1、摘 要現(xiàn)如今，自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得 到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，而直流調(diào)速控制作為電氣傳動的主流在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著重要作用。長期以來，直流電機因其具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速比較靈活、方法簡單、易于大范圍內(nèi)平滑調(diào)速、控制性能好等特點，在傳動領(lǐng)域有一定地位。 單片機技術(shù)由于其價格低、耗電少、抗干擾能力強、控制功能強、運行速度快、開發(fā)應(yīng)用方便、研發(fā)周期短等優(yōu)點使單片機有控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 本文介紹了一種基于單片機控制的PWM直流電機調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以89S52單片機為核心,以小型直流電機為控制對象,實現(xiàn)單閉環(huán)比例控制。系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速顯示、轉(zhuǎn)速檢測、PWM脈寬信號產(chǎn)生算法以及直流電機驅(qū)動電路。從直流調(diào)

2、速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了單閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的模型，給出了該系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計思路、軟硬件設(shè)計、電路結(jié)構(gòu)和采用比例控制算法的控制程序流程。在芯片選擇方面，以89S52為控制核心，分別采用了DAC0832，LM339等外圍芯片，該系統(tǒng)具有較好的控制精度,可以在中小功率直流電動機上廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵字：直流電機; 調(diào)速; PWM; 單片機ABSTRACTNowadays, Automatic Control System have found widely application and development, and direct electrical machinery velocity mo

3、dulation control as the mainstream plays an important role in the modern industries. Direct motor has more flexible ways to regulate the speed , easy to smooth machinery velocity modulation control within the scope, strong performance characteristics ,been the driven position in certain.Monolithic i

4、ntegrated circuits technology for its low price, less power, control functions, high running speed, convenience, development and application development cycle advantages in a monolithic integrated circuits to control widely used.This article describes a revivification of pwm the DC electrical machin

5、ery velocity modulation control system, the system to 89S52 monolithic integrated circuits to control small a direct motor, for achieving a close link pi control.System including revs given, revolution speed display, revolution speed detection, the signals that pwm wide algorithm and a direct motor

6、driving circuit. from my system, machinery velocity modulation principle of gradual established a close link dc pwm machinery velocity modulation system model to give out details of the system design, soft, circuit design and structure and the pi control of the method to control program flow.The sys

7、tem has good control,which the chip for control of the core 89S52 were adopted,and for the external lm339 dac0832, the dc power the motors and wide application.Keywords ：Direct motor； Machinery velocity modulation; Monolithic Integrated CircuitsII目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒 論11.1 單片機控制調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀11.2 本設(shè)計課題來源1

8、1.3 本設(shè)計的主要內(nèi)容22 直流電機調(diào)速系統(tǒng)整體設(shè)計33 系統(tǒng)硬件設(shè)計43.1 輸入模塊設(shè)計43.1.1 鍵盤的工作原理43.1.2 鍵盤電路設(shè)計43.2 顯示模塊設(shè)計53.2.1 數(shù)碼管工作原理63.2.2 顯示模塊電路圖設(shè)計63.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計83.3.1數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計83.3.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832芯片介紹93.4 反饋部分123.4.1 霍爾效應(yīng)123.4.2 霍爾傳感器的分類133.4.3 霍爾傳感器的特性134 系統(tǒng)軟件設(shè)計154.1 系統(tǒng)程序總體設(shè)計流程圖154.2 輸入模塊軟件設(shè)計174.2.1 鍵盤的鍵號識別方法174.2.2 鍵盤掃描程序設(shè)計174.2.3 鍵

9、盤的消抖194.3 顯示模塊程序設(shè)計224.3.1 數(shù)碼管的顯示方式224.3.2 顯示程序設(shè)計224.4 PWM設(shè)計244.4.1 PWM程序流程圖254.4.2 PWM程序設(shè)計255 系統(tǒng)調(diào)試296 總結(jié)與展望31致 謝32參考文獻(xiàn)33附錄1 系統(tǒng)電路圖34附錄2 系統(tǒng)總程序351 緒 論1.1 單片機控制調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀單片微型計算機的誕生是計算機發(fā)展史上的一個新的里程碑。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，以及市場對產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高，直流電動機的應(yīng)用更加廣泛，尤其是在智能機器人中的應(yīng)用。直流電動機的起動和調(diào)速性能、過載能力強等特點顯得十分重要，為了能夠適應(yīng)發(fā)展的要求，單閉環(huán)直流電

