基于单片机的直流电动机控制系统设计终期报告.doc

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1、目录第1章 绪论31.1发展前景31.2应用性和先进性31.3需要重点研究的关键问题及解决问题的思路41.3.1关键问题一：如何选择合适的单片机41.3.2关键问题二：如何选择合适的电机驱动41.3.3关键问题三：采用何种方法来改变占空比41.3.4关键问题四：软件编程及调试41.4主要内容4第2章 系统总体方案52.1实现方法52.2系统框图5第3章 硬件设计方案63.1 主控模块设计方案63.1.1 STC89C52RC单片机介绍63.1.2 STC89C52RC引脚介绍73.1.2 时钟电路103.1.3 复位电路103.2键盘模块设计方案113.2.1 键盘概述113.2.2 键盘输入

2、的特点123.2.3 键盘接口的工作原理123.2.4键盘的设计143.3显示模块设计方案153.3.1 1602液晶简介153.3.2 1602液晶引脚介绍163.3.3液晶模块的设计163.4驱动模块设计方案173.4.1直流电机的调速原理173.4.2 PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）原理183.4.3采取方案193.4.4 L298N芯片简介193.5测速模块设计方案213.6电源模块设计方案223.6.1总体设计方案223.6.2 78xx稳压芯片简介22第4章 软件设计方案244.1 系统软件编译开发环境244.2 系统C源代码25第5章 参考文献

3、33第6章 附录346.1 硬件原理图346.2 硬件实物图356.3 PCB图35第1章 绪论1.1发展前景直流电机问世已有一百四十多年的历史。在设计和制造技术上有很大提高， 新材料、新技术的应用以及整流电源的普及， 促进了一般工业用直流电机的不断扩大， 品种的日益繁多。从小至数瓦， 大到万余千瓦， 广泛地用于冶金、矿山、煤炭、起重运输、机床制造、纺织印染等各个部门中， 特别是近几年电子计算技术广泛应用在直流电机设计制造中。从直流电动机的演变历史， 也可以纵观直流电动机的发展历史和动向、从四十年代后期到五十年代的前期， 直流电动机的电源主要是采用M-G电动发电机组，六十年代初， 电动发电机组

4、电源已被水银整流器逐渐替代， 到六十年代后期， 由于可控硅整流装置的问世， 并得到迅速发展， 可控硅整流电源已占统治地位。由于直流电源供电方式的不断更新换代， 特别是在最近的十几年期问， 进一步促使了直流电动机的单机功率、转速不断提高， 目前朝着高速、大功率方向发展。另外， 由于绝缘技术和分析技术的进步， 直流电动机已迅速向小型轻量， 低惯量方面发展。随着各种技术的进步和研究的深入展开，诸多高质量的直线电机产品和科研成果纷纷出现。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

5、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应用性和先进性电机在每个行业都发挥着关键的作用，而电机的转速是电机重要的性能指标之一，因此测量电机的转速和电机的加减速，使它满足人们的各种需要，更显得尤为重要，而且随着科技的进步，PWM调速成为电机调速的新方式。随着科技的发展，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流驱动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着关键作用。长期以来，直流电动机因其转速调节比较灵活，方法简

6、单，易于大范围平滑调速，控制性能好等一系列特点，一直在传动领域占有统治地位。它广泛应用于数控机床、工业机器人等工厂自动化设备中。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，研究并制造高性能、高可靠性的直流电机控制系统有着十分重要的现实意义。1.3需要重点研究的关键问题及解决问题的思路1.3.1关键问题一：如何选择合适的单片机 如何选择合适的单片机是本课题待解决的第一个问题。综合各方面因素考虑，本课题将采用STC89C52RC，利用STC89C52RC芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更

7、多应用场合的需要。系统实现对电机的正转、反转、急停、加速、减速、定速的控制。1.3.2关键问题二：如何选择合适的电机驱动如何选择合适的电机驱动是本课题待解决的第二个问题。综合各方面因素考虑，本课题将采用L298N电机驱动。 1.3.3关键问题三：采用何种方法来改变占空比如何选改变占空比是本课题待解决的第三个问题。改变占空比的方法通常有定宽调频法，调频调宽法，定频调宽法，由于前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起震荡，因此采用定频调宽法来改变占空比。1.3.4关键问题四：软件编程及调试软件编程及调试是本题待解决的第四个问题，也是最为重要

