直流電機測速畢業(yè)設計報告

1、目錄1.引言22.設計任務及要求22.1設計任務22.2設計要求23.系統(tǒng)總體設計23.1方案論證24.軟、硬件設計44.1系統(tǒng)硬件設計44.1.1系統(tǒng)硬件原理圖及工作原理說明44.1.2單元電路設計原理與元件參數(shù)選擇44.1.3硬件pcb圖74.2系統(tǒng)軟件設計94.2.1軟件系統(tǒng)總流程圖及設計思路說明94.2.2軟件各功能模塊的流程圖設計及子程序列表95.安裝與調(diào)試115.1安裝調(diào)試過程115.2故障分析116.結(jié)論127.收獲、體會和建議128.使用儀器設備清單139.參考文獻1410.附件141.引言 在現(xiàn)代工業(yè)自動化高速發(fā)展的時期，幾乎所有的機械裝備都離不開電機，形形色色的電機在不同領(lǐng)

2、域發(fā)揮著很重要的作用。與之而來的問題是怎么控制好電機，對于不同的場合，對電機的要求是不同的，本文主要分析的是最典型、最實用的控制方法pwm調(diào)速，并采用霍爾效應原理測得電機的轉(zhuǎn)速。單片機是單片微型計算機的簡稱,它是在一塊半導體芯片上集成了cpu、半導體存儲器、i/o（input/output）接口、中斷系統(tǒng)和定時器等計算機必備部件，所構(gòu)成的一個完整的數(shù)字電子計算機。stc89c52是內(nèi)部有8krom，512字節(jié)ram，內(nèi)帶2k字節(jié)eeprom存儲空間，可通過串口下載。 本設計分為軟、硬件，軟件由段超負責，硬件由張文平負責，畢業(yè)設計報告與周記由兩人共同完成。2.設計任務及要求2.1設計任務 以單片

3、機為核心，設計一個直流電機測速的電子試驗儀，該儀器能實時調(diào)速，并用液晶顯示。2.2設計要求 采用霍爾傳感器采集電機的速度； 單片機實現(xiàn)直流電機的pwm的控制與實時測速； 電機轉(zhuǎn)速的實時顯示； 實用又美觀的作品外殼制作； 其他可選功能。 速度顯示范圍10轉(zhuǎn)/秒100轉(zhuǎn)/秒3.系統(tǒng)總體設計3.1方案論證測速方法模擬測速：即利用測速電機作為發(fā)電機，通過檢測反電勢e的大小和極性即可得到轉(zhuǎn)速n和電機轉(zhuǎn)向；采用這種方法直接可以得到轉(zhuǎn)速n和輸出電壓的特性曲線，直觀，但也有很多不足，比如在高速和低速情況下實際輸出偏離理想特性。數(shù)字檢測技術(shù)：即通過分析數(shù)字信號產(chǎn)生的一系列脈沖間接獲取電機轉(zhuǎn)速。這種方法不會受高低

4、速的限制，通過比較所以選擇數(shù)字檢測技術(shù)。電源模塊使用電壓源供電，可提供較穩(wěn)定，精確電源，缺點是電壓源體積太大，不利于設計的小體積要求。使用220v轉(zhuǎn)±15v，再使用三端集成穩(wěn)壓芯片lm7912、lm7812、lm7805將電壓穩(wěn)定至所需，缺點是散熱不易，需加裝散熱片，體積小。a/d模塊串行：采用cmos單通道8位逐次逼近a/d轉(zhuǎn)換器tlc549，采用串行方法傳輸數(shù)據(jù)，分辨率為8位。優(yōu)點：電路簡單，缺點：單通道，速度慢。并行：采用8路模擬量輸入8位并行數(shù)字輸出的逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器adc0809，分辨率為8位。優(yōu)點：8通道，速度快，缺點：電路復雜。 顯示模塊采用數(shù)碼管動態(tài)顯示，但顯示