10、動機的調(diào)速控制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心單片機，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、大存儲容量和強I/O功能等方向發(fā)展。隨著計算機檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機已越來越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的控制、自動化、智能化等方面，特別是在直流電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)中。這是因為單片機具有體積小，功能全，抗干擾能力強，可靠性高，結(jié)構(gòu)合理，指令豐富，控制功能強，造價低等很多優(yōu)點。所以選用單片機作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個系統(tǒng)的可靠性和可行性。 本系統(tǒng)設(shè)計以8位單片機AT89S52為主機，來完成對直流電動機的反饋控制系統(tǒng)。1.2 本設(shè)計課題來源直流電動機在冶金、礦山、化工、交

11、通、機械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。而以往直流電動機的控制只是簡單的控制，很難進(jìn)行調(diào)速，不能實現(xiàn)智能化。如今，直流電動機的調(diào)速控制已經(jīng)離不開單片機的支持，單片機應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了自動控制技術(shù)的發(fā)展，使人類社會步入了自動化時代，單片機應(yīng)用技術(shù)與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉融合，促進(jìn)了學(xué)科發(fā)展和專業(yè)更新，引發(fā)了新興交叉學(xué)科與技術(shù)的不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，改變了世界，也改變了人類的生活。由于單片機的體積小、重量輕、功能強、抗干擾能力強、控制靈活、應(yīng)用方便、價格低廉等特點，計算機性能的不斷提高，單片機的應(yīng)用也更加廣泛特別是在各種領(lǐng)域的控制、自動化等方面。所以在本系統(tǒng)設(shè)計中我采用了由單片

12、機控制單閉環(huán)直流電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)。1.3 本設(shè)計的主要內(nèi)容直流電動機的運行要求具有穩(wěn)定性，而直流電動機在轉(zhuǎn)動的時候受到電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載力矩等因素的影響，轉(zhuǎn)速十分不穩(wěn)定，這就要求通過反饋的方式控制直流電動機的轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。本設(shè)計正是基于這種考慮，實現(xiàn)直流電動機的自動調(diào)速功能，當(dāng)設(shè)定值改變時，本系統(tǒng)同樣會自動調(diào)整，使速度穩(wěn)定在設(shè)定值上。2 直流電機調(diào)速系統(tǒng)整體設(shè)計直流電機調(diào)速系統(tǒng)主要由單片機及其周圍的相關(guān)電路，輸入矩陣鍵盤部分，LED顯示模塊，調(diào)速系統(tǒng)等部分組成，如圖2-1所示。 圖2-1 直流電機調(diào)速系統(tǒng)框圖在本次設(shè)計中，單片機占據(jù)重要的地位，一方面它要根據(jù)輸入部分的要求，數(shù)據(jù)送到顯示

13、部分，使使用者能夠直觀的看到數(shù)據(jù)的輸入，另一方面，它要將數(shù)據(jù)根據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，分別送到LED顯示部分和調(diào)速系統(tǒng)。鍵盤是本系統(tǒng)中人機交互界面不可缺少的外圍設(shè)備，可以通過鍵盤進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入、命令控制等操作，是一個十分重要的輸入工具，為單片機提供數(shù)據(jù)來源。顯示模塊采用八段碼數(shù)碼管作為顯示輸出的主體，同時加上周圍的附加電路。顯示模塊作為系統(tǒng)的眼睛，可以幫助我們確認(rèn)輸入的數(shù)據(jù)是否符合要求，同時，又能顯示直流電機的轉(zhuǎn)速，可以直觀的與設(shè)定速度進(jìn)行相比較。本設(shè)計中，采用兩位設(shè)定初速，另兩位作為反饋的實際轉(zhuǎn)速，這樣能有直觀的比較，是自己對設(shè)計的改進(jìn)。調(diào)速系統(tǒng)包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832，直流電機，霍爾開關(guān)傳感器

