單片機(jī)課程設(shè)計(jì)---可調(diào)直流電機(jī)設(shè)計(jì)

1、<p>　　可調(diào)直流電機(jī)控制設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電動(dòng)機(jī)是主要的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，目前在直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中已大量采用晶閘管(即可控硅)裝置向電動(dòng)機(jī)供電的KZ—D拖動(dòng)系統(tǒng)，取代了笨重的發(fā)電動(dòng)一電動(dòng)機(jī)的F—D 系統(tǒng)，又伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)

2、用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個(gè)新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢(shì)。直流電機(jī)調(diào)速基本原理是比較簡單的，只要改變電機(jī)的電壓就可以改變轉(zhuǎn)速了。改變電壓的方法很多，最常見的一種DAC0832 脈寬調(diào)制，調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入占空比就可以控制電機(jī)的平均電壓，控制轉(zhuǎn)速。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角

3、度來看，直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy，阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本

4、，從而有效的提高工作效率。</p><p>　　目前，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個(gè)新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的</p><p><b>　　趨勢(shì)。</b></p><p>　　關(guān)鍵詞：直流電機(jī)，DAC

5、0832，89C51，LM324</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論3</b></p><p>　　1.1 課題描述3</p><p><b>　　2 硬件設(shè)計(jì)1</b></p><p>　　2.1

6、 復(fù)位電路3</p><p>　　2.2 晶振電路4</p><p>　　2.3 PWM原理與優(yōu)勢(shì)4</p><p>　　2.4 DAC0832雙極性電壓輸出控制原理5</p><p>　　2.5 轉(zhuǎn)速控制模塊6</p><p>　　2.6 0832與單片機(jī)連接電路6</p>&l

7、t;p>　　2.7 LM324說明8</p><p>　　2.8 按鍵部分原理8</p><p>　　2.9 電路總原理圖9</p><p><b>　　3 軟件設(shè)計(jì)10</b></p><p>　　3.1 按鍵控制直流電機(jī)流程圖10</p><p>　　3.2 按鍵狀態(tài)

8、檢測(cè)流程圖11</p><p>　　3.3 系統(tǒng)程序12</p><p><b>　　總 結(jié)14</b></p><p><b>　　致 謝15</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b&g

9、t;　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題描述</b></p><p>　　本直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以單片機(jī)系統(tǒng)為依托，根據(jù)PWM調(diào)速的基本原理，以直流電機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，并通過單片機(jī)控制速度的變化。本文所研究的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。

10、硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動(dòng)對(duì)電機(jī)速度的有效控制。</p><p><b>　　2 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1 復(fù)位電路</b></p><p>　

11、　單片機(jī)的基本復(fù)位方式有三種：手動(dòng)按鈕復(fù)位、上電復(fù)位、積分型上電復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位電路在剛接通電時(shí)，剛開始電容是沒有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V的電通過電阻給電解電容進(jìn)行充電，電容兩端的電會(huì)由0V慢慢的升到4V左右（此時(shí)間很短一般小于0.3秒），正因?yàn)檫@樣，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作，這是單片機(jī)的上電復(fù)位，也叫初始化復(fù)位。當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作，這是手

12、動(dòng)復(fù)位原理。本設(shè)計(jì)采用的是上復(fù)位電路的復(fù)位方式。</p><p>　　圖1 單片機(jī)復(fù)位電路</p><p><b>　　2.2 晶振電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用頻率為24MHZ，微調(diào)電容C1和C2為22pF的內(nèi)部時(shí)鐘方式，電容為瓷片電容。判斷單片機(jī)芯片及時(shí)鐘系統(tǒng)是否正常工作有一個(gè)簡單的方法，就是用萬用表測(cè)量單片機(jī)晶振引腳（18，

13、19腳）的對(duì)地電壓，以正常工作的單片機(jī)用數(shù)字萬用表測(cè)量為例：18腳對(duì)地電壓約為2.24V，19腳對(duì)地電壓約為2.09V。</p><p><b>　　圖2 晶振電路</b></p><p>　　2.3 PWM 原理及優(yōu)勢(shì)</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)

14、制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM 信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。多數(shù)負(fù)載(無論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz，通常調(diào)制頻率為1kHz 到