5、的內(nèi)容有限，不豐富。采用led點陣顯示，但需要的i/o資源較多。采用lcd液晶顯示，顯示內(nèi)容最豐富，只通過8條數(shù)據(jù)線和3條控制線與單片機連接。最終方案：采用數(shù)字的檢測，220v降壓，并行，液晶顯示以上4個方案進行制作。3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設計及說明 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖3-2-1圖3-2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 整體方案選定后，設計思路為：由ad板控制電機轉(zhuǎn)速，數(shù)據(jù)處理由單片機進行，然后利用霍爾效應原理，當電機每轉(zhuǎn)動一圈的時候就會發(fā)出相應的脈沖信號，脈沖信號的檢測及收集儲存由單片機定時器t0進行處理，然后由定時器t1計時，每隔一秒鐘對數(shù)據(jù)進行顯示，從而即達到了實時現(xiàn)實的目的了，這些顯示數(shù)據(jù)由單片機控制，液

6、晶模塊進行顯示。4.軟、硬件設計4.1系統(tǒng)硬件設計4.1.1系統(tǒng)硬件原理圖及工作原理說明 硬件由電源部分、單片機最小系統(tǒng)、液晶顯示、獨立按鍵、電源端子、電源指示、并行ad及pwm調(diào)速電機等模塊構(gòu)成。 系統(tǒng)硬件原理圖見附件原理圖 4.1.2單元電路設計原理與元件參數(shù)選擇電源部分提供整塊板所需電源（±12v及5v），其原理為將市電通過變壓器轉(zhuǎn)換成為±15v電壓，再通過三端集成穩(wěn)壓器7812及7912將電壓穩(wěn)定至±12v，再將+12v經(jīng)過7805穩(wěn)至+5v。單片機最小系統(tǒng)由電源、復位電路及振蕩電路構(gòu)成。電源由電源模塊提供，復位電路如原理圖，它的作用是使cpu和系統(tǒng)中其他

7、部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。當rst引腳端保持2個周期以上高電平時，單片機進入復位狀態(tài)。振蕩電路提供振蕩周期，晶振頻率為11.0592mhz,機周為1us。液晶顯示模塊用于顯示測量值及數(shù)據(jù)。它由8條數(shù)據(jù)線和3條控制線構(gòu)成。 電源原理圖見圖4-1-2-1圖4-1-2-1 電源原理圖最小系統(tǒng)原理圖見圖4-1-2-2、4-1-2-3圖4-1-2-2 最小系統(tǒng)原理圖圖4-1-2-3 最小系統(tǒng)原理圖ad轉(zhuǎn)換原理圖見圖4-1-2-4圖4-1-2-4 ad轉(zhuǎn)換原理圖電機調(diào)速原理圖見圖4-1-2-5圖4-1-2-5 電機調(diào)速原理圖4.1.3硬件pcb圖 最小系統(tǒng)pcb，見圖4-1-3-

8、1圖4-1-3-1 最小系統(tǒng)pcb ad轉(zhuǎn)換模塊pcb，見圖4-1-3-2圖4-1-3-2 ad轉(zhuǎn)換pcb4.2系統(tǒng)軟件設計4.2.1軟件系統(tǒng)總流程圖及設計思路說明 總流程圖，見圖4-2-1-1圖4-2-1-1 軟件總流程設計思路：單片機上電運行后，通過讀取ad的轉(zhuǎn)換結(jié)果來控制電機的轉(zhuǎn)速，霍爾元件發(fā)出的信號脈沖由單片機收集記錄，并通過液晶顯示模塊顯示出來。4.2.2軟件各功能模塊的流程圖設計及子程序列表液晶模塊流程圖，見圖4-2-2-1圖4-2-2-1 液晶模塊工作流程圖設計思路：lcd模塊三個引腳rs、rw和e的不同狀態(tài)組合確定了單片機對lcd模塊的4中基本操作：寫命令操作讀狀態(tài)操作寫數(shù)據(jù)操

