基于单片机的直流电机控制系统设计毕业设计论文.doc
《基于单片机的直流电机控制系统设计毕业设计论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的直流电机控制系统设计毕业设计论文.doc(55页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、基于单片机的直流电机控制系统设计毕业设计论文 毕业设计(论文)说明书课题名称:基于单片机的直流电机控制系统设计院 系 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2012 年 5 月 20 日摘 要电动机作为最主要的机电能量转换装置,其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产、国防、医疗卫生、交通运输和办公设备中,还是在日常生活的家用电器和消费电子产品中,都大量使用着各种各样的电动机。电动机的调速控制一般采用模拟法,对电动机的简单控制应用比较多。本设计实现了对电动机的简单控制,也就是指对电动机进行启动、制动和正反转控制。本设计采用了单片机STC89C52与PC串行实现
2、通信,由于单片机输入、输出电平是TTL电平,而PC机配置的是RS232标准串行接口,两者的电气规范不一致,因此要完成单片机与PC机的数据通信,必须对单片机输出的TTL电平进行电平转换。采用的转换电平芯片为232。设计中采用STC89C52微处理器及其RS232通信接口、键盘、12864液晶显示器等外围电路,构成一台直流电机开环在线控制系统。设计中采用PWM调制技术,实现对直流电机速度的调制,并通过串口实现上位机的在线控制。系统实现了在线调速、正转、反转、加速、减速、停止等多种功能,并能实时显示、键盘设置等,具有一定的实际应用价值。关键词:单片机 电平转换 直流电机 在线控制 PWM调制Abst
3、ractMotor as the main electromechanical energy conversion device, its application has been throughout all areas of the national economy and peoples daily life. Both in industrial and agricultural production, national defense, medical and health, transportation and office equipment, or in the daily l
4、ife of household appliances and consumer electronics products, extensive use of various motor. Motor speed control using simulation method, the motor control application more simple. The design and implementation of simple controlling motor, also refers to the motor starting, braking and reverse con
5、trol.The design introduced AT89C51 single-chip serial communication with the PC method, as the single-chip input and output level is TTL level, and PC-standard configuration is a RS232 serial interface, both the electrical specifications are inconsistent, Therefore to complete PC-SCM and data commun
6、ications, the need for single-chip output TTL level to level translators. Used in chip-level conversion for the 232. Applied to the design of STC89C52 microprocessor and RS232 communication interface, keyboard, 12864 LCD peripheral circuit, constitute a dc motor control system online. Applied to the
7、 design of PWM technology to realize the dc motor speed regulation, and through a serial port realize PC online control. The online speed regulation system, are turning, inversion, accelerate, slowing down, stop and other functions, and can real-time display, keyboard Settings, it has certain practi
8、cal application value.Keywords: single-chip serial communication Level Translators Dc motor Online control PWM technology目录摘 要IAbstractII1 绪论 1 1.1 直流电机概述 1 1.2 单片机概述 1 1.3 脉宽调制(PWM)技术 2 1.4 课题任务及工作内容 3 2 单片机直流电机控制系统总体设计方案 4 2.1 设计思路 4 2.2 方案论证与比较 4 2.3 系统组成 5 3 单片机直流电机控制系统硬件设计 6 3.1 系统硬件结构 6 3.2 系统
