基于单片机的直流电机调速系统的课程设计
一、总体设计概述
本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩
阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。
二、直流电机调速原理
根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速，总满足下式：
式中U——电压；
Ra——励磁绕组本身的内阻；
——每极磁通（wb ）;
Ce——电势常数；
Ct——转矩常数。
由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。
电枢控制法在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电．
压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。如
果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。平均转
速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。
三、系统硬件设计
1、调速系统总体分析设计
以单片机作为控制的核心，采用H桥电路芯片L298完成电机驱动主电路，霍尔器件构成速度采集并转换为脉冲电路，PWM模拟发生器，通过LCD显示器输出电机的转速与3*4的键盘组成人机接口电路实现起动、加速、减速、反转、制动的功能。
2、PWM信号发生电路
PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。
在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转所示：2-8又被称为“开关驱动装置”。如图PWM速。也正因为如此，
图二： PWM方波
设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D= t1 / T，则电机的平均速度为Va = Vmax * D，其中Va指的是电机的平均速度；Vmax 是指电机在全通电时的最大速度；D = t1 / T是指占空比。
由上面的公式可见，当我们改变占空比D = t1 / T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的。严格来说，平均速度Vd 与占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。
3、单元模块设计
㈠驱动主电路模块
功率放大驱动芯片有多种，此次我们所用的芯片为L298主控芯片。
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46 V。输出
L298N引脚图
脚下管的发射极分别单独15脚和1，可驱动电感性负载。5 A．2电流可达
引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。在实际运用中由于存在从强电到弱电的连接，为保护电路，L298N的输入端in1和in2都必须采用图中所示的光耦合隔离电路进行隔离。图中二极管的作用是消除电机的反向电动势，保护电路，因此采用整流二极管比较合适。PWM控制信号由in1、in2输入。如果in1为高电平，in2为低电平时电机为正向转速，反之in1为低电平，in2为高电平时，电机为反向转速。本设计将in2直接接地，即采用单向制动的方式。如下图三所示：
图三：L298驱动电路
⑵人机接口电路
①接口电路的扩展
80C51单片机与可编程并行I/O接口扩展接口8155A，该连接可以直接连接而不需要添加任何逻辑器件，其接口电路图如图三所示。在图中，80C51单片机P0输出的低8位地址不需另加锁存器而直接与8155A的AD0-AD7相连，即作为低八位地址总线又作数据总线。地址锁存直接用ALE在8155A锁存。8155A的CE端与P2.7相连，IO/M端与P2.0相连。当P2.7为低电平时若P2.0=1，访问8155A 的I/O口；若P2.0=0，访问8155A的RAM单元，由此可以得到8155A的地址编码如下：RAM字节地址 7E00—7E00H
I/O口地址（命令/状态口 7F00H，PA口 7F01H，PB口 7F02H，PC口 7F03H，）7F05H 位八高器时定，7F04H 位八低器时定
图四：人机接口电路
②矩阵键盘电路
本设计采用4*3矩阵键盘，它们分别与P1口相连，作为设定速度的输入。12个按键功能描述：0~9的10个数字键，next和ok两个功能键。连接在P1端口进行扫描，ok键就是确认键，功能是将设置好参数后退出设置模式，next键按下后就是将光标切换到下一个要设置的位值。其电路如图五所示。
图五：键盘电路
③LCD显示电路与单片机的接口设计
本次设计中采用的LCD12864是一种内置8192个16*16点汉字库和128个16*8点ASCII字符集图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器/ 列驱动器及12816×(16个2×7.5全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示32×．
点阵)汉字，与外部CPU接口采用并行或串行方式控制。本设计采用并行方式控制，LCD与单片机的通讯接口电路如图2.6所示,采用直连的方法，这样设计的优点是在不影响性能的条件下还不用添加其它硬件，简化了电路，降低了成本。
图六： LCD显示电路与单片机的接口
④按键电路和消除抖动
键盘中按键的开关状态，通过一定的电路转换为高、低电平状态，如图七所示。按键闭合过程在相应的I/O口形成的一个负脉中，如图八所示。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是出于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的长短与开关的机械特性有关，一般在
5ms~10ms之间。为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采取措施消除抖动。消除抖动的方法有两种，一种是采用硬件电路来实现，如用滤波电路和双稳态电路等；另一种是利用软件来实现，即当发现有键按下时，延时10~20ms再查询是否有键按下，若没有键按下，说明上次查询结果为干扰或抖动；若有键按下，则说明闭合键已稳定，即可判断其键码。
图八按键电路图七：
⑤电源模块
线性三端稳压器件7805由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使得它基本上不会损坏。提供足够的散热片，能够保证输出最大电流为1.5A，电路简单,稳定.调试方便，价格便宜,适合于对成本要求苛刻的产品，电路中几乎没有产生高频或者低频辐射信号的元件,工作频率低,EMI等方面易于控制.并采用磁珠对模拟地与数字地进行隔离，电路如图九所示。
图九：电源模块
、速度测量电路设计4测其电路图如图十所示。速度检测电路是由开关型
