毕 业 论 文 （设 计）
题目：基于PWM控制的直流电动机调速系统设计
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本科生毕业论文（设计）评语（一）
姓名 学号 专业 班级 总 成绩 毕业论文（设计）题目：基于PWM控制的直流电动机调速系统设计 答辩成绩 答 辩 委 员 会 评 语 主任签字： 年 月 日 答辩委员会成员签字 学部毕业论文（设 计）领 导小 组意见 组长签字： 年 月 日 学部公章 精美文档
黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（二）
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黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（三）
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黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）任务书
姓名 学号 专业班级 毕业论文（设计）题目：基于PWM控制的直流电动机调速系统设计 毕业论文（设计）的立题依据 直流电动机具有优良的调速特性，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，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转。本课题的目的是要设计一种基于PWM控制的直流电动机调速系统，利用STC 89C52单片机控制PWM信号，从而实现电压的改变，最后控制直流电动机进行调速。 主要内容及要求 1. 选择STC89C52单片机为控制芯片。 2. 采用PWM方式控制直流电动机进行调速。 3. 转速采用LCD显示。 4. 应用C语言进行软件编程。 进度安排 2011-12-20 ～ 2012-01-20 查阅资料，方案论证，系统设计 2012-01-21 ～ 2012-03-31 软硬件设计及调试 2012-04-01 ～ 2012-05-18 撰写论文，准备答辩 学生签字： 指导教师签字： 年 月 日 精美文档
基于PWM控制的直流电动机调速系统设计
摘 要
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，为满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，对直流电机调速提出了较高的要求，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实际应用的要求，通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 本论文主要研究了利用STC 89C52单片机控制PWM信号从而实现对电压改变最后控制直流电机进行调速，并且通过单元模块电路分析了整个系统的工作原理。以C语言进行软件编写，通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，单片机根据程序进行操作，进一步控制了H桥电路的输入信号，而测速系统把电机转速反馈给单片机通过按键控制其转速，LCD把转速显示出来，从而实现电动机的调速、变向等功能，这种设计方法的电路简单，具有操作简单、非常实用前景和价值。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 关键词：直流电机；STC89C52；PWM调速；L298；LCD1602
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黑龙江东方学院本科毕业论文（设计）
PWM DC motor control system design
Abstract
In recent years, with advances in technology, the DC motor has been more widely used, DC has excellent speed characteristics, speed is smooth, convenient, wide speed range, overload, able to withstand frequent impact loads,can achieve frequent Promise fast start, brake and reverse, you need to meet a variety of special requirements of the production process automation systems, the higher requirements of the DC motor, change the armature circuit resistance speed, changing the voltage governorthe technology has been far from satisfying the requirements of modern technology, which came into being through PWM control of DC motor speed control.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 In this thesis, the STC 89C52 control PWM signal in order to achieve the final control of DC motor speed control, and the whole system works through the unit module circuit voltage change. In this thesis, software written in C language, the PWM signal duty cycle adjust by software programming, microcontroller according to the procedures, to further control the input signal of the H-bridge circuit, velocimetry system, the motor speed feedback to the microcontroller through the button control its speed, the LCD, the speed is displayed, enabling the motor speed, and change the function to such as simple circuit of this design method is simple, very practical prospects and value.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 Keywords：DC motor; STC89C52; the PWM speed control; L298; the LCD1602彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
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目 录
