单片机控制直流电机.docx
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单片机控制直流电机
单片机课程设计
单片机控制直流电动机
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指导老师：
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组号：
第xxx组
单片机控制直流电机
摘要
随着时代的进步和科技的发展，电机调速系统在工农业生产、交通运输以及日常伤害中起着越来越重要的作用、由于直流电机剧院良好的起、制动性能，宜与在广泛围平滑调速。
在轧钢机、矿井卷机，挖掘机、金属切削机床、金属切削机床、造纸机高层电梯等领域中得到广泛应用。
长期以来，由于直流调速系统的性能指标优于交流调速系统。
PWM控制技术就是以该结论为理论基础，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按一定的规则对各种脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压大小，也可以改变输出频率。
PWM控制技术及其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。
由于必须在工作期间改变直流电机的速度，直流电机的控制是一个较困难的问题。
直流电机高效运行的最常见方法是施加一个PWM（脉宽调制）方波，其占空比对应于所需速度。
电机起到一个低通滤波器作用，将PWM信号转换为有效直流电平。
特别是对于微处理器驱动的直流电机，由于PWM信号相对容易产生，这种驱动方式使用的更为广泛。
设计要求
采用单片机设计一个控制直流电机并测量转速的装置。
单片机扩展有A/D转换芯片ADC0809和D/A转换芯片DAC0832。
（1）通过改变A/D输入端可变电阻来改变A/D的输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电机的转速。
（2）手动控制。
在键盘上设置两个按键—直流电动机加速键和直流电机减速键。
在手动状态下，每按一次键，电机的转速按照约定的速率改变。
（3）键盘列扫描（4 ⨯ 6）。
实验原理
与步进电机类似，直流电机也可精确地控制旋转速度或转矩。
直流电机是通过两个磁场的互作用产生旋转。
其结构如下页图所示，固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。
定子与转子之间有一气隙。
在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。
直流电机的速度与施加的电压成正比，输出转矩则与电流成正比。
由于必须在工作期间改变直流电机的速度，直流电机的控制是一个较困难的问题。
直流电机高效运行的最常见方法是施加一个PWM（脉宽调制）方波，其占空比对应于所需速度。
电机起到一个低通滤波器作用，将PWM信号转换为有效直流电平。
特别是对于微处理器驱动的直流电机，由于PWM信号相对容易产生，这种驱动方式使用的更为广泛。
利用直流电机的速度与施加电压成正比的原理，通过滑动变阻器向ADC0809输入控制电压信号，经AD后，输入到AT89C51中，AT89C51将此信号转发给DAC0832，通过功放电路放大后，驱动直流电机。
设计方案
1.系统控制电路
采用STC89C52单片机由软件产生脉冲调制信号，来对直流电机进行控制。
2.电机控制电路
采用由三极管搭成的H型桥电路来控制电机的转动。
3.键盘电路
采用行式键盘实现电机转速的加速减速以及正反转的控制，在手动状态下，每按一次，其转速相应发生改变。
4.显示电路
采用LM016L对电机运动状态进行显示。
系统组成框图
系统总组成框图以STC89C52为主控芯片，采用桥式电路对直流电机驱动，如下所示：
硬件电路设计
1.键盘控制电路
按下DEC按钮，电机转速降低；按下INC按钮，电机转速增加。
2.单片机主控电路图
该部分电路主要由STC89C52主控芯片和晶振组成。
STC89C52芯片是低功耗8位CMOS微处理器，提供串口程序下载口。
它主要有以下几个特点：
256字节的RAM；4KB的ROM；32个通用I/O口线，为用户提供了丰富的I/O口资源；32个通用工作寄存器；2个定时器/计数器；具有6个中断源；4.0~5.5V的工作电压等。
晶振给单片机正常工作提供稳定的信号。
3.H型桥式电机驱动电路
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，只须导通对角线上的一对三极管。
在此设计中用到的完整的驱动电路如下：
主控程序
程序流程
总仿真电路图
程序清单
1.主程序
#include"AT89X51.h"
#include
#include
#include"led.h"
#include"uart.h"
#include"timer0.h"
#include"timer1.h"
#include"common.h"
#include"ADC0831.h"
#include"lcd1602.h"
#include"keyboard.h"
#include"ISR.h"
#include"DaType_Change.h"
#defineDcMotor_Direction_P
uChar8code*String1="DCMotorControl";
uChar8code*String2="pwm:
/100";
uChar8PWM_buff[3];
voidmain（void）
{
LCD_Init（）;
timer0_Init（）;
timer1_Init（）;
#ifdefDcMotor_Direction_P
Der1=0;
#elseDer1=1;
#endif
LED_Run_EN（）;
WrStrLCD（0,0,String1）;
WrStrLCD（1,0,String2）;
while
（1）
{
key_Process（）;//按键处理子程序
Char_To_Str（PWM_duty,&PWM_buff[0]）;//液晶显示子程序
WrStrLCD（1,4,&PWM_buff[0]）;
}
}
2.子程序
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include
unsignedcharvalue_converted=0x00;
unsignedcharvalue_AN6=0x00;
unsignedcharvalue_AN7=0x00;
bitend_of_convertion=0;
voidADC_Config（void）
{
ADCF=0xC0;
ADCLK=0x06;
ADCON=0x20;
EA=1;
EADC=1;
while
（1）
{
ADCON&=~0x07;
ADCON|=0x06;
ADCON&=~0x40;
ADCON|=0x08;
while（!
