用單片機(jī)控制直流電動機(jī)并測量轉(zhuǎn)速畢業(yè)論文

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 單片機(jī)及接口技術(shù) 課程設(shè)計（論文）題目： 用單片機(jī)控制直流電動機(jī)并測量轉(zhuǎn)速 院（系）： 電子與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 計算機(jī)101班 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 高曉輝 指導(dǎo)教師： 張軍 教師職稱： 副教授 起止時間：13-12-23至13-12-27 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué) 號學(xué)生姓名高曉輝專業(yè)班級計算機(jī)101班課程設(shè)計（論文）題目用單片機(jī)控制直流電動機(jī)并測量轉(zhuǎn)速課程設(shè)計（論文）任務(wù) 直流電機(jī)PWM調(diào)制控制系統(tǒng)具有加速、減速、正轉(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(jī)的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制

2、功能，并通過LCD液晶顯示。主要設(shè)計內(nèi)容：硬件電路設(shè)計：1. CPU最小系統(tǒng)設(shè)計（包括CPU選擇，晶振電路，復(fù)位電路）2. 直流電動機(jī)驅(qū)動控制電路設(shè)計3. 電源設(shè)計軟件設(shè)計：1.編程程序流程圖2.程序編寫要求：1、根據(jù)題目和所用的接口電路芯片設(shè)計出完整的接口電路,并用計算機(jī)繪制出電路原理圖以及程序流程圖。2、認(rèn)真獨立完成所規(guī)定的設(shè)計內(nèi)容(4000字左右)，嚴(yán)禁相互抄襲；3、撰寫、打印設(shè)計說明書一份。指導(dǎo)教師評語及成績總成績 ： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目 錄第1章 直流電動機(jī)設(shè)計方案1第2章 直流電動機(jī)的硬件設(shè)計32.2 直流電機(jī)PWM調(diào)速原理32.3 電機(jī)驅(qū)動模塊的電路設(shè)計5第3章 直流電

3、機(jī)PWM控制系統(tǒng)設(shè)計63.1系統(tǒng)功能說明63.2系統(tǒng)程序電路圖63.3直流電機(jī)控制程序6第4章 課程設(shè)計總結(jié)14參考文獻(xiàn)15第1章 直流電動機(jī)設(shè)計方案1.1 引言本文是對直流電機(jī)PWM調(diào)速器設(shè)計的研究，主要實現(xiàn)對電機(jī)的控制。本課程設(shè)計主要是實現(xiàn)PWM調(diào)速器的加速、減速、停止等操作。并實現(xiàn)電路的仿真。為實現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制，在設(shè)計中，采用了AT89C51單片機(jī)作為整個控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動模塊，實現(xiàn)對電動機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的顯示和測量；由命令輸入模塊、光電隔離模塊及H型驅(qū)動模塊組成。采用帶中斷的獨立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，不斷給光電隔離電路發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)

4、動電路完成電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制.在設(shè)計中，采用PWM調(diào)速方式，通過改變PWM的占空比從而改變電動機(jī)的電樞電壓，進(jìn)而實現(xiàn)對電動機(jī)的調(diào)速。設(shè)計的整個控制系統(tǒng)，在硬件結(jié)構(gòu)上采用了大量的集成電路模塊，大大簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使整個系統(tǒng)的性能得到提高。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說是與MCS-51指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。這些兼容機(jī)與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS

5、工藝，因而，常用80C51系列來稱呼所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)，它們對8051單片機(jī)一般都作了一些擴(kuò)充，更有特點。其功能和市場競爭力更強(qiáng)，不該把它們直接稱呼為MCS-51系列單片機(jī)，因為MCS只是Intel公司專用的單片機(jī)系列型號。MCS-51系列及80C51單片機(jī)有多種品種。它們的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。目前使用的MCS-51系列單片機(jī)及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：基本型、增強(qiáng)型、低功耗型、專用型、超8位型、片內(nèi)閃爍存儲器型。1.2 總體方案論述直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括：直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，還可以方便的

6、讀出電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，能夠很方便的實現(xiàn)電機(jī)的智能控制。其間，還包括直流電機(jī)的直接清零、啟動（置數(shù)）、暫停、連續(xù)功能。該直流電機(jī)系統(tǒng)由以下電路模塊組成：振蕩器和時鐘電路：這部分電路主要由80C51單片機(jī)和一些電容、晶振組成。設(shè)計輸入部分：這一模塊主要是利用帶中斷的獨立式鍵盤來實現(xiàn)。設(shè)計控制部分：主要由80C51單片機(jī)的外部中斷擴(kuò)展電路組成。設(shè)計顯示部分：包括液晶顯示部分和LED數(shù)碼顯示部分。液晶顯示部分由1602LCD液晶顯示模塊組成; LED數(shù)碼顯示部分由七段數(shù)碼顯示管組成。直流電機(jī)PWM控制實現(xiàn)部分：主要由一些二極管、電機(jī)和L298直流電機(jī)驅(qū)動模塊組成。 系統(tǒng)組成：直流電機(jī)PWM調(diào)速方案如圖1

