电子综合课程设计

当使能端为高电平时，输入端IN1为PWM信号,IN2为低电平信号时, 电机正转；输入端IN1为低电平信号，IN2为PWM信号时,电机反转;;IN1 与IN2相 同时,电机快速停止。当使能端为低电平时,电动机停止转动。 在对直流电动机电压的控制和驱动中，半导体功率器件(L298)在使 用上可以分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式在线性放大 驱动方式。 半导体功率器件工作在线性区优点是控制原理简单，输出波动小，线性 好，对邻近电路干扰小，缺点为功率器件工作在线性区，功率低和散热 问题严重。开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉 调制（PWM）来控制电动机的电压，从而实现电动机转速的控制。 L298逻辑功能如下表：
指导教师：的…………………………………………………… 4 2课程设计题目描述和要求……………………………………… 4 3课程设计内容…………………………………………………… 5 3.1设计方案…………………………………………………5 3.2系统框架设计……………………………………………6 3.3系统硬件设计……………………………………………6 3.3.1系统硬件模块组成………………………………6 3.3.2单片机控制模块原理……………………………7 3.3.3 L298电机驱动模块………………………………8 3.3.4 LED数码显示模块设计…………………………9 3.3.5独立式键盘控制模块……………………………10 3.4系统软件设计……………………………………………11 4总 结………………………………………………………………… 11
单片机整个控制模块
3.3.3 L298电机驱动模块原理： L298N为15个管角的单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，设 计用L298N来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载(比如继电器，直 流和步进马达)和开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电路，其额
定工作电流为 1 A，最大可达 1.5 A，Vss 电压最小 4.5 V，最大可达 36 V；Vs 电压最大值也是 36 V。L298N可直接对电机进行控制，无须 隔离电路，可以驱动双电机。 L298N内部原理图如下：
IN1 X 1 0 0
IN2 X 0 1 0
ENA 0 1 1 0
电机状态 停止 顺时针 逆时针 停止
1
1
0
停止
3.3.4 LED数码显示模块设计： LED简介： LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导 体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片， 晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使 整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主 要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“PN结”。 当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发 光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定 的。除半导体激光器外，当电流激励时能发射光学辐射的半导体二极 管。严格地讲，术语LED应该仅应用于发射可见光的二极管；发射近红 外辐射的二极管叫红外发光二极管（IRED,Infrared Emitting Diode）；发射峰值波长在可见光短波限附近，由部份紫外辐射的二极 管称为紫外发光二极管；但是习惯上把上述三种半导体二极管统称为发 光二极管。电路的接法决定必须采用逐位扫描显示方式。从段选口送出 某位LED的字型码，然后选通该位LED，并保持一段延时时间。然后选通 下一位，直到所有位扫描完。
是两引脚的电压差，在调速时一根引脚线为低电平，另一个引脚产生调 速方波，这样两个引脚的电压差就可通过控制其中一个引脚来控制。当 需要改变电机转动方向时，两个引脚的输出相反。 定时计数器若干时间（1us）中断一次，就使P2.6或P2.7产生一个 高电平或低电平。直流电机的速度分成100个等级，因此一个周期就有 100个脉冲，周期为一百个脉冲的时间，速度等级对应一个周期的高电 平脉冲的个数。占空比为高电平脉冲个数占一个周期总脉冲个数的百分 数。一个周期加在电机两端的电压为脉冲高电压乘以占空比。占空比越 大，加在电机两端的电压越大，电机转动越快。电机的平均速度等于在 一定的占空比下电机的最大速度乘以占空比。当我们改变占空比时，就 可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。原理图如下:
5参考目 录……………………………………………………………12 6附 录………………………………………………………………… 13
