单片机控制直流电机正反转.docx

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单片机控制直流电机正反转

第1章总体设计方案1

1.1总体设计方案1

1.2软硬件功能分析1

第2章硬件电路设计2

2.1单片机最小系统电路设计2

2.2直流电机驱动电路设计2

2.3数码管显示电路设计4

2.4独立按键电路设计5

2.5系统供电电源电路设计5

2.5.1直流稳压电路中整流二极管的选取：

6

2.5.2直流稳压电路中滤波电容的选取：

6

第3章系统软件设计7

3.1软件总体设计思路7

3.2主程序流程设计7

附录1总体电路图10

附录2实物照片11

附录3C语言源程序12

第1章总体设计方案

1.1总体设计方案

早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。

随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。

由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。

所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。

所以，本次实习采用了驱动芯片来驱动直流电机，并运用单片机编程控制加以实现。

系统设计采用驱动芯片来控制的，所以控制精度和可靠性有了大幅度的提高，并且驱动芯片具有集成度高、功能完善的特点，从而极的大简化了硬件电路的设计。

图1.1直流电机定时正反转方案

1.2软硬件功能分析

本次实习直流电机控制系统以STC89C52单片机为控制核心，由按键输入模块、LED显示模块及电机驱动模块组成。

采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给L293D直流电机驱动芯片发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正，反转控制；同时单片机不停的将变化的定时时间送到LED数码管完成实时显示。

