基于單片機(jī)的直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速控制設(shè)計(jì)

ID:457373 · 發(fā)表于 2018-12-28 15:58

這是項(xiàng)目相關(guān)文檔，基于AT86C52設(shè)計(jì)關(guān)于直流伺服電機(jī)調(diào)速的

【項(xiàng)目目標(biāo)】：

1、知識(shí)目標(biāo)：

掌握直流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理，掌握直流伺服電動(dòng)機(jī)的特性，掌握直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制方法。

2、能力目標(biāo)：

要求會(huì)通過(guò)數(shù)字邏輯芯片或者單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)該直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。

【重點(diǎn)難點(diǎn)】

1、重點(diǎn)：直流伺服電機(jī)的工作原理及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

2、難點(diǎn)：直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

【相關(guān)知識(shí)】

本設(shè)計(jì)要求用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)（學(xué)生自由選擇）的驅(qū)動(dòng)調(diào)速控制，學(xué)生在項(xiàng)目進(jìn)行前，有必要重新學(xué)習(xí)單片機(jī)課程。為了加快項(xiàng)目進(jìn)度，可以選用本院學(xué)生普遍學(xué)習(xí)的AT89C51單片機(jī)為核心控制模塊。

【項(xiàng)目實(shí)施】

一、項(xiàng)目任務(wù)：

1.實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的控制；

2.通過(guò)編碼器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的檢測(cè)；

3.實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)實(shí)時(shí)速度的顯示；

4.設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的硬件電路；

5.編制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的單片機(jī)控制程序；

6.要求電機(jī)穩(wěn)態(tài)工作性能好，電機(jī)速度可調(diào)范圍寬至少達(dá)到 0-1200r/min

二、項(xiàng)目實(shí)施：

1、制訂方案（2人一組），要求每小組方案盡量不同，如有雷同，視作抄襲

小組討論初步擬定實(shí)施方案。各小組查閱相關(guān)資料，制定各自的可行性方案。教師提供基本設(shè)計(jì)方案，如圖1，學(xué)生可在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展其功能。

圖1 基本設(shè)計(jì)方案

2、確定方案：

各小組交流、評(píng)價(jià)各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，確定實(shí)施方案。

3、實(shí)施方案：

方案實(shí)施的基本技術(shù)路線如圖2所示。各小組可根據(jù)教師提供的基本技術(shù)路線，適時(shí)調(diào)整各自的計(jì)劃進(jìn)度。由于時(shí)間和硬件條件限制，只需做到PROTEUS聯(lián)合仿真即可，有條件有興趣的同學(xué)可以完成整個(gè)方案的設(shè)計(jì)。可利用面包板、也可以利用PCB制版。

圖2基本技術(shù)路線圖

【項(xiàng)目評(píng)價(jià)】

1、成果展示

每個(gè)項(xiàng)目都要求學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式完成項(xiàng)目所要求的任務(wù)，在對(duì)每個(gè)團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收和總結(jié)時(shí)，以大賽的形式評(píng)價(jià)學(xué)生團(tuán)隊(duì)的作品來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。學(xué)生在項(xiàng)目作品展示時(shí)，與同類(lèi)作品進(jìn)行比較，展示自己的優(yōu)勢(shì)并發(fā)現(xiàn)不足，這比課堂上教師單純的教授知識(shí)點(diǎn)更具有說(shuō)服力。

2、過(guò)程評(píng)價(jià)

每個(gè)項(xiàng)目的課程大賽成績(jī)可作為成績(jī)考核的主要依據(jù)，比賽采取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操測(cè)試、答辯的形式，根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)分配一定的分值。同時(shí)，采取學(xué)生項(xiàng)目作品互評(píng)形式，每個(gè)完成項(xiàng)目的學(xué)生可以對(duì)分配到的3-5個(gè)作品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可以分配一定的比例分值。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，建立學(xué)生項(xiàng)目過(guò)程自評(píng)表，作為成績(jī)?cè)u(píng)定的一項(xiàng)依據(jù)。

學(xué)生項(xiàng)目過(guò)程自評(píng)表
學(xué)科：控制電機(jī) 項(xiàng)目名稱(chēng)：直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 班級(jí)：姓名：
類(lèi)別	出勤3	學(xué)習(xí)態(tài)度6	準(zhǔn)備工作7	項(xiàng)目方案9	創(chuàng)新能力9	溝通協(xié)作9	項(xiàng)目進(jìn)度10	項(xiàng)目報(bào)告15	項(xiàng)目作業(yè)30	合計(jì)成績(jī)100
得分
項(xiàng)目實(shí)施方案
項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告