摘 要 .......................................................................................................... I謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 Abstract ........................................................................................................... II厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 第1章 绪论 .................................................................................................. 1茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 1.1 开发背景 .............................................................................................. 1鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 1.2 国内外研究趋势 .................................................................................. 2籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 1.3 技术要求及工作内容 .......................................................................... 3預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 第2章 直流电机调速系统总体设计 .......................................................... 4渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 2.1 系统总体框图设计 ............................................................................... 4铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 2.2 PWM调速原理 ..................................................................................... 4擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 2.3 PWM调速方法 ..................................................................................... 5贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 2.4 PWM控制流程图 ................................................................................. 5坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 2.5 各模块作用 ........................................................................................... 5蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 2.6 本章小结 ............................................................................................... 5買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 第3章 系统硬件设计 .................................................................................. 6綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 3.1 单片机控制模块 ................................................................................... 6驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 3.1.1 STC89C52的简介 ......................................................................... 7猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 3.1.2 STC89C52主要性能 ..................................................................... 7锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 3.2 电机驱动模块 ....................................................................................... 8構氽頑黉碩饨荠龈话骛。 3.3 液晶显示模块 ..................................................................................... 11輒峄陽檉簖疖網儂號泶。 3.4 独立式键盘控制模块 ......................................................................... 13尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。 3.5 电机测速模块 ..................................................................................... 14识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。 3.6 本章小结 ............................................................................................. 16凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。 第4章 系统软件设计 .................................................................................. 16恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。 4.1 主程序流程图 ..................................................................................... 16鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。 4.2 定时器中断程序流程图 ..................................................................... 17硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。 4.3 独立式键盘控制流程图 ..................................................................... 18阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。 4.4 系统仿真调试 ..................................................................................... 19氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。 4.4.1 仿真结果分析 ............................................................................. 20釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。 精美文档