第2章硬件电路设计

2.1单片机最小系统电路设计

单片机最小系统设计是单片机应用系统设计的基础。

STC89C52单片机最小系统电路如图2.1所示。

图2.1单片机最小系统

2.2直流电机驱动电路设计

图2.2直流电机驱动电路

L293D是提供双向驱动电流高达1A，电压是从4.5V至36V的；L293D提供双向驱动电流高达600毫安，电压是从4.5V至36V的。

两个设备是专为驱动等感性负载继电器，电磁阀，直流双极步进和马达，也可以给其他高电流/高电压提供电源负载。

兼容所有的TTL输入。

每个输出都是推拉式驱动电路，与达林顿三极管和伪达林源。

启用1,2EN驱动器和3,4EN驱动器。

当使能输入为高电平时，相关联的驱动器被启用和他们的输出处于活动状态，并在其输入端的同相。

当使能输入为低，这些驱动器被禁用其输出关闭，在高阻抗状态。

【PS：

1,2EN为1和2的使能端（高电平使能）；3,4EN同理】用适当的数据输入端，每对驱动程序的形式一个完整的H桥可逆驱动器适用于电磁阀或电机应用。

L293D外部输出为高速钳位二极管，应使用电感的瞬态抑制。

VCC1和VCC2分开，提供逻辑输入，以尽量减少设备功耗。

L293D的工作温度是从0°C至70°C

图2.3L293D外部引脚排列图

表2.1真值表

输入

输出

Y

A

EN

H

H

H

L

H

L

X

L

Z

在热关断模式下，输出的是高阻态，而不管输入电平。

图2.4逻辑图

电机驱动电路组要是由L293D芯片组成，单片机P3.4,P3.6,P3.7输出的信号经过L293D芯片后直接与直流电机相连，从而控制直流电机的运行。

其中VCC1接+5V电源，VCC2接+12V电源。

2.3数码管显示电路设计

本设计利用数码管作为显示单元，采用动态显示技术，电路如图2.5所示。

图2.5显示电路

电路的接法决定了必须采用逐位扫描显示方式。

即从段选口送出某位LED的字型码，然后选通该位LED，并保持一段延时时间。

然后选通下一位，直到所有位扫描完。

2.4独立按键电路设计

独立式键盘的按键相互独立，每个按键接一根I/O口线，一根I/O口线上的按键工作状态不会影响其它I/O口线的工作状态。

因此，通过检测I/O口线的电平状态，即可判断键盘上哪个键被按下。

图2.6独立按键电路

2.5系统供电电源电路设计

本系统需要采用+5V电源和+12V电源，所采用的电源电路是由整流电路和三端稳压器组成的。

电路输出电压和最大输出电流决定于所选三端稳压器。

其电源电路如图2.7所示。

图2.7+5V和+12V电源供电电路

2.5.1直流稳压电路中整流二极管的选取：

其中

为副边电压

解得

由于整流桥电路实现了全波整流电路，他将

的负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电压的平均值是半波整流电路的两倍。

输出电流的平均值（即负载电阻中的电流平均值）

在单相桥式整流电路中，因为每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上的电流的平均值的一半，即

与半波整流电路中的平均电流相同。

二极管所能承受的最大反向电压

考虑到电网电压的波动范围为

，在实际选用二极管时，应至少有%10的余量，选择最大整流电流

和最高反向工作电压

分别为

2.5.2直流稳压电路中滤波电容的选取：

：

输出电压的平均值

：

负载电流的平均值

由于采用电解电容，考虑到电网电压的波动范围为

，点解电容的耐压值应大于

。

第3章系统软件设计

3.1软件总体设计思路

经过前几章的设计工作，系统的硬件电路设计已经完成了。

然而，对于一个完整的设计系统来说，只有硬件电路的设计完成是不够的，它必须通过软件编程来实现系统工作的控制功能，从而才能实现电路应有的系统功能。

单片机系统的软件设计主要使用汇编语言或高级语言。

汇编语言与系统硬件的关系密切，可方便地实现诸如中断管理以及模拟/数字量的输入/输出等功能，具有占用系统资源小、执行速度快的特点，但是，对复杂的大型应用系统，其代码可读性差，并不利于升级和维护。

高级语言的代码效率和长度都不如汇编语言，但其结构清晰、可读性好、开发周期短、有极强的可移植性，在多数应用方面执行效率与汇编语言的差距也不大，近年来得到了极为广泛的应用。

而C语言既有高级语言的各种特点，又可对硬件进行操作，并可进行结构化程序设计。

用C语言编写的程序较容易移植，可生成简洁、可靠的目标代码，用C语言进行单片机计算机开发已经是必然的发展趋势。

本设计的整体思路为：

主程序中循环的调用按键程序，通过按键从而使单片机输出变化的定时时间和控制电机正反转，从而控制直流电机达到不同的旋转效果，并通过数码管将变化的定时时间显示出来。

本设计以单片机作为系统的核心控制单元，运用C语言进行编程工作，按照工作流程来实现设计要求的控制直流电机的运行状态。

3.2主程序流程设计

直接应用STC89C52的软件方法实现电机驱动和定时时间的设置与变化。

其流程图如图3.1所示。

开始时打开电源开关对电路供电，完成系统初始化和显示初始化，数码管显示0059，倒计时开始，按键循环扫描，设置键按下，倒计时停止，由加减键控制定时时间，确定键按下，进入中断，倒计时开始，电机启动，结束时，电机停止，显示恢复初始化。

图3.1系统主单片机总程序框图

实习总结

（包括：

实习质量分析、待完善和改进之处和心得体会）

设计中单片机STC89C52在工作时，调整定时器TO来达到合适的定时时间。

通过调整L293D电机驱动芯片的A1A2引脚的电平高低切换，实现电机的正反转。

重复使用T0口定时功能，实现正常的走钟逻辑做倒计时用。

由于设计中使用的是单片机作为核心的控制元件，附以外围电路使本本设计具有功能强、性能可靠、电路简单、成本低的特点，加上经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。

但是在我们设计和调试的过程中，也发现了一些问题，譬如程序设计水平有限，实际的电机正反转和倒计时同步很难确切控制，延时与定时冲突无法正常执行，其设计难度远超出我们的设计需求范围。

在做实习设计的初期阶段，难度很大，没有头绪。

通过求助于老师、理清了思路。

同时，在图书馆里、网上查阅资料，攻克了设计中的道道难题。

通过本次单片机应用实习，我学到了许多东西，知道光靠书本上的东西是不够的，需额外去查资料。

无论是在硬件还是软件设计上，我都遇到了不少的问题，在克服困难的过程中，我学到了许多，特别是在课堂上学不到的东西如（PWM）。

也锻炼了我的AltiumDesigner画图能力，以前学的时候元器件都是给定的只要到库里面找出名字就可以，只要连线就可以，而这次是根据自己的设计需要去画，感觉不同。

