單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)報(bào)告VIP

1、單片機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告專(zhuān) 業(yè)：汽車(chē)電子技術(shù)學(xué) 號(hào)：08341-12姓 名：指導(dǎo)教師：柳 銘時(shí) 間：2010年5月30日7月10日摘要在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ钪卸计鹬种匾淖饔?。直流電機(jī)作為最常見(jiàn)的一種電機(jī)，具有非常優(yōu)秀的線性機(jī)械特性、較寬的調(diào)速范圍、良好的起動(dòng)性以及簡(jiǎn)單的控制電路等優(yōu)點(diǎn)，因此在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中都得到了十分廣泛的應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來(lái)看，直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路

2、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?yán)щy，阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機(jī)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(lái)完成，為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。采用單片機(jī)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。本文設(shè)計(jì)了直流電機(jī)控制系統(tǒng)的基本方案，闡述了該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性及其設(shè)計(jì)方法。主要研究直流電機(jī)的控制和測(cè)量方法，從而對(duì)電機(jī)的控制精度、響應(yīng)速度以及節(jié)約能源等都具有重要意義。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)AT80C52為核心，附以外圍電路，實(shí)

3、現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速的系統(tǒng)；運(yùn)用單片機(jī)的運(yùn)算和處理能力和L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的手動(dòng)加速、減速調(diào)速等智能控制系統(tǒng)，并運(yùn)用軟件Proteus進(jìn)行仿真來(lái)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。關(guān)鍵詞單片機(jī) L293電機(jī)驅(qū)動(dòng) 直流電機(jī) PWM目 錄一、 實(shí)訓(xùn)目的與要求11.1實(shí)訓(xùn)目的11.2實(shí)訓(xùn)要求1二、 實(shí)訓(xùn)題目及總方案12.1實(shí)訓(xùn)題目12.2設(shè)計(jì)方案12.3主要元件介紹22.3.1 AT89C5222.3.2 L293D32.4電路原理42.5原理圖及原理框圖4三、 設(shè)計(jì)過(guò)程53.1籌備過(guò)程53.2制作過(guò)程53.3調(diào)試過(guò)程63.4顯示結(jié)果73.5元件清單7四、總結(jié)84.1個(gè)人實(shí)訓(xùn)小課題84.1.1題目84.1.2原理

4、及調(diào)試84.1.3秒表原件清單94.2結(jié)論總結(jié)104.3心得體會(huì)10五、 參考文獻(xiàn)11附錄12附圖12開(kāi)關(guān)控制電路12驅(qū)動(dòng)電路13程序14一、 實(shí)訓(xùn)目的與要求1.1實(shí)訓(xùn)目的學(xué)習(xí)知道單片機(jī)的性能與功能，在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。并且設(shè)計(jì)并制作一采用PWM調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)斬波調(diào)速系統(tǒng)。并熟練對(duì)單片機(jī)編程及Proteus仿真軟件的實(shí)際應(yīng)用。1.2實(shí)訓(xùn)要求（1）采用PWM調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)斬波調(diào)速（2）轉(zhuǎn)速?gòu)?00-3000rad/min（3）具有手動(dòng)速度調(diào)整按鍵（速度+速度）二、 實(shí)訓(xùn)題目及總方案2.1實(shí)訓(xùn)題目 單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)通過(guò)AT89S52單片機(jī)的I/O口對(duì)L29

5、3D電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片賦值來(lái)控制電機(jī)，并通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器來(lái)控制L293D的EN1口來(lái)進(jìn)行調(diào)速，通過(guò)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)按鈕式控制過(guò)程。  PWM控制波形的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)模擬 電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，例如用555搭成的觸發(fā)電路，但是，這種電路的占空比不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，不能用于自動(dòng)控制電機(jī)的調(diào)速。而目前使用的大多數(shù)單片機(jī)都可以直接輸出這種PWM波形，或通過(guò)時(shí)序模擬輸出，最適合直流電機(jī)的調(diào)速。2.3主要元件介紹2.3.1 AT89C52AT89C52（如圖1所示）是51單片機(jī)系列的一個(gè)型號(hào)，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。 AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Fl

