单片机控制直流电动机正反转Word文档下载推荐.docx
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2012-11-8至2012-11-14
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2012-11-15至2012-11-19
绘制整体原理图及编写程序代码
2012-11-20至2012-12-3
撰写论文
教师对进度计划实施情况总评
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年月日
本表作评定学生平时成绩的依据之一
机控制直流电动机正反
【摘要】
近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及具体应用对象特点的软件结合,以作完善。
本文从硬件和软件两方面来讲述直流电机控制过程,在控制过程中主要应用80c51、继电器和外接电路,而主要是通过键盘来对电机的运行状态进行控制,以单片机为控制部件,并通过继电器控制电机当前运行的状态。
软件方面采用c语言来进行程序设计,使指令的执行速度快,节省存储空间。
为了便于扩展和更改,软件的设计采用模块化结构,使程序设计的逻辑关系更加简洁明了,使硬件在软件的控制下协调运转。
关健词:
电动机;
控制;
正反转
Abstract:
inrecentyearsalongwithcomputerpenetrationinthesocialsphere,SCMapplicationsareconstantlydeepening,ledthetraditionalcontroltestatthesametimeeverupdated.Inreal-timedetectionandautomaticcontroloftheSCMapplicationsystem,themicrocontrollerisoftenusedasacorecomponent,onlySCMknowledgeisnotenough,shouldbebasedonspecifichardwarestructure,aswellasthecharacteristicoftheapplicationobjectofthesoftware,tomakeperfect.
Inthispaper,fromtwoaspectsofhardwareandsoftwareaboutDCmotorcontrolprocess,thecontrolprocessismainlyused80C51,relayandanexternalcircuit,butmainlythroughthekeyboardtotherunningstateofthemotortocontrol,withsinglechipmicrocomputerascontrolcomponent,andthroughtherelaytocontrolthemotorcurrentrunningstate.SoftwareusingClanguageforprogramming,sothattheinstructionexecutionspeed,savethememoryspace.Inordertofacilitatetheexpansionandthechange,thesoftwaredesignusesthemodularstructure,makethelogicrelationofdesigningprogrammoreconcise,makinghardwareunderthecontrolofsoftwarecoordination
Keywords:
motor;
control;
positiveinversion
目录
1系统概述3
1.1课题的背景及其意义3
1.2课题的内容及要求3
2系统总体设计3
2.1系统设计概述3
2.2系统总体设计框图4
3设计的理论基础4
3.18051单片机结构和原理4
3.1.18051单片机的内部组成4
3.1.28051的信号引脚6
3.1.3存储器9
3.1.4中断11
3.1.5定时/计数器12
3.2电磁继电器的结构与原理13
3.2.1概述13
3.2.2电磁继电器的工作原理和特性14
3.2.3主要技术参数14
3.3直流电动机的结构与原理15
3.3.1概述15
3.3.2直流电机的结构16
3.3.3直流电机的工作原理16
3.3.4直流电机主要技术参数:
16
四硬件设计及描述16
4.1设计思路16
4.2设计原理图17
4.3程序流程图17
结束语20
谢辞21
参考文献:
22
1系统概述
1.1课题的背景及其意义
当今,自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展,而直流驱动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。
长期以来,直流电动机因其转速调节比较灵活,方法简单,易于大范围平滑调速,控制性能好等特点,一直在传动领域占有统治地位。
它广泛应用于数控机床、工业机器人等工厂自动化设备中。
随着现代化生产规模的不断扩大,各个行业对直流电机的需求愈益增大,并对其性能提出了更高的要求。
为此,研究并制造高性能、高可靠性的直流电机控制系统有着十分重要的现实意义。
本文设计开发了一套基于单片机的直流电机正反转控制器,作为其配套的试验装置。
论文根据系统的要求完成了整体方案设计和系统选型,针对所设计的控制方案对控制系统的软、硬件设计作了详细论述。
