1、目錄11引言22設(shè)計任務(wù)及要求22.1設(shè)計目的22.2設(shè)計要求23本課程設(shè)計的意義34應(yīng)用軟件介紹34.1Proteus仿軟真件的介紹34.2Keil軟件35電路使用元件的介紹45.1關(guān)于AT89C51單片機(jī)的簡介45.2關(guān)于DS18B20溫度傳感器的簡介45.3關(guān)于L298電機(jī)驅(qū)動芯片的簡介45.4關(guān)于LM016液晶模塊的簡介56部分硬件的工作原理56.1直流電動機(jī)的工作原理56.2轉(zhuǎn)速的測量原理66.3直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的工作原理67直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)軟件設(shè)計77.1編程思路77.2系統(tǒng)流程圖78仿真程序（C語言）109結(jié)束語1611引言在電氣時代的今天，電動機(jī)一直在現(xiàn)代化的生

2、產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。據(jù)資料統(tǒng)計，現(xiàn)在有的90%以上的動力源自于電動機(jī)，電動機(jī)與人們的生活息息相關(guān)，密不可分。隨著現(xiàn)代化步伐的邁進(jìn)，人們對自動化的需求越來越高，使電動機(jī)控制向更復(fù)雜的控制發(fā)展。近年來由于微型機(jī)的快速發(fā)展，國外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達(dá)到實用階段由于以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響，且單片機(jī)具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性好和價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已逐漸成為工廠自動化和各控制領(lǐng)域的支柱之一。其控制軟件能夠進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算，可以實現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律。所以微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)在各個方而的

3、性能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于模擬控制系統(tǒng)且應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)在市場上通用的電機(jī)控制器大多采用單片機(jī)和DSP。但是以前單片機(jī)的處理能力有限，對采用復(fù)雜的反饋控制的系統(tǒng)，由于需要處理的數(shù)據(jù)量大，實時性和精度要求高，往往不能滿足設(shè)計要求。近年來出現(xiàn)了各種單片機(jī)，其性能得到了很大提高，價格卻比DSP低很多。其相關(guān)的軟件和開發(fā)工具越來越多，功能也越來越強(qiáng)，但價格卻在不斷降低?，F(xiàn)在，越來越多的廠家開始采用單片機(jī)來提高產(chǎn)品性價比。2設(shè)計任務(wù)及要求2.1設(shè)計目的設(shè)計一個基于溫度的電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路，在相應(yīng)的軟件控制下可以完成要求的功能，即外部溫度大于45C時，直流電動機(jī)在L298驅(qū)動下加速正轉(zhuǎn)，溫度大于75C全速正轉(zhuǎn)，當(dāng)外

4、部溫度小于10C時電動機(jī)加速反轉(zhuǎn)，溫度小于0C時電動機(jī)全速反轉(zhuǎn)。溫度回到10C-45C時電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。在液晶顯示屏1602LCD上顯示當(dāng)前的溫度值。2.2設(shè)計要求一、設(shè)計一個基于溫度的電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路，在相應(yīng)的軟件控制下可以完成要求的功能，即外部溫度大于45C時，直流電動機(jī)在L298驅(qū)動下加速正轉(zhuǎn)，溫度大于75C全速正轉(zhuǎn)，當(dāng)外部溫度小于10C時電動機(jī)加速反轉(zhuǎn)，溫度小于0C時電動機(jī)全速反轉(zhuǎn)。溫度回到10C-45C時電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。在液晶顯示屏1602LCD上顯示當(dāng)前的溫度值。二、畫出基于溫度的電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路的電路圖；三、所設(shè)計的電路需要在仿真軟件Protuesv7.5上能夠運(yùn)行，課程設(shè)計

5、報告的最后必須附有在仿真軟件Protuesv7.5下設(shè)計的電路圖和控制程序清單。3本課程設(shè)計的意義直流電動機(jī)作為一種高效率速度控制電動機(jī)引人注目、但市場的知名度還小高。許多用戶在設(shè)備用電動機(jī)的選擇上經(jīng)常出現(xiàn)不合理的現(xiàn)象。比如為了實現(xiàn)設(shè)備的功能、當(dāng)變頻器控制的異步電動機(jī)滿足不了要求時就盲目的選用昂貴的伺服電動機(jī)、其中有些情況完全可以用價格較低的直流電動機(jī)來實現(xiàn)。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率，可以實現(xiàn)復(fù)雜的控制，控制靈活性和適應(yīng)性好，無零點(diǎn)漂移，控制精密高，可提供人機(jī)界面，多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作。采用智能功率電路驅(qū)動比傳統(tǒng)的分立功率器件組成的驅(qū)動體積小，功能