霍尔传感器和磁钢组成，从量电机转速的第一步就是要将电机的转速表示为单片机可以识别的脉冲信号，体具有结构牢固、而进行脉冲计数。霍尔器件作为一种转速测量系统的传感器，积小、重量轻、寿命长、安装方便等优点。当电机转动时，带动传感器，产生对进行应频率的脉冲信号，经过信号处理后输出到计数器或其他的脉冲计数装置，固定在离反射式黑白码盘转速的测量。在本次使用中，我们将霍尔传感器3314霍尔传感器就输当码盘转动一圈时，很近的洞洞板上，码盘上固定有微型磁钢，处理。放大后输入单片机出电平信号，经电压比较器lm339在传感检测电路中将磁钢安装在电所谓磁钢，就是磁钢就是一种有磁性的钢铁。当磁霍尔传感器连接在电路中，机的转轴上，而霍尔传感器则放在转轴的旁边，此时将输出一钢随转轴经过霍尔传感器时，由开关型霍尔传感器的工作原理知，这样通过高又将输出一个高电平。而当磁钢离开霍尔传感器后，个低电平信号；
低电平的转换，将其送入单片机后就可以测量它的转速。
图十：霍尔传感器部分
5、单闭环调速系统的PI控制模块
采用PI调节器的单闭环转速反馈系统，即保证了动态稳定性，又保证了静态无静差，很好的解决了动静态之间的矛盾。但电流得不到限制。电流负反馈虽然能限制启动电流，但在启动时，启动电流仅在某一瞬间达到最大的允许值，其余的时间都比较小启动过程慢。同时。他的机械特性较软，不适合调速，想要启动过程尽可能快。就应使整个启动过程中的电机始终保持最大的启动转矩。由上述可知，实现理想过程过程的关键是控制电流波形，
图12 生产机械工作工程
由图可知，为了达到最佳过渡过程，必须满足：
○过渡过程中，尽量能使电枢电流为最大值，过渡过程结束时，尽快使电枢1电流达到稳定值。
○突变到最应使Ud2为了使电枢电流有动态到稳态和由稳态到动态迅速变化，大值，待电枢电流达到要求值欧，在突变到需要值。
四、系统软件设计
1、主程序软件设计
单片机资源分配：
工作寄存器0组㈡R-R 00H-07H 7O数据缓冲区
30H-7FH
PSW.4（RS=0） PSW.3(RS=0) ；选中工作寄存器0组01P0口地址
80H
P1口地址 90H
P2口地址 A0H
P3口地址 B0H
堆栈（SP） 81H
定时器/计数器控制 TCON 88H
定时器/计数器方式控制 TMOD 89H
定时器/计数器0 低字节 TL0 8AH 高字节 TH0 8CH
定时器/计数器1 低字节 TL1 8BH 高字节 TH1 8DH
中断1——PI采样（u）i中断0——A/D采样 P1口预置 W
P0口测量值（实测Y）
主程序：
0000 AJMP START
START： CLR PSW.4
CLR PSW.3 ；选中工作寄存器0组
CLR C
MOV R0，4FH
30H
， MOV A
CLEAR1： CLR A
INC A
DJNZ R ，CLEAR1 ；清零30-7FH 0 SETB
TR0 ；定时器/计数器0工作
MOV TMODE ，#01H ；定时器/计数器工作在方式1
SETB EA ；总中断开放
SETB IT0 ；置INTO为降沿触发
SETB IT1 ；置INT1为降沿触发
LJMP MAIN
LJMP CTCO
LCALL SAMPLE
F=12MHZ，用一个定时器/计数器定时50ms，用R作计数器，置初值14H，到定2osc 时时间后产生中断，每执行一次中断服务程序，让计数器内容减1，当计数器内容减为0时，则到1s。
图十二：系统主单片机总程序框图再执行主单片机检测是否有键按下，当系统被启动后，主从单片机初始化。再计计算处理，PID控制器，控制器经PIDPID 按键子程序，将输入的值传送到信号，驱动电机转动，主单片机PWM再送出相应的PID的定时值，PWM算出
将传感器输入的信号进行计算，再将得出的值输出到PID控制器，PID控制器经计算输出相应的PWM信号控制电机转速趋于设定的转速。依次循环使电机趋于稳定值。
2、PI控制算法:
U=U+K(e-e)+(K*T/T)*e 算法的表达式为：PI ii-1iii-1ipp令P=K I=K*T/T I PP 则U=U+P(e-e)+I*e i
i-1i-1ii T——采样周期 T=RC K=R/R0
ipnnn PI控制算法的程序流程图为：
PI程序：
SETB EX1 ；开放中断1
MOV R0，90H ；P1口（W）送R0,预设
，实测R1）送Y口（P0；80H ，MOV R1．
MOV A，R0 ；W给A
MOV B，R1 ；Y给B
SUBB A，B ；ei给A
MOV 7FH，A ；ei 给7FH
MOV 7EH，#00H ；e=0给7EH i-1MOV 7BH，Umax MOV 7AH, Umin
AJMP IN ；积分项
；比例项AJMP P
；，R2 Pi给A MOV A；Pi+PpADD A，R3 给A
；#00H ，U=0给7DH MOV 7DH i-1；U+Pi+Pp=Ui给ADD A，
7DH A i-1；UiMOV 7CH,A 给
7CH
；UiMOV 7DH，7CH 给U i-1
；MOV A，7BH Umax给A
；Ui〉Umax，CJNE A#Ui，LOOP2 转移
#Ui
MOV A，；Ui ；输出Ui到P17CH MOV 90H，口 ；Ui给A ，：LOOP2MOV A7CH CLR C #Umax ，SUBB ARETI ；，：LOOP3MOV A7CH Ui给A CLR C #Umin ， SUBB A RETI #I MOV 6FH：IN，；， MOV AI给6FH A ；， MOV Bei7FH 给B ；Pi=I*ei给 MUL AB A R2 MOV R2给Pi；A ， RETI #P ， MOV 6EH：P． CLR C MOV A，7FH ；ei给A SUBB A，7EH ；ei-e给A i-1 MOV 7EH，7FH ；ei给e i-1 MOV B，6EH MUL AB ；（ei-ei-1）*P给A MOV R3，A ；Pp给R3 RETI 3、键盘程序设计 键盘程序设计的任务是赋予各按键相应的功能，完成速度设定值的输入和向STC12C5412AD的PWM控制器控制频率的设定。4*3矩阵键盘的12个按键两个为功能键，十个为0~9的数值键。其中功能键NEXT用来位循环选择所要设置的数值位，切换单片机要调整的是设定值的个位、还是十位；功能按键OK用来在设置完成后退出设定状态；数值键0~9用作改变当前参数的作用，仅当在参数设定模式下才会起作用，未在参数设定模式下不会引起误触发；参数设定是实时更新的，每次设定后就反馈到单片机处理，可迅速观察到运行情况，从而实现设定控制。按键驱动子程序框图如图十四。软件去抖得方法的是调用去抖延时子程序，这使得显示器进入键输入子程序后始终是亮的，下面为键输入子程序的清单，从该程序返回后输入建好在A中。 