【項(xiàng)目總結(jié) 】

通過(guò)本次項(xiàng)目訓(xùn)練，可以讓同學(xué)們受益匪淺。一方面，學(xué)生將課堂上的理論知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)際，加強(qiáng)鞏固了理論知識(shí)，也提高了實(shí)際動(dòng)手能力，通過(guò)實(shí)踐反饋，又了解到學(xué)生自身知識(shí)面的不足。另一方面，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，遇到問(wèn)題時(shí)候，各個(gè)小組列出可能問(wèn)題，一一進(jìn)行排查，找出問(wèn)題的所在，隊(duì)員之間分工明確，團(tuán)結(jié)合作，本次訓(xùn)練正是通過(guò)隊(duì)員之間的合作實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)形式，要求學(xué)生能綜合運(yùn)用控制電機(jī)、單片機(jī)技術(shù)、PLC技術(shù)、Protues等課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和參與性。

【項(xiàng)目拓展】

（1）應(yīng)用專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制器LM629，結(jié)合單片機(jī)組成控制系統(tǒng)。

（2）加上一定的輕型負(fù)載，驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的帶負(fù)載能力。

案例僅為參考

直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例報(bào)告

一、前言

在所有的機(jī)電設(shè)備當(dāng)中，直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑，方便，調(diào)速范圍廣，過(guò)載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；能滿足生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求。傳統(tǒng)的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)，其控制叫路是基于模擬器件沒(méi)計(jì)的，這使得控制電路的硬件設(shè)備極其復(fù)雜，安裝調(diào)試?yán)щy，相對(duì)故障牢高。電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，是電氣傳動(dòng)發(fā)展的主要方向之一。本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的直流電機(jī)脈寬調(diào)速控制系統(tǒng)，其控制方案依靠軟件實(shí)現(xiàn)。采樣、觸發(fā)、控制均采用數(shù)字處理，避免了模擬控制電路對(duì)元件參數(shù)的影響，且參數(shù)調(diào)整簡(jiǎn)單方便，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，提高了電機(jī)工作穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了系統(tǒng)使用壽命。采用微機(jī)控制后，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、操作維護(hù)方便，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速精度可達(dá)到較高水平，靜動(dòng)態(tài)各項(xiàng)指標(biāo)均能較好地滿足工業(yè)生產(chǎn)中高性能電氣傳動(dòng)的要求。直流凋速技術(shù)已廣泛戍用于現(xiàn)代工業(yè)、航天等各個(gè)領(lǐng)域。

二、總體方案設(shè)計(jì)
對(duì)于同一個(gè)研究的系統(tǒng)，根據(jù)不同的要求和精確度，所用到的方案也不一樣，作出的具體要求如下：

1.實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的控制；

2.通過(guò)編碼器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的檢測(cè)；

3.實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)實(shí)時(shí)速度的顯示；

4.設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的硬件電路；

5.編制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的單片機(jī)控制程序；

6.要求電機(jī)穩(wěn)態(tài)工作性能好，電機(jī)速度可調(diào)范圍寬至少達(dá)到0-1200r/min 。

通過(guò)軟件產(chǎn)生PWM信號(hào)，并由P3.2輸出，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路處理后供給直流電機(jī)，從而使直流電機(jī)在脈沖高電平時(shí)電得電，在低電平的時(shí)候失電。程序上通過(guò)使用延時(shí)模塊使得單片機(jī)在不同的時(shí)間段輸出不同的電平。啟動(dòng)單片機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。按下電路板上的啟動(dòng)按鍵后，根據(jù)驅(qū)動(dòng)路中由四個(gè)三極管構(gòu)成的橋式電路的特點(diǎn)，當(dāng)P2.4和P2.5為高電平，P2.6和P2.7為低電平時(shí)電機(jī)正；反之當(dāng)P2.4和P2.5為低電平，P2.6和P2.7為高電平時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。根據(jù)加速和減速鍵，調(diào)整P3.2輸出脈沖的高低電平時(shí)的初始值，從而可以控制P3.2輸出高低電平時(shí)的占空比，進(jìn)而控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

圖 1 系統(tǒng)控制簡(jiǎn)圖

三、硬件電路設(shè)計(jì)　結(jié)合以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，針對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)作出以下兩點(diǎn)要求：（1）考慮到可以盡可能地簡(jiǎn)化電路，應(yīng)該盡可能使用集成度高功能性強(qiáng)的芯片；（2）考慮到電路修改優(yōu)化的情況要留有將來(lái)修改擴(kuò)展的余地。（一）單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

單片機(jī)的最小系統(tǒng)：所謂的單片機(jī)最小系統(tǒng)指的是由單片機(jī)和一些基本的外圍電路所組成的一個(gè)可以工作的單片機(jī)系統(tǒng)。需要在單片機(jī)18，19引腳之間連接晶振，并且在晶振兩邊分別并聯(lián)一個(gè)22UF的電容；另外還包括在單片機(jī)的復(fù)位引腳通過(guò)開(kāi)關(guān)再接到地構(gòu)成復(fù)位電路。通常來(lái)說(shuō)，它包括單片機(jī)，復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。

