直流電機控制器設(shè)計

1、.wd.wd.wd.唐 山 學 院 單片機原理及應(yīng)用 課 程 設(shè) 計 題 目 直流電機控制器設(shè)計 系 (部) 信息工程系 班 級 12點本2班 姓 名 李* 學 號 41202082* 指導教師 張國旭 田紅霞 吳錚 2015 年 6 月 8 日至 6 月 19 日 共 2 周2015年 6月 17日課程設(shè)計成績評定表出勤情況出勤天數(shù) 缺勤天數(shù)成績評定出勤情況及設(shè)計過程表現(xiàn)20分課設(shè)辯論20分設(shè)計成果60分總成績100分提問辯論問題情況綜合評定 指導教師簽名： 年 月 日目錄TOC o 1-3 u1 引言 PAGEREF _Toc421863104 h 12 設(shè)計內(nèi)容及要求 PAGEREF _

2、Toc421863105 h 22.1 設(shè)計內(nèi)容 PAGEREF _Toc421863106 h 22.2 設(shè)計要求 PAGEREF _Toc421863107 h 23 設(shè)計方案 PAGEREF _Toc421863108 h 33.1系統(tǒng)分析 PAGEREF _Toc421863109 h 33.2系統(tǒng)構(gòu)成 PAGEREF _Toc421863110 h 33.3工作原理 PAGEREF _Toc421863111 h 34 硬件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc421863112 h 54.1 硬件分析與設(shè)計 PAGEREF _Toc421863113 h 54.2 AT89C51芯片簡

3、介 PAGEREF _Toc421863114 h 54.3 多位數(shù)碼管簡介 PAGEREF _Toc421863115 h 64.4復位電路與時鐘電路 PAGEREF _Toc421863116 h 64.5 直流電機驅(qū)動電路設(shè)計 PAGEREF _Toc421863117 h 74.6 鍵盤電路設(shè)計 PAGEREF _Toc421863118 h 75 軟件設(shè)計與仿真 PAGEREF _Toc421863119 h 95.1 應(yīng)用軟件的編制和調(diào)試 PAGEREF _Toc421863120 h 95.2 程序總體設(shè)計 PAGEREF _Toc421863121 h 95.3 仿真圖形 PA

4、GEREF _Toc421863122 h 106 設(shè)計總結(jié)與體會 PAGEREF _Toc421863123 h 13參考文獻 PAGEREF _Toc421863124 h 14附錄一源程序代碼 PAGEREF _Toc421863125 h 15附錄二電機原理圖 PAGEREF _Toc421863126 h 22附錄三仿真電路圖 PAGEREF _Toc421863127 h 231 引言現(xiàn)代社會對各種信息參數(shù)的準確度和準確度的要求都有了幾何級的增長，而如何準確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息根基的開展水平。現(xiàn)在國內(nèi)外工業(yè)上對電機的調(diào)速 基本已經(jīng)不再使用模擬調(diào)速，而采用數(shù)字調(diào)

5、速系統(tǒng)，而數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)大局部都是用單片機來進展控制，數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)具有控制準確度高，非常穩(wěn)定，受環(huán)境影響小，效率高等優(yōu)點，所以在國內(nèi)外的使用越來越廣泛。與交流電動機相比，直流電機構(gòu)造復雜、成本高、運行維護困難，但是直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)速范圍廣，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)；能滿足生產(chǎn)過程中自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求等許多優(yōu)點，因此在許多行業(yè)仍大量應(yīng)用。直流電動機的起動和調(diào)速性能、過載能力強等特點顯得十分重要，為了能夠適應(yīng)開展的要求，選用單片機作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個系統(tǒng)的可靠性和可行性。近年來，直流電動機的機構(gòu)和控制方

6、式都發(fā)生了很大的變化。隨著計算機進入控制領(lǐng)域以及新型的電力電子功率元件的不斷出現(xiàn)，PWM調(diào)速已成為直流電機新的調(diào)速方式。PWM調(diào)速具有開關(guān)頻率高、低速運行穩(wěn)定、動態(tài)性能良好、效率高等優(yōu)點，更重要的是這種控速方式很容易在單片機控制系統(tǒng)中實現(xiàn)，因此具有很好的開展前景。2 設(shè)計內(nèi)容及要求2.1 設(shè)計內(nèi)容1以單片機為控制核心，用PWM控制技術(shù)實現(xiàn)對直流電機的速度及轉(zhuǎn)向進展控制。2選擇適宜驅(qū)動芯片3在數(shù)碼管上顯示當前轉(zhuǎn)速4分別用按鍵進展加、減速及正反轉(zhuǎn)控制。2.2 設(shè)計要求所設(shè)計的直流電機控制器需要滿足以下要求：(1)進展系統(tǒng)總體設(shè)計(2)完成系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(3)完成系統(tǒng)軟件設(shè)計及仿真3 設(shè)計方案3.

