毕业设计-直流电机控制设计 - 图文

摘要

当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流驱动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。长期以来，直流电动机因其转速调节比较灵活，方法简单，易于大范围平滑调速，控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。[2]

本毕业设计主要是通过PWM调速器实现直流电机的正转、反转、加速、减速、停止等操作，并实现电路的仿真。为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。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，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。

关键词：直流电机，AT89C51单片机，PWM调速，仿真

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Abstract

Nowadays, automation control system has been widely used in all walks of life and development, and DC drive control as a mainstream electric drive plays a major role in the modernization of production. For a long time, because the DC motor speed regulation is more flexible, simple, easy-to-large-scale smooth speed control performance and good features, has been the dominant in the field of transmission.

The graduation project is mainly achieved by PWM DC motor speed controller forward, reverse, speed up, slow down, stop and other operations, and to achieve the simulation of the circuit. To achieve microcomputer control system design, using a control circuit AT89C51 microcontroller as the core of the entire control system part, with various display driver module, the parameters of the motor speed display and measurement; by the command input module optical isolation module and H-drive module. Using a separate keyboard with interrupt input as a command, the microcontroller under program control, continuous optical isolation circuit to transmit PWM waveform, H-drive motor reversing control circuit is completed in the design, using PWM speed control mode by changing thus changing the duty cycle of the PWM motor armature voltage, and thus realize the motor speed. The whole control system design, the hardware structure with a lot of integrated circuit module, greatly simplifying the hardware circuit to improve the stability and reliability of the system, so that overall system performance is improved.

Key words: Dc motor，AT89C51 microcontroller，PWM speed,，Simulation

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目 录

1 绪论 ............................................................. 1

1.1系统背景 .................................................... 1 1.2 PWM调速基本原理 ............................................ 1 1.3 PWM调速的优越性 ............................................ 3 1.4 直流电机控制系统概述 ....................................... 4 2直流电机控制系统硬件设计 ......................................... 5

2.1 直流电机控制系统基本原理 .................................. 5 2.2 直流电机控制系统总体设计框图 .............................. 5 2.3 各电路模块原理 ............................................ 6

2.3.1 AT89C51单片机 ....................................... 6 2.3.2 L298电机驱动模块 .................................... 8 2.3.3 H桥驱动电路简介 .................................... 11 2.3.4 直流电机模块 ........................................ 13 2.3.5 液晶显示模块 ........................................ 14

3 直流电机控制系统软件设计 ........................................ 17

3.1 定时中断程序设计 .......................................... 17 3.2 直流电机的中断键盘控制模块程序设计 ....................... 18

3.2.1 外部中断设置 ......................................... 18 3.2.2 外部中断扩展方法 ................................... 18 3.3 LCD液晶模块程序设计 ...................................... 20

3.31 LCD液晶显示模块如图3-4所示 ......................... 20 3.3.2 显示程序流程图如图3-5所示 ........................... 21 3.4 直流电机转动模块程序设计 .................................. 21 4系统仿真 ........................................................ 24

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4.1 Proteus仿真软件 .......................................... 24 4.2 Keil C51开发系统 ......................................... 24 4.3 直流电机控制设计系统仿真 ................................. 24

4.3.1 系统刚启动时的状态 .................................. 24 4.3.2 LCD液晶显示电路 .................................... 25 4.3.3 正转时的状态 ......................................... 26 4.3.4 反转时的状态 ........................................ 27 4.3.5 加速/减速时的状态: ................................... 27

5 总 结 ........................................................... 28 参考文献 .......................................................... 29 致 谢 ............................................................. 30

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1 绪论

1.1系统背景

直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。[3]

直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，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。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。调节电阻R即可改变端电压，达到调速目的。但这种传统的调压调速方法效率低。随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。其基本原理是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机断电时，其速度减低。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稳定值。利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量。PWM 具有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济等特点。模拟控制电路有以下缺陷:模拟电路容易随时间漂移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而在用了PWM技术后，避免了以上的缺陷，实现了用数字方式来控制模拟信号，可以大幅度降低成本和功耗。

本次设计采用的就是PWM调速技术。

1.2 PWM调速基本原理

PWM调速总的来说是通过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。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”。[6]