end_of_convertion）;
end_of_convertion=0;
value_AN6=value_converted;
ADCON&=~0x07;
ADCON|=0x07;
ADCON&=~0x40;
ADCON|=0x08;
while（!
end_of_convertion）;
end_of_convertion=0;
value_AN7=value_converted;
}
}
voidit_Adc（void）interrupt8
{
ADCON&=~0x10;
value_converted=ADDH;
end_of_convertion=1;
}
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
#include"adc0831.h"
voidADC_CLK（void）
{
adcclk=1;
_nop_（）;
adcclk=0;
_nop_（）;
}
uChar8Read_ADC（void）
{
uChar8i;
bittemp=ADC_Val^0;
adccs=0;
ADC_CLK（）;
while（adcdo）;
for（i=0;i<8;i++）
{
ADC_CLK（）;
ADC_Val=（ADC_Val<<1）|adcdo;
}
adccs=1;
return（ADC_Val）;
}
voidIntToStr（uInt16t,uChar8*str,uChar8n）
{
uChar8a[5];
chari,j;
a[0]=（t/10000）%10;//取得整数值到数组
a[1]=（t/1000）%10;
a[2]=（t/100）%10;
a[3]=（t/10）%10;
a[4]=（t/1）%10;
for（i=0;i<5;i++）//转成ASCII码
a[i]=a[i]+'0';
for（i=0;a[i]=='0'&&i<=3;i++）;//计算空格（0）数量
for（j=5-n;j{*str='';str++;}
for（;i<5;i++）
{*str=a[i];str++;}//加入有效的数字
*str='\0';
}
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………......
#include"beep.h"
sbitbeep=P1^4;
voidBeepRing（void）
{
beep=0;
DelayMS（100）;
beep=1;
DelayMS（100）;
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include"DaType_Change.h"
voidChar_To_Str（uChar8Data,uChar8*str）
{
uChar8a[4];
uChar8i,j;
a[0]=（Data/100）%10;
a[1]=（Data/10）%10;
a[2]=（Data/1）%10;
for（i=0;i<3;i++）//转成ASCII码
a[i]=a[i]+'0';
for（i=0;a[i]=='0'&&i<3;i++）;
for（j=0;j{*str='';str++;}
for（;i<3;i++）
{*str=a[i];str++;}//加入有效的数字
*str='\0';
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include"delay.h"
voidDelayUS（uChar8ValUS）//精确延时，18uS+（ValUS-1）*8us
{
for（;ValUS>0;ValUS--）
{;}
}
staticvoidDelay1MS（void）
{
uChar8i=2,j=199;
do
{
while（--j）;
}
while（--i）;
}
voidDelayMS（uInt16ValMS）
{
uInt16uiVal;
for（uiVal=0;uiVal{
Delay1MS（）;
}
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include"DS18B20.h"
sbitDQ=P1^0;
voidSendDS18B20（uChar8SendDat）
{
uChar8i;
for（i=0;i<8;i++）
{
DQ=0;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//延时4us
if（（SendDat&0x01）==0）
DQ=0;
else
DQ=1;
SendDat=SendDat>>1;
DelayUS（5）;
DQ=1;
}
}
uChar8Init_DS18B20（void）
{
uChar8i;
DQ=0;
DelayUS（61）;
DQ=1;
DelayUS（8）;
for（i=0;i<100;i++）
{
if（DQ）
break;
}
DQ=1;
DelayUS（11）;
return0xff;
}
uChar8ReceiveDS18B20（void）
{
uChar8tmp=0;
uChar8i;
for（i=0;i<8;i++）
{
tmp=tmp>>1;
DQ=0;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
DQ=1;
DelayUS
（1）;
if（DQ）
tmp|=0x80;
DQ=1;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
}
return（tmp）;
}
uInt16ReadDS18B20（void）
{
union{
uInt16Data;
uChar8tmp[2];
}temp;
temp.tmp[1]=ReceiveDS18B20（）;
temp.tmp[0]=ReceiveDS18B20（）;
return（temp.Data）;
}
uInt16GetTemper（void）
{
uInt16Temper;
DQ=1;
Init_DS18B20（）;
SendDS18B20（0xcc）;
SendDS18B20（0xbe）;
Temper=ReadDS18B20（）;
return（Temper）;
}
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...
