直流电机转速控制器毕业论文

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1、优质文档摘 要当今，自动化限制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和开展，而直流驱动限制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。长期以来，直流电机因其转速调整比拟敏捷，方法简洁，易于大范围平滑调速，限制性能好等特点，始终在传动领域占有统治地位。它广泛应用于数控机床、工业机器人等工厂化设备中。随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业对直流电机的需求愈益增大，并对其性能提出了更高的要求。为此，探究并制造高性能、高牢靠性的直流电机限制系统有着特别重要的现实意义。本设计通过PWM方式限制直流电机调速，采纳了C语言来限制单片机产生PWM信号，将信号输入L298N芯片驱动电机，通过变更输入电压的占空比，

2、从而实现直流电机速度的限制。论文针对所设计的限制方案对限制系统的软、硬件设计作了具体论述。硬件局部先作了整体设计，然后介绍了以AT89S51单片机为核心的硬件构成，对调速电路、检测电路、显示电路等作了具体阐述；软件局部采纳模块化设计思想，论述了软件的设计思想和方法；实现了对直流电机的快速启动和停顿，电机转速的设置、调控和显示功能。利用AT89S51芯片进展低本钱直流电动机限制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统本钱、增加系统性能、满意更多应用场合的须要。关键词：单片机；PWM；直流电机；转速限制优质文档AbstractNowadays, automatic control system ha

3、s been widely used and greatly developed in all walks of life. As the dominant part of electric drive, direct current (DC) control plays an important role in modern production. For a long time, DC motors hold a dominant position in transmission field with the characteristics of more flexible and sim

4、ple speed adjustment, smoothly timing in a large scale, and good control performance. DC motors are widely used in factory equipment of numerical control machine, industrial robot, etc. With the constant expansion of modern production, the demand for DC motors is increased and a higher request is pu

5、t forward. Thus, it is of great practical significance to research and make a high performance and reliability DC motor control system.The design controls DC motors speed regulation through the method of PWM, uses C language to control the microcontroller and then generates PWM signals. It is to inp

6、ut the signals into L298N drive chip, by using the control method of changing the duty ratio of the input voltage, and then make the DC motor speed control come true. The paper makes a detailed discussion on software and hardware of controlling system on the basis of the designed control system. Aft

7、er a dissertation on the whole design of, hardware structure with AT89S51 microcontroller as the core is introduced, and then speed control circuit, detection circuit and display circuit are expounded. In the part of software, module idea is adopted, the design idea and method is discussed and setti

8、ng, start, stop, controlling and display functions of the DC electrical motor rotation parameters are achieved. The design of using AT89S51 chip to do low cost DC electrical motor control system can simplify system structure, reduce system cost, enhance system performance and meet more application n

9、eeds.Key words：microcontroller; PWM; DC electrical motor; speed control 目 录引言11 总体方案设计11.1 任务要求11.2 方案论证1电机调速限制模块的选择方案1电机测速模块的选择方案2电机转速显示模块的选择方案2限制器的选择方案31.3 总体方案选择32 硬件电路的设计42.1 AT89S51单片机最小系统电路4AT89S51单片机芯片简介4AT89S51的管脚排列4晶振电路5复位电路52.2 转速检测电路6霍尔元件3144简介72.2.2霍尔元件的运用留意事项72.2.3霍尔元件3144的电路设计72.3 数码管显

10、示电路8数码管简介8数码管的驱动方式8数码管显示电路设计92.4 单片机ISP下载电路92.5 电机驱动电路10L298N芯片简介10驱动电路设计11爱护电路设计123 电机调速设计123.1 PWM限制技术12PWM简介12PWM优点133.2 电机调速限制13调速原理13实现方法144 系统软件设计144.1 程序设计流程图144.2 单片机片内定时计数器介绍15定时计数器的构造15定时计数器的工作存放器TMOD和TCON154.3 片内中断系统简介16中断的概念16中断限制存放器IE、IP174.4 数码管显示程序的设计18转速显示的程序设计18转速显示实时更新的程序设计194.5 直流

11、电机启动、停顿程序的设计204.6 电机自动调速程序设计215 系统调试和数据测试235.1 系统调试23元件焊接和整板测试23系统软件调试245.2 系统试验24测试方法24测试结果分析246 结论25谢辞26参考文献27附录28附录一：系统原理图28附录二：系统PCB28附录三：程序清单29优质文档引言 直流电机的定义：将直流电能转换成机械能直流电动机或将机械能转换成直流电能直流发电机的旋转电机。 近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，具有优良的调速特性，调速平滑，便利，调速范围广，过载实力强，能承受常见的冲击负载，可实现常见的无极快速起动、制动和反转，须要满意生产过程自