14、。其中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832能夠?qū)纹瑱C傳輸過來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成相對應(yīng)的直流電機電壓，驅(qū)動電機進(jìn)行工作?；魻栭_關(guān)傳感器作為反饋部分，為單片機提供當(dāng)前電機的轉(zhuǎn)速，為單片機進(jìn)行調(diào)速提供數(shù)據(jù)。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 輸入模塊設(shè)計作為輸入部分的鍵盤是嵌入式系統(tǒng)中人機交互界面不可缺少的外圍設(shè)備，使用者可以通過鍵盤進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入、命令控制、程序生成等操作，是人機會話中一個十分重要的輸入工具。針對直接式鍵盤占用的I/O口過多，在按鍵數(shù)目比較多的時候，需要單片機具有較多的I/O端口資源才能夠滿足要求，可以采用矩陣式鍵盤接口電路。在矩陣式鍵盤接口電路中，按鍵開關(guān)被組合成了行和列的矩陣，單片機的I/O口一部分作為行

15、線，一部分作為列線，按鍵布置在行線和列線的交叉點上，矩陣式鍵盤中的按鍵數(shù)量可以達(dá)到行線線數(shù)與列線線數(shù)的乘積。例如一個8位的I/O端口最多可以布置的按鍵數(shù)為4×4=16個，矩陣式鍵盤接口的最大優(yōu)點就是可以用最少的I/O端口資源，實現(xiàn)最多的按鍵輸入。與直接式鍵盤接口相比，要節(jié)省很多單片機的I/O端口，適合應(yīng)用于按鍵數(shù)目較多的場合。3.1.1 鍵盤的工作原理矩陣鍵盤的列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的 I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入

16、輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。3.1.2 鍵盤電路設(shè)計本設(shè)計需要進(jìn)行直流電機轉(zhuǎn)速的輸入，用到數(shù)字0-9、取消和確認(rèn)等，共計12個鍵，如果采用直接式鍵盤輸入需要12個I/O口，矩陣鍵盤需要34=12個，只需用7個I/O即可，結(jié)合G2200-MCS51實驗箱的現(xiàn)有資源，本設(shè)計選擇了矩陣鍵盤，與直接式相比，節(jié)省了4個I/O口，占用一個I/O輸出口。電路原理圖如下，圖3-2 矩陣鍵盤3.2 顯示模塊設(shè)計G2200-MCS51實驗箱上有LED數(shù)碼顯示模塊、液晶顯示模塊，而本設(shè)計的輸入只有數(shù)字輸入，因此選擇了四位LED數(shù)碼管作為設(shè)計的顯示模塊，由于電機的轉(zhuǎn)數(shù)每秒只有幾十轉(zhuǎn)，因此四位滿足本次設(shè)計的要求

17、，兩位用作輸入初速，另兩位作電機實際速度顯示，四位成為一個整體，同時讓我們有直觀的比較，可以直接看出系統(tǒng)的性能是否滿足要求。3.2.1 數(shù)碼管工作原理 圖3-4 數(shù)碼管管腳圖 共陽極接法 共陰極接法數(shù)碼管有共陰極接法和共陽極接法，要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符，必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。如本設(shè)計使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對應(yīng)字段暗；如要顯示“0”，則共陽極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：11000000B（即0C0H）。3.2.2 顯示模塊電路圖設(shè)計本設(shè)計中，采用4個數(shù)碼管，模塊中有選擇4個8550型PNP管作為數(shù)碼管的選通控制端，給三極管的基極一個低電平控制信號，

18、三極管導(dǎo)通，數(shù)碼管開始工作，同時通過數(shù)據(jù)端口給數(shù)碼管輸入一個段碼，數(shù)碼管就會顯示相應(yīng)的數(shù)字。三極管基極的電阻作限流用，防止損壞單片機。本設(shè)計中應(yīng)用動態(tài)顯示方式，采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，雖然其亮度不如靜態(tài)顯示方式，在顯示四位數(shù)碼顯示能夠滿足設(shè)計的要求。3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832及其周圍的電路。如下圖，其中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832將接收到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電壓。其中，兩個電阻為提供電壓，大約在-5V，作為DAC0832的基準(zhǔn)電壓，因此DAC0832的輸出電壓范圍在0-5V，滿足小電機的電壓要求。由于DAC0832電流輸