下面来详细介绍PWM调速的原理： （1）直流电机转速

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直流电机的数学模型可用图1-1表示，由图可见电机的电枢电动势Ea的正方向与电枢电流Ia的方向相反，Ea为反电动势；电磁转矩T的正方向与转速n的方向相同，是拖动转矩；轴上的机械负载转矩T2及空载转矩T0均与n相反， 是制动转矩。

I T1 U T2 T0 Ea ra Φ Rc

n 说明: U ??????> 电压 Ea ??? >电枢电动势 n ???????>转速 I??????>电枢电流 ra ??? >电枢回路电阻 Rc??? >外在电枢电阻 T1，T2???>负载转矩 T0???? > 空载转矩 Φ??????> 磁通量 图1-1 直流电机的数学模型

根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式1-1：

U=Ea-Ia（Ra+Rc） 式1-1

式1-1中，Ra为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻与电刷接触电阻的总和；

Rc是外接在电枢回路中的调节电阻。 由此可得到直流电机的转速公式为：

n =Ua-IR/CeΦ 式1-2 式1-2中，Ce为电动势常数，Φ是磁通量。 由1-1式和1-2式得

n =Ea/CeΦ 式1-3 由式1-3中可以看出，对于一个已经制造好的电机，当励磁电压和负载转矩恒定时，它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定，电枢电压越高，电机转速就越快，电枢电压降低到0V时，电机就停止转动；改变电枢电压的极性，电机就反转。[11]

（2）PWM电机调速原理

对于直流电机来说，如果加在电枢两端的电压为图1-2所示的脉动电流压（要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数），可以看出，在T不变的情况下，改变T1和T2宽度，得到的电压将发生变化，下面对这一变化进一步推导。

t1Tt2最大值Vmax图1-2 施加在电枢两端的脉动电压

图1.3 PWM调速原理图平均值Vd最小值Vmin 第 2 页

设电机接全电压U时，其转速最大为Vmax。若施加到电枢两端的脉动电压占空比为D=t1/T，则电枢的平均电压为：

U平=U·D 式1-4 由式1-3得到：

n =Ea/CeΦ≈U·D/ CeΦ=KD 式1-5 在假设电枢内阻转小的情况下式中K= U/ CeΦ，是常数。

图1-3为施加不同占空比时实测的数据绘制所得占空比与转速的关系图。

图 图

图

图1-3 占空比与电机转速的关系

由图看出转速与占空比D并不是完全速的线性关系（图中实线），原因是电枢本身有电阻，不过一般直流电机的内阻较小，可以近视为线性关系。

由此可见，改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速成，这就是直流电机PWM调速原理。

1.3 PWM调速的优越性

自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器—直流电机调速系统，PWM的H型属于调压调速，PWM的H桥能实现大功率调速；国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速。本设计采用直流极式控制的桥式PWM变换器。与V-M系统相比在很多方面有较大的优越性：[9]

主电路线路简单，需用的功率器件少。

开关频率高，电流容易连续，谐波少，电极损耗及发热都较小。 低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，可达1:20000左右。

若是与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强。

功率开关器件工作在开关状态，通道损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率高。

直流电机采用不控整流时，电网功率因素比相控整流器高。

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由于由以上优点直流PWM系统应用日益广泛，特别在中、小容量的高动态性能中。已完全取代了V--M系统。为达到更好的机械特性要求，一般直流电动机都是在闭环控制下运行。经常采用的闭环系统有转速负反馈和电流截至负反 馈。

1.4 直流电机控制系统概述

直流电机PWM控制系统的主要功能包括：直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小，能够很方便的实现电机的智能控制。其间，还包括直流电机的直接清零、启动（置数）、暂停、连续功能。该直流电机系统由以下电路模块组成：振荡器和时钟电路：这部分电路主要由80C51单片机和一些电容、晶振组成。设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。设计控制部分：主要由80C51单片机的外部中断扩展电路组成。设计显示部分：包括液晶显示部分和LED数码显示部分。液晶显示部分由1602LCD液晶显示模块组成; LED数码显示部分由七段数码显示管组成。直流电机PWM控制实现部分：主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。