12、动化系统各种不同的特别要求，从而对直流电机提出了较高的要求，变更电枢回路电阻调速、变更电压调速等技术已远远不能满意现代科技的要求，这时通过PWM方式限制直流电机调速的方法就应运而生。采纳传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路简洁随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而用PWM技术后，能幸免上述的缺点，实现了数字式限制模拟信号，可以大幅度减低本钱和功耗。并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰实力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间

13、、经济好等特点。随着我国经济和文化事业的开展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进展调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。1 总体方案设计1.1 任务要求1单片机进展设定并驱动直流电机转动2直流电机的转速显示在数码管上3对直流电机转速进展限制4直流电机的启动5直流电机的停顿1.2方案论证电机调速限制模块的选择方案方案一：采纳电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而到达调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件

14、价格比拟昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。方案二：采纳集成芯片L298N。L298N是SGS通标标准技术效劳有限公司公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其有限制精度高、稳定性好、响应速度快等优点，运用它和PWM技术可限制驱动电流大小以到达电机速度的调整。鉴于方案二调速特性优良、调整平滑、调速范围广、外围电路少、过载实力大，因此本设计采纳方案二。电机测速模块的选择方案方案一：运用霍尔传感器。霍尔传感器

15、是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特点，在机车限制系统中占有特别重要的地位。对测速装置的要求是辨别实力强、高精度和尽可能短的检测时间。其对硬件电路要求也要高。方案二：运用光电码盘。光电码盘是由光学玻璃制成，在上面刻有很多同心码道，每个码道上都有按必须规律排列的透光和不透光局部。工作时，光投射在码盘上，码盘随运动物体一起旋转，透过亮区的光经过狭缝后由光敏元件承受，光敏元件的排列和码道一一对应，对于亮区和暗区的光敏元件输出的信号，前者为“1”，后者为“0”，当码回旋转在不同位置时，光敏元件输出信号的组合反映出必须规律的数字量，代表了码盘轴的

16、角位移。但其运用较麻烦，准确度和反响速度不高，对软件方面要求也高。方案三：运用光电开关。光电开关光电传感器是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。接上电路单片机检测到光电管的状态变更，得到信号。安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。鉴于方案一测速性能优良、价格廉价、调速范围广、运用简洁，因此本设计采纳方案一。电机转速显示模块的选择方案方案一：运用LED数码管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元多一个小数点显示；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等

17、等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。为满意本设计要求，可用4位一体数码管进展显示。方案二：运用液晶LCD1602。1602是能显示2行，每行16个字符，字符包括英文字符及阿拉伯数字，但其不能显示汉字。方案三：运用液晶LCD12864。带中文字库的12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示辨别率为12864，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII 字符集。利用该模块敏捷的接口方式和简洁、便利的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵

18、的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案和同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不管硬件电路构造或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于一样点阵的图形液晶模块。鉴于方案一显示性能符合根本要求、价格廉价、运用范围广、运用简洁，因此本设计采纳方案一。1.2.4限制器的选择方案方案一：采纳AT89S51八位单片机实现。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采纳Atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标

19、准MCS-51指令系统及80C51引脚构造，芯片内集成了通用8位中心处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式限制应用系统中得到广泛应用。AT89S51单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑限制。而且体积小，硬件实现简洁，安装便利。另外AT89S51在工业限制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的协作运用都很成熟。方案二：采纳AT89C51单片机实现。AT89C51是一种带4K字节Flash存储器FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，

20、俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采纳Atmel高密度非易失存储器制造技术制造，和工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪耀存储器组合在单个芯片中，Atmel的AT89C51是一种高效微限制器。AT89C51单片机为很多嵌入式限制系统供应了一种敏捷性高且价廉的方案。方案三：采纳AT89S52单片机实现。AT89S52单片机和AT89S51单片机根本一样，区分在于AT89S52单片机内含8K在线系统可编程Flash存储器，存储容量比AT89S51单片机多出一倍。鉴于AT89S51单片机操作简洁，性能优良，且价格廉价，满意设计要求，应

