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软件设计:
1.编程程序流程图2.程序编写
要求:
1、根据题目和所用的接口电路芯片设计出完整的接口电路,并用计算机绘制出电路原理图以及程序流程图。
2、认真独立完成所规定的设计内容(4000字左右),严禁相互抄袭;
3、撰写、打印设计说明书一份。
指导教师评语及成绩
总成绩:
指导教师签字:
年月日
目录
第1章直流电动机设计方案1
第2章直流电动机的硬件设计3
2.2直流电机PWM调速原理3
2.3电机驱动模块的电路设计5
第3章直流电机PWM控制系统设计6
3.1系统功能说明6
3.2系统程序电路图6
3.3直流电机控制程序6
第4章课程设计总结14
参考文献15
第1章直流电动机设计方案
1.1引言
本文是对直流电机PWM调速器设计的研究,主要实现对电机的控制。
本课程设计主要是实现PWM调速器的加速、减速、停止等操作。
并实现电路的仿真。
为实现系统的微机控制,在设计中,采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分,配以各种显示、驱动模块,实现对电动机转速参数的显示和测量;
由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。
采用带中断的独立式键盘作为命令的输入,单片机在程序控制下,不断给光电隔离电路发送PWM波形,H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中,采用PWM调速方式,通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压,进而实现对电动机的调速。
设计的整个控制系统,在硬件结构上采用了大量的集成电路模块,大大简化了硬件电路,提高了系统的稳定性和可靠性,使整个系统的性能得到提高。
20世纪80年代中期以后,Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家,如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。
这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品,准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。
这些兼容机与8051的系统结构(主要是指令系统)相同,采用CMOS工艺,因而,常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机,它们对8051单片机一般都作了一些扩充,更有特点。
其功能和市场竞争力更强,不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机,因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。
MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。
它们的引脚及指令系统相互兼容,主要在内部结构上有些区别。
目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类:
基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。
1.2总体方案论述
直流电机PWM控制系统的主要功能包括:
直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转,并且可以调整电机的转速,还可以方便的读出电机转速的大小,能够很方便的实现电机的智能控制。
其间,还包括直流电机的直接清零、启动(置数)、暂停、连续功能。
该直流电机系统由以下电路模块组成:
振荡器和时钟电路:
这部分电路主要由80C51单片机和一些电容、晶振组成。
设计输入部分:
这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。
设计控制部分:
主要由80C51单片机的外部中断扩展电路组成。
设计显示部分:
包括液晶显示部分和LED数码显示部分。
液晶显示部分由1602LCD液晶显示模块组成;
LED数码显示部分由七段数码显示管组成。
直流电机PWM控制实现部分:
主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。
系统组成:
直流电机PWM调速方案如图1.1所示:
方案说明:
直流电机PWM调速系统以AT89C2051单片机为控制核心,由命令输入模块、LCD显示模块及电机驱动模块组成。
采用带中断的独立式键盘作为命令的输入,单片机在程序控制下,定时不断给直流电机驱动芯片发送PWM波形,H型驱动电路完成电机正,反转控制;
同时单片机不停的将从键盘读取的数据送到LCD显示模块去显示,从中不仅能读取其速度,而且能知晓其转向及一些温心提示。
图1.1直流电机PWM调速方案