9、作讀數(shù)據(jù)操作。 顯示子程序流程圖，見圖4-2-2-2圖4-2-2-2 顯示子程序流程圖設計思路：先是對液晶模塊初始化，將顯示的模式、樣式定義完成，然后就是顯示部分，固定字符的顯示由查表得到（lcd標準字庫表），實時顯示數(shù)據(jù)由date3、date4、36h和37h寄存器讀取，date3與date4的數(shù)據(jù)由cl將16進制數(shù)轉(zhuǎn)成10進制子程序處理完成，36h與37h的數(shù)據(jù)由dtl占空比計算子程序處理完成。中斷子程序流程圖，見圖4-2-2-3圖4-2-2-3 中斷子程序流程圖設計思路：中斷子程序的主要工作就是記錄電機的轉(zhuǎn)速值，每隔一秒鐘將數(shù)據(jù)送出一次，時間由定時器1來完成，計數(shù)由定時器0來完成，當一秒

10、鐘時間到的時候?qū)⒍〞r器0和定時器1全部關(guān)閉，直到顯示數(shù)據(jù)處理完成再將定時器0和定時器1打開，并且將定時器0的數(shù)據(jù)清0，從而達到實時顯示數(shù)據(jù)的目的。子程序列表，見表4-2-2-1表4-2-2-1 子程序列表名稱功能入口參數(shù)出口參數(shù)adcon實現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換無ainitial設置lcd顯示狀態(tài)無無lcd_w_cmdlcd寫命令com無lcd_w_datlcd寫數(shù)據(jù)dat無lcd_r_statlcd讀狀態(tài)字無adelay實現(xiàn)延時a無nop5實現(xiàn)1.5個nop的延時無無delay1實現(xiàn)延時100us無無cl將16進制轉(zhuǎn)換成bcd碼valueh、valueldate1- date4display計數(shù)值的處

11、理顯示date3、date4無dtl占空比的數(shù)據(jù)處理adc36h、37hcont中斷子程序無valueh、valuel5.安裝與調(diào)試5.1安裝調(diào)試過程 本作品的主要由ad（模/數(shù)轉(zhuǎn)換）功能模塊、pwm調(diào)速電機模塊、最小系統(tǒng)模塊以及電源模塊共同組成，安裝調(diào)試的過程遵循由簡到繁、由易到難的原則進行。 最小系統(tǒng)板的應用與調(diào)試，將一些外部器件，例如液晶模塊安裝到實驗板上，并檢測是否可用。電源板的制作與調(diào)試，本作品將會應用到+12v、-12v、+5v的電源，所以運用lm7912、lm7812、lm7805三塊芯片獲得此電壓值。ad功能模塊由主芯片adc0809提供模/數(shù)轉(zhuǎn)換，首先通過protues軟件仿

12、真，仿真通過后再進行實物的制作，然后再進行調(diào)試直到通過為止。pwm調(diào)速電機模塊由老師提供，本人只負責對該模塊的學習了解以及使用，將以上模塊準備完畢之后，再將此模塊進行測試。5.2故障分析最小系統(tǒng)測試的時候，忽略了下載io口有占用p1，一開始總會下載失敗，后經(jīng)同學講解以及更換io口得以解決。電源板的制作出現(xiàn)不少麻煩，一是穩(wěn)壓芯片通電時間過長以后容易發(fā)燙，后來安裝了散熱片得以解決，二是穩(wěn)壓芯片的穩(wěn)壓范圍，例如lm7812能將+18v+13v的電壓降為+12v，超出這個范圍之后，+12v不穩(wěn)定，后經(jīng)使用220v15v的變壓器得以解決。ad轉(zhuǎn)換電路的pcb板制作以失敗告終，原因是腐蝕電路板的時候fec

13、l3放入的過多了，導致本應該保留的線路被腐蝕過度，造成整塊電路無法在使用，后經(jīng)老師同意改用萬用板進行制作，ad轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試出現(xiàn)很大問題，一是對adc0809的不熟悉，二是焊接時候的馬虎造成一開始調(diào)試電路失敗，后經(jīng)上網(wǎng)查找資料以及再一次的檢查電路使板順利通過調(diào)試，還有之前就是時鐘信號芯片有遺漏7腳、14腳的焊接，造成時鐘信號芯片不工作，也致使ad板沒有正常工作，后來也是通過上網(wǎng)查找資料得以解決。通過老師提供的資料，對pwm調(diào)速模塊了一個基本全面的認識，例如速度的調(diào)試以及速度的測量，不過卻是本次試驗的一個小小遺憾，希望以后在條件允許的情況下自己動手做做這個pwm調(diào)速模塊。6.結(jié)論與實驗數(shù)據(jù)6.1