21、选择方案一。数码管显示单片机AT89S51输出限制信号给L298N输入转速L298N驱动直流电机转动霍尔传感器检测电机转速将转速反响给单片机进展调整1.3 总体方案选择图1-1 系统框图通过比拟，采纳L298N芯片驱动直流电机，电机测速运用霍尔传感器，显示局部运用4位一体共阳数码管，限制器采纳AT89S51单片机。系统框图如图1-1所示。本系统以单片机为核心，组成一个集输入电机转速、启动电机、停顿电机、显示电机转速、限制电机转速为一身的直流电机转速限制系统。系统硬件电路主要由霍尔传感器、AT89S51单片机最小系统、L298N驱动电路、直流电机、10孔ISP下载器、4位一体共阳数码管和假设干按

22、键组成。本设计以PWM限制理论为根底，通过变更电压的占空比实现直流电机的转速限制。通过按键输入设定转速值，在单片机AT89S51的限制下，通过C程序来限制单片机产生PWM信号，并自动调整PWM信号的占空比，将信号输入到L298N芯片驱动电机从而到达限制直流电机转速的效果。将直流电机连接一无磁性转盘并带动转盘等速转动，将磁铁固定在转盘上，并利用霍尔传感器结合单片机片外部中断通过测频法便可检测出电机转速，将转速反响给单片机进展转速调整并通过数码管实时显示转速。本设计是以Atmel公司的AT89S51八位单片机作为限制核心，单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑限制；而且支

23、持在线下载，体积小，硬件实现简洁，安装便利。PWM限制技术以其限制简洁、敏捷和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的限制方式，也是人们探究的热点。PWM具有很强的抗噪性，且有节约空间、比拟经济等特点。本装置采纳较低本钱的器件设计制作，完全满意速度限制系统的要求，具有较高的性价比。2 硬件电路的设计本课题设计的外围电路主要包括：AT89S51单片机最小系统电路、转速检测电路、L298N驱动电路、显示电路以及ISP下载电路等。下面将对各个模块进展说明。2.1 AT89S51单片机最小系统电路所谓单片机最小系统，是指组成一个独立工作的单片机系统时，芯片和连接各芯片之间的总线少得不能再少。AT

24、89S51单片机最小系统由单片机芯片、外接晶振时钟电路和复位电路三局部组成。 AT89S51单片机芯片简介AT89S51是美国Atmel公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采纳Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程ISP也可用传统方法进展编程及通用8位微处理器于单片芯片中，Atmel公司的功能强大、低价位AT89S51单片机可供应很多高性价比的应用场合，可敏捷应用于各种限制领域。 AT89S51的管脚排列图2-1 AT89S51管脚排列晶振电路C

25、PU的正常工作离不开稳定准确的时钟信号。时钟电路是计算机的心脏，它限制着计算机的工作节奏。CPU就是通过困难的时序电路完成不同的指令功能的。MCS-51单片机的时钟信号可以由两种方式产生：一种是内部方式，利用芯片的内部振荡电路结合外接晶振来产生时钟信号；另一种方式为外部方式，时钟信号由外部引入。在任一时刻，只须要一种振荡电路便能使单片机正常工作。本设计采纳的是内部方式，运用内振荡电路供应时钟脉冲，须要在XTAL1和XTAL2之间外接石英晶体振荡器或陶瓷振荡器，这时的内部振荡电路仅相当于一个增益放大器，和晶振连接在一起形成一个正反响的自激振荡，再经整形和分频形成单片机内各逻辑部件所需的时钟脉冲。

26、具体连接方式如图2-2所示。晶振一般选用12MHz晶振，两个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的两个管脚上和对地的电容，一般在几十皮法。它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度，这里采纳30pF。图2-2 晶振电路2.1.4复位电路为确保单片机系统中电路稳定牢靠工作，复位电路是必不行少的一局部，复位电路的第一功能是上电复位。高电平动作，当要对晶片重置时，只要对复位引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作。复位电路工作原理如图2-3所示。图2-3 复位电路2.2转速检测电路在工业过程实时限制中，转速的检测一般占有很大的比重，它对系统的稳态误差及动态响应

