基于51單片機(jī)課程設(shè)計報告--小直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)

1、<p>　　《單片機(jī)原理及應(yīng)用》</p><p><b>　　課程設(shè)計報告書</b></p><p><b>　　機(jī)電與控制工程學(xué)院</b></p><p>　　2014 年 6 月 12日</p><p><b>　　任 務(wù) 書</b></p>&

2、lt;p><b>　　1.課程設(shè)計項目</b></p><p>　　小直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)</p><p><b>　　2.設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　?。?）以STC89C51單片機(jī)為核心器件組成小直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)；</p><p>　　（2）搭建外圍硬件電路；</p>

3、;<p>　?。?）系統(tǒng)程序編制與調(diào)試；</p><p>　　（4）電路系統(tǒng)的綜合調(diào)試；</p><p>　?。?）撰寫課程設(shè)計論文；</p><p>　?。?）完成課程設(shè)計論文答辯。</p><p><b>　　3.設(shè)計要求</b></p><p>　　用0809采樣電位器的值，并

4、在顯示器上顯示，將此信號值作為方波占空比，通過0832輸出經(jīng)放大后控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。</p><p>　　4.設(shè)計進(jìn)度 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的目的及意義-----------------

5、-----------------------4</p><p>　　1.2國內(nèi)外電機(jī)控制的研究現(xiàn)狀及發(fā)展--------------------------------4</p><p>　　1.3 PWM變頻調(diào)速發(fā)展前景-----------------------------------------4</p><p>　　1.3．1PWM調(diào)速---------

6、----------------------------------5</p><p>　　2.方案論證（規(guī)劃、選定）------------------------------------5</p><p>　　3.方案說明（設(shè)計）-------------------------------------------5</p><p><b>　　4.硬

7、件方案設(shè)計</b></p><p>　　4.1電位器采集模塊----------------------------------------------6</p><p>　　4.1.1電位器-------------------------------------------------6</p><p>　　4．1.2數(shù)模轉(zhuǎn)換及顯示---------

8、-------------------------------6</p><p>　　4.2模數(shù)轉(zhuǎn)換與單片機(jī)的連接--------------------------------------7</p><p>　　4.3數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及放大驅(qū)動模塊----------------------------------9</p><p>　　5.軟件方案設(shè)計-------

9、-----------------------------------------9</p><p><b>　　6.調(diào)試</b></p><p>　　6.1硬件調(diào)試---------------------------------------------------10</p><p>　　6.2軟件調(diào)試-------------------

10、--------------------------------10</p><p>　　7.技術(shù)小結(jié)（結(jié)束語）----------------------------------------10</p><p>　　8.參考文獻(xiàn)----------------------------------------------------10</p><p>　　9.附錄

11、（元件清單、電路圖、源程序代碼、實物圖片等）</p><p>　　9.1元件清單----------------------------------------------------11</p><p>　　9.2電路圖------------------------------------------------------11</p><p>　　9.3源程序

12、代碼--------------------------------------------------12</p><p>　　9.4實物圖片----------------------------------------------------17</p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　課題研究的目的及意義<

13、;/p><p>　　直流電機(jī)具有良好的啟動性能和調(diào)速特性，雖然各種類型的電機(jī)層出不窮，然而在自動控制系統(tǒng)、電子儀器設(shè)備等方面，直流電機(jī)的應(yīng)用還是占有突出地位。直流電機(jī)調(diào)速平滑，調(diào)速范圍廣，過載能力強(qiáng)，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動、加減速和正反轉(zhuǎn)。為了滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)化各種不同的特殊要求，從而對直流電機(jī)提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速等技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代科技的要求，通過PWM方式控制直流

14、電機(jī)調(diào)速的方法就應(yīng)用而生。</p><p>　　PWM直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)擁有需要的功率元件少、線路簡單、控制方便、開關(guān)頻率高、低速性能好。通過學(xué)習(xí)并熟練掌握這個調(diào)速系統(tǒng)，對我們今后的工作有十分重要的意義。 </p><p>　　本課題是以單片機(jī)為主要控制核心，針對直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，通過本次課程設(shè)計培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)的知識和技能解決問題的本領(lǐng)，鞏固和加深多所學(xué)知識的理解。<

