單片機課程設計--小直流電機調速系統(tǒng)

1、 單片機原理及應用課程設計報告書課題名稱 小直流電機調速控制系統(tǒng)姓 名 學 號 專 業(yè)指導教師 機電與控制工程學院 年 月 日 任務書設計題目：小直流電機調速控制系統(tǒng)設計任務及要求：用0809采樣電位器的值，并在顯示器上顯示，將此信號作為方波占空比，用過0832輸出經放大后控制電機轉速。為了獲得可調的直流電壓調制成大小，極性可變的直流電壓作為電動機的電樞，實現(xiàn)系統(tǒng)的平滑調速，這種調速系統(tǒng)就稱為直流脈寬調速系統(tǒng)。 為了再比較簡單的運動控制中實現(xiàn)智能控制，因此設計了單片機控制直流調速系統(tǒng)。目 錄1、緒論12、方案論證23、方案說明34、硬件方案設計55、軟件方案設計 126、調試167、結束語 1

2、78、參考文獻 189、附錄19 1.緒論單片微型計算機的誕生是計算機發(fā)展史上的一個新的里程碑。近年來，隨著技術的發(fā)展和進步，以及市場對產品功能和性能的要求不斷提高，直流電動機的應用更加廣泛，尤其是在智能機器人中的應用。直流電動機的起動和調速性能、過載能力強等特點顯得十分重要，為了能夠適應發(fā)展的要求，單閉環(huán)直流電動機的調速控制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心單片機，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、大存儲容量和強I/O功能等方向發(fā)展。隨著計算機檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機已越來越廣泛地應用在各種領域的控制、自動化、智能化等方面，特別是在直流電動機的調速控制

3、系統(tǒng)中。這是因為單片機具有很多優(yōu)點：體積小，功能全，抗干擾能力強，可靠性高，結構合理，指令豐富，控制功能強，造價低等。所以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。對直流電機調速器設計的研究，主要實現(xiàn)對電機的控制。本課程設計主要是實現(xiàn)PWM調速器的正轉、反轉、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)的微機控制，在設計中，采用了AT89S52單片機作為整個控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅動模塊，實現(xiàn)對電動機轉速參數(shù)的顯示和測量。設計的整個控制系統(tǒng)，在硬件結構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

4、提高。2.方案論證直流電機PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括：直流電機的加速、減速以及電機的正轉和反轉，并且可以調整電機的轉速，還可以方便的讀出電機轉速的大小，能夠很方便的實現(xiàn)電機的智能控制。其間，還包括直流電機的直接清零、啟動（置數(shù)）、暫停、連續(xù)功能。該直流電機系統(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AT89S52單片機和一些電容、晶振組成。設計輸入部分：這一模塊主要是利用帶中斷的獨立式鍵盤來實現(xiàn)。設計控制部分：主要由89S52單片機的外部中斷擴展電路組成。設計顯示部分：包括液晶顯示部分和LED數(shù)碼顯示部分。2.1 基本原理主體電路：即直流電機PWM控制模塊。這部分電路主要由AT

5、89S52單片機的I/O端口、定時計數(shù)器、外部中斷擴展等控制直流電機的加速、減速以及電機的正轉和反轉，并且可以調整電機的轉速，還可以方便的讀出電機轉速的大小和了解電機的轉向，能夠很方便的實現(xiàn)電機的智能控制。其間，還包括直流電機的直接清零、啟動（置數(shù)）、暫停、連續(xù)功能。該直流電機PWM控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成：設計輸入部分：這一模塊主要是利用帶中斷的獨立式鍵盤來實現(xiàn)。設計控制部分：主要由89S52單片機的外部中斷擴展電路組成。設計顯示部分：包括液晶顯示部分和LED數(shù)碼顯示部分。直流電機PWM控制實現(xiàn)部分：主要由一些二極管、電機和L298直流電機驅動模塊組成。3 方案說明 課程設計所介紹的單片機

6、控制直流電機調速系統(tǒng)，具有結構簡單，輸出檔位可顯示，反映靈敏等特點，其輸出檔位采用數(shù)碼管顯示，方面操作與觀察，該設計控制器使用單片機AT89S52，數(shù)模轉換DAC0832芯片，用二位共陽極LED數(shù)碼管以并口傳送數(shù)據(jù),實現(xiàn)檔位的顯示,能準確達到以上要求，同時在單片機最小系統(tǒng)中設計了總開關和按鈕控制。利用DAC0832芯片進行數(shù)/?？刂?，輸出的電壓經放大后驅動小直流電機的速度進行數(shù)字量調節(jié)，并顯示運行狀態(tài)DJXX和D/A輸出的數(shù)字量。 （1）調速系統(tǒng)以AT89S52單片機為控制核心，由命令輸入模塊、LCD顯示模塊及電機驅動模塊組成。采用帶中斷的獨立式鍵盤作為命令的輸入，單片機在程序控制下，定時不斷

