单片机课程设计直流电机控制器程序设计.docx
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单片机课程设计直流电机控制器程序设计
沈阳工程学院
课程设计
设计题目：
直流电机控制器程序设计
系别班级
学生姓名学号
指导教师职称
起止日期：
2010年12月27日起——至2011年1月7日止
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目：
直流电机控制器程序设计
系别班级
学生姓名学号
指导教师职称
课程设计进行地点：
任务下达时间：
10年12月27日
起止日期：
10年12月27日起——至11年1月7日止
教研室主任年月日批准
1.设计主要内容及要求；
编写直流电机控制器程序。
要求：
1）具有PWM调速功能。
2）可以固定值调速，也可以连续调速。
3）能够进行速度级别显示。
2.对设计论文撰写内容、格式、字数的要求；
（1）.课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。
（2）.学生应撰写的内容为：
中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。
课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行。
应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。
（3）.论文要求打印，打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。
（4）.课程设计论文装订顺序为：
封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。
3.时间进度安排；
顺序
阶段日期
计划完成内容
备注
1
12月27日
教师讲解题目，学生查阅相关资料
2
12月28日
查阅相关资料、进行方案论证
3
12月29日
确定调速和显示方法
4
12月30、31
日
编写程序
5
1月4、5日
调试程序
6
1月6日
撰写论文
7
1月7日
论文答辩
沈阳工程学院
单片机课程设计成绩评定表
系（部）：
班级：
学生姓名：
指导教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。
0.1
5
4
3
2
工作能力
态度
工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作，
0.2
5
4
3
2
工作量
按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。
0.2
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.5
5
4
3
2
指导教师评审成绩
（加权分合计乘以12）
分
加权分合计
指导教师签名：
年月日
评阅教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力
0.2
5
4
3
2
工作量
工作量饱满，难度适中。
0.5
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.3
5
4
3
2
评阅教师评审成绩
（加权分合计乘以8）
分
加权分合计
评阅教师签名：
年月日
课程设计总评成绩
分
中文摘要
直流电动机以其良好的线性调速特性、简单的控制性能、较高的效率、优异的动态特性,一直占据着调速控制的统治地位。
但是模拟控制电路有以下缺陷:
模拟电路容易随时间漂移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。
在用了PWM技术后，避免了以上的缺陷，实现了数字方式来控制模拟信号，可以大幅度降低成本和功耗。
PWM输出脉冲占空比的变化，利用占空比的变化调整加在电机电枢绕组上的电压，改变电压随即改变电机电流，转速依据电流的大小来改变。
脉宽调制（PWM）是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量。
系统的响应速度和稳定精度等指标比较好;具有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济；电枢电流的脉动量小，容易连续，而且可以不必外加滤波电抗也可以平稳工作;系统的调速范围宽;使用元件少、线路简单。
我的设计方案主要是通过控制定时器的初值，实现占空比可调，还应用了单片机中的LCD显示，定时器，外部中断从而达到学习、了解单片机相关指令在各方面的应用。
它能实现的基本功能包括运行的开启与停止，连续调速，固定值调速，LCD显示，并且实现连续调速与固定值调速之间的双向切换功能。
关键词单片机,LCD显示,PWM无极调速,外部中断
课程设计任务书I
沈阳工程学院III
单片机课程设计成绩评定表III
中文摘要IV
1设计任务描述1
1.1设计题目：
直流电机控制器程序设计1
1.2设计要求1
1.2.1设计目的1
2设计思路2
3设计方框图3
4各部分程序设计及参数计算4
4.1PWM调速4
4.2定时器初始化：
4
4.3连续调速5
4.4连续调速跳转到固定值调速6
4.5固定值调速7
