小功率直流電機調速系統(tǒng)設計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 顯示電路如圖37所示，本設計液晶采用LCD1602液晶模塊。用來顯示電機的預設轉速和實際的轉速。管腳1接地，管腳2接5V電壓源，給整個模塊進行供電。3腳的主要功能是調節(jié)對比度，當接VCC時的時候對比度最低，當接GND的時候對比度最高，為了調節(jié)該對比度，本設計通過一個滑動變阻器接地，可以實現(xiàn)對比度的調節(jié)。4腳為RS腳。5腳為讀寫信號的端口。6腳為使能端。714腳為數(shù)據(jù)總線的端口。15,16腳為背光燈的控制端，分別接電源和地。工作過程就是通過數(shù)據(jù)總線把單片機的數(shù)據(jù)給傳到顯示模塊中，并把單片機的數(shù)據(jù)給顯示出來。液晶各管腳功能說明如表315和表316所示。表315 LCD1602各管腳功能說明引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高4RS高電平“1”時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平“0”時選擇指令寄存器。5R/W高電平“1”時進行“讀”操作，低電平“0”時進行“寫”操作。6EE（或EN）端為使能（enable）端，下降沿使能。7DB0底四位三態(tài) 雙向數(shù)據(jù)總線 0位 （最低位）8DB1底四位三態(tài) 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2底四位三態(tài) 雙向數(shù)據(jù)總線 2位續(xù)表316 LCD1602各管腳功能說明10DB3底四位三態(tài) 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4高四位三態(tài) 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12DB5高四位三態(tài) 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6高四位三態(tài) 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7高四位三態(tài) 雙向數(shù)據(jù)總線 7位 （最高位）15BLA背光 電源正極16BLK背光 電源負極 電源電路的設計電源電路設計如圖38所示。圖38 電源電路電路中有7805芯片和7806芯片，7805芯片是用來穩(wěn)壓5V的，7806芯片是用來穩(wěn)壓6V的。5V分別給XS128，C51，測速模塊，顯示模塊供電。6V給驅動電路來進行供電。不管7805還是7806都有三個管腳，其中有一個管腳接地，一個管腳接輸入，另外一個管腳接輸出。本設計用的電源是12V的電源，需要用電源模塊實現(xiàn)電壓的轉換，轉換為需要的5V和6V的電壓。 電源供電如表317所示。表317電源給各個模塊的供電表XS128模塊5V的電壓顯示模塊5V的電壓測速模塊5V的電壓驅動模塊6V的電壓 按鍵輸入電路的設計按鍵輸入電路設計如圖39所示。 圖39 按鍵輸入電路本設計中按鍵輸入電路的作用就是輸入預設定的轉速。有四個按鍵，分別為KG2，KG3，KG4，KG5。這四個按鍵就分別相當于千位，百位，十位，個位。，。工作原理為：當按鍵沒有被按下時，相當于斷開，R電阻中沒有電流經(jīng)過，KEY1這時為高電平，這時。當按鍵被按下時，按鍵相當于一根導線，KEY1相當于接地，出現(xiàn)了電位的變化，所以，可以根據(jù)電位的變化來實現(xiàn)計數(shù)。按鍵被按了幾次，就相當為幾。可以用來設置預定轉速。電路的總設計圖如圖310所示。圖310 設計總原理圖在開始做的時候，本設計選用了模塊化的思想，即先一個一個模塊的去做，總共有四個模塊：電源模塊、顯示模塊、驅動模塊、XS128核心控制模塊。做一個模塊調試一個模塊，等到所有的模塊都可以正常的工作是，在把所有的模塊進行連調，在連調的過程中要是發(fā)現(xiàn)哪個模塊有問題或者哪個模塊的運行效果不好，可以直接去找到那個模塊，對那個模塊進行調節(jié)，便于快速的找到系統(tǒng)的故障，個人感覺這樣的調節(jié)效果比較好，比較有針對性，而且便于快速的找到錯誤，那個模塊有問題直接去檢查那個模塊，模塊化思想在日常的工業(yè)生產(chǎn)中也得到了廣泛的應用。等到每個模塊都調好以后，然后再把所有的模塊都整合到一個板子上面，形成了一個總的設計。