微機原理課程設(shè)計單片機控制直流電機

1、單片機課程設(shè)計微機原理及應(yīng)用課 程 設(shè) 計 題 目： 直流電機控制 專 業(yè)： 數(shù)控技術(shù) 班 級： 姓 名： 學(xué)號： 成 績： 年 月 日 目 錄第一章 概述 1第2章 直流電機硬件電路設(shè)計及描述 22.1直流電機的結(jié)構(gòu) 22.2直流電機的工作原理 22.3電磁關(guān)系 22.4直流電機主要技術(shù)參數(shù) 22.5直流電機的類型 32.6直流電機的特點 3第三章 軟件設(shè)計流程 33.1程序設(shè)計流程圖 33.2總電路功能介紹 43.3直流電機轉(zhuǎn)速 43.4電機驅(qū)動模塊的電路設(shè)計 4第4章 源程序 6第5章 總 結(jié)12參考文獻12第一章 概述 直流電機就是將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能(直流電動機)或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直

2、流電能(直流發(fā)電機)的旋轉(zhuǎn)電機。直流電機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。為了推廣直流電機在化工領(lǐng)域的使用，由于直流電機的功能已得到很大提 高，因此更為人性化的設(shè)計勢必在操作和顯示方面。直流電機直流電動機調(diào)速控 制一般采用模擬法，對電動機的簡單控制應(yīng)用比較多。簡單控制是指對電動機進 行啟動，制動，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這

3、類控制容易實現(xiàn)，并可通單片機，直 流電機驅(qū)動芯片和開關(guān)元件來實現(xiàn)，所以本課題采用此法。同時考慮到以前的直 流電機只能通過數(shù)碼管來進行簡單地顯示轉(zhuǎn)速，且不能清楚的了解其轉(zhuǎn)向，而 lcd 液晶顯示器可以彌補這一點，并且還添加一些更為人性化的提示，這是以 前的數(shù)碼管所不能代替的，這必將是一個新的趨勢。直流電機的主要功能非常廣泛，例如：軍事 和宇航方面的雷達天線，火炮瞄準(zhǔn)，慣性導(dǎo)航，衛(wèi)星姿態(tài)，飛船光電池對太陽得 跟蹤等控制；工業(yè)方面的各種加工中心，專用加工設(shè)備，數(shù)控機床，工業(yè)機器人，塑料機械，印刷機械，繞線機，紡織機械，工業(yè)縫紉機，泵和壓縮機等設(shè)備的控制；計算機外圍設(shè)備和辦公設(shè)備中的各種磁盤驅(qū)動器，各

4、種光盤驅(qū)動器，繪圖儀，掃描儀，打印機，傳真機，復(fù)印機等設(shè)備的控制；音像設(shè)備和家用電器中的錄音機，錄像機，數(shù)碼相機，洗衣機，冰箱，電扇等的控制。第二章 直流電機硬件電路設(shè)計及描述2.1直流電機的結(jié)構(gòu)nsnsee直流電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。在定子上裝有磁極（電磁式直流電機磁極由繞在定子上的磁繞提供），其轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子外圓有槽，槽內(nèi)嵌有電樞繞組，繞組通過換向器和電刷引出。2.2直流電機的工作原理nsnsuu直流電機電路模型，磁極n、s間裝著一個可以轉(zhuǎn)動的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個線圈。當(dāng)線圈中流過電流時，線圈受到電磁力作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則可知，當(dāng)流過線圈中電流改

5、變方向時，線圈的受方向也將改變，因此通過改變線圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機的方向。2.3電磁關(guān)系機械負載比較器電磁轉(zhuǎn)矩（拖動轉(zhuǎn)矩）交流電流直流電流反電動勢2.4直流電機主要技術(shù)參數(shù)直流電機的主要額定值有：額定功率pn：在額定電流和電壓下，電機的負載能力。額定電壓ue：長期運行的最高電壓。 額定電流ie：長期運行的最大電流。額定轉(zhuǎn)速n：單位時間內(nèi)的電機轉(zhuǎn)動快慢。以r/min為單位。 勵磁電流if：施加到電極線圈上的電流。2.5直流電機的類型直流電機可按其結(jié)構(gòu)、工作原理和用途等進行分類，其中根據(jù)直流電機的用途可分為以下幾種：直流發(fā)電機（將機械能轉(zhuǎn)化為直流電能）、直流電動機（將直流電能轉(zhuǎn)化為機械能）、直