14、實驗數(shù)據(jù)比較 數(shù)據(jù)分析見表6-1-1pwm占空比周期t幅度u矩形波占空比快48%5ms/格*62v/格*25:6慢37%10ms/格*72v/格*26:7 表6-1-1實驗數(shù)據(jù)比較6.2結(jié)論 作品基本完成，但是還有很多沒有實現(xiàn)或者是瑕疵的地方，例如ad轉(zhuǎn)換板的制作，調(diào)速模塊的制作等等，希望以后有機會再次完善此作品，到目前為止自己對直流電機的測速也有了一個全新的認識，比如直流電機是一個不錯的基樣，在此基礎(chǔ)上可以改進為測風速，測水速等等，從而得到一些與生活相關(guān)的實用信息，為人們的生活提供方便。7.收獲、體會和建議 經(jīng)過多個星期的努力，終于把作品基本完成了，回想整個過程自己真是學到了很多知識，像是什

15、么程序方面了，電路制作了，元器件應用的處理了等等，這其中的喜悅不言而喻，更不用說學到了更多的知識，而且更是鍛煉了自己，這才是最寶貴的，懂得了做事的時候一定要事先做好準備，把準備工作做的細致才會使自己在事情進行的時候得心應手，在這就是遇事不急不燥，靜下心來想想到底哪里除了問題，還有就是這次同學與老師給的幫助還是蠻大的，自己應該銘記，接下來呢，就是準備答辯的事宜了，希望也能順利通過，這樣自己的大學生活就此應該畫一個句號了，不會留下什么遺憾，未來才會有更多的精力去奮斗，用自己三年的知識去創(chuàng)造自己的一片天。8.使用儀器設備清單儀器設備，見表8-1表8-1 儀器設備儀器設備、工具清單名稱作用proteu

16、s用于硬件仿真keil程序編寫及調(diào)試stc_isp_v480將程序從計算機下載到電路板串口線將計算機數(shù)據(jù)傳送給電路板電源線用于下載程序時為電路板提供5v電信號發(fā)生儀器為調(diào)試電路板頻率計功能模塊提供一定頻率信號電壓源儀器為調(diào)試電路板電壓功能模塊提供0v5v之間的電壓示波儀器檢測電路板信號發(fā)生功能模塊的輸出情況數(shù)字式萬用表用于調(diào)試電路板時測試部分器件的電壓值電烙鐵、焊錫用于焊接電路板元件清單，見表8-2表8-2 元器件名稱規(guī)格（型號）數(shù)量芯片stc89c52rc1adc08091lm78121lm79121lm78051747417402174001插槽40腳128腳114腳316腳液晶插槽1排針

17、53按鍵7晶振11.05921串口端子1發(fā)光二極管9二級管in40014液晶lcd16021自鎖開關(guān)1三極管9013110122011k105k1410k101k排阻1電容電解220uf3電解100uf2瓷片1044瓷片10339.參考文獻1 張迎新等.單片機初級教程單片機基礎(chǔ)（第2版）.北京：航空大學出版社，20092 張永楓等.單片機應用實訓教程.北京：清華大學出版社，20083 張迎新等.單片機原理及應用.北京：電子工業(yè)出版社，20104 10.附件系統(tǒng)硬件原理圖見圖10-1圖10-1pcb圖見圖10-210-2實物圖見圖10-3、10-410-310-4作品程序： com equ 20

18、h ;lcd指令寄存器 dat equ 21h ;lcd數(shù)據(jù)寄存器 rs bit p2.0 ;lcd指令數(shù)據(jù)控制線 rw bit p2.1 ;lcd讀寫控制線 e bit p2.2 ;lcd片選信號 pwm bit p3.7 valueh equ30h ;暫存th0的值 valuel equ 31h ;暫存tl0的值date1 equ 32h ;暫存計數(shù)值的bcd碼date2 equ 33hdate3 equ 34h date4 equ 35h adc equ 40h ;a/d轉(zhuǎn)換值暫存 single equ 50h sec equ 51h ;秒讀數(shù)寄存器 speedl equ 52h ;速度