8、关键的问题，关系着该系统能否实现其功能。1.4主要内容 （1）掌握51系列单片机的工作原理及接口技术，熟悉电子电路设计方法及原理图和PCB图设计软件Protel的使用，熟悉单片机开发工具的使用。 （2）用单片机对直流电动机进行控制，完成电机正转、反转、加速、减速、起动和停止等功能，并将直流电动机速度在数码管上显示出来。 （3）详细分析系统的功能及实现过程，完成系统的元器件选型，完成系统的硬件设计，并进行相应的调试。第2章 系统总体方案2.1实现方法以STC89C52RC单片机为核心制作一个直流电动机控制系统，系统包括主控模块（MCU）、电机驱动模块、测速模块、键盘模块和显示模块，通过键盘实现电

9、机速度大小和转动方向的控制，并在由数码管或者LCD液晶显示器构成的显示模块上显示电机的运行状态。2.2系统框图主控模块键盘模块M测速模块驱动模块显示模块模块电源模块图2.2 系统框图第3章 硬件设计方案3.1 主控模块设计方案3.1.1 STC89C52RC单片机介绍STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。主要特性如下：1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.2.工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）

10、/3.8V2.0V（3V单片机）3.工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz4.用户应用程序空间为8K字节5.片上集成512字节RAM6.通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8.具有EEPROM功能9.具有看门狗功能10.共3个16位定时器/计数器。即定时器

11、T0、T1、T211.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒12.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART13.工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）14.PDIP封装3.1.2 STC89C52RC引脚介绍图3.1.2 STC89C52RC引脚图VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，

12、P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（）。此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P

13、1.1/T2EX），具体参见下表：在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。表1 P1.0和P1.1引脚复用功能引脚号功能特性P1.0T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（）。在访问外部程序存储器和16位地

14、址的外部数据存储器（如执行“MOVX DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚

15、会输入一个电流（）。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下表所示：表2 P3口引脚复用功能引脚号复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（

16、地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置

17、对微控制器处于外部执行模式下无效。（29引脚）：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。3.1.2 时钟电路时钟

18、电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为12MHZ。MCS-51内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。、单片机内部有一个可控的负反馈反相放大器，外接晶振（或陶瓷谐振器）和电容组成振荡器，振荡器工作受/PD端控制，由软件置“1”PD（即特殊功能寄存器PCON.1）使/PD0，振荡器停止工作，整个单片机也就停止工作，以达到节电目的。清“0”PD，使振荡器工作产生时钟，单片机便正常运行。电容C1和C2的作用有两个：其一是使振荡器起振，其

19、二是对振荡器的频率f起微调作用（C1、C2大，f变小），其典型值为30pF。本次设计的时钟电路如下图：图3.1.2 时钟电路3.1.3 复位电路复位电路的作用是在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。无论用户使用哪种类型的单片机,总要涉及到单片机复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。单片机在启动

20、时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。复位电路如下图：图3.1.3 复位电路3.2键盘模块设计方案3.

21、2.1 键盘概述键盘在单片机应用系统中，实现输入数据、传送命令的功能，是人工干预的主要手段。键盘分两大类：编码键盘和非编码键盘。编码键盘：由硬件逻辑电路完成必要的键识别工作与可靠性措施。每按一次键，键盘自动提供被按键的读数，同时产生一选通脉冲通知微处理器，一般还具有反弹跳和同时按键保护功能。这种键盘易于使用，但硬件比较复杂，对于主机任务繁重之情况，采用8279可编程键盘管理接口芯片构成编码式键盘系统是很实用的方案。非编码键盘：只简单地提供键盘的行列与矩阵，其他操作如键的识别，决定按键的读数等仅靠软件完成，故硬件较为简单，但占用CPU较多时间。有独立式按键结构、矩阵式按键结构。3.2.2 键盘输