9、单元电路设计 6 单片机最小系统电路 6 独立式键盘电路 7 示模块 7 蜂鸣器电路 8 电源电路 8 串口通信电路 9 电机驱动电路 10 4 单片机直流电机控制系统软件设计 11 4.1 软件总体结构 11 4.2 系统模块程序设计 12 模块程序 12 描模块程序 13 示模块程序 15 信模块程序 15 速模块程序 17 5 系统测试 18 5.1 测试准备 18 硬件环境 18 软件环境 18 测试项目 18 5.2 测试过程 18 5.3 测试结果 19 结束语 21 致谢 22 参考文献 23 附录 24 1 绪论1.1 直流电机概述在现代工业中,电动机作为电能转换的传动装置被广
10、泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中,随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长,越来越多的生产机械要求能实现自动调速。长期以来,自动调速电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性,简单的控制性能,高效率,优异的动态特性,现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择以前电动机大多使用由模拟电路组成的控制柜进行控制,现在单片机已经开始取代模拟电路作为电机控制器。当前电机控制器的发展方向越来越趋于多样化和复杂化,现有的专用集成电路未必能满足苛刻的新产品开发要求,为此可考虑开发电机的新型单片机控制器,因此研究直流电机的速度控制,有着非常重要的意义。由于变频技术的出现
11、,交流调速一直冲击直流调速,但综观全局,尤其是我国在此领域的现状,再加上全数字直流调速系统的出现,更提高了直流调速系统的精度及可靠性,直流调速系统仍将处于十分重要地位。对于直流调速系统转速控制的要求有稳速、调速、加速或减速三个方面,而在工业生产中对于后两个要求已能很好地实现,但工程应用中稳速指标却往往不能达到预期的效果,稳速要求即以一定的精度在所需要的转速稳定运行,在各种干扰不允许有过大的转速波动。1.2 单片机概述随着单片机功能的飞速发展,单片机的应用领域已经渗透到了国民经济的各个领域,并影响着现代人的生活。单片机技术的出现给现代工业测控领域带来了一次技术革命。目前,单片机仍以其高可靠性、高
12、性价比,在工业控制系统、智能化仪器仪表、数据采集系统和智能家电等诸多领域得到了广泛应用。当今时代是一个新技术层出不穷的时代,在电子领域尤其是自动化智能控制领域,传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统,正以飞快的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机的优点包括体积小、功能强、成本低,并且应用面广,可以说智能控制与自动控制的核心就是单片机。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括来讲:一块芯片就是一台计算机。它具有体积小、质量轻、价格便宜等优点,为学习、应用和开发提供了诸多便利。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。现在
13、,单片机的应用领域非常广泛,比如实时工控、导航系统、智能仪表、家用电器、通讯设备等。单片机一旦运用在各种产品上面,就可以说是使产品进行了升级换代,也可以把产品美其名曰:“智能型”,如智能型洗衣机等等。1.3 脉宽调制(PWM)技术脉冲宽度调制(PWM)是英文“Pulse Width Modulation”的缩写,简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用于测量,通信,功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式,根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置,来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变,这种方式能使电源的输出电压在工作条件变
14、化时保持恒定。多数负载 无论是电感性负载还是电容性负载 需要的调制频率高于10Hz,通常调制频率为1kHz到200kHz之间。许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如,Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器,每一个都可以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比;调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前,这种微处理器要求在软件中完成以下工作:1、设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期2、在PWM控制寄存器中设置接通时间3、设置PWM输出的方向,这个输出是一个通用I/O管脚4、启动定时器5、使能PWM控制器目前几乎所有市售的单片机都有PWM模块功能,若没有(如早期