1.微處理器選擇及硬件介紹

圖2 STC89C52單片機(jī)引腳圖

如圖2所示89C52單片機(jī)一共有40個(gè)引腳，其中20引腳和40引腳分別接地和接電源VCC，以提供合適的電壓給單片機(jī)工作。P0 ，P1，P2，P3這四組端口每一組都具有0到7號(hào)8個(gè)I\O口，一共是32個(gè)，這32個(gè)端口可以作為單片機(jī)的輸入端也可以作為它的輸出端，每一組端口的具體功能作用都有相同的部分也有不同之處，詳細(xì)的用法如下：
   P0口（P0.0——P0.7）：它們屬于單片機(jī)上的39到32引腳，是雙向8位的三態(tài)輸入輸出口，每一個(gè)端口都可以獨(dú)立使用，在這次的設(shè)計(jì)中，P0口就是用作了驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管（分別接在了數(shù)碼管的8個(gè)陽(yáng)極）。
P1口（P1.1——P1.7）：它們屬于單片機(jī)上的1腳到8腳，這8個(gè)端口也是可以獨(dú)立使用，但是這跟P0口有點(diǎn)不同，就是每一個(gè)端口內(nèi)部已經(jīng)接上了上拉電阻，使得端口的輸出沒(méi)有高阻態(tài)，輸入也沒(méi)有鎖存功能，所以說(shuō)這并不是我們常說(shuō)的輸入輸出口，而是作為“準(zhǔn)雙向端口”。正是這些區(qū)別使得P1口的作用跟P0口有很大的區(qū)別。在本次的設(shè)計(jì)中P1.0到P1.3是用作驅(qū)動(dòng)四個(gè)指示燈，而P1.4到P1.7是連接到了4個(gè)按鍵，用以把按鍵的信號(hào)輸入給單片機(jī)。
   P2口（P2.0——P2.7）：它們屬于單片機(jī)上的21到28引腳，P2口跟P1口很相似，都是內(nèi)接上拉電阻，作為“準(zhǔn)雙向端口”，可以獨(dú)立使用。在本次的設(shè)計(jì)中，P2.0到P2.3分別接到了四位數(shù)碼管的四個(gè)位選端口，而P2.4到P2.7則作為輸出接到橋式電路的四個(gè)控制端，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。
另外89C52單片機(jī)的外部引腳中還有幾個(gè)是比較普遍要用到的，例如：
第9引腳的復(fù)位引腳RST，該引腳是用于單片機(jī)的復(fù)位初始化，當(dāng)該引腳輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就會(huì)自動(dòng)的復(fù)位，所謂的復(fù)位就是，單片機(jī)從頭開(kāi)始執(zhí)行程序
第18，19引腳：這兩個(gè)引腳為單片機(jī)的時(shí)鐘輸入引腳，兩腳之間可接石英晶體或者振蕩電容（在本次設(shè)計(jì)中這兩個(gè)引腳接上的是頻率為12M的晶振，而在晶振的兩邊需要分別并聯(lián)一個(gè)22PF的電容，以幫助起振）
   第20引腳：為程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端，當(dāng)內(nèi)部ROM讀取時(shí)，程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端不動(dòng)作：外部ROM讀取時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次；當(dāng)外部RAM讀取時(shí)，兩個(gè)脈沖會(huì)被跳過(guò)不會(huì)輸出；外接ROM時(shí)，與ROM的OE腳相接。

2 .復(fù)位電路及時(shí)鐘電路

維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基本模塊包括復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，如圖3，圖4所示。

圖3 上電復(fù)位圖4 手動(dòng)復(fù)位

比較上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)時(shí)，考慮到系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)程序跑飛的情況，所以在程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一般都需要手動(dòng)復(fù)位。在這次設(shè)計(jì)同樣也是選用手動(dòng)復(fù)位。

給單片機(jī)提供較高頻率的時(shí)鐘信號(hào)可以使單片機(jī)的處理速度更快，處理事情的效率也相應(yīng)的提高，但是伴之帶來(lái)的是更大的功耗和更惡烈的工作環(huán)境，太高的時(shí)鐘頻率有可能會(huì)影響到系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性�？紤]到在本系統(tǒng)中單片機(jī)只是用作控制，而不是用于高速信號(hào)的采樣處理，所以只需要采用合適頻率的晶振即可。合適頻率的晶振對(duì)于選頻信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)確度都有好處，本次設(shè)計(jì)選取接入XTAL1和XTAL2引腳的是12.000M無(wú)源晶振。并且在晶振兩邊分別并聯(lián)2個(gè)22pF陶瓷電容幫助起振。

最小系統(tǒng)如圖5所示：

圖5 最小系統(tǒng)