6、強(qiáng)；減少了電路元器件數(shù)量，提高了系統(tǒng)的可靠性；控制電路哈爾功率電路集成在一起，使監(jiān)控更容易實現(xiàn)；集成化使電路的連線減少，減少了布線電容和電感以及信號傳輸?shù)难訒r，增加了系統(tǒng)抗干擾的能力；集成化使系統(tǒng)成本大大降低。4應(yīng)用軟件介紹4.1Proteus仿軟真件的介紹Proteus是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。該軟件的特點(diǎn)：（1）全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。（2）具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS一232

7、動態(tài)仿真、1C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。支持大量的存儲器和外圍芯片?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大，可仿真51、AVR、PIC。4.2Keil軟件KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編

8、語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。5電路使用元件的介紹5.1關(guān)于AT89C51單片機(jī)的簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可

9、擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖1AT89C51管腳圖5.2關(guān)于DS18B20溫度傳感器的簡介DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等

10、等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機(jī)房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。5.3關(guān)于L298電機(jī)驅(qū)動芯片的簡介L298是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是:工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號控制；具有兩個

11、使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。5.4關(guān)于LM016液晶模塊的簡介LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機(jī)MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標(biāo)志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令

12、碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點(diǎn)陣字符160中和5*10點(diǎn)陣字符32種.CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)，可以自定義8個5*7點(diǎn)陣字符或者4個5*10點(diǎn)陣字符，AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR,則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或CGRAM。6部分硬件的工作原理6.1直流電動機(jī)的工作

13、原理直流電動機(jī)的工作原理一般了解1、直流電動機(jī)的構(gòu)造分為兩部分：定子與轉(zhuǎn)子。記住定子與轉(zhuǎn)子都是由那幾部分構(gòu)成的，注意：不要把換向極與換向器弄混淆了，記住他們兩個的作用。定子包括：主磁極，機(jī)座，換向極，電刷裝置等。轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風(fēng)扇等。直流電動機(jī)的勵磁方式直流電動機(jī)的性能與它的勵磁方式密切相關(guān)，通常直流電動機(jī)的勵磁方式有4種：直流他勵電動機(jī)、直流并勵電動機(jī)、直流串勵電動機(jī)和直流復(fù)勵電動機(jī)。掌握4種方式各自的特點(diǎn)：直流他勵電動機(jī):勵磁繞組與電樞沒有電的聯(lián)系，勵磁電路是由另外直流電源供給的。因此勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。直流并勵電動機(jī):并勵繞組兩端電壓就是電

14、樞兩端電壓，但是勵磁繞組用細(xì)導(dǎo)線繞成，其匝數(shù)很多，因此具有較大的電阻，使得通過他的勵磁電流較小。直流串勵電動機(jī)：勵磁繞組是和電樞串聯(lián)的，所以這種電動機(jī)內(nèi)磁場隨著電樞電流的改變有顯著的變化。為了使勵磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好，所以直流串勵電動機(jī)通常用較粗的導(dǎo)線繞成，他的匝數(shù)較少。直流復(fù)勵電動機(jī)：電動機(jī)的磁通由兩個繞組內(nèi)的勵磁電流產(chǎn)生。6.2轉(zhuǎn)速的測量原理轉(zhuǎn)速是電機(jī)的一個最常用參數(shù)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速常以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)來表示，其單位為rmin。轉(zhuǎn)速的測量方法很多，由于轉(zhuǎn)速是以單位時間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)來衡量的，因此采用霍爾元器件測量轉(zhuǎn)速是較為常用的一種測量方法。霍爾器件是有半導(dǎo)體材料制成

15、的一種薄片，器件的長、寬、高分別為l、b、d。若在垂直于薄片平面(沿厚度d)方向施加外加磁場B，在沿l方向的兩個端面加以外電場，則有一定的電流經(jīng)過。由于電子在磁場中運(yùn)動，所以將受到一個洛侖磁力，其大小為f=qvB式中：f洛侖磁力；q載流子電荷；V載流子運(yùn)動速度；B磁感應(yīng)強(qiáng)度。這樣使電子的運(yùn)動軌跡發(fā)生偏移，在霍爾元器件薄片的兩個側(cè)面分別產(chǎn)生電子積聚或電荷過剩，形成霍爾電場，霍爾元器件兩個側(cè)面問的電位差稱為霍爾電壓?；魻栯妷捍笮椋菏街校篐霍爾常數(shù)；d元件厚度；B磁感應(yīng)強(qiáng)度；I控制電流設(shè)，則為霍爾器件的靈敏系數(shù)(mVmAT)，表示該霍爾元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流下輸出霍爾電動勢的大小。應(yīng)注