27、性能都有着至关重要的影响。对于此类应用来讲，一个在较大速度范围内具有高辨别率的快捷而准确的测速系统是必不行少的。转速是工程中应用特别广泛的一个重要参数，其测量方法众多，随着适应现代科技开展的要求，在测量范围和测量精度上有了更高的要求，所以对于转速的测量将变得更有意义。转速测量的方法有很多，依据工作原理可以分为计数式、模拟式、同步式。计数式是用某种方式读出必须时间内的总转数；模拟式方法是测出有瞬时转速引起的某种物理量的变更；同步式是利用确定的频率和旋转体的旋转来测量转速，依据不同的转换方式测量方式也不尽一样。本设计采纳霍尔传感器检测电机转速。霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变更，可

28、在各种和磁场有关的场合中运用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作根底，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着特别广泛的应用。由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件和放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2-4所示，是其中一种型号的外形图。图2-4 霍尔传感器样品霍尔传感器的特性：输出电压和外加磁场强度呈线性关系，在必须的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时那么呈现饱和状态。利用霍尔传感器测转速是在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放

29、在靠近圆盘边缘处，圆回旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数计数器，结合单片机定时器，便可测出转速。霍尔元件3144简介3144霍尔开关集成电路应用霍尔效应原理，采纳半导体集成技术制造的磁敏电路，它是由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、史密特触发器，温度补偿电路和集电极开路的输出级组成的磁敏传感电路，其输入为磁感应强度，输出是一个数字电压信号。图2-5 霍尔元件3144管脚排列管脚说明：1.电源 2.地 3.输出特点：体积小、电压范围宽、一样性好、灵敏度高、准确度高、响应速度快、温度性能好、电路功耗低、牢靠性高、可和各种逻辑电路干脆接口。可实现功能：无触点开关、位置检测、速度

30、检测、流量检测。典型应用领域：直流无刷电机、家用电器、缝纫设备、编码器、平安报警装置无触点开关、汽车点火器、刹车电路、转速检测和限制、纺织限制系统、自动化限制领域等。2.2.2霍尔元件的运用留意事项霍尔元件是一种敏感器件，除了对磁敏感外，对光、热、机械应力均有不同程度的敏感，因此在运用过程中，应留意如下几点：机械应力：由于机械应力会造成霍尔元件磁敏感度的漂移，在运用安装中应尽量削减施加到电路外壳和引线上的机械应力。热应力：为幸免霍尔元件的非正常损坏，焊接时，温度应低于260，时间少于4秒，焊接点距离元件引线上根部3mm以外。霍尔元件的工作电压不得超过说明书规定的Vcc，须要在1、3脚电源和输出

31、之间加一上拉电阻。上拉电阻的阻值和工作电压、通过电路的电流有关。2.2.3霍尔元件3144的电路设计图2-6 霍尔开关电路管脚1供应+5V稳压电源，管脚2接地，输出信号管脚3连接AT89S51单片机INT0管脚，管脚1和3之间连接4.7K负载电阻。当磁源靠近霍尔开关时，输出管脚3便产生低电平脉冲信号，通过单片机内部定时器/计数器及相应的程序设计，组成一个数字式转速测量系统。同时，由于产生低电平信号，连接在1、3管脚间的发光二极管导通，产生亮灯信号。2.3 数码管显示电路数码管简介数码管是一种半导体发光器件，其根本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多

32、一个发光二极管单元多一个小数点显示；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将全部发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极COM的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平常，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平常，相应字段就不亮。共阴数码管是指将全部发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极COM的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平常，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平常，相应字段就不亮。数码管的驱动方式

33、LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出须要的数字，因此依据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进展驱动，或者运用如BCD码二-十进制译码器译码进展驱动。静态驱动的优点是编程简洁，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示那么须要58=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个，实际应用时必需增加译码驱动器进展驱动，增加了硬件电路的困难性。动态显示驱：LED数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛

34、的一种显示方式之一，动态驱动是将全部数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另图2-7 数码管段码排列图外为每个数码管的公共极COM增加位选通限制电路，位选通由各自独立的I/O线限制，当单片机输出字形码时，全部数码管都接收到一样的字形码，但到底是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的限制，所以只要将须要显示的数码管的选通限制翻开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮番限制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮番受控显示，这就是动态驱动。在轮番显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应

35、，尽管事实上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪耀感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节约大量的I/O端口，而且功耗更低。 2.3.3数码管显示电路设计图2-8 数码管显示电路和上拉电阻电路本设计采纳4位一体共阳数码管，阴极分别接单片机P0.0-P0.7口，由于单片机P0口在此作输出用，其内部构造没有上拉电阻，假设没有上拉电阻那么无法输出高电平“1”，因此须要在P0口和阴极之间连接一大小适当的排阻，这里选用1K排阻。阳极分别连接PNP三极管C极，E极连接+5V电压，B极分别连接单片机P2.4P2.7口，当P2口赋0时，三极管EB导通，