(二) 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

因?yàn)閱纹瑱C(jī)P3口輸出的電壓最高才有5V，難以直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。所以我們需要先把PWM信號(hào)通過(guò)一個(gè)三極管放大后才能驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電路如圖3.5所示，其中Q1和Q3都是NPN型三極管，而Q2和Q4都是PNP型三極管，Q1,Q2,Q3,Q4四個(gè)三極管共同構(gòu)成了一個(gè)橋式電路，而Q0構(gòu)成放大電路，把PWM信號(hào)放大到可以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。當(dāng)P2.4和P2.5為高電平，P2.6和P2.7為低電平時(shí)，PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管Q0的放大之后，從Q1端流向Q4端，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)正；反之當(dāng)P2.4和P2.5為低電平，P2.6和P2.7為高電平時(shí)PWM信號(hào)放大后從Q3端流向Q2，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)反轉(zhuǎn)。

圖6 驅(qū)動(dòng)電路

（三） 7805穩(wěn)壓電源電路圖
為了使整個(gè)系統(tǒng)能夠順利穩(wěn)定的工作，所以必需要使各個(gè)元器件都能穩(wěn)定正常地工作，為此提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電源是基本的保證，利用芯片LM7805很容易就可以構(gòu)成穩(wěn)壓電源電路，可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。
芯片 LM7805是具有三個(gè)端腳的正電源穩(wěn)壓電路，一個(gè)管腳接地，另外兩個(gè)分別是輸入電壓端和輸出電壓端。利用它可以輸出一系列固定值的電壓，而7805的封裝是TO-220.由于芯片7805的內(nèi)部電流有所限制，并且還具有過(guò)熱保護(hù)和安全工作區(qū)保護(hù)，所以一般情況下是不會(huì)損壞的，在提供足夠的散熱片的情況下，芯片甚至能提供大于1.5A的輸出電流。在這次設(shè)計(jì)中主要是利用7805芯片的穩(wěn)壓電路把電源12V的電壓轉(zhuǎn)化成5V的穩(wěn)定電壓輸出。如圖7即為利用芯片7805所設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源電路（輸入電壓VCC為12V，而輸出的穩(wěn)定電壓為5V）

圖7 穩(wěn)壓電源電路圖

（四）顯示模塊設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)課題中采用的是4位7段共陰極LED數(shù)碼管，它的引腳圖如圖8所示。

七段數(shù)碼管是用七段發(fā)光二極管來(lái)顯示數(shù)學(xué)0到9，加外還有一根發(fā)光二極管是用來(lái)顯示小數(shù)點(diǎn)，其中數(shù)碼管可以分為共陰極和共陽(yáng)極兩種，共陰極指的是把數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陰極全部接在一起（接到地），當(dāng)發(fā)光二極管的另一端接到高電平的時(shí)候，數(shù)碼管中相對(duì)應(yīng)的二極管就會(huì)發(fā)光，正是應(yīng)用這個(gè)原理，可以先把數(shù)碼管的8個(gè)輸入端進(jìn)行編譯，只要控制這8個(gè)輸入端就可以把所要顯示的內(nèi)容，實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。在這次設(shè)計(jì)中所要用到的是四位數(shù)碼管，所以除了這8個(gè)控制顯示數(shù)字的輸入外，還有4位輸入用來(lái)選擇顯示哪一位數(shù)碼管工作，通過(guò)位選和段選就可以完美的實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的實(shí)時(shí)速度顯示。用于線選的8位輸入直接接到單片機(jī)的輸出端的情況下，由于單片機(jī)輸出高電平時(shí)，用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管時(shí)需要接上拉電阻，因?yàn)樾枰蘖鳎乐闺娏鬟^(guò)大，但是如果上拉電阻過(guò)大的話會(huì)造成數(shù)碼管的顯示比較暗，經(jīng)過(guò)綜合考慮上拉電阻為1K即可。

其連接圖如圖8所示。

圖8 7段共陰極LED連接圖

（五）鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)

啟停、正反轉(zhuǎn)、加速、減速四個(gè)開(kāi)關(guān)分別與單片機(jī)的P1.4，P1.5，P1.6，P1.7，相連接，然后再與地相連。啟停是用于實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的啟動(dòng)與停止轉(zhuǎn)動(dòng)，正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的是直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，加速實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的加速功能，減速實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的減速功能，為了電路的精簡(jiǎn)性，在設(shè)計(jì)硬件電路鍵盤(pán)的時(shí)候把正反轉(zhuǎn)，啟到停止這兩組功能分別集成在兩個(gè)不同的按鍵上（S1為啟停功能，S2為正反轉(zhuǎn)功能）其電路如圖9所示。

