直流電機(jī)微型計(jì)算機(jī)速度控制系統(tǒng)方案文獻(xiàn)

1、個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用摘要工業(yè)控制是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)控制正是為了適應(yīng)這一領(lǐng)域的 需要而發(fā)展起來(lái)的一門專業(yè)技術(shù)，它主要研究如何將計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理 論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程，并設(shè)計(jì)出所需要的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)所采用的主體芯片有8086CPU和可編程并彳T接口芯片8255A,其 中，8086CPU曾是使用廣泛的16位微處理器，具有40個(gè)管腳的雙列直插式封裝 芯片,內(nèi)外數(shù)據(jù)線都為16位，地址線為20位，直接尋址為1MB。而8255A是一 種通用的可編程并行I/O接口芯片，廣泛用于幾乎所有系列的微機(jī)系統(tǒng)中，它的 各端口內(nèi)具有中斷控制邏輯，在外設(shè)于 CPU之間可以用中斷方式進(jìn)行

2、信息交換 ,使用條件傳輸方式時(shí)可用 聯(lián)絡(luò)”線進(jìn)行控制。數(shù)字P ID控制系統(tǒng)是時(shí)間的離散系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過程的控制是斷續(xù)的 過程.即在每一個(gè)采樣周期內(nèi)，傳感器將所測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后輸入 給調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中與設(shè)定值進(jìn)行比較得出偏差值,經(jīng)PID運(yùn)算得出本次的控 制量，輸出到執(zhí)行器后才完成了本次的調(diào)節(jié)任務(wù)。關(guān)鍵字：計(jì)算機(jī)控制 8086CPU 8255A數(shù)字PID目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 摘要 1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1直流電機(jī)及主要芯片介

3、紹 3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 直流電機(jī)的工作原理 3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 直流電機(jī)的調(diào)速方法 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 8086CPU 介紹 4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 8255A 芯片 6 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 74LS48 芯片 7 HYPERLINK l bookmark32 o C

4、urrent Document 74LS373 芯片 8 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document L298芯片介紹 8 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9各部分電路詳細(xì)原理圖 10顯示驅(qū)動(dòng)電路 10 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 11 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 8086 控制電路 12 HYPERLINK l bookmark57 o Current Docu

5、ment 8255 控制電路 13 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 14 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 總體設(shè)計(jì)思路 14 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 按鍵檢測(cè)子程序流程圖 16 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 4運(yùn)行結(jié)果與分析 18 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 課程設(shè)計(jì)感想及體會(huì) 21 HYPERLINK l

6、 bookmark69 o Current Document 參考文獻(xiàn) 22 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 附錄：源程序 23直流電機(jī)微型計(jì)算機(jī)速度控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)1直流電機(jī)及主要芯片介紹直流電機(jī)的工作原理直流勵(lì)磁的磁路在電工設(shè)備中的應(yīng)用，除了直流電磁鐵 直流繼電器、直流 接觸器等）外，最重要的就是應(yīng)用在直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)中。在發(fā)電廠里，同步發(fā)電 機(jī)的勵(lì)磁機(jī)、蓄電池的充電機(jī)等，都是直流發(fā)電機(jī)；鍋爐給粉機(jī)的原動(dòng)機(jī)是直 流電動(dòng)機(jī)。止匕外，在許多工業(yè)部門，例如大型軋鋼設(shè)備、大型精密機(jī)床、礦井 卷?yè)P(yáng)機(jī)、市內(nèi)電車、電纜設(shè)備要求嚴(yán)格線速度一致的地方等，通常都

7、采用直流 電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)工作機(jī)械的。直流電動(dòng)機(jī)的工作原理很直觀，給兩個(gè)電刷加上直流電源，有直流電流從 電刷A流入，經(jīng)過線圈abcd,從電刷B流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd 收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè) 轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到一定位置，電刷 A和換向片2接觸， 電刷B和換向片1接觸，直流電流從電刷A流入，在線圈中的流動(dòng)方向是dcba 從電刷B流出。此時(shí)載流導(dǎo)體abfficd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判 定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于換向器配 合電刷對(duì)電流的換向作用，直流電流交替地由線

8、圈邊 ab和c啦入，使線圈邊只 要處于N極下，其中通過電流的方向總是由電刷 A流入的方向，而在S極下時(shí)， 總是從電刷B流出的方向，這就保證了每個(gè)磁極下線圈邊中的電流始終是一個(gè) 方向，這樣的結(jié)構(gòu)，就可使電動(dòng)機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的調(diào)速方法根據(jù)直流電機(jī)的基本原理，由感應(yīng)電勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩以及機(jī)械特性方程式可 知，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種： ,內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用 驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè) H-Bridge的高電 壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A 以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓

9、；此芯片可直接由單片 機(jī)的IO端口來(lái)提供模擬時(shí)序信號(hào)。從8255的C 口輸出信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的運(yùn) 動(dòng)。8086 控制電路AU421313319RESETADp. 15READYAN6J9IIVTA/QS1INTRALE/QSOH0LD/GT1SHEHLDXVGTODT/R/S1TESTDEN/S2NMIRDMN/MXWR/LOCKCLKM/IO/SO6036SRCFILE=jisuanji.asnnADO.1501252S01013DAID0D1D2D3D4D5D6D7OELE上匚二;M -rr r-k-nU774LS3733 3 2 S S S）中 e e一口 300000Q0Q1Q2Q3Q4

10、Q5Q6Q774LS373ffExr:圖2-4 8086控制部分在這個(gè)系統(tǒng)中，8086作為整個(gè)系統(tǒng)的主控芯片，用來(lái)控制協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作，按鍵按下從8255的A 口輸入，接著反應(yīng)到8086中，讓8086做出反應(yīng)要編寫8段子程序。這里對(duì)于沒有開關(guān)按下的情況，就循環(huán)掃描鍵盤開關(guān)即可。8個(gè)子程序?qū)?yīng)8個(gè)按鍵按下的狀態(tài)。其中有三個(gè)控制鍵：STARTS、SET鍵和CLEAR,它們分別完成的任務(wù)是開始開啟，停止，和重置清零8255 控制電路4031_2_213：的A39_5-38 6 ：377如 202122 P&423 PB5 一26時(shí)I-1415五1312 五 10一L J 二.二，4 匚O 1 2

11、4 5 E 7 0 12 3 4 5 6 7 A A A A A A A A s B BBBBBB cccccccc pppppppp pppppppp ppppppppRD WR 加A1 RESETCS啟二,33AZ 232ADJ31皿；3 口ADS294二七28AD727ADO34pj UZIin出但 S8838SE8 BEUiU6口躍，001002U77JLS373ELDUDFEE- CJ 00000000am :旨都 * CO3 g :glB 1135圖2-5 8255A控制部分AND8255具有3個(gè)相互獨(dú)立的輸入/輸出通道端口，用+5V單電源供電，能在以 下三種方式下工作。方式 0基

12、本輸入輸出方式； 方式 1選通輸入/出方式； 方式2雙向選通輸入/輸出方式；鍵盤從A 口輸入，8086檢驗(yàn)D0D7 口，再做出反應(yīng)，調(diào)用其內(nèi)部相應(yīng)程序，最后再把信息傳到8255, C 口和B 口做出反應(yīng)。3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)8255送控制字，確 定各口地址并鎖存掃描鍵盤，看是否有鍵按下是返回調(diào)用圖3-1系統(tǒng)總流程圖3.1總體設(shè)計(jì)思路這次編程按照任務(wù)書上的要求，以直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速為基本目的。整體思路 是先給定了 8255的控制字，然后設(shè)置好8255的各個(gè)端口的地址值，程序首先 進(jìn)行的任務(wù)就是掃描按鍵開關(guān)是否有動(dòng)作，是否被按下，然后通過按下不同的 按鍵開關(guān)，從PA口輸入不同的高低電平的組合，然后程序?qū)?

13、PA口輸入的數(shù)據(jù) 進(jìn)行判斷，若和對(duì)應(yīng)的鍵值相等則跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的子程序。對(duì)于這三個(gè)程序的編寫需要和其他子程序分開，這里的START就是讓電動(dòng)機(jī)全速的運(yùn)轉(zhuǎn)，并在顯示上顯示一個(gè)鍵值 1,這里控制電機(jī)的PC口就輸出一 個(gè)全為1的PWMfe,即讓電機(jī)全速旋轉(zhuǎn)。而對(duì)于 SET編寫程序讓PC口輸出一 個(gè)全0的排列，這樣電動(dòng)機(jī)就不再運(yùn)轉(zhuǎn)，并且在數(shù)碼管顯示器上顯示一個(gè)鍵值 2。而對(duì)于其他5個(gè)按鍵的編程則大同小異。圖3-2按5號(hào)鍵時(shí)的顯示以一個(gè)鍵值為5的鍵為例。要求再按下后，程序?qū)?PA 口數(shù)據(jù)掃描進(jìn)入寄存 器，然后再執(zhí)行相應(yīng)子程序，在數(shù)碼管上第一位顯示數(shù)字，后三位顯示轉(zhuǎn)速。 這里因?yàn)檗D(zhuǎn)速都是3位數(shù)，因此就空出一位