本設計很好的表現(xiàn)出了模塊化的思想，模塊化思想為本設計帶來了方便。PCB圖如311所示。圖311 整體原理的PCB圖由于本設計中把大部分模塊（顯示模塊、驅動模塊、XS128核心控制模塊）都整合到一起，畫系統(tǒng)PCB的時候感覺線有點多，在畫PCB的時候不太容易進行布線。故在本設計的圖中用到了幾根飛線，借此來穿過PCB銅線不能通過的地方。從而達到板子中的接線的完整，由于飛線從板子的外面穿過，故不影響美觀。，寬12cm。4軟件設計圖41主程序流程圖圖41是主程序的流程圖，表示了小功率直流電機調速系統(tǒng)的工作的過程。即：開啟開關，電機轉動，然后用按鍵來輸入預設的轉速，把預設的轉速給XS128單片機和C51單片機。測速系統(tǒng)把實際的轉速反饋給XS128單片機和C51單片機。C51單片機會驅動液晶LCD1602進行程序的顯示，即顯示出預設轉速和實際的轉速。而XS128單片機進行兩個速度的比較，若兩個速度一樣，則PWM波的占空比不變，電機的轉速保持不變；若兩個速度不一樣，則XS128會改變PWM波的占空比，并調節(jié)輸出電壓值的大小，來調節(jié)電機的轉速。具體情形如下：若電機的預設轉速大于實際的轉速，XS128會增大PWM波的占空比，使輸出電壓增大，電機的轉速加快；若電機的預設轉速小于電機的實際的轉速，XS128會減小PWM波的占空比，使輸出的電壓減小，電機的轉速變慢。這樣把電機的轉速信息進行實時的反饋和比較，使電機的轉速穩(wěn)定在預設值的附近。通過LCD1602把電機的轉速給顯示出來。 XS128工作的程序設計XS128單片機工作的系統(tǒng)流程圖如圖42所示。圖42 XS128單片機工作流程圖XS128工作時，首先要對各個模塊進行初始化，開始時要對時鐘進行初始化，把時鐘設置為24MHz的；然后對PWM進行初始化，把PWM2設置為輸出，為驅動模塊提供PWM信號；然后在對ECT計數(shù)模塊進行初始化，把其設置成為記錄下降沿的形式，當下降沿來臨時計數(shù)，記錄脈沖的個數(shù)，借此來推算出電機速度的實際值；端口的初始化，把PORTA設置成輸入的模式，記錄按鍵按的次數(shù)來計算出來預設的速度，把實際速度和預設的速度進行比較，判定是否一樣，要是一樣的話PWM就保持不變；要是不一樣的話則改變PWM2占空比的大小，改變電機的轉速，直至電機的轉速達到預設值。XS128各個模塊初始化的程序如下：時鐘模塊的初始化程序： void setbusclock(void){ CLKSEL=0X00。 //選擇外部晶振為時鐘源 PLLCTL_PLLON=0。 //鎖相環(huán)電路禁止； PLLCTL_PRE=1。 //實時中斷允許 PLLCTL_PCE=1。 //允許看門狗 PLLCTL_SCME=1。 //探測到外部時鐘失效時產(chǎn)生自給時鐘信號 SYNR=2。 //plkclk = 2*OSCCLK*(SYNR+1)/(REFDV+1) REFDV=1。 //總線時鐘24M POSTDIV=0X00。 _asm(nop)。 _asm(nop)。 PLLCTL_CME=1。 //時鐘監(jiān)控允許 鎖相環(huán)控制寄存器初始化 PLLCTL_PLLON=1。 //鎖相環(huán)電路允許 while(!(CRGFLG_LOCK==1))。 CLKSEL_PLLSEL=1。 CLKSEL=0X80。 //選定鎖相環(huán) }該程序的主要功能是實現(xiàn)對XS128時鐘頻率的初始化，該程序把XS128的單片機的時鐘設置為24M。首先是設置CLKSEL_PLLSEL=0，即選擇時鐘源為外部的時鐘晶振。然后通過設置SYNR和REFDV這兩個參數(shù)的值使時鐘頻率穩(wěn)定在24M。設置完了以后打開鎖相環(huán)電路，即PLLCTL_PLLON=1來鎖相環(huán)電路允許。然后確定鎖相環(huán)電路是否穩(wěn)定，穩(wěn)定以后就可以了，時鐘設置完畢。PWM模塊初始化的程序如下： void PWM_init(void) //脈寬調制模塊的初始化。參考中文PPT{ PWME=0。 //關閉PWMPWMCTL_CON23=0。 //分別組成8位分別為驅動電機的正反轉的輸入口PWMCTL_PSWAI=1。 //不準許等待模式下分頻時鐘禁止運行PWMCTL_PFRZ=1。 //不準許冷結模式下PWM波形輸出PWMPOL=0X0f。 //對應通道脈沖起始位為高電平 極性為1PWMPRCLK=0X33。 PWMCAE=0X00。 //01輸出波形左對齊，23中心對齊PWMDTY2=100。 //占空比為初始化時可任意設置PWME=0X07。