小直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)講解

1、1 燧課程設(shè)計(jì)說明書單片機(jī)原理與接口技術(shù)第一章理論部分錯(cuò)誤！未定義書簽1.1課題要求與內(nèi)容錯(cuò)誤！未定義書簽1.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽1.3系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)31.4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)8第二章實(shí)踐部分99102.1 系統(tǒng)硬件仿真調(diào)試 2.2 設(shè)計(jì)總結(jié)15第二章附錄11第一章理論部分1.1課題名稱及要求設(shè)計(jì)課題名稱：小直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的：掌握單片機(jī)數(shù)控直流電機(jī)的速度設(shè)計(jì)要求：利用DAC0832芯片進(jìn)行數(shù)/?？刂疲敵龅碾妷航?jīng)放大后驅(qū)動(dòng)小直流 電機(jī)的速度進(jìn)行數(shù)字量調(diào)節(jié)1.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)（1）總體方案設(shè)計(jì)直流電機(jī)調(diào)速原理：根據(jù) KVL方程：電機(jī)轉(zhuǎn)速n=（Ua-laRa）/Ca C ,其中， 對于極

2、對數(shù)p,匝數(shù)為N,電樞支路數(shù)為a的電機(jī)來說：電機(jī)常數(shù)Ca=pN/60a，意 味著電機(jī)確定后，該值是不變的。而在 Ua-IaRa中，由于Ra僅為繞組電阻，導(dǎo) 致IaRa非常小，所以Ua-IaRa約等于Ua=由此可見我們改變電樞電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速 n即可隨之改變。圖3-1所示電樞電壓為a,電樞電流為匚，電樞電阻為Ra,電機(jī) 常數(shù)Ca,勵(lì)磁磁通量是C。所以直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與施加于電動(dòng)機(jī)兩端的電壓 大小有關(guān)。本系統(tǒng)用DAC0832空制輸出到直流電動(dòng)機(jī)的電壓的方法來控制電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)速。（2）直流電機(jī)調(diào)速方案下面作為控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速的方案做比較：方案一：通過控制直流電機(jī)的電樞電壓調(diào)速（即本實(shí)驗(yàn)所采用的方案），

3、對 于小容量的電機(jī)，當(dāng)要求轉(zhuǎn)速不太精確的情況下，采用控制直流電機(jī)的電樞輸入 電壓或電流是一種十分方便而競經(jīng)濟(jì)的方法，輸入電壓（電流）容易控制而又容易得到，所以采用本方案。方案二：通過控制直流電機(jī)的激磁大小來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，此方案需要能調(diào)節(jié)激磁的直流電機(jī)，電路的氣他部分則相同，然而對于這類電機(jī)，價(jià)格相對 較貴，較之方案一則顯得不那么經(jīng)濟(jì)，況直流電機(jī)調(diào)速本身是一種相對較小的系 統(tǒng)，所以本方案較之方案一相對復(fù)雜且不經(jīng)濟(jì)。方案三：即將方案而二和三結(jié)合起來，此方案相對來說則更為復(fù)雜和不經(jīng)濟(jì)，因此選擇方案一具體地說本設(shè)計(jì)采用 STC89C51做為主要芯片，輸入?yún)R編語言程序，采用 DAC0832乍為數(shù)模

4、轉(zhuǎn)換芯片，輸出直流電機(jī)所需的電壓，通過控制直流電機(jī)的輸 入電壓來控制它的轉(zhuǎn)速。(3) 總體設(shè)計(jì)框圖如下所示S0C51按鈕控制DAC0S32轉(zhuǎn)換器運(yùn)算放大直流電動(dòng)機(jī)圖1總體設(shè)計(jì)框圖1.3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)(1) AT89C51 簡介AT89C51是一種帶 4K字節(jié) FLASH存儲器(FPEROFlash Programmable and Erasable ReadOnly Memory)的低電壓、高性能CMOS位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051 是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以 反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEI高密度非易失存儲器制造技術(shù)制

5、造，與工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位CPU和閃速存儲器 組合在單個(gè)芯片中，ATMEL勺AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的 一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià) 廉的方案。(2) 51單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)加上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就構(gòu)成了能使其正常工作的最小系統(tǒng)。單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)正常工作的基礎(chǔ)，任何一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)都是基于單片機(jī) 最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上來完成的，而在單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)物設(shè)計(jì)中，最應(yīng)該首先解決的也 應(yīng)該是單片機(jī)最小系統(tǒng)問題，只有保證了單片機(jī)最小系統(tǒng)的正確性， 才能保證接 下來的其他模塊的正確