22、入的特点 1、键盘实质上是一组按键开关的集合。通常，键盘开关利用了机械触点的合、断作用。一个电压信号通过键盘开关机械触点的断开、闭合而选通。图3.2.2.1 键盘开关 2、如何消除按键的抖动图3.2.2.2 键盘抖动示意图 抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5-10ms，这是一个很重要的参数。抖动过程引起电平信号的波动，有可能令CPU误解为多次按键操作，从而引起误处理。为了确保CPU对一次按键动作只确认一次按键，必须消除抖动的影响。按键的消抖，通常有软件，硬件两种消除方法。 软件消抖：如果按键较多，硬件消抖将无法胜任，常采用软件消抖。通常采用软件延时的方法：在第一次检测到有键按下时，执

23、行一段延时10ms的子程序后，再确认电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平，则确认真正有键按下，进行相应处理工作，消除了抖动的影响。3.2.3 键盘接口的工作原理 常用键盘接口分为独立式键盘接口和行列式键盘接口。 1、独立式键盘接口独立式键盘就是各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态可以很容易的判断哪个按键被按下。如图5图3.2.3.1 独立式键盘接口技术 因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。 优点：电路配置灵活，软件结构简单。 缺点：每个按键需占用一根I/O口线，在按键数量较多时，I/O口浪费大，电路结构显得复杂。 因此，此键盘是用

24、于按键较少或操作速度较高的场合。分为中断方式和查询方式。也可以用扩展I/O口搭接独立式按键接口电路，可采用8255扩展I/O口，用三态缓冲器扩展。这两种配接方式，都是把按键当作外部RAM某一工作单元的位来对待，通过读片外RAM 的方法，识别按键的工作状态。 上图所示独立式按键电路，各按键开关均采用了上拉电阻，是为了保证在按键断开时，各I/O有确定的高电平。如输入口线内部已有上拉电阻，则外电路的上拉电阻可省去。 2、行列式键盘接口行列式（也称矩阵式）键盘用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。如图2-8所示。一个44的行列结构可以构成一个16个按键的键盘。很明显，在

25、按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式键盘相比，要省很多的I/O口线。图3.2.3.2 行列式键盘结构 矩阵按键部分由16个轻触按键按照4行4列排列，将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。确定矩阵式键盘上何键被按下，介绍一种“行扫描法”。 行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法. 判断键盘中有无键按下： 将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键

26、盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。 判断闭合键所在的位置： 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。3.2.4键盘的设计本次设计采用44矩阵键盘，利用矩阵键盘分别与P2口连接，既要有启动、停止、加速、减速、正转、反转，又要实现0、1、2、3、4、5、6、7、8、9设定值的输入。当有按键按下时与单片机相连的引角出现低

27、电平，这样单片机就能判断是否有按键按下。按键的功能：第一行：启动、停止、加速、减速；第二行：正转、反转、0、1；第三行：2、3、4、5；第四行：6、7、8、9；图3.2.4 键盘的设计3.3显示模块设计方案3.3.1 1602液晶简介本次设计采用1602液晶显示，该液晶为工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行）1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它

28、不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。3.3V或5V工作电压，对比度可调，内含复位电路，提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能，有80字节显示数据存储器DDRAM，内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM，8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。规格及原理图如下：图3.3.1 1602液晶3.3.2 1602液晶引脚介绍第1脚：GND为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，

29、接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端，高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。3.3.3液晶模块的设计液晶的D0D7数据位与单片机P1口P1.0P1.7相连，实现数据的传送。第3脚接一个电位器实现液晶亮度的调整。3.4驱动模块设计方案3

30、.4.1直流电机的调速原理根据励磁方式不同，直流电机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电机机械特性曲线有所不同。对于直流电机来说 ，人为机械特性方程式为：（1）分析(1)式可得当分别改变U和R时，可以得到不同的转速n，从而实现对速度的调节。当改变励磁电流I，可以改变磁通量的大小，从而达到变磁通调速的目的。但由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流I和磁通量只能在低于 其额定值的范围内调节 ，故只能弱磁调速。而对于调节电枢外加电阻R时，会使机械特性变软，导致电机带负载能力减弱。对于他励直流电机来说，当改变电枢电压时，分析人为机械特性方程式，得到人为特性曲线:图3.4.1人为

