毕业设计论文—基于单片机的直流电机调速系统设计--科技创新实践设计报告

毕业设计论文—基于单片机的直流电机调速系统设计--科技创新实践设计报告内容摘要：

IN4IN3GNDENAVSOUT3SENSAOUT2IN1IN2VSSENBOUT3SENSBL298NU3VCCPWM OUTB AD4 D5D6 D7电机驱动电源 VMMGND电机驱动电源参考地MB1Motort=R2 C，代入 R2 值解不等式可得： C。 单位换算得C F ，为了方便整形，实际设计中 C= F。 由于单片机中断 I/O口的需要输入信号是正规的矩形脉冲，所以电路的脉冲整形电路采用 74 系列反向器 74LS06 进行两次反向后输入单片机。 图 脉冲滤波整形电路 电机驱动电路的设计 本设计采用目前市场上较容易买到的 L298N 直流或步进电机驱动芯片，它采用单片集成塑装， 是一个高电压、大电流全双桥驱动器，由标准的 TTL 电平控制。 L298N 支持 50V 以内的电机控制电压，在直流运转条件下，可以通过高达 2A的电流，因此它满足了一般小型电机的控制要求。 接法见图 ，图中二极管的作用是消除电机的反向电动势，保护电路，因此采用整流二极管比较合适。 PWM控制信号由 in in2 输入。 如果 in1 为高电平， in2 为低电平时电机为正向转速，反之 in1 为低电平， in2为高电平时，电机为反向转速。 本设计将 in2直接接地，即采用单向制动的方式。 科技创新实践设计报告 9 1234567891011121314LCDRT12232FVSSVCCVORSRWEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7接单片机 P1 口10KRVCCGND调亮度图 电机驱动电路 LCD 显示电路 和键盘 与单片机的接口设计 设计中采用的 LCD—— RT12232F 是一种内置 8192 个 16*16 点汉字库和 128个 16*8 点 ASCII 字符集图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器 / 列驱动器及128 32全点阵液晶显示器组成。 可完成图形显示，也可以显示 2个 (1616点阵 )汉字，与外部 CPU 接口采用并行或串行方式控制。 本设计采用并行方式控制， LCD与单片机 的通讯接口电路如图 所示采用直连的方法，这样设计的优点是在不影响性能的条件下还不用添加其它硬件，简化了电路，降低了成本。 图 LCD 显示电路与单片机的接口 本设计采用四个键作为键盘，分别为选择、加、减、确定。 它们分别与 、 、 接口相连。 作为设置速度的输入。 科技创新实践设计报告 10 图 键盘电路 两单片机的互 连 本设计采用两片单片机（ AT89S52） ,其中一片做成 PID 控制器，专门进行PID运算和 PWM控制信号输出；另一片则系统主芯 片，完成电机速度的键盘设定、测量、显示，并向 PID控制器提供设定值和测量值，设定 PID控制器的控制速度等。 它们的接线图如图。 图 两单片机互联图 本设计 使用异步串口通信，直接把两个单片机的 TXD 和 RXD 两个引脚交叉相连接，两者都以中断接收串口数据。 省 I/O 口省代码。 也就是 A 的 TXD() 科技创新实践设计报告 11 和 B 的 RXD（ ）连接， A 的 RXD 和 B 的 TXD 连接。 4 系统软件设计 系统总程序框图设计 系统程序程序框图如图。 开 始系 统 初 始 化显 示 初 始 化键 处 理 子 程 序是 否 有 键 按 下调 用 按 键 子 程 序 无有定 时 中 断 为 1定 时 中 断 为 0外 中 断 为 0发 送 数 据 至 从 处 理器测 量 计 算 转 速发 送 测 量 值 到 从 处理 器系 统 时 间 计 时 、 处理中 断 返 回中 断 处 理 图 系统 主单片机 总程序框图 科技创新实践设计报告 12 开 始系 统 初 始 化P I D 参 数 初 始 化查 看 中 断中 断 0 中 断 1接 受 设 定 值 子 程 序接 受 测 量 值 子 程 序P I D 计 算 处 理计 算 P W M 定 时 值输 出 P W M 信 号 图 系统从单片机（ PID 控制器）程序框图 当系统被启动后，主从单片机初始化。 主单片机检测是否有键按下，再执行 科技创新实践设计报告 13 键子程序，将输入的值传送到 PID 控制器， PID 控制器经 PID 计算处理，再计算出 PWM 的定时值， PID 再送出相应的 PWM 信号，驱动电机转动，主单片机将传感器输入的信号进行计算，再将得出的值输出到 PID 控制器， PID 控制器经计算输出相应的 PWM 信号控制电机转速趋于设定的转速。 