6、設(shè)計(jì)。單片機(jī)允許的振蕩晶體可在1.224MHz之間選擇，一般為12MHz電容C2, C3的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩 電路起振速度有一定的影響，可在20100pF之間選擇。單片機(jī)RST引腳是高電 平有效。單片機(jī)在上電瞬間充電，RST引 I腳端出現(xiàn)正脈沖，只要 RST斷保持兩個(gè) 機(jī)械周期（大約10mS以上的高電平，單片機(jī)就能復(fù)位。11In1 X1193CPCRYSTALC23CPR7XTAL1XTAL2RSE圖2 C51單片機(jī)最小系統(tǒng)圖（3）DAC0832芯片簡介DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè) DA 芯片以其價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)

7、點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到 廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電 路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。主要參數(shù)：分辨率為8位；電流穩(wěn)定時(shí)間1us ;可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù) 字輸入；只需在滿量程下調(diào)整其線性度；單一電源供電（+5V+15V ;低功耗， 20mW/* WR1數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ILE、CS WR的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入 數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；* XFER :數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；* WR2DAC寄存器選通

8、輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR2 XFEF的邏輯組合產(chǎn)生LE2,當(dāng)LE2為高電平時(shí)，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸 入而變化，LE2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。* I OUT1電流輸出端1,其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；* IOUT2 :電流輸出端2,其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；* Rfb:反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；* Vcc :電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V;* VREF :基準(zhǔn)電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V;* AGND :模擬信號地；* DGND :數(shù)字信號地。（4）

9、DAC0832電壓輸出控制原理DAC0832是電流形式輸出，當(dāng)需要電壓形式輸出時(shí)，必須外接運(yùn)算放大器。 根據(jù)輸出電壓的極性不同，DAC0832又可分為單極性輸出和雙極性輸出兩種輸出 方式。單極性輸出：DAC0832的單極性輸出電路如圖所示。VREF可以接土 5V或土 10V參考電壓，當(dāng)接+ 5V時(shí)，輸出電壓范圍是 0V一5V;當(dāng)接一5V時(shí)，輸出 電壓范圍是0V+ 5V;當(dāng)接+ 10V時(shí)，輸出電壓范圍是0V一10V ；當(dāng)接一10V 時(shí)，輸出電壓范圍是0V+ 10V。若輸入數(shù)字為0255，則輸出為：Uout = VRE氐D/256。式中D為輸入DAC0832的十進(jìn)制數(shù)，因?yàn)檗D(zhuǎn)換結(jié)果loutl 接運(yùn)

10、 算放大器的反相端，所以，式中有一個(gè)負(fù)號。若VRE三+ 5V,輸入數(shù)字為：0 255 時(shí)，Vout = （0 4.98）V。圖3 DAC0832的單極性輸出電路雙極性輸出。即在單極性電壓輸出的基礎(chǔ)上，在輸出端再加一級運(yùn)算放大器， 就構(gòu)成了雙極性電壓輸出。通過運(yùn)放A2將單向輸出轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向輸出。由 VREF為A2運(yùn)放提供一個(gè)偏移電流，該電流方向應(yīng)與A1輸出電流方向相反，且選擇R仁R3=2R2使得由VREF引入的偏移電流恰為A1輸出電流的1/2。因而A2的運(yùn) 放輸出將在A1運(yùn)放輸出的基礎(chǔ)上產(chǎn)生位移。雙極性輸出電壓與VREFS A1運(yùn)放輸出V1的關(guān)系是：Uout = (2U1+ VREF)。DAC08

11、32的雙極性輸出電路如圖二 所示。根據(jù)前面單極性輸出表達(dá)式 U1 = VREF D/256,故Uout = (2U1 + VREF) =VREFX D/128 VREF圖4 DAC0832的雙極性輸出電路(5) DAC0832與運(yùn)算放大器以及電動(dòng)機(jī)的接口電路DAC0832的 IOUT1端即模擬電流輸出端1和IOUT2端即模擬電流輸出端2分 別與運(yùn)算放大器的反相輸入端和正向輸入端相連接。運(yùn)算放大器的輸出端與直流電動(dòng)機(jī)的一端相連接，而直流電動(dòng)機(jī)的另一端接地。圖5 DAC0832與運(yùn)算放大器以及電動(dòng)機(jī)的接口電路(6) DAC0832與 C51 接 口電路采用一個(gè)80C51和一個(gè)DAC0832專換器來