4.5 本章小结 ............................................................................................. 22怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。 结 论 ............................................................................................................ 23谚辞調担鈧谄动禪泻類。 参考文献 ........................................................................................................ 24嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 附 录 ............................................................................................................ 25熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。 致 谢 ............................................................................................................ 34鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
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黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 基于PWM控制的直流电动机调速系统设计
第1章 绪论
1.1 开发背景
当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用，无论是在工农业生产、交通运输、国防、航天航空、医疗卫生、商务与办公设备、还是在日常生活中的家用电器都大量使用着各式各样的电气传动系统，其中许多系统有调速的要求：如车辆、电梯、机床、造纸机械等等。为了满足运行、生产、工艺的要求往往需要对另一类设备如风机、水泵等进行控制：为了减少运行损耗，节约电能也需要对电机进行调速[1]。电机调速系统由控制部分、功率部分和电动机三大要素组成一个有机整体。各部分之间的不同组合，可构成多种多样的电机调速系统。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。 三十多年来，直流电机传动经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代[2]。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。 随着微控制器尤其是脉宽调制 PWM 专门控制芯片的飞速发展，其对电机控制方面的应用起了很重要的作用，为设计性能更高的直流控制系统提供了基础。本文对基于PIC单片机的直流电机 PWM 调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了单闭环直流 PWM调速系统的数学模型。用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速闭环调速系统的控制。在微机控制方面，讨论了显示、PWM、光电编码盘测速的原理,并给出了软、硬件实现方案。该方案以驱动芯片与一些外围电路。通过实时测试，调节电动机的转速，此调速系统可获得快速、精确的调速效果。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。 精美文档
黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 1.2 国内外研究趋势
直流电气传动系统中需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下几种：第一，最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向直流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行，设备制造方便，价格低廉。但缺点是效率低、不能在较宽范围内平滑调速，所以目前极少采用。第二，三十年代末，出现了发电机—电动机(也称为旋转变流组)，配合采用磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制器件，可获得优良的调速性能，如有较宽的调速范围(十比一至数十比一)、较小的转速变化率和调速平滑等[3]。特别是当电动机减速时，可以通过发电机非常容易地将电动机轴上的飞轮惯量反馈给电网，这样，一方面可得到平滑的制动特性，另一方面又可减少能量的损耗，提高效率。但发电机—电动机调速系统的主要缺点是需要增加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助励磁设备，因而体积设备较多、体积大、费用高、效率低、安装需要地基、运行有噪声、维修困难等。第三，自出现汞弧变流器后，利用汞弧变流器代替上述发电机—电动机系统，使调速性能指标又进一步提高。特别是它的系统快速响应性是发电机—电动机系统不能比拟的。但是汞弧变流器仍存在一些缺点:维修还是不太方便，特别是水银蒸汽对维护人员会造成一定的危害等。第四，1957年，世界上出现了第一只晶闸管，与其它变流元件相比，晶闸管具有许多独特的优越性，因而晶闸管直流调速系统立即显示出强大的生命力[4]。由于它具有体积小、响应快、工作可靠、寿命长、维修简便等一系列优点，采用晶闸管供电，不仅使直流调速系统经济指标上和可靠性有所提高，而且在技术性能上也显示出很大的优越性。晶闸管变流装置的放大倍数在10000以上，比机组(放大倍数10)高1000倍，比汞弧变流器(1000)高10倍;在快速响应性上，机组是秒级，而晶闸管变流装置为毫秒级[5]。因此，目前在直流调速系统中，除某些特大容量的设备而且供电电路容量较小的情况下，仍有采用机组供电、晶闸管励磁系统以外，几乎绝大部分都已改用晶闸管相控整流供电了。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。 PWM控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，PWM控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，PWM控制技术获得了空前的发展，到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术[6]。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。 精美文档
黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 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。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。 随着微电子技术的发展，微机功能的不断提高以及电力电子、计算机控制技术的发展，电气传动领域出现了以微机为核心的数字控制系统。计算机的发展可以使复杂的控制规律较方便的实现，以计算机为核心的数字控制技术成为自控领域的主流，也给直流电气传动的发展注入了新的活力，使电气传动进入了更新的发展阶段。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。 1.3 技术要求及工作内容