15、的8051),也可以利用定时器及GPIO口来实现。更为一般的PWM模块控制流程为(笔者使用过TI的2000系列,AVR的Mega系列,TI的LM系列):1、使能相关的模块(PWM模块以及对应管教的GPIO模块)。2、配置PWM模块的功能,具体有:设置PWM定时器周期,该参数决定PWM波形的频率。:设置PWM定时器比较值,该参数决定PWM波形的占空比。:设置死区(deadband),为避免桥臂的直通需要设置死区,一般较高档的单片机都有该功能。:设置故障处理情况,一般为故障是封锁输出,防止过流损坏功率管,故障一般有比较器或ADC或GPIO检测。:设定同步功能,该功能在多桥臂,即多PWM模块协调工作
16、时尤为重要。3、设置相应的中断,编写ISR,一般用于电压电流采样,计算下一个周期的占空比,更改占空比,这部分也会有PI控制的功能。4、使能PWM波形发生。本课题要完成以下研究工作:1、研究直流电机控制系统并仔细推敲各方面的细节,比如速度的控制等等。2、进行系统软硬件的设计。3、制作硬件,并对硬件进行调试以及优化。2 单片机直流电机控制系统总体设计方案2.1 设计思路本题要求设计一个上位机直流电机控制系统。利用键盘作为输入设备,输入电机控制信号;液晶显示器件作为显示,与用户进行人机交互;利用串行通信接口与上位机进行通信,接收上位机发送过来的控制命令。从PC机发来的控制命令经单片机系统接收后,产生
17、电机控制信号,并提供给电机驱动电路控制直流电机正常运转并正常显示转速。2.2 方案论证与比较 1 主控制器的选择与比较采用台湾宏晶科技有限公司生产的STC89C52系列的8位单片机作为本系统的主控制芯片,该处理器芯片内置有8K的Flash存储器,内置的UART全双工异步通信接口,减少外围接口电路。具有可在线编程、使用方便、价格低廉等优点。运算速度内满足系统的要求,性价比高。 2 显示电路选择与比较方案一:采用数码管显示电路,该硬件电路简单,编程也比较简单。视角范围大,亮度高,显示是效果好,但是只能显示简单数字字母等有限的字符,不能满足本设计要求。故,不采用数码管显示电路。方案二:采用1602液
18、晶显示,硬件电路简单,编程容易。可以显示字母和数字,以及一下简单的图像。能满足本设计要求,显示清晰度可以通过调节偏压端电压来改变对比度,从而实现清晰度调整。显示效果较好,还可以滚动显示等,显示灵活。方案三:采用12864液晶显示,硬件电路简单,编程容易。可以显示复杂的图案、字符、标点、英文、汉字等。能满足本设计要求,显示清晰度可以通过调节偏压端电压来改变对比度,从而实现清晰度调整。显示效果较好,还可以滚动显示等,显示灵活。综上所述,数码管显示电路不能满足本设计的要求;1602显示只能显示字母和数字,要显示汉字和图像编程复杂,效果不好;12864液晶显示可以显示数字、英文、汉字、图片等能满足本设
19、计要求。故,采用12864液晶显示电路作为本设计的显示电路模块。 3 键盘电路选择与比较方案一:独立式键盘,独立式键盘硬件电路极为简单,程序也非常简单。容易开发,开发周期短,使用方便简单。方案二:矩阵式键盘,矩阵式键盘硬件电路也比较简单,编程较为复杂。不容易开发,在按键较多的时候,与独立式键盘相比较经济,占用IO端口较少,但编程较独立式键盘难的多,由于本设计要求的键盘按键数量较少,采用独立式键盘较方便,开发难度大大降低,开发周期缩短,也比较经济。故在本设计中采用独立式键盘。经上述比较后采用独立式键盘作为本设计的键盘电路模块。2.3 系统组成经过方案论证,最终确定系统的组成框图如图2.1所示。系
20、统由STC89C52微处理器核心模块、电源模块、独立式键盘模块、12864液晶显示模块、蜂鸣器电路模块、RS232串口通信模块、电源指示电路模块等组成。其中,独立式键盘由微动开关连接到IO口与地线之间组成。注意,由于P0口内部没有上拉电阻,在作为输入时,需要外接上拉电阻。串口通信电路由232电平转换芯片与9DB串口插座等构成,用于下载程序和实现与上位机通信。蜂鸣器电路主要由蜂鸣器和三级管组成,用于实现按键声音等。液晶显示电路主要由12864液晶显示模块及少量外围电阻等构成,主要用于实现人机界面的交互功能。图1.1 系统组成框图3 单片机直流电机控制系统硬件设计3.1 系统硬件结构本设计硬件结构
21、由单片机最小系统、键盘模块、12864液晶显示模块、蜂鸣器驱动模块、电源指示模块、串口通信模块、电机驱动模块等组成。3.2 系统单元电路设计 单片机最小系统电路单片机最小系统电路由STC89C52主控芯片、时钟振荡电路和复位电路等构成。其中,时钟振荡电路主要由外接11.0592MHz晶振、两个30pF的起振电容和内部反相器构成。复位电路采用简单的容阻式复位电路。单片机最小系统电路原理图如图2.1所示。图2.1 单片机最小系统电路 独立式键盘电路键盘电路采用比较简单的独立式键盘便能满足设计要求,成本低廉,编程相对简单。4个独立按键,分别与单片机P0.0-P0.3相连,由于P1口上各位内部均接有上
22、拉电阻,故,外接按键的时候,我们不再接上拉电阻。键盘电路如图2.2所示图2.2 独立式键盘电路示模块12864液晶显示电路主要由基于ST7920控制器的12864液晶和外部电位器等组成。12864具有128列64行共128*64个像素点,可以显示中文、日文、数字、英文、特殊字符、图片等。内置国标GB2312码简体中文字库 16*16 ,128个字符 8*16 及64*256点阵显示RAM GDRAM 。可以与CPU直接接口,提供两种界面来连接微处理器:8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能:光标显示、画面移位、睡眠模式等。 2 12864液晶显示电路原理图液晶显示电路主要由12864液晶显
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 直流电机 控制系统 设计 毕业设计 论文
链接地址:https://www.31ppt.com/p-3940241.html