KEY1：ACALL KS1 JNZ LK1 AJMP KEY1 LK1：ACALL T12MS ACALL KS1 JNZ LK2 AJMP KEY1 LK2：MOV R2，#0FEH MOV R4，#00H LK4：MOV DPTR,#7F01H MOV A,R2 MOVX @DPTR,A INC DPTR MOVX A,@DPTR JB ACC.0,LONE MOV A,#OOH 键盘程序框图图十四：AJMP LKP LONE:JB ACC.1，NEXT MOV A,#03H AJMP LKP LKP:ADD A,R4 PUSH ACC LK3：ACALL KS1 JNZ LK3 POP ACC RET NEXT:INC R4 MOV A,R2 JNB ACC.3，KND RL A MOV R2,A AJMP LK4 KND:AJMP KEY1 KS1：MOV DPTR,#7F01H MOV A,#OOH MOVX @DPTR,A INC DPTR MOVX A,@DPTR CPL A ANL A,#OOOOO111B RET T12MS:MOV R7,#18H TM:MOV R6，#0FFH TM6：DJNZ R6，TM6 DJNZ R7，TM RET 4、LCD显示子程序的设计 ㈠显示程序设计 80C51单片机与ICM7211接口显示程序设计，实现四位速度的显示，千位、百位、十位、个位欲显示的的BCD码放入32H——35H单元；半位（万位0或1）放入单元。其软件流程图如图十一所示。31H单元；小数点的控制位放入30H． 编写的显示子程序为： LCDDIR:MOV DPTR,#41OOH ;8155初始化 MOV A,#0FH ;PA、PB、PC为输出口 MOVX @DPTR,A MOV R0,#32H MOV R1,#04H ;四位显示 MOV R3，#10H ; 首位位选字#10H送R3 MOV DPTR,#4101H ;指向PA口DIR1：R3 A，MOV @DPTR,A MOVX 指向INC DPTR PB口; ;BCD码送A（低四位）MOV A,@RO SWAP A ;BCD码交换高四位输出ＢＣＤ码; MOVX @DPTR,A 2ms ; TIME 延时ACALL A,R3 MOV RL A 位选字左移一位; R3,A MOV R0 INC R1,DIR1 DJNZ R0,#30H MOV @R0,#01H,DIR2 CJNE DPTR INC A,#02H MOV @DPTR,A MOVX TIME ACALL R0,#31H MOV @RO,#01H,DIR2 CJNE 程序流程框图图十一：A,#04H MOV @DPTR,A MOVX ACALL TIME DIR2:RET TIME:MOV R7,#04H TM2:MOV R6,#0FFH TM1:DJNZ R6,TM1 DJNZ R7,TM2 RET 总结 本文所述的直流电机闭环调速系统是以8051单片机为核心的，而通过单片机来实现电机调整又有多种途径，相对于其他用硬件或者硬件与软件相结合的方法实现对电机进行调整，采用PWM软件方法来实现的调速过程具有更大的灵活性和更低的成本，它能够充分发挥单片机的效能，对于简易速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。而在软件方面，采用PID算法来确定闭环控制的补偿量也是由数字电路组成的直流电机闭环调速系统所不能及的。本次采用比较可靠实用的L298芯片为驱动电路主控芯片，这使我更加了解了这些东西，对我自身的提高有极大的帮助。 课程设计参考资料 [1]赵影．电机与电力拖动[M] ．北京：国防工业出版社，2011． [2]何立民．单片机与嵌入式系统应用[J]．基于HCS12的小车智能控制系统设 计．2007，(3) ：51-53,57． [3]方建军．何广平．智能机器人[M]．北京：化学工业出版社．2004 :5-9． [4]张立．电子世界[J]．电动小车的循迹．2004,(6)：45． [6] ． [7]徐科军．传感器与检测技术[M]．北京：电子工业出版社，2007：110-113,160-161． [8]宋庆环，才卫国，高志，89C51单片机在直流电动机调速系统中的应用[M]。唐山学院，2008.4 [9]陈锟危立辉，基于单片机的直流电机调速器控制电路[J]，中南民族大学学报(自然科学版)，2003.9. [10]李维军韩小刚李晋，基于单片机用软件实现直流电机PWM调速系统[J]，维普资讯，2007.9 [11曹巧媛.单片机原理及应用[M].北京，电子工业出版社，1997. [12]朱定华，戴汝平编著.单片机原理与应用[M].清华大学出版社北方交通大学出版社，2003.8. 《电力拖动技术课程设计》报告书 直流电动机调速设计 专业：电气自动化 学生姓名： 班级： 09电气自动化大专 指导老师： 提交日期： 2012 年 3 月 前言 在电机的发展史上，直流电动机有着光辉的历史和经历，皮克西、西门子、格拉姆、爱迪生、戈登等世界上著名的科学家都为直流电机的发展和生存作出了极其巨大的贡献，这些直流电机的鼻祖中尤其是以发明擅长的发明大王爱迪生却只对直流电机感兴趣，现而今直流电机仍然成为人类生存和发展极其重要的一部分，因而有必要说明对直流电机的研究很有必要。 早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工效率。 哈尔滨远东理工学院 课题名称 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 2015年10月14日 1、例举设计过程中遇到的问题及其解决方法（至少两例）。答：（1）问题说明： 解决方法： （2）问题说明： 解决方法： 2、教师现场提的问题记录在此（不少于2个问题）。 目录 1 设计任务 (1) 2设计方案 (2) 2.1任务分析 (2) 2.2方案设计 (2) 3 系统硬件设计 (3) 3.1时钟电路设计 (3) 3.2复位电路设计 (3) 3.3 灯控制电路设计 (3) 3.4 倒计时显示电路设计 (4) 3.5 按键控制电路设计 (5) 4 系统软件设计 (6) 4.1 1S定时 (6) 4.2 定时程序流程 (6) 4.3交通灯的设计流程图 (6) 4.4定时器0 及中断响应 (7) 5仿真与性能分析 (8) 6心得体会 (9) 参考文献 (10) 附录1 系统原理图 .......................................................................错误!未定义书签。附录2 系统PCB图 .....................................................................错误!未定义书签。附录3 程序清单 .. (11) II 1 设计任务 支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。用红、绿、黄发光二极管作信号灯。如图1.1所示。设东西向为主干道，南北为支干道。 1. 基本要求 （1） 主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。 （2） 主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒，设立30秒、20秒计时、显示电路。 （3） 在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡。黄灯亮时，原红灯按1Hz 的频率闪烁。 （4） 要求主支干道通行时间及黄灯亮的时间均可在0～99秒内任意设置。 2. 选做 （1） 可设置紧急按钮，在出现紧急情况时可由交警手动实现全路口车辆禁行而行人通行状态，即主干道和支干道均为红灯亮。 （2） 实现绿波带。所谓‘绿波带’，是指在一定路段，只要按照规定时速，就能一路绿灯畅行无阻。“绿波带”将根据道路车辆行驶的速度和路口间的距离，自动设置信号灯的点亮时间差，以保证车辆从遇到第一个绿灯开始，只要按照规定速度行驶，之后遇到的信号灯将全是绿灯。 温度控制系统设计 题目: 基于51单片机的温度控制系统设计姓名: 学院: 电气工程与自动化学院 专业: 电气工程及其自动化 班级: 学号: 指导教师: 2015年5月31日 摘要： (3) 一、系统设计 (3) 1.1 项目概要 (3) 1.2设计任务和要求： (4) 二、硬件设计 (4) 2.1 硬件设计概要 (4) 2.2 信息处理模块 (4) 2.3 温度采集模块 (5) 2.3.1传感器DS18b20简介 (5) 2.3.2实验模拟电路图 (7) 2.3.3程序流程图 (6) 2.4控制调节模块 (9) 2.4.1升温调节系统 (9) 2.4.2温度上下限调节系统 (8) 2.43报警电路系统 (9) 2.5显示模块 (12) 三、两周实习总结 (13) 四、参考文献 (13) 五、附录 (15) 5.1原理图 (15) 摘要： 在现代工业生产中，温度是常用的测量被控因素。本设计是基于51单片机控制，将DS18B20温度传感器实时温度转化，并通过1602液晶对温度实行实时显示，并通过加热片（PWM波，改变其占空比）加热与步进电机降温逐次逼近的方式，将温度保持在设定温度，通过按键调节温度报警区域，实现对温度在0℃-99℃控制的自动化。实验结果表明此结构完全可行，温度偏差可达0.1℃以内。 关键字：AT89C51单片机；温控；DS18b20 一、系统设计 1.1 项目概要 温度控制系统无论是工业生产过程，还是日常生活都起着非常重要的作用，过低或过高的温度环境不仅是一种资源的浪费，同时也会对机器和工作人员的寿命产生严重影响，极有可能造成严重的经济财产损失，给生活生产带来许多利的因素，基于AT89C51的单片机温度控制系统与传统的温度控制相比具有操作方便、价价格便宜、精确度高和开展容易等优点，因此市场前景好。 单片机原理及应用课程设计报告设计题目： 学院： 专业： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 年月日 目录 设计题目：PWM直流电机调速系统 本文设计的PWM直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。 关键词：直流电机调速；定时中断；电动机；波形；LED显示器；51单片机 1 设计要求及主要技术指标： 基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM调速控制装置。 设计要求 （1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。 （2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。 （3）设计一个4个按键的键盘。 K1:“启动/停止”。 K2：“正转/反转”。 K3：“加速”。 K4:“减速”。 （4）手动控制。在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。在 手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。 （5）*测量并在LED显示器上显示电动机转速（rpm）. （6）实现数字PID调速功能。 主要技术指标 (1）参考L298说明书，在系统中扩展直流电动机控制驱动电路。 (2)使用定时器产生可控PWM波，定时时间建议为250us。 (3）编写键盘控制程序，实现转向控制，并通过调整PWM波占空比，实现调速； (4）参考Protuse仿真效果图：图（1） 图（1） 2 设计过程 本文设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速。系统主电路采用大功率GTR为开关器件、H桥单极式电路为功率放大电路的结构。PWM调制部分是在单片机开发平台之上，运用汇编语言编程控制。由定时器来产生宽度可调的矩形波。通过调节波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间，以达到调节电机速度的目的。增加了系统的灵活性和精确性，使整个PWM脉冲的产生过程得到了大大的简化。 本设计以控制驱动电路L298为核心，L298是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。可驱动2个电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。 本设计以AT89C52单片机为核心，如下图（2），AT89C52是一个低电压，高性能 8位，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（），器件采用的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。 图（2） 对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性：闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差（额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比）要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环调速系统的调速范 题目: 智能小车设计 打开命令行终端的快捷方式: ctr+al+t:默认的路径在家目录 ctr+shift+n:默认的路径为上一次终端所处在的路径. linux@ubuntu:~$ linux:当前登录用户名. ubuntu:主机名 :和$之间:当前用户所处在的工作路径. windows下的工作路径如C:\Intel\Logs linux下的工作路径是:/.../..../ ~:代表的是/home/linux这个路径.(家目录). ls(list):列出当前路径下的文件名和目录名. ls -a(all):列出当前路径下的所有文件和目录名,包括了隐藏文件. .:当前路径 ..:上一级路径 ls -l:以横排的方式列出文件的详细信息 total 269464(当前这个路径总计所占空间的大小,单位是K) drwxr-xr-x 3 linux linux 4096 Dec 4 19:16 Desktop 第一个位置:代表的是文件的类型. linux系统下的文件类型有以下几种. b:块设备文件 c:字符设备文件 d:directory,目录 -:普通文件. l:连接文件. s:套接字文件. p:管道文件. rwxr-xr-x:权限 r:读权限-:没有相对应的权限 w:写权限 x:可执行权限 修改权限: chmod u-或者+r/w/x 文件名 chmod g-或者+r/w/x 文件名 chmod o-或者+r/w/x 文件名 第一组:用户权限 第二组:用户组的权限 第三组:其他用户的权限. chmod 三个数(权限) 文件名 首先根据你想要的权限生成二进制数,再根据二进制数转换成十进制的三位数 rwxr-x-wx 111101011 7 5 3 chmod 753 文件名 rwx--xr-x 第二个位置上的数字:对应目录下的子文件个数,如果是非目录,则数字是1 第三个位置:用户名(文件创造者). 