15、;/p><p>　　1. 2 國內(nèi)外電機(jī)控制的研究現(xiàn)狀及發(fā)展</p><p>　　國外主要電氣公司如瑞典ABB公司、德國的西門子公司、AEG公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國的GE公司、西屋公司等，均已經(jīng)開發(fā)出多個數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模板化的應(yīng)用產(chǎn)品。</p><p>　　我國從20世紀(jì)60年代初試制成功第一只硅晶管以來，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)也得到

16、迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。目前晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在我國各部門得到運(yùn)用。還有數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的研究，隨著PWM技術(shù)的發(fā)展，我國直流電機(jī)調(diào)速也正向著脈寬調(diào)制方向發(fā)展。</p><p>　　1.3PWM調(diào)速發(fā)展前景</p><p>　　PWM調(diào)速作為一項新的調(diào)速技術(shù)，在西方發(fā)達(dá)國家已得到廣泛應(yīng)用。目前，不論是在同步電機(jī)調(diào)速方面，還是異步電機(jī)調(diào)速方面，PWM調(diào)速是較好的。</p>

17、<p>　　1.3．1PWM調(diào)速</p><p>　　現(xiàn)代的PWM調(diào)速采用的是脈寬調(diào)制技術(shù)，具體一點(diǎn)就是應(yīng)用了采樣控制理論中的一個重要理論，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同，沖量即窄脈沖的面積。</p><p>　　方案論證（規(guī)劃、選定）</p><p>　　方案一：以兩塊AT89C51單片機(jī)進(jìn)行通信擴(kuò)展I/O口為控制中心，

18、采集電位器的值通過A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809），單片機(jī)控制將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量顯示在數(shù)碼管上；再將這個值作為信號，改變占空比，再通過D/A轉(zhuǎn)換器（DAC0832）轉(zhuǎn)換成模擬量，進(jìn)而通過LM324運(yùn)放和ULN2003放大控制直流電機(jī)調(diào)速。</p><p>　　方案二：同樣以AT89C51單片機(jī)為控制中心，但是只用一塊單片機(jī)。采用兩塊595芯片級聯(lián)來控制數(shù)碼管的段選與位選，節(jié)省I/O口。采集電位器的值通過A/D轉(zhuǎn)換器（

19、ADC0809），單片機(jī)控制將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量顯示在數(shù)碼管上；再將這個值作為信號，改變占空比，再通過D/A轉(zhuǎn)換器（DAC0832）轉(zhuǎn)換成模擬量，進(jìn)而通過LM324運(yùn)放和ULN2003放大控制直流電機(jī)調(diào)速。</p><p>　　經(jīng)過比較，方案一的硬件電路復(fù)雜，而且要用兩塊單片機(jī)比較浪費(fèi)和麻煩。最終選定了硬件電路簡單，需要在程序上進(jìn)行一定數(shù)據(jù)處理的方案二。</p><p>　　3.方案說明（設(shè)計

20、）</p><p>　　本設(shè)計以AT89C51單片機(jī)為控制中心，運(yùn)用電位器采集信號，然后經(jīng)過ADC0809進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，將此作為占空比并將最終數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理并將處理的數(shù)據(jù)傳輸給DAC0832將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量再經(jīng)過LM324和ULN2003放大輸出驅(qū)動直流電機(jī)，并通過電位器值得改變來改變占空比，從而實現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速。整體框圖如下：</p><p>&

21、lt;b>　　4.硬件方案設(shè)計</b></p><p>　　4.1電位器采集模塊</p><p><b>　　4.1.1電位器</b></p><p>　　電位器的作用——調(diào)節(jié)電壓（含直流電壓與信號電壓）和電流的大小。電位器的電阻體有兩個固定端，通過手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸或滑柄，改變動觸點(diǎn)在電阻體上的位置，則改變了動觸點(diǎn)與任一個固定端之

22、間的電阻值，從而改變了電壓與電流的大小。電位器是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個電阻體和一個轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)組成。當(dāng)電阻體的兩個固定觸電之間外加一個電壓時，通過轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)改變觸點(diǎn)在電阻體上的位置，在動觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)之間便可得到一個與動觸點(diǎn)位置成一定關(guān)系的電壓。它大多是用作分壓器，得到模擬量</p><p>　　4.1.2模數(shù)轉(zhuǎn)換及顯示 </p><p>　　當(dāng)電位器發(fā)生改變時，阻值發(fā)生相