本系统主要是利用单片机的定时器产生PWM脉冲通过驱动电路进行直流电机调速，键盘操纵电机进行停、转、正反转、加速、减速。另一方面通过测速电路把电机的转速送给单片机在通过液晶显示出来，从而可以直观的控制电机转速。系统可以划分为主控电路（单片机STC89C52）、直流电机驱动电路（采用L298设计驱动电路）、液晶显示按键功能电路（LCD1602）、电源电路、测速电路等模块，采用PWM基本原理，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PWM信号占空比，，进一步控制了L298驱动电路的PWM输入信号，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，可以通过LCD显示出电机的转速。
裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。 精美文档
黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 第2章 直流电机调速系统总体设计
2.1 系统总体框图设计
方案说明：直流电机PWM调速系统以STC89C52单片机为控制核心，由命令输入模块、测速系统模块、LED显示模块及电机驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给L298直流电机驱动芯片发送PWM波形，测速系统把反馈数据给单片机，完成电机正，反转和急停控制；同时单片机不停的将测得转速送到LCD完成实时显示[7]。直流电机调速系统总体框图见图2-1。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。
独立键盘输入 LED显示转速 STC89C52 L289 电机 直流电机
测速系统 驱动
图2-1 系统总体框图
2.2 PWM调速原理
PWM（脉冲宽度调制）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。PWM可以应用在许多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。在PWM驱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，PWM又被称为“开关驱动装置”。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。
图2-2 占空比示意图
如图2-2所示：设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D= t1 / T，
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黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 则电机的平均速度为Va = Vmax * D，其中Va指的是电机的平均速度；Vmax 是指电机在全通电时的最大速度；D = t1 / T是指占空比。由上面的公式可见，当我们改变占空比D = t1 / T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的[8]。严格来说，平均速度Vd 与占空比D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。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。 2.3 PWM调速方法
采用定时器做为脉宽控制的定时方法。如果采用软件延时方法，此方法在精度上不及定时器，特别是在引入中断后，将有一定的误差。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。 2.4 PWM控制流程图
在本设计中PWM脉冲调制的控制流程见图2-3。
鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。 开 始 STC89C52控制 程序控制单片机输出PWM脉冲 PWM输入L298电机驱动进行脉冲处理 电机转速、转向、急停处理 结束 图2-3 PWM脉冲调制的控制流程图
2.5 各模块作用
本设计主要模块由命令输入模块、电机驱动模块、独立键盘模块、测速系统模块、
LCD显示模块几部分组成。命令输入模块主要是由STC89C52为核心产生PWM波形，改变输出电压从而控制直流电机的转速。电机驱动模块是用来驱动直流电机。独立键盘模块是控制电机停、转、正反转、加速、减速。测速系统模块在本设计采用的是红外传感器（由红外线发射管、红外线接收管构成的红外计数电路）组成的能把直流电机实时转速反馈给单片机。LCD显示模块时把测速模块得来的数据在LCD显示屏上显示出来。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。 2.6 本章小结
本章主要介绍了系统的总体思路、框架。PWM的工作原理和调速方法，PWM是通过改变
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，本系统主要是由命令输入模块、电机驱动模块、独立键盘模块、测速系统模块、LCD显示模块几部分组成。辔 精美文档
黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 烨棟剛殓攬瑤丽阄应。 第3章 系统硬件设计
本设计硬件模块主要采用STC89C52控制模块、L298电机驱动模块、LCD1602液晶显示模块、独立键盘控制模块、测速系统模块。峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。 3.1 单片机控制模块
直流电机调速系统的控制模块图3-1。
图3-1直流电机调速系统的控制模块图
这里利用定时计数器让单片机P3口的P3.4引脚输出占空比不同的方波，然后经驱动芯片L298放大后控制直流电机。驱动芯片的输入电压是两引脚的电压差，在调速时一根引脚线为低电平，另一个引脚产生调速方波，这样两个引脚的电压差就可通过控制其中一个引脚来控制。当需要改变电机转动方向时，两个引脚的输出相反。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。 定时计数器10us中断一次，就使P3.4产生一个高电平或低电平。占空比为高电平脉冲个数占一个周期总脉冲个数的百分数。一个周期加在电机两端的电压为脉冲高电压乘以
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黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 占空比。电机的平均速度等于在一定的占空比下电机的最大速度乘以占空比。当我们改变占空比时，就可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。精确的讲，平均速度与占空比并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似看成线性关系。则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。 3.1.1 STC89C52的简介
在常用的89系列的单片机中，51系列只有4K字节的在系统可编程Flash存储器，128字节RAM。
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，它是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，操作方便，引脚也充足，而且STC89C52，支持ISP串口下载，使得STC89C52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。 3.1.2 STC89C52主要性能
图3-2 STC89C52 STC89C52主要功能特性如下： 1．兼容MCS51指令系统；
2．8k可反复擦写(大于1000次）Flash ROM； 3．32个双向I/O口； 4．256x8bit内部RAM；
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黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 5．3个16位可编程定时/计数器中断； 6．时钟频率0-24MHz；