14、來(lái)顯示鍵值了，如例子中的鍵值為 5,速度為300。因此就顯示“ 5300”然后再在PC口輸出相應(yīng)的高低電平組 合，這里300為額定轉(zhuǎn)速，因此輸出的是全1的組合。子程序執(zhí)行一次以后，要重新檢查鍵值是否改變，因此這里需要重新掃描 鍵盤，輸入PA 口的數(shù)據(jù)，然后在輸出PC 口和PB 口的數(shù)據(jù)，這里要注意了，由 于PC口要產(chǎn)生一個(gè)高低電平的PWMfe,因此，需要端口高低電平的不斷循環(huán)， 因此當(dāng)前的輸出值需要送入另一個(gè)寄存器，然后用AL來(lái)存放其他端口的信息，其他端口內(nèi)容輸出結(jié)束以后，再將寄存器的內(nèi)容返回給AL.如果不這樣做，那么PC口會(huì)一直輸出同一個(gè)值，這樣不能達(dá)到調(diào)速的目的。同時(shí)還要注意一點(diǎn)， 在IN

15、和OUT旨令中只能用DX和AL寄存器，因此在讀取不同端口的值的時(shí)候， 這幾個(gè)寄存器內(nèi)的內(nèi)容是隨時(shí)變化的。因此，每當(dāng)要給PC口輸出波形的時(shí)候，都要重新賦值給AL,這也是使用其他寄存器的目的。3.2按鍵檢測(cè)子程序流程圖否子程序結(jié)束圖3-3按鍵檢測(cè)子程序圖3-4按鍵按下時(shí)處理子程序4運(yùn)行結(jié)果與分析啟動(dòng)后，初始狀態(tài)FEE 事11:Tmulw咖癡舊保第 9巾m2m啜唱曜 附愉KSK1*期k6e圖4-1上電狀態(tài)按下啟動(dòng)按鈕。電機(jī)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 4-2,倘若此時(shí)按停止按鈕，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，回到圖 4-3狀態(tài)。顯示管中的數(shù)字是按鍵的編號(hào)）1.SET 上* 悔Wi叱/i川 iTJtorJfTI iLHBCj

16、 ri.WH FI ktE g電Hl FF uirtr snmClF 1網(wǎng)OK;!-= rT-rF-,r者1*47dFliF_圖4-2啟動(dòng)狀態(tài)圖4-3停止?fàn)顟B(tài)此時(shí)再按清零按鈕，就可以直接清零，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，回到初始狀態(tài)，如圖 4-4圖4-4清零狀態(tài)3到7號(hào)按鈕是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并且依次遞增，對(duì)應(yīng)著按鈕分別是100到500顯示屏中最左邊的數(shù)字對(duì)應(yīng)著該按鈕，右邊三個(gè)則是速度），如圖 4-5,是按5號(hào)鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)著300的轉(zhuǎn)速。圖4-5速度為300時(shí)的狀態(tài)課程設(shè)計(jì)感想及體會(huì)經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)，讓我再次發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處，首先，第一就是 態(tài)度問題，在接到課設(shè)任務(wù)之后的很多大，我都沒有要開始的計(jì)劃，

17、導(dǎo)致荒廢 了很多天的時(shí)間，這樣直接使得后來(lái)開始動(dòng)手的時(shí)候已經(jīng)沒有多少時(shí)間了。這 一點(diǎn)我覺得無(wú)論在以后的學(xué)習(xí)還是工作中都很值得注意，凡事都不能拖延，該 完成的事情就應(yīng)該果斷快速完成。在做課程設(shè)計(jì)的過程中，我逐漸發(fā)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)類課程的關(guān)聯(lián)性相當(dāng)大，從 C語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言到微機(jī)原理的課程內(nèi)容，再到我們這學(xué)期學(xué)的計(jì)算機(jī)控制技 術(shù)和單片機(jī)原理，這些課程有很多的關(guān)聯(lián)部分。正如這次所做的直流電機(jī)調(diào)速 ,首先要對(duì)直流電機(jī)有一定的了解，要知道通過控制什么量來(lái)調(diào)整速度，知道 了這些以后再聯(lián)想自己所學(xué)的微機(jī)原理，計(jì)算機(jī)控制等課程的知識(shí)，就大概想 到應(yīng)該用什么樣的芯片組合來(lái)達(dá)到這效果。當(dāng)然，其中的資料搜集過程是相當(dāng) 枯燥

18、的。在搜集資料的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn) 8086CPU和8255A芯片很適合實(shí)現(xiàn)這樣一 個(gè)功能，當(dāng)然,還要配合其他芯片，比如 74LS373、74LS138還有與門輔助來(lái)實(shí) 現(xiàn)控制信號(hào)；用L298來(lái)控制電機(jī)。我發(fā)現(xiàn)，我在計(jì)算機(jī)控制這門課程上還有很多沒搞懂的地方，直到做課設(shè) 的時(shí)候要用到相關(guān)知識(shí)了，我才發(fā)現(xiàn)以前自己學(xué)習(xí)到的東西還很膚淺，這樣使 得我要不停的翻書，才能確定到底應(yīng)該怎么做?？偟膩?lái)說(shuō)，這次課程設(shè)計(jì)收獲是巨大的，無(wú)論是心態(tài)還是知識(shí)，我都得到了很 大啟發(fā)，雖然經(jīng)歷了很多失敗，也曾經(jīng)沮喪甚至絕望過，但還是做出了這個(gè)方 案。我開始覺得，我們所學(xué)的東西越來(lái)越接近實(shí)際生活了，與此同時(shí)，壓力也 更大了，因?yàn)楝F(xiàn)

