基于STM32控制直流電機加減速正反轉(zhuǎn)設(shè)計（程序+仿真+報告+講解）

本設(shè)計基于STM32控制直流電機加減速正反轉(zhuǎn)設(shè)計（程序+仿真+報告+講解）
仿真：proteus8.9
程序編譯器：keil 5
編程語言：C語言
編號C0011

講解視頻：

功能說明：

本設(shè)計由STM32F103、L298N電機驅(qū)動電路、按鍵電路組成。
1.通過按鍵可以控制電機，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止。
2.檔位分4檔，并且可以通過按鍵順序正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止。
3.檔位可以自定義。
附贈相關(guān)論文，一份是根據(jù)實物寫的（與仿真功能基本一致）還有一份是根據(jù)仿真寫的。

開題報告

基于STM32控制直流電機加減速正反轉(zhuǎn)的Proteus仿真設(shè)計

一、課題背景和目標

在本課程大作業(yè)中，我們將設(shè)計一個基于STM32微控制器的直流電機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將通過Proteus仿真軟件進行設(shè)計和驗證，實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止控制?？刂葡到y(tǒng)將通過按鍵進行操作，具有4檔控制功能。

我們的目標是通過Proteus仿真設(shè)計，驗證STM32控制系統(tǒng)的可行性和有效性，加深對微控制器、電機驅(qū)動電路和按鍵電路的理解和應(yīng)用。

二、研究方法

我們將采用理論分析和仿真驗證相結(jié)合的方法，首先通過Proteus軟件設(shè)計電路，然后通過編程控制實現(xiàn)所需功能。具體步驟如下：

在Proteus中設(shè)計電路：包括STM32F103微控制器、L298N電機驅(qū)動電路和按鍵電路。
編寫程序：使用C語言編寫程序，通過微控制器的GPIO口控制電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止。
仿真測試：在Proteus中運行程序，通過按鍵操作測試電機的控制功能。
三、預(yù)期結(jié)果

我們預(yù)計通過上述研究方法，能夠?qū)崿F(xiàn)以下預(yù)期結(jié)果：

通過按鍵實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止控制。
具有4檔控制功能，可以通過按鍵順序?qū)崿F(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止的控制循環(huán)。
通過Proteus仿真，驗證STM32控制系統(tǒng)的可行性和有效性。
四、實驗安排

我們預(yù)計將用一個月的時間完成該課程大作業(yè)。前兩周將主要用于電路設(shè)計和編程，第三周進行仿真測試，第四周進行結(jié)果分析和報告撰寫。

五、實驗材料和方法

實驗材料包括：

STM32F103微控制器
L298N電機驅(qū)動電路
按鍵電路
Proteus仿真軟件
實驗方法包括：

設(shè)計電路
編寫程序
仿真測試
六、實驗步驟和數(shù)據(jù)記錄

實驗步驟如下：

在Proteus中設(shè)計電路。
使用C語言編寫程序。
在Proteus中運行程序。
通過按鍵操作測試電機的控制功能。
記錄實驗數(shù)據(jù)。
分析實驗結(jié)果。
撰寫報告。
數(shù)據(jù)記錄包括：

按鍵操作記錄：記錄按鍵操作的時間、順序和結(jié)果。
電機狀態(tài)記錄：記錄電機的狀態(tài)變化，包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止。
Proteus仿真結(jié)果記錄：記錄仿真測試的結(jié)果，包括電機的狀態(tài)和控制信號的變化。
七、實驗結(jié)論與討論

在實驗結(jié)束后，我們將根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果進行分析和討論，得出實驗結(jié)論?？赡艿慕Y(jié)論包括：

成功實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止控制。
成功實現(xiàn)4檔控制功能。
通過Proteus仿真驗證了STM32控制系統(tǒng)的可行性和有效性。
實驗討論將包括對實驗過程中遇到的問題和困難的分析，以及未來改進的方向和建議。

仿真圖（提供源文件）：

3.1系統(tǒng)的功能分析及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1.1系統(tǒng)功能分析
本設(shè)計由STM32F103R6單片機核心板電路+L298N電機驅(qū)動電路+按鍵電路+電源電路組成。
1、通過按鍵可以控制電機，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止。檔位分8檔。
2、按鍵順序正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止。
3.1.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