19、出腳1輸出電流較小，因此需要LM324進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，該四放大器可以工作在低到3伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。3DG12是高頻功放管，PWM信號頻率高，作為電機的高頻功率放大。3.3.1數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計圖3-6 轉(zhuǎn)換部分電路圖3.3.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832芯片介紹數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DAC芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制

20、容易等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)如圖所示：圖3-7 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖DAC0832的工作過程： CPU執(zhí)行輸出指令，輸出8位數(shù)據(jù)給DAC0832。 在CPU執(zhí)行輸出指令的同時，使、三個控制信號端都有效，8位數(shù)據(jù)鎖在在輸入寄存器中。 當(dāng)和兩個控制信號端都有效時，8位數(shù)據(jù)兩次被鎖在到8位DAC寄存器，這時8位D/A轉(zhuǎn)換器開始工作，8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的模擬從和差動輸出。 (1) DAC0832工作方式通過對控制引腳的不同設(shè)置，可將數(shù)據(jù)輸入鎖存器及D/A轉(zhuǎn)換器接成雙緩沖工作方式、單緩沖

21、工作方式和直通方式工作。 (2) DAC0832的輸出方式D/A轉(zhuǎn)換器的輸出有電流和電壓兩種方式。其中電壓輸出又有單極性和雙極性電壓輸出之別。這里所說的電流輸出方式不是指D/A轉(zhuǎn)換器芯片的電流輸出型（因為這種形式的輸出不能直接帶動負(fù)載），而是指接上負(fù)載后D/A的輸出方式。常用的D/A轉(zhuǎn)換芯片大多屬于電流型DAC。然而在實際應(yīng)用中，多數(shù)情況需要電壓輸出，這就需要把輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出，采取的措施是外加運算放大器。 單極性電壓輸出DAC0832是電流輸出型的，有電流輸出和電流輸出，+=常數(shù)。當(dāng)DAC寄存器數(shù)據(jù)全為“1”時，輸出電流最大，當(dāng)DAC寄存器全為“0”時，輸出電流為0。實際應(yīng)用中，多數(shù)情況需

22、要電壓輸出，因此需要在DAC0832的輸出端接一運算放大器，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。圖3-8 單極性電壓輸出圖3-8為DAC0832為單極性電壓輸出電路。由于DAC0832的和引腳之間已經(jīng)有一個15的內(nèi)部反饋電阻，通常只需將運算放大器的輸出端和引腳短接即可。由于接運算放大器反向輸入端，其輸出電壓極性總是和基準(zhǔn)電壓相反。通過改變的極性可以改變的極性，得到正電壓輸出或負(fù)電壓輸出。也可再通過一級運放實現(xiàn)輸出電壓反向。輸入寄存器工作于直通狀態(tài)DAC寄存器工作于受控狀態(tài)當(dāng)數(shù)字量為0FFH=255時， ,其中由兩個電阻分壓提供。為內(nèi)部反饋電阻，阻值為15K。當(dāng)數(shù)字量為0CDH=205時， 雙極性電壓輸出

23、在隨動系統(tǒng)中，如電機控制系統(tǒng)，偏差產(chǎn)生的控制量不僅與其大小有關(guān)，而且與其極性有關(guān)。在這種情況下，要求D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓為雙極性。如圖3-9，只需要在單極性電壓輸出的基礎(chǔ)上再加一級電壓放大器，配以相關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)，就可以構(gòu)成雙極性電壓輸出。圖3-9 雙極性電壓輸出3.4 反饋部分本設(shè)計中需要用到反饋環(huán)節(jié)，常用的反饋元器件有光電編碼器，紅外線元件，霍爾元件，由于光電編碼器價格比較貴，應(yīng)用的范圍受到限制?；魻栐r格相對來說容易接受。同時它具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。所以，此次設(shè)計中采用霍爾

24、開關(guān)傳感器作為反饋元件。3.4.1 霍爾效應(yīng)霍爾元件是基于霍爾效應(yīng)制成的。如圖3-10所示，在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I，并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產(chǎn)生電勢差為UH的霍爾電壓， 圖3-10 霍爾效應(yīng)圖它們之間的關(guān)系為(3.4.1)式中d為薄片的厚度，k稱為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)。上述效應(yīng)稱為霍爾效應(yīng)，它是德國物理學(xué)家霍爾于1879年研究載流導(dǎo)體在磁場中受力的性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)的。3.4.2 霍爾傳感器的分類 霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。(1) 線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬

25、量。(2) 開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。3.4.3 霍爾傳感器的特性(1) 線性型霍爾傳感器的特性 圖3-11 線性型霍爾傳感器的特性輸出電壓與外加磁場強度呈線性關(guān)系，如圖3-11所示，可見，在B1B2的磁感應(yīng)強度范圍內(nèi)有較好的線性度，磁感應(yīng)強度超出此范圍時則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。（2) 開關(guān)型霍爾傳感器的特性如圖3-12所示，其中為工作點“開”的磁感應(yīng)強度，為釋放點“關(guān)”的磁感應(yīng)強度。當(dāng)外加的磁感應(yīng)強度超過動作點時，傳感器輸出低電平，當(dāng)磁感應(yīng)強度降到動作點以下時，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點時，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖?。與之間的

26、滯后使開關(guān)動作更為可靠。圖3-12 開關(guān)型霍爾傳感器的特性開關(guān)型霍爾傳感器主要用于測轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、流速、接近開關(guān)、關(guān)門告知器、報警器、自動控制電路等。如圖3-13所示，在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個脈沖，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)（計數(shù)器），若接入頻率計，便可測出轉(zhuǎn)速。 圖3-13 開關(guān)型霍爾傳感器本設(shè)計中就利用上述原理，在直流電機的圓盤上，粘一塊磁鋼，霍爾傳感器每發(fā)一個脈沖，單片機便計數(shù)一次，在一定的時間內(nèi)，就可以得出電機的轉(zhuǎn)速。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計本次設(shè)計中的程序設(shè)計思想，通過鍵盤設(shè)置初始轉(zhuǎn)速，初始轉(zhuǎn)速通過算法可以得到直流電機所需要的

27、電壓數(shù)值，再通過轉(zhuǎn)換送到數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的數(shù)據(jù)接收端，通過DAC0832輸出電機所需要的電壓。電機工作開始后，霍爾開關(guān)傳感器也開始工作，電機轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器就發(fā)出一個脈沖，通過兩個脈沖之間的間隔就可以得到電機的實時轉(zhuǎn)速，實時轉(zhuǎn)速與初始值作比較，會得到差值，將差值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓，然后與初始值作代數(shù)和，成為直流電機的再輸入電壓，如此反復(fù)，直到電機的轉(zhuǎn)速達(dá)到初始值。4.1 系統(tǒng)程序總體設(shè)計流程圖系統(tǒng)程序總體設(shè)計流程圖見圖4-1。系統(tǒng)有上電的開始，需要進(jìn)行初始化，設(shè)置電機的初速度，由于小電機的開啟電壓為1V左右，電機開始工作的轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/秒，因此本設(shè)計設(shè)定電機的開始PWM為10%，

28、讓電機有一定有初速，然后再與設(shè)計的速度進(jìn)行比較。將PWM占空比進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出相應(yīng)的電壓，使電機通電與斷電。通過霍爾傳感器的反饋，單片機將電機的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行計數(shù)，并且與初始設(shè)定值進(jìn)行比較，如果實際速度小于設(shè)定值，則PWM占空比偏小，占空比應(yīng)增加。但是，增加的太少會使系統(tǒng)的反應(yīng)太慢，增加的太多會使系統(tǒng)反應(yīng)太快，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此本次設(shè)計設(shè)置了三個比例數(shù)據(jù)，當(dāng)相差十幾圈時就要增加(減小)PWM占空比%10;相差5到10圈時，PWM占空比增加（減?。?%，當(dāng)小于5圈時，PWM占空比增加（減小）1%。因此系統(tǒng)能根據(jù)差距的大小，使系統(tǒng)響應(yīng)的快慢不一。從而使系統(tǒng)的快速性有了極大的提高。圖4-1 主程序流程圖

29、4.2 輸入模塊軟件設(shè)計4.2.1 鍵盤的鍵號識別方法行掃描法又稱為逐行(或列)掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法。（1）判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。（2）鍵號的識別的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列判斷閉合鍵所在的位置在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉

30、合的按鍵。4.2.2 鍵盤掃描程序設(shè)計本設(shè)計采用了行掃描法，程序設(shè)計流程圖如圖4-2。(1) 鍵盤掃描程序KEY: LCALL KS ；調(diào)用按鍵檢測子程序 JNZ K1 ；有鍵按下繼續(xù) LCALL DELAY2 ；延時去抖 AJMP KEY ；返回繼續(xù)檢測按鍵K1: LCALL DELAY2 LCALL DELAY2 ；延時去抖 LCALL KS ；再調(diào)用檢測按鍵程序 JNZ K2 ；確認(rèn)有按，下一步 AJMP KEY ；無按返回，繼續(xù)檢測圖4-2 鍵盤掃描程序流程圖 (2) 判別鍵號程序K1: LCALL DELAY2 LCALL DELAY2 ；延時去抖 LCALL KS ；再調(diào)用檢測按鍵

31、程序 JNZ K2 ；確認(rèn)有按，下一步 AJMP KEY ；無按返回，繼續(xù)檢測K2: MOV R2, #0EFH ；將掃描值送往R2暫存 MOV R4, #00H ；將第一列值送R4暫存K3: MOV P1, R2 ；將R2送P1口L6: JB P1.0,L1 ；P1.0等于1跳到L1 MOV A, #00H ；將第一行值送ACC AJMP LK ；跳到鍵值處理程序L1: JB P1.1, L2 ；P1.1等于1跳到L2 MOV A, #04H ；將第二行值送ACC AJMP LK L2: JB P1.2, L3 MOV A, #08H ；第三行值送A AJMP LKL3: JB P1.3,

32、NEXT MOV A, #0CHLK: ADD A, R4 ；行值與列值相加 PUSH ACC ；暫存K4: LCALL DELAY2 ；延時去抖 LCALL KS ；按鍵檢測 JNZ K4 ；按鍵沒有松開繼續(xù)，返回 POP ACC RETNEXT: INC R4 ；將列值加1 MOV A, R2 ；將R2值送A JNB ACC.7, KEY ；掃描完，進(jìn)行下一掃描 RL A ；未完，將A中值左移一位 MOV R2, A AJMP K3KS: MOV P1, #0FH ；將P1口高四位置0，低四位置1 MOV A, P1 ；讀P1口 XRL A, #0FH ；A中值與0F異或 RET4.2.3

33、 鍵盤的消抖本設(shè)計中采用了矩陣式鍵盤，可以向單片機系統(tǒng)輸入不同的數(shù)字量。由于基本鍵盤都是按鍵開關(guān)的組合，目前常用的大部分按鍵都是機械式按鍵，利用了機械觸點的通斷作用，通過機械觸點的閉合與斷開，實現(xiàn)了電壓信號高低的輸入。由于機械式開關(guān)在閉合與斷開的瞬間均有抖動過程，因此通過機械式開關(guān)輸入的電壓信號也會出現(xiàn)相應(yīng)的抖動，這種抖動的時間一般為525ms，不同的開關(guān)由于不同的機械特征具備不同的抖動時間常數(shù)，在鍵盤設(shè)計中必須要考慮鍵盤抖動的問題，通過硬件或軟件的措施來進(jìn)行鍵盤輸入消抖，保證輸入的可靠性。按鍵開關(guān)在閉合與斷開時，由于按鍵的機械特性，其機械觸點不能夠立刻完全的閉合或斷開，因此會產(chǎn)生一系列的電平

34、抖動信號，如圖4-3所示。如果沒有對按鍵進(jìn)行消抖處理，很可能將一次按鍵操作識別成多次按鍵操作，造成系統(tǒng)的不確定性與不可靠性，因此必須要對按鍵開關(guān)輸入進(jìn)行消抖處理。按鍵的輸入的抖動是由按鍵開關(guān)的機械特性造成的，當(dāng)按鍵被按下時，其受力可以用如下的公式進(jìn)行表示：(4.2.1)在這個公式里，m為按鍵開關(guān)的質(zhì)量，為按鍵開關(guān)的摩擦系數(shù)，K為彈性系數(shù)，通過摩擦系數(shù)和彈性系數(shù)可以計算出按鍵開關(guān)的阻尼系數(shù)。圖4-3 電平抖動信號本次設(shè)計中鍵盤消抖方法采用軟件消抖。 (1) 消抖程序流程圖圖4-4 軟件延時消抖流程圖軟件消抖的方法就是延時消抖，當(dāng)檢測到有鍵按下時，延時一段時間再讀按鍵值，如果讀到的鍵值與第一次讀到