19、實(shí)的東西更加復(fù)雜，會(huì)出現(xiàn)很多書本上不會(huì)有的變故，很多東 西也不是書本的知識(shí)能夠解決的，我們應(yīng)該試著更多的去用自己的腦子去想想 ,看看能不能有更加好的解決辦法。同時(shí)，我也在課設(shè)中得到了一些自信，畢 竟自己還是學(xué)有那么一點(diǎn)東西的，或許其他的知識(shí)在以后會(huì)慢慢忘記，但是這 次課設(shè)我所用到的一些知識(shí)，絕對(duì)會(huì)讓我印象深刻的。參考文獻(xiàn)1于海生.計(jì)算機(jī)控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20072彭虎，周佩玲，傅忠謙.微機(jī)原理與接口技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，20083李發(fā)海，王巖.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 第3版）.北京：清華大學(xué)出版社，20054謝維成.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社，2006

20、5楊恢先.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：人民郵電出版社，20066張靖武.單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真M.北京：電子工業(yè)出版社，2007附錄：源程序org 100hCODE SEGMENTASSUME CS:CODESA_PORT EQU 8020HB_PORT EQU 8022HC_PORT EQU 8024HCTRL_PORT EQU 8026H;各控制口的地址START:MOV AL,90HMOV DX,CTRL_PORTOUT DX,AL;初始化KEY:MOV DX,A_PORTIN AL,DXMOV BH,ALCMP BH,0FFHJE KEY;檢測(cè)是否有按鍵按下，沒有則重新檢測(cè)

21、CMP BH,0FEHJE ONE;若7號(hào)鍵按下，則跳到ONECMP BH,0FDHJE TWOCMP BH,0FBHJETHREECMP BH,0F7HJE FOURCMP BH,0EFHJE FIVECMP BH,0DFHJE SETCMP BH,0BFHJE BEGINCMP BH,7FHJE CLEARONE:MOV CX,0FFFFH; 7號(hào)鍵按下后的處理子程序MOV AX,0FFFFHD1: MOV DX,C_PORTOUT DX,AXROL AX,1MOV CX,AXMOV DX,A_PORTIN AL,DXMOV BH,ALCMP BH,0FEHJNZ KEY;繼續(xù)檢測(cè)按鍵，按

22、鍵有變化則跳到 KEYMOV DX,B_PORTMOV AL,0E7HOUT DX,ALMOV AL,0D5HOUT DX,ALMOV AL,0B0HOUT DX,ALMOV AL,70HOUT DX,ALMOV AX,CXJMP D1;顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)TWO:MOV CX,0FFFFHMOV AX,0FCFCHD2: MOV DX,C_PORTOUT DX,AXROL AX,1MOV CX,AXMOV DX,A_PORTIN AL,DXMOV BH,ALCMP BH,0FDHJNZ KEYMOV DX,B_PORTMOV AL,0E6HOUT DX,ALMOV AL,0D4HOUT DX,ALM

23、OV AL,0B0HOUT DX,ALMOV AL,70HOUT DX,ALMOV AX,CXJMP D2THREE:MOV CX,0FFFFH MOV AX,0F8F8HD3: MOV DX,C_PORT OUT DX,AX ROL AX,1 MOV CX,AX MOV DX,A_PORT IN AL,DX MOV BH,AL CMP BH,0FBH JNZ KEYMOV DX,B_PORT MOV AL,0E5H OUT DX,AL MOV AL,0D3H OUT DX,AL MOV AL,0B0H OUT DX,AL MOV AL,70H OUT DX,AL MOV AX,CX JMP D3FOUR:MOV CX,0FFFFH MOV AX,0F0F0HD4: MOV DX,C_PORT OUT DX,AX ROL AX,1 MOV CX,AX MOV DX,A_PORT IN AL,DX MOV BH,AL CMP BH,0F7H JNZ KEYMOV DX,B_PORT MOV AL,0E4H OUT DX,AL MOV AL,0D2H OUT DX,AL MOV AL,0B0H OUT DX,AL MOV AL,70H OUT DX,ALMOV AX,CX JMP D4FIVE:MOV CX,0FFFFHMOV AX,0E0E0HD5: MOV DX,C_P