23、應(yīng)的變化，通過下圖所示的電路能夠使得電位器兩端的電壓發(fā)生相應(yīng)的改變。此時的輸出信號為模擬量，單片機(jī)無法直接讀取。通過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量顯示在數(shù)碼管上（單片機(jī)通過兩塊595芯片級聯(lián)控制數(shù)碼管顯示）</p><p><b>　　上圖為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊</b></p><p>　　上圖為數(shù)碼管顯示模塊</p><p>　　4.2模數(shù)轉(zhuǎn)換與單片機(jī)的

24、連接</p><p>　　89C51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供

25、高性價比的解決方案。 AT89C51具有如下特點(diǎn)：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，4個中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，內(nèi)部集成看門狗計時器片內(nèi)時鐘振蕩器。其工作電壓在4.5－5V,一般我們選用＋5V電壓。</p><p>　　ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)

26、換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。ADC0809</p><p>　　由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時

27、，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。下面為ADC0809與單片機(jī)的連接電路：</p><p>　　4.3數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及放大驅(qū)動模塊</p><p>　　DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電

28、路構(gòu)成。</p><p>　　LM324系列由四個獨(dú)立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營</p><p><b>　　連接圖如下：</b></p><p><b>　　5.軟件方案設(shè)計</b></p><p>　　首先處理數(shù)據(jù)的采集程序。其次對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。最后完

29、善小直流電機(jī)的控制函數(shù)。 將數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊作為主要程序，將模數(shù)及放大驅(qū)動模塊等小模塊寫成頭文件的形式置于主程序中，這樣程序分模塊易理解，易操作。</p><p>　　下圖為ADC0809工作時序，知道后才能依據(jù)時序編寫程序</p><p><b>　　6.調(diào)試 </b></p><p><b>　　6.1硬件調(diào)試</b>&l

30、t;/p><p>　　先把程序下載到單片機(jī)，通電，開始調(diào)試。旋動電位器，改變電位器的值，數(shù)碼管上顯示數(shù)值變化，電機(jī)轉(zhuǎn)速也有變化，轉(zhuǎn)速的變化與數(shù)值大小變化趨勢一致。</p><p><b>　　6.2軟件調(diào)試</b></p><p>　　軟件調(diào)試是通過對用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除的過程。正確無誤后加載至硬

31、件電路中的單片機(jī)，如果發(fā)現(xiàn)不理想的效果，在確保硬件無誤的情況下，根據(jù)需求修改程序，慢慢調(diào)試以實現(xiàn)自己想要的效果。</p><p>　　7.技術(shù)小結(jié)（結(jié)束語）</p><p>　　從拿到課題的茫然到漸漸學(xué)會接受，開始慢慢自己動手查找資料，詢問很多單片機(jī)學(xué)的好的同學(xué)及學(xué)長，再到查找到電路的設(shè)計，從程序的編寫到仿真功能的基本實現(xiàn)，最后歷經(jīng)一路坎坷做出實物，效果和功能基本達(dá)到。感覺真的很辛苦，但同

32、時也很快樂很充實，畢竟收獲了許多。從查資料到確定方案就差不多花了四天時間，在設(shè)計過程中不斷的發(fā)現(xiàn)問題，同時也不斷的解決問題，越來越發(fā)覺制作實物相比整體設(shè)計要難一些，就算仿真完全沒錯實物運(yùn)行也會有很多問題。實際制作過程中會遇到多種多樣的問題，剛開始仿真效果總是出不來，要通過不斷的測試和實驗來解決，最后焊接出來的實物沒有問題?？傊?，不能粗心大意，做任何事都要細(xì)心，要考慮的周全，不能因為一時的失敗而喪失信心，從哪里跌倒了要從哪里爬起來，只有有

33、了這樣的精神，才會從問題中學(xué)到更多的知識，為我以后更好的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。謝謝學(xué)院和老師給予我們這次鍛煉的機(jī)會，成長的機(jī)會，謝謝！</p><p><b>　　8.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　［1］林立.張俊亮．單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M]． 電子工業(yè)出版社.</p><p>　?。?］汪玉成.直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計[J].商場現(xiàn)代化

