單片機(jī)課程設(shè)計(jì)-直流電機(jī)

1、<p><b>　　一、引言</b></p><p>　　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)進(jìn)入到一個新的階段。直流電動機(jī)具有良好的起動、制動性能，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領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)是研究對直流電機(jī)調(diào)速的控制裝置，本課題主要是利用單

2、片機(jī)來構(gòu)成控制系統(tǒng)。主要包括：單片機(jī)、霍爾元件速度采集電路、直流電機(jī)、DAC0832、鍵盤、顯示器等幾部分組成。首先對預(yù)定速度進(jìn)行設(shè)置，并通過數(shù)碼管顯示出來。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　2.1 總體設(shè)計(jì)原理</p><p>　　系統(tǒng)的原理框圖如圖2.1所示，主要包括：單片機(jī)、霍爾元件速度采集電路、直流

3、電機(jī)、DAC0832、鍵盤、顯示器等幾部分組成。</p><p>　　圖2.1總體設(shè)計(jì)原理框圖</p><p>　　在電壓允許范圍內(nèi)，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著電壓的升高而加快，若加上的電壓為負(fù)電壓，則電機(jī)會反向旋轉(zhuǎn)。D/A轉(zhuǎn)換是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的變換，實(shí)驗(yàn)臺上D/A電路輸出的是模擬電壓信號。實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)儀的D/A變換器可輸出-8V~+8V的電壓，將電壓經(jīng)驅(qū)動后加在直流電機(jī)上，使其運(yùn)轉(zhuǎn)。通過

4、單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)到D/A變換電路，控制電壓的高低和正負(fù)，觀察電機(jī)的旋轉(zhuǎn)情況。</p><p>　　2.2 D/A轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　圖2.2 D/A轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸

5、入、同步轉(zhuǎn)換等)。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出，若需要相應(yīng)的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。實(shí)驗(yàn)儀上提供了D/A轉(zhuǎn)換電路如圖2.2所示。我們可以通過軟件編程控制D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832，輸出相應(yīng)電流值，經(jīng)過采樣電路取出模擬量電壓值，用電壓表測量電壓輸出端子，讀出電壓值。</p><p>　　2.3 電動機(jī)調(diào)速原理</p&g

6、t;<p>　　由直流電機(jī)的速度公式n=(Ua-IaRa)/CeΦ,其中n是電機(jī)轉(zhuǎn)速，Ua是電樞電壓，Ia是電樞電流，Ra是電樞回路總電阻，Ce是電極常數(shù)，Φ是電機(jī)的勵磁磁通。對于極對數(shù)是p，匝數(shù)是n，電樞支路數(shù)為a的電機(jī)來說Ca是常數(shù)。由于Ra為電樞回路電阻故其值很小，通過調(diào)節(jié)電阻改變轉(zhuǎn)速的效果不明顯。如果通過調(diào)節(jié)磁通量，對于它勵電機(jī)其有外接的電源電壓決定。故一般通過改變電樞電壓來達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。直流電機(jī)原理圖如下：

7、</p><p>　　圖2.3直流電機(jī)原理圖</p><p>　　2.4 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理</p><p>　　霍爾元件測速原理圖如下所示：</p><p>　　圖2.4 霍爾元件測速原理圖</p><p>　　霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的主要工作原理是霍爾效應(yīng)，也就是當(dāng)轉(zhuǎn)動的金屬部件通過霍爾傳感器的磁場時會引起電勢的變化

8、，通過對電勢的測量就可以得到被測量對象的轉(zhuǎn)速值。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的主要組成部分是傳感頭和齒圈，而傳感頭又是由霍爾元件、永磁體和電子電路組成的?；魻柶骷怯邪雽?dǎo)體材料制成的一種薄片，器件的長、寬、高分別為l、b、d。若在垂直于薄片平面（沿厚度d）方向施加外加磁場B，在沿l方向的兩個端面加以外電場，則有一定的電流經(jīng)過。由于電子在磁場中運(yùn)動，所以將受到一個洛侖磁力，其大小為：</p><p><b>　　fl＝

