標(biāo)題: 單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 [打印本頁(yè)]
作者: 2527 時(shí)間: 2016-11-22 10:23
標(biāo)題: 單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告
電氣信息學(xué)院
單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告
目 錄
1 緒言
1.1 課題背景……………………………………………………………….（5）
1.2 課題要求………………………………………………………. …….（5）
2 方案論證
2.1 系統(tǒng)組成………………………………………………………. ……（6）
2.2 單片機(jī)選型………………………………………………………. …………（6）
2.3 驅(qū)動(dòng)方案論證………………………………………………..…….. …………（6）
2.4 檢測(cè)方案論證…………………………………………………………………（6）
3 設(shè)計(jì)原理
3.1 直流電機(jī)PWM設(shè)計(jì)框圖………………………………………….…………..（7）
4 直流電機(jī)單元電路設(shè)計(jì)與分析
4.1 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊…………………………………………... …………（8）
4.2 直流電機(jī)的類(lèi)型簡(jiǎn)介…………………………………………………... …………（8）
4.3 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)…………………………………………………………（8）
4.4 直流電機(jī)工作原理…………………………………………………………（9）
4.5 直流電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)……………………………………………………（9）
4.6 直流電機(jī)PWM調(diào)速原理………………………………………………（9）
4.7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路設(shè)計(jì)………………………………………………………（12）
4.8 程序設(shè)計(jì)流程圖…………………………………………………………………（14）
5 直流電機(jī)的中斷鍵盤(pán)控制模塊
5.1 外部中斷設(shè)置………………………………………………………………………（16）
5.2 外部中斷擴(kuò)展方法…………………………………………………………………（17）
6 1602LCD液晶顯示模塊
6.1引腳分布和接口信號(hào)說(shuō)明……………………………………………………………（19）
6.2LCD液晶顯示電路………………………………………………………………………（20）
7直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
7.1總電路功能介紹………………………………………………………………………（21）
7.2直流電機(jī)控制程序……………………………………………………………………（21）
8系統(tǒng)仿真截圖
8.1系統(tǒng)各種工作狀態(tài)圖…………………………………………………………………（29）
9問(wèn)題與分析
9.1設(shè)計(jì)問(wèn)題…………………………………………………………………………………（33）
9.2答辯問(wèn)題…………………………………………………………………………………（34）
10心得體會(huì)
………………………………………………………………………………（34）
參考文獻(xiàn)……………………………………………………….…….……………….. …（36）
附錄1（原理圖）……………………………………………………….....……（36）
附錄2（器件清單）……………………………………………………….....……（37）
1、緒 論
1.1課題背景
直流電機(jī)顧名思義，將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能(直流電動(dòng)機(jī))或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機(jī))的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，直流電機(jī)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便、調(diào)速范圍廣，過(guò)載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)極快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，需要滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊要求，從而對(duì)直流電機(jī)提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速等技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代科技的要求，這時(shí)通過(guò)PWM（脈沖寬度調(diào)制技術(shù)）方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法就應(yīng)運(yùn)而生。
采取傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)主要有以下的缺陷：模擬電路容易隨時(shí)間飄移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對(duì)噪聲敏感等。而用PWM技術(shù)后，避免上述的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式控制模擬信號(hào)，可以大幅度減低成本和功耗。并且PWM調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得平滑的直流電流，低速特性好；同時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率高，快響應(yīng)特性好，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)，可獲很寬的頻帶；開(kāi)關(guān)元件只需工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置的效率高，具有節(jié)約空間、經(jīng)濟(jì)好等特點(diǎn)。