34、.2007 .</p><p>　?。?］吳金戌等編著.8051單片機(jī)實踐與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社 .</p><p>　　［4］李光才，樓然笛.單片機(jī)課程設(shè)計實例指導(dǎo)[M].北京航空航天大學(xué)出版社.</p><p>　?。?］張方.電機(jī)及拖動基礎(chǔ)[M].北京：中國電力出版社，2008.</p><p>　　[6] 陳伯時.電力拖動自動控

35、制系統(tǒng)[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　9.附錄（元件清單、電路圖、源程序代碼、實物圖片等）</p><p><b>　　9.1元件清單</b></p><p><b>　　9.2電路圖</b></p><p><b>　　9.3源程序代碼</b&g

36、t;</p><p>　　/********************************************************</p><p>　　小直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)</p><p>　　********************************************************/</p><p>　　/

37、********************************************************</p><p>　　74HC595模塊程序?qū)懗深^文件形式</p><p>　　********************************************************/</p><p>　　#ifndef _74HC595_H&l

38、t;/p><p>　　#define _74HC595_H</p><p>　　#include<intrins.h></p><p>　　#ifndef uchar</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit STcp = P0^2; /

39、/STcp 移位寄存器的時鐘脈沖輸入口</p><p>　　sbit SHcp = P0^0; //SHcp 存儲寄存器的時鐘脈沖輸入口</p><p>　　sbit DS = P0^1; //DS 串行數(shù)據(jù)輸入端</p><p>　　void send_byte(uchar dat)//發(fā)送字節(jié)程序</p><p><

40、b>　　{ </b></p><p>　　uchar i; </p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　SHcp=0;</b></p><p>　　DS=dat

41、&0x80;</p><p><b>　　dat<<=1;</b></p><p><b>　　SHcp=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p&g

42、t;　　void send_2byte(uchar dat1,uchar dat2) //595級聯(lián)，n個595，就需要發(fā)送n字節(jié)后鎖存</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　send_byte(dat2); send_byte(dat1); </p><p><b>　　} </

43、b></p><p>　　void out595()//595鎖存程序，發(fā)送數(shù)據(jù)后鎖存有效</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　STcp=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p&

44、gt;<b>　　STcp=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　#endif</b></p><p>　　/********************************************************</p><p&

45、gt;　　ADC0809主程序塊</p><p>　　********************************************************/</p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#include "74HC595.h"</p><p>　　#

46、define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　uchar code weima[]={0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};</p><p>　　uchar code duanma[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x

47、07,0x7F,0x6F,0x40};</p><p>　　sbit OE = P1^0;</p><p>　　sbit EOC = P1^1;</p><p>　　sbit ST = P1^2;</p><p>　　sbit CLK = P1^3;</p><p>　　sbit cs=P0^3;</p&g

48、t;<p>　　sbit wr=P0^4;</p><p>　　void delayms(uint ms)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　while(ms--)</p><p>

49、;<b>　　{</b></p><p>　　for(i=0;i<120;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void display(uchar x) //顯示函數(shù)</p>&

50、lt;p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for(i=0;i<4;i++,x=x/10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　send_2byte(duanma[x%10],

51、weima[i]);</p><p><b>　　out595();</b></p><p>　　delayms(1);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void init()</

52、p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD = 0x02;</p><p>　　TH0 = 0x14;</p><p>　　TL0 = 0x00;</p><p>　　IE = 0x82;</p><p><b>　　TR0 = 1;&

53、lt;/b></p><p><b>　　cs=0;</b></p><p><b>　　wr=0;</b></p><p><b>　　OE = 1;</b></p><p><b>　　EOC = 1;</b></p><p

54、><b>　　ST = 0;</b></p><p><b>　　CLK = 0;</b></p><p><b>　　//cs=0;</b></p><p><b>　　//wr=0;</b></p><p><b>　　}</b

55、></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uchar temp=0;</p><p><b>　　init();</b></p><p><b>　　while(1)</b>&l

56、t;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　display(temp) ;</p><p><b>　　P2=temp;</b></p><p><b>　　ST = 0;</b></p><p><b>　　ST = 1;<

57、;/b></p><p><b>　　ST = 0;</b></p><p>　　while(EOC == 0);</p><p>　　//if(EOC == 1)</p><p><b>　　OE = 1;</b></p><p><b>　　temp=P3

58、;</b></p><p><b>　　OE = 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer0() interrupt 1</p><p><b