单片机控制直流电机正反转

目 录

第1章 总体设计方案 .............................................................................................. 1

1.1 总体设计方案 ..................................................................................................... 1 1.2 软硬件功能分析 ................................................................................................. 1

第2章 硬件电路设计 .............................................................................................. 2

2.1 单片机最小系统电路设计 ................................................................................. 2 2.2直流电机驱动电路设计 ...................................................................................... 2 2.3 数码管显示电路设计 ......................................................................................... 4 2.4 按键电路设计 ............................................................................................. 5 2.5 系统供电电源电路设计 ..................................................................................... 5

2.5.1直流稳压电路中整流二极管的选取： .................................................... 6 2.5.2直流稳压电路中滤波电容的选取： ........................................................ 6

第3章 系统软件设计 .............................................................................................. 7

3.1 软件总体设计思路 ............................................................................................. 7 3.2 主程序流程设计 ................................................................................................. 7

附录1 总体电路图 .................................................................................................. 10 附录2 实物照片....................................................................................................... 11 附录3 C语言源程序 ....................................... 12

实习报告 第1章 总体设计方案

1.1 总体设计方案

早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。所以，本次实习采用了驱动芯片来驱动直流电机，并运用单片机编程控制加以实现。

系统设计采用驱动芯片来控制的，所以控制精度和可靠性有了大幅度的提高，并且驱动芯片具有集成度高、功能完善的特点，从而极的大简化了硬件电路的设计。

LED数码管显示键盘输入STCC52L293D电机驱动直流电机

图1.1 直流电机定时正反转方案

1.2 软硬件功能分析

本次实习直流电机控制系统以STCC52单片机为控制核心，由按键输入模块、LED显示模块及电机驱动模块组成。采用带中断的式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给L293D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变化的定时时间送到LED数码管完成实时显示。

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电路如图2.1所示。

2.2直流电机驱动电路设计

2.1 单片机最小系统电路设计

实习报告

性负载继电器，电磁阀，直流双极步进和马达，也可以给其他高电流/高电压提供电

双向驱动电流高达600毫安，电压是从4.5 V至36 V的。两个设备是专为驱动等感

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第2章 硬件电路设计

图2.1 单片机最小系统

单片机最小系统设计是单片机应用系统设计的基础。STCC52单片机最小系统

图2.2 直流电机驱动电路

L293D是提供双向驱动电流高达1 A，电压是从4.5 V至36 V的；L293D提供

实习报告 源负载。兼容所有的TTL输入。每个输出都是推拉式驱动电路，与达林顿三极管和伪达林源。启用1,2 EN驱动器和3,4 EN驱动器。当使能输入为高电平时，相关联的驱动器被启用和他们的输出处于活动状态，并在其输入端的同相。当使能输入为低，这些驱动器被禁用其输出关闭，在高阻抗状态。【PS：1,2EN为1和2的使能端（高电平使能）；3,4EN同理】用适当的数据输入端，每对驱动程序的形式一个完整的H桥可逆驱动器适用于电磁阀或电机应用。L293D外部输出为高速钳位二极管，应使用电感的瞬态抑制。VCC1和VCC2分开，提供逻辑输入，以尽量减少设备功耗。 L293D的工作温度是从0°C至70°C

图2.3 L293D外部引脚排列图

表2.1 真值表

输入 A H L X

EN H H L 输出 Y H L Z 在热关断模式下，输出的是高阻态，而不管输入电平。 第 3 页

实习报告

图2.4 逻辑图

电机驱动电路组要是由L293D芯片组成，单片机P3.4,P3.6,P3.7输出的信号经过L293D芯片后直接与直流电机相连，从而控制直流电机的运行。其中VCC1接+5V电源，VCC2接+12V电源。

2.3 数码管显示电路设计

本设计利用数码管作为显示单元，采用动态显示技术，电路如图2.5所示。

图2.5 显示电路

电路的接法决定了必须采用逐位扫描显示方式。即从段选口送出某位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。

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实习报告 2.4 按键电路设计

式键盘的按键相互，每个按键接一根I/O口线，一根I/O口线上的按键工作状态不会影响其它I/O口线的工作状态。因此，通过检测I/O口线的电平状态，即可判断键盘上哪个键被按下。

图2.6 按键电路

2.5 系统供电电源电路设计

本系统需要采用+5V电源和+12V电源，所采用的电源电路是由整流电路和三端稳压器组成的。电路输出电压和最大输出电流决定于所选三端稳压器。其电源电路如图2.7所示。