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2直流电机控制系统硬件设计

2.1 直流电机控制系统基本原理

主体电路：即直流电机PWM控制模块。这部分电路主要由80C51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小和了解电机的转向，能够很方便的实现电机的智能控制。其间，还包括直流电机的直接清零、启动（置数）、暂停、连续功能。其间是通过80C51单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流电机工作的。该直流电机PWM控制系统由以下电路模块组成：设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。设计控制部分：主要由80C51单片机的外部中断扩展电路组成。设计显示部分：包括液晶显示部分和LED数码显示部分。液晶显示部分由1602LCD液晶显示模块组成。直流电机PWM控制实现部分：主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。

2.2 直流电机控制系统总体设计框图

系统组成：直流电机PWM调速方案如图2-1所示：

方案说明：直流电机PWM调速系统以AT89C2051单片机为控制核心，由命令输入模块、LCD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从键盘读取的数据送到LCD显示模块去显示，从中不仅能读取其速度，而且能知晓其转向及一些温心提示。[5]

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直流电机P0口驱动模块直流电机AT89C51单片机AT89C51P2口LCD液晶显示P1口加速控制端减速控制端正转控制端反转控制端停止控制端 图2-1 直流电机PWM调速方案 2.3 各电路模块原理 2.3.1 AT89C51单片机

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—

Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。[7]其引脚如图2-2所示。

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图2-7 H桥驱动电路

要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图2-8所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。[12]

图2-8 H桥电路驱动电机顺时针转动

图2-9所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。

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图2-9 H桥驱动电机逆时针转动

2.3.4 直流电机模块

直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类，其中根据直流电机的

用途可分为以下几种：直流发电机（将机械能转化为直流电能）、直流电动机（将直流电能转化为机械能）、直流测速发电机（将机械信号转换为电信号）、直流伺服电动机（将控制信号转换为机械信号）。下面以直流电动机作为研究对象。

直流电机由定子和转子两部分组成。在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出,直流电机结构如图2-10所示。

图2-10 直流电动机结构

直流电机电路模型如图2-11所示，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd。当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。[8]

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N+-AabcBdS图2-11 直流电动机电路模型

直流电机的主要额定值有： 图1.1 直流电机工作额定功率Pn：在额定电流和电压下，电机的负载能力。 额定电压Ue：长期运行的最高电压。 额定电流Ie：长期运行的最大电流。

额定转速n：单位时间内的电机转动快慢。以r/min为单位。 励磁电流If：施加到电极线圈上的电流。

2.3.5 液晶显示模块

本次设计采用LCD1602液晶显示模块.1602是能显示2行，每行16个字符，字符包括英文字符及阿拉伯数字。但其不能显示汉字。1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，其引脚如图2-12所示

图2-12 1602液晶显示模块引脚分布

1602LCD主要技术参数：

显示容量:16×2个字符 芯片工作电压:4.5—5.5V

工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V

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字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm 引脚功能说明：

第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VDD接5V正电源。

第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。 第15脚：背光源正极。 第16脚：背光源负极。

1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2-13所示：

表2-13：1602控制命令表 序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 清显示 光标返回 置输入模式 显示开/关控制 光标或字符移位 置功能 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 D 0 1 1 * I/D S C B * * S/C R/L * F * DL N 置字符发生存贮器地0 址 置数据存贮器地址 读忙标志或地址 0 0 字符发生存贮器地址 显示数据存贮器地址 BF 计数器地址 第 15 页

10 11 写数到CGRAM或DDRAM） 1 0 1 要写的数据内容 从CGRAM或DDRAM读数 1 读出的数据内容 1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）

指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。 指令2：光标复位，光标返回到地址00H。

指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。

指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。

指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。

指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。

指令7：字符发生器RAM地址设置。 指令8：DDRAM地址设置。

指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。

指令10：写数据。 指令11：读数据。[1]

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3 直流电机控制系统软件设计

3.1 定时中断程序设计

本设计采用的是定时器0，工作模式一。其程序如下，其总体流程如图3.1。

SETB EA ; 打开中断总开关

SETB EX0 ; 打开外部中断0开关

SETB IT0 ; 打开外部中断0下降沿触发 MOV TMOD,#01H ; 设置定时工作方式 MOV TL0,#0FFH ; 设置定时初值 MOV TH0,#0FFH

SETB ET0 ; 打开定时中断T0开关

定时中断服务初始设置设置一定的周期OFFOOH将从键盘（中断）读取的数据送到THO，从而设置脉宽通过定时中断不停的给电机驱动芯片输出脉冲REIT 图3.1 定时中断服务流程图