} 該程序表示的是PWM初始化的設定。在初始化的時候，首先對PWM進行禁止即通過PWME=0對PWM進行禁止。然后對時鐘進行選擇，然后在選擇極性，就是左對齊的方式。然后在進行占空比的設計，就是通過調節(jié)PWMDTY2來對XS128產(chǎn)生的占空比進行調節(jié)。ECT模塊初始化的程序如下： void PIT0_Init(void)//ECT初始化PT7引腳 { PACTL = 0x50。 TSCR2=0X06。 / /0000 0110 自由計數(shù) 禁止溢出中斷,分頻系數(shù)64TCTL3 = 0xc0。 //輸入捕捉7任何沿有效, TIOS = 0x00。 //每一位對應通道的: 0輸入捕捉,1輸出比較TIE = 0x01。 //每一位對應相應通道中斷允許,0通道允許中斷PACNT = 0x00。 PITCFLMT_PITE=0。 //disable PITPITCE_PCE0=1。 //enable timer channel 通道使能0PITMTLD0=199。 //time base 240 clock cycles ,it39。s Hz 5usPITMUX=0x00。 PITLD0=PITTIME1。 PITINTE_PINTE0=1。 // PIT通道中斷使能PITCFLMT_PITE=1。 //使能PITTSCR1=0X80。 }上面是對計數(shù)定時程序的初始化。首先是計數(shù)的初始化，先選擇工作的方式為出入捕捉，通過TCTL4=0X02；來設定對輸入波形的下降沿進行捕捉，通過捕捉下降沿的個數(shù)，實現(xiàn)測速。通過PIT來進行即時，首先對其進行初始化，通過PITMTLD0=199；來設定即時為2ms，然后在通過500個中斷可以計時一秒，計時一秒來觀察脈沖數(shù)。 按鍵模塊的程序設計按鍵工作流程圖如圖43所示。圖43 按鍵的工作流程本設計中按鍵的工作中主要涉及到兩個單片機，一個是XS128單片機，另外一個是C51單片機。KEY1，KEY2，KEY3，KEY4分別是四個獨立的按鍵，分別相當于千位，百位，十位，個位。每按下一次后，相當于一次中斷，其自身就會加1。，可以通過按鍵來設定預設轉速。按鍵通過接口接入兩個單片機C51和XS128，本設計通過按鍵來設定預定的轉速，把按鍵的信息傳給C51單片機和XS128單片機，進行速度的設定。過用到了四個按鍵，把這四個按鍵分別接入單片機的四個I/O口，各個按鍵對應的端口如表41所示。 表41 C51和XS128按鍵輸入端口對應表按鍵C51XS128KEY1PORTA0KEY2PORTA1KEY3PORTA2KEY4POTRA3按鍵程序如下所示：for(。) { if(k1==0) { if(k1==0) { delay(10)。 if(k1==0) { while(!k1)。 ky1=ky1+1。 if(ky1==10) { ky1=0。 } } } }因為有四個按鍵所以有四個這樣的程序，為了方便起見，只寫出了一個程序，其余三個按鍵的程序和這一個類似。按鍵的程序采用循環(huán)的方法，即一直對四個按鍵進行掃描，看著四個按鍵是否有變化，若某個按鍵被按下，則端口對應的高電平輸入會變成低電平輸入，會檢測到該按鍵被按下，其數(shù)值就會加1，然后再進行掃描。實時的記錄按鍵的情況，把設定的速度和實際速度進行比較，把信息返回，調節(jié)PWM的占空比，調劑小功率直流電機的轉速。 顯示模塊的程序設計顯示模塊的系統(tǒng)流程圖如圖44所示。 圖44 顯示模塊的流程圖本設計的顯示模塊用C51和LCD1602液晶組成的顯示模塊進行顯示，在顯示的過程中要顯示兩行數(shù)據(jù)，其中第一行為預設轉速，第二行為實際轉速。在顯示預設轉速時就是通過按鍵來進行數(shù)據(jù)的計數(shù)，然后把這些數(shù)據(jù)給顯示出來。在顯示實際的數(shù)據(jù)的時候，則首先是用到C51單片機的計時和計數(shù)的功能，把T0設置為計數(shù)的模式，而把T1設置為定時模式，T1定時為1秒。，通過來測一秒時間內脈沖個數(shù)的多少，來實現(xiàn)速度的測量。具體實現(xiàn)方法：假設一秒時間脈沖的個數(shù)為n，設計中要得到的是一分鐘的轉的圈數(shù)，可以通過公式來轉化一下。一分鐘電機轉的圈數(shù)為。得到了一分鐘電機轉的圈數(shù)，把這個圈數(shù)稱之為時間的轉速。之所以除以100是因為光電碼盤是100線的，就是當電機轉動一圈的時候會有100個脈沖。n/100得到的是一秒鐘電機轉動的圈數(shù)，乘以60則是一分鐘電機轉動的圈數(shù)。預設轉速就是根據(jù)按鍵來