图2.7 +5V和+12V电源供电电路

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实习报告 2.5.1直流稳压电路中整流二极管的选取：

1 U 0(AV)02U2sintd(t)π(21)电压

其中U2为副边解得

22U0(AV)U20.9U2π(22)实现了全波整流电路，他将U2的

由于整流桥电路值是半波整流电路的两倍。

负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电压的平均

输出电流的平均值（即负载电阻中的电流平均值） Io(AV)Uo(AV)0.9U2RLRL

(2 3)在单相桥式整流电路中，因为每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上的电流的平均值的一半，即

Uo(AV)0.45U2

RLRL与半波整流电路中的平均电流相同。

Io(AV)二极管所能承受的最大反向电压

URmax2U2(24)(25)

考虑到电网电压的波动范围为10%，在实际选用二极管时，应至少有%10的余量，选择最大整流电流IF和最高反向工作电压URM分别为

1.1Io(AV)21.1U2

2RL URM1.12U2

IF(26)(27)2.5.2直流稳压电路中滤波电容的选取：

RLUO(AV) IL(AV)UO(AV)：输出电压的平均值

电流的平均值

IL(AV)：负载

TTC(3~5)当C(3～5)时，UO(AV)1.2U2。 2RL2RL由于采用电解电容，考虑到电网电压的波动范围为10%，点解电容的耐压值应大于1.12U2。

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实习报告 第3章 系统软件设计

3.1 软件总体设计思路

经过前几章的设计工作，系统的硬件电路设计已经完成了。然而，对于一个完整的设计系统来说，只有硬件电路的设计完成是不够的，它必须通过软件编程来实现系统工作的控制功能，从而才能实现电路应有的系统功能。

单片机系统的软件设计主要使用汇编语言或高级语言。汇编语言与系统硬件的关系密切，可方便地实现诸如中断管理以及模拟/数字量的输入/输出等功能，具有占用系统资源小、执行速度快的特点，但是，对复杂的大型应用系统，其代码可读性差，并不利于升级和维护。高级语言的代码效率和长度都不如汇编语言，但其结构清晰、可读性好、开发周期短、有极强的可移植性，在多数应用方面执行效率与汇编语言的差距也不大，近年来得到了极为广泛的应用。而C语言既有高级语言的各种特点，又可对硬件进行操作，并可进行结构化程序设计。用C语言编写的程序较容易移植，可生成简洁、可靠的目标代码，用C语言进行单片机计算机开发已经是必然的发展趋势。

本设计的整体思路为：主程序中循环的调用按键程序，通过按键从而使单片机输出变化的定时时间和控制电机正反转，从而控制直流电机达到不同的旋转效果，并通过数码管将变化的定时时间显示出来。

本设计以单片机作为系统的核心控制单元，运用C语言进行编程工作，按照工作流程来实现设计要求的控制直流电机的运行状态。

3.2 主程序流程设计

直接应用STCC52的软件方法实现电机驱动和定时时间的设置与变化。其流程图如图3.1所示。

开始时打开电源开关对电路供电，完成系统初始化和显示初始化，数码管显示0059，倒计时开始，按键循环扫描，设置键按下，倒计时停止，由加减键控制定时时间，确定键按下，进入中断，倒计时开始，电机启动，结束时，电机停止，显示恢复初始化。

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实习报告 开始系统初始化显示初始化调用按键子程序中断处理定时中断为01定时中断无是否有键按下有键处理子程序电机正反转、系统定时发送数据至从处理器中断返回

图3.1 系统主单片机总程序框图

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实习报告 实习总结

（包括：实习质量分析、待完善和改进之处和心得体会） 设计中单片机STCC52在工作时，调整定时器TO来达到合适的定时时间。通过调整L293D电机驱动芯片的A1A2引脚的电平高低切换，实现电机的正反转。重复使用T0口定时功能，实现正常的走钟逻辑做倒计时用。由于设计中使用的是单片机作为核心的控制元件，附以外围电路使本本设计具有功能强、性能可靠、电路简单、成本低的特点，加上经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。但是在我们设计和调试的过程中，也发现了一些问题，譬如程序设计水平有限，实际的电机正反转和倒计时同步很难确切控制，延时与定时冲突无法正常执行，其设计难度远超出我们的设计需求范围。 在做实习设计的初期阶段，难度很大，没有头绪。通过求助于老师、理清了思路。同时，在图书馆里、网上查阅资料，攻克了设计中的道道难题。通过本次单片机应用实习，我学到了许多东西，知道光靠书本上的东西是不够的，需额外去查资料。无论是在硬件还是软件设计上，我都遇到了不少的问题，在克服困难的过程中，我学到了许多，特别是在课堂上学不到的东西如（PWM）。也锻炼了我的Altium Designer画图能力，以前学的时候元器件都是给定的只要到库里面找出名字就可以，只要连线就可以，而这次是根据自己的设计需要去画，感觉不同。本次设计我能完成，算是有了很大的收获。总的感受有以下几方面： 1、通过本次单片机应用实习，我不但对单片机有了更为深入的了解，对一个课题如何画流程图，编程序等有了一定的认识。 2、进一步加强了我的动手能力和运用专业知识的能力，从中学习到如何去思考和解决问题，以及如何灵活地改变方法去实现设计方案。特别是深刻体会到了软件和硬件结合的重要性，以及两者的联系和配合作用。 3、让我了解到单片机技术对当今人们生活的重要性。同时这次单片机应用实习的经历也使我受益匪浅，让我知道做任何事情都应脚踏实地，刻苦努力地去做，只有这样，才能做好。 第 9 页