36、E向C产生电流，数码管被点亮，PNP在这里起到选择数码管位选开关作用。2.4 单片机ISP下载电路图2-9 ISP下载口电路ISP即In-System Programming在系统可编程，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不须要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程，ISP技术是将来开展方向。Atmel的AT89S系列单片机可以运用ISP下载线在线编程擦写，不须要将IC芯片拆下，干脆在电路板上进展程序修改、下载等操作。这样对程序的调试和升级都很便利。管脚说明：表2-1 AT89ISP下载器管脚说明AT89ISP引脚CPU端说明1MOSI输出信号2VCC电

37、源4、6、8、10GND地线5RST复位端7SCK时钟信号9MISO输入信号2.5 电机驱动电路L298N芯片简介图2-10 L298N管脚图L298N为SGS-THOMSON Microelectronics所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片Dual Full-Bridge Driver，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，可以干脆透过电源来调整输出电压；此芯片可干脆由单片机的IO端口来供应模拟时序信号。且其

38、有限制精度高、稳定性好、响应速度快等优点。其能很好满意电路设计要求。表2-2 L298N芯片管脚说明引脚NameFunction 功能说明1;15Sense A;Sense B电流监测端，1、15，SEN1、SEN2分别为两个H桥的电流反响脚，不用时可以干脆接地2;3Out 1;Out 21Y1、1Y24VS功率电源电压，此引脚和地必需连接100nF电容器5;7Input 1;Input 21A1、1A2输入端，TTL电平兼容6;11EnA;En BTTL电平兼容输入1EN、2EN使能端，低电平制止输出8GNDGND地9VSS逻辑电源电压。此引脚和地必需连接100nF电容器10;12Input

39、 3;Input 42A1、2A2 输入端，TTL电平兼容13;14Out 3;Out 42Y1、2Y2 输出端 监测引脚152.5.2驱动电路设计图2-11 L298N驱动电路图1、8、15管脚为GND管脚，13、14为2通道输出脚，10、12为2通道输入管脚，11脚为选通2通道引脚。L298N须要从外部接两个电压，9脚接4.5V到7V的电压，它是用来驱动L298N芯片的，这里选用+5V，4管脚VS接2.5V到46V的电压，它是用来驱动电机的。其余管脚为通道1引脚，在此并没有用到通道1，故其余引脚全部悬空。6和11引脚是它的使能端，一个使能端限制一个电机，只有当它们是高电平的时候电机才有可能

40、工作。对于电机的调速，采纳PWM调速的方法，其原理就是开关管在一个周期内导通时间为t，周期为T，那么电机两端的平均电压U=Vcc*(t/T)=a Vcc。其中，a=t/T占空比，Vcc是电源电压。电机的转速和电机两端的电压成比例，而电机两端的电压和限制波形的占空比成正比，因此电机的速度和占空比成比例，占空比越大，电机转得越快。在硬件电路的连接上，将单片机的P1.0、P1.1口分别连接到L298N的IN3和IN4上，通过变更P1.0、P1.1口上的凹凸电平的占空比以限制电机的转速。当IN3和IN4均输入高电平或低电平常，电机两端无电位差，电机停顿转动。爱护电路设计图2-12 爱护电路爱护电路由二

41、极管组成，由于电机是呈电感性很强的，所以在开机或者关机时，会产生很大的感应电压而烧坏芯片，在此，为了爱护驱动芯片，接了4个二极管，从而大大的减小了由于感应电压带给驱动芯片的危害。3 电机调速设计直流电动机转速的限制方法可分为两类，即励磁限制法和电枢电压限制法。励磁限制法限制磁通，其限制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器构造强度的限制；而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以常用的限制方法是变更电枢端电压调速的电枢电压限制法。调整电阻r即可变更端电压，到达调速目的。但这种传统的调压调速方法效率低。此时此刻一般采纳脉冲宽度调制PWM限制技术来实现电机速度调整。该技

