

49、有意义。 参考文献1 肖洪兵. .跟我学用单片机M. 北京：北京航空航天大学出版社，20062 何立民. 单片机高级教程M. 北京：北京航空航天大学出版社，20073 马连洪,丁男,黄伟,马艳华.单片机原理及应用M. 北京：北京交通大学出 版社，20004 周明德. 单片机原理与技术M 北京：人民邮电出版社，20085 何立民. 单片机应用系统设计M. 北京：北京航空航天大学出版社，20006 姜志海，刘连新. 单片微型计算机原理接口与应用M. 北京：机械工业出 版社，2007 附录1 控制系统C语言程序#include<reg52.h>#define uchar unsigned

50、 char #define uint unsigned intsbit PW1=P12 ;sbit PW2=P11 ; /控制电机的两个输入sbit add=P32 ; /加速按键sbit sub=P33 ; /减速按键sbit stop=P34 ; /停止按键sbit left=P35 ;/左转按键sbit right=P36; sbit en1=P10;#define right_turn PW1=0;PW2=1 /顺时针转动#define left_turn PW1=1;PW2=0 /逆向转动#define end_turn PW1=1;PW2=1 /停转uint t0=25000,t1=25000; /初始时占空比为50%uint a=25000; / 设置定时器装载初值 25ms 设定频率为Hzuchar flag=1; /此标志用于选择不同的