15、200kHz 之間。</p><p>　　PWM 的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1 改變?yōu)檫壿? 或?qū)⑦壿? 改變?yōu)檫壿? 時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。</p><p>　　對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM 相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM 用于通信的主要原因。從

16、模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM 可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當(dāng)?shù)腞C 或LC 網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。</p><p>　　總之，PWM 既經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。</p><p>　　2.4 DAC0832雙極性電壓輸出控制原理</p><p>　　DAC0832是20引腳雙列直插式芯

17、片􀈸內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳信號(hào)如圖1所示。</p><p>　　圖3 DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳</p><p>　　在AT89C51 單片機(jī)控制系統(tǒng)中，要求D/A 的輸出電壓是雙極性的。例如要求：輸出（-5——+5）V。在這種情況下，D/A 的輸出電路要作相應(yīng)的變化。圖1 就是DA0832 雙極性輸出電路實(shí)例。圖中，D/A 的輸出經(jīng)運(yùn)算放大器A1 和A2 放大和偏移以后，在

18、運(yùn)算放大器A2 的輸出端就可得到雙極性的（-5——+5）V 的輸出電壓。這里，VREF為A2 提供一個(gè)偏移電流，且VREF 的極性選擇應(yīng)使偏移電流方向與A1 輸出的電流方向相反。再選擇R4= R3= 2R2，以使偏移電流恰好為A1 輸出電流的1/2。從而使A2 的輸出特性在A1 的輸出特性基礎(chǔ)上，上移1/2 的動(dòng)態(tài)范圍。由電路各參數(shù)計(jì)算可得最后的輸出電壓表達(dá)式為Vout= -2V1 –Vref設(shè)V1為（0——-5）V，選取Vref為+5

19、V，則Vout=0~10V -5V=-5V~+5V。</p><p>　　圖4 雙極性輸出電路</p><p>　　2.5 轉(zhuǎn)速控制模塊</p><p><b>　　圖5 轉(zhuǎn)速控制模塊</b></p><p>　　用0832 D/A轉(zhuǎn)換電路后的輸出經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。編制程序改變0832輸</p><

20、;p>　　出經(jīng)放大后的方波信號(hào)的占空比來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。D/A 輸出為雙極性輸出，因此</p><p>　　電機(jī)可以正反向旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　2.6 0832與單片機(jī)連接電路</p><p>　　圖6 0832與單片機(jī)連接示意圖</p><p>　　80C51單片機(jī)的引腳的封裝主要有PDIP40、PLCC44和PQFP/TQFP4

21、4。本此課程設(shè)計(jì)所采用的80C51封裝是40引腳PDIP封裝。電源及電源復(fù)位引腳有VCC（40腳），接+5V直流電源。VSS（20腳），接地端。RST/VPD(9腳)，復(fù)位信號(hào)輸入端。EA/VPP(31腳)。始終振蕩電路引腳XTAL1(19腳)、XTAL2（18引腳）、ALE/PROG（30腳）、PSEN(29腳)，并行雙向輸入/輸出口引腳：P0口的P0.0~P0.7引腳（39~32腳）、P1口的P1.0~P1.7引腳(1~8腳)、P2

22、口的P2.0~P2.7引腳(28~21腳)、P3口的P3.0~P3.7引腳（10~17腳）。如圖5所示：</p><p>　　圖7 51單片機(jī)引腳圖</p><p>　　2.7 LM324 說明</p><p>　　LM324 系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0

23、伏或者高到32 伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1 所示的符號(hào)來表示，它有5 個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-􀈶-􀈷為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo 的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相

24、輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324 引腳說明圖如下􀈺 </p><p>　　圖5 LM324 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳</p><p>　　2.8 按鍵部分原理</p><p>　　當(dāng)單片機(jī)向ADC0832輸入信號(hào)改變ADC0832的阻值，從而改變電流。</

25、p><p><b>　　圖8 按鍵部分原理</b></p><p>　　2.9 電路總原理圖</p><p><b>　　圖9 電路原理圖</b></p><p><b>　　3 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 按鍵控制直流電機(jī)流程</p