依 次循环使电机趋于稳定值。 电机转速测量程序设计 设计中考虑到电机的工作环境一般比较恶劣，因此除了硬件外，从程序上除了要更高的精确度也需要进行更多的抗干扰设计，从而实现软件的大范围检错、纠错或丢弃错误等。 在程序的设计过程中，对严重不符合要求的测量数据（如大于 6000 转对应的数据）进行了丢弃处理，而对于正常范围内的数据错误采用了采 5取 3求平均的算法（即采集 5个数据，去掉 一个最大值一个最小值，然后将剩余 3 数据求平均）。 实验表明，此方法降低了系统采集转速中出现的错误。 对于转速的测量方法，是通过速度脉冲信号 下降沿触发单片机的外中断，中断服务子程序在某一个脉冲的下降沿开启定时器记时，然后在下一个下降沿关闭定时器，通过对定时器数据进行运算处理可以得到信号周期进而得到速度值。 其程序框图如图。 可以看出，此方法下的采样周期是随转速变化的，转速越高采样越快。 通过这种非均匀的速度采样方式可以使电机在高速情况下，实现高速度高精度的控制。 科技创新实践设计报告 14 进 入 中 断检 测 中 断 标 志开 定 时 器 计 时设 中 断 标 志 位 为“ 1 ”系 统 时 间 初 始 化中 断 返 回为 “ 0 ”关 闭 定 时 器 及 总 中断判 断 数 据 是 否正 常是是 否 采 “ 5 ” 处理保 存 数 据完 成 5 组 数 据 采集“ 取 3 ” 求 平 均 值计 算 速 度 值速 度 值 是 否 正常发 送 到 P I D 控 制 器系 统 时 间 初 始 化定 时 器 初 值 初 始 化中 断 返 回为 “ 1 ”是否否否是是否 图 外中断 程序框图 科技创新实践设计报告 15 键盘程序设计 键盘程序设计的任务是赋予各按键相应的功能，完成速度设定值的输 入和向PID 控制器的发送。 4 只按键一只用来位循环选择，告诉单片机要调整的是设定值的个位、十位、百位还是千位。 第二、三只按键分别是减 加 1减。 在没有位选择的情况下对设定值整体进行减 加 1；在有位选择的情况下仅对相应位进行减 加 1，并且当按着不释放按键时可以实现快速连续减 加 1，同时允许循环减、加（既当某位为 0时，在减 1则为 9，某位为 9时，加 1则为 0）。 最后一只按键是确认发送键，按下它后，单片机将设定值送给 PID 控制器，从而实现设定控制。 程序框图如图。 键 盘 子 程 序位 按 键 按 下 否位 选 循 环 右 移加 1 键 按 下 否调 用 加 1 子 程 序减 1 按 下 否调 用 减 1 子 程 序发 送 键 按 下 否键 值 处 理 、 保 存 、显 示向 P I D 控 制 器 发 送返 回是是是是否否否否 图 键盘程序框图 科技创新实践设计报告 16 LCD 显示子程序的设计 LCD的详细使用过程可参阅对应型号的使用手册。 仅在本小节强调以下内容： LCD 使用的关键是根据显示需要正确地对其进行初始化设置，而一般情况下不用考虑如何向它读写指令或数据，因为制造厂商所给的使用资料里就附有驱动程序，如果没有也可以从网上搜索下载得到。 然而我们必须清楚那些初始化设置之间的关系，以及它是如何利用设置读取、显示数据字符的，不然就会发生一些不可预料的错误，例如表。 因此，熟读 LCD驱动芯片使用手册也是一个关键环节。 LCD 中文字型的编码写入地址对照 在 RT12232F 中， CGRAM 字型与中文字型的编码只可出现在每一 Address Counter 的开始位置，图表中最后一行为错误的填入中文码位置，其结果会产生乱码象。 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 H L H L H L H L H L H L H L H L H L H L S H A A N X I . . L I G O N G X U E . . 陕 西 理 . . 物 理 系 0 2 电 . 陕 西 理 . . . 物 理 系 0 2 电 . 通常 LCD的初始化包括复位设置、清除显示、地址归位、显示开关、游标设置、读写地址设置、反白选择以及睡眠模式等等。 实际中根据需要，正确、灵活地修改这些设置可以达到较为满意的显示效果。 LCD 中所有汉字、数字和字符都可以通过它的 ASCII码来访问显示；图象的显示是通过将相关软件（提取汉字、图象点阵数据程序）产生的数据按照 LCD手册的要求完成响应设置后写入即可。 由于本设计中没有使用到图形显示，所以没有详述。 对于系统使用的汉字、字符和数据的 LCD显示初始化程序和写数据程序框图见图。