圖9 按鍵電路

（六）硬件電路總圖

圖10為硬件電路的原理圖

圖10 硬件電路的原理圖

如圖11為硬件電路的PCB電路圖

圖11 硬件電路的PCB電路圖

四、軟件編程

設(shè)計(jì)采用了模塊化的編程方法，把整個(gè)作品系統(tǒng)分為驅(qū)動(dòng)模塊，顯示模塊，測(cè)速模塊，調(diào)速模塊，按鈕掃描等幾個(gè)部分，在設(shè)計(jì)程序的時(shí)候先把每一個(gè)模塊的流程圖畫(huà)出來(lái)，再根據(jù)流程圖編寫(xiě)程序，把每個(gè)模塊的功能獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)好，再把各個(gè)模塊的程序連起來(lái)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。

在主程序的設(shè)計(jì)中要合理地調(diào)用各模塊程序。模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)論是硬件還是軟件，每一個(gè)模塊都相對(duì)獨(dú)立，故能獨(dú)立地進(jìn)行設(shè)計(jì)、研制、調(diào)試和修改，從而使復(fù)雜的工作得以簡(jiǎn)化。模塊之間的相互獨(dú)立也有助于研制任務(wù)的分解和設(shè)計(jì)人員之間的分工合作，這樣可提高工作效率和儀表的研制速度。其總體流程圖如圖12所示。

圖12 軟件設(shè)計(jì)流程圖

（一）PWM波軟件設(shè)計(jì)

通過(guò)程序執(zhí)行的延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM的產(chǎn)生，當(dāng)變量CNT不為0時(shí)，PWM為高電平，當(dāng)CNT自減為0后，開(kāi)始輸出低電平（TEMP開(kāi)始自減），當(dāng)TEMP自減到0時(shí)，重新輸出高電平，就是通過(guò)對(duì)變量PWMCNT的控制實(shí)現(xiàn)了脈沖寬度的調(diào)整：

定義 OutPutPWM(u8 cnt)子程序

void OutPutPWM(u8 cnt)

{

u8 temp;

temp=RESOLUTION-cnt;

while(cnt--)PWM=0;//高電平部分

while(temp--)PWM=1;//低電平部分

}
輸出PWM脈沖的程序?yàn)椋?/font>

if(power)OutPutPWM(pwmcnt);

      else PWM=1;
（二）電機(jī)啟停，正反轉(zhuǎn)，加速，減速的軟件設(shè)計(jì)
   直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可以通過(guò)純軟件就可以實(shí)現(xiàn)了，但是考慮到個(gè)人的能力問(wèn)題，如果是用純硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的話，對(duì)程序的能力就要更高一點(diǎn)，對(duì)我本人而言這是一個(gè)難題，所以在設(shè)計(jì)硬件電路的時(shí)候，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一個(gè)橋式電路，有了該電路，程序上只要簡(jiǎn)單的控制橋式電路的四個(gè)控制端就可了。
變量key=Key_Scan()，通過(guò)子程序Key_Scan()對(duì)啟停，正反轉(zhuǎn)，加速，減速，四個(gè)按鍵進(jìn)行掃描，然后將掃描后的值賦給KEY，再根據(jù)Switch(key)程序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)啟停，正反轉(zhuǎn)，加速，減速的控制。
      Switch(key)

{

case 0:break;

case 1://啟�？刂�

power=!power;

if(power)LED1=0;

else

{

LED1=1;

MotorCtrl(0);

}

break;

case 2://正反轉(zhuǎn)控制

direct=!direct;

if(direct)

{

LED2=0;LED3=1;

MotorCtrl(1);

}

else

{

LED2=1;LED3=0;

MotorCtrl(2);

}

break;

case 3://加速控制

if(pwmcnt<RESOLUTION)pwmcnt++;

value=pwmcnt;

break;
case 4://減速控制

if(pwmcnt>0)pwmcnt--;

value=pwmcnt;

break;
default:break;

}

圖13 直流電機(jī)啟停正反轉(zhuǎn) 加速減速程序設(shè)計(jì)流程圖

（三） 電機(jī)速度的計(jì)算方法
在檢測(cè)直流電機(jī)的速度上，有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)，一種是利用霍爾元件，另一種是利用編碼器。選用霍爾元件測(cè)速的原理是根據(jù)霍爾元件屬于帶有磁性的元件，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，霍爾元件會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，把這個(gè)信號(hào)整理之后形成矩形脈沖信號(hào)，再把這個(gè)信號(hào)輸給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)處理，便可得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)比兩種方法，個(gè)人覺(jué)得選用編碼器更加適合我，因?yàn)槲覍?duì)編碼器測(cè)速比較熟悉。本次設(shè)計(jì)選用的是334線編碼器，直流電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，編碼器便產(chǎn)生334個(gè)脈沖，經(jīng)過(guò)處理可以整形為矩形脈沖。通過(guò)對(duì)編碼器采集到的信號(hào)進(jìn)行處理后，將處理后的脈沖信號(hào)從編碼器輸出到單片機(jī)，通過(guò)用計(jì)數(shù)器對(duì)輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，單片機(jī)計(jì)算每半秒時(shí)間內(nèi)接收到的脈沖個(gè)數(shù)N，根據(jù)N乘以120再除以碼盤(pán)數(shù)就可以求出此時(shí)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少了。
if(a==50)                                                                   //50次中斷等于0.5S
{
                        zhuansu=(TH1*256+TL1)/334*120;             //每分鐘轉(zhuǎn)速等于T1一秒計(jì)數(shù)脈沖值乘60秒除以碼盤(pán)數(shù)
                        TL1=0;                                                                                                    //定時(shí)器重新賦初值，從0開(kāi)始計(jì)數(shù)