6、ash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫(xiě)口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地

7、降低開(kāi)發(fā)成本。 AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89C52為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC

8、（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。圖1 AT89C52引腳圖2.3.2 L293D L293D是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L293D采用16引腳DIP封裝，其內(nèi)部

9、集成了雙極型H-橋電路，所有的開(kāi)量都做成n型。這種雙極型脈沖調(diào)寬方式具有很多優(yōu)點(diǎn)，如電流連續(xù)；電機(jī)可四角限運(yùn)行；電機(jī)停止時(shí)有微振電流，起到“動(dòng)力潤(rùn)滑”作用，消除正反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)：低速平穩(wěn)性好等。L293D通過(guò)內(nèi)部邏輯生成使能信號(hào)。H-橋電路的輸入量可以用來(lái)設(shè)置馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使能信號(hào)可以用于脈寬調(diào)整（PWM）。另外，L293D將2個(gè)H-橋電路集成到1片芯片上，這就意味著用1片芯片可以同時(shí)控制2個(gè)電機(jī)。每1個(gè)電機(jī)需要3個(gè)控制信號(hào)EN12、IN1、IN2，其中EN12是使能信號(hào)，IN1、IN2為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制信號(hào)，IN1、IN2分別為1，0時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)。選用一路PWM連接EN1

10、2引腳，通過(guò)調(diào)整PWM的占空比可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。選擇一路I/O口，經(jīng)反向器74HC14分別接IN1和IN2引腳，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。其控制邏輯如下:電機(jī)運(yùn)行情況 EN A（B） IN1（IN3） IN2（IN4） 正轉(zhuǎn) H H L 反轉(zhuǎn) H L H 快速停止 H 同IN2（IN4） 同IN1（IN3） 停止 L X X即：通過(guò)用單片機(jī)對(duì)L293D的相應(yīng)管腳寫(xiě)0或者1，即可實(shí)現(xiàn)。2.4電路原理AT89C52是集成40個(gè)I/O口的單片機(jī)，擁有12MHZ的晶振周期，電路擁有可控復(fù)位電路，INT0口外接一個(gè)BUTTON使其外中斷0獲得高低電平。L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度調(diào)整。本電路實(shí)現(xiàn)電

11、機(jī)調(diào)速主要利用了L293D的EN1引腳的電平控制，讓其電平的高低變化可以跟據(jù)單片機(jī)的定時(shí)器來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，本電路分別進(jìn)行了設(shè)置，當(dāng)BUTTON按下一次時(shí)，單片機(jī)定時(shí)器T0被啟用，并且設(shè)定為65.468ms，此延時(shí)可以控制電機(jī)一定速度的減速，當(dāng)BUTTON第二次按下時(shí)，單片機(jī)定時(shí)器T1被啟用，并且設(shè)定為33.069ms此時(shí)電機(jī)為第一次按下電機(jī)速度的2倍，第三次按下時(shí)為最快速度，第四次電機(jī)停止。前后電機(jī)3次變速，速度逐漸遞增。2.5原理圖及原理框圖圖2單片機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)原理總圖（部分圖見(jiàn)附錄） 系統(tǒng)供電A89c52開(kāi)關(guān)控制電路L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)圖3 單片機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件原

12、理圖和原理框圖如圖2和圖3所示，以AT89C52單片機(jī)為控制核心，包括開(kāi)關(guān)控制電路、系統(tǒng)供電電源電路、L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)電路。三、 設(shè)計(jì)過(guò)程3.1籌備過(guò)程上網(wǎng)及到圖書(shū)館查找關(guān)于直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的資料，查找調(diào)速方案，確定方案。在在查找關(guān)于AT89C52的相關(guān)書(shū)籍及其控制電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的方案，查找電機(jī)驅(qū)動(dòng)L293D的相關(guān)資料，同時(shí)學(xué)習(xí)軟件Proteus仿真的使用教程及編程語(yǔ)言編程技巧。3.2制作過(guò)程安裝完P(guān)roteus仿真軟件后，根據(jù)設(shè)計(jì)原理圖從庫(kù)文件Library中調(diào)用相應(yīng)的器件，在新建的制作圖紙上設(shè)計(jì)電路、連接電路、標(biāo)注器件，檢查完畢后導(dǎo)入寫(xiě)好的程序文件，然后進(jìn)行調(diào)試，在出現(xiàn)錯(cuò)誤提示后