19、值十位暫存器 speedr equ 53h ;速度值個位暫存器 lcd_port equ p1 org 0000h ljmp main org 001bh ljmp contmain: mov sp,#60h movtmod,#15h ;t1設置為定時器，t0設置為計數(shù)器 mov th1,#3ch ;為t1、t0設置初始值 mov tl1,#0b0h movtl0,#00h movth0,#00h mov ie,#8ah ;定義與中斷有關(guān)的寄存器 lcall initial setb tr0 ;啟動定時器0、1 setb tr1loop: lcall adcon mov adc,a ;讀取a/

20、d轉(zhuǎn)換結(jié)果 setb pwm ;pwm輸出 mov a,adc lcall delay clr pwm mov a,#255 subb a,adc lcall delay ;lcall initialloop1: lcall display sjmp loop;讀取a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果;adcon:setbp2.3nopnopclrp2.3nopnopsetbp2.3jbp2.4,$clrp2.3nopnopmovp0,#0ffhmova,p0ret;lcd初始化子程序;initial: mov com,#3ch ;lcd工作方式設置lcall lcd_w_cmdmov com,#01h ;清屏lc

21、all lcd_w_cmdmov com,#06h ;輸入方式設置lcall lcd_w_cmd;mov com,#0ch ;顯示方式設置;lcall lcd_w_cmdret;lcd顯示子程序;display: mov com,#0chlcall lcd_w_cmdmov com,#80h lcall lcd_w_cmd mov dptr,#tab mov dat,#"v"lcall lcd_w_datmov dat,#3dhlcall lcd_w_dat mov a,date3 movc a,a+dptrmov dat,alcall lcd_w_dat mov a,da

22、te4 movc a,a+dptr mov dat,alcall lcd_w_dat mov dat,#"r" lcall lcd_w_datmov dat,#2fhlcall lcd_w_datmov dat,#"s"lcall lcd_w_dat lcall dtl mov com,#0c0h lcall lcd_w_cmd mov dptr,#tab1 mov r2,#11 mov r3,#00wrin: mov a,r3 movc a,a+dptr mov dat,a lcall lcd_w_dat inc r3 djnz r2,wrin mov

23、 dptr,#tab mov a,36h movc a,a+dptr mov dat,a lcall lcd_w_dat mov a,37h movc a,a+dptr mov dat,a lcall lcd_w_dat mov dat,#25h lcall lcd_w_dat ret;占空比計算;dtl: mov a,adc mov b,#100 mul ab mov a,b mov b,#10h div ab mov 36h,b mov b,#16 mul ab add a,36h mov b,#10 div ab mov 36h,a mov 37h,b ret ;讀狀態(tài)子程序lcd_r_

24、stat;lcd_r_stat:setb rwacall nop5clr rsacall nop5setb eacall nop5mov a,lcd_portacall nop5clr eacall nop5clr rwret ;寫命令字子程序lcd_w_cmd;lcd_w_cmd:push acclcd_w_cmd_a:lcall lcd_r_statjnb acc.7,lcd_w_cmd_blcall delay1sjmp lcd_w_cmd_alcd_w_cmd_b:clr rwlcall nop5clr rslcall nop5setb elcall nop5mov a,commov

25、lcd_port,alcall nop5clr elcall nop5setb rwpop accret;寫顯示數(shù)據(jù)子程序lcd_w_dat;lcd_w_dat:push acclcd_w_dat_a:lcall lcd_r_statjnb acc.7,lcd_w_dat_blcall delay1sjmp lcd_w_dat_alcd_w_dat_b:clr rwlcall nop5setb rslcall nop5setb elcall nop5mov a,datmov lcd_port,alcall nop5clr elcall nop5setb rwpop accret;cont: mov th1,#3ch mov t