4.6固定值调速跳转到连续调速8
4.7液晶显示8
4.8灯循环亮10
4.9延时10
5单片机和主要电路简介11
5.1C8051单片机简介11
5.2PWM调速原理11
5.3液晶显示电路11
6程序流程图13
7小结14
8致谢15
9参考文献16
附录程序清单17
1设计任务描述
1.1设计题目：
直流电机控制器程序设计
1.2设计要求
1.2.1设计目的
熟练地应用C8051单片机，运用定时器，外部中断和液晶显示。
采用PWM调速是比较方便的。
通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（占空比）来控制电机速度。
课程设计能够将所学内容应用到实践。
1.2.2基本要求
1）具有PWM调速功能。
2）可以固定值调速，也可以连续调速。
3）能够进行速度级别显示。
1.2.3发挥部分
1）单片机外部中断能控制电动机开启与停止
2）当开启PWM脉冲时，LCD显示welcometothissystem
3）LCD能够实时显示电动机的当前转速THESPEEDISr/min
4）LCD能够显示电动机的状态加速显示up减速显示down
5）通过LED显示灯的两灭，可以知道现在的脉冲占空比的值
6）可以实现电动机连续调速与固定值调速之间的双向切换
2设计思路
调速信号的产生
众所周知,直流电动机转速n可表示如下:
式中:
U-电枢两端的电压I-电枢电流R-电枢电路总电阻;
-每级磁通量k-�电动机结构参数。
从式中可知,改变U、、R等变量都可达到调速的目的,但最方便有效的调速方法是对电枢电压U进行控制。
设计方案是应用PWM脉冲宽度调制技术实现速度的调节，通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（占空比）来控制电机速度。
即通过调节高低电平的比值来调节占空比，可以用来个定时器T0，T1来实现，则占空比
当我们选择定时方式1时，每次都要重装初值，可以通过改变定时的重装初值，来改变定时器的定时时间，从而来改变占空比。
1.无级调速：
选用了两个定时器T0和T1，分别控制高电平和低电平，每次按下中断6，定时器T0加100，定时器T1减100，每次按下中断7，定时器T0减100，定时器T1加100，这样就实现了定时周期不变，占空比改变，高电平所占时间增加，低电平所占时间减小，此时输出电压变大，若连接电动机，电动机处于加速状态。
高电平所占时间减小，低电平所占时间增大，此时输出电压变小，若连接电动机，电动机处于减速状态。
2.固定值调速：
在固定值调速过程中，每次按下中断6，程序跳转到不同初始值的设定程序，执行不同初始值的程序，转速就不同，从而实现固定值调速。
3.液晶显示：
因为调速过程中一直保持周期不变，则高电平的时长与电流的大小成正比，
而高电平的时长，与定时器的初值有关，定时器初值经过运算后的结果发送给LCD显示，这样可以使显示的数值更接近实际转速，而不是凭空想象，具有实际用途。
在每次加速的子程序后，把一个变量置1，然后在显示程序中对这一位进行判断，若如果为1，则显示up,不为1，则显示down,从而能够对加速和减速在液晶中显示出来。
同理，在液晶显示程序中，对另一个变量进行判断，可以再开启时显示welcometothissystem
4.灯的显示：
在固定值调速的过程中每按下INT6，电动机的转速发生变化，当不同的灯亮时，我们就可以知道现在占空比是多少，有利于观察和调节占空比。
5停止：
在固定值调速中，按下INT6能跳转到我设定的5个固定值，如果不按INT7,再按下INT7时，电动机停转。
3设计方框图
4各部分程序设计及参数计算
4.1定时器初始化：
1）选择时钟脉冲fosc=16MHz并选择12分频，则CKCON=00H
2）选择定时器T0和T1，定时器T0的中断向量表是000BH，定时器T1的中断
向量表是001BH,工作方式1，TMOD=11H，初值相等，实现方波。
3）输出端口为推挽方式
4）we（0）;显示0转/分
5）while
（1）;不断循环执行以下程序
初始化部分程序：
CKCON&=0XE7;////选择12分频
TMOD=0X11;/////////选择定时器0，1和工作方式一
OSCICN=0X07;//////选择系统时钟16MHZ
P00=0;/////////////////////输出端口清零
TH0=c3;//////////////////定时器T0赋初值
TL0=c4;
TH1=c1;////////////////定时器T1赋初值
TL1=c2;
EA=1;////////////////////中断总使能
ET0=1;///////////////////允许T0中断
ET1=1;///////////////////允许T1中断
we（0）;//////////////////////显示0转/分
XBR2=0X40;////////////交叉开关使能
P1MDOUT=0XFF;////P1口输出方式为推挽
EIE2=0X30;//////////////中断6，7使能
while
（1）;
4.2方波脉冲的实现
当按下INT6时，执行TR0=1，从而开启定时器T0，当定时时间到了以后，跳到中断TIME0,并且关掉T0，开启T1；进入中断TIME1后，并且关掉T1，开启T0；这样不断的循环，就出现了方波。
////////定时器中断0///////////
voidtime0（）interrupt1