9、qVB</b></p><p>　　式中：fl――洛侖磁力，q――載流子電荷，V――載流子運(yùn)動速度，B――磁感應(yīng)強(qiáng)度。</p><p>　　這樣使電子的運(yùn)動軌跡發(fā)生偏移，在霍爾元器件薄片的兩個側(cè)面分別產(chǎn)生電子積聚或電荷過剩，形成霍爾電場，霍爾元器件兩個側(cè)面間的電位差UH稱為霍爾電壓?；魻栯妷捍笮椋?lt;/p><p>　　UH=RH×I×

10、;B/d(mV)</p><p>　　式中：RH ---霍爾常數(shù)，d---元件厚度，B---磁感應(yīng)強(qiáng)度，I---控制電流</p><p>　　設(shè)KH= RH/d ，則UH=KH×I×B (mV)KH為霍爾器件的靈敏系數(shù)(mV/mA/T),它表示該霍爾元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流下輸出霍爾電動勢的大小。應(yīng)注意，當(dāng)電磁感應(yīng)強(qiáng)度B反向時，霍爾電動勢也反向。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器

11、就是通過磁力線密度的變化，在磁力線穿過傳感器上的感應(yīng)元件時，產(chǎn)生霍爾電勢?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的霍爾元件在產(chǎn)生霍爾電勢后，會將其轉(zhuǎn)換為交變電信號，最后傳感器的內(nèi)置電路會將信號調(diào)整和放大，輸出矩形脈沖信號,其頻率和轉(zhuǎn)速成正比，測出脈沖的周期或頻率即可計(jì)算出轉(zhuǎn)速。</p><p>　　2.5 LED6位數(shù)字顯示器及4×6鍵盤</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)中LED顯示電路和鍵盤電路集成在一個集

12、成電路中。LED顯示和鍵盤的等效電路如圖2.5。顯示控制的位碼由74HC374輸出，經(jīng)MC1413反向驅(qū)動后，做LED的位選通信號。位選通信號也可作為鍵盤列掃描碼，鍵盤掃描的行數(shù)據(jù)從74HC245讀回，74HC374輸出的列掃描碼經(jīng)74HC245讀入后，用來判斷是否有鍵被按下，以及按下的是什么鍵。如果沒有鍵按下，由于上拉電阻的作用，經(jīng)74HC245讀回的值為高電平，如果有鍵按下，74HC374輸出的低電平經(jīng)過按鍵被接到74HC245的端

13、口上，這樣從74HC245讀回的數(shù)據(jù)就會有低位，根據(jù)74HC374輸出的列信號和74HC245讀回的行信號，就可以判斷哪個鍵被按下。LED顯示的段碼由另一個74HC374輸出。實(shí)驗(yàn)時，將KEY/LED_CS接到片選端CS0上，則位碼輸出的地址就為08002H，段碼輸出的地址就是08004H，鍵盤行碼讀回的地址為08001H。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)說明</b></p>

14、;<p>　　3.1 時鐘、復(fù)位電路的選擇</p><p>　?。?）此系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式，其原理圖如圖4所示。MCS-51單片機(jī)允許的晶振可在1.2~24MHz之間選擇，此系統(tǒng)選12MHz。則一個機(jī)器周期為1μs 。C3、C4大小為30pF。</p><p>　　圖3.1 內(nèi)部方式時鐘電路</p><p>　?。?）此系統(tǒng)復(fù)位電路采用上電按鈕復(fù)位電

15、路，如圖5所示。復(fù)位端高電平有效。C的典型值為10μF。當(dāng)按下開關(guān)一定時間，電容相當(dāng)于短路，電容開始充電，RST為高電平，單片機(jī)復(fù)位，當(dāng)電容兩端電壓等于5V時，RST呈現(xiàn)低電平，復(fù)位完成。</p><p>　　圖3.2上電與按鈕復(fù)位電路</p><p><b>　　3.2 鍵盤說明</b></p><p>　　鍵盤是由若干個按鍵組成的開關(guān)矩陣，