#include"ISR.h"
uInt16ms_Counter;
uChar8ucCounter;
uInt16key_l;//按键低电平计数器
uChar8key_h;//按键高电平计数器
uChar8key;
uChar8kpush;
bitUpdate_ADC_Flag=0;
voidISR_Ext0（void）interrupt0
voidISR_timer0（void）interrupt1
{
TH0=（65535-1000）/255;
TL0=（65535-1000）%255;
if（ms_Counter==PWM_duty）
{
Der2=0;
}
ms_Counter++;
if（ms_Counter==PWM_cycle）
{
ms_Counter=0;
if（PWM_duty）Der2=1;
}
}
voidISR_timer1（void）interrupt3
{
TH1=0xFB;
TL1=0x1E;
if（（P0&0x0C）==0x0C）{
if（（key_l>30）&&（key_l<800）&&（key_h>30））//释放按键，如果之前按键的时间＜1s，读出键值
{key=kpush;}
if（（++key_h）>200）key_h=0;//记录高电平时间
key_l=0;
if（key>0x80）key=0;
}
else
{
kpush=P0&0x0C;
key_l++;
if（（key_l>800）&&（key_h>30））
{
key=kpush|0x80;
key_h=0;
key_l=0;
}
}
}
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
#include"keyboard.h"
#include"ISR.h"
#include"LED.h"
uChar8PWM_duty=50;
uChar8PWM_cycle=100;#include"keyboard.h"
#include"ISR.h"
#include"LED.h"
uChar8PWM_duty=50;
uChar8PWM_cycle=100;
//4*4矩阵式键盘扫描
uChar8Key_Scan（void）
{
uChar8code_h,code_l;
P3=0xF0;
if（（P3&0xF0）!
=0xF0）
{
DelayMS
（1）;
if（（P3&0xF0）!
=0xF0）
{
code_h=0xFE;
while（（P3&0xF8）!
=0xF0）
{
P3=code_h;
if（（P3&0xF0）!
=0xF0）
{
code_l=（P3&0xF0|0x0F）;
return（（~code_h）+（~code_l））;
}
elsecode_h=（code_h<<1）|0x01;
}
}
}
return（0）;
}
//4*4矩阵式键盘译码
uChar8Get_Key_Val（uChar8key_temp）
{
switch（key_temp）
{
case0x14:
return1;
case0x24:
return2;
case0x44:
return3;
case0x12:
return4;
case0x22:
return5;
case0x42:
return6;
case0x11:
return7;
case0x21:
return8;
case0x41:
return9;
default:
return0;
}
}
//按键处理函数
voidkey_Process（void）
{
switch（key）
{
case0x08:
//KB1键按下
{
if（PWM_duty==100）PWM_duty=100;
elsePWM_duty++;
break;
}
case0x88:
//KB1键按下
{
if（PWM_duty==100）PWM_duty=100;
elseif（PWM_duty<=90）PWM_duty=PWM_duty+10;
break;
}
case0x04:
//KB2键按下
{
if（PWM_duty==0x00）PWM_duty=0x00;
elsePWM_duty--;
break;
}
case0x84:
//KB2键按下
{
if（PWM_duty==0x00）PWM_duty=0x00;
elseif（PWM_duty>=10）PWM_duty=PWM_duty-10;
break;
}
default:
break;
}
key=0x1C;
}
uChar8Key_Scan（void）
{
uChar8code_h,code_l;
P3=0xF0;
if（（P3&0xF0）!
=0xF0）
{
DelayMS
（1）;
if（（P3&0xF0）!
=0xF0）
{
code_h=0xFE;
while（（P3&0xF8）!
=0xF0）
{
P3=code_h;
if（（P3&0xF0）!
=0xF0）
{
code_l=（P3&0xF0|0x0F）;
return（（~code_h）+（~code_l））;
}
elsecode_h=（code_h<<1）|0x01;
}
}
}
return（0）;
}
//4*4矩阵式键盘译码
uChar8Get_Key_Val（uChar8key_temp）
{
switch（key_temp）
{
case0x14:
return1;
case0x24:
return2;
case0x44:
return3;
case0x12:
return4;
case0x22:
return5;
case0x42:
return6;
case0x11:
return7;
case0x21:
return8;
case0x41:
return9;
default:
return0;
}
}
//按键处理函数
voidkey_Process（void）
{
switch（key）
{
case0x08:
//KB1键按下
{
if（PWM_duty==100）PWM_duty=100;
elsePWM_duty++;
break;
}
case0x88:
//KB1键按下
{
if（PWM_duty==100）PWM_duty=100;
elseif（PWM_duty<=90）PWM_duty=PWM_duty+10;
break;
}
case0x04:
//KB2键按下
{
if（PWM_duty==0
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