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3.2 直流电机的中断键盘控制模块程序设计 3.2.1 外部中断设置

（1） 外部中断允许设置

中断控制寄存器IE的EX0对应INT0，EX1对应INT1，EA为中断的总开关，若 要开放外部中断，只要将IE对应的位和总开关EA置1即可。 如：开放外部中断0的设置：

SETB EX0 SETB EA

开放外部中断0和1的设置：

SETB EX0 SETB EX1 SETB EA

（2） 外部中断触发方式设置

单片机外部中断有两种触发方式，一种是电平触发方式，另一种是脉冲触发方

式，单片机外部中断触发方式与TCON的IT位有关。 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0

电平触发设置方法：CLR ITX，为低电平触发方式。

脉冲触发设置方法：SETB ITX＝1，为脉冲下降沿触发方式。 在使用外部中断时，如果不进行设置，则为电平触发方式。 （3） 外部优先级设置

外部中断IN0、INT1的中断优先级的设置是通过设置IP寄存器实现的，IP的PX0对应INT0，PX1对应INT1。PX置1为高级中断，PX为0为低级中断。

× × × PS PT1 PX1 PT0 PX0 3.2.2 外部中断扩展方法

在图3-2为外部中断扩展方法，设X1、X2、X3、X4、X5为外部警情信号，X1代表是加速信号，X1=0表示加速；X2代表减速信号，X2=0表示减速；X3代表正转信号，X3=0表示正转；X4代表反转信号，X4=0表示反转；X5代表停止信号，X5=0表示停止处理。[13]

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图3-2 外部中断扩展电路

当系统检测到有中断请求时，响应如下中断服务流程图3-3。

X1=0?X0=0?外部中断

减速操作，RETIX3=0?X4=0?加速操作，RETIX2=0?

正转操作，RETI反转操作，RETI 停止操作，RETI图3-3 中断服务流程 第 19 页

3.3 LCD液晶模块程序设计

LCD显示电路主要就是一块LCD1602液晶显示屏，连接到单片机的P1口。

实现的功能是可以显示当前直流电机的运行状态。加速多少。正转反转等。显示程序为本设计的主程序。

3.31 LCD液晶显示模块如图3-4所示

LCD1LM016L19LCD显示电路U1XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD393837363534333221222324252627281011121314151617RSRW18VEEVDDVSSERWRSXTAL2D7D6D5D4D3D2D1D01413121110987E6RW5RS43219RSTRV175%1k293031PSENALEEA12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51E 图3-4 1602液晶显示模块组成 第 20 页

3.3.2 显示程序流程图如图3-5所示

主程序开始对LCD进行一些初始化操作将已知要提示的内容送入LCD中并使其显示在第一行判断设置电机的速度是否为0，若是，一直等待将从键盘读取的速度和转向送入LCD中并使其在第二行显示判断是否有命令输入，若没，一直等待LJMP 图3-5 显示程序流程图 3.4 直流电机转动模块程序设计

本设计的直流电机转动主要是由单片机的P0.5，P0.6，P0.7三个口控制的。P0.5，P0.6这两个端口控制直流电机的正转以及反转。

P0.5为1，P0.6为0时，直流电机正转。 P0.5为0，P0.6为1时，直流电机反转。 P0.7口连接到L298电机驱动的使能端，通过产生PWM波来控制直流电机的转速，使直流电机可以加速，减速。[4]

其电路图如图3-6所示。

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图3-6 电机转动模块电路图

3.5 总体程序功能介绍

本次设计所做的直流电机控制设计系统具有加速、减速、正转、反转、停止控制功能。操作开关通过中断控制直流电机的加速、减速、正转、反转、停止控制功能，并通过LCD液晶显示。振荡、时钟电路和复位电路由80C51单片机内部给出。直流电机转动速度由LCD液晶显示。操作开关状态由液晶显示器显示。其电路图如图3-7所示。

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图3-7 总电路图

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4系统仿真

4.1 Proteus仿真软件

本设计的电路仿真是由Proteus软件完成的。

Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。 PROTEUS是单片机课堂教学的先进助手。PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实际运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。