第四个位置:用户组的名字(前边的用户所处在的用户组的名字). 第五个位置:对应文件所占的空间大小(单位为b) 第六~八个位置:Dec 4 19:16时间戳(最后一次修改文件的时间) 最后一个位置:文件名 操作文件: 1.创建一个普通文件:touch 文件名 2.删除一个文件:rm(remove) 文件名 3.新建一个目录:mkdir(make directory) 目录名 递归创建目录:mkdir -p 目录1/目录2/目录3 4.删除一个目录:rmdir 目录名.//仅删除一个空目录 rm -rf 目录名//删除一个非空目录 5.切换目录(change directory):cd 路径 linux下的路径分两种 相对路径:以.(当前路径)为起点. 绝对路径:以/(根目录)为起点, 用相对路径的方式进入Music:cd ./Music 用绝对路径的方式进入Desktop:cd /home/linux/Desktop 返回上一级:cd .. 目录 摘要............................................................................................................................................................. I ABSTRACT .....................................................................................................................................................II 第1章绪论 . (1) 1.1 单片机的概述 (1) 1.2 单片机的基本结构 (1) 第2章单片机最小系统介绍 (4) 2.1单片机最小系统电路介绍 (4) 2.2电路设计方案 (4) 第3章单片机最小系统的硬件设计 (7) 3.1硬件原理图 (7) 3.2系统各组成模块介绍 (8) 3.2.1 振荡电路 (8) 3.2.2 电源电路 (7) 3.2.3 程序下载电路 (9) 3.2.4 外存储电路 (10) 3.2.5 数码管显示电路和矩阵键盘电路 (11) 3.2.6 液晶显示电路 (12) 3.2.7 复位电路 (13) 第4章安装与调试 (15) 4.1调试方法和结果 (15) 4.1.1电源部分安装调试 (15) 4.1.2 STC89C52单片机最小化系统主控制部分安装调试 (15) 4.1.3 程序下载部分电路安装调试 (16) 4.1.4 外存储电路调试 (16) 4.1.5 数码管显示电路和键盘电路调试 (16) 总结和体会 (17) 致谢 (18) 参考文献 (19) 附录 (20) 电力拖动课程设计 题目：直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统 姓名：强 学号：U201311856 班级：电气1303 指导老师：徐伟 课程评分： 日期：2016-07-10 目录 一、设计目标与技术参数 二、设计基本原理 （一）调速系统的总体设计 （二）桥式可逆PWM变换器的工作原理（三）双闭环调速系统的静特性分析（四）双闭环调速系统的稳态框图 （五）双闭环调速系统的硬件电路 （六）泵升电压限制 （七）主电路参数计算和元件选择 （八）调节器参数计算 三、仿真 （一）仿真原理（含建模及参数） （二）重要仿真结果（目的为验证设计参数的正确性） 四、结论 参考文献 附录1：调速系统总图 附录2：调速系统仿真图 一、设计目标与技术参数 直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统的设计目标如下： 额定电压：U N=220V；额定电流：I N=136A；额定转速：n N：=1460r/min； 电枢回路总电阻：R=0.45Ω；电磁时间常数：T l=0.076s；机电时间常数：T m=0.161s； 电动势系数：C e=0.132V*min/r；转速过滤时间常数：T on=0.01s；转速反馈系数α=0.01 V*min/r； 允许电流过载倍数：λ=1.5；电流反馈系数：β=0.07V/A； 电流超调量：σi≤5%；转速超调量：σi≤10%；运算放大器：R0=4KΩ； 晶体管PWM功率放大器：工作频率：2KHz；工作方式：H型双极性。 PWM变换器的放大系数：K S=20。 二、设计基本原理 （一）调速系统的总体设计 在电力拖动控制系统的理论课学习中已经知道，采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环调速系统就难以满足需要。这主要是因为在单闭环调速系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。如图2-1所示。 图2-1 直流调速系统启动过程的电流和转速波形 用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。 直流双闭环调速系统的结构图如图2-2所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。 直流PWM控制系统是直流脉宽调制式调速控制系统的简称，与晶闸管直流调速系统的区 课程设计报告 课程名称单片机原理及应用 设计题目电子琴的设计 专业班级自动化1142 姓名周太永 学号1104421242 指导教师蔡长青张卓 起止时间2014.6.23-2014.7.11 成绩评定 考核内容设计 表现 设计 报告 答辩 综合 评定 成绩 电气与信息学院 2013/2014学年第二学期 《单片机控制系统设计与调试》课程设计任务书 指导教师：蔡长青班级：自动化1141、2班 地点：机房、单片机实验室（实训中心415） 课程设计题目：基于单片机原理的电子琴设计 一、课程设计目的 1.灵活运用单片机的基础知识，依据课程设计内容，能够完成从硬件电路图设计， 到PCB制版，再到软件编程及系统调试实现系统功能，完成课程设计，加深对单片机基础知识的理解，并灵活运用，将各门知识综合应用。 2.能够上网查询器件资料，培养对新知识新技术的独立的学习能力和应用能力。 3.独立完成一个小的系统设计，从硬件设计到软件设计，增强分析问题、解决问 题的能力，为日后的毕业设计及科研工作奠定良好的基础。 二、课程设计内容（包括技术指标） 1.焊接。认真、仔细，避免缺焊、漏焊。 2.频率计算。会计算脉冲值与频率的关系。 3.工作过程。开机时，第一步是对定时器T0进行初始化，设定它的工作状态(对 于本系统将T0设定为工作方式0)；然后判断是否有键按下，如果没有按键按下，继续判断，如果有按键按下，则判断是哪个键按下；再根据按键的功能将计数初值装入定时器T0中中并启动T0，当T0定时完毕后，重新装入计数初值继续定时并将P3.3取反，再次定时完毕后再一次的装入计数初值 继续定时并将P3.3取反，一直循环此操作直到按键释放为止，按键释放后 停止T0工作并再次判断是否又有按键按下，并继续执行以前的过程。 