硬件部分先作了整体设计,然后介绍了以80c51单片机为核心的硬件构成,对直流电动机正反转电路作了详细阐述。
论述了软件的设计思想和方法;
实现了对直流电动机正反转功能。
利用80c51芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计,能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。
针对直流电机运行环境恶劣、干扰严重的特点,从系统的硬件设计、软件设计等多方面进行抗干扰的综合考虑,并利用多种软件和硬件技术来提高和改善系统的抗干扰能力,有效地提高了系统的可靠性和实用性。
1.2课题的内容及要求
本设计将介绍一种基于单片机的直流电机正反转控制系统。
该系统采用以单片机为核心,通过控电磁制继电器来控制电路中开关闭合,从而使得电动机实现正反转功能。
对电动机的控制可分为正转控制和反转控制两种工作状态,以及电动机停止工作的状态。
本次设计可的主要内容是通过按键来控制直流电动机的运行状态。
2系统总体设计
2.1系统设计概述
由于直流电机的转向和流入电流的方向有关,则可以搭接外部电路,通过开关控制使得电流从直流电动机的正负级之间切换,然而要实现弱电控制强电的要求和,以确保人员的安全。
要实现控制外部电路开关可以通过80c51芯片来控制电磁继电器,电磁继电器来控制外部电路中的开关实现人员不直接接触强电的要求
2.2系统总体设计框图
图2-1系统总体框图
3设计的理论基础
本设计系统的基本组成单元包括单片机80c51、继电器、直流电动机,本章将逐一进行
3.18051单片机结构和原理
3.1.18051单片机的内部组成
8051内部有4KBROM,基本组成如图3-1所示。
图3-18051单片机结构框图
1)中央处理器(CPU)
中央处理器是单片机的核心,完成运算和控制功能。
8051的CPU能处理8位二进制数或代码。
2)内部数据存储器(内部RAM)
8051芯片中共有256个RAM单元,但其中后128单元被专用寄存器占用,能作为寄存器供用户使用的只是前128单元,用于存放可读写的数据。
因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元,简称内部RAM。
3)内部程序存储器(内部ROM)
8051共有4KB掩膜ROM,用于存放程序、原始数据或表格,因此,称之为程序存储器,简称内部ROM。
4)定时/计数器
8051共有两个16位的定时/计数器,以实现定时或计数功能,并以其定时或计数结果对计算机进行控制。
5)并行I/O口
MCS-51共有4个8位的I/O口(P0、P1、P2、P3),以实现数据的并行输入/输出。
6)串行口
8051单片机有一个全双工的串行口,以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。
该串行口功能较强,既可作为全双工异步通信收发器使用,也可作为同步移位器使用。
7)中断控制系统
8051单片机的中断功能较强,以满足控制应用的需要。
8051共有5个中断源,即外中断两个,定时/计数中断两个,串行中断一个。
全部中断分为高级和低级共两个优先级别。
8)时钟电路
8051芯片的内部有时钟电路,但石英晶体和微调电容需外接。
时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。
系统允许的晶振频率一般为6MHz和12MHz。
从上述内容可以看出,MCS-51虽然是一个单片机芯片,但作为计算机应该具有的基本部件它都包括,因此,实际上它已是一个简单的微型计算机系统了。
3.1.28051的信号引脚
8051是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片,引脚如图3-2所示。
图3-280c51引脚图
1)信号引脚介绍
(1)主电源引脚
①VCC:
+5V电源
②VSS:
地线。
(2)时钟电路引脚
XTAL1和XTAL2:
外接晶体引线端。
当使用芯片内部时钟时,此二引线端用于外接石英晶体和微调电容;
当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。
(3)控制信号引脚
①RST/VPD:
复位信号。
当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效,用以完成单片机的复位初始化操作;
当单片机掉电时,此引脚上可接备用电源,由VPD向片内RAM提供备用电源,一保持片内RAM中的数据不丢失。
②ALE/PROG:
地址锁存控制信号。
在系统扩展时,ALE用于控制把P0口输出的低8位地址锁存起来,以实现低位地址和数据的隔离。
此外,由于ALE是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲,因此,可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。
对于EPROM型单片机,在EPRAM编程期间,此引脚接收编程脉冲。
③PSEN:
片外程序存储器读选通信号输出端。
④EA/VPP:
访问程序存储控制信号。
当EA信号为低电平时,对ROM的读操作限定在外部程序存储器;
当EA信号为高电平时,对ROM的读操作是从内部程序存储器开始,并可延至外部程序存储器。
对于EPROM型单片机,在EPRAM编程期间,此引脚接上加21VEPROM编程电源VPP。