7、1系統(tǒng)分析針對本課題的設(shè)計任務(wù)，進展分析得到：本次課程設(shè)計以AT89C51單片機為核心，以5個按鍵作為輸入端，到達控制直流電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停頓、加速、減速。在設(shè)計中，采用PWM技術(shù)對電機進展控制。3.2系統(tǒng)構(gòu)成該直流電機控制系統(tǒng)的設(shè)計，在總體上可分為以下5個局部組成：輸入模塊，AT89C51單片機，電源模塊，驅(qū)動模塊，直流電機。圖3-1 系統(tǒng)構(gòu)成3.3工作原理對于直流電機來說，機械特性方程式為：， 額定電樞電壓、額定磁通量， 與電機有關(guān)的常數(shù)， 電樞外加電阻、電樞內(nèi)電阻n ， 想空載轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速降分析公式可得，當分別改變、和時，可以得到不同的轉(zhuǎn)速n，從而實現(xiàn)對速度的調(diào)節(jié)。由于=T，當改變勵磁電

8、流If時，可以改變磁通量的大小，從而到達變磁通調(diào)速的目的。但由于勵磁線圈發(fā)熱和電動機磁飽和的限制，電動機的勵磁電流If和磁通量只能在低于其額定值的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故只能弱磁調(diào)速。而對于調(diào)節(jié)電樞外加電阻時，會使機械特性變軟，導致電機帶負載能力減弱。PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負載兩端的電壓，進而到達控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，如電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)接通和斷開時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。在脈沖

9、作用下，當電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機轉(zhuǎn)速得到控制。當改變占空比時，可以得到不同的電機平均速度，從而實現(xiàn)調(diào)速。4 硬件電路設(shè)計4.1 硬件分析與設(shè)計鍵盤向單片機數(shù)日相應(yīng)控制指令，由單片機通過P3.0與P3.1其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PWM脈沖，另一口輸出低電平，經(jīng)過信號放大，驅(qū)動電動機來控制電路，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的控制。4.2 AT89C51芯片簡介AT89C51是一種帶4K HYPERLINK :/baike.baidu /view/60408.htm t :/baike.baidu /_blank 字節(jié)FLASH HYP

10、ERLINK :/baike.baidu /view/87697.htm t :/baike.baidu /_blank 存儲器FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory的低電壓、高性能CMOS 8位 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1125.htm t :/baike.baidu /_blank 微處理器，俗稱 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1012.htm t :/baike.baidu /_blank 單片機。AT89C2051是一種帶2K HYPERLINK :/

11、baike.baidu /view/60408.htm t :/baike.baidu /_blank 字節(jié)閃存可編程可擦除 HYPERLINK :/baike.baidu /view/132973.htm t :/baike.baidu /_blank 只讀存儲器的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1012.htm t :/baike.baidu /_blank 單片機。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1012.htm t :/baike.baidu /_blank 單片機的可擦除 HYPERLINK :/baike.baidu /v

12、iew/132973.htm t :/baike.baidu /_blank 只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失 HYPERLINK :/baike.baidu /view/87697.htm t :/baike.baidu /_blank 存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的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 HYPERLINK :/baike.baidu /view/87697.htm t :/baike.baidu /_blank 存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精

13、簡版本。AT89C51 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1012.htm t :/baike.baidu /_blank 單片機為很多 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2613031.htm t :/baike.baidu /_blank 嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。其引腳圖如下：圖4-1 AT89C51芯片引腳4.3 多位數(shù)碼管簡介圖4-2 數(shù)碼管LED顯示器由七段發(fā)光二極管組成，排列成8字形狀，因此也稱為七段LED顯示器。為了顯示數(shù)字或符號，要為LED顯示器提供代碼，即字形代碼。其段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點位，共