42、术稳定性好，易限制，精度高。3.1PWM限制技术PWM简介脉冲宽度调制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展限制的一种特别有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率限制和变换等很多领域。一种模拟限制方式，依据相应载荷的变更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变更，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变更时保持恒定。脉冲宽度调制PWM是一种对模拟信号电平进展数字编码的方法。通过高辨别率计数器的运用，方波的占空比高电平所占周期时间和整个周期时间的比值被调制用来对一个具体模拟信号

43、的电平进展编码。PWM信号仍旧是数字的，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，任何模拟值都可以运用PWM进展编码。PWM限制技术以其限制简洁，敏捷和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的限制方式，也是人们探究的热点。PWM优点PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进展数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1变更为逻辑0或将逻辑0变更为逻辑1

44、时，也才能对数字信号产生影响。对噪声反抗实力的增加是PWM相对于模拟限制的一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要缘由。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号复原为模拟形式。总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广阔工程师在很多设计应用中运用的有效技术。3.2电机调速限制调速原理PWM是通过固定电压的直流电源开关频率，从而变更负载两端的电压，进而到达限制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动限制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并依据须要变更一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过变更

45、直流电机电枢上电压的“占空比”来变更平均电压的大小，从而限制电动机的转速。因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。 图3-1 电枢电压“占空比”和平均电压关系图如图3-1所示，在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度渐渐削减。只要按必须规律，变更通、断电机的平均速度得到限制。设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D=t1/T，那么电机的平均速度为Vd=Vmax*D。式中，Vd-电机的平均速度；Vmax-电机全通电时的速度最大；D=t1/T-占空比。由公式可见，当变更占空比D=t1/T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而到达调速的目的。严格的讲，平均速度Vd和

46、占空比D并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似地看成线性关系。实现方法PWM信号的产生通常有两种方法：一种是软件的方法；另一种是硬件的方法。由于后一种方法较困难，操作起来也麻烦，所以采纳以软件的方法来产生PWM信号，即运用单片机。单片机AT89S51是具有两个定时器T0和T1。通过限制定时器初值T0和T1，从而可以实现从AT89S51的随意输出口输出不同占空比的脉冲波形。由于PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，而不同的单片机的定时器具有不同的特点，即使是同一台单片机由于选用的晶振不同，选择的定时器工作方式不同，其定时器的定时初值和定时时间的关系也不同。可以通过设定不同的定

47、时初值，从而变更占空比，进而到达限制电机转速的目的。 4 系统软件设计停顿键按下，电机停顿转动启动键按下，电机起先转动输入预设电机转速调整占空比开 始判定实时转速与设定转速是否相等假设不等结 束4.1 程序设计流程图图4-1 程序流程图4.2 单片机片内定时计数器介绍AT89S51单片机内有两个16位可编程定时计数器，用T0和T1命名，本设计采纳单片机的T0定时器作为设计核心，故在此介绍定时计数器的构造、工作原理、工作方式。定时计数器的构造定时计数器的逻辑构造由如下功能部件组成：计数器T0和T1：两个16位的计数器，每个又分为低8位计数器TL0和TL1及高8位计数器TH0和TH1，它们各有自己

48、的字节地址，且都能赋以初值并实现加1计数。TCON：定时器限制存放器，用于启动停顿计数器。TMOD：方式限制存放器，用于设置定时计数方式。定时计数器有两种工作方式：定时方式和计数方式。TMOD的D6位用于确定T1的工作方式；D2位用于确定T0的工作方式。D6=0或D2=0时作定时用。定时器的输入脉冲由单片机内的时钟供应，此时T0或T1对机器周期实现加1计数。考虑到一个机器周期等于12个时钟周期，因此定时器的计数频率等于机内振荡频率的1/12。假如晶振频率f=6MHz，那么计数频率等于500kHz。计数器的位数有8位、13位和16位可供选择，选择不同的位数及计数初值，将有不同的定时时间。定时计数

49、器的工作存放器TMOD和TCONAT89S51单片机的定时计数器在工作之前，须要向TMOD和TCON赐予初值，用于确定定时计数器的工作方式、操作方式、启动要求、计数赋值等。计数方式存放器TMOD：TMOD是一个8位专用存放器，字节地址为89H，根本格式及各位意义如下：表4-1D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0用于T1用于T0GATE：门控，用于限制定时计数器的启动方式。GATE=0时，T1或T0不受INT1或INT0限制；GATE=1时，T1或T0受外部电平限制，假如INT1或INT0为0那么封锁T1或T0。C/TCounter/Timer：方式选择位