7．2个串行中断，可编程UART串行通道； 8．2个外部中断源，共8个中断源； 9．2个读写中断口线，3级加密位；
10．低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能； 鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。 11．有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式。
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。STC 89C52编程前，要设置好地址、数据及控制信号， 编程方法如下： 稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。 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EA/Vpp 端加上+12V 编程电压。
5． 每对Flash 存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG 编程脉冲。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms。重复1—5 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。陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。 3.2 电机驱动模块
电机驱动模块采用的是L289芯片。L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。 （1）L298内部的原理图 L298内部结构见图3-3。 OUT1OUT26V动力电源OUT3OUT4
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IN4IN3ENB黑龙江东方学院本科毕业论文（设计）
图3-3 L298内部结构
（2）L298内部H桥驱动电路
电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H如图3-4。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠。如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。
图3-4 H桥驱动电路
要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图3-5所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。
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图3-5 H桥驱动电机顺时针转动
图3-6所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。
图3-6 H桥驱动电机逆时针转动
驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管[9]。基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。 （3）L298的逻辑功能
当使能端为高电平时，输入端IN1为PWM信号，IN2为低电平信号时，电机正转；输入端IN1为低电平信号，IN2为PWM信号时，电机反转；IN1与IN2相同时，电机快速停止。当使能端为低电平时，电动机停止转动。详细逻辑见表3-1。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。 表3-1 L298的逻辑功能
IN1 X 1 0
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IN2 X 0 1
ENA 0 1 1
电机状态 停止 顺时针 逆时针
黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 0 1
0 1
0 0
停止 停止
（4）单片机与L298的连接 单片机和L298连接如图3-7。
AT89S521234567891011121314151617181920P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/!INT0P3.3/!INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/!WRP3.7/!RDXTAL2XTAL1GNDVCCAD0/P0.0AD1/P0.1AD2/P0.2AD3/P0.3AD4/P0.4AD5/P0.5AD6/P0.6AD7/P0.7!EA/VPPALE/!PROG!PSENA15/P2.7A14/P2.6A13/P2.5A12/P2.4A11/P2.3A10/P2.2AP/P2.1A8/P2.04039383736353433323130292827262524232221VCCVCC98L2984VCCVCCVSSGNDVSD2571012IN1IN2IN3IN4OUT1OUT2OUT3OUT4231314D11M1MotorM2D4D3611ISEN AISEN B151EN AEN B
图3-7单片机和L298连接
3.3 液晶显示模块
显示模块采用的是LCD1602。
（1）LCD1602液晶的结构如图3-8所示。
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图3-8 LCD1602液晶的结构
LCD1602主要技术参数： 显示容量：16×2个字符芯片工作电压：4.5—5.5V 工作电流：2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压：5.0V 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号等。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。 （2）LCD1602液晶主要接口 第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VDD接5V正电源。
第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，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。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。 精美文档
黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。 第15脚：背光源正极。 第16脚：背光源负极。 （2）单片机与LCD的连接
（E,RW,RS）控制引脚接P3口，8个数据信号接P1口。VSS接单片机地，VCC接单片机的电源VCC.灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。 单片机与LCD连接图见图3-9。
图3-9单片机与LCD连接图
3.4 独立式键盘控制模块
独立式键盘的按键相互独立，每个按键接一根I/O口线，一根I/O口线上的按键工作状态不会影响其它I/O口线的工作状态。因此，通过检测I/O口线的电平状态，即可判断键盘上哪个键被按下，独立式键盘见下图3-10。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。 精美文档
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图3-10独立式键盘
独立键盘与单片机连接图见图3-11。
图3-11本系统中独立式键盘与单片机的链接
3.5 电机测速模块
本设计采用的是红外传感器（由红外线发射管、红外线接收管构成的红外计数电路）。 产品参数：发射距离、发射角度（15度、30度、45度、60度、90度、120度、180度）发射的光强度、波长。以上决定红外线发射管产品的主要性能及使用范围[10]。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。 红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更