实习报告 第 1 0 页

附录1 总体电路图

实习报告

附录2 实物照片

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实习报告 附录3 C语言源程序

#include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit MOTOR_A2 = P3^6; sbit MOTOR_A1 = P3^7; sbit EN_MOTOR_A = P3^4 ;

//uchar code segcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; uchar code segcode[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, //uchar code dispbit[]={0x0e,0x0d,0x0b,0x07}; uchar code dispbit[]={0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; //数码管位选位 uchar buffer[]={0,0,0,0}; uint min=59,sec=59; uint status=0;

//函数声明

void delayMS(uint t) ; void keyprocess(uchar key); void display(); void timer0(); void MotorStart(); void delayS(uint b); main() {

bit keyrelease; uchar buf; uchar keyinput; keyrelease=1; buf=0xff;

TMOD=0x01; //T0工作在方式1,16位计数器 TH0=0xFC; //定时器0设置延时1ms中断初始值 TL0=0x18;

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实习报告 TR0=1;

IE=0x82; //开定时器0中断 status=0;

while(1) //键扫描程序 {

keyinput=P1&0x0f; if(keyinput!=0x0f) {

delayMS(10); if(keyinput!=0x0f)

{

buf=keyinput; P1=0xff; while(P1!=0xff) P1=0xff;

keyprocess(buf); //调用按键处理函数 buf=0xff; }

}

display(); } }

//延时程序

void delayMS(uint t) //晶振频率12MHZ { uint i; while(t--) for(i=0;i<125;i++); }

//按键处理函数

void keyprocess(unsigned char key) //键值处理，正常计时，设置时分秒 {

switch (key) {

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实习报告

case 0x0d:

case 0x0b:

switch(status) //按下减1键 {

case 0x01:if(min>0) min--; else min=59; break;

case 0x02:if(sec>0) sec--; else sec=59; break; }

switch(status) //按下加1键，3种模式下加1 {

case 0x01:

if(min<59) min++; break; case 0x02: if(sec<59) sec++; else min=0; case 0x0e:

status++; //按下设置键 TR0=0;

if (status>=3) status = 0; break;

else sec=0; break; }

break;

break;

case 0x07: TR0=1;MotorStart(); default:break; } }

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实习报告

//数码管显示函数 void display() {

uchar i; //正常计时显示 {

buffer[0]=min/10; // 显示分的十位 buffer[1]=min%10; // 显示分的个位 buffer[2]=sec/10; // 显示秒的十位 buffer[3]=sec%10; // 显示秒的个位

for(i=0;i<4;i++) {

P0=segcode[buffer[i]]; P2=dispbit[i];

delayMS(1); //防止数码管显示的时候闪动 P2=0xff; } } }

//定时器0中断函数

void timer0() interrupt 1 using 2 {

static uint count;

TH0=0xFC; // 定时器0设置初始值1ms中断初始值 TL0=0x18; TR0=1;

count++; //正常计时

if(count>=1000) // 定时 1S 到，以下为时钟的正常走钟逻辑 { count=0; sec--; if(sec==0) {

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//T0中断服务函数，第二组工作寄存器

实习报告 sec=59;

min--;

if(min==0&&sec==0) {

P2=0xff; } } } }

void MotorStart() { }

void delayS(uint b) //晶振频率12MHZ { uint j; while(b--)

for(j=0;j<2000;j++); }

EN_MOTOR_A = 1; MOTOR_A2 = 1; MOTOR_A1 = 0; delayS(60); EN_MOTOR_A = 0; delayS(60); EN_MOTOR_A = 1; MOTOR_A2 = 0; MOTOR_A1 = 1; delayS(60);

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