TH1=0; a=0; //a置0，為下一秒開(kāi)始計(jì)數(shù)賦值 }（四）電機(jī)速度的顯示

1.共陰極七段數(shù)碼管的編碼
共陰極數(shù)碼管的8個(gè)段選位需要編碼后才方便顯示，經(jīng)過(guò)分析便可以得到如下段碼數(shù)據(jù)組：
uchar duan_code[ ]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};//段碼數(shù)據(jù)組0---9
2.定義電機(jī)的顯示子程序void display(uint zhuansu)

void display(uint zhuansu)

{

P0=duan_code[zhuansu/1000]; //顯示千位數(shù)值

P1=wei_code[0]; //點(diǎn)亮第一位數(shù)碼管

delay_ms(3); //延時(shí)，給數(shù)碼管一定的顯示時(shí)間

P0=duan_code[zhuansu%1000/100]; //顯示百位數(shù)值

P1=wei_code[1]; //點(diǎn)亮第二位數(shù)碼管

delay_ms(3); //延時(shí)，給數(shù)碼管一定的顯示時(shí)間

P0=duan_code[zhuansu%1000%100/10]; //顯示十位數(shù)值

P1=wei_code[2]; //點(diǎn)亮第三位數(shù)碼管

delay_ms(3); //延時(shí)，給數(shù)碼管一定的顯示時(shí)間

P0=duan_code[zhuansu%10]; //顯示個(gè)位數(shù)值

P1=wei_code[3]; //點(diǎn)亮第四位數(shù)碼管

delay_ms(3); //延時(shí)，給數(shù)碼管一定的顯示時(shí)間

}

圖14所示是數(shù)碼管顯示模塊的程序設(shè)計(jì)流程圖。

圖14 數(shù)碼管顯示流程圖

系統(tǒng)調(diào)試與分析

系統(tǒng)的調(diào)試屬于整個(gè)設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，但是卻十分的重要，在這個(gè)環(huán)節(jié)可以把整個(gè)系統(tǒng)中的不足之處通過(guò)修正改進(jìn)達(dá)到正常，因?yàn)檐浖布加锌赡軙?huì)出現(xiàn)問(wèn)題，所以必需把軟件調(diào)試跟硬件調(diào)試分開(kāi)來(lái)完成，這樣更加有利于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的所在和有針對(duì)性的解決問(wèn)題。硬件的調(diào)試主要是檢測(cè)電路板有沒(méi)有短路現(xiàn)象或者接線接錯(cuò)了。嚴(yán)重一點(diǎn)的話會(huì)出現(xiàn)功能上的錯(cuò)誤，這些問(wèn)題都會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的功能，所以硬件調(diào)試必需首先進(jìn)行，在確保硬件電路沒(méi)問(wèn)題的情況下再寫(xiě)程序和修改程序。至于軟件調(diào)試的話，需要分模塊來(lái)進(jìn)行，這次設(shè)計(jì)一共有驅(qū)動(dòng)模塊，顯示模塊，測(cè)速模塊，還有就是各指示燈的指示功能，在編寫(xiě)程序或者修改程序的時(shí)候必需要根據(jù)模塊來(lái)修改，這樣才會(huì)有針對(duì)性和效率。確保系統(tǒng)的穩(wěn)定正常運(yùn)行。
（一）硬件調(diào)試