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黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 大面积的接受入射光线，PN结面积尽量做的比较大，电极面积尽量减小，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。红外线接收二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小，称为暗电流。当有红外线光照时，携带能量的红外线光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子空穴对。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”[11]。红外线接收二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化见图3-12。 趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。
图3-12 红外计数测速电路
红外计数电路主要由红外发射和接收电路组成。 红外发射和接收电路：在电动机上安装一对红外发射和接收管， 当电动机转动时，对红外光反射、散射和折射，穿过红外光的光强瞬间减少， 红外接收管导通程度也在瞬间减小， 因而产生一个脉冲信号； 信号放大比较电路：电容拾取脉冲信号后由运放LM324进行放大， 放大倍数为10倍， 再将放大的信号由运放LM324比较后输出标准的低电平脉冲信号， 然后将获得的脉冲信号送到单片机的计数器引脚进行计数， 这样就可以达到计数的目的见图3-13。 夹覡闾辁駁档驀迁锬減。 精美文档
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图3-13 转速检测示意图
3.6 本章小结
本章主要介绍的是系统的硬件设计，本系统硬件主要采用STC89C52、L298电机驱动、LCD1602液晶显示、独立键盘控制、红外测速系统。分别介绍了各个硬件的基本资料和功能，在系统中怎么与单片机连接的。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。
第4章 系统软件设计
本设计主要模块由命令输入系统、电机驱动系统、独立键盘系统、测速系统系统、LCD显示系统几部分组成。
4.1 主程序流程图
主程序描述：首先运行程序主函数main,进行系统初始化，设置定时器工作方式1，开启T1中断，定时10us。然后进行按键查询，本系统有五个按键，加速、减速、正反转、开始、停止/复位[12]。如果有按键按下，得到相对应的脉冲W，最后利用LCD液晶实时显示转速图图4-1。偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。
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主函数mIan 系统初始化函数init启动中断，设置定时时间 采用定时器中断实现脉冲调制 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计）
图4-1 主流程图 LCD液晶显示器显示转速 查询按键，得到相应的脉冲W 4.2 定时器中断程序流程图
定时中断描述：首先启动定时的工作方式为1，开启T1中断，设置定时时间为10us。T为定时个数，每定时一次加1，T最大值100，也就是一个周期时间为1ms。在一个周期内：当T 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 启动定时器（计数器）工作方式1 开启中断T 1，设置时间为10us 进入中断重置定时器时间10us，定时器标记T为1 N 电机停止 T 独立式键盘控制描述：本系统中有五个个独立式按键，K1、K2、K3、K4、K5分别控制着系统的，加速、减速、正反转、急停和复位。系统开始时，检测独立式按键，如有按键按下，则相对应的K=0，然后进入子程序实现按键的功能[14]。具体流程如图4-3。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 开始 N 有键闭合部 Y Y K1=0 W=100 N Y W=0 K2=0 N W++ W=0 N Y W=100 K3=0 Y N K4=0 Y 镞锊过润启婭澗骆讕瀘。 N W-- A=！A W=0 图4-3独立式键盘控制流程图 LCD液晶显示流程见图4-4。 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 结束 图4-4 LCD显示流程图 Y 显示第二行，同前 循环完？ N 取字符代码 循环量设置 设置显示数据首地址 设置DDRAM地址，在第一行显示 调自定义字库 4.4 系统仿真调试 仿真软件选择Proteus ，在Proteus中画出系统电路图，当程序在Keil C中调试通过后，会生成以hex为扩展名的文件，这就是使系统能够在Proteus中成功进行仿真的文件。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 4.4.1 仿真结果分析 当仿真开始运行时，各个模块处于初始状态。点击右边的独立键盘加速或是减速按钮。显示模块便开始显示数字，然后点击正传或是反转。电机的驱动模块能够实现电机的正转、反转、加速、减速、停止等操作。且改变PWM脉冲时的占空比电机的工作电压改变[15]。因此，当按键P1.0按下的时候电机开始转动；当P1.1按下的时候电机开始正转，没按下的时候反转；当P1.2按下的时候电机加速，P1.3按下开始减速。从仿真结果可以看出，本设计可以得到预期的仿真效果。邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。 初始状态，直流电机有如图4-5运行效果。 图4-5电机运转 按下急停键，直流电机有图4-6的停止运行结果。 图4-6电机停转 按下加速键，直流电机有图4-7的正向加速运行结果。 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 图4-7电机正转加速 按下反减速键，直流电机有图4-8正向减速运行结果。 图4-8电机反转减速 PWM输出波形如下： （1）加速过程波形依次如下图4-9。 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 图4-9电机加速过程波形图 （2）减速过程波形如下图4-10。 图4-10电机减速过程波形图 4.5 本章小结 本章讲诉了系统软件设计，包括主程序流程图和各个模块的流程图，最后的 系统仿直调试描述了软件的选择及仿直结果分板。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 结 论 本设计利用STC89C52系列单片机作为控制的核心，由电机驱动模块、独立键盘模块、测速系统模块、LCD显示模块各个模块完成了以单片机为控制核心的硬件设计，完成了输入模块、输出模块以及外围电路等模块的设计。并利用电路图在仿真软件上模拟设计的要求，通过仿真更改和完善总体思路。该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。 本系统包括命令输入模块、键盘控制模块、测速系统模块、LED显示模块及电机驱动模块几部分组成，这些模块完成了PWM信号的产生通过驱动模块使电机启动，通过键盘实现开始、停止、正反、加速控制，测速模块把电机的实时转速反馈给单片机最后由显示模块把电机转速通过液晶显示出来。设计的主要的特点是具有单片机电机控制系统硬件电路设计简单，C语言编程简洁，控制电机动作快速，控制范围大等特点。不足的地方主要是如果用功能强大的单片机芯片设计此系统可以缩小体积、减少控制、功能更强，总体设计还可以更加完善。劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 参考文献 [1] 卢春华,姚海燕,张莉. 基于单片机的直流电机调速系统设计［J］.硅谷,2009（20）:98-120. 臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。 [2] 吴守箴,戚英杰.电气传的脉宽调制控制技术［J］.