摘要：本次毕业设计是针对直流电动机设计的闭环控制系统，并对比不同的控制方式对直流电机转速的影响，同时通过串口发送至上位机，再由上位机直观地显示出来。

本次设计采用上位机LabVIEW向下位机单片机发送一系列控制指令和给定转速的方法，使单片机对直流电动机做出启动、停止、正转、反转、转速bang-bang控制以及转速PID控制等命令，以达到对直流电机的转速控制的目的，同时可实现将实时转速发送到上位机显示出来的功能，以满足实时显示的需求。

本次设计存在上下位机两个部分，下位机以52单片机为核心作系统的测速控制单元，而上位机是以LabVIEW为开发平台，是系统的监视和控制单元。在整个系统中，上下位机的通信是依靠虚拟串口连接起来的。

本文从课题背景开始，对硬件、上下位机软件作了介绍，并完成了系统的仿真调试和实物调试，对基于转速的bang-bang和PID控制的对比，展现出了PID调速的优秀特性。

关键词：单片机 LabVIEW 串口通信 直流电机

目录

摘要

Abstract

1. 绪论-1

2. 方案设计-2

2.1 直流电机控制方案设计-2

2.1.1 用分立元件构成的驱动电路-2

2.1.2 用集成芯片构成的驱动电路-2

2.1.3 方案选择-3

2.2 直流电机测速方案设计-3

2.2.1 光电测速法-3

2.2.2 霍尔传感器测速法-4

2.2.3 编码器-4

2.2.4 方案选择-4

2.3 总体方案设计-5

3. 下位机硬件设计-6

3.1 硬件电路总体结构图-6

3.2 单片机最小系统设计-6

3.2.1 单片机AT89C52-6

3.2.2 时钟电路-7

3.2.3 复位电路-7

3.3 电机驱动模块L298-8

3.3.1 L298芯片介绍-8

3.3.2 L298和直流电机的连接-10

3.4 直流电机模块-10

3.4.1 直流电机的接口电路-11

3.4.2 编码器的接口电路-11

3.5 LCD液晶模块-12

3.5.1 LCD液晶显示硬件接口电路-12

3.5.2 LCD液晶操作-13

3.6 串口通信模块-15

4. 下位机软件设计-16

4.1 系统流程-16

4.2 主程序-16

4.3 LCD1602程序-17

4.3.1 LCD判断是否忙碌-18

4.3.2 LCD写入命令-19

4.3.3 LCD写入数据-19

4.3.4 LCD初始化程序-20

4.3.5 LCD设置数据地址指针-20

4.3.6 字符串显示-21

4.4 直流电机转速采集-21

4.4.1 脉冲采集与正反转判断-22

4.4.2 转速计算-22

4.5 PID及PWM控制程序-23

4.5.1 PWM发生子程序-23

4.5.2 PID控制程序-25

4.6 bang-bang控制程序-26

4.7 串口中断程序-27

4.8 实时转速发送程序-28

5. 上位机软件设计-30

5.1 上位机LabVIEW开发平台介绍-30

5.2 串口通信VISA函数-30

5.3 串口通信模块-30

5.4 系统初始化操作-31

5.5 系统等待操作-32

5.5.1 串口开关配置-32

5.5.2 发送给定转速配置-32

5.5.3 bang-bang控制配置-33

5.5.4 PID控制配置-34

5.5.5 正反转控制配置-34

5.5.6 程序停止配置-35

5.6 系统发送操作-36

5.7 数据接收及判定操作-37

5.8 数据处理控制操作-38

5.9 接收及发送清除操作-38

5.10 整体框图介绍-39

5.11 前面板设计-40

6. 系统调试-42

6.1 准备工作-42

6.2 上下位机串口选择-42

6.3 bang-bang控制-43

6.4 PID控制-45

6.5 实物调试-47

6.5.1 单片机模块与电脑的连接-47

6.5.2 L298与电机的接口连线-47

6.5.3 bang-bang控制-49

6.5.4 PID控制-50

7. 总结-52

8. 致谢-53

9. 参考文献-54

附录1 硬件原理接线图-56

附录2 LabVIEW前后面板-57

附录3 C程序-58