本設(shè)計(jì)采用stc89c52系列單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，對(duì)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的控制方式和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，分別從正反轉(zhuǎn)控制、速度控制、速度通過(guò)LCD顯示和加減速控制四方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析。
1.2課題要求
以單片機(jī)為控制核心的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：直流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)；直流電機(jī)的加速和減速；直流電機(jī)的啟動(dòng)和停止；以及直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速在LCD顯示屏上顯示。
2、論 證
2.1系統(tǒng)組成
（1）振蕩器和時(shí)鐘電路
（2）設(shè)計(jì)輸入部分
（3）設(shè)計(jì)控制部分
（4）設(shè)計(jì)顯示部分
（5）直流電機(jī)PWM控制實(shí)現(xiàn)部分
2.2單片機(jī)選型
直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，由命令輸入模塊、LCD顯示模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤(pán)作為命令的輸入，單片機(jī)在程序的控制下，定時(shí)不斷的給直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)動(dòng)電路完成電機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制；同時(shí)單片機(jī)不停的將從鍵盤(pán)讀取的數(shù)據(jù)送到LCD顯示模塊中去顯示，從中不僅能讀取其速度，而且能知曉其轉(zhuǎn)向及一些溫馨提示。
2.3驅(qū)動(dòng)方案論證
直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊主要由一些二極管、電機(jī)和L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（內(nèi)含CMOSS管、三態(tài)門(mén)等）組成。通過(guò)按鈕來(lái)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)和加減速。
2.4檢測(cè)方案論證
通過(guò)觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況判斷正反轉(zhuǎn)，通過(guò)LED顯示屏得知電機(jī)速度。
3 、設(shè)計(jì)原理
3.1直流電機(jī)PWM設(shè)計(jì)框圖
主體電路：即直流電機(jī)PWM控制模塊。這部分電路主要由80C51單片機(jī)的I/O端口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、外部中斷擴(kuò)展等控制直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，還可以方便的讀出電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制，其間，還包括直流電機(jī)的直接清零、啟動(dòng)（置數(shù)）、暫停、連續(xù)等功能。
直流電機(jī)PWM調(diào)速方案設(shè)計(jì)框圖如圖3-1所示。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D09.tmp.pngfile:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D1A.tmp.png
圖3-1 直流電機(jī)PWM調(diào)速方案設(shè)計(jì)框圖
4 、直流電機(jī)單元電路設(shè)計(jì)與分析
4.1 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊
直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊主要由一些二極管、電機(jī)和L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（內(nèi)含CMOSS管、三態(tài)門(mén)等）組成。
4.2 直流電機(jī)的類(lèi)型簡(jiǎn)介
直流電機(jī)可按其結(jié)構(gòu)、工作原理和用途等進(jìn)行分類(lèi)，其中根據(jù)直流電機(jī)的用途可分為以下幾種：直流發(fā)電機(jī)（將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能）、直流電動(dòng)機(jī)（將直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)（將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)）、直流伺服電動(dòng)機(jī)（將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號(hào)）。這里我們用到的主要是直流電動(dòng)機(jī)。
4.3 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
直流電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和結(jié)構(gòu)件三部分組成。定子包括機(jī)座、主磁極、換向磁極、前、后端蓋和電刷裝置等幾個(gè)部分；轉(zhuǎn)子是直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的樞紐，有稱(chēng)為“電樞”，轉(zhuǎn)子外圓有槽，槽內(nèi)嵌有電樞繞組，繞組通過(guò)換向器和電刷引出。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D1B.tmp.png