(4)I/O引脚
P0.0~P0.7:
P0口8位双向口线。
P1.0~P1.7:
P1口8位双向口线。
P2.0~P2.7:
P2口8位双向口线。
P3.0~P3.7:
P3口8位双向口线。
(5)P3口线的第二功能
P3的8条口线都定义有第二功能,详见表3-1。
表3-1P3口各引脚与第二功能表
引脚
第二功能
信号名称
P3.0
RXD
串行数据接收
P3.1
TXD
串行数据发送
P3.2
INT0
外部中断0申请
P3.3
INT1
外部中断1申请
P3.4
T0
定时/计数器0的外部输入
P3.5
T1
定时/计数器1的外部输入
P3.6
WR
外部RAM写选通
P3.7
RD
外部RAM读选通
以上把8051单片机的全部信号引脚分别以第一功能和第二功能的形式列出。
对于各种型号的芯片,其引脚的第一功能信号是相同的,所不同的只在引脚的第二功能信号。
对于9、30和31三个引脚,由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号,因此不会发生使用上的矛盾。
但是P3口的情况却有所不同,它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。
因此,在实际使用时,都是先按需要选用第二功能信号,剩下的才以第一功能的身份作数据位的输入/输出使用。
2)并行输入/输出口电路结构
单片机芯片内还有一项主要内容就是并行I/O口。
8051共有4个8位的并行I/O口,分别记作P0、P1、P2、P3。
每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。
实际上,它们已被归入专用寄存器之列,并且具有字节寻址和位寻址功能。
在访问片外扩展存储器时,低8位地址和数据由P0口分时传送,高8位地址由P2口传送。
在无片外扩展存储器的系统中,这4个口的每一位均可作为双向的I/O端口使用。
8051单片机的4个I/O口都是8位双向口,这些口在结构和特性上是基本相同的,但又各具特点。
3)时钟电路
(1)内部方式时钟电路
在8051芯片内部有一个高增益反相放大器,其输入端为芯片引脚XTAL1,其输出端为引脚XTAL2。
而在芯片的外部,XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容,从而构成一个稳定的自激振荡器,这就是单片机的时钟电路,如图3-3所示。
时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后,才成为单片机的时钟脉冲信号。
请读者特别注意时钟脉冲与振荡脉冲之间的二分频关系,否则会造成概念上的错误。
一般地,电容C1和C2取30pF左右,晶体的振荡频率范围是1.2~12MHz。
晶体振荡频率高,则系统的时钟频率也高,单片机运行速度也就快。
8051在通常应用情况下,使用振荡频率为6MHz或12MHz。
图3-3时钟振荡电路
(2)外部方式时钟电路
在由多片单片机组成的系统中,为了各单片机之间时钟信号的同步,应当引入惟一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。
这时,外部的脉冲信号是经XTAL2引脚注入,其连接如图3-4所示。
图3-4外部时钟源接法
(3)时序
时序是用定时单位来说明的。
8051的时序定时单位共有4个,从小到大依次是:
节拍、状态、机器周期和指令周期。
它们之间的关系如下:
①一个振荡脉冲的周期为节拍;
②一个状态就包含两个节拍;
③一个机器周期的宽度为6个状态;
④一条指令周期由若干个机器周期组成。
4)单片机的复位电路
单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作,复位后PC=0000H,使单片机从第一个单元取指令。
单片机复位的条件是:
必须使RST/VPD或RST引脚加上持续两个机器周期(即24个振荡周期)的高电平。
若时钟频率为12MHz,每机器周期为1 μs,则只需2μs以上时间的高电平,在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。
(1)复位后PC值为0000H,表明复位后程序从0000H
开始执行,这一点在实训中已介绍。
(2)SP值为07H,表明堆栈底部在07H。
一般需重新设置SP值。
(3)P0~P3口值为FFH。
P0~P3口用作输入口时,必须先写入“1”。
单片机在复位后,已使P0~P3口每一端线为“1”,为这些端线用作输入口做好了准备。
3.1.3存储器
1)8051内部数据存储器
8051单片机的芯片内部有RAM和ROM两类存储器,即所谓的内部RAM和内部ROM,首先分析内部RAM。
(1)内部数据存储器低128单元
8051的内部RAM共有256个单元,通常把这256个单元按其功能划分为两部分:
低128单元(单元地址00H~7FH)和高128单元(单元地址80H~FFH)。
低128单元是单片机的真正RAM存储器,按其用途划分为寄存器区、位寻址区和用户RAM区三个区域。
①寄存器区
8051共有4组寄存器,每组8个寄存单元,各组都以R0~R7作寄存单元编号。
寄存器常用于存放操作数中间结果等。
由于它们的功能及使用不作预先规定,因此称之为通用寄存器,有时也叫工作寄存器。
4组通用寄存器占据内部RAM的00H~1FH单元地址。
在任一时刻,CPU只能使用其中的一组寄存器,并且把正在使用的那组寄存器称之为当前寄存器组。
到底是哪一组,由程序状态字寄存器PSW中RS1、RS0位的状态组合来决定。