13、進(jìn)行修改電路完善電路并同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)程序的修改直至完成準(zhǔn)確無(wú)誤的設(shè)計(jì)電路。在完成設(shè)計(jì)電路后進(jìn)行設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容的填寫(xiě)及修改。3.3調(diào)試過(guò)程本設(shè)計(jì)在調(diào)試過(guò)程中主要式控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)L293D的EN1端口的電平高低中斷周期，通過(guò)調(diào)整定時(shí)器的中斷周期來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的調(diào)整通過(guò)計(jì)算和程序的多次調(diào)整實(shí)現(xiàn)了合理的電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)。在調(diào)試時(shí)不能直接用L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)，可以直接用二極管實(shí)現(xiàn)調(diào)試。圖4 調(diào)試原理圖圖5 調(diào)試成功圖3.4顯示結(jié)果表1 顯示結(jié)果中斷次數(shù)一次二次三次四次定時(shí)時(shí)間65.468ms33.069ms0sSTOP3.5元件清單表2 元件清單器件名稱(chēng)規(guī)格數(shù)量 單片機(jī)AT89C521電機(jī)驅(qū)動(dòng)L293

14、D1 直流電機(jī) 1開(kāi)關(guān)按式2電解電容100uf1 電阻R1 10K1導(dǎo)線 若干四、總結(jié)4.1個(gè)人實(shí)訓(xùn)小課題在本次實(shí)訓(xùn)當(dāng)中我還用AT89C51完成了秒表的電路設(shè)計(jì)與調(diào)試并且獲得了成功，是我對(duì)單片機(jī)的功能有了進(jìn)一步的了解，其具體情況如下：4.1.1題目秒表的設(shè)計(jì)4.1.2原理及調(diào)試圖6秒表原理圖根據(jù)相關(guān)的單片機(jī)材料，利用所學(xué)的單片機(jī)知識(shí)，結(jié)合單片機(jī)微機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的軟件和硬件（七段數(shù)碼管，開(kāi)關(guān)電路及時(shí)鐘信號(hào)電路等），編寫(xiě)能夠?qū)崿F(xiàn)該項(xiàng)目的軟件程序，最后將軟、硬件有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行有效的調(diào)試，最后達(dá)到完成該實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)的目的要求。圖7秒表調(diào)試成功圖4.1.3秒表原件清單器件名稱(chēng)規(guī)格數(shù)量 單片機(jī)AT

15、89C511晶振1電容3開(kāi)關(guān)撥式2七位斷碼管7SEG-COM-ANODE1電阻10K3導(dǎo)線若干表3 秒表原件表此課題能夠?qū)纹瑱C(jī)軟硬件結(jié)合起來(lái)，對(duì)程序進(jìn)行編輯，校驗(yàn)。使我加深了對(duì)單片機(jī)課程的全面認(rèn)識(shí)復(fù)習(xí)和掌握，對(duì)單片機(jī)課程的應(yīng)用進(jìn)一步的了解。掌握了定時(shí)器、外部中斷的設(shè)置和編程的一些原理。4.2結(jié)論總結(jié)設(shè)計(jì)中單片機(jī)AT89C52在工作時(shí)，調(diào)整定時(shí)器TO,T1來(lái)達(dá)到合適的定時(shí)時(shí)間來(lái)調(diào)整L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的EN1引腳的電平高低切換，使周期上有所變化來(lái)達(dá)到速度上的調(diào)整，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中調(diào)試電機(jī)速度的過(guò)程是一難點(diǎn)，要通過(guò)單片機(jī)的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算相應(yīng)所需的定時(shí)時(shí)間使其電機(jī)的速度變化有明顯的改變。同時(shí)INT0口