圖4-1 直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)
4.4 直流電機(jī)工作原理
直流電機(jī)電路模型如圖4-2所示，磁極N、S間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個(gè)線(xiàn)圈abcd。當(dāng)線(xiàn)圈中流過(guò)電流時(shí)，線(xiàn)圈受到電磁力作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則可知，當(dāng)流過(guò)線(xiàn)圈中電流改變方向時(shí)，線(xiàn)圈的受力方向也將改變，因此通過(guò)改變線(xiàn)圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機(jī)的方向。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D1C.tmp.png
圖4-2 直流電動(dòng)機(jī)電路模型
4.5 直流電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
直流電機(jī)的主要額定值有：
額定功率file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D1D.tmp.png:在額定電流和電壓下，電機(jī)的負(fù)載能力。
額定電壓file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D1E.tmp.png：長(zhǎng)期運(yùn)行的最高電壓。
額定電流file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D1F.tmp.png：長(zhǎng)期運(yùn)行的最大電流。
額定轉(zhuǎn)速n：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢。以r/min為單位。
勵(lì)磁電流file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D20.tmp.png：施加到電極線(xiàn)圈上的電流。
4.6直流電機(jī)PWM調(diào)速原理
直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型可用圖4-3表示，由圖可見(jiàn)電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D21.tmp.png的正方向與電樞電流file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D22.tmp.png的方向相反，file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D23.tmp.png為反電動(dòng)勢(shì)；電磁轉(zhuǎn)矩T的正方向與轉(zhuǎn)速n的方向相同，是拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；軸上的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D24.tmp.png及空載轉(zhuǎn)軍file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D34.tmp.png均與n相反，是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D35.tmp.png
圖4-3 直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
根據(jù)基爾霍夫第二定律，得到電樞電壓電動(dòng)勢(shì)平衡方程式
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D36.tmp.pngfile:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D37.tmp.png-file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D38.tmp.pngfile:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D39.tmp.png……………………………(1.1)
式1.1中，file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D3A.tmp.png為電樞回路電阻，電樞回路串聯(lián)保繞阻與電刷接觸電阻的總和：file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D3B.tmp.png是外接在電樞回路中的調(diào)節(jié)電阻。
由此可得到直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D3C.tmp.png…………………………………(1.2)
式(1.2)中，file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D4D.tmp.png為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D4E.tmp.png是磁通量。
由式1.1和1.2得
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D4F.tmp.png………………………………………………(1.3)
由式(1.3)中可以看出，對(duì)于一個(gè)已經(jīng)制造好的電機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，它的轉(zhuǎn)速由在電樞兩端的電壓file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D50.tmp.png決定，電樞電壓越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速就越快，電樞電壓降低到0V時(shí)，電機(jī)就
停止轉(zhuǎn)動(dòng)：改變電樞電壓的極性，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。
（1） PWM電機(jī)調(diào)速原理
PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開(kāi)關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。
在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過(guò)改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因?yàn)槿绱耍琍WM又被稱(chēng)為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。如圖4-4所示：
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D51.tmp.jpg
圖4-4 PWM方波
設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設(shè)占空比為file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D52.tmp.pngD= file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D53.tmp.png/T，則電機(jī)的平均速度為Va = Vmax * D，其中Va指的是電機(jī)的平均速度；Vmax 是指電機(jī)在全通電時(shí)的最大速度；D =file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D54.tmp.png/T是指占空比。
由上面的公式可見(jiàn)，當(dāng)我們改變占空比D = file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D65.tmp.png/T時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，平均速度Vd 與占空比D并非嚴(yán)格的線(xiàn)性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線(xiàn)性關(guān)系。
對(duì)于直流電機(jī)來(lái)說(shuō)，如果加在電樞兩端的電壓為圖4-5所示的脈動(dòng)電流壓（要求脈動(dòng)電壓的周期遠(yuǎn)小于電機(jī)的慣性常數(shù)），可以看出，在T不變的情況下，改變T1和T2寬度，得到的電壓將發(fā)生變化，下面對(duì)這一變化進(jìn)一步推導(dǎo)。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D66.tmp.png
圖4-5 施加在電樞兩端的脈動(dòng)電壓
設(shè)電機(jī)接全電壓U時(shí)，其轉(zhuǎn)速最大為Vmax。若施加到電樞兩端的脈動(dòng)電壓占空比為D = file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D67.tmp.png/T，則電樞的平均電壓為：
U=U×D ………………………………………………（1.4）
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D68.tmp.png≈U×file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D69.tmp.png=KD
在假設(shè)電樞內(nèi)阻轉(zhuǎn)小的情況下式中Kfile:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D6A.tmp.png，K是常數(shù)。
圖4-6為施加不同占空比時(shí)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)繪制所得占空比與轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D6B.tmp.png
圖4-6 占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系
由圖看出轉(zhuǎn)速與占空比D并不是完全的線(xiàn)性關(guān)系（途中實(shí)線(xiàn)），原因是電樞本身有電阻，不過(guò)一般直流電機(jī)的內(nèi)阻較小，可以近視為線(xiàn)性關(guān)系。
由此可見(jiàn)，改變施加在電樞兩端電壓就能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這就是直流電機(jī)PWM調(diào)速原理。
4.7電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路設(shè)計(jì)
根據(jù)直流電機(jī)的工作原理，從PROTEUS選取元器件如下，放置元器件、放置電源和地，進(jìn)行連線(xiàn)，我們就此設(shè)計(jì)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊如圖4-7所示。所用元器件如下所示：
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D7B.tmp.png
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D7C.tmp.png
圖4-7直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
然而考慮市場(chǎng)的行情，既然已有專(zhuān)門(mén)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)的芯片，就沒(méi)必要再重新來(lái)設(shè)計(jì)：選用L298芯片來(lái)構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)基本跟上圖一樣，由L298芯片組裝的驅(qū)動(dòng)模塊如圖4-8所示。所用元器件如下所示：
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D7D.tmp.png
圖4-9 直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路
4.8 程序設(shè)計(jì)流程圖
直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖如圖4-10所示。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D7E.tmp.png