{P00=1;///////端口输出高电平
TR0=0;//////关闭定时器T0
TH1=c1;/////重装初值
TL1=c2;
TR1=1;////////开启定时器Ｔ1
}
////////定时器中断1///////////
voidtime1（）interrupt3
{P00=0;/////////端口输出低电平
TR1=0;/////////关闭定时器T1
TH0=c3;///////重装初值
TL0=c4;
TR0=1;////////关闭定时器T0
}
4.3连续减速调速
用c5来记录当前的状态，第一次按INT6时，执行case1，即开启方波脉冲，还执行才C11=0，即液晶会显示welcometothissystem；
第二次按INT6时，执行case2，调用lianxujian（）函数，并且调用we（c3）,显示当前转速；以下同理，第五次按INT6时，执行case5，调用lianxujian（）函数，并且调用we（c3）,显示当前转速；并且执行c5=1；调回case2，继续减速，从而实现连续减速。
voidINT6interrupt18
{P3IF=0;////////////中断标志位清零
c5=c5+01;
switch（c5）
{case1:
TR0=1;////开启定时T0，P0.0输出方波
c11=0;//////显示welcometothissystem
we（c3）;/////显示当前转速
{for（i=0;i<=24000;i++）;};///延时程序
break;
case2:
lianxujian（）;
we（c3）;///////显示当前转速
{for（i=0;i<=24000;i++）;};
break;
case3:
lianxujian（）;
we（c3）;
{for（i=0;i<=24000;i++）;};
break;
case4:
lianxujian（）;
we（c3）;
{for（i;i<=24000;i++）;};
break;
case5:
lianxujian（）;
c5=1;//////c5置1，回到case1，实现连续加速
we（c3）;
{for（i;i<=24000;i++）;};
break;
4.5固定值调速
我所设计的程序中，有五个固定值，当到达第五个固定值后，再按INT6，则电动机停转。
在P30没有接地时，当按INT7时，执行c5=5，这之后第一次按下INT6时，就回执行case6，调用gudingzhi（n）函数，实现固定值调速。
第二次按下INT6时，就回执行case7，调用gudingzhi（n）函数，实现固定值调速。
第三次按下INT6时，就回执行case7，调用gudingzhi（n）函数，实现固定值调速。
由于每次的n值不同，就会有不同的占空比。
第六次按下INT6时，就回执行case11，执行TR0=0，TR1=0，从而关闭电动机。
同时可以通过观察灯的亮灭来，知道当前的占空比是多少，当LED1亮时，占空比为10%；当LED3亮时，占空比为30%；当LED5亮时，占空比为50%；当LED7亮时，占空比为70%；当LED全灭时，占空比为90%；
跳转部分程序：
case6:
gudingzhi（12）;////占空比10%
we（c3）;
P11=0;
{for（i=0;i<=18000;i++）;};
break;
case7:
gudingzhi（6）;////占空比30%
we（c3）;
P11=1;
P13=0;
{for（i=0;i<=18000;i++）;};
break;
case8:
gudingzhi（0）;////占空比50%
we（c3）;
P11=1;
P13=1;
P15=0;
{for（i=0;i<=20000;i++）;};
break;
case9:
gudingzhi（-6）;///70%
we（c3）;
P11=1;
P13=1;
P15=1;
P17=0;
{for（i=0;i<=20000;i++）;};
break;
case10:
gudingzhi（-12）;///占空比90%
we（c3）;
P17=1;
{for（i=0;i<=20000;i++）;};
break;
case11:
TR0=0;/////关闭定时器T0
TR1=0;/////关闭定时器T1
c5=0;///////回到连续加调速
P16=0;
{for（i;i<=24000;i++）;};
break;
}
4.6固定值调速跳转到连续调速
由于P30接地，则P30=0，不会发生跳转，每按INT7后，执行if以后的语句，实现固定值与连续减之间的切换；当P30没有接地，即P30=1,则执行else后的语句：
当电动机处于固定值状态时，实现固定值与连续加速之间的调速；当处于连续减的状态时，就实现了连续减和连续加的切换。
因此实现了连续加，连续减，和固定值三者之间的调速。
P30=0，当按下INT7时，会在C5=1和C5=5之间切换，再按INT6会实现固定值与连续减之间的切换；
P30=1，每按下INT7时，执行连续加速。
从而实现固定值和连续减速到连续加速的控制；
转换的部分程序如下：
voidINT7interrupt19
{P3IF=0;
if（P30==0）/////当P30=0时，执行这个程序
c6=c6+01;///这个程序实现连减和固定值调
switch（c6）////速的切换
{case1:
P3IF=0;
c5=1;////跳到连续减调速