通用寄存器为CPU提供了就近存储数据的便利,有利于提高单片机的运算速度。
此外,使用通用寄存器还能提高程序编制的灵活性,因此,在单片机的应用编程中应充分利用这些寄存器,以简化程序设计,提高程序运行速度。
②位寻址区
内部RAM的20H~2FH单元,既可作为一般RAM单元使用,进行字节操作,也可以对单元中每一位进行位操作,因此把该区称之为位寻址区。
位寻址区共有16个RAM单元,计128位,地址为00H~7FH。
MCS-51具有布尔处理机功能,这个位寻址区可以构成布尔处理机的存储空间。
这种位寻址能力是MCS-51的一个重要特点。
③用户RAM区
在内部RAM低128单元中,通用寄存器占去32个单元,位寻址区占去16个单元,剩下80个单元,这就是供用户使用的一般RAM区,其单元地址为30H~7FH。
对用户RAM区的使用没有任何规定或限制,但在一般应用中常把堆栈开辟在此区中。
(2)内部数据存储器高128单元
内部RAM的高128单元是供给专用寄存器使用的,其单元地址为80H~FFH。
因这些寄存器的功能已作专门规定,故称之为专用寄存器(SpecialFunctionRegister),也可称为特殊功能寄存器。
2)8051内部程序存储器
8051的程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。
8051片内有4KB的ROM。
051的片外最多能扩展64KB程序存储器,片内外的ROM是统一编址的。
如端保持高电平,8051的程序计数器PC在0000H~0FFFH地址范围内(即前4KB地址)是执行片内ROM中的程序,当PC在1000H~FFFFH地址范围时,自动执行片外程序存储器中的程序;
当保持低电平时,只能寻址外部程序存储器,片外存储器可以从0000H开始编址。
8051的程序存储器中有些单元具有特殊功能,使用时应予以注意。
其中一组特殊单元是0000H~0002H。
系统复位后,(PC)=0000H,单片机从0000H单元开始取指令执行程序。
如果程序不从0000H单元开始,应在这三个单元中存放一条无条件转移指令,以便直接转去执行指定的程序。
还有一组特殊单元是0003H~002AH,共40个单元。
这40个单元被均匀地分为5段,作为5个中断源的中断地址区。
其中:
0003H~000AH外部中断0中断地址区
000BH~0012H定时/计数器0中断地址区
0013H~001AH外部中断1中断地址区
001BH~0022H定时/计数器1中断地址区
0023H~002AH串行中断地址区
中断响应后,按中断种类,自动转到各中断区的首地址去执行程序,因此在中断地址区中理应存放中断服务程序。
但通常情况下,8个单元难以存下一个完整的中断服务程序,因此通常也是从中断地址区首地址开始存放一条无条件转移指令,以便中断响应后,通过中断地址区,再转到中断服务程序的实际入口地址。
3.1.4中断
1)中断源
中断源是指能发出中断请求,引起中断的装置或事件。
8051单片机的中断源共有5个,其中2个为外部中断源,3个为内部中断源:
(1)INT0:
外部中断0,中断请求信号由P3.2输入。
(2)INT1:
外部中断1,中断请求信号由P3.3输入。
(3)T0:
定时/计数器0溢出中断,对外部脉冲计数由P3.4输入。
(4)T1:
定时/计数器1溢出中断,对外部脉冲计数由P3.5输入。
(5)串行中断:
包括串行接收中断RI和串行发送中断TI。
2)中断入口地址
8051的五个中断入口地址:
INT0:
0003H;
T0:
000BH;
INT1:
0013H
T1:
001BH;
串行口:
0023H
3)中断优先控制和中断嵌套
(1)中断优先控制
8051中断优先控制首先根据中断优先级,此外还规定了同一中断优先级之间的中断优先权。
其从高到低的顺序为:
INT0、INT1、T0、T1、串行口。
(2)中断嵌套
当CPU正在执行某个中断服务程序时,如果发生更高一级的中断源请求中断,CPU可以“中断”正在执行的低优先级中断,转而响应更高一级的中断,这就是中断嵌套。
中断嵌套只能高优先级“中断”低优先级,低优先级不能“中断”高优先级,同一优先级也不能相互“中断”。
3.1.5定时/计数器
1)定时/计数器控制寄存器,
(1)定时/计数器控制寄存器TCON
TCON
中断
标志
运行
INT1触发方式
触发方式
位名称
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
位地址
8FH
8EH
8DH
8CH
8BH
8AH
89H
88H
TCON低4位与外中断、有关。
高4位与定时/计数器T0、T1有关。
①TF1:
定时/计数器T1溢出标志。
②TF0:
定时/计数器T0溢出标志。
③TR1:
定时/计数器T1运行控制位。
TR1=1,T1运行;
TR1=0,T1停。
④TR0:
定时/计数器T0运行控制位。
TR0=1,T0运行;
TR0=0,T0停。
TCON的字节地址为88H,每一位有位地址,均可位操作。
(2)定时/计数器工作方式控制寄存器TMOD
TMOD用于设定定时/计数器的工作方式
低4位用于控制T0,高4位用于控制T1。
高四位控制T1
低四位控制T0
门控位
计数/定时方式选择
工作方式选择
G
C/T
M1
M0
①M1、M0:
工作方式选择位
M1M0
工作方式
功能
00
方式0
13位计数器
01
方式1
16位计数器
10
方式2
两个
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