35、的相同，則認(rèn)為該按鍵已經(jīng)被按下，并進(jìn)入了按鍵的穩(wěn)定期，該鍵值有效。一般延遲的時間即為按鍵的抖動時間常數(shù)，不同的按鍵開關(guān)具有不同的抖動時間常數(shù)，可以通過試驗來確定合適的延時時間。(2) 消抖程序設(shè)計WAITRELEASE: K1： LCALL DELAY2 LCALL DELAY2 ；延時去抖LCALL KS ；再調(diào)用檢測按鍵程序JNZ K2 ；確認(rèn)有按，下一步AJMP KEY4.3 顯示模塊程序設(shè)計4.3.1 數(shù)碼管的顯示方式 (1) 靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每

36、個數(shù)碼管的8個字段分別與一個8位I/O口地址相連，I/O口只要有段碼輸出，相應(yīng)字符即顯示出來，并保持不變，直到I/O口輸出新的段碼。采用靜態(tài)顯示方式，較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用CPU時間少，編程簡單，顯示便于監(jiān)測和控制，但其占用的口線多，硬件電路復(fù)雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)較少的場合。 (2) 動態(tài)顯示動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的位選線(公共陰極或陽極)由另外的I/O口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時刻只選

37、通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時顯示的感覺。4.3.2 顯示程序設(shè)計(1) 顯示程序設(shè)計流程圖圖4-5 顯示程序設(shè)計流程圖(2) 程序設(shè)計DIR: PUSH ACC PUSH PSW ；保護(hù)現(xiàn)場 SETB P3.0 SETB P3.1 SETB P3.4 SETB P3.5 ；關(guān)數(shù)碼管 MOV A , R2 MOV P1, A CLR P3.0 LCALL DELAY40MS ；顯示第一位 MOV

38、A , R3 MOV P1, A SETB P3.0 CLR P3.1 LCALL DELAY40MS ；顯示第二位 MOV A, R4 MOV P1, A SETB P3.1 CLR P3.4 LCALL DELAY40MS ；顯示第三位 MOV A, R5 MOV P1, A SETB P3.4 CLR P3.5 LCALL DELAY40MS ；顯示第四位 SETB P3.5 ；關(guān)所有 POP PSW POP ACC RET4.4 PWM設(shè)計PWM（Pulse Width Modulation）就是脈沖寬度調(diào)制的英文縮寫，方波高電平時間跟周期的比例叫占空比，例如1秒高電平1秒低電平的PW

39、M波占空比是50%。脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有，要么完全無。電壓是以一種通或斷的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上，斷的時候即是供電被斷開。PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。對噪聲抵抗能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而

40、且這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。4.4.1 PWM程序流程圖4.4.2 PWM程序設(shè)計 CJNE A, R0,PWMBJ ；不等則轉(zhuǎn) SJMP PTFC ；相等則返回PWMBJ: JC BIJIAO3 ； 初速小 SJMP BIJIAO5BIJIAO3: CLR C ADD A, #0AH CJNE A,#0,BIJIAO4 ；與10比較，不等轉(zhuǎn) SJMP PWMG10 ；相等則占空比+10%BIJIAO4: JZ PWMG5 SJMP PWMG1BIJIAO

41、5: CLR C SUBB A, #OAH CJNE A, #0, BIJIAO6 SJMP PWMD10BIJIAO6: JZ PWMD5 SJMP PWMD1PWMG10： PUSH PSW ；保護(hù)現(xiàn)場 SETB PSW.4 ；啟用寄存器組2 MOV R2 , #100 ；循環(huán)，延時一秒 MOV R3 , #6 MOV A , R0 ；初值給A，低電平長度 ADD A, #0AH MOV R0, A MOV A, R1 SUBB A, #0AH MOV R1, A LJMP PWMGPWMG5: PUSH PSW ；高電平占空比+5% SETB PSW.4 MOV R2 , #100 MO

