基于单片机的旋转药盒

1、基于单片机的旋转药盒 基于单片机的旋转药盒 课程设计报告 摘 要 旋转药盒是基于单片机调节直流电机的转速以及方向来控制药盒的转动。该课程设计主要要求单片机控制直流电机的启动，调速，方向改变。直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。本文设计的直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、指示灯及独立按键组成的电子产品。通过51单片机改变占空比实现。通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，指示灯表示对方向的指示。关键词：直流电机调速；H桥驱动电路；LED显示器；51单片机目录摘 要2目 录3第1章 引 言4

2、1.1 概况41.2要求41.3 设计目的和意义5第2章 方案论证和选择62.1 电机调速控制模块62.2 PWM调速工作方式6第3章 系统硬件电路设计73.1信号输入电路7第4章 系统的软件设计84.1 单片机选择84.2系统软件设计分析8第5章 单片机系统综合调试95.1 仿真结果与分析9结束语9附件10第一章 引 言1.1 概况 对直流电机的介绍： 电力电子技术、功率半导体器件的发展对电机控制技术的发展影响极大，它们是密切相关、相互促进的。近30年来，电力电子技术的迅猛发展，带动和改变着电机控制的面貌和应用。驱动电动机的控制方案有三种：工作在通断两个状态的开关控制、相位控制和脉宽调制控制

3、，在单向通用电动机的电子驱动电路中，主要的器件是晶闸管，后来是用相位控制的双向可控硅。在这以后，这种半控型功率器件一直主宰着电机控制市场。到70和80年代才先后出现了全控型功率器件GTO晶闸管、GTR、POWER-MOSFET、IGBT和MCT等。利用这种有自关断能力的器件，取消了原来普通晶闸管系统所必需的换相电路，简化了电路结构，提高了效率，提高了工作频率，降低了噪声，也缩小了电力电子装置的体积和重量。后来，谐波成分大、功率因数差的相控变流器逐步由斩波器或PWM变流器所代替，明显地扩大了电机控制的调运范围，提高了调速精度，改善了快速性、效率和功率因数。直流电机脉冲宽度调制(Pulse Wid

4、th Modulation-简称PWM)调速系统产生于70年代中期。最早用于不可逆、小功率驱动，例如自动跟踪天文望远镜、自动记录仪表等 。近十多年来，由于晶体管器件水平的提高及电路 技术的发展，同时又因出现了宽调速永磁直流电机，它们之间的结合促使PWM技术的高速发展，并使电气驱动技术推进到一个新的高度。 在国外，PWM最早是在军事工业以及空间技术中应用。它以优越的性能，满足那些高速度、高精度随动跟踪系统的需求。近八、九年来，进一步扩散到民用工业，特别是在机床行业、自动生产线及机器人等领域中广泛应用。如今，电子技术、计算机技术和电机控制技术相结合的趋势更为明显，促进电机控制技术以更快的速度发展着

5、。随着市场的发展，客户对电机驱动控制要求越来越高，希望它的功能更强、噪声更低、控制算法更复杂，而可靠性和系统安全操作也摆上了议事日程，同时还要求马达恒速向变速发展，还要符合全球环保法规所要求的严格环境标准。进入21世纪后，可以预期新的更高性能电力电子器件还会出现，已有的各代电力电子元件还会不断地改进提高。1.2要求1.2.1设计任务基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机正反转动控制装置。1.2.2设计要求 1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路(H桥式电路)，驱动直流测速 电动机 2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流 电动机的转

6、速。 3）设计一个5个按键的键盘。K:“启动/停止”K1： “正转”K2： “反转”K3： “加速”K4: “减速”4）手动控制。在键盘上设置两个按键-直流电动机加速和直流电动机 减速键。在手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。1.2.3设计提示：1)使用定时器产生可控PWM波。2）编写键盘控制程序，实现转向控制，并通过调整PWM波占空比，实现调速；1.3 设计目的和意义 本文设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速，H桥单极式电路为功率放大电路的结构。PWM调制部分是在单片机开发平台之上，运用c语言编程控制。由定时器来产生宽度可调的矩形波。通过调节波形的宽度来控制电机电路通

7、断时间，以达到调节电机速度的目的。增加了系统的灵活性和精确性，使整个PWM脉冲的产生过程得到了大大的简化。本设计以AT89C51单片机为核心，以键盘作为输入达到控制直流电机的启停、速度和方向，完成了基本要求和发挥部分的要求。在设计中，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。第2章 方案论证和选择2.1 电机调速控制模块方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。方案二：采用继电器对电动机的开或