7、給直流電機驅動芯片發(fā)送PWM波形，H型驅動電路完成電機正，反轉控制；同時單片機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，而且能知曉其轉向及一些溫心提示。（2）直流電機類型直流電機可按其結構、工作原理和用途等進行分類，其中根據(jù)直流電機的用途可分為以下幾種：直流發(fā)電機（將機械能轉化為直流電能）、直流電動機（將直流電能轉化為機械能）、直流測速發(fā)電機（將機械信號轉換為電信號）、直流伺服電動機（將控制信號轉換為機械信號）。下面以直流電動機作為研究對象。（3）直流電機結構直流電機由定子和轉子兩部分組成。在定子上裝有磁極（電磁式直流電機磁極由繞在定子上的磁繞提供），其轉子由硅鋼

8、片疊壓而成，轉子外圓有槽，槽內嵌有電樞繞組，繞組通過換向器和電刷引出。4.硬件方案設計（1）DAC0832簡介DAC0832是8分辨率的D/A轉換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路構成。a.主要特性參數(shù)：分辨率為8位 穩(wěn)定時間1us；可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；只需在滿量程下調整其線性度；單一電源供電（+5V+15V）；低功耗，200mW。b芯片結構：D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應大于90ns(否則鎖存器的數(shù)

9、據(jù)會出錯)；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產生LE1，當LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由WR1、XFER的邏輯組合產生LE2，當LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內容打入DA

10、C寄存器并開始D/A轉換。IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內容線性變化；IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調整轉換滿量程精度；Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V；VREF：基準電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V；AGND：模擬信號地DGND：數(shù)字（2）8255簡介：a 一個并行輸入/輸出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作為CPU總線與外圍的口.b 具有24個可編程設置的I/O口,即使3組8位的I/O口為PA口,PB口和PC口.它們又可分為兩組12位的I/O口,A組包括A口及C口(高

11、4位,PC4PC7),B組包括B口及C口(低4位,PC0PC3).A組可設置為基本的I/O口,閃控(STROBE)的I/O閃控式,雙向I/O3種模式;B組只能設置為基本I/O或閃控式I/O兩種模式,而這些操作模式完全由控制寄存器的控制字決定.c 8255引腳功能:RESET:復位輸入線，當該輸入端處于高電平時，所有內部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。 CS:芯片選擇信號線，當這個輸入引腳為低電平時,即/CS=0時,表示芯片被選中，允許8255與CPU進行通訊;/CS=1時,8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸. RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時,即/RD=0且

12、/CS=0時,允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 WR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時,即/WR=0且/CS=0時,允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。 D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。 PA0PA7:端口A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器， 一個8位的輸入輸出緩沖器。 PC0PC7:端口C輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)

13、輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設定而分成2個4位的端口， 每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。A0,A1:地址選擇線,用來選擇8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器.當A0=0,A1=0時,PA口被選擇;當A0=0,A1=1時,PB口被選擇;當A0=1,A1=0時,PC口被選擇;當A0=1.A1=1時,控制寄存器被選擇.(3)AT89S52簡介：a主要性能 ：與MCS-51單片機產品兼容 、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、 1000次擦寫周期、 全靜態(tài)操作：0Hz33Hz 、

14、 三級加密程序存儲器 、 32個可編程I/O口線 、三個16位定時器/計數(shù)器 八個中斷源 、全雙工UART串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時器 、雙數(shù)據(jù)指針 、掉電標識符b功能特性描述：P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下P0具有內部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個具有內部上拉電阻的

15、8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅動4 個 TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能P1.0T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MIS

16、O（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和

17、一些控制信號。 P3 口：P3 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅動4個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。 端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)P3.4TO(定時/計數(shù)器0)P3.5T1(定時/計數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)