三、时间安排 1．布置任务、查资料1天 2．硬件电路图设计及PCB制版3天 3．硬件电路图及PCB制版验收、电路板焊接1天 4．软件编程设计3天 5．系统调试3天 6．调试验收1天 7．完成设计报告3天 四、基本要求 1.画出硬件电路图，完成PCB制版； 2.画出软件流程图，编写程序（C51语言/汇编语言）； 3.完成系统调试； 4.提交设计报告。 一、总体设计概述 本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩 阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。 二、直流电机调速原理 根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速，总满足下式： 式中U——电压； Ra——励磁绕组本身的内阻； ——每极磁通（wb ）; Ce——电势常数； Ct——转矩常数。 由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。 电枢控制法在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电． 压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。如 果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。平均转 速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。 三、系统硬件设计 单片机系统课程设计报告 专业：自动化 学生姓名： 学号： 指导教师： 完成日期：2011 年 3 月17 日 目录 1 设计任务和性能指标 (3) 1.1设计任务............................................................................ 错误！未定义书签。 2 设计方案 (4) 2.1任务分析 (4) 2.2方案设计 (4) 3 系统硬件设计 (5) 3.1时钟的电路设计 (5) 3.2复位电路设计 (5) 3.3灯控电路设计 (5) 3.4倒计时电路设计 (6) 3.5按键控制电路设计 (7) 4 系统软件设计 (8) 4.11秒定时 (8) 4.2定时程序流程 (8) 4.3交通灯的设计流程图 (9) 4.4定时器0与中断响应 (10) 5 仿真及性能分析 (10) 5.1仿真结果图 (11) 5.2仿真结果与分析 (12) 6 心得体会 (13) 参考文献 (14) 附录1 系统原理图 (15) 附录2 系统PCB图 .................................................................. 错误！未定义书签。附录3 程序清单 (17) 1.1设计任务 利用单片机完成交通信号灯控制器的设计，该交通信号灯控制器由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。用红、绿、黄发光二极管作信号灯。如图5.1所示。设东西向为主干道，南北为支干道。 图5.1 交通灯示意图 1. 基本要求 （1） 主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干 道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。 （2） 主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行30秒， 支干道每次放行20秒，设立30秒、20秒计时、显示电路。 （3） 在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡。 黄灯亮时，原红灯按1Hz 的频率闪烁。 （4） 要求主支干道通行时间及黄灯亮的时间均可在0～99秒内任意设置。 2. 选做 （1） 可设置紧急按钮，在出现紧急情况时可由交警手动实现全路口车辆 禁行而行人通行状态，即主干道和支干道均为红灯亮。 （2） 实现绿波带。所谓‘绿波带’，是指在一定路段，只要按照规定时速， 就能一路绿灯畅行无阻。“绿波带”将根据道路车辆行驶的速度和路口间的距离，自动设置信号灯的点亮时间差，以保证车辆从遇到第一个绿灯开始，只要按照规定速度行驶，之后遇到的信号灯将全是绿灯。 南 北 东 西 用单片机控制直流电机的速度 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。 直流电机的调速方案一般有下列3种方式： ?1、改变电枢电压； ?2、改变激磁绕组电压； ?3、改变电枢回路电阻。 使用单片机来控制直流电机的变速，一般采用调节电枢电压的方式，通过单片机控制PWM1，PWM2,产生可变的脉冲，这样电机上的电压也为宽度可变的脉冲电压。根据公式 U=aVCC 其中：U为电枢电压；a为脉冲的占空比（0 电动机的电枢电压受单片机输出脉冲控制，实现了利用脉冲宽度调制技术（PWM）进行直流电机的变速。 因为在H桥电路中，只有PWM1与PWM2电平互为相反时电机才能驱动，也就是PWM1与PWM2同为高电平或同为低电平时，都不能工作，所以上图中的实际脉冲宽度为B， 我们把PWM波的周期定为1ms，占空比分100级可调（每级级差为10%），这样定时器T0每0.01ms产生一次定时中断，每100次后进入下一个PWM波的周期。上图中，占空比是60%，即输出脉冲的为0.6ms，断开脉冲为0.4ms，这样电枢电压为5*60%=3V。 我们讨论的是可以正转反转的，如果只按一个方向转，我们就只要把PWM1置为高电平或低电平，只改变另一个PWM2电平的脉冲变化即可，，如下图（Q4导通，Q3闭合，电机只能顺时针调整转动速度） 单片机系统 课程设计 成绩评定表 设计课题排队叫号系统设计 学院名称：电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计地点： 设计时间： 指导教师意见： 成绩: 签名：年月日 单片机系统课程设计 课程设计名称：排队叫号系统设计 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 课程设计地点： 课程设计时间： 单片机系统课程设计任务书 学生姓名专业班级学号 题目 课题性质工程设计课题来源选题指导教师 主要内容（参数） 利用排队叫号系统，实现以下功能： 1、取票：顾客取一张号票吗，上面有号码、等候人数、时间等 2、休息等待：持号票在休息区休息并留意显示屏音箱叫号 3、按键叫号：工作人员办完一笔业务后按下叫号器上的下一位按钮 4、前去办理：叫号时根据显示屏音箱的信息到指定位置享受一对一的服务。 任务要求（进度） 第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。 