50、，C/T=0时，定时计数器做定时器用；C/T=1时，作计数器用。M1、M0：计数方式选择，有如下4种计数方式：表4-2M1M0操作方式功能00方式013位计数器，TH位为8位，TL为5位01方式116位计数器10方式2初值自动重装的8位计数器。TL用作8位计数；TH用作装初值，且在计数过程中不变，待TL计满归零时，TH的值自动装入到TL中11方式3T0有方式3，把T0分成两个独立的8位计数器；T1无方式3AT89S51的两个定时计数器T0和T1分别运用TMOD的4位作为初始化定义，它们的工作方式除方式3外，方式0、1、2完全一样，即：T0有4种工作方式：方式0、1、2、3；T1有3种工作方式：

51、方式0、1、2。限制存放器TCON：TCON的字节地址为88H，用于限制定时计数器的启动、溢出以及外部中断触发方式等。和TMOD不同的是，TCON的各位有位地址，能进展位寻址，复位时各位清零。TCON的根本格式及各位意义如下：表4-3D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1、TF0：1和T0的计满溢出标记。当计满溢出时，硬件电路自动将TF1、TF0置成1状态，同时提出中断申请。在中断效劳程序执行过程中，硬件电路又自动将TF1、TF0清0。用于查询时，应当运用指令将它们清0。TR1、TR0：T1和T0的启动停顿限制位，可运用指令使TR1、TR0为0或

52、为1来启动或停顿定时计数器。IE1、IE0：片外中断申请信号INT1和INT0的申请标记，当片外中断申请出现时，IE1或IE0被置1，触发方式可将其复位。IT1、IT0：片外中断申请的触发方式选择位，将IT1IT0置0时选用电平触发；置1时选用边沿触发。4.3 片内中断系统简介本设计采纳霍尔传感器加上外部中断INT0，通过测频法来检测电机的实际转速，同时用到定时器中断0设计算法。故在此简洁介绍一下中断的概念、中断限制存放器。4.3.1中断的概念通常CPU的工作速度快，I/O设备工作速度慢，假如让CPU和I/O设备同步工作，势必会出现CPU等待I/O设备的状况，这对CPU无疑是一种奢侈。引入了中

53、断的概念就能解决这一问题。让CPU和I/O设备各自独立工作，待I/O打算好了以后，向CPU发出申请，恳求CPU中断自己正在执行的主程序，转去为I/O设备效劳，为I/O设备效劳完了以后，再去接着执行主程序。这一过程就称为中断。有了中断的概念，就能使单片机智活自如地实现如下一些操作：1实时限制：有了中断系统，CPU就能随时响应I/O设备的随机要求，即刻处理。2分时操作：CPU和多个I/O设备同时工作，互不干扰，哪个I/O设备打算好了就为哪个I/O设备效劳，CPU还能做自己的事，极大提高了CPU的运用效率。3故障处理：运行中出现的一些故障，如断电、除法错误、奇偶校验出错，CPU能刚好处理，不必事先知

54、道。能够发出中断申请的来源，称为中断源。中断源通常有硬件中断源和软件中断源两大类。处理中断的系统称为中断管理系统，由硬件电路和软件处理程序组成，它们位于CPU内。CPU要想响应中断，必需处于开中断状态片内的中断允许触发器为“1”状态，且在现行指令执行完毕以后。CPU处理中断的过程通常分成4步：1判定中断申请和CPU正在执行的主程序谁更重要。假如中断申请重要一些，就响应中断；假如正在执行的主程序更重要，就暂缓受理中断申请。2一旦响应中断，就爱护主程序断点，将一些存放器值推入堆栈。3找寻中断效劳程序入口地址转而执行中断效劳程序。4中断返回，复原现场。4.3.2中断限制存放器IE、IP中断允许存放器

55、IEInterrupt Enable：IE是21个特别功能存放器SFR之一，8位只运用了6位，每一位都可以寻址，其根本格式如下：表4-4D7D6D5D4D3D2D1D0EAESET1EX1ET0EX0IE中的每一位都是中断允许/制止位，其中取值为0表示制止该中断，取值为1时表示允许该项中断。各位的意义如下：EA：CPU中断允许位。EA=1时，CPU允许全部中断；EA=0时，CPU关闭全部中断。当CPU允许全部中断时，由各中断限制位确定相应的中断是翻开还是关闭。ES：串行口中断允许位。ES=1，允许串行口I/O中断；ES=0,制止串行口I/O中断。ET1：定时器1中断允许位。ET=1，允许T1中