4.2 Keil C51开发系统

本设计的软件调试部分是由Keil C51软件完成的。

Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解，支持汇编语言和C语言的程序设计。

本设计采用的编程语言是汇编语言。汇编语言是直接在硬件之上工作的编程语言，首先要了解硬件系统的结构，才能有效地应用汇编语言对其编程，同样汇编语言也十分依赖于机器硬件，移植性不好，但效率仍十分高，针对计算机特定硬件而编制的汇编语言程序，能准确发挥计算机硬件的功能和特长，程序精炼而质量高，所以至今仍是一种常用而强有力的软件开发工具。

4.3 直流电机控制设计系统仿真 4.3.1 系统刚启动时的状态

首先，系统刚启动时的状态如图4-1所示

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图4-1 刚启动时的状态图

4.3.2 LCD液晶显示电路

LCD液晶显示电路的系统仿真与调试：在PROTEUS运行环境中首先检验LCD显示电路，添加程序，运行LCD液晶显示电路能，系统若运行成功将 得到如图4-1。此后在之前的电路基础之上再拓展带中断的独立式键盘，调试成功后的电路如图4-2所示。

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LCD1LM016L

LCD显示电路U119XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD393837363534333221222324252627281011121314151617RSRW18XTAL2VEEVDDVSSERWRSD7D6D5D4D3D2D1D01413121110987E6RW5RS43219RSTRV175%1k293031PSENALEEA12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51E 图4-2 LCD液晶显示字符初步调试

4.3.3 正转时的状态

当系统启动好后，点击正转按键，直流电机开始按照初始设置的速度正向转动，此时由于没有加速或减速，LCD屏幕上只显示初始设置的SET SPEED PLEASE。其状态如图4-3所示。

图4-3 正转时的状态图

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4.3.4 反转时的状态

当按下反转键后，其状态如下图所示。

图4-4 反转时的状态图

4.3.5 加速/减速时的状态:

当按下加速键后，系统就会通过PWM波调，来改变占空比调节直流电机的转速。每按一次加速键，都会提升一定的速度。并且此时LCD屏上会显示当前所加的速度。减速的情况与加速基本相同，就不一一累述了。加速时其状态如 图4-5所示。

图4-5 加速时的状态图

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5 总 结

本设计系统采用了美国ATMEL公司生产的单片机AT89C51芯片。通过PWM波调速方式一级L298N电机驱动控制直流电机的正转，反转，加速，减速。并且由LCD1602液晶显示器实现显示各状态的功能。

在学习单片机理论课时就感觉内容很多，知识点众多，且繁琐。在老师的精心讲解下，并通过自己的努力也了解了单片机内部构造和工作原理，以及接外部电路的情况，但也只是皮毛而已。真正难的是把理论联系到实践中去，这次的毕业设计，我选的是直流电机控制系统的设计，通过这次设计，我发现要想做成一件事并做好一件事必须付出一定的努力，必须花时间多作准备，查阅大量资料，认真分析每一个模块要实现的功能，然后分部验证，最后整合成一个整体，这个过程并不是一朝一夕能完成的。

通过毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面的系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统的开发过程，以及在常用编程设计思路技巧都能向前迈一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好基础。更为重要的是通过大学本科毕业论文设计课题的设计与制作，本人在理论知识方面和思想方面都有很大的收获。并且培养了我严肃认真和实事求是的科学态度和吃苦耐劳的精神以及严谨的作风，提高了自身的交流沟通能力，这些对我以后的工作都非常有帮助的。

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参考文献

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[13]Bruce Eckel.Thinking in Java(3rd Edition).Prentice Hall PTR.2002

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致 谢

毕业设计，是大学生活的最后一项工作。完成了毕业设计，也就意味着大学生活接近了尾声。所以，圆满的做完毕业设计是我对我个人的要求，必须给自己的四年大学生活划上一个圆满的句号。在这几个月的时间里，我认真的完成每一项老师交代的任务，查阅各种资料，期间遇到了很多困难。但在老师的悉心指导与帮助下，全都一一克服。最终圆满的做完了本次毕设。

在此，我要感谢我的指导老师，***老师。在他的悉心指导下，我才能做完这次毕设。我本人的单片机功底是比较差的，*老师不嫌麻烦的给我耐心指导与讲解，指出我所做的毕设的错误与不足，给予很多建议与帮助！请容许我对张老师表示由衷的感谢！谢谢您！

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