圖4-10 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D8F.tmp.png
圖4-11 定時(shí)中斷服務(wù)流程圖
5、直流電機(jī)的中斷鍵盤(pán)控制模塊
5.1 外部中斷設(shè)置
（1）外部中斷允許設(shè)置
中斷控制寄存器IE的EX0對(duì)應(yīng)INT0，EX1對(duì)應(yīng)INT1，EA為中斷的總開(kāi)關(guān)，若要開(kāi)放外部中斷，只要將IE對(duì)應(yīng)的位和總開(kāi)關(guān)EA置1即可。
如：開(kāi)放外部中斷0的設(shè)置：
SETB EX0
SETB EA
開(kāi)放外部中斷0和1的設(shè)置：
SETB EX0
SETB EX1
SETB EA
（2）外部中斷觸發(fā)方式設(shè)置
單片機(jī)外部中斷有兩種觸發(fā)方式，一種是電平觸發(fā)方式，另一種是脈沖觸發(fā)方式，單片機(jī)外部中斷觸發(fā)方式與TCON的IT位有關(guān)。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D90.tmp.jpg
電平觸發(fā)設(shè)置方法：CLR ITX，為低電平觸發(fā)方式。
脈沖觸發(fā)設(shè)置方法：SETB ITX=1，為脈沖下降沿觸發(fā)方式。
在使用外部中的呢時(shí)，如果不進(jìn)行設(shè)置，則為電平觸發(fā)方式。
（3） 外部?jī)?yōu)先級(jí)設(shè)置
外部中斷IN0、INT1的中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置是通過(guò)設(shè)置IP寄存器實(shí)現(xiàn)的，IP的PX0對(duì)應(yīng)INT0，PX1對(duì)應(yīng)INT1。PX置1為高級(jí)中斷，PX為0為低級(jí)中斷。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9D91.tmp.png
5.2 外部中斷擴(kuò)展方法
在圖5-1中所示的為外部中斷擴(kuò)展方法，設(shè)X1、X2、X3、X4、X5為外部信號(hào)，X1代表加速信號(hào)，X1=0表示加速；X2代表減速信號(hào)，X2=0表示減速；X3代表正轉(zhuǎn)信號(hào)，X3=0表示正轉(zhuǎn)；X4代表反轉(zhuǎn)信號(hào)，X4=0表示反轉(zhuǎn)；X5代表停止信號(hào)，X5=0表示停止處理。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DA2.tmp.png
圖5-1 外部中斷擴(kuò)展電路
當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有中斷請(qǐng)求時(shí)，響應(yīng)如下中斷服務(wù)流程圖如圖5-2所示。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DA3.tmp.png
圖5-2 中斷服務(wù)流程圖
6、1602LCD液晶顯示模塊
6.1 引腳分布和接口信號(hào)說(shuō)明
（1）引腳分布
1602液晶顯示共有16個(gè)引腳，其引腳分布圖如圖6-1所示。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DA4.tmp.png
圖6-1 1602液晶顯示模塊引腳分布
（2） 引腳功能
1602引腳功能如表6-2所示
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DA5.tmp.png
表6-2 1602引腳定義及功能
6.2 LCD液晶顯示電路
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DA6.tmp.png
圖6-3LCD電路
顯示程序流程圖如圖6-4所示
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DB6.tmp.png
圖6-4 顯示程序流程圖
7、直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
7.1.總電路功能介紹
直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)具有加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能。操作開(kāi)關(guān)通過(guò)中斷控制直流電機(jī)的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能，并通過(guò)LCD液晶顯示。振蕩、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路由80C51單片機(jī)內(nèi)部給出。直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度由LCD液晶顯示。操作開(kāi)關(guān)狀態(tài)由液晶顯示器顯示。
7.2直流電機(jī)控制程序
ORG 0000H
SJMP DISPLAY
ORG 0003H
LJMP BUTTON ；外部0中斷入口地址
ORG 000BH
LJMP DINGSHI ；定時(shí)中斷T0入口地址
RS EQU P3.0
RW EQU P3.1
E EQU P3.4
ORG 0030H
DISPLAY: ；顯示程序?yàn)橹鞒绦?nbsp;
SETB EA ；打開(kāi)中斷總開(kāi)關(guān)
SETB EX0 ；打開(kāi)外部中斷0開(kāi)關(guān)
SETB IT0 ；打開(kāi)外部中斷0下降沿觸發(fā)
MOV TMOD,#01H ；設(shè)置定時(shí)工作方式
MOV TL0,#0FFH ；設(shè)置定時(shí)初值
MOV TH0,#0FFH
SETB ET0 ；打開(kāi)定時(shí)中斷T0開(kāi)關(guān)
CLR P0.5
CLR P0.6
CLR P0.7
SETB TR0 ；定時(shí)器T0開(kāi)始定時(shí)
MOV DPTR,#TAB ；液晶顯示的字符首地址
MOV R0,#00H ；脈寬的初值
MOV R1,#16 ；“SET SPEED PLEASE”的字符個(gè)數(shù)
MOV R3,#00H
MOV R4,#00H
LP9:
LCALL CHUSHI
LP2:
ACALL BUSY
MOV A,#00H
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
ACALL DATAS