16、的控制也使實(shí)驗(yàn)結(jié)果又更加明朗的變化過(guò)程。由于設(shè)計(jì)中使用的是單片機(jī)作為核心的控制元件，附以外圍電路使本本設(shè)計(jì)具有功能強(qiáng)、性能可靠、電路簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，加上經(jīng)過(guò)優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。但是在我們?cè)O(shè)計(jì)和調(diào)試的過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，譬如程序設(shè)計(jì)水平有限，實(shí)際的速度很難確切控制，會(huì)超出我們的設(shè)計(jì)需求范圍。4.3心得體會(huì)時(shí)光飛逝，一轉(zhuǎn)眼，一個(gè)學(xué)期又進(jìn)尾聲了，本學(xué)期的單片機(jī)綜合課程設(shè)計(jì)也在一周內(nèi)完成了。 俗話說(shuō)“好的開(kāi)始是成功的一半”。說(shuō)起課程實(shí)訓(xùn)，我認(rèn)為最重要的就是做好設(shè)計(jì)的預(yù)習(xí)，認(rèn)真的研究老師給的題目，選一個(gè)自己有興趣的題目。其次，老師對(duì)實(shí)驗(yàn)的講解要一絲不茍的去聽(tīng)去想，因?yàn)橹挥卸济靼?/p>

17、了，做起設(shè)計(jì)就會(huì)事半功倍，如果沒(méi)弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設(shè)計(jì)，到頭來(lái)一點(diǎn)收獲也沒(méi)有。最后，要重視程序的模塊化，修改的方便，也要注重程序的調(diào)試，掌握其方法。 在這次難得的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我鍛煉了自己的思考能力和動(dòng)手能力。通過(guò)題目選擇和設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中，加強(qiáng)了我思考問(wèn)題的完整性. 在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中要注意增加的功能寫(xiě)好程序流程圖，在程序流程圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)芯片的功能寫(xiě)出相應(yīng)的程序。然后再進(jìn)行程序調(diào)試和相應(yīng)的修改，以達(dá)到能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能的目的。五、 參考文獻(xiàn)1.電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分) 高等教育出版社 康華光著2.C程序設(shè)計(jì)題解與上機(jī)指導(dǎo) 清華大學(xué)出版社 譚浩強(qiáng)著3.單片機(jī)應(yīng)用的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

18、 北京航空航天大學(xué)出版社 周航慈著4.8051單片機(jī)徹底研究基礎(chǔ)篇 人民郵電出版社  林伸茂著5.單片機(jī)原理及應(yīng)用 高等教育出版社 張毅剛著6.C程序設(shè)計(jì) 清華大學(xué)出版社 譚浩強(qiáng)著7. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 人民郵電出版社 趙亮編著附錄附圖開(kāi)關(guān)控制電路附圖一附圖二驅(qū)動(dòng)電路附圖三程序ORG 0000H;主程序及終端入口LJMPSTARTORG 0003HLJMPINTEX0;跳轉(zhuǎn)到第78行，外中斷0入口ORG 000BHLJMPINTOORG 001BHLJMPINTO1ORG 0023H RETI ORG 002BH RETIORG 0100HCLEARMEMIO: MOVT

19、MOD,#10H MOVR2,#14H MOVTL1,#0B0H MOVTH1,#3CH MOV32H,#00HSETBEX1SETBIT1SETBEX0SETBIT0RETCAT:CLR P1.0RETSTART:MOVSP,#70H;主程序 LCALLCLEARMEMIO SETBP1.3CLR P1.2 SETBTR1 SETBEA SETBP1.1MAIN: LCALL CAT LCALLCAT AJMPMAIN NOP NOP LJMPSTARTINTEX0:PUSHACC;外中斷0入口PUSHPSW CLRTR0 CLREX0JBP3.2,IN0RET INC32H MOVA,32H CJNEA,#06H,J1 CLRP1.1 ;停車(chē)程序 CLRET1 CLRTR1J1:CJNEA,#01H,J2LCALL STOPSLOWLJMPIN0RETJ2:CJNEA,#02H,J3LCALL ST