1.课程设计目的： 近年来，随着科技的进步，电力电子技术得到了迅速的发展，直流 电机得到了越来越广泛的应用。直流它具有优良的调速特性,调速平 滑、方便,调速范围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁 的无级快速起动、制动和反转;需要能满足生产过程自动化系统各种不 同的特殊运行要求，从而对直流电机的调速提出了较高的要求，改变电 枢回路电阻调速，改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求，这时 通过PWM方式控制直流电机调速的方法应运而生学会正确的使用单片 机，根据电机调速的工作原理及其单片机控制的工作过程掌握单片机应 用原理及应用系统的建立，完成电路原理图设计，通过C编程软件实现 单片机对电路控制，自觉地培养分析和解决具体问题的能力，熟悉掌握 单片机应用系统开发研制的过程，软硬件设计的工作方法，工作内容， 工作步骤，从而达到对所学知识融会贯通和对实践操作基本技能的训 练。 2.课程设计题目描述和要求： 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，
计
2 学生课程设计时间：自 2012 年 12 月 16 日开始至 2012 年 12月 29 日止。 3 课程设计所用资源和参考资料： （1）张伟.电路设计与应用.清华大学出版社。 （2）何强.单片机原理及应用.北京航空航天大学出版社。 （3）PROTEL软件应用手册。 （4）湖南省高校数字图书馆（/）下载相关论文 资料。 （5）网站资源及教师给定的其他资料。 4 课程设计应完成的主要内容： 学会正确的使用单片机，根据电机调速的工作原理及其单片机控 制的工作过程。掌握单片机应用原理及应用系统的建立，原理图 设计（用单片机控制）细化到芯片，通过用C编程软件实现电路 控制，列出软件流程图，注释要求完整。通过所做课题，自觉地 培养分析和解决具体问题的能力，熟悉掌握单片机应用系统开发 研制的过程，软硬件设计的工作方法，工作内容，工作步骤，从 而达到对所学知识融会贯通和对实践操作基本技能的训练。 5 提交课程设计形式（设计说明与图纸或报告等）及要求： 理论联系实际，立论要科学，观点要创新，论据要详实，论证要 严密。论文内容要求正确，概念清楚，完成任务书锁规定的内容。 （1）课程设计纸质版一份，附相关程序（代码）。 （2）电子文档一份。 6 发题时间： 2012 年 12 月 1 日
《电子综合课程设计》 报 告
专 班 姓
业： 级： 名：
电子信息工程 0902
指导教师：
2012/12/2
附件：任务书
湖南涉外经济学院 《电子综合课程设计》任务书
指导老师: 2012 年 12 月 2 日 学生姓名: 学号: 专业班级: 电子信息工程0902 1 课程设计题目：
基于单片机控制的直流电机调速系统的设
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。 传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求， 但是因为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，故系统的运行 可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。 目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技 术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是 单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能 化、高可靠性已成为它发展的趋势。 3.课程设计报告内容： 3.1课程设计方案： 基于单片机采用PWM控制模块对直流电机调速采用定时器做为脉宽 控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个 us。 PWM调速原理：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，改变负速、温度控制、压力控制 等等[7]。 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 动装置”。 如图1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，我们可以将其近似的看成 是线性关系。基于单片机类由软件来实现PWM：在PWM调速系统中占空比 D是一个重要参数在电源电压不变的情况下，电枢端电压的平均值取决 于占空比D的大小，改变D的值可以改变电枢端电压的平均值从而达到调 速的目的 单片机控制的PWM直流电机调速系统的主要功能包括：实现对直流电 机的加速、减速和正转、反转以及启动、停止的控制，能够很方便地实 现电机智能控制。 系统的主体电路是直流电机PWM控制模块。这部分电路主要由AT89S51单 片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等来控制直流电机的加 速、减速以及电机的正转、反转，并且可以调整电机的转速，可以方便 地实现直流电机的智能控制。该系统是通过AT89S51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的工作。该单片机 控制的PWM直流电机调速系统主要是由以下几个电路模块组成： 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对 直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和急停控制。 设计控制部分：主要由AT89S52单片机的外部中断扩展电路组成。直