第2章直流电动机的硬件设计
2.1直流电机工作原理
直流电机电路模型如图2.1所示,磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体,圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd。
当线圈中流过电流时,线圈受到电磁力作用,从而产生旋转。
根据左手定则可知,当流过线圈中电流改变方向时,线圈的受方向也将改变,因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。
图2.1直流电动机电路模型
2.2直流电机PWM调速原理
(1)直流电机转速
直流电机的数学模型可用图2.2表示,由图可见电机的电枢电动势Ea的正方向与电枢电流Ia的方向相反,Ea为反电动势;
电磁转矩T的正方向与转速n的方向相同,是拖动转矩;
轴上的机械负载转矩T2及空载转矩T0均与n相反,是制动转矩。
图2.2直流电机的数学模型
根据基尔霍夫第二定律,得到电枢电压电动势平衡方程式1.1:
U=Ea-Ia(Ra+Rc)……………………………………………式1.1
式1.1中,Ra为电枢回路电阻,电枢回路串联保绕阻与电刷接触电阻的总和;
Rc是外接在电枢回路中的调节电阻。
由此可得到直流电机的转速公式为:
n=Ua-IR/CeΦ……………………………………………式1.2
式1.2中,Ce为电动势常数,Φ是磁通量。
由1.1式和1.2式得
n=Ea/CeΦ………………………………………………式1.3
由式1.3中可以看出,对于一个已经制造好的电机,当励磁电压和负载转矩恒定时,它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定,电枢电压越高,电机转速就越快,电枢电压降低到0V时,电机就停止转动;
改变电枢电压的极性,电机就反转。
(2)PWM电机调速原理
对于直流电机来说,如果加在电枢两端的电压脉动电流压(要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数),可以看出,在T不变的情况下,改变T1和T2宽度,得到的电压将发生变化。
图2.3为施加不同占空比时实测的数据绘制所得占空比与转速的关系图。
图2.3占空比与电机转速的关系
由图看出转速与占空比D并不是完全速的线性关系(图中实线),原因是电枢本身有电阻,不过一般直流电机的内阻较小,可以近视为线性关系。
由此可见,改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速成,这就是直流电机PWM调速原理。
2.3电机驱动模块的电路设计
根据直流电机的工作原理,从PROTEUS选取元器件如下,放置元器件、放置电源和地]连线,我们参此设计的直流电机驱动模块电路如图2.4所示
●2SK1058:
CMOSS管
●74L26:
三太门
●1N4006:
二极管
●VSCOURCE:
电源
●MOTOR-ENCODER:
直流电机
●RES:
电阻
●AT89C51:
单片机(在此并未显示)
图2.4直流电机驱动电路
然而考虑市场的行情,既然已有专门地为电机驱动而设计的芯片,就没必要再从新来设计;
选用L298芯片来构成的电路结构基本上跟上图一样,由L298芯片组装的驱动模块所用元器件如下所示:
●L298:
电机驱动芯片
●RESPACK-8:
排阻
第3章直流电机PWM控制系统设计
3.1系统功能说明
直流电机PWM调制控制系统具有加速、减速、正转、反转、停止控制功能。
振荡、时钟电路和复位电路由80C51单片机内部给出。
直流电机转动速度由LCD液晶显示。
操作开关状态由液晶显示器显示。
3.2系统程序电路图
图3.1直流电机
3.3直流电机控制程序
ORG0000H
SJMPDISPLAY
ORG0003H
LJMPBUTTON;
外部0中断入口地址
ORG000BH
LJMPDINGSHI;
定时中断T0入口地址
RSEQUP3.0
RWEQUP3.1
EEQUP3.4
ORG0030H;
此次直流电机的设计以LCD字符夜晶的
;
显示程序为主程序
DISPLAY:
SETBEA;
打开中断总开关
SETBEX0;
打开外部中断0开关
SETBIT0;
打开外部中断0下降沿触发
MOVTMOD,#01H;
设置定时工作方式
MOVTL0,#0FFH;
设置定时初值
MOVTH0,#0FFH
SETBET0;
打开定时中断T0开关
CLRP0.5
CLRP0.6
CLRP0.7
SETBTR0;
定时器T0开始定时
MOVDPTR,#TAB;
夜晶显示的字符首地址
MOVR0,#00H;
脉宽的初值
MOVR1,#16;
"
SETSPEEDPLEASE"
的字符个数
MOVR3,#00H
MOVR4,#00H
LP9:
LCALLCHUSHI
LP2:
ACALLBUSY
MOVA,#00H
MOVCA,@A+DPTR
MOVP1,A
ACALLDATAS
INCDPTR
DJNZR1,LP2
LP3:
CJNER3,#00H,LP4
CJNER4,#00H,LP4
SJMPLP3
LP4:
MOVR7,#00H;
中断的标志
MOVR5,#09H;
CURRENT:
的字符个数
MOVP1,#0C0H
ACALLENABLE
MOVDPTR,#MMTAB
LP5:
INCDPTR
DJNZR5,LP5
MOVDPTR,#STAB
MOVA,R2
MOVA,R3;
显示速度的十位
MOVA,R4;
显示速度的个位
MOVP1,A
ACALLDATAS;
使夜晶始终显示当前电机的速度
LP8:
CJNER7,#00H,LP7;
速度不变时等待
LJMPLP8;
速度变时重新读入速度
LP7:
SJMPLP4
CHUSHI:
使夜晶显示的一些初始设置
ACALLBUSY
MOVP1,#00000001B;
清屏并光标复位
ACALLENABLE
MOVP1,#00111000B;
设置显示模式:
8位2行5x7点阵
MOVP1,#00001111B;
显示器开、光标开、光标允许闪烁
MOVP1,#00000110B;
文字不动,光标自动右移
MOVP1,#80H;
写入显示起始地址
RET
ENABLE:
写入控制命令的子程序
SETBE
CLRRS
CLRRW
CLRE
DATAS:
写入数据子程序
SETBRS
BUSY:
准备写入数据
MOVP1,#0FFH
SETBRW
JBP1.7,BUSY
ORG2000H
DINGSHI:
;
定时中断服务程序
CPLP0.7
JNBP0.7,Z1;
周期一定
MOVA,#0FFH
SUBBA,R0
MOVTH0,A
SETBTR0
RETI
Z1:
MOVTH0,R0;
脉宽
RETI
BUTTON:
从控制键盘中读取操作命令
PUSHACC
CLREX0
CLREA
INCR7;
MOVP2,A
MOVA,P2
JNBACC.0,AA0
JNBACC.1,KK0
JNBACC.2,ZZ
JNBACC.3,FF
JNBACC.4,WW0
AJMPQQ
AA0:
CJNER0,#0FFH,AA1;
加速操作
AJMPQQ
AA1:
MOVA,R0
ADDA,#5
MOVR0,A
KK0:
CJNER0,#00,MM;
减速操作
MM:
SUBBA,#5
QQ:
MOVA,R0
MOVB,#5
DIVAB
MOVB,#10
MOVR3,A
MOVR4,B
SETBEX0
LCALLDELAY
SETBEA
POPACC
WW0:
CLRP0.5;
停止操作
SETBEA
DELAY:
延时子程序
MOVR5,#0E0H
MM0:
MOVR6,#30H
MM1:
DJNZR6,MM1
DJNZR5,MM0
TAB:
DB53H,45H,54H,20H
DB53H,50H,45H,45H;
代码
DB44H,20H,50H,4CH
DB45H,41H,53H,45H
STAB:
DB30H,31H,32H,33H
DB34H,35H,36H,37H;
0,1,2,3,4,5,6,7"
DB38H,39H,41H,42H;
8,9,A,B,C,D,E,F"
DB43H,44H,45H,46H
MMTAB:
DB43H,4FH,52H,52H
DB45H,4EH,54H,20H;
"
DB3AH
END
第4章课程设计总结
通过这次课程设计,我得到了一次非常好的锻炼机会,在这一个星期左右的时间里,我和我的团队在老师的指导下,一步一步从完全不懂到最后的实物制造。
通过这一个星期的学习,发现了自己的很多不足,自己知识的不牢固,知识面太狭窄。
看到了自己的实践经验更是缺乏,理论联系实际的能力急需提高。
这次的课程设计也让我看到了团队的力量,我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必须发扬团结协作的精神。
团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。
而这次设计也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。
这次设计就我个人而言,除了认识自己的许多不足,还有很多经验值得以后学习。
就比如说在这次实验中遇到的问题,如电机在测速模块中,假如电机在运行的过程不稳定,特别是在换向过程很容易产生误脉冲。
经过小组的共同努力也克服了一些困难,同时自己也学会了很多软件的使用和程序调试的小技巧,可以说是让我受益匪浅。
当今社会科技日新月异,数字系统的更新换代速度不断加快,因此仅仅满足教学上的内容还远远不够,必须及时汲取新的知识充实自己这样在以后的工作生活中才会更加容易的面对种种困难。
参考文献
[1]梅丽凤.单片机原理及接口技术,北京:
清华大学出版社,2004:
19-48,81-93
[2]何立民.单片机应用系统设计,北京:
航空航天大学出版社,1990:
45—56
[3]张毅刚.单片机原理及应用,北京:
高等教育出版社,2003:
126—135
[4]顾兴源.计算机控制系统,北京:
冶金工业出版社,1981:
25—40
[5]张毅刚.单片机原理及接口技术.北京:
人民邮电出版社,2008:
53-70
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