單片機課程設計---可調(diào)直流電機設計

1、<p>　　可調(diào)直流電機控制設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電動機是主要的驅(qū)動設備，目前在直流電動機拖動系統(tǒng)中已大量采用晶閘管(即可控硅)裝置向電動機供電的KZ—D拖動系統(tǒng)，取代了笨重的發(fā)電動一電動機的F—D 系統(tǒng)，又伴隨著電子技術的高度發(fā)展，促使直流電調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機技術的應

2、用，使直流電機調(diào)速技術又進入到一個新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。直流電機調(diào)速基本原理是比較簡單的，只要改變電機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)電機的輸入占空比就可以控制電機的平均電壓，控制轉(zhuǎn)速。</p><p>　　直流電動機具有良好的起動、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域中得到了廣泛的應用。從控制的角

3、度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術的發(fā)展和應用范圍的推廣。隨著單片機技術的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。采用單片機構成控制系統(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，直流電動機調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，伴隨著電子技術的高度發(fā)展，促使直流電機調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機技術的應用，使直流電機調(diào)速技術又進入到一個新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的</p><p><b>　　趨勢。</b></p><p>　　關鍵詞：直流電機，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 硬件設計1</b></p><p>　　2.1

6、 復位電路3</p><p>　　2.2 晶振電路4</p><p>　　2.3 PWM原理與優(yōu)勢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 軟件設計10</b></p><p>　　3.1 按鍵控制直流電機流程圖10</p><p>　　3.2 按鍵狀態(tài)

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

9、t;　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題描述</b></p><p>　　本直流電機調(diào)速系統(tǒng)以單片機系統(tǒng)為依托，根據(jù)PWM調(diào)速的基本原理，以直流電機電樞上電壓的占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實現(xiàn)對直流電動機的平滑調(diào)速，并通過單片機控制速度的變化。本文所研究的直流電機調(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，是整個系統(tǒng)執(zhí)行的基礎，它主要為軟件提供程序運行的平臺。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)控制器所要實現(xiàn)的各項功能，達到控制器自動對電機速度的有效控制。</p><p><b>　　2 硬件設計</b></p><p><b>　　2.1 復位電路</b></p><p>　

11、　單片機的基本復位方式有三種：手動按鈕復位、上電復位、積分型上電復位。單片機的復位電路在剛接通電時，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行充電，電容兩端的電會由0V慢慢的升到4V左右（此時間很短一般小于0.3秒），正因為這樣，復位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復位工作，這是單片機的上電復位，也叫初始化復位。當按下復位鍵時，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進行了一次復位工作，這是手

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

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

14、制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM 信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，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)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。多數(shù)負載(無論是電感性負載還是電容性負載)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 的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強到足以將邏輯1 改變?yōu)檫壿? 或?qū)⑦壿? 改變?yōu)檫壿? 時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。</p><p>　　對噪聲抵抗能力的增強是PWM 相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候?qū)WM 用于通信的主要原因。從

16、模擬信號轉(zhuǎn)向PWM 可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當?shù)腞C 或LC 網(wǎng)絡可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。</p><p>　　總之，PWM 既經(jīng)濟、節(jié)約空間、抗噪性能強，是一種值得廣大工程師在許多設計應用中使用的有效技術。</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)部結構和引腳信號如圖1所示。</p><p>　　圖3 DAC0832的內(nèi)部結構和引腳</p><p>　　在AT89C51 單片機控制系統(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的變化。圖1 就是DA0832 雙極性輸出電路實例。圖中，D/A 的輸出經(jīng)運算放大器A1 和A2 放大和偏移以后，在

18、運算放大器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 提供一個偏移電流，且VREF 的極性選擇應使偏移電流方向與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 的輸出特性基礎上，上移1/2 的動態(tài)范圍。由電路各參數(shù)計算可得最后的輸出電壓表達式為Vout= -2V1 –Vref設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)動直流電機。編制程序改變0832輸</p><

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

21、4。本此課程設計所采用的80C51封裝是40引腳PDIP封裝。電源及電源復位引腳有VCC（40腳），接+5V直流電源。VSS（20腳），接地端。RST/VPD(9腳)，復位信號輸入端。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單片機引腳圖</p><p>　　2.7 LM324 說明</p><p>　　LM324 系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。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電源因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖1 所示的符號來表示，它有5 個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-􀈶-􀈷為反相輸入端，表示運放輸出端Vo 的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相

24、輸入端，表示運放輸出端Vo 的信號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)部結構和引腳</p><p>　　2.8 按鍵部分原理</p><p>　　當單片機向ADC0832輸入信號改變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 軟件設計</b></p><p>　　3.1 按鍵控制直流電機流程</p

26、><p>　　圖10 電機的程序控制</p><p>　　3.2 按鍵狀態(tài)檢測流程􀈺</p><p>　　圖11 電機的轉(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 啟動轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換電壓</p

32、><p>　　MOV R2，#0BH ；賦延時參數(shù)</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　LJMP START</p><p>　　DELAY：PUSH 02H ；延時子程序</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</b></p><p>　　本設計是以MSC-51單片機為控制中心，設計了直流電機調(diào)速控制系統(tǒng)。采用4×4鍵盤形式，減少了對單片機I/O口的占用。所設計的系統(tǒng)功為：以MCS-51系列單片機作為控制核心，利用DAC0832芯片進行數(shù)/?？刂?，輸出電壓經(jīng)放大后，在有可調(diào)的占空比來驅(qū)動小直流電機的速度進行數(shù)字量調(diào)節(jié)，從而控制直流電機的速度。又通過DAC0832

36、可以實現(xiàn)反向輸出，所以可使電壓從FFH～-FFH,同時，以0為中間電壓，從而實現(xiàn)電機地正反向轉(zhuǎn)動。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　兩周的課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，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。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。

37、學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。在這次設計過程中􀈸體現(xiàn)出自己單獨設計電路的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。</p><p>　　在此感謝我們的xx老師，老師嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我學習中的榜樣，老師循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，這次電路設計

38、的每個實驗細節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開李老師您的細心指導。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設計。同時感謝對我?guī)椭^的同學們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學的友誼。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　[1] 胡漢才．單片機原理與接口技術[M]．北京：清華大學出版社，1995.6．</p>&

39、lt;p>　　[2] 樓然苗等．51系列單片機設計實例[M]．北京：北京航空航天出版社，2003.3． </p><p>　　[3] 何立民. 單片機高級教程[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2001．</p><p>　　[4] 趙曉安. MCS-51單

40、片機原理及應用[M]. 天津：天津大學出版社，2001.3．</p><p>　　[5] 肖洪兵. 跟我學用單片機[M]. 北京：北京航空航天大學出版社,2002.8．</p><p>　　[6] 夏繼強. 單片機實驗與實踐教程[M]. 北京：北京航空航天大學出版社, 2001．