P30=1;//////P30端口置1
we（c3）;
{for（i=0;i<=9000;i++）;};
break;
case2:
P3IF=0;
c5=5;///////////跳到固定值调速
P30=1;////P30端口置1
c6=0;
we（c3）;
{for（i=0;i<=9000;i++）;};
break;
}
elsec10=c10+01;/////当P30=1时，实现连续加调速
switch（c10）
{case1:
P3IF=0;
liannxujia（）;
P30=0;
we（c3）;
{for（i=0;i<=9000;i++）;};
break;
case2:
P3IF=0;
liannxujia（）;
we（c3）;
{for（i=0;i<=9000;i++）;};
break;
case3:
P3IF=0;
liannxujia（）;
c10=0;
we（c3）;
{for（i=0;i<=9000;i++）
}
4.7液晶显示
当程序跳转到某个固定值时，调用显示与其对应的液晶显示子程序。
将设定的固定值转化成对应的ASCII码送入到数据口。
把要显示的数据送到P7口就可以了，每次显示前要刷新。
部分程序如下：
////////////////////////显示程序//////////////////
voidwe（intw）
{
unsignedcharxdatanetdata[10]={48,49,50,51,52,53,54,55,56,57};
unsignedcharxdatancedata[7]={32,32,114,47,109,105,110};
unsignedcharxdatancfdata[3]={32,117,112};
unsignedcharxdatancgdata[5]={32,100,111,119,110};
unsignedcharxdatancddata[13]={84,84,72,69,32,83,80,69,69,68,32,73,83};
unsignedcharxdatanchdata[14]={32,119,101,108,99,111,109,101,32,116,111,32,32,32};
unsignedcharxdatancidata[13]={32,32,116,104,105,115,32,115,121,115,116,101,109};
staticunsignedchardata1;
unsignedchar*lcdpoint;
unsignedcharlcddatacount;
voidsysclk（void）;
voidport（void）;
voidlcd（void）;
voidsend（void）;
WDTCN=0XDE;
WDTCN=0XAD;
sysclk（）;
port（）;
lcd（）;
if（c11==0）
{w=w+w+w;
o=w%10;////////////取各位
p=（w/10）%10;/////取十位
q=w/100;/////////取百位
lcdpoint=&ncddata;显示THESPEEDIS
for（lcddatacount=13;lcddatacount>0;lcddatacount--）
{data1=*lcdpoint;
P7=data1;
P6=0x04;
P6=0x05;
lcdpoint++;
for（x=0;x<100;x++）;
}
for（x=0;x<500;x++）;
P7=0xc0;///////////////实现换行功能
P6=0x1;
P6=0x0;
for（x=0;x<100;x++）;
lcdpoint=&netdata;///显示百位
for（lcddatacount=0;lcddatacount<=10;lcddatacount++）
{if（lcddatacount==q）
{data1=*lcdpoint;
P7=data1;
P6=0x05;
P6=0x04;
lcdpoint++;}
else
lcdpoint++;
for（x=0;x<100;x++）;
}
lcdpoint=&netdata;//////显示十位
for（lcddatacount=0;lcddatacount<=10;lcddatacount++）
{if（lcddatacount==p）
{data1=*lcdpoint;
P7=data1;
P6=0x05;
P6=0x04;
lcdpoint++;}
else
lcdpoint++;
for（x=0;x<100;x++）;
}
lcdpoint=&netdata;/////显示个位
for（lcddatacount=0;lcddatacount<=10;lcddatacount++）
{if（lcddatacount==o）
{data1=*lcdpoint;
P7=data1;
P6=0x05;
P6=0x04;
lcdpoint++;}
else
lcdpoint++;
for（x=0;x<100;x++）;
}
lcdpoint=&ncedata;///////显示r/min
for（lcddatacount=7;lcddatacount>0;lcddatacount--）
{data1=*lcdpoint;
P7=data1;
P6=0x04;
P6=0x05;
lcdpoint++;
for（x=0;x<100;x++）;
}
for（
升级会员 