3.2模塊電路的設(shè)計
3.2.1 STM32單片機核心電路設(shè)計
STM32系列處理器是意法半導(dǎo)體ST公司生產(chǎn)的一種基于ARM 7架構(gòu)的32位、支持實時仿真和跟蹤的微控制器。選擇此款控制芯片是因為本系統(tǒng)設(shè)計并非追求成本的最低或更小的功耗，而是在實現(xiàn)本設(shè)計功能的前提下能夠提供更豐富的接口和功能以便于設(shè)計實驗系統(tǒng)各實驗項目所需的外圍擴展電路。此款控制芯片在完成單片機課程的學(xué)習(xí)后上手較為容易，在醫(yī)療器械中應(yīng)用廣泛，具有很好的學(xué)習(xí)、實驗研究價值。
一、STM32的主要優(yōu)點：
（1）使用ARM最新的、先進架構(gòu)的Cortex-M3內(nèi)核
（2） 優(yōu)異的實時性能
（3） 杰出的功耗控制
（4） 出眾及創(chuàng)新的外設(shè)
（5） 最大程度的集成整合
（6） 易于開發(fā)，可使產(chǎn)品快速將進入市場
二、STM32——最佳的平臺選項
對于使用同一平臺進行多個項目開發(fā)而言，STM32是最佳的選擇：
（1） 從僅需少量的存儲空間和管腳應(yīng)用到需要更多的存儲空間和管腳的應(yīng)用
（2） 從苛求性能的應(yīng)用到電池供電的應(yīng)用
（3） 從簡單而成本敏感的應(yīng)用到高端應(yīng)用
（4） 全系列腳對腳、外設(shè)及軟件的高度兼容性，給您帶來全方位的靈活性。您可以在不必修改您原始框架及軟件的條件下，將您的應(yīng)用升級到需要更多存儲空間或精簡到使用更少存儲空間/ 或改用不同的封裝的規(guī)格。
STM32F103C8T6單片機核心板接口電路圖如下圖所示。

3.2.2 L298N電機驅(qū)動模塊電路設(shè)計
本L298N驅(qū)動模塊，采用ST公司的L298N芯片，L298N 是一種雙H橋電機驅(qū)動芯片，其中每個H橋可以提供2A的電流，功率部分的供電電壓范圍是2.5-48v，邏輯部分5v供電，接受5vTTL電平。該模塊可以直接驅(qū)動兩路3-30V直流電機，并提供了5V輸出接口，可以給5V單片機電路系統(tǒng)供電，可以方便的控制直流電機速度和方向。
一、產(chǎn)品參數(shù)：
（1）驅(qū)動芯片：L298N雙H橋驅(qū)動芯片
（2）具有二極管續(xù)流保護
（3）直流電機轉(zhuǎn)速可以通過PWM方式來實現(xiàn)控制
（4）驅(qū)動部分端子供電范圍VMS：＋5V～＋35V
（5）驅(qū)動部分峰值電流Io：2A/橋
（6）邏輯部分端子供電范圍Vss：4.5-5.5V
（7）邏輯部分工作電流范圍:0～36mA
（8）控制信號輸入電壓范圍：高電平4.5-5.5V 低電平0V
（9）最大功耗：20W
（10）存儲溫度：－25℃～＋130℃
二、電機驅(qū)動模塊使用注意事項
（1）第一次上電時觀察綠色電源指示燈L5是否點亮，如果不亮，請立即斷電檢查電源是否接反。
（2）驅(qū)動器為功率設(shè)備，請保持工作環(huán)境的散熱通風(fēng)；在連上電機后使其連續(xù)工作一段時間后觀察電機和驅(qū)動芯片的溫升正常后方可進行后續(xù)使用。
三、電機驅(qū)動模塊接口說明：
（1）電機驅(qū)動電源輸入接口：VMS接正極，GND接負極
（2）驅(qū)動器和控制端口的接口：控制直流電機時IN1、IN2和ENA為一組，它們控制電機A，接在A+和A-，如果電機A不控制，則ENA懸空即可；如果電機A控制，則ENA接一路PWM輸出。IN3、IN4和ENB為一組，他們控制電機B，接在B+和B-，如果電機B不控制，則ENB懸空即可；如果電機B控制，則ENB接一路PWM輸出。
四、直流電機控制信號真值表
以電機A為例，高電平H：低電平：L
輸入信號功能：
IN1=H；IN2=L：電機A正轉(zhuǎn)
IN1=L；IN2=H：電機A反轉(zhuǎn)
ENA=H；IN1=IN2：電機A緊急停車
ENA=L；IN1=X；IN2=X：任意電平電機A自由停車
L298電機驅(qū)動模塊性能穩(wěn)定、可靠，滿足本設(shè)計要求。其模塊接口圖如下圖所示。

