1、1软件部分本 项 目 是 对 直 流 电 机 PWM 调 速 器 设 计 的 实 验 ， 主 要 实 现 用 单 片 对 电 动机 的 控 制 。 为 实 现 系 统 的 微 机 控 制 ， 在 设 计 中 ， 采 用 了 STC89C51 单 片机 作 为 整 个 控 制 系 统 的 控 制 电 路 的 核 心 部 分 ， 并 用 电 动 机 驱 动 芯 片L293D 驱 动 电 机 ， 配 以 数 码 管 显 示 ， 光 电 码 盘 模 块 ， 实 现 对 电 动 机 的 转 速 的显 示 和 测 量 ； 输 入 采 用 独 立 式 键 盘 作 为 命 令 的 输 入 ， 单 片 机 在
2、程 序 的 控 制 下 ，不 断 产 生 PWM 波 形 ， H 型 驱 动 电 路 完 成 电 机 的 正 反 转 控 制 。 在 设 计 中 ， 采用 PWM 控 制 方 式 ， 通 过 改 变 PWM 的 占 空 比 从 而 改 变 电 动 机 的 电 枢 电 压 ， 并采 用 PI 算 法 调 节 占 空 比 进 而 实 现 对 电 动 机 的 速 度 控 制 。 设 计 的 整 个 控 制 系统 ， 在 硬 件 结 构 上 采 用 了 大 量 的 集 成 电 路 模 块 ， 大 大 的 简 化 了 硬 件 电 路 ， 提高 了 系 统 的 稳 定 性 和 可 靠 性 ， 使 整 个
3、系 统 的 性 能 得 到 提 高 。2（一）直流电机额定功率 Pn：在额定电流和电压下，电机的负载能力。额定电压 Ue：长期运行的最高电压。额定电流 Ie：长期运行的最大电流。额定转速 n：单位时间里面电机转速的快慢。励磁电流 If：施加到电极线圈上的电流。调速范围调速范围是指最低可控转速到最高可控转速的范围，最低可控转速对最高可控转速的比值，叫电机的调速比。 调速的相对稳定性和静差度 所谓相对稳定性，是指负载转矩在给定的范围里面变化所引起的速度的变化，它决定于机械特性的斜率。静差度（又称静差率）是指当电动机在一条机械特性上运行时，由理想空载到满载时的转速降落与理想空载转速 n0 的比值。用
4、百分数表示，即，在一般的情况下，取额定转矩下的速度落差 ，有调速的平滑性调速的平滑性是在一定的调速范围内，相邻两极速度变化的程度，用平滑系数 表示，即式中 和 相邻两极，即 i 级与 i-1 级的速度 调速时的容许输出调速时的容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，在调速的过程中轴能够输出的功率和转矩。3（二） STC89C51 单片机STC89C51 单片机是一款低功耗、低电压、高性能 CMOS8 位单片机，片内含8KB（可经受 1000 次擦写周期）的 FLASH 可编程可反复擦写的只读程序存储器（EPROM），器件采用 CMOS 工艺和 ATMEL 公司的高密度，非易失性存储器（NUR
5、AM）技术制造，其输出引脚和指令系统都与 MCS-51 兼容，片内的 FLASH存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储编程器来编程。因此，AT89C52 是一种功能强，灵活性高且价格合理的单片机，可方便的应用在各个控制领域 1。STC89C51 具有以下主要性能：1.4KB 可改编程序 FLASH 存储器；2.全表态工作 ：024HZ；3.256X8 字节内部 RAM；4.32 个外部双向输入，输出（I、O）口；如图 2.1。4图 2-1 STC89C51 引脚说明引脚功能说明如下 2：VCC：电源电压。GND：地。P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地
6、址/数据线复用口。作为输出口时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端。在访问外部数据储存器或程序储存器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。FLASH 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时
7、会输出一个电流。FLASH 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。P2 口：P2 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序储存器或 16 位地址的外部数据储存器（例如执行 MOVXDPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据储存器（例如执行 MOVXRI指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区
8、中 R2 寄存器的内容），在整个访问期间不改变。FLASH 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和其他控制信号。P3 口：P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P3 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。5P3 除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，具体功能说明如表 2-1。P3 口还接收一些用于 FLASH 闪速存储器编程和程序校的控制信号。RST:复位输入。当振荡器工作时，RST
9、引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。表 3-1 P3 口的第二功能表即使不访问外部存储器，ALE 仍以是时钟振荡频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此他可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 AL
10、E 才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT80C51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的 PSEN 信号不出现。EA/VPP：外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序储存器（地址为 0000H-端口引脚 第二功能P3.0 RXD(穿行输出口)P3.1 TXD(穿行输入口)P3.2 INT0（外部中断 0）P3.3 INT1（外部中断 1）P3.4 T0(定时/计数器 0)P3.5
11、T1(定时/计数器 0)P3.6 WR(外部数据写选通)P3.7 RD(外部数据读选通)6FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需要注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（Vcc 端），CPU 则执行内部程序储存器中的指令。FLASH 储存器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用 12v 编程电压。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端（三）. 显示设计LED 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管，通过对其不同的管脚输入相对的电流
12、，会使其发亮，从而显示出数字。可以显示：时间、日期、距离等可以用数字代替的参数。 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。共阳极数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳极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时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划“a,b,c,d,e,f,
13、g,dp“的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，通过由各自独立的 I/O 线控制，当单片机的 P0 口输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对 P2.4-P2.7 位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在本设计中采用了四位七段数码管，用动态驱动来显示距离的值，如图 5所示。78（四）. 软件设计4.1 主程序部分程序的完整流程图如图 4.1 所
14、示：本程序的功能是通过对测量的转速，并用 L293D 器件来控制电机的转速，与电机转动的方向。然后用 4 位数码管显示出来当前的转速与转动方向。主程序程序设计如源程序代码。9开始显示当前转速电机转动初始化电机转动电机转动测试转速电机转动结束电机转动切换方向电机转动调节转速电机转动是是 否是图 4.1 主程序流程图是否反转是否停止PI 调节加速 / 减速104.2 数码管显示设计4.2.1 设计要求数码管要显示当前各种状态，当前转速与当前转动方向。当电机转速发生改变的时候，数码管显示内容立即显示当前转速。4.2.2 程序设计注意事项（1） 消除各个数码管之间的显示阴影部分；（2） 由于硬件没有锁
15、存器，需要延长数码管的点亮时间，从而使数码管显示的更加清晰；（3） 合理运用程序空间，避免数码管显示不清晰；（4） 动态扫描可以实现各个数码管的不同显示。4.2.3 数码管显示程序设计if(flat=0)P0=table11; /“C“elseP0=table12; /“A“P2=0xfe;delayms(3);P2=0xfd;P0=tableshuju/100;delayms(3);P2=0xfb;P0=tableshuju%100/10;delayms(3);P2=0xf7;P0=tableshuju%10;delayms(3);P2=0xff; /消隐部分4.3 功能程序设计功能程序部分，主要实现各个按键的功能。主要功能如下：（1）启动/停止键：用来控制电机的启动和停止按键；（2）加速按键 ：用来控制电机的转速，可以增加电机的当前转速；（3）减速按键 ：用来控制电机的转速，减缓电机的转速；（4）正/反转按键：改变电机的转动方向。主要功能按键程序如下：if(K4=0) /启动 停止