本次设计我能独立完成，算是有了很大的收获。

总的感受有以下几方面：

1、通过本次单片机应用实习，我不但对单片机有了更为深入的了解，对一个课题如何画流程图，编程序等有了一定的认识。

2、进一步加强了我的动手能力和运用专业知识的能力，从中学习到如何去思考和解决问题，以及如何灵活地改变方法去实现设计方案。

特别是深刻体会到了软件和硬件结合的重要性，以及两者的联系和配合作用。

3、让我了解到单片机技术对当今人们生活的重要性。

同时这次单片机应用实习的经历也使我受益匪浅，让我知道做任何事情都应脚踏实地，刻苦努力地去做，只有这样，才能做好。

附录1总体电路图

附录2实物照片

附录3C语言源程序

#include

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

sbitMOTOR_A2=P3^6;

sbitMOTOR_A1=P3^7;

sbitEN_MOTOR_A=P3^4;

//ucharcodesegcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

ucharcodesegcode[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};

//0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,

//ucharcodedispbit[]={0x0e,0x0d,0x0b,0x07};

ucharcodedispbit[]={0xef,0xdf,0xbf,0x7f};

//数码管位选位

ucharbuffer[]={0,0,0,0};

uintmin=59,sec=59;

uintstatus=0;

//函数声明

voiddelayMS（uintt）;

voidkeyprocess（ucharkey）;

voiddisplay（）;

voidtimer0（）;

voidMotorStart（）;

voiddelayS（uintb）;

main（）

{

bitkeyrelease;

ucharbuf;

ucharkeyinput;

keyrelease=1;

buf=0xff;

TMOD=0x01;//T0工作在方式1,16位计数器

TH0=0xFC;//定时器0设置延时1ms中断初始值

TL0=0x18;

TR0=1;

IE=0x82;//开定时器0中断

status=0;

while

（1）//键扫描程序

{

keyinput=P1&0x0f;

if（keyinput!

=0x0f）

{

delayMS（10）;

if（keyinput!

=0x0f）

{

buf=keyinput;

P1=0xff;

while（P1!

=0xff）

P1=0xff;

keyprocess（buf）;//调用按键处理函数

buf=0xff;

}

}

display（）;

}

}

//延时程序

voiddelayMS（uintt）//晶振频率12MHZ

{

uinti;

while（t--）

for（i=0;i<125;i++）;

}

//按键处理函数

voidkeyprocess（unsignedcharkey）//键值处理，正常计时，设置时分秒

{

switch（key）

{

case0x0e:

status++;//按下设置键

TR0=0;

if（status>=3）status=0;

break;

case0x0d:

switch（status）//按下加1键，3种模式下加1

{

case0x01:

if（min<59）min++;

elsemin=0;

break;

case0x02:

if（sec<59）sec++;

elsesec=0;

break;

}

break;

case0x0b:

switch（status）//按下减1键

{

case0x01:

if（min>0）min--;

elsemin=59;

break;

case0x02:

if（sec>0）sec--;

elsesec=59;

break;

}

break;

case0x07:

TR0=1;MotorStart（）;

default:

break;

}

}

//数码管显示函数

voiddisplay（）

{

uchari;//正常计时显示

{

buffer[0]=min/10;//显示分的十位

buffer[1]=min%10;//显示分的个位

buffer[2]=sec/10;//显示秒的十位

buffer[3]=sec%10;//显示秒的个位

for（i=0;i<4;i++）

{

P0=segcode[buffer[i]];

P2=dispbit[i];

delayMS

（1）;//防止数码管显示的时候闪动

P2=0xff;

}

}

}

//定时器0中断函数

voidtimer0（）interrupt1using2//T0中断服务函数，第二组工作寄存器

{

staticuintcount;

TH0=0xFC;//定时器0设置初始值1ms中断初始值

TL0=0x18;

TR0=1;

count++;//正常计时

if（count>=1000）//定时1S到，以下为时钟的正常走钟逻辑

{

count=0;

sec--;

if（sec==0）

{

sec=59;

min--;

if（min==0&&sec==0）

{

P2=0xff;

}

}

}

}

voidMotorStart（）

{

EN_MOTOR_A=1;

MOTOR_A2=1;

MOTOR_A1=0;

delayS（60）;

EN_MOTOR_A=0;

delayS（60）;

EN_MOTOR_A=1;

MOTOR_A2=0;

MOTOR_A1=1;

delayS（60）;

}

voiddelayS（uintb）//晶振频率12MHZ

{

uintj;

while（b--）

for（j=0;j<2000;j++）;

}