16、它是最簡單的單片機(jī)輸入設(shè)備，通過鍵盤可輸入數(shù)據(jù)和命令，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)對話。此處用的鍵盤是矩陣式鍵盤，對鍵的識別用掃描方法完成：首先判斷鍵盤中有無鍵按下，將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 然后，判斷閉合鍵所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行

17、線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 </p><p><b>　　3.3 LED顯示</b></p><p>　　由課題的要求，要求用霍爾軟件采集到直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速后，向單片機(jī)輸出相應(yīng)的脈沖，計(jì)算出電動機(jī)轉(zhuǎn)速并顯示在LED

18、顯示器上。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器是最常用的輸出設(shè)備。在此選用兩個共陰極數(shù)碼管顯示脈沖數(shù)，采用動態(tài)掃描顯示，即用掃描的方法一位一位輪流點(diǎn)亮顯示器的各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點(diǎn)亮一次，利用人眼的視覺暫留效應(yīng)可以看到整個動態(tài)顯示，只要速度夠快，字符不會閃爍。 </p><p><b>　　四、程序結(jié)構(gòu)流程圖</b></p><p>　　圖4.1直流電機(jī)

19、控制流程圖</p><p>　　圖4.2鍵盤掃描控制流程圖</p><p>　　圖4.3 LED顯示流程圖</p><p><b>　　五、設(shè)計(jì)總程序</b></p><p>　　IN equ 08001h ; 鍵盤讀入口</p><p>　　OUTBIT eq

20、u 08002h ; 位控制口</p><p>　　OUTSEG equ 08004h ; 段控制口</p><p>　　cs0832 equ 9000h</p><p>　　ledbuf equ 70h ; 顯示緩沖區(qū)</p><p><b>

21、　　org 0000h</b></p><p>　　ljmp start</p><p>　　delay1: mov r7,#255 ; 延時子程序1</p><p>　　deloop1:mov r6,#255</p><p><b>　　nop</b></p>&l

22、t;p><b>　　djnz r6,$</b></p><p>　　djnz r7,deloop1</p><p><b>　　ret</b></p><p>　　delay2: mov r7,#12 ; 延時子程序2</p><p>　　deloop2:mov

23、r6,#249</p><p><b>　　djnz r6,$</b></p><p>　　djnz r7,deloop2</p><p><b>　　ret</b></p><p>　　LEDtable: ; 八段管顯示碼</p><

24、;p>　　db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07h</p><p>　　db 7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71h</p><p>　　DACtable:db 00h,80h,80h,80h,80h,00h</p><p>　　db 60h,80h,80h,80h,8

25、0h,60h</p><p>　　db 0c0h,80h,80h,80h,80h,0c0h</p><p>　　db 0ffh,80h,80h,80h,80h,0ffh</p><p>　　keyloop:acall key</p><p>　　cjne a,#0fh,keyloop0</p><p>　　acall

26、delay2</p><p><b>　　ljmp key</b></p><p>　　keyloop0:acall delay2 ;鍵盤去抖動</p><p><b>　　acall key</b></p><p>　　cjne a,#0fh,keyb</p&

27、gt;<p>　　ljmp keyloop</p><p>　　keyb:mov r1,#0dfh</p><p>　　mov r5,#00h</p><p>　　L0:mov dptr,#OUTBIT ;位控，選中鍵盤第一列</p><p><b>　　mov a,r1</b>

28、</p><p>　　movx @dptr,a</p><p>　　mov dptr,#IN</p><p>　　movx a,@dptr</p><p>　　jb Acc.3,L1 ;檢查是否有鍵位被按下</p><p><b>　　mov a,#0</b&g

29、t;</p><p><b>　　jmp keyc</b></p><p>　　L1:jb Acc.2,L2</p><p><b>　　mov a,#6</b></p><p><b>　　jmp keyc</b></p><p>　　L2:jb Ac

30、c.1,L3</p><p><b>　　mov a,#12</b></p><p><b>　　jmp keyc</b></p><p>　　L3:jb Acc.0,next</p><p><b>　　mov a,#18</b></p><p>&l