第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。 第5-6天：软件设计，编写程序。 第7-8天：实验室调试。 第9-10天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于6000字。 主要参考资料[1] 康万新.毕业设计指导及案例剖析—应用电子技术方向[M].北京:清华大学出版社,2007. [2] 杨连国.医院智能排队叫号系统的设计与实现[D].南京:东南大学,2006. [3] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社,2004. 审查意见 系（教研室）主任签字：年月日 设计任务书 一．题目： 4kw 以下直流电动机不可逆调速系统设计 二．基本参数： 三．设计性能要求： 调速范围D=10静差率s < 10%制动迅速平稳 四．设计任务： 五．参考资料： 1. 设计合适的控制方案。 2. 画出电路原理图，最好用计算机画图（号图纸） 3. 计算各主要元件的参数，并正确选择元器件。 4. 写出设计说明书，要求字迹工整，原理叙述正确。 5. 列出元件明细表附在说明书的后面。 直流电动机：额定功率 Pn=1.1kW 额定电压 Un=110V 额定电流 In=13A 转速 Nn=1500r/min 电枢电阻 Ra=1Q 极数 2p=2 励磁电压 Uex=110V 电流 Iex=0.8A 电动机作为一种有利工具，在日常生活中得到了广泛的应用。而直流电动机具有很好的启动，制动性能，所以在一些可控电力拖动场所大部分都米用直流电动机。 而在直流电动机中，带电压截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛, 其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制。 他通常采用三相全桥整流电路对电机进行供电，从而控制电动机的转速, 传统的控制系统采用模拟元件，比如：晶闸管、各种线性运算电路的等。 虽在一定程度上满足了生产要求，但是元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂，通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，从而致使系统的运行特征也随着变化，所以系统的可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。直流调速系统是由功率晶闸管、移相控制电路、转速电路、双闭环调速系统电路、积分电路、电流反馈电路、以及缺相和过流保护电路。通常指人为的或自动的改变电动机的转速，以满足工作机械的要求。机械特性上通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机的机械特性和工作特性的机械特性的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化 由于本人和能力有限，错误或不当之处再所难免，期望批评和指正 #include 《单片机原理及实训教程》 课程设计 设计题目单片机智能流水灯控制器 院系电子电气工程学院 班级 12级电气（一）班 姓名侯东伟学号 2012481015 设计地点实验楼 指导教师翟红程职称副教授 指导教师签字 设计日期 14年6月16——14年6月22 目录 封面-------------------------------1 目录-------------------------------2 前言-------------------------------3 一、设计要求及M C S-51单片机简介-----------4 二、硬件组成-----------------------5 三、电源提供系统-------------------6 四、程序流程图---------------------7 五、晶振延时计算-------------------8 六、源程序-------------------------8 七、元件清单---------------------10 结束语----------------------------11 参考文献---------------------------11 前言 自计算机问世以来，单片机技术在社会各领域中得到了广泛的应用。在流水灯控制系统中，单片机更是取代了由齿轮调节延迟时间的旧式市发展速度，成为日后此系统中的核心部分。由于单片机具有一些突出的优点：体积小、重量轻、电源单一、功耗低；功能强、价格低；数据大都在单片机内部传送，运行速度快、抗干扰能力强、可靠性高，所以单片机被广泛的应用于测控系统、数据采集、智能仪器仪表、机电一体化产品、智能接口、计算机通信以及单片机的多级系统等领域。 本文主要用的是单片机，课题名称为单片机智能流水灯控制。通过本课题的设计以后，使我了解到了单片机的许多方面的应用。本课程设计介绍了一种由MCS-89C51集成块编程实现的控制电路，它完成了单片机流水灯控制功能，并给出了具体的硬件电路和相应的程序。这种控制电路可靠性，灵活性高，使用范围广，特别适合中小城市的交通灯、霓虹灯等的应用。而且，它对其他类似系统的开发具有一定的借鉴意义。 通过本次实训实习，使我掌握了一定的电子产品设计、制作技能和调试技术，巩固电子技术的理论知识，锻炼和提高自己的动手能力和综合运用知识解决实际问题的能力及实践动手能力。 关键词：LED 单片机控制系统流水灯 目录 1 1引言 (1) 2设计任务及要求 (2) 2.1设计目的 (2) 2.2设计要求 (2) 3 本课程设计的意义 (2) 4使用软件介绍 (3) 4.1Proteus仿软真件的介绍 (3) 4.2 Keil软件 (3) 5电路使用元件的介绍 (4) 5.1关于AT89C51单片机的简介 (4) 5.2关于DS18B20温度传感器的简介 (4) 5.3关于L298电机驱动芯片的简介 (4) 5.4关于LM016液晶模块的简介 (5) 6部分硬件的工作原理 (5) 6.1直流电动机的工作原理 (5) 6.2转速的测量原理 (6) 6.3直流电动机的转速控制系统的工作原理 (6) 7直流电动机的转速控制系统软件设计 (7) 7.1编程思路 (7) 7.2系统流程图 (7) 8仿真程序（C语言） (10) 9结束语 (16) 1 1引言 在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。据资料统计，现在有的90%以上的动力源自于电动机，电动机和人们的生活 息息相关，密不可分。随着现代化步伐的迈进，人们对自动化的需求越来越高，使电动机控制向更复杂的控制发展。 近年来由于微型机的快速发展，国外交直流系统数字化已经达到实用阶段由于以微处理器为核心的数字控制系统硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响，且单片机具有功能强、体积小、可靠性好和价格便宜等优点，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱之一。