直流电机微型计算机速度控制系统方案Word文档格式.docx
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1.38086CPU介绍4
1.48255A芯片6
1.574LS48芯片7
1.674LS373芯片8
1.7L298芯片介绍8
2系统硬件设计9
2.1各部分电路详细原理图10
2.1.1显示驱动电路10
2.1.2电机驱动电路11
2.1.38086控制电路12
2.1.48255控制电路13
3系统的软件设计14
3.1总体设计思路14
3.2按键检测子程序流程图16
4运行结果与分析18
课程设计感想及体会21
参考文献22
附录:
源程序23
直流电机微型计算机速度控制系统的设计
1直流电机及主要芯片介绍
1.1直流电机的工作原理
直流励磁的磁路在电工设备中的应用,除了直流电磁铁<
直流继电器、直流接触器等)外,最重要的就是应用在直流旋转电机中。
在发电厂里,同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等,都是直流发电机;
锅炉给粉机的原动机是直流电动机。
此外,在许多工业部门,例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等,通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。
直流电动机的工作原理很直观,给两个电刷加上直流电源,有直流电流从电刷A流入,经过线圈abcd,从电刷B流出,根据电磁力定律,载流导体ab和cd收到电磁力的作用,其方向可由左手定则判定,两段导体受到的力形成了一个转矩,使得转子逆时针转动;
如果转子转到一定位置,电刷A和换向片2接触,电刷B和换向片1接触,直流电流从电刷A流入,在线圈中的流动方向是dcba,从电刷B流出。
此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定,它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。
电枢一经转动,由于换向器配合电刷对电流的换向作用,直流电流交替地由线圈边ab和cd流入,使线圈边只要处于N极下,其中通过电流的方向总是由电刷A流入的方向,而在S极下时,总是从电刷B流出的方向,这就保证了每个磁极下线圈边中的电流始终是一个方向,这样的结构,就可使电动机连续旋转。
1.2直流电机的调速方法
根据直流电机的基本原理,由感应电势、电磁转矩以及机械特性方程式可知,直流电动机的调速方法有三种:
<
1)调节电枢供电电压U。
改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压,从电动机额定转速向下变速,属恒转矩调速方法。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说,这种方法最好。
变化遇到的时间常数较小,能快速响应,但是需要大容量可调直流电源。
2)改变电动机主磁通。
改变磁通可以实现无级平滑调速,但只能减弱磁通进行调速<
简称弱磁调速),从电机额定转速向上调速,属恒功率调速方法。
变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多,响应速度较慢,但所需电源容量小。
3)改变电枢回路电阻。
在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法,设备简单,操作方便。
但是只能进行有级调速,调速平滑性差,机械特性较软;
空载时几乎没什么调速作用;
还会在调速电阻上消耗大量电能。
改变电阻调速缺点很多,目前很少采用,仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。
弱磁调速范围不大,往往是和调压调速配合使用,在额定转速以上作小范围的升速。
因此,自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主,必要时把调压调速和弱磁调速两种方法配合起来使用。
1.38086CPU介绍
Intel8086是一个由Intel于1978年所设计的16位微处理器芯片,是x86架构的鼻祖。
不久,Intel8088就推出了,拥有一个外部的8位数据总线,允许便宜的芯片用途。
它是以8080和8085(它与8080有组合语言上的原始码兼容性>
的设计为基础,拥有类似的寄存器组,但是数据总线扩充为16位。
总线界面单元(BusInterfaceUnit>
透过6字节预存(prefecth>
的队列(queue>
喂指令给执行单元(ExecutionUnit>
,所以取指令和执行是同步的,8086CPU有20条地址线,可直接寻址1MB的存储空间,每一个存储单元可以存放一个字节<
8位)二进制信息。
为了便于对存储器进行存取操作,每一个存储单元都有一个惟一的地址与之对应,其地址范围用十进制表示为0~1048575,用十六进制表示为00000H~FFFFFH。
Intel8086拥有四个16位的通用寄存器,也能够当作八个8位寄存器来存取,以及四个16位索引寄存器(包含了堆栈指标>
。
资料寄存器通常由指令隐含地使用,针对暂存值需要复杂的寄存器配置。
它提供64K8位元的输出输入(或32K16位元>
,以及固定的向量中断。
大部分的指令只能够存取一个内存位址,所以其中一个操作数必须是一个寄存器。
运算结果会储存在操作数中的一个。
Intel8086有四个内存区段(segment>
寄存器,可以从索引寄存器来设定。
区段寄存器可以让CPU利用特殊的方式存取1MB内存。
8086把段地址左移4位然后把它加上偏移地址。
大部分的人都认为这是一个很不好的设计,因为这样的结果是会让各分段有重叠。
尽管这样对组合语言而言大部分被接受(也甚至有用>
,可以完全地控制分段,,使在编程中使用指针(如C编程语言>
变得困难。
它导致指针的高效率表示变得困难,且有可能产生两个指向同一个地方的指针拥有不同的地址。
更坏的是,这种方式产生要让内存扩充到大于1MB的困难。
而8086的寻址方式改变让内存扩充较有效率。
在这个系统中,8086作为整个系统的主控芯片,用来控制协调整个系统的工作如图所示就是仿真中的8086芯片的模型,这里隐藏了8086的VCC和GND两个引脚。
如图1-1
图1-18086引脚图
1.48255A芯片
图1-28255A引脚图
8255A在使用前要写入一个方式控制字,选择A、B、C三个端口各自的工作方式,共有三种。
方式0:
基本的输入输出方式,即无须联络就可以直接进行的I/O方式。
其中A、B、C口的高四位或低四位可分别设置成输入或输出。
方式1:
选通I/O,此时接口和外围设备需联络信号进行协调,只有A口和B口可以工作在方式1,此时C口的某些线被规定为A口或B口与外围设备的联络信号,余下的线只有基本的I/O功能,即只工作在方式0.