INC DPTR
DJNZ R1,LP2
LP3:
CJNE R3,#00H,LP4
CJNE R4,#00H,LP4
SJMP LP3
LP4:
MOV R7,#00H ；中斷的標(biāo)志
MOV R5,#09H ；CURRENT:的字符個(gè)數(shù)
ACALL BUSY
MOV P1,#0C0H
ACALL ENABLE
MOV DPTR,#MMTAB
ACALL BUSY
LP5:
MOV A,#00H
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
INC DPTR
ACALL DATAS
ACALL BUSY
DJNZ R5,LP5
MOV DPTR,#STAB
MOV A,R2
MOV P1,A
ACALL DATAS
ACALL BUSY
MOV A,R3
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
ACALL DATAS
ACALL BUSY
MOV A,R4 ；顯示速度的個(gè)位
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
ACALL DATAS
；使液晶始終顯示當(dāng)前電機(jī)的速度
LP8:
CJNE R7,#00H,LP7 ；速度不變時(shí)等待
LJMP LP8 ；速度變時(shí)重新讀入速度
LP7:
SJMP LP4
CHUSHI: ；使液晶顯示的一些初始設(shè)置
ACALL BUSY
MOV P1,#00000001B ；清屏并光標(biāo)復(fù)位
ACALL ENABLE
ACALL BUSY
MOV P1,#00111000B ；設(shè)置顯示模式：8位2行5×7點(diǎn)陣
ACALL ENABLE
ACALL BUSY
MOV P1,#00001111B ；顯示器開(kāi)、光標(biāo)開(kāi)、光標(biāo)允許閃爍
ACALL ENABLE
ACALL BUSY
MOV P1,#00000110B ；文字不動(dòng)，光標(biāo)自動(dòng)右移
ACALL ENABLE
ACALL BUSY
MOV P1,#80H ；寫(xiě)入顯示起始地址
ACALL ENABLE
RET
ENABLE: ；寫(xiě)入控制命令的子程序
SETB E
CLR RS
CLR RW
CLR E
RET
DATAS: ；寫(xiě)入數(shù)據(jù)子程序
SETB E
SETB RS
CLR RW
CLR E
RET
BUSY: ；準(zhǔn)備寫(xiě)入數(shù)據(jù)
CLR E
MOV P1,#0FFH
CLR RS
SETB RW
SETB E
JB P1.7,BUSY
RET
ORG 2000H
DINGSHI: ；定時(shí)中斷服務(wù)程序
CPL P0.7
JNB P0.7, Z1 ；周期一定
MOV A,#0FFH
SUBB A,R0
MOV TH0,A
SETB TR0
RETI
Z1: MOV TH0,R0 ；脈寬
SETB TR0
RETI
BUTTON: ；從控制鍵盤(pán)中讀取操作命令
PUSH ACC
CLR EX0
CLR EA
INC R7
MOV A,#0FFH
MOV P2,A
MOV A,P2
JNB ACC.0,AA0
JNB ACC.1,KK0
JNB ACC.2,ZZ
JNB ACC.3,FF
JNB ACC.4,WW0
AJMP QQ
AA0: CJNE R0,#0FFH,AA1 ；加速操作
AJMP QQ
AA1: MOV A,R0
ADD A,#5
MOV R0,A
AJMP QQ
KK0: CJNE R0,#00,MM ；減速操作
AJMP QQ
MM: MOV A,R0
SUBB A,#5
MOV R0,A
AJMP QQ
QQ: MOV A,R0
MOV B,#5
DIV AB
MOV B,#10
DIV AB
MOV R3,A
MOV R4,B
SETB EX0
LCALL DELAY
LCALL DELAY
LCALL DELAY
LCALL DELAY
SETB EA
POP ACC
RETI
ZZ: SETB P0.5 ；正轉(zhuǎn)操作
CLR P0.6
MOV R2,#2BH ；正轉(zhuǎn)標(biāo)志“+“
LCALL DELAY
LCALL DELAY
LCALL DELAY
SETB EX0
SETB EA
POP ACC
RETI
FF: CLR P0.5 ；反轉(zhuǎn)操作
SETB P0.6
MOV R2,#2DH ；反轉(zhuǎn)標(biāo)志“—“
LCALL DELAY
LCALL DELAY
LCALL DELAY
SETB EX0
SETB EA
POP ACC
RETI
WW0: ；停止操作
CLR P0.5
CLR P0.6
LCALL DELAY
LCALL DELAY
LCALL DELAY
SETB EX0
SETB EA
POP ACC
RETI
DELAY: ；延時(shí)子程序
MOV R5,#0E0H
MM0: MOV R6,#30H
MM1: DJNZ R6,MM1
DJNZ R5,MM0
RET
TAB: DB 53H,45H,54H,20H
DB 53H,50H,45H,45H ；“SET SPEED PLEASE”代碼
DB 44H,20H,50H,4CH
DB 45H,41H,53H,45H
STAB: DB 30H,31H,32H,33H
DB 34H,35H,36H,37H ；“0，1,2,3,4,5,6,7“代碼
DB 38H,39H,41H,42H ；“8,9，A,B,C,D,E,F”代碼
DB 43H,44H,45H,46H
MMTAB:
DB 43H,4FH,52H,52H
DB 45H,4EH,54H,20H ；“CURRENT：”代碼
DB 3AH
END
8、系統(tǒng)仿真截圖
8.1系統(tǒng)各種狀態(tài)圖
整體電路設(shè)計(jì)如下圖8-1
圖8-1電路原理圖
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DB7.tmp.jpg
LCD 液晶顯示電路的系統(tǒng)仿真與測(cè)試：在PROTEUS運(yùn)行環(huán)境中首先檢驗(yàn)LCD顯示電路，添加程序，運(yùn)行LCD液晶顯示電路，系統(tǒng)若運(yùn)行成功將得到如圖8-2，此后在之前的電路基礎(chǔ)上再拓展帶中斷的獨(dú)立式鍵盤(pán)，調(diào)試成功后的電路如圖8-3所示。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DB8.tmp.png
圖8-2 LCD液晶顯示字符初步調(diào)試
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DC9.tmp.png
圖8-3 帶中斷控制的LCD液晶顯示