北京:机械工业出版社,2004:12-34. 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} } time=0; else { PWM1=1; if( time == high) else if (time==period) { PWM2=1; } } time=0; PWM2=0; } /**************control**********/ void motor_control() { if(open==1) EA=1; if(close==1) EA=0; if(swap==1) { change=~change; while(swap!=0) { } } if(sub_speed==1) 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） } { high++; if(high==30) EA=0; while(sub_speed != 0) { } } if(add_speed==1) { high--; if(high==5) high=5; while(add_speed !=0) { } } /************延时************/ void delay(uchar t) { uint i; while(t) { for(i=0;i<125;i++); t--; } } /*******ding yi han shu ****/ void wc51r(uchar j) 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） { RS=0; } void wc51ddr(uchar j) { RS = 1; RW = 0; P1 = j; E = 1; E = 0; delay(2); } /*****初始化LCD*****/ void init() { wc51r(0x01); //清屏 wc51r(0x38); //使用8位数据，显示两行，使用5*7的字型 wc51r(0x0c); //显示器件，光标开，字符不闪烁 wc51r(0x06); //字符不动，光标自动右移一格 } /********t1中断**********单位时间方波个数********/ void time1_int(void) interrupt 3 { count_speed++; if(count_speed==20) { count_speed=0; num_display=num_medium; num_medium=0; RW=0; P1=j; E=1; E=0; delay(3); 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） } } /**********速度显示的数据处理********************/ void datamade() { wc51r(0xc3); wc51ddr('V'); wc51ddr('='); wc51ddr(0x3a); if(open==1) { wc51ddr('o'); wc51ddr('p'); wc51ddr('e'); wc51ddr('n'); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); } if(swap==1) { wc51ddr('b'); wc51ddr('i') ; wc51ddr('a'); wc51ddr('n'); wc51ddr(' '); wc51ddr('i'); wc51ddr('a'); wc51ddr('x'); 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） wc51ddr('n'); wc51ddr('g'); } if(sub_speed==1) { wc51ddr('v'); wc51ddr('-'); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); } if(add_speed==1) wc51ddr('+'); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); } wc51ddr(' '); { wc51ddr('v'); if (close==1) { wc51ddr('c'); wc51ddr('l'); wc51ddr('o'); 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） { wc51ddr('s'); wc51ddr('e'); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); wc51ddr(' '); } } void main() P2=0x00; init(); //lcdcsh while(1) { wc51r(0x80); wc51ddr('d'); wc51ddr('g'); wc51ddr('u'); wc51ddr('t'); wc51ddr(' '); ET0=1; ET1=1; TMOD=0X11; TH0=0Xec; TL0=0X78; TH1=0X3C; TL1=0Xb0; TR0=1; TR1=1; 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） } wc51ddr('l'); wc51ddr('i'); wc51ddr('n'); wc51ddr('h'); wc51ddr('a'); wc51ddr('i'); wc51ddr(' '); wc51ddr('y'); wc51ddr('s'); wc51ddr('j'); num_medium++; datamade(); motor_control(); } wc51ddr('b'); if(test==0) 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 致 谢 在这里首先要感谢我的指导老师 。 老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计方案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，程序等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是老师仍然细心地纠正设计内容中的错误。除了敬佩老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，他的循循善诱的教导和不拘一格的思路也给予我无尽的启迪。并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感谢我的同学对我无私的帮助。最后我要感谢我的母校——黑龙江东方学院，是母校给我们提供了优良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢，谢谢大家！绅薮疮颧訝标販繯轅赛。 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。 作者签名： 日 期： 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 精美文档 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2）原创性声明 3）中文摘要（300字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入） 6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时） 2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。 3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞。 3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文） 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 精美文档
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