14、計8段，因此提供的字形代碼的長度正好是一個字節(jié)。4.4復位電路與時鐘電路復位電路和時鐘電路是維持單片機最小系統(tǒng)運行的 基本模塊，復位電路通常分為兩種：上電復位和手動復位。本次設(shè)計選用手動復位。圖4-3 復位電路與時鐘電路4.5 直流電機驅(qū)動電路設(shè)計驅(qū)動芯片采用L298驅(qū)動直流電機，L298具有驅(qū)動能力強，外圍電路簡單等優(yōu)點。由于單片機P3口輸出的電壓最高才有5V，難以直接驅(qū)動直流電機。所以我們需要使用恒壓恒流橋式2A驅(qū)動芯片L298來驅(qū)動電機。L298可承受標準TTL邏輯電平信號，可接4.57V電壓。4腳接電源電壓，電壓范圍+2.546V。輸出電流可達2.5A，可驅(qū)動電感性負載。1腳和15腳下

15、管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電動機，OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之間可分別接電動機。本設(shè)計我們選用驅(qū)動一臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。同時需要加四個二極管在電機的兩端，防止電機反轉(zhuǎn)的時候產(chǎn)生強大的沖擊電流燒壞電機。具體驅(qū)動電路如下：圖4-4 驅(qū)動電路4.6 鍵盤電路設(shè)計ZHENG、FAN、JIA、JIAN、STOP五個開關(guān)分別與單片機的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4相連，然后再與地相連。正轉(zhuǎn)實現(xiàn)直流電機的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)實現(xiàn)直流電機的反轉(zhuǎn)，停頓實現(xiàn)直流電機的停轉(zhuǎn)，加速實現(xiàn)直流電機的加速，

16、減速實現(xiàn)直流電機的減速，具體鍵盤電路如下：圖4-5 鍵盤電路5 軟件設(shè)計與仿真5.1 應(yīng)用軟件的編制和調(diào)試使用Keil軟件編程時，工程開發(fā)流程和其它軟件開發(fā)工程的流程較為相似。(1)創(chuàng)立一個工程，從器件庫中選擇目標器件，配置工具設(shè)置；(2)用C語言或會變語言創(chuàng)立源程序；(3)用工程管理器生成應(yīng)用；(4)修改源程序中的錯誤；(5)測試，連接應(yīng)用。5.2 程序總體設(shè)計利用P3口，編制程序輸出一串脈沖，經(jīng)放大后驅(qū)動直流電機，改變輸出脈沖的電平的持續(xù)時間，到達使電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停頓、加速、減速等目的。由軟件編程從P3.0/P3.1管腳產(chǎn)生PWM信號，經(jīng)驅(qū)動電路輸出給電機，從而控制電機得電與失電。軟件采

17、用延時法進展設(shè)計。單片機上電后，系統(tǒng)進入準備狀態(tài)。按動正轉(zhuǎn)按鈕后，根據(jù)P3.0為高電平時實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)，P3.1為高電平時實現(xiàn)電機反轉(zhuǎn)。根據(jù)不同的加減速按鈕，調(diào)整P3.0/P3.1輸出上下電平時的有效值，進而控制電機的加減速。其主程序流程如圖2所示：圖5-1 主程序流程5.3 仿真圖形按下“ZHENG按鈕，直流電機運行效果如以下列圖：圖5-2 電機正轉(zhuǎn)效果按下“JIA按鈕，直流電機運行效果如以下列圖：圖5-3 電機正轉(zhuǎn)加速效果按下“JIAN按鈕，直流電機運行效果如以下列圖：圖5-4 電機正轉(zhuǎn)減速效果按下“STOP按鈕，直流電機運行效果如以下列圖：圖5-5 電機停頓效果按下“FAN按鈕，直流電機運

18、行效果如以下列圖：圖5-6 電機反轉(zhuǎn)效果6 設(shè)計總結(jié)與體會經(jīng)過這次的電機速度控制設(shè)計，讓我收獲很多，無論是硬件電路的設(shè)計還是軟件的編程都讓我受益匪淺。使用系統(tǒng)仿真軟件protues和編譯軟件keil，讓我體會到軟件對于一個系統(tǒng)來說是多么重要。對于剛學匯編不久的我來說,編制一個完整的系統(tǒng)軟件可謂無任何經(jīng)歷可言。在設(shè)計過程中,我們主要學習體會了單個模塊的搭建與編程。在這個系統(tǒng)搭建過程中,不但要將這些子模塊有機的結(jié)合在一起,還要讓它們較好的協(xié)調(diào)起來。 通過本次課程設(shè)計，我進一步了解了系統(tǒng)搭建的過程和系統(tǒng)軟件編程的步驟，為今后的學習打下良好的根基。這次課程設(shè)計讓我把理論應(yīng)用到了實踐，同時通過課程設(shè)計，