7、.1所示： 方案說明：直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)以AT89C2051單片機(jī)為控制核心，由命令輸入模塊、LCD顯示模塊及電機(jī)驅(qū)動模塊組成。采用帶中斷的獨立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，定時不斷給直流電機(jī)驅(qū)動芯片發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)動電路完成電機(jī)正，反轉(zhuǎn)控制；同時單片機(jī)不停的將從鍵盤讀取的數(shù)據(jù)送到LCD顯示模塊去顯示，從中不僅能讀取其速度，而且能知曉其轉(zhuǎn)向及一些溫心提示。AT89C51直流電機(jī)驅(qū)動模塊直流電機(jī)AT89C51直流電機(jī)驅(qū)動模塊直流電機(jī)AT89C51直流電機(jī)驅(qū)動模塊直流電機(jī)加速控制端減速控制端停止控制端LCD液晶顯示P0口P2口P1口單片機(jī)圖 1.1 直流電機(jī)PWM調(diào)速方案第2

8、章 直流電動機(jī)的硬件設(shè)計2.1 直流電機(jī)工作原理直流電機(jī)電路模型如圖2.1所示，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abcd。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(jī)的方向。 圖2.1 直流電動機(jī)電路模型2.2 直流電機(jī)PWM調(diào)速原理（1）直流電機(jī)轉(zhuǎn)速直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型可用圖2.2表示，由圖可見電機(jī)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(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2及空載轉(zhuǎn)

9、矩T0均與n相反，是制動轉(zhuǎn)矩。圖2.2 直流電機(jī)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式1.1中，Ra為電樞回路電阻，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(jī)的轉(zhuǎn)速公式為： n =Ua-IR/Ce 式1.2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 式1.3 由式1.3中可以看出，對于一個已經(jīng)制造好的電機(jī)，當(dāng)勵磁電壓和負(fù)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(jī)轉(zhuǎn)速就越快，電樞電壓降低到0V時，電機(jī)就停止轉(zhuǎn)動；改變

10、電樞電壓的極性，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。（2）PWM電機(jī)調(diào)速原理對于直流電機(jī)來說，如果加在電樞兩端的電壓脈動電流壓（要求脈動電壓的周期遠(yuǎn)小于電機(jī)的慣性常數(shù)），可以看出，在T不變的情況下，改變T1和T2寬度，得到的電壓將發(fā)生變化。圖2.3為施加不同占空比時實測的數(shù)據(jù)繪制所得占空比與轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖。圖2.3 占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系由圖看出轉(zhuǎn)速與占空比D并不是完全速的線性關(guān)系（圖中實線），原因是電樞本身有電阻，不過一般直流電機(jī)的內(nèi)阻較小，可以近視為線性關(guān)系。由此可見，改變施加在電樞兩端電壓就能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速成，這就是直流電機(jī)PWM調(diào)速原理。2.3 電機(jī)驅(qū)動模塊的電路設(shè)計根據(jù)直流電機(jī)的工作原理，從PROTEUS選取

11、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(jī)驅(qū)動模塊電路如圖2.4所示 2SK1058 : CMOSS管 74L26 : 三太門 1N4006 : 二極管 VSCOURCE : 電源 MOTOR-ENCODER : 直流電機(jī) RES : 電阻 AT89C51 : 單片機(jī) (在此并未顯示)圖2.4 直流電機(jī)驅(qū)動電路然而考慮市場的行情，既然已有專門地為電機(jī)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，由L298芯片組裝的驅(qū)動模塊所用元器件如下所示： 1N4006 : 二極管 AT89C51 : 單片機(jī) (在此并未顯示) RES : 電

12、阻 MOTOR-ENCODER : 直流電機(jī) L298 : 電機(jī)驅(qū)動芯片 RESPACK-8: 排阻第3章 直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)設(shè)計3.1系統(tǒng)功能說明直流電機(jī)PWM調(diào)制控制系統(tǒng)具有加速、減速、正轉(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(jī)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(jī)內(nèi)部給出。直流電機(jī)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。3.2系統(tǒng)程序電路圖圖3.1 直流電機(jī)3.3直流電機(jī)控制程序ORG 0000HSJMP DISPLAYORG 0003H LJMP BUTTON ; 外部0中斷入口地址ORG