31、特性曲线:如上图所示。理想空载转速n随电枢电压升降而发生相应的升降变化。不同电枢电压的机械特性曲线相互平行，说明硬度不随电枢电压的变化而改变电机带负载能力恒定。当我们平滑调节他励直流电机电枢两端电压时，可实现电机的无级调速。基于以上特性，改变电枢电压，实现对直流电机速度调节的方法被广泛采用。改变电枢电压可通过多种途径实现，如晶闸管供电速度控制系统 大功率晶体管速度控制系 、直流发电机供电速，度控制系统及晶体管直流脉宽调速系统等。3.4.2 PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）原理PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的

32、一种电压调整方法 。PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，而控制电动机的转速。因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。PWM的占空比决定输出到直流电机的平均电压。就是调节方波高电平和低电平的时间比，一20%占空比波形，会有20%的高电平时间和80%的低电平时间，而一个60%占空比的波形则具有60%的高电平时间和40%的低电平时间，占空比越大，高电平时间越长，则输出的脉冲幅度越高，即电压越高。如果占空

33、比为0%，那么高电平时间为0，则没有电压输出。如果占空比为100%，那么输出全部电压。所以通过调节占空比，可以实现调节输出电压的目的，而且输出电压可以无级连续调节。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。文主要介绍利用单片机对PWM信号的软件实现方法。MCS一51系列典型产品8051具有两个定时器和计数器。通过控制定时器初值，从而可以实现从8051的任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与定时时间的关

34、系也不同。因此，首先必须明确定时器的定时初值与定时时间的关系。如果单片机的时钟频率为f，定时器计数器为N则定时器初值与定时时间的关系为 (2)T=(2nTw)*N/(f*106)式中， Tw定时器定时初值； N一个机器周期的时钟数。 N随着机型的不同而不同。在应用中，应根据具体的机型给出相应的值。这样，我们可以通过设定不同的定时初值从而改变占空比D，进而达到控制电机转速的目的。3.4.3采取方案 由于要实现正反转，所以以复合体管组成H型桥式电路为核心，四部分晶体管以对角组合分为两组：根据两个输入端的高低电平决定晶体管的导通和截止。4个二极管在电路中起防止晶体管产生反向电压的保护作用，防止电动机

35、两端的电流和晶体管上的电流过大的保护作用。接通Q1，Q4电机正转，接通Q2，Q3，电机反转。H桥原理图如下：图3.4.3 H桥原理图3.4.4 L298N芯片简介该芯片内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机。L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下

36、允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。该芯片引脚图如下：图3.4.4.1 L298N引脚图引脚介绍：引脚1 SENSING A、引脚15 SENSING B：此两端与地连接电流检测电阻，并向驱动芯片反馈检测到的信号；引脚2 OUT1、引脚3 OUT2：此两脚是全桥式驱动器A的两个输出端，用来连接负载。引脚4 Vs：电机驱动电源输入端。引脚5 IN1、引脚7 IN2：输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器A的开

37、关。引脚6 ENABLE A、引脚11 ENABLE B：使能控制端，输入标准TTL逻辑电平信号；低电平时全桥式驱动器禁止工作。引脚8：接地端，芯片本身的散热片与8脚相通。引脚10 IN3、引脚12 IN4：输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器B的开关。引脚13 OUT1、引脚14 OUT2：此两脚是全桥式驱动器B的两个输出端，用来连接负载。该芯片连接图如下：图3.4.4.2 L298N接线图3.5测速模块设计方案初步打算用单片机计数码盘的方法来进行测速，以光电对管为核心，主要完成对电机端转速的采样，送单片机处理，确保输出信号在运行期间变化缓慢或保持恒定。电机出轴安装32线光电码

38、盘，与光电对管组成测速模块。如下图：图3.5 测速模块的设计上图所示电路中，R1 起限流电阻的作用，当有光反射回来时，光电对管中的三极管导通，R2 的上端变为高电平，此时VT1 饱和导通，三极管集电极输出低电平。当没有光反射回来时，光电对管中的三极管不导通，VT1 截至，其集电极输出高电平。VT1 在该电路中起到滤波整形的作用。OUT输出矩形波，每转一圈输出32个高电平和32个低电平。将该信号送给单片机计数器T1引脚，与定时器T0一起测出速度，每50ms测速一次，更新一次速度，rps=(TH1*256+TL1)/32)*2。3.6电源模块设计方案3.6.1总体设计方案用220V转12V变压器进