31、t;b>　　jmp keyc</b></p><p>　　key:mov dptr,#OUTBIT ;位控清零，鍵盤讀入到a的低四位</p><p>　　mov a,#00h</p><p>　　movx @dptr,a</p><p>　　mov dptr,#IN</p><

32、p>　　movx a,@dptr</p><p>　　anl a,#0fh</p><p><b>　　ret</b></p><p>　　keyc:mov dptr,#DACtable</p><p>　　movc a,@a+dptr</p><p>　　mov dptr,#cs0832&

33、lt;/p><p>　　movx @dptr,a</p><p>　　call delay2</p><p><b>　　ret</b></p><p>　　next:mov dptr,#cs0832</p><p>　　mov a,#80h</p><p>　　movx @d

34、ptr,a</p><p>　　call delay2</p><p><b>　　ret</b></p><p>　　xianshi:mov TH1,#00h ;定時器清零</p><p>　　mov TL1,#00h</p><p><b&g

35、t;　　setb TR1</b></p><p>　　call delay1 </p><p><b>　　mov a,TL1</b></p><p>　　mov b,#0ah ;將轉(zhuǎn)速十位、個位分別放入寄存器a、b</p><p><b>　　div ab</b&

36、gt;</p><p><b>　　acall led</b></p><p>　　mov r0,#LEDBUF</p><p><b>　　mov @r0,a</b></p><p><b>　　mov a,b</b></p><p><b>

37、;　　acall led</b></p><p><b>　　inc r0</b></p><p>　　mov @r0,a </p><p><b>　　LED1:</b></p><p>　　mov r0, #LEDBUF </p><p>　

38、　mov r2, #00000010b ;選中6位顯示管的低2位管顯示轉(zhuǎn)速</p><p>　　Loop2: mov dptr, #OUTBIT</p><p>　　mov a, r2</p><p>　　movx @dptr, a </p><p>　　mov a, @r0</p><p

39、>　　mov dptr, #OUTSEG ；段控，顯示對應(yīng)的數(shù)字</p><p>　　movx @dptr, a</p><p>　　call delay2 </p><p>　　mov a, r2</p><p><b>　　rr a</b></p><p>　　

40、mov r2, a</p><p>　　inc r0 </p><p>　　mov dptr, #OUTBIT</p><p><b>　　mov a, r2</b></p><p>　　movx @dptr, a</p><p>　　mov a, @r0</p>&l

41、t;p>　　mov dptr, #OUTSEG</p><p>　　movx @dptr, a </p><p>　　call delay2</p><p><b>　　ret </b></p><p>　　Led:mov dptr,#LEDtable</p><p>　　movc a

42、,@a+dptr</p><p><b>　　ret</b></p><p>　　start:mov sp,#70h</p><p>　　mov TMOD,#50h</p><p>　　mov IE,#8ch </p><p>　　loop:acall keyloop</p>

43、<p>　　loop1:acall xianshi </p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　六、總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以MCS-51單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)了直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)。用8255A芯片進(jìn)行I/O口擴(kuò)展，用DAC0832芯片進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換和I/V轉(zhuǎn)換

44、輸出電壓從而對直流電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，利用霍爾元件對直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集，并送到單片機(jī)。用鍵盤對電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行控制，并用八段數(shù)碼管顯示。</p><p>　　通過一周的課程設(shè)計(jì)，是我對單片機(jī)的工作和原理有了根深刻的認(rèn)識，深入進(jìn)行系統(tǒng)的編程使我對匯編語言的邏輯性有一定了解，學(xué)會了偉福軟件的軟硬件的調(diào)試方法，并加深了的對課本知識的理解。</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)<

45、/b></p><p>　　[1] 張淑清 單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及其應(yīng)用 國防工業(yè)出版社 2001.5</p><p>　　[2] 張淑清 單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 國防工業(yè)出版社 2010.8 </p><p>　　[3] 王秋爽 曾昭龍 單片機(jī)開發(fā)基礎(chǔ)與經(jīng)典設(shè)計(jì)實(shí)例 機(jī)械工業(yè)出版社 2008.3<