13、 000BHLJMP DINGSHI ; 定時中斷T0入口地址RS EQU P3.0RW EQU P3.1E EQU P3.4ORG 0030H ; 此次直流電機(jī)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,#0FFHSETB ET0 ; 打開定時中斷T0開關(guān) CLR P0.5 CLR P0.6CLR P0.7SETB TR0 ; 定時器T0開始定時M

14、OV 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,#00HMOV R4,#00HLP9: LCALL CHUSHILP2:ACALL BUSYMOV A,#00HMOVC A,A+DPTRMOV P1,AACALL DATASINC DPTR DJNZ R1,LP2 LP3: CJNE R3,#00H,LP4CJNE R4,#00H,LP4SJMP LP3 LP4: MOV R7,#00H ; 中斷的標(biāo)志 MOV R5,#09H ; CURRENT : 的字符個數(shù)ACALL

15、 BUSYMOV P1,#0C0HACALL ENABLEMOV DPTR,#MMTABACALL BUSYLP5: MOV A,#00HMOVC A,A+DPTRMOV P1,AINC DPTRACALL DATASACALL BUSYDJNZ R5,LP5 MOV DPTR,#STABMOV A,R2MOV P1,AACALL DATASACALL BUSYMOV A,R3 ; 顯示速度的十位MOVC A,A+DPTRMOV P1,AACALL DATASACALL BUSYMOV A,R4 ; 顯示速度的個位MOVC A,A+DPTRMOV P1,A ACALL DATAS ; 使夜晶始

16、終顯示當(dāng)前電機(jī)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 LP4CHUSHI: ; 使夜晶顯示的一些初始設(shè)置ACALL BUSY MOV P1,#B ; 清屏并光標(biāo)復(fù)位ACALL ENABLE ACALL BUSY MOV P1,#B ; 設(shè)置顯示模式:8位2行5x7點陣ACALL ENABLEACALL BUSY MOV P1,#B ; 顯示器開、光標(biāo)開、光標(biāo)允許閃爍ACALL ENABLEACALL BUSYMOV P1,#B ; 文字不動，光標(biāo)自動右移ACALL ENABLEACALL BUSYMOV P

17、1,#80H ; 寫入顯示起始地址ACALL ENABLE RETENABLE: ; 寫入控制命令的子程序SETB ECLR RSCLR RWCLR ERETDATAS: ; 寫入數(shù)據(jù)子程序SETB ESETB RSCLR RWCLR ERETBUSY: ; 準(zhǔn)備寫入數(shù)據(jù)CLR EMOV P1,#0FFHCLR RSSETB RWSETB EJB P1.7,BUSYRETORG 2000HDINGSHI: ; 定時中斷服務(wù)程序CPL P0.7 JNB P0.7,Z1 ; 周期一定MOV A,#0FFHSUBB A,R0 MOV TH0,ASETB TR0RETIZ1: MOV TH0,R0 ;

18、 脈寬SETB TR0RETI BUTTON: ; 從控制鍵盤中讀取操作命令PUSH ACC CLR EX0CLR EAINC R7 ;MOV A,#0FFHMOV P2,AMOV A,P2JNB ACC.0,AA0 JNB ACC.1,KK0JNB ACC.2,ZZJNB ACC.3,FFJNB ACC.4,WW0AJMP QQAA0: CJNE R0,#0FFH, AA1 ; 加速操作AJMP QQ AA1: MOV A,R0ADD A,#5MOV R0,AAJMP QQKK0: CJNE R0,#00,MM ; 減速操作AJMP QQ MM: MOV A,R0SUBB A,#5MOV R

19、0,AAJMP QQQQ: MOV A,R0 MOV B,#5 DIV ABMOV B,#10DIV ABMOV R3,AMOV R4,BSETB EX0LCALL DELAYLCALL DELAYLCALL DELAYLCALL DELAYSETB EAPOP ACCRETIWW0: CLR P0.5 ; 停止操作CLR P0.6LCALL DELAYLCALL DELAYLCALL DELAYSETB EX0SETB EA POP ACCRETIDELAY: ; 延時子程序MOV R5,#0E0HMM0: MOV R6,#30H MM1: DJNZ R6,MM1DJNZ R5,MM0RET

20、TAB: DB 53H,45H,54H,20H DB 53H,50H,45H,45H ; SET SPEED PLEASE 代碼DB 44H,20H,50H,4CHDB 45H,41H,53H,45H STAB: DB 30H,31H,32H,33HDB 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,FDB 43H,44H,45H,46HMMTAB: DB 43H,4FH,52H,52HDB 45H,4EH,54H,20H ; CURRENT : 代碼DB 3AHEND第4章 課程設(shè)計總結(jié)通過這次課程