18、P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)5.軟件方案設計1、顯示電路與AT89S52單片機接口電路設計2、AT89S52單片機最小系統(tǒng)利用AT89S52單片機、晶振電路、復位電路、電源構成單片機最小應用系統(tǒng)，在此基礎上擴展顯示電路、驅動電路。3.D/A轉換0832電路4部中斷設置1） 外部中斷允許設置中斷控制寄存器IE的EX0對應INT0，EX1對應INT1，EA為中斷的總開關，若要開放外部中斷，只要將IE對應的位和總開關EA置1即可。如：開放外部中斷0的設置：SETB EX0SETB EA開放外部中斷0和1的設置：SETB EX0SETB EX1SETB EA（2） 外部中斷觸發(fā)方式設置單片機外

19、部中斷有兩種觸發(fā)方式，一種是電平觸發(fā)方式，另一種是脈沖觸發(fā)方式，單片機外部中斷觸發(fā)方式與TCON的IT位有關。 TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0電平觸發(fā)設置方法：CLR ITX，為低電平觸發(fā)方式。脈沖觸發(fā)設置方法：SETB ITX1，為脈沖下降沿觸發(fā)方式。在使用外部中斷時，如果不進行設置，則為電平觸發(fā)方式。（3） 外部優(yōu)先級設置 外部中斷IN0、INT1的中斷優(yōu)先級的設置是通過設置IP寄存器實現(xiàn)的，IP的PX0對應INT0，PX1對應INT1。PX置1為高級中斷，PX為0為低級中斷。PSPT1PX1PT0PX05. 外部中斷擴展方法在圖2.8為外部中斷擴展方法，設X1、X2、X

20、3、X4、X5為外部警情信號，X1代表是加速信號，X1=0表示加速；X2代表減速信號，X2=0表示減速；X3代表正轉信號，X3=0表示正轉；X4代表反轉信號，X4=0表示反轉；X5代表停止信號，X5=0表示停止處理。 圖 5.1外部中斷擴展電路當系統(tǒng)檢測到有中斷請求時，響應如下中斷服務流程圖2.9。 圖5.2 流程圖6.調試 圖6.1 直流電機PWM調制控制系統(tǒng)具有加速、減速、正轉、反轉、停止控制功能。操作開關通過中斷控制直流電機的加速、減速、正轉、反轉、停止控制功能，并通過LCD液晶顯示。振蕩、時鐘電路和復位電路由89S52單片機內部給出。直流電機轉動速度由LCD液晶顯示。操作開關狀態(tài)由液晶

21、顯示器顯示。7.結束語這次課程設計是一次非常好的鍛煉機會,通過學習，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的不怎么牢固，看到了自己的實踐經驗更是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。 到的東西，將對我后面兩年的學習有重要的指導作用，不敢說以后，但在畢業(yè)前的這段時間內，這次學習對我的確很重要。學到了如何務實，如何去學一門技術，同時也知道了如何學習，什么才是學習。如果每天都能像這樣的學習，大學四年的課程，一年就夠了，或許還不要。次設計的學習比我在讀高三時都還累。技術學到了一點，也許會忘記，學習的方法學到了，是一輩子的財富。同時這段時間也是值得回憶的?，F(xiàn)在看看自己以前自學的一點東西，學了都有將近一年了，還

22、是一個新手。這次學習讓我知道了，只要想學，鍵是有沒有毅力和壓力。自學的更是這樣的，沒有周圍人的壓力，就要自己去找壓力?，F(xiàn)在學到的東西，在以后的工作中一定也會學到，但我畢竟早了兩年知道這個道理，它在書本上是學不來的，一定要自己經歷了，在實踐中才學得到。兩年的時間，也許會對我的未來有大的影響。8.參考文獻1、單片機原理與接口技術（第二版）（馬淑華編著） 北京郵電大學出版社。2、單片機基礎（ 李廣弟等編著） 北京航空航天大學出版社。 3、數(shù)字電子技術基礎 （閻石編著）（第三版） 高等教育出版社。4、微型計算機原理與接口技術（第二版） 清華大學出版社。5、單片機原理與接口技術實驗指導書6、微型計算機原理與接口技9.附錄直流電機控制程序#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定義sbit zheng=P10;/電機正轉控制鍵sbit fan=P11;/電機反轉控制鍵sbit add=P12;/電機加速sbit dec=P13;/電機減速sbit stop=P14;/電機停止sbit PWMZ=P20;/電機正轉PWM信號sbit PWMF=P27;/電機反轉PWM信號bit run=0;/電機運行標志位，=1時電機運行，=0電機停止bit Z=0,F=0;/電機正反標志位u