16、意，當(dāng)電磁感應(yīng)強(qiáng)度B反向時，霍爾電動勢也反向。若控制電流保持不變，則霍爾感應(yīng)電壓將隨外界磁場強(qiáng)度而變化，根據(jù)這一原理，可以將一塊永久磁鋼固定在電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)盤的邊沿，轉(zhuǎn)盤隨被測軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤附近安裝一個霍爾元件，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時，霍爾元件受到磁鋼所產(chǎn)生的磁場影響，故輸出脈沖信號，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比，測出脈沖的周期或頻率即可計算出轉(zhuǎn)速。6.3直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的工作原理直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與施加于電動機(jī)兩端的電壓大小有關(guān)。本系統(tǒng)用DAC0832控制輸出到直流電動機(jī)的電壓的方法來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速小于設(shè)定值時，DAC0832芯片的輸出電壓增大，當(dāng)大于設(shè)定值時則D

17、AC0832芯片輸出電壓減小，從而使電動機(jī)以設(shè)定的速度恒速旋轉(zhuǎn)。我們采用比例調(diào)節(jié)器算法?？刂埔?guī)律：式中：Y比例調(diào)節(jié)器輸出；Kp比例系數(shù)；K1積分系數(shù)；e(t)調(diào)節(jié)器的輸人，一般為偏差值。系統(tǒng)采用了比例積分調(diào)節(jié)器，簡稱PI調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)在擾動的作用下，通過PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器作用使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到靜態(tài)無差，從而實現(xiàn)了靜態(tài)無差。無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，比例積分調(diào)節(jié)器的比例部分使動態(tài)響應(yīng)比較快(無滯后)，積分部分使系統(tǒng)消除靜差。7直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)軟件設(shè)計7.1編程思路控制系統(tǒng)程序的功能是用89C51單片機(jī)的，ID端El作為定時器、Tl作為霍爾元件產(chǎn)生脈沖輸入的計數(shù)器，將兩者的數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算得出電動機(jī)的

18、實際轉(zhuǎn)速，并與給定值進(jìn)行比較。如果測量值比設(shè)定值大，則Po端口的輸出值減l送出給DAC0832控制電機(jī)轉(zhuǎn)速減速。如果測量值比設(shè)定值小，則P0端口的輸出值加1送出給DAC0832控制電機(jī)轉(zhuǎn)速加速。運(yùn)行過程中不斷的調(diào)整，直到電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定為止。7.2系統(tǒng)流程圖圖2系統(tǒng)流程圖圖3溫度處于10-45度時的電路圖圖4溫度處于0-10度時的電路圖圖5溫度小于0度時的電路圖圖6溫度處于45-90度時的電路圖圖7溫度大于100度時的電路圖8仿真程序（C語言）#include#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDS=P30;sb

19、itIN1=P10;/P10與電機(jī)驅(qū)動IN1相連sbitIN2=P11；/P11與電機(jī)驅(qū)動IN2相連sbitENA=P12;sbitlcdrs=P20;sbitlcden=P22;uinttemp,num,t;ucharflag,count,fu;ucharcodetable=NUC29;voiddelay(uintms)uinti,j;for(i=ms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);voidwrite_com(ucharcom)lcdrs=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;voidwrite_data(uchardate)l

20、cdrs=1;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;lcdrs=0;voidinit()TMOD=0x11;TH0=(65536-1000)/256;TL0=(65536-1000)%256;TH1=(65536-5000)/256;TL1=(65536-5000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;ET1=1;TR1=1;flag=0;ENA=0;voiddsreset(void)uinti;DS=1;i+;DS=0;i=103;while(i0)i-;DS=1;i=4;while(i0)i-;DS=1;bittmpreadbit(voi

21、d)uinti;bitdat;DS=1;DS=0;i+;i+;DS=1;i+;dat=DS;i=8;while(i0)i-;return(dat);uchartmpread(void)uchari,j,dat;dat=0;for(i=1;i=8;i+)j=tmpreadbit();dat=(j1);return(dat);voidtmpwritebyte(uchardat)uinti;ucharj;bittestb;for(j=1;j1; if(testb)/write1DS=0;i+;i+;DS=1; i=8;while(i0)i-;elseDS=0; i=8;while(i0)i-;/wr

22、ite0 DS=1; i+;i+;voidtmpchange(void) dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0xcc); tmpwritebyte(0x44);uinttmp()floattt;uchara,b,b1;dsreset();delay(1);tmpwritebyte(0xcc);tmpwritebyte(0xbe);a=tmpread();b=tmpread();temp=b;b1=b;temp=8;temp=temp|a;if(b18)flag+=1;tt=temp*0.0625;temp=tt*10+0.5;fu=+;else flag-=1；temp=temp;temp=temp+1;tt=temp*0.0625;temp=tt*10+0.5;fu=-;returntemp;voiddisplay(uinttemp)ucharA1,A2,A3;A1=temp/100;A2=temp