這次設(shè)計(jì)所用到的硬件電路是用Protel軟件畫(huà)好原理圖和PCB電路，然后寄到其他專(zhuān)業(yè)做版的公司做出來(lái)的電路版，經(jīng)過(guò)硬件調(diào)試，發(fā)現(xiàn)板還是出現(xiàn)了一點(diǎn)問(wèn)題，在畫(huà)圖的時(shí)候由于過(guò)于粗心，在畫(huà)PCB版的時(shí)候把PNP三極管和NPN三極管的封裝調(diào)亂了，等到電路版做出來(lái)了，用程序測(cè)試的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)，所以要在電路版上面改。還有就是在畫(huà)板的時(shí)候還有一條線沒(méi)有連好，所以電路板做出來(lái)后，需要另外飛線把這根線連好，這些雖然是小問(wèn)題，還可以通過(guò)修改電路板，但是都是因?yàn)樵诋?huà)板時(shí)因?yàn)榇中亩赶碌腻e(cuò)誤，是完全可以避免的。通過(guò)分模塊的用程序來(lái)檢測(cè)硬件，經(jīng)過(guò)幾次的修改，基本是沒(méi)有什么問(wèn)題了，但是發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的顯示感覺(jué)有點(diǎn)暗，原來(lái)是因?yàn)閿?shù)碼管所用的排阻是15K的，電阻過(guò)大，致使驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的電流偏小。為了最求完美，所以換了10K的排阻。幾經(jīng)修改，終于把硬件電路調(diào)好。如圖15為調(diào)試好了的硬件電路：

圖15 調(diào)試好的硬件電路圖

（二）軟件調(diào)試

軟件調(diào)試指的是通過(guò)仿真軟件模擬設(shè)計(jì)的硬件電路，加載上程序后的運(yùn)行情況，這次設(shè)計(jì)所用的仿真軟件是keil軟件，這是一款功能很強(qiáng)大的軟件，其中的仿真功能也是非常實(shí)用的，可以通過(guò)執(zhí)行單步運(yùn)行檢測(cè)每一句程序的問(wèn)題，可以把程序按功能模塊來(lái)檢測(cè)功能性的錯(cuò)誤，最后可以實(shí)時(shí)檢測(cè)整個(gè)程序運(yùn)行時(shí)，硬件電路的執(zhí)行情況�？梢远ㄎ坏矫恳痪涑绦蚴欠裾_，這樣對(duì)于檢測(cè)修改程序提供了很大的方便，所以說(shuō)這一步是非常實(shí)用必要的一步。

通過(guò)KEIL軟件，程序單步運(yùn)行，模塊化調(diào)試，整體執(zhí)行，在調(diào)試的過(guò)程中觀察存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)變化，查找出程序的語(yǔ)法和邏輯錯(cuò)誤，每一句，每一個(gè)模塊地修改好，具體的調(diào)試步驟如下：
1. 把系統(tǒng)分為驅(qū)動(dòng)模塊，測(cè)速模塊，顯示模塊，調(diào)速模塊獨(dú)立地在仿真軟件中調(diào)試。

2. 對(duì)于需要賦值的那幾個(gè)模塊，在調(diào)試的時(shí)候，要檢測(cè)在賦予不同的初值時(shí)各參數(shù)的變化情況，確定好最佳的賦值

3. 把前面分開(kāi)獨(dú)立檢測(cè)的所有模塊綜合起來(lái)，執(zhí)行全速調(diào)試，觀察模擬的結(jié)果，看看是否已經(jīng)符合系統(tǒng)的要求和目的，如果還是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)所要達(dá)到的要求，就要重新分模塊來(lái)調(diào)試。