其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。所以微机数字控制系统在各个方而的性能都远远优于模拟控制系统且使用越来越广泛。 现在市场上通用的电机控制器大多采用单片机和DSP。但是以前单片机的处理能力有限，对采用复杂的反馈控制的系统，由于需要处理的数据量大，实时性和精度要求高，往往不能满足设计要求。近年来出现了各种单片机，其性能得到了很大提高，价格却比DSP低很多。其相关的软件和开发工具越来越多，功能也越来越强，但价格却在不断降低。现在，越来越多的厂家开始采用单片机来提高产品性价比。 2设计任务及要求 2.1设计目的 设计一个基于温度的电动机转速控制电路，在相应的软件控制下可以完成要求的功能，即外部温度大于45C时，直流电动机在L298驱动下加速正转，温度大于75C全速正转，当外部温度小于10C时电动机加速反转，温度小于0C时电动机全速反转。温度回到10C-45C时电动机停止转动。在液晶显示屏1602LCD上显示当前的温度值。 2.2设计要求 一、设计一个基于温度的电动机转速控制电路，在相应的软件控制下可以完成要求的功能，即外部温度大于45C时，直流电动机在L298驱动下加速正转，温度大于75C全速正转，当外部温度小于10C时电动机加速反转，温度小于0C 时电动机全速反转。温度回到10C-45C时电动机停止转动。在液晶显示屏1602LCD 上显示当前的温度值。 二、画出基于温度的电动机转速控制电路的电路图； 三、所设计的电路需要在仿真软件Protues v7.5上能够运行，课程设计报告的最后必须附有在仿真软件Protues v7.5下设计的电路图和控制程序清单。 3 本课程设计的意义 直流电动机作为一种高效率速度控制电动机引人注目、但市场的知名度还小 . .. . .. .. 西南科技大学 2011级微机原理与接口技术 课程设计报告 课题名称微机原理与接口技术 姓名 学号 院、系、部制造科学与工程学院 专业 指导教师 2014年月日 目录 一、绪言 (1) 二、系统设计 (1) 2.1系统整体流程图 (1) 2.2日历时钟的控制方案论证 (1) 2.3单片机的选择方案论证 (2) 2.4键盘选择方案论证 (2) 2.5显示模块的选择方案论证 (2) 2.6模块的选择方案论证 (2) 三、硬件电路设计 (2) 3.1日历时钟的控制电路图 (2) 3.2行列式键盘的设计 (3) 3.3数码管显示电路的设计 (3) 3.4蜂鸣器驱动电路的设计 (4) 3.5主要元器件选择 (4) 四、程序流程图 (5) 五、c语言程序设计 (5) 六、日历时钟的控制器仿真 (19) 6.1K e i l调试 (19) 6.2P r o t e u s调试 (19) 七、结束语 (20) 八、参考文献 (21) 1、绪言 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。电子时钟是现代社会中的主要计时工具之一，广泛应用于手机，电脑，汽车等社会生活需要的各个方面，及对时间有要求的场合。本设计采用AT89C51单片机作为主要核心部件，附以上电复位电路，时钟电路及按键调时电路组成。数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。 基于51单片机的直流电机调速的方法 田云史洁黑龙江农业经济职业学院机电工程系157041 0 引言 许多单片机爱好者，在设计一些单片机控制系统的时候，都会采用小型直流电动机来制作各种各样的电子设备，因为直流电机调速范围广，易于平滑调速，启动、制动和过载转矩大，易于控制，可靠性较高。对于直流电机的控制，无非是控制其转向，以及速度。转向的控制方法比较简单，只要改变电机的通电极性就可改变其旋转方向。在这里，我们重点讨论如何对其速度上的控制，对其调速可以采用多种办法。对于直流电机转速的调节，最常用的办法是通过改变电枢端的电压来实现，传统的思路是通过调节电枢电路电阻R的阻值来改变端电压，以达到调速的目的。但由于接入的电阻消耗了部分电压，因此这种传统的调速方法效率很低。随着电力电子技术的发展，出现了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(Pulse Width Modulation)控制是常用的一种调速方法。PWM控制是指在保持周期丁不变的情况下，通过调节开关导通的时间对脉冲宽度进行调制，从而达到调节电机转速的目的。在脉宽调速系统中，电机电枢两端的电压是脉宽可调的脉冲电压，在输出脉冲频率足够快的情况下，由于惯性的存在，只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一个稳定值。对于直流电机，采用PWM控制技术构成的无级调速系统，启停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。本文在给出直流电机调速和PWM实现方法的基础上，提供一种用51单片机软件实现PWM调速的方法。 1 PWM基本原理 PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。如图1所示，在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。 嵌入式系统课程设计—选题要求 1、嵌入式系统课程设计时长两星期，学生可以分组进行课程设计，每组学生人数为2～3人，报告雷同超过60%者，成绩记不及格！ 2、学生需要在附后的设计题目总表中进行选题，2周完成选题，并开始课程设计工作！ 3、1月30日下午进行答辩 均采用S3C2440为CPU，其它元件自选 ADS1.2 C语言编程 流程图/结构图 软件+硬件 智能家居、网络、视频、图像采集与压缩（摄像头+JPEG压缩） 工业仪表及应用 农业应用 交通 机器人 车船定位 智能仪表：示波器（ADC采集+LCD显示）、逻辑分析仪（多路GPIO采集+LCD显示）、频谱仪（ADC采集+FFT分析+LCD显示） 附：嵌入式系统课程设计题目 ARM－Linux 嵌入式系统在农业大棚中的应用（温度、湿度和二氧化碳浓度是影响棚栽农作物生长的3 大要素。为了实现农业大棚中这3 种要素数据的远程实时采集,引入了当前嵌入式应用中较为成熟的ARM9 微处理器和Linux 嵌入式操作系统技术, 采用数字式温度传感器、湿度传感器HM1500 和二氧化碳浓度传感器NAP221A ,设计一种基于TCP/ IP 协议的嵌入式远程实时数据采集系统方案。从硬件设计和软件实现2 方面对该系统进行具体设计。） 1. ARM系统在LED显示屏中的应用（利用ARM系统控制彩色LED显示屏） 2. ARM 嵌入式处理器在智能仪器中的应用（设计一种基于ARM 嵌入式处理器系统的智 能仪器的硬件和软件设计方案, 并结合Linux嵌入式实时操作系统, 给出一套完整的任务调度和管理的方法, 最后用实例说明）【数字示波器？】 3. ARM系统在汽车制动性能测试系统中的应用（采用ARM系统构建一个路试法的汽车制动性能测试系统） 5. 基于ARM系统的公交车多功能终端的设计（完成电子收费、报站、GPS定位等功能）直流电动机调速课程设计
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