12、輸出電路調(diào)節(jié)后的模擬信號，來供 給直流電機(jī)，通過改變DAC0832勺輸入，進(jìn)而改變DAC0832勺輸出進(jìn)而對直流電 動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。電路由80C51單片機(jī)P0.1-P0.7 口接DAC0832勺數(shù)據(jù)輸入端D1. 0-D1.7，即P0 口輸出八位電信號給DAC0823的D0D7作為數(shù)據(jù)輸入端。單片機(jī) P2.7 口輸出作為DAC0832專換器的片選信號和控制數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入的信 號，P3.6 口作為DAC0832勺寫選通信號控制輸入的信號和 DAC0832勺寄存器選 通輸入端的信號，同時(shí)有 AGND模擬量地即模擬電路接地端和 DGND數(shù)字量接地 端共同接地。DAC0832 與80C51接口電路的

13、連接時(shí)80C51單片機(jī)的輸出作為 DAC0832勺 輸入，從而實(shí)現(xiàn)了 80C51單片機(jī)的控制，進(jìn)而達(dá)到控制DAC0832勺輸出，也就是 控制直流電動(dòng)機(jī)的輸入。JZU1CSWR1GNDIIDIOVREFSIMDDAC0S32VCCLE(B1/BY2)WR2 XFER I5DIBDI7IOUT2lOUTt207a77 迢7s1星 11 A?圖6 DAC0832與C51接口電路(7) 按鈕控制電路按鈕控制電路是該直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)電路中的控制部分， 也就是通過該按 鈕控制電路實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。C51單片機(jī)的P1.0和P1.1的輸入接按鈕的 一端，按鈕的另一端接地，這樣的連接實(shí)現(xiàn)了通過按鈕的 0和

14、1狀態(tài)使80C51 單片機(jī)的輸入發(fā)生改變。圖7按鈕電路1.4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開始圖9系統(tǒng)流程圖第二章實(shí)踐部分2.1系統(tǒng)硬件仿真調(diào)試2.2設(shè)計(jì)總結(jié)單片機(jī)是現(xiàn)代化的硬件設(shè)備，為我們的生活帶來了很多便利，隨著科學(xué)技 術(shù)的日新月異，現(xiàn)代化的設(shè)備逐漸向自動(dòng)化邁進(jìn)，而單片機(jī)技術(shù)是自動(dòng)化的必備 手段，他方便實(shí)用，為自動(dòng)化生產(chǎn)帶來了很多便利，因此學(xué)好單片機(jī)技術(shù)顯得有 為重要，而在單片機(jī)的學(xué)習(xí)中實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐則是更必不可少，動(dòng)手操作可以使我們對書本知識更加了解，同時(shí)為我們將來在實(shí)際生產(chǎn)中的世紀(jì)應(yīng)用也是大有裨益， 對網(wǎng)絡(luò)和書本知識的檢索能力也得到提升?；趩纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較的難，從未接觸過任何的應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對老師

15、要求我們做的應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根本無 從下手,于是從圖書館借了幾本有關(guān)單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)例書籍，并且在網(wǎng)上 參考了較多本實(shí)例的應(yīng)用知識，了解了系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告的寫法和結(jié)構(gòu)。參考了網(wǎng)上 較多的實(shí)例，實(shí)在話，讓我自己親手動(dòng)手去做實(shí)在不能完成， 只有通過圖書館借 的書和通過網(wǎng)絡(luò)才可完成。這一定程度上也提高了網(wǎng)上搜索信息的能力。在借鑒 了網(wǎng)上的信息，同時(shí)添加了自己借的書中的一些內(nèi)容，整合成了這篇設(shè)計(jì)。希望以后這種的設(shè)計(jì)會(huì)更多，讓我們的書本知識和實(shí)際操作聯(lián)系起來，讓書 本知識活躍在我們的生活中，那樣我們的書本知識學(xué)著就不再那么枯燥乏味。第三章附錄附錄一：元件清單：1 兩個(gè)電容2 一個(gè)電解電容3 兩個(gè)按鈕4 A

16、T89C51單片機(jī)5 DAC0832轉(zhuǎn)換器6 運(yùn)算放大器OPAMP7 直流電動(dòng)機(jī)8 歐姆電阻9 晶振源10 直流電源附錄二：AT89C51單片機(jī)利用DAC0832合小直流電機(jī)調(diào)速的C語言程序#in clude#in clude#defi ne uchar un sig ned char#define DAC0832 0x7fff/ 定義 DAC0832端 口地址sbit k仁 P1A0;sbit k2=P1Al；uchar davl=0x3f;void INCDAC()加速處理函數(shù)davl=davl+0x20;if(davl=0x00)davl=0xe0;void DECDAC()減速處理函數(shù)davl=davl-0x20;if(davl=0x00)davl=0x20;/ delay(1000);/12M ,0.5Svoid delay (un sig ned int i1)un sig ned int ii;un sig ned char jj;for (ii=0;iii1;ii+)for (jj=0;j