56、断；ET1=0。制止T1中断。EX1：片外中断1中断允许位。EX=1，允许片外中断；EX=0，制止片外中断。或EX=1时INT1有效；EX=0时，INT1无效。ET0：定时器0中断允许位。ET=1，允许T0中断；ET1=0。制止T0中断。EX0：片外中断0中断允许位。EX=1，允许片外中断；EX=0，制止片外中断。或EX=1时INT0有效；EX=0时，INT0无效。中断优先级存放器IPInterrupt Priority：IP是一个用于设置两个中断优先级的8位存放器，两个优先级分别称为高优先级和低优先级。其根本格式如下：表4-5D7D6D5D4D3D2D1D0XXXPSPT1PX1PT0PX0

57、X：无效。PS：串行口I/O中断优先级设置位。PT1：定时计数器1中断优先级设置位。PX1：片外中断1INT1中断优先级设置位。PT0：定时计数器0中断优先级设置位。PX0：片外中断0INT0中断优先级设置位。4.4 数码管显示程序的设计4.4.1转速显示的程序设计当切换键按下时，判定数码管显示设置速度还是实时速度的变量dj_flag从0变为1，显示设置速度if条件成立，数码管切换到设置速度显示。当再按下切换按键时，判定数码管显示设置速度还是实时速度的变量dj_flag从1变为0，显示设置速度if条件不成立，数码管切换到实时速度显示。按键切换模块：if(key3=0)/对数码管的显示内容进展切

58、换shumaguan_display_qiehuan_flag+;if(shumaguan_display_qiehuan_flag=500)shumaguan_display_qiehuan_flag=0;dj_flag=!dj_flag;数码管显示模块：void shumaguang_display()/数码管显示函数display+;/数码管位 选择自加if(display4)display=1;if(dj_flag)/显示 实际速度 还是 显示 设置速度 判定switch(display)/该模块显示 设置的电机速度elseswitch(display)/该模块显示电机的实际速度4.4

59、.2转速显示实时更新的程序设计利用霍尔传感器结合外部中断0来检测电机转速，并将中断次数保存到dj_shudu_flag中。设定定时器0为1ms执行一次，当开启定时器时，dj_tim_shudu_flag起先自加，执行1000次为1秒，当dj_tim_shudu_flag自加大于等于1000时，if判定成立，起先更新电机速度，并将dj_tim_shudu_flag和dj_shudu_flag置0。由于转盘上固定4颗磁铁，故电机实际转速为外部中断判定次数dj_shudu_flag的1/4。void dj_shudu_gengxing()/更新实际的电机速度函数if(dj_tim_shudu_fla

60、g=1000)dj_tim_shudu_flag=0;dj_shudu_now=dj_shudu_flag/4;dj_shudu_now_sbuf0=dj_shudu_now%10;dj_shudu_now_sbuf1=dj_shudu_now%100/10;dj_shudu_now_sbuf2=dj_shudu_now/100;dj_shudu_flag=0;4.5 直流电机启动、停顿程序的设计当启动按键按下时，变量dj_stop变为1，if判定成立，将tingji_flag变量置0，单片机P1.0和P1.1口分别输出0、1电平，电机两端产生电位差，起先转动。当按键再次按下，dj_stop变

61、为0，if判定不成立，!tingji_flag为真，停顿条件if成立，单片机P1.0和P1.1口分别输出1、0电平，进展反转并延时10次，到达快速停顿的作用，接着单片机P1.0和P1.1口分别输出0、0电平，电机两端无电位差，电机停顿转动。if(!key1&key2)/当按下key1且key2没按下时 进展电机开机或关机选择dj_stop_flag+;if(dj_stop_flag=600)dj_stop_flag=0;dj_stop=dj_stop;void dj_control()/电机限制函数if(dj_stop)/电机开机tingji_flag=0;else/电机停机if(!tingji_flag)dj_2_a=1;dj_2_b=0;/直流电动机的制动，产生制动转矩，到达快速停车的目的。delay(10);tingji_flag=1;dj_2_a=0;dj_2_b=0;4.6 电机自动调速程序设计在程序一起先，设定一周期值tiaozheng和占空比值dj_zankongbi，启动电机时，变量dj_zankongbi_flag起先自加，电机起先转动，