19、也加深了我對專業(yè)理論知識的理解和掌握。在解決問題的過程中，我查閱了大量專業(yè)書籍，獲得了許多專業(yè)知識，拓展了視野，提高了我的理論水平和實際的動手能力，并讓我學會了解決問題的方法，激發(fā)了我的探索精神。使我深入的了解到了實踐能力對于工科學生的重要性，增強了我的實踐動手能力，也為我接下來大四的畢業(yè)設(shè)計提供了珍貴的經(jīng)歷。這次的設(shè)計讓我明白了在學校中所學的任何科目都是相當重要的，因為在設(shè)計創(chuàng)作中，每個科目，每個方面的知識都是缺一不可的，我們都必須能夠融會貫穿。參考文獻1 彭為等，單片機典型系統(tǒng)設(shè)計實例精講，電子工業(yè)出版社,20062 李群芳，單片機原理與接口及應(yīng)用，清華大學出版社,20053 彭為等，單片

20、機典型系統(tǒng)設(shè)計實例精講，電子工業(yè)出版社,20064 張毅剛等，單片機原理與應(yīng)用設(shè)計，電子工業(yè)出版社,20085 陳明熒，8051單片機課程設(shè)計實訓教材，清華大學出版社,2004附錄一 源程序代碼ORG 0000HAJMP STARTORG 000BH ;定時器T0入口地址AJMP IV0ORG 0013H ;外部中斷1入口地址AJMP INT5ORG 001BH ;定時器T1的入口地址AJMP IV1 ;程序的初始化階段START:MOV 40H,#0FFHMOV 41H,#0E0HMOV 42H,#0D0HMOV 43H,#0C0HMOV 44H,#0B0HMOV 45H,#0A0HMOV

21、46H,#90HMOV 47H,#80HMOV 48H,#70HMOV 49H,#60HMOV 50H,#50HMOV 51H,#40HMOV 52H,#30HMOV 53H,#20HMOV 52H,#10HMOV 53H,#00HMOV R7,#0MOV R1,#00HMOV R2,#05HMOV R0,#46HMOV TMOD,#11H;設(shè)置定時器的工作方式1MOV TH1,#80HMOV TL1,#00HMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0H;TI和T0的初值計時時間=65536-X*2usSETB TR0;開T0SETB TR1;開T1SETB EA;總中斷允許SETB E

22、T1;T1中斷允許SETB ET0;T0中斷允許SETB IT1;外部中斷下降沿有效SETB EX1;外部中斷允許;主程序階段START1: MOV DPTR,#TABMOV A,32HMOVC A,A+DPTR;查表32H中的數(shù)MOV P2,#02H;位選信號第二個LED燈亮MOV P0,AACALL DELAYMOV A,31HMOVC A,A+DPTRMOV P2,#00000100BMOV P0,AACALL DELAY;31H中查表所得數(shù)在P0口顯示，為選第三個LED燈亮MOV A,30HMOVC A,A+DPTRMOV P2,#00001000BMOV P0,AACALL DELA

23、Y;30H中的數(shù)改變后查表讀數(shù)顯示MOV P1,#0FFHJNB P1.4,TINGZHIJNB P1.0,QIDONGJNB P1.1,FANZHUANJNB P1.2,JIASUJNB P1.3,JIANSULJMP START1;正轉(zhuǎn)QIDONG:JNB P1.0,QI;P1.0不為1跳轉(zhuǎn)LJMP START1QI: SETB P3.0CLR P3.1LJMP START1;反轉(zhuǎn)FANZHUAN:JNB P1.1,FANLJMP START1FAN: SETB P3.1CLR P3.0LJMP START1;停頓TINGZHI:JNB P1.4,TINGLJMP START1TING:

24、CLR P3.0CLR P3.1LJMP START1;加速JIASU:LCALL DELAYJNB P1.2,JIALJMP STARTJIA:CJNE R0,#53H,NEXTLJMP START1NEXT:INC R0LJMP START1;減速JIANSU: LCALL DELAYJNB P1.3,JIANLJMP STARTJIAN:CJNE R0,#40H,NEXT1LJMP START1NEXT1:DEC R0LJMP START1;定時器判斷PWMIV1:JB P3.2,NX MOV A,R0 MOV TH1,A MOV TL1,#00H CPL P3.2 AJMP NETXNX: MOV TH1,#80H MOV TL1,#00H CPL P3.2NETX: RETI ;中斷每一個脈沖數(shù)加1INT5: INC R1 INC R1 RETI;定時器實現(xiàn)每100ms的記數(shù)，轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)數(shù) IV0: DJNZ R2,NEXT2 MOV R2,#05H CLR A ;先清零 MOV R3, A M