L298N電機驅(qū)動模塊接口圖
L298N電機驅(qū)動模塊內(nèi)部電路原理圖如下圖所示所示。P1為總電源輸入、GND和5V直流電源輸出接口?？傠娫唇?jīng)過L7805CV穩(wěn)壓芯片將高電壓降為5V，L7805CV是輸出電壓為4.75-5.25V，最大輸入電壓為35V，最大輸出電流為1.5A靜態(tài)電流為4.2-8mA的正電壓穩(wěn)壓器。C1-C4均起到濾波作用，讓電壓更將平穩(wěn)。P3和P4為電機接口。二極管D1-D8起到保護作用，防止電機產(chǎn)生的反向感應(yīng)電動勢損傷L298N。P2為控制引腳，D9-D13為信號指示燈，相關(guān)電阻起到限流作用，保護LED燈。

源程序（提供源文件）：

char dis0[6] = "Dir:+";   //暫存
char dis1[6] = "Dir:-";   //暫存
char dis2[16] = "";   //暫?
char dis3[] = "RUN ";   //暫存?
char dis4[] = "STOP";   //暫存
unsigned  char rekey = 0; //按鍵防止抖動
unsigned char contNum = 0; //循環(huán)計數(shù)
int main(void)
{
  
    delay_init();            //延時函數(shù)初始化
  
//    uart_init(9600);        //串口初始化為115200
    //  uart2_init(9600)    ;
    TIM3_Int_Init(10, 7199); //定時器
    LED_Init();             //初始化與LED連接的硬件接口
    KEY_Init();
    Lcd_GPIO_init();
    Lcd_Init();
    IN1 = 1;        //方向控制
    IN2 = 0;
    pwmRigh = 0;    //pwm調(diào)整,電機轉(zhuǎn)速調(diào)整

    Lcd_Puts(0, 0, (unsigned char *)dis0);
    sprintf(dis2,"SPEED:%d",pwmRigh);
    Lcd_Puts(0, 1, (unsigned char *)dis2);
     Lcd_Puts(8, 0, (unsigned char *)dis3);

    while(1)
    {
        if((key1 == 0) || (key2 == 0) || (key3 == 0) || (key4 == 0) || (key5 == 0))      //檢測到按鍵按下
        {
//            delay_ms(1);   //小抖動仿真不需要加
            if(rekey == 0)
            {
                if(key1 == 0)  //檢測是否按下
                {

                    rekey = 1;
                    IN1 = 1;        //方向控制
                    IN2 = 0;                   
                    Lcd_Puts(0, 0, (unsigned char *)dis0);
                     Lcd_Puts(8, 0, (unsigned char *)dis3);
                }
                else if(key2 == 0) //設(shè)置值鍵
                {
                    rekey = 1;
                    IN1 = 0;        //方向控制
                    IN2 = 1;
                    Lcd_Puts(0, 0, (unsigned char *)dis1);
                     Lcd_Puts(8, 0, (unsigned char *)dis3);
                }
                else if(key3 == 0) //設(shè)置值鍵
                {
                    rekey = 1;
                    if(pwmRigh < 8)pwmRigh = pwmRigh + 2; //pwm 調(diào)速
                    sprintf(dis2,"SPEED:%d",pwmRigh/2);
                    Lcd_Puts(0, 1, (unsigned char *)dis2);
                }
                else if(key4 == 0) //設(shè)置值鍵
                {
                    rekey = 1;
                    if(pwmRigh >= 2)pwmRigh = pwmRigh - 1; //pwm 調(diào)速
                    sprintf(dis2,"SPEED:%d",pwmRigh/2);
                    Lcd_Puts(0, 1, (unsigned char *)dis2);
                }
                else if(key5 == 0) //設(shè)置值鍵
                {
                    rekey = 1;
                    IN1 = 0;        //方向控制
                    IN2 = 0;
                    Lcd_Puts(8, 0, (unsigned char *)dis4);
                }
            }
        }
        else
        {
            rekey = 0;  //防止重復(fù)檢測到按鍵
        }
        delay_ms(10);
    }
}