39、行12V输入，分别接到7805和7809芯片引出5V和9V电压。原理图如下：图3.6.1 电源模块的设计3.6.2 78xx稳压芯片简介(1) 概述：电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出7805三端稳压集成电路的78 系列和负电压输出的79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO-220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的7

40、8或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。(2) 结构组成:：在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批7805三端稳压集成电路号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路

41、失效时导致其他电路的连锁烧毁。在78 * 、79 * 系列三端稳压器中最常应用的是TO-220封装。这种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如图所示。图3.6.2.2 78*芯片引脚从正面看引脚从左向右按顺序标注，接入电路时脚电压高于脚，脚为输出位。如对于78*正压系列，脚高电位，脚接地，；对与79*负压系列，脚接地，脚接负电压，输出都是脚。此外，还应注意，散热片总是和接地脚相连。这样在78*系列中，散热片和脚连接，而在79*系列中，散热片却和脚连接。(3) 应用电路：78XX系列集成稳压器的典型应用电路如下图所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805，C1、C2分

42、别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。当输出电流较大时，7805应配上散热板。3.6.2.3 7805芯片应用电路(4) 参数：表3：参数符号测试条件最小值典型值最大值单位输出电压VoTj=254.85.05.2V5.0mA1o1.0A,Po15WVi=7.5v to 20v4.755.005.25V线性调整率VoTj=25,Vi=7.5V to 25V4.0100mVTj=25,Vi=8V to 12V1.650mV负载调整率VoTj=25,lo=5.0mA to 1.5A9100mVTj=25,lo=250mA to 750mA450mV静态电流IQTj=255.08mA静态电流变化

43、率IQlo=5mA to 1.0A0.030.5mAVi=8V to 25V0.30.8mA输出电压温漂Vo/Tlo=5mA0.8mV/输出噪音电压VNf=10Hz to 100KHz,Ta=2542V纹波抑制比RRf=120Hz,Vi=8V to 18V6273dB输入输出电压差Volo=1.0A,Tj=252V输出阻抗Rof=1KHz15m短路电流1SCVi=35V,Ta=25230mA峰值电流1PKTj=252.2A(4) 输入电压：78*系列的稳压集成块的极限输入电压是36V，最低输入电压比输出电压高3-4V。还要考虑输出与输入间压差带来的功率损耗，所以一般输入为9-15V之间。7V的

44、电压要想输出5V，则需要使用低压差的稳压集成块，如附图所示的型号。也可以使用3只普通的整流二极管降压，也能得到5V的较为稳定的电压，二极管的允许电流大于你需要的电流即可。第4章 软件设计方案4.1 系统软件编译开发环境8051系类单片机共拥有111条系统指令，可实现51种基本操作。然而汇编语言指令却有程序的可读性低，程序开发人员的开发时间长与开发难度大，程序移植性差等缺点。C语言是一种编译型程序设计语言。它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。用C语言来编写目标系统软件，会大大缩短开发周期，增加软件的可读性，便于改进和扩充。用C语言进行51系列单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋

45、势。KEIL C51开发工具套件可用于汇编C语言程序、汇编源程序，链接和定位目标文件和库，创建HEX文件以及调试目标程序。本设计使用KEIL C51 Vision4为开发编译环境，使用C语言编写程序，实现各模块功能设计。4.2 系统C源代码#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ENA=P10;sbit IN1=P11;sbit IN2=P12;sbit lcdrs=P13;sbit lcdwr=P14;sbit lcden=P15;sbit beep=P16;sbit Axiang=P34;uchar code table1=setting(r/s):; /13uchar code table2=speed(r/s):; /11uchar speed2;uchar a=0,b=0,tem,i=0,j=0,rps,shi,ge,tempENA; /a为按数字键次数 i为PWM用，j为i的50倍作为测速用 temp都用作临时存储char num,bi=50;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;