基于单片机直流电机控制器系统设计论文

基于单片机直流电机控制器系统设计论文内容摘要：

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。 用 L298 控制直流电机很容易。 用单片机端口 给 IN IN IN IN 高低就可以控制开始、停止、正反转，利用 EN1,EN2 控制使能就能控制转速。 第 6 页 共 28 页 L298 驱动电路图 按键选择模块设计 按键选择模块设计 设计有 5个按键 ,k k k k k5。 当 k1被按下时，电机开始正转；当 k2 被按下时，电机停止；当 k3 被按下时，电机开始正转；当 k4 被按下时，电机减速，再次按下会继续减速；当 k5 被按下时，电机加速一次，再次按下会继续加速。 拔掉电源后，再次通电，电机能够依旧保持原来的速度转动。 按键选择模块 电路 图 3 L298电机驱动电路 第 7 页 共 28 页 图 4 按键选择模块电路 单片机控制模块设计 ． 1 单片机复位电路 图 5 单片机复位电路 第 8 页 共 28 页 单片机晶振电路 图 6 单片机晶振电路图 显示模块设计 显示模块电路设计 使用共阴数码管，段选接 p0口，位选接 p2口。 显示模块电路 图 设计 图 7 显示模块显示电路图设计 第 9 页 共 28 页 报警电路模块设计 报警模块电路设计 将红灯接在 口，当电动机的转速达到 90rad/s 或者更高时，红灯亮。 报警模块电路 图 设计 图 8 报警模块设计电路图 第 10 页 共 28 页 第 4 章 系统软件设计 开 始定 时 器 初 始 化 、 波特 率 设 置读 取 扇 区 数 据按 键 控 制 电 机 正 反转 和 速 度 ， 并 将 数据 写 入 扇 区显 示 电 机 转 动的 信 息串 口 接 收 数 据 控 制电 机结 束 图 9 软件系统框图 第 11 页 共 28 页 软件设计总流程 程序：见附录 2 定时器工作设计流程 脉冲宽度调制（ PWM）是英文 “Pulse Width Modulation” 的缩写，简称脉宽调制。 脉冲宽度调制（ PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。 通过高分辨率计数器的使用，方波 的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。 PWM 信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有 (ON)，要么完全无(OFF)。 电压或电流源是以一种通 (ON)或断 (OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。 通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。 只要带宽足够，任何模拟值都可以使用 PWM 进行编码。 本次采用的直流电机是通过脉冲来控制其转速、转向。 通过单片机的定时器产生一个 PWM波，再通过 L298 驱动电路驱动电机。 将 PWM 波的周期定为 50，每个定时器溢 出中断后，令 count=count+1， count 到 50 后，令其清 0， count 在 0到 25 期间，单片机产生的 PWM波为低电平， count 在 26 到 50期间 PWM 波为高电平。 第 12 页 共 28 页 开 始定 时 器 启 动定 时 器 重 新 赋 值定 时 时 间 到高 电 平 时 间 到P W M = 1低 电 平 时 间 到P W M = 0 图 10 定时器工作流程图 串行口控制系统设计流程 单片机的串行接口主要由两个物理上独立的接收和发送数据缓冲寄存器、发送控制器、接收控制器、输入移位寄存器和输出控制门等组成。 通过电脑发送指令给单片机从而可以控制电机的运作。 当串口接收到来自上位机发来的信号时，读取 SBUF 中的信号，若为 a，控制电机正转，若为 b，控制电机停止，若为 3，控制电机反转，若为 4，控制电机加速，若为 5，控制电机减速。 第 13 页 共 28 页 开 始波 特 率 设 置将 接 收 到 的 数 据放 入 s h o u 1R I = 1根 据 接 收 的 数 据执 行 相 应 的 命 令是 结 束否 图 11 串行口控制系统设计流程图 按键控制系统设计流程 当检测到有按键按下时，判断是哪个按键按下， K1按下后，令 P3^6输出高电平传递给 L298的 IN1口，令 P3^5口输出低电平传递给 L298的 IN1口，驱动电机正转。 K2按下后，令 P3^6输出低电平传递给 L298的 IN1口，令 P3^5口输出低电平传递给 L298的 IN1口，驱动电机停止。 K3按下后，令 P3^6输出低电平传递给 L298的 IN1口，令 P3^5口输出高电平传递给 L298的 IN1口，驱动电机反转。 K4按下后，增加 PWM波高电平占空比来加速电机转动。 K5按下后，减少 PWM波高电平占空比让电机减速。 K5按下后，控制掉电保存，当按键按下将数据写入 EEPROM。 第 14 页 共 28 页 开 始按 键 是 否 按 下按 键 1 、 2 、 3 控 制 电机 正 反 转 和 停 止按 键 4 、 5 控 制 电机 速 度按 键 6 控 制 掉 电 保 存是按 键 是 否 释 放结 束否 图 12 按键控制系统流程图 显示控制系统设计流程 本次显示部分采用的是四位共阴数码管，而显示部分的程序就是将输出数据转 换成数码管能够显示的字型码，通过数码管显示相应的数据，即显示电机转动的方向，速度等参数。 第 15 页 共 28 页 开 始设 置 位 选 点 亮第 一 个 数 码 管设 置 段 选设 置 位 选 点 亮第 二 个 数 码 管设 置 段 选 图 13 显示控制系统流程图 第 16 页 共 28 页 第 5 章 系统调试与 结果分析 硬件电路的制作和调试 通电之前先进行静态调试，即用万用表检查电路连接是否正确，有无虚焊漏焊而造成电路的开路或者短路问题。 检测所有的电源和 GND 地线有没有接错。 尤为重要的一点是检测数码管的问题。 本次采用的是四位共阴数码管，驱动电路是否焊接正确直接关系到数码 管的段选能否正常点亮。 在上电前用万用表检测了全部的电路，经查实没有出现该种故障。 由于本次采用的是共阴数码管，所以公共级应该接地。 通过检测逐个段选，发现没有错误。 +5V、177。 12V、地线接错。 软硬件功能分析 将程序用软件下载到 AT89S52rc 单片机中，连接好外部电路，检查电路是否接对，开始进行软硬件的功能测试，当没按钮被按下的时候，数码管显示“ 00”，说明单片机没产生 pwm 波，电机不转动。 当有按 键被按下时，数码管显示“ 10”时，单片机产生pwm 波，电机开始正转。 数码管显示“ 01”时，电机反转。 三号数码管是显示电机的加速减速的。 当加速按钮被按一次，该数码管数字增加 1，电机加速转动。 当减速按钮被按一次时，该数码管数字减去 1，电机减速转动。 保存数据被按下时，断掉电源，然后再次接上，三号数码管依旧是断电前的数值。 当能实现以上功能时，说明软硬件结合起来能够正常运转。 测试结果分析 按键分析：当 K1 按下，电机实现正转；当 K2按下，电机实现停止；当 K3 按下，电机实现反转；当 K4 按下，电机实现加速；当 K5按下，电机实现减速；。