42、V R3 , #6 MOV A , R0 ADD A,#05H MOV R0,A MOV A, R1 SUBB A, #05H MOV R1, A LJMP PWMGPWMG1: PUSH PSW ；高電平占空比+1% SETB PSW.4 MOV R2 , #100 MOV R3 , #6 MOV A , R0 INC A MOV R0,A MOV A, R1 DEC A MOV R1, A SJMP PWMGPWMG: MOV A , #00H ；低電平 MOV P0, A DD: LCALL DELAY1MS ；調(diào)用1毫秒延時 DJNZ R0, DD ；低電平的長度 MOV A , #0

43、FFH ；高電平 MOV P0 , A GG: LCALL DELAY1MS DJNZ R1 , GG ；高電平長度 DJNZ R2 , DD ；共100次 CLR PSW.4 POP PSW ；恢復(fù)現(xiàn)場 RET PWMD10： PUSH PSW ；PWM占空比減少%10 SETB PSW.4 MOV R2 , #100 ；循環(huán)，延時一秒 MOV R3 , #6 MOV A , R0 SUBB A, #0AH MOV R0 , A MOV A , R1 ADD A, #0AH MOV R1 , A LJMP PWMDPWMD5： PUSH PSW ；PWM占空比減少%5 SETB PSW.4

44、MOV R2 , #100 ；循環(huán)，延時一秒 MOV R3 , #6 MOV A , R0 SUBB A, #05H MOV R0 , A MOV A , R1 ADD A, O5H MOV R1 , A LJMP PWMDPWMD1： PUSH PSW ；PWM占空比減少%1 SETB PSW.4 MOV R2 , #100 ；循環(huán)，延時一秒 MOV R3 , #6 MOV A , R0 DEC A MOV R0 , A MOV A , R1 INC A MOV R1 , A LJMP PWMDPWMD: MOV A , #00H MOV P0, ADD1: LCALL DELAY1MS D

45、JNZ R0 , DD1 MOV A , #0FFH MOV P0 ,A GG1: LCALL DELAY1MS DJNZ R1 , GG1 DJNZ R2 , DD1 ；共100次 CLR PSW.4 POP PSW ；恢復(fù)現(xiàn)場 RET 5 系統(tǒng)調(diào)試5-1 DAC0832及其周圍電路的調(diào)試實驗 該實驗主要內(nèi)容是從DAC0832的數(shù)據(jù)輸入端輸入數(shù)據(jù)，從DAC0832的輸出端輸出，在LED上顯示相應(yīng)的電壓。5-2 本設(shè)計實驗本設(shè)計中設(shè)定電機的最小轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/秒，最大轉(zhuǎn)速為65轉(zhuǎn)/秒，上圖為設(shè)計轉(zhuǎn)速為23轉(zhuǎn)/秒。圖5-3 設(shè)計轉(zhuǎn)速為35轉(zhuǎn)/秒實驗圖圖5-4設(shè)計轉(zhuǎn)速為35轉(zhuǎn)/秒實驗圖由于該設(shè)計是通過PWM進(jìn)行調(diào)速，中間有比較過程，因此電機的轉(zhuǎn)速不是固定不變的，有一個動態(tài)的圍繞設(shè)計轉(zhuǎn)速變化的過程，圖5-3，圖5-4就是設(shè)計轉(zhuǎn)速為35轉(zhuǎn)/秒時候動態(tài)的過程。6 總結(jié)與展望 這次畢業(yè)設(shè)計使我從中學(xué)到很多的東西，以往不注意的細(xì)節(jié)，在這一次中是必須讓自己去注意的。我深深的知道,每一次的學(xué)習(xí)實踐環(huán)節(jié)都是那么的來之不易,都是通過老師的深思熟慮后,才給我們定下目標(biāo).然后讓我們在知識的海洋里翱翔,讓我們不斷的擴(kuò)充自己的知識領(lǐng)域。通過畢業(yè)設(shè)計我對電機調(diào)速系統(tǒng)有了進(jìn)一步的了解，并對其中的一些簡單應(yīng)用有了系統(tǒng)的認(rèn)識。