以下為部分程序，完整程序可在下載鏈接獲?。?/p>

論文報告：

實物相關(guān)論文：

仿真相關(guān)論文：
第一章緒論
1.1課題背景及其意義
直流電機擁有有良好的起制動性能，可應(yīng)用于在大范圍內(nèi)的平滑控制，也可廣泛的應(yīng)用于許多需要控制或正反向的電力拖動領(lǐng)域中。在控制角度來看，直流控制更是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期的控制系統(tǒng)較大部分以模擬電路作為基礎(chǔ)，有運算放大器、非線性集成電路和少量數(shù)字電路等，控制系統(tǒng)的硬件部分功能比較復(fù)雜，功能比較單一，而且軟件系統(tǒng)不靈活、不好調(diào)試，不利于直流電動機控制技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用范圍。伴隨著單片機控制技術(shù)的快速發(fā)展，使得許多控制功能算法以及軟件得以完成，為直流電動機控制控制提供了更大的發(fā)展空間，并使系統(tǒng)達到更高的性能。采用單片機構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。
傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，雖然滿足了生產(chǎn)要求，但由于元件易老化和使用時容易受到干擾影響，并且線路很復(fù)雜，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，故系統(tǒng)的運行可靠性及準確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。
目前，直流電動機控制系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機控制逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機控制技術(shù)又進入到一個新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。因此實現(xiàn)直流無級控制對我們社會生產(chǎn)和生活有著重大的意義。
1.2 國內(nèi)外的研究狀況
直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑控制，在許多需要控制或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流控制還是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。采用單片機構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。
在實際應(yīng)用中，電動機作為把電能轉(zhuǎn)換為機械能的主要設(shè)備，一是要具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率；二是應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求調(diào)整轉(zhuǎn)速。電動機的控制性能如何對提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。因此，控制技術(shù)一直是研究的熱點。
直流電動機在冶金、礦山、化工、交通、機械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得 到廣泛的應(yīng)用。而以往直流電動機的控制只是簡單的控制，很難進行控制，不能 實現(xiàn)智能化。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因為元件容易老化和在使用中易受外界干擾影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，故系統(tǒng)的運行可靠性及準確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。如今，直流電動機的控制控制已經(jīng)離不開單片機的支持，單片機應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展促進了自動控制技術(shù)的發(fā)展，使人類社會步入了自動化時代，單片機應(yīng)用技術(shù)與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉融合，促進了學(xué)科發(fā)展和專業(yè)更新，引發(fā)了新興交叉學(xué)科與技術(shù)的不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，改變了世界，也改變了人類的生活。由于單片機的體積小、重量輕、功能強、抗干擾能力強、控制靈活、應(yīng)用方便、價格低廉等特點，計算機性能的不斷提高，單片機的應(yīng)也更加廣泛特別是在各種領(lǐng)域的控制、自動化等方面。
目前，直流電動機控制系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機控制逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機控制技術(shù)又進入到一個新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。
近年來，隨著科技的進步，電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，直流電機得到了越來越廣泛的應(yīng)用。直流它具有優(yōu)良的控制特性,控制平滑、方便,控制范圍廣;過載能力大,能承受頻繁的沖擊負載,可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動和反轉(zhuǎn)。
1.3本文的主要研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)安排
第1章.主要介紹本設(shè)計的課題背景及國內(nèi)外研究狀況；
第2章.主要說明系統(tǒng)方案的選擇；
第3章.主要介紹硬件電路的組成及使用方法；
第4章.主要介紹軟件設(shè)計；
第5章.主要介紹硬件調(diào)試；

資料清單如下：

0.常見使用問題及解決方法–必讀?。。。?br /> 1.源程序
2. 仿真
3. 論文報告
4.講解視頻
5.功能要求
Altium Designer 軟件資料
KEIL軟件資料
L298N的詳細資料.doc
Proteus軟件資料
單片機學(xué)習(xí)資料
目錄清單.txt
答辯技巧
設(shè)計報告常用描述
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