附作品和程序

硬件電路實(shí)物照片：

總程序：
/*--------------------------------------------------------

名稱(chēng)：基于單片機(jī)控制直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

單片機(jī)：STC89C52RC

晶振：12M

光柵盤(pán)：334格

輸入：P3.5（定時(shí)器T1計(jì)數(shù)輸入口）

輸出數(shù)碼管顯示：位選接P1的0，1，2，3端口；段選接P0口

內(nèi)容：數(shù)碼管顯示所測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速

--------------------------------------------------------*/

//#include <reg52.h> //包含單片機(jī)寄存器的頭文件
#include <REGX52.H>
#define uchar unsigned char //定義uchar為無(wú)符號(hào)字符型變量
#define uint unsigned int //定義uint為無(wú)符號(hào)整型變量
#define ulong unsigned long
//uchar wei_code[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; //位碼數(shù)據(jù)組
#define wei1 P2_1=1;P2_2=1;P2_3=1;P2_0=0;
#define wei2 P2_0=1;P2_2=1;P2_3=1;P2_1=0;
#define wei3 P2_0=1;P2_1=1;P2_3=1;P2_2=0;
#define wei4 P2_0=1;P2_1=1;P2_2=1;P2_3=0;
#define RESOLUTION 200//PWM量化精度
sbit LED1=P1^0;
sbit LED2=P1^1;
sbit LED3=P1^2;
sbit LED4=P1^3;
sbit KEY1=P1^4;
sbit KEY2=P1^5;
sbit KEY3=P1^6;
sbit KEY4=P1^7;
sbit PWM=P3^2;
void Delay(uint x);
void Init(void);
void MotorCtrl(uchar cmd);
uchar Key_Scan(void);
uchar duan_code[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};//段碼數(shù)據(jù)組0---9
uint zhuansu,a=0; //定義變量名稱(chēng)
bit flag,power,direct; //計(jì)時(shí)一秒標(biāo)志位
/**************************************
主函數(shù)
***************************************/
void main()
{
uchar key;
uint cnt,pwmcnt;
Init(); //定時(shí)計(jì)數(shù)器初始化
cnt=0;
power=0;
direct=0;
pwmcnt=0;
MotorCtrl(1);
while(1)
{
key=Key_Scan();
switch(key)
{
case 1://啟�？刂�
power=!power;
if(power)LED1=0;
else
{
LED1=1;
MotorCtrl(0);
PWM=1;
}
break;
case 2://正反轉(zhuǎn)控制
direct=!direct;
if(direct)MotorCtrl(1);
else MotorCtrl(2);
break;
case 3:
if(pwmcnt<RESOLUTION)pwmcnt++;
break;//加速控制
case 4:
if(pwmcnt>0)pwmcnt--;
break;//減速控制
default:break;
}
if(power)
{
cnt++;
if(cnt<pwmcnt)PWM=0;
else PWM=1;
if(cnt>=RESOLUTION)cnt=0;
}
}
}
/**************************************
T0定時(shí)中斷服務(wù)程序
***************************************/
void timer0() interrupt 1 using 1//10MS中斷一次
{
static uchar wei=0;
uchar temp;
a++; //每中斷一次a加1
if(a==50) //50次中斷等于0.5S
{
zhuansu=(TH1*256+TL1)/334*120; //每分鐘轉(zhuǎn)速等于T1一秒計(jì)數(shù)脈沖值乘60秒除以碼盤(pán)數(shù)
TL1=0; //定時(shí)器重新賦初值，從0開(kāi)始計(jì)數(shù)
TH1=0;
a=0; //a置0，為下一秒開(kāi)始計(jì)數(shù)賦值
}
if(wei==0)
{
temp=zhuansu/1000;
wei4;
P0=duan_code[temp];
wei=1;
}
else if(wei==1)
{
temp=zhuansu/100%10;
wei3;
P0=duan_code[temp];
wei=2;
}
else if(wei==2)
{
temp=zhuansu/10%10;
wei2;
P0=duan_code[temp];
wei=3;
}
else if(wei==3)
{
temp=zhuansu%10;
wei1;
P0=duan_code[temp];
wei=0;
}
TH0=(65536-10000)/256;
TL0=(65536-10000)%256; //重裝初值
}
/**************************************
延時(shí)，大約1ms
***************************************/
void Delay(uint x)
{
uchar i;
while(x--)
for(i=0;i<120;i++);
}
/**************************************
定時(shí)器計(jì)數(shù)器初始化
***************************************/
void Init(void)
{
MotorCtrl(0);
TMOD=0x51; //定時(shí)器T1工作于計(jì)數(shù)模式1，定時(shí)器T0工作于計(jì)時(shí)模式1
TH0=(65536-10000)/256; //定時(shí)器T0的高8位設(shè)置初值，每10ms產(chǎn)生一次中斷
TL0=(65536-10000)%256; //定時(shí)器T0的低8位設(shè)置初值，每10ms產(chǎn)生一次中斷
TH1=0; //定時(shí)器T1高8位賦初值0
TL1=0; //定時(shí)器T1低8位賦初值0
EA=1; //開(kāi)總中斷
ET0=1; //定時(shí)器T0中斷允許
TR1=1; //定時(shí)器T1啟動(dòng)
TR0=1; //定時(shí)器T0啟動(dòng)
}
/**************************************
電機(jī)正反轉(zhuǎn)及停止控制
***************************************/
void MotorCtrl(uchar cmd)
{
uchar temp;
temp=P2&0x0f;
if(cmd==0)
{
temp|=0xa0;//停止
LED2=1;LED3=1;
}
else if(cmd==1)
{
temp|=0x30;//正轉(zhuǎn)
LED2=0;LED3=1;
}
else if(cmd==2)
{
temp|=0xc0;//反轉(zhuǎn)
LED2=1;LED3=0;
}
P2=temp;
}
/**************************************
按鍵掃描
***************************************/
uchar Key_Scan(void)
{
static uchar key_up=1;//按鍵按松開(kāi)標(biāo)志
if(key_up&&(KEY1==0||KEY2==0||KEY3==0||KEY4==0))
{
Delay(10);//去抖動(dòng)
key_up=0;
if(KEY1==0)return 1;
if(KEY2==0)return 2;
if(KEY3==0)return 3;
if(KEY4==0)return 4;
}
else if(KEY1==1&&KEY2==1&&KEY3==1&&KEY4==1)key_up=1;
return 0;
}
0)return 3;
if(KEY4==0)return 4;
}
else if(KEY1==1&&KEY2==1&&KEY3==1&&KEY4==1)key_up=1;
return 0;
}