单片机课程设计.doc1

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1、单片机原理及系统课程设计报告单片机原理及系统课程设计专业：自动化班级：动092姓名：王春娟学号：200908537指导教师：缪仲翠评语：平时（40）修改（30）报告（30）总成绩兰州交通大学自动化与电气工程学院2012年7月1日1单片机原理及系统课程设计报告目录一．引言1二．设计方案及原理11.设计原理12.设计方案2三．硬件设计21.信号输入电路22.电机PWM驱动模块的电路3四．软件设计41.程序流程图42.仿真结果6五．总结9六．参考文献10七．附录11单片机原理及系统课程设计报告一．引言PWM是单片机上常用的模拟量输出方法，通过外接的转换电路，可以将占空比不

2、同的脉冲转变成不同的电压，驱动直流电机转动从而得到不同的转速。程序中通过调整输出脉冲的占空比来调节输出模拟电压。件内部用于控制PWM输出的寄存器值决定。本设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速。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AT89C51单片机为核心，以键盘作为输入达到控制直流电机的启停、速度和方向，完成了基本要求和发挥部分的要求。在设计中，采用了P

3、WM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。本设计介绍了直流电机的工作原理和数学模型、脉宽调制（PWM）控制原理和H桥电路基本原理设计了驱动电路的总体结构，根据模型，利用PROTEUS软件对各个子电路及整体电路进行了仿真，确保设计的电路能够满足性能指标要求，并给出了仿真结果。二．设计方案及原理1.设计原理在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速。也正因为如此，PWM又被称为“开关驱

4、动装置”。如下图所示：设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为，则电机的平均速度为，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；是指占空比。16单片机原理及系统课程设计报告2.设计方案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，定时时间为250us，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

5、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。复位电路单片机时钟电路输入电路驱动电时时间建议为100us图1系统总框图三．硬件设计硬件电路设计框图如下图所示，硬件电路结构初步设想由以下4部分组成：时钟电路、复位电路、单片机、驱动电路。根据硬件系统电路设计框图，对各部分模块的原理进行分析，编写个子模块程序，最终将其组合。1.信号输入电路消除键抖动。一般按键在按下的时候有抖动的问题，即键的簧片在按下时会有轻微的弹跳，需经过一个短暂的时间才会可靠地接触。若在簧片抖动时进行扫描就

6、可能得出不正确的结果。因此，在程序中要考虑防抖动的问题。最简单的办法是在检测到有键按下时，等待（延迟）一段时间再进行“行扫描”，延迟时间为10～20ms。16单片机原理及系统课程设计报告图22.电机PWM驱动模块的电路图3PWM信号发生电路图16单片机原理及系统课程设计报告图4PWM驱动模块电路四．软件设计1.程序流程图（1）软件主要由3部分组成：主程序、键盘扫描程序、中断处理程序。主程序流程如图5所示。（2）定时中断处理程序：采用定时方式1，因为单片机使用12M晶振，可产生最高约为65.5ms的延时。对定时器置初值0xFF9C可定时100us(3)PWM脉宽控制：

7、一个脉冲周期可以由高电平持续时间系数c16TimeH和低电平持续时间系数c16TimeL组成，本设计中采用的脉冲频率为10000Hz，可得c16TimeH+c16TimeL=65536，占空比为c16TimeH/(c16TimeH+c16TimeL)，因此要实现定频调宽的调速方式，只需通过程序改变全局变量c16TimeH，c16TimeL的值。16单片机原理及系统课程设计报告图5主程序流程图产生PWM波程序为：（详见附录1）PWM控制直流电动机动作程序：程序流程框图：16单片机原理及系统课程设计报告程序内容：（详见附录2）2.仿真结果未启动仿真时，初始状态：16