調(diào)試用帶中斷的鍵盤(pán)來(lái)控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的部分電路，若按要求調(diào)試成功，將得到圖8-4。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DCA.tmp.png
圖8-4 用帶中斷的鍵盤(pán)來(lái)控制的電動(dòng)機(jī)
啟動(dòng)目標(biāo)系統(tǒng)，按正轉(zhuǎn)，然后按加速開(kāi)關(guān)，我們觀察到電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，每按一次加速，電機(jī)的速度都要增加，此時(shí)如果按減速，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速慢慢地減少。同樣按反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)也看到同樣的結(jié)果，當(dāng)按停止鍵時(shí)，電機(jī)慢慢停下來(lái)，圖8-5是在目的電路剛啟動(dòng)時(shí)未設(shè)置命令之前的狀態(tài)。圖8-6是在正轉(zhuǎn)情況下的仿真結(jié)果，圖8-7是在反轉(zhuǎn)情況下的仿真結(jié)果。
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DCB.tmp.jpg
圖8-5 未按鍵時(shí)的初始狀態(tài)
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DCC.tmp.jpg
圖8-6 電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的狀態(tài)
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DCD.tmp.jpg
圖8-7 電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的狀態(tài)
9、 問(wèn)題與分析
9.1設(shè)計(jì)問(wèn)題
實(shí)驗(yàn)原理圖設(shè)計(jì)中遇到的的問(wèn)題，以及解決方法：
在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中繪制的初始原理圖如下：file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DCE.tmp.jpg
仿真運(yùn)行，按下按鍵出現(xiàn)如下報(bào)錯(cuò)
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DCF.tmp.jpg
沒(méi)有給單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，需要添加由晶振和電容構(gòu)成的外接振蕩器連接在XTAL1（第19腳）
9.2答辯問(wèn)題
1、1602液晶顯示器引腳功能是什么？
答：1、2引腳分別是接電源和接地；3引腳是對(duì)比調(diào)整電壓；4引腳是輸入指令或數(shù)據(jù)；5引腳向LCD寫(xiě)入指令或者從LCD讀取信息；6引腳是使能信號(hào)；7-14引腳都是數(shù)據(jù)總線(xiàn)；15、16引腳分別接LCD電源正負(fù)極。
2、電路圖中二極管的作用？
答：續(xù)流和保護(hù)電路。
10、心得體會(huì)
本次課程設(shè)計(jì)的直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)是以低價(jià)位的單片微機(jī)AT89C51為核心的，而通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)整又有多種途徑，相對(duì)于其他用硬件或者硬件與軟件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，采用PWM軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的調(diào)速過(guò)程具有更大的靈活性和更低的成本，它能夠充分發(fā)揮單片機(jī)的效能，對(duì)于簡(jiǎn)易速度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了一種有效的途徑。
通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我掌握了基于單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，不僅鞏固了自己所學(xué)的理論知識(shí)，還鍛煉了自己的動(dòng)手能力。在設(shè)計(jì)中使我對(duì)具體程序的編寫(xiě)過(guò)程有了更好的把握，對(duì)相應(yīng)指令的內(nèi)涵有了更深入的理解。
在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，但是經(jīng)過(guò)自己的不懈努力終于完成了設(shè)計(jì)，使我感到非常欣慰，也給了我更多的信心來(lái)面對(duì)今后的生活與工作。設(shè)計(jì)中也存在許多不足之處。主要體現(xiàn)在對(duì)所學(xué)知識(shí)不能靈活運(yùn)用、舉一反三，另外也缺乏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。希望今后能多多練習(xí)，彌補(bǔ)自己的不足。
學(xué)習(xí)到理論知識(shí)與實(shí)踐中的差距，理論在沒(méi)有實(shí)踐的進(jìn)行，無(wú)法成為現(xiàn)實(shí)，實(shí)踐在沒(méi)有理論的支持也是不行的。
參考文獻(xiàn)
1.《單片機(jī)原理及實(shí)踐指導(dǎo)》 楊振江、馮軍主編 中國(guó)電力出版社
2.《MCS-5系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)》 李華主編 北京航空航天大學(xué)出版社
3.《電機(jī)與拖動(dòng)》 唐介主編 高等教育出版社
附錄1：原理圖
file:///C:\Users\JON\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9DDF.tmp.jpg
附錄2：元件清單
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