26、><p>　　圖10 電機(jī)的程序控制</p><p>　　3.2 按鍵狀態(tài)檢測(cè)流程􀈺</p><p>　　圖11 電機(jī)的轉(zhuǎn)速程序控制</p><p><b>　　3.3 系統(tǒng)程序</b></p><p><b>　　ORG 0740H</b></p>

27、<p>　　START：MOV SP，#53H ；設(shè)置堆棧的棧頂?shù)刂?lt;/p><p>　　MOV A，P1 ；讀取P1 口的狀態(tài)到累加器</p><p>　　ANL A，#1FH</p><p>　　JB ACC.0，STOP ；最低位P1.0 為1 則停止</p>

28、<p>　　JB ACC.1，HSR ；HSR 代表High Speed Right 高速右轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)</p><p>　　JB ACC.2，LSR ；LSR 代表Low Speed Right 低速右轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)</p><p>　　JB ACC.3，HSL ；HSL 代表High Speed

29、 Left 高速左轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)</p><p>　　JB ACC.4，LSL ；LSL 代表Low Speed Left 低 速左轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)</p><p>　　STOP:：MOV R6，#80H</p><p>　　LJMP ZHUAN</p><p>　　HSR： MOV R6，#0FFH</p>&

30、lt;p>　　LJMP ZHUAN</p><p>　　LSR： MOV R6，#0C0H</p><p>　　LJMP ZHUAN</p><p>　　HSL：MOV R6，#00H</p><p>　　LJMP ZHUAN</p><p>　　LSL：MOV R6，#30H</p><p&

31、gt;　　LJMP ZHUAN</p><p>　　ZHUAN：MOV DPTR，#8000H ；8 位輸入寄存器和DAC 寄存器受相同信號(hào)統(tǒng)一控制，地址為8000H</p><p><b>　　MOV A，R6</b></p><p>　　MOVX @DPTR，A ；將R6 送至DAC 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換電壓</p

32、><p>　　MOV R2，#0BH ；賦延時(shí)參數(shù)</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　LJMP START</p><p>　　DELAY：PUSH 02H ；延時(shí)子程序</p><p>　　DELAY1： PUSH 02H</p&g

33、t;<p>　　DELAY2：PUSH 02H</p><p>　　DELAY3：DJNZ R2,DELAY3</p><p><b>　　POP 02H</b></p><p>　　DJNZ R2，DELAY2</p><p><b>　　POP 02H</b></p>

34、<p>　　DJNZ R2，DELAY1</p><p><b>　　POP 02H</b></p><p>　　DJNZ R2，DELAY</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　END</b></p><p&g

35、t;<b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是以MSC-51單片機(jī)為控制中心，設(shè)計(jì)了直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)。采用4×4鍵盤形式，減少了對(duì)單片機(jī)I/O口的占用。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功為：以MCS-51系列單片機(jī)作為控制核心，利用DAC0832芯片進(jìn)行數(shù)/模控制，輸出電壓經(jīng)放大后，在有可調(diào)的占空比來驅(qū)動(dòng)小直流電機(jī)的速度進(jìn)行數(shù)字量調(diào)節(jié)，從而控制直流電機(jī)的速度。又通過DAC0832

36、可以實(shí)現(xiàn)反向輸出，所以可使電壓從FFH～-FFH,同時(shí)，以0為中間電壓，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)地正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。

37、學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。在這次設(shè)計(jì)過程中􀈸體現(xiàn)出自己單獨(dú)設(shè)計(jì)電路的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。</p><p>　　在此感謝我們的xx老師，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我學(xué)習(xí)中的榜樣，老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，這次電路設(shè)計(jì)

38、的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開李老師您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計(jì)。同時(shí)感謝對(duì)我?guī)椭^的同學(xué)們，謝謝你們對(duì)我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　[1] 胡漢才．單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1995.6．</p>&

39、lt;p>　　[2] 樓然苗等．51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例[M]．北京：北京航空航天出版社，2003.3． </p><p>　　[3] 何立民. 單片機(jī)高級(jí)教程[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001．</p><p>　　[4] 趙曉安. MCS-51單

40、片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 天津：天津大學(xué)出版社，2001.3．</p><p>　　[5] 肖洪兵. 跟我學(xué)用單片機(jī)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.8．</p><p>　　[6] 夏繼強(qiáng). 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 2001．