6、流測速發(fā)電機（將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號）、直流伺服電動機（將控制信號轉(zhuǎn)換為機械信號）。下面以直流電動機作為研究對象。2.6直流電機的特點通過電刷間的電流與導(dǎo)體電流的性質(zhì)不同；通過電刷電流為直流電流，導(dǎo)體電流為交變電流；電樞電勢與電流反方向，稱為反電勢。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電機的轉(zhuǎn)向相同，為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。作為電動機運行：在直流電機的兩電刷端上加上直流電壓，電樞旋轉(zhuǎn)，拖動生產(chǎn)機械旋轉(zhuǎn)，輸出機械能；作為發(fā)動機運行：用原動機拖動直流電機的電樞，電刷端引出直流電動勢，作為直流電源，輸出電能。第三章 軟件設(shè)計流程3.1程序設(shè)計流程圖 定時中斷服務(wù)流程圖3.2總電路功能介紹直流電機pwm調(diào)制控制系統(tǒng)具有加速、減速、正

7、轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能。操作開關(guān)通過中斷控制直流電機的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能，并通過lcd液晶顯示。振蕩、時鐘電路和復(fù)位電路由80c51單片機內(nèi)部給出。直流電機轉(zhuǎn)動速度由lcd液晶顯示。操作開關(guān)狀態(tài)由液晶顯示器顯示。3.3直流電機轉(zhuǎn)速直流電機的數(shù)學(xué)模型可用下圖表示，由圖可見電機的電樞電動勢ea的正方向與電樞電流ia的方向相反，ea為反電動勢；電磁轉(zhuǎn)矩t的正方向與轉(zhuǎn)速n的方向相同，是拖動轉(zhuǎn)矩；軸上的機械負載轉(zhuǎn)矩t2及空載轉(zhuǎn)矩t0均與n相反，是制動轉(zhuǎn)矩。直流電機的數(shù)學(xué)模型根據(jù)基爾霍夫第二定律，得到電樞電壓電動勢平衡方程式1.1： u=ea-ia（ra+rc）式1.1中，ra為電樞回路

8、電阻，電樞回路串聯(lián)保繞阻與電刷接觸電阻的總和；rc是外接在電樞回路中的調(diào)節(jié)電阻。由此可得到直流電機的轉(zhuǎn)速公式為： n =ua-ir/ce 式1.2中，ce為電動勢常數(shù)，是磁通量。由1.1式和1.2式得 n =ea/ce 由式1.3中可以看出，對于一個已經(jīng)制造好的電機，當(dāng)勵磁電壓和負載轉(zhuǎn)矩恒定時，它的轉(zhuǎn)速由回在電樞兩端的電壓ea決定，電樞電壓越高，電機轉(zhuǎn)速就越快，電樞電壓降低到0v時，電機就停止轉(zhuǎn)動；改變電樞電壓的極性，電機就反轉(zhuǎn)。3.4電機驅(qū)動模塊的電路設(shè)計根據(jù)直流電機的工作原理，選取元器件如下，放置元器件、放置電源和地連線，我們參此設(shè)計的直流電機驅(qū)動模塊電路如圖所示 2sk1058 : cm

9、oss管 74l26 : 三太門 1n4006 : 二極管 vscource : 電源 motor-encoder : 直流電機 res : 電阻 at89c51 : 單片機 (在此并未顯示)直流電機驅(qū)動電路 然而考慮市場的行情，既然已有專門地為電機驅(qū)動而設(shè)計的芯片，就沒必要再從新來設(shè)計；選用l298芯片來構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)基本上跟上圖一樣。所用元器件如下所示： 1n4006 : 二極管 at89c51 : 單片機 (在此并未顯示) res : 電阻 motor-encoder : 直流電機 l298 : 電機驅(qū)動芯片 respack-8: 排阻 顯示程序流程圖第四章 源程序org 0000h s

10、jmp display org 0003h ljmp button ; 外部0中斷入口地址 org 000bh ljmp dingshi ; 定時中斷t0入口地址 rs equ p3.0 rw equ p3.1 e equ p3.4 org 0030h ; 此次直流電機的設(shè)計以lcd字符夜晶的 ; 顯示程序為主程序display: setb ea ; 打開中斷總開關(guān) setb ex0 ; 打開外部中斷0開關(guān) setb it0 ; 打開外部中斷0下降沿觸發(fā) mov tmod,#01h ; 設(shè)置定時工作方式 mov tl0,#0ffh ; 設(shè)置定時初值 mov th0,#0ffh setb et0

11、 ; 打開定時中斷t0開關(guān) clr p0.5 clr p0.6 clr p0.7 setb tr0 ; 定時器t0開始定時 mov dptr,#tab ; 夜晶顯示的字符首地址 mov r0,#00h ; 脈寬的初值 mov r1,#16 ; "set speed please"的字符個數(shù) mov r3,#00h mov r4,#00h lp9: lcall chushi lp2: acall busy mov a,#00h movc a,a+dptr mov p1,a acall datas inc dptr djnz r1,lp2 lp3: cjne r3,#00h,l