方式2:
双向I/O方式,只有A口可以工作在这种方式,该I/O线即可输入又可输出,此时C口有5条线被规定为A口和外围设备的双向联络线,C口剩下的三条线可作为B口方式1的联络线,也可以和B口一起方式0的I/O线。
8255A是一个并行输入、输出器件,具有24个可编程设置的I/O口,包括3组8位的I/O为PA口、PB口、PC口,又可分为2组12位的I/O口:
A组包括A口及C口高4位,B组包括B口及C组的低4位。
A口可以设置为方式0、方式1、方式2,B口与C口只能设置为方式0或方式1.
RESET:
复位输入线,当该输入端处于高电平时,所有内部寄存器<
包括控制寄存器)均被清除,所有I/O口均被置成输入方式。
CS:
芯片选择信号线,当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中,允许8255与CPU进行通讯。
/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输.
RD:
读信号线,当这个输入引脚为低跳变沿时,即/RD产生一个低脉冲且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息,即CPU从8255读取信息或数据。
WR:
写入信号,当这个输入引脚为低跳变沿时,即/WR产生一个低脉冲且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。
D0~D7:
三态双向数据总线,8255与CPU数据传送的通道,当CPU执行输入输出指令时,通过它实现8位数据的读/写操作,控制字和状态信息也通过数据总线传送。
当A1=0,A0=0时,PA口被选择。
当A1=0,A0=1时,PB口被选择。
当A1=1,A0=0时,PC口被选择。
当A1=1.A0=1时,控制寄存器被选择。
1.574LS48芯片
74LS48是一个译码芯片,可以将BCD码转换成7段数码管的地址码,因此经常用来驱动4位或单独一位的7段数码管显示电路。
输出高电平有效。
举一个例子:
假设需要输出数字“1”,2进制的编码为0001B,那么就将0001,4个电平分别送入74LS48的DCBA口,那么就输出了一个“0110000”的编码,如果不加入反相器就需要用共阴极的7段数码管,这样bc两段就点亮了,在数码管显示器上就显示一个“1”,如果用共阳极的7段数码管,还需要在74LS48的输出段加入反相器。
74LS48可以译码0~15编码。
这里的系统只需要输出数字,因此,完全可以满足要求,这里要注意的就是,74LS48只能完成一位7段数码管的驱动,因此,还需要产生位选信号,选择相应的位,然后再显示相应的数,位选信号这里用8255来产生,因为这里只需要4位就可以显示数字,那么8255剩下的4位就可以产生位选信号,这样可以控制4位7段数码管的循环滚动显示。
1.674LS373芯片
74LS373为三态输出的八D透明锁存器,共有54S373和74LS373两种线路。
74LS373的输出端Q0~Q7可直接与总线相连。
当三态允许控制端OE为低电平时,Q0~Q7为正常逻辑状态,可用来驱动负载或总线。
当OE为高电平时,Q0~Q7呈高阻态,即不驱动总线,也不为总线的负载,但锁存器内部的逻辑操作不受影响。
当锁存允许端LE为高电平时,O随数据D而变。
当LE为低电平时,Q被锁存在已建立的数据电平。
当LE端施密特触发器的输入滞后作用,使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。
在本次的系统中,OE端接地,LE端与8086CPU的ALE管脚相连,来达到地址锁存的目的。
1.7L298芯片介绍
L298芯片是用来驱动直流电动机的。
L298是SGS公司的产品,内部包含4通道逻辑驱动电路。
L298可以直接对电机进行控制,无需隔离电路通过改变控制端的电平即可对电机执行正反转,停止的操作,非常方便,异能满足直流减速电机的大电流要求。
这里我用到了L298的一个输入输出端,来驱动一台电机。
图1-3L298管脚图
上面是在系统仿真中L298的管脚图,如图1-3。
2系统硬件设计
设计要求:
设计一个直流电机微型计算机速度控制系统,学习直流电机的速度控制和测试方法。
定义8个键盘按键:
5个为数字键1~5;
3个功能键:
设置SET、清零CLR、开始START;
显示器上的四位可显示每
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