8、关进行控制，通过开关的切换对电动机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。方案三：用单片机控制使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路效率非常高；可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广，因此本设计采用方案三。2.2 PWM调速工作方式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；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。方案

9、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。第3章 系统硬件电路设计硬件电路结构初步设想由以下4部分组成：时钟电路、复位电路、单片机、以及驱动电路。驱动电路部分采用了以H桥电路为功率放大电路所构成的电路结构。控制部分采用c语言编程控制，AT89C51芯片的定时器产生PWM脉冲波形，通过调节波形的宽度来控制点击转动时间，便能够实现对电机速度的控制。根据硬件系统电路设计，对各部分模块的原理进行分析，编写个子模块程序，最终将其组合。 3.1信号输入电路

10、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。消除键抖动。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

11、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，调用几次显示子程序也能同时达到消除抖动的目的。 程序显示见附件第4章 系统的软件设计4.1 单片机选择 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes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。此

12、设计就采用AT89C514.2系统软件设计分析 在进行单片机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在控制系统设计中占重要地位。键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P31.0和P1.1输出与转速相应的PWM脉冲，驱动电动机电路，实现电动机转向与转速的控制。在程序中通过软件产生PWM，送出预设占空比的PWM波形。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，高电平时间为TH，低电平时间为TL，

13、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输出的寄存器值决定。软件主要由3部分组成：主程序、键盘扫描程序、中断处理程序。定时中断处理程序：采用定时方式1，因为单片机使用12M晶振，可产生最高约为65.5ms的延时。对定时器置初值0xFF9C可定时100us。当100us定时时间到，定时器溢出则响应该定时中断处理程序，完成对定时器的再次赋值。 第5章 单片机系统综合调试5.1 仿真结果与分析未启动仿真时，初始状态： 见附件一正转状态：（反

14、转状态不在此举例） 见附件二减速状态：（加速状态不在此举例） 见附件三停止状态： 见附件四第6章 心得体会在两个周的学习工作中，通过查阅相关资料了解了直流调速系统，加深了对直流电机调速控制系统的认识，熟悉了单片机在控制系统中的运用。并且在所学知识的基础上，利用已有的直流调速系统设计，尝试了自己的一些研究。并且，使我将原来所学的知识系统化，理论化，实用化。对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。本设计基本上达到了设计目的。实现通过单片机对直流电机的控制，通过合理的设备选型、参数设置和软件设计，提高了直流电机调速运行的可靠性。本设计在硬件上采用了基于PWM技术的H型桥式驱动电路，解决

15、了电机驱动的效率问题。但该设计也有不足之处，主要是在关于速度的反馈上，速度的变化范围较。通过本次设计，我的知识领域得到进一步扩展，专业技能得到进一步提高，同时锻炼了自己独立完成任务的能力，并掌握了很多软件、硬件开发方面的知识。另外，我还认识到无论做什么工作，都需要踏实，勤奋，严谨的态度，这对我以后的工作将会产生深远的影响。同时，也培养了自己认真的科学态度和严谨的工作作风，为将来能更好的适应工作岗位打下了良好的基础。当然，本次设计还存在一些不足之处，例如：反转速度的不理想，调节速度时的不理想，若方波占空比过低则电机运转不动。当然，设计中肯定还有其他不足和纰漏之处，请各位老师指正。附件一附件二附件

16、三附件四程序：/* writer:shopping.w */ /*实现功能：利用PWM技术调节直流电机速度，K1调快，K2调慢*/#include<reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint count,tt;sbit k4=P33;sbit k5=P34;sbit K1 = P30;sbit K2 = P31;sbit K3 = P32;sbit LED1 = P00;sbit LED2 = P01;sbit MA = P10;sbit MB

17、= P11; /*延时函数,延时一毫秒*/void delay(uint z)uint x,y;for(x=112;x>0;x-)for(y=z;y>0;y-);/*按键调pwm*/void key_add()if(k4=0)delay(5);if(k4=0)if(count<95)count=count+5;elsecount=100; while(!k4);void key_dec()if(k5=0)delay(5);if(k5=0)if(count>5)count=count-5;elsecount=0; while(!k5);/*外部中断函数*/void timer0() interrupt 1TH0=0xff;TL0=0x9c;LED1 = 0;LED2 = 1;tt+;if(tt=100) tt=0;if(tt<count)MA=0; /占空比为count/100时，else MA=1;void timer1() interrupt 3TH1=0xff;TL1=0x9c;LED1 = 1;LED2 = 0;tt+;if(tt=100) tt=0;if(tt<count)MB=0; /占空比为count/100时，else MB=1;void main(void)TM