12、p4 cjne r4,#00h,lp4 sjmp lp3 lp4: mov r7,#00h ; 中斷的標(biāo)志 mov r5,#09h ; current : 的字符個數(shù) acall busy mov p1,#0c0h acall enable mov dptr,#mmtab acall busy lp5: mov a,#00h movc a,a+dptr mov p1,a inc dptr acall datas acall busy djnz r5,lp5 mov dptr,#stab mov a,r2 mov p1,a acall datas acall busy mov a,r3 ; 顯示

13、速度的十位 movc a,a+dptr mov p1,a acall datas acall busy mov a,r4 ; 顯示速度的個位 movc a,a+dptr mov p1,a acall datas ; 使夜晶始終顯示當(dāng)前電機的速度 lp8: cjne r7,#00h,lp7 ; 速度不變時等待 ljmp lp8 ; 速度變時重新讀入速度 lp7: sjmp lp4 chushi: ; 使夜晶顯示的一些初始設(shè)置 acall busy mov p1,#00000001b ; 清屏并光標(biāo)復(fù)位 acall enable acall busy mov p1,#00111000b ; 設(shè)置顯

14、示模式:8位2行5x7點陣 acall enable acall busy mov p1,#00001111b ; 顯示器開、光標(biāo)開、光標(biāo)允許閃爍 acall enable acall busy mov p1,#00000110b ; 文字不動，光標(biāo)自動右移 acall enable acall busy mov p1,#80h ; 寫入顯示起始地址 acall enable ret enable: ; 寫入控制命令的子程序 setb e clr rs clr rw clr e ret datas: ; 寫入數(shù)據(jù)子程序 setb e setb rs clr rw clr e ret busy:

15、 ; 準(zhǔn)備寫入數(shù)據(jù) clr e mov p1,#0ffh clr rs setb rw setb e jb p1.7,busy ret org 2000hdingshi: ; 定時中斷服務(wù)程序 cpl p0.7 jnb p0.7,z1 ; 周期一定 mov a,#0ffh subb a,r0 mov th0,a setb tr0 reti z1: mov th0,r0 ; 脈寬 setb tr0 reti button: ; 從控制鍵盤中讀取操作命令 push acc clr ex0 clr ea inc r7 ; mov a,#0ffh mov p2,a mov a,p2 jnb acc.0

16、,aa0 jnb acc.1,kk0 jnb acc.2,zz jnb acc.3,ff jnb acc.4,ww0 ajmp qq aa0: cjne r0,#0ffh, aa1 ; 加速操作 ajmp qq aa1: mov a,r0 add a,#5 mov r0,a ajmp qq kk0: cjne r0,#00,mm ; 減速操作 ajmp qq mm: mov a,r0 subb a,#5 mov r0,a ajmp qq qq: mov a,r0 mov b,#5 div ab mov b,#10 div ab mov r3,a mov r4,b setb ex0 lcall

17、delay lcall delay lcall delay lcall delay setb ea pop acc reti zz: setb p0.5 ; 正轉(zhuǎn)操作 clr p0.6 mov r2,#2bh ; 正轉(zhuǎn)標(biāo)志 "+" lcall delay lcall delay lcall delay setb ex0 setb ea pop acc reti ff: clr p0.5 ; 反轉(zhuǎn)操作 setb p0.6 mov r2,#2dh ; 反轉(zhuǎn)標(biāo)志 "-" lcall delay lcall delay lcall delay setb ex0

18、setb ea pop acc reti ww0: clr p0.5 ; 停止操作 clr p0.6 lcall delay lcall delay lcall delay setb ex0 setb ea pop acc reti delay: ; 延時子程序 mov r5,#0e0h mm0: mov r6,#30h mm1: djnz r6,mm1 djnz r5,mm0 ret tab: db 53h,45h,54h,20h db 53h,50h,45h,45h ; "set speed please" 代碼 db 44h,20h,50h,4ch db 45h,41h,53h,45h stab: db 30h,31h,32h,33h db 34h,35h,36h,37h ; "0,1,2,3,4,5,6,7" 代碼 db 38h,39h,41h,42h ; "8,9,a,b,c,d,e,f" db 43h,44h,45h,46h mmtab: db 43h,4fh,52h,52h db 45h,4eh,54h,20h ; " current : " 代碼 db 3ah end 原理圖 系統(tǒng)仿真第五章 總 結(jié)這次課程設(shè)計是一次非常好的鍛煉機會,歷時一個星期左右，通過