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基于单片机的直流电机测速调速与显示系统设计说明.doc
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基于单片机的直流电机测速调速与显示系统设计说明.doc
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基于单片机的直流电机测速、调速与显示系统设计
摘要
本文主要研究了利用 Quick51 系列单片机控制 PWM 信号从而实现对直流
电机转速进行控制的方法。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广泛
等优点,可以说,智能控制与自动控制的核心就是单片机。目前,一个学习与
应用单片机的高潮在全社会大规模地兴起。学习单片机的最有效方法就是理论
与实践并重,本文用 8051 单片机自制了一个采用了专门的芯片组成了 PWM
信号的发生系统,并且对 PWM 信号的原理、产生方法以与如何通过软件编程
对 PWM 信号占空比进行调节,从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。
还对直流电机的速度进行了测量和显示。
关键词:单片机、 PWM、调速、测速、显示系统
目录
1 / 38
基于单片机的直流电机测速、调速与显示系统设计....................................................................1
摘要.....................................................................................................................................................1
目录.....................................................................................................................................................1
第一章 概述........................................................................................................................................3
1.1 概述..................................................................................... 3
1.2 Quick51 的技术简介和发展前景....................................................4
1.2.1SmartSOPC 与 Quick51..............................................................................................4
1.2.2Quick51 特性..............................................................................................................4
第二章 总体方案设计........................................................................................................................5
2.1 8051 单片机简介......................................................................6
2.2 PWM 信号发生电路设计............................................................13
2.2.1 PWM 的基本原理...................................................................................................13
2.3 128*64 液晶显示...................................................................14
第三章 硬件设计与连接..................................................................................................................14
3.1 传感器电路设计.......................................................................15
3.2 信号处理电路设计....................................................................16
3.3 存储器电路设计.......................................................................17
3.3.1 I2C 总线概述...........................................................................................................17
3.3.2 存储器电路..............................................................................................................18
3.4 显示电路设计.........................................................................18
3.5 PWM 信号发生电路设计............................................................19
第四章 软件设计..............................................................................................................................20
4.1 系统软件总流程图....................................................................20
4.2 程序清单...............................................................................21
第五章 结论与展望..........................................................................................................................31
附录...................................................................................................................................................32
附一 速度控制子程序......................................................................32
附二 电路图.................................................................................35
参考文献...........................................................................................................................................36
答辩问题...........................................................................................................................................37
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第一章 概述
1.1 概述
本文主要研究了利用 Quick51 系列单片机,通过 PWM 方式控制直流电机
调速的方法。
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本一样。
PWM 控制技术就是以该结论为理论基础,使输出端得到一系列幅值相等而宽
度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规
则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输
出频率。
PWM 控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的
制约,在上世纪 80 年代以前一直未能实现。直到进入上世纪 80 年代,随着全
控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM 控制技术才真正得到应用。随着
电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以与各种新的理论方法,如
现代控制理论、非线性系统控制思想的应用,PWM 控制技术获得了空前的发
展。到目前为止,已经出现了多种 PWM 控制技术。
PWM 控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子
技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展
已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术
将会成为 PWM 控制技术发展的主要方向之一。本文就是利用这种控制方式来
改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。
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1.2 Quick51 的技术简介和发展前景
1.2.1SmartSOPC 与 Quick51
SmartSOPC 教 学 实 验 开 发 平 台 集 众 多 功 能 于 一 体 , 是
SOPC、DSP、EDA、ARM、ARM7 SOC 以与 8051 教学实验、科研开发的最
佳选择。开发平台采用“主板+核心板”的模式,更换不同的核心板即可实验不
同平台的功能。
Quick51 正是跟 SmartSOPC 相配套的 8051 单片机核心板。Quick51
是一款自由的、开放全部系统资源的单片机实验板。单片机芯片采用 Philips
最新推出的拥有 64KB Flash 的增强型 8052 核单片机 P89LV51RD2,工作电
压 3.3V(3V 逻辑是大趋势)。Quick51 与 SmartSOPC 配合,可以做各种单
片机教学实验,如 LED 点阵扫描显示、键盘检测、动态数码管、液晶屏、电机
驱动、I
2
C 总线、红外收发、蜂鸣器、数字温度计、电子钟,等等。
1.2.2Quick51 特性
采用 Philips 半导体新型单片机 P89LV51RD2,增强型 Intel 8052 CPU
核。具有许多增强功能,如置 64KB 用户程序 Flash,8KB 引导 Flash(用
来支持 ISP 和 IAP 功能),1KB 片静态 RAM,双倍速模式,双 DPTR,4
个中断优先级,进入掉电模式后外部中断可唤醒(8052 只有复位,不方
便),硬件 SPI,增强型 UART,等等。
配备的P89LV51RD2单片机支持ISP(在系统可编程)方式下载用户程序。
Quick51 只 需 要 一 根 普 通 电 脑 RS-232 通 信 电 缆 ( 该 电 缆 已 经 随
SmartSOPC实验箱标配)就能实现ISP下载,不需要制作专门的下载线。
配备1片专门的仿真芯片。在目前最流行的8051核单片机Windows环境软
件开发工具Keil C51的支持下,能够方便地进行硬件在线仿真,而且并不
需要安装特别的驱动程序。该仿真芯片能够全面支持单步、全速、断点、
跳出、变量观察、外围设备访问等仿真功能。
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晶振(默认11.0592MHz)采用插座式安装,为用户替换成其它频点的晶
振来做实验提供了方便。
复位方式可选:RC复位、按键复位、看门狗复位。此外,看门狗芯片还置
有256B的EEPROM。
单片机的4组I/O端口全部用双排插针引出,方便用户做实验。
扩展32KB静态RAM。
扩展512KB大容量Flash存储器,可以用作程序Flash或者大容量数据存储。
扩展1个8位并行高阻输入端口、1个8位并行推挽输出端口。
采用PLD器件作为译码器。提供8组输出,地址围已经印在PCB上,一目了
然。在产品光盘里提供译码器部结构的等效电路原理图。
第二章 总体方案设计
本速度表由信号预处理电路、8051 单片机、LCD 显示电路、串口数据存
储电路和系统软件组成。其号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。
信号预处理电路中的放大器用于对待测信号进行放大,以降低对待测信号的幅度
要求;波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机接口的
TTL 信号;通过单片机的设置可使 INT0 引脚能够对部定时器 T0 的工作进行
控制,这样能精确地测出加到 INT0 引脚的正脉冲宽度(即测出脉冲信号的周期);
速度显示部分采用数码显示模块, 所得的数据采用 I2C 总线, 并通过 E2PROM
来存储, 因而节省了所需单片机的口线和外围器件, 同时也简化了显示部分的软
件编程。
系统软件包括单片机和液晶模块的初始化模块、液晶模块的写数据/ 命令
子模块、数据显示模块以与实时中断服务模块等。
该设计能实时地将所测的速度显示出来。该速度表能将传感器输入到单片
机的脉冲信号的宽度(传感器将车速转变成相应宽度的脉冲信号) 实时地测量出
来,然后通过单片机计算出速度, 再将所得的数据存储到串口数据存储器, 并由动
态数码显示模块实时显示出所测速度。本设计用两个按键来控制显示速度。考
虑到信号的衰减、干扰等影响,在信号送入单片机前应对其进行放大整形, 然后
再输入到单片机进行测速。系统方框图如图 2-1 所示。
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8051
单片机
PWM 方波信号
直
流
电
机
测速
发电机
LCD
显示
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