课程设计直流电动机测速系统设计.docx
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课程设计直流电动机测速系统设计
专业课程设计
题目三
直流电动机测速系统设计
院系:
专业班级:
小组成员:
指导教师:
日期:
前言
设计题目:
直流电动机测速系统设计
描述:
利用单片机设计直流电机测速系统
具体要求:
8051单片机作为主操纵器、利用红外光传感器设计转速测量、检测直流电机速度,并显示。
元件:
STC89C5二、晶振(12MHz)、小按键、ST15一、数码管和电阻电容等
(1)负责软件及仿真调试:
要紧由完成
(2)负责电路焊接:
要紧由完成
(3)撰写报告:
要紧由完成
整体设计方案的硬件部份详细框图如图一所示:
一、转速测量方式
转速是指作圆周运动的物体在单位时刻内所转过的圈数,其大小及转变往往意味着机械设备运转的正常与否,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。
依照不同的理论方式,前后产生过模拟测速法(如离心式转速表)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)和计数测速法。
计数测速法又可分为机械式按时计数法和电子式按时计数法。
本文介绍的采纳单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统,其转速测量方式采纳的确实是电子式按时计数法。
对转速的测量事实上是对转子旋转引发的周期脉冲信号的频率进行测量。
在频率的工程测量中,电子式按时计数测量频率的方式一样有三种:
①测频率法:
在一按时刻距离t内,计数被测信号的重复转变次数N,那么被测信号的频率fx可表示为
fx=Nt
(1)
②测周期法:
在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0,那么被测信号频率fx=fc/m0,其中,fc为时钟脉冲信号频率。
③多周期测频法:
在被测信号m1个周期内,计数时钟脉冲数m2,从而取得被测信号频率fx,则fx能够表示为fx=m1fcm2,m1由测量准确度确信。
电子式按时计数法测量频率时,其测量准确度要紧由两项误差来决定:
一项为哪一项时基误差;另一项为哪一项量化±1误差。
那时基误差小于量化±1误差一个或两个数量级时,这时测量准确度要紧由量化±1误差来确信。
关于测频率法,测量相对误差为:
Er1=测量误差值实际测量值×100%=1N×100%
(2)
由此可见,被测信号频率越高,N越大,Er1就越小,因此测频率法适用于高频信号(高转速信号)的测量。
关于测周期法,测量相对误差为:
Er2=测量误差值实际测量值×100%=1m0×100%(3)
关于给定的时钟脉冲fc,当被测信号频率越低时,m0越大,Er2就越小,因此测周期法适用于低频信号(低转速信号)的测量。
关于多周期测频法,测量相对误差为:
Er3=测量误差值实际测量值100%=1m2×100%(4)
从上式可知,被测脉冲信号周期数m1越大,m2就越大,那么测量精度就越高。
它适用于高、低频信号(高、低转速信号)的测量。
但随着精度和频率的提高,采样周期将大大延长,而且判定m1也要延长采样周期,不适合实时测量。
依照以上的讨论,考虑到实际应用中需要测量的转速范围很宽,上述的转速测量方式难以知足要求,因此,研究高精度的转速测量方式,以同时适用于高、低转速信号的测量,不仅具有重要的理论意义,也是实际生产中的需要。
二、转速测量原理
一样的转速长期测量系统是预先在轴上安装一个有60齿的测速齿盘,用变磁阻式或电涡流式传感器取得一转60倍转速脉冲,再用测频的方法实现转速测量。
而临时性转速测量系统,多采纳光电传感器,从转轴上预先粘贴的一个标志上取得一转一个转速脉冲,随后利用电子倍频器和测频方式实现转速测量。
不论长期或临时转速测量,都能够在微处置器的参与下,通过测量转轴上预留的一转一齿的鉴相信号或光电信号的周期,换算出转轴的频率或转速。
即通过速度传感器,将转速信号变成电脉冲,利用微机在单位时刻内对脉冲进行计数,再通过软件计算取得转速数据。
即:
n=N/(mT)
(1)
◆n———转速、单位:
转/分钟;
◆N———采样时刻内所计脉冲个数;
◆T———采样时刻、单位:
分钟;
◆m———每旋转一周所产生的脉冲个数(通常指测速码盘的齿数)。
若是m=60,那么1秒钟内脉冲个数N确实是转速n,即:
n=N/(mT)=N/60×1/60=N
(2)
◆通常m为60。
在对转速波动较快系统或要求动态特性好而精度高的转速测控系统中,调剂周期一样很短,相应的采样周期需取得很小,使得脉冲当量增高,从而致使整个系统测量精度降低,难以知足测控要求。
提高采样速度通常就要减小采样时刻T,而T的减小会使采到的脉冲数值N下降,致使脉冲当量(每一个脉冲所代表的转速)增高,从而使得测量精度变得粗糙。
通过增加测速码盘的齿数能够提高精度,可是码盘齿数的增加会受到加工工艺的限制,同时会使转速测量脉冲的频率增高,频率的提升又会受到传感器中光电器或磁敏器或磁电器件最高工作频率的限制。
凡此各类因素限制了常规智能转速测量方式的利用范围。
而采纳本文所提出的按时分时双频率采样法,可在保证采样精度的同时,提高采样速度,充分发挥微机智能测速方式的优越性及灵活性。
系统原理图
各部份模块的功能:
①传感器:
用来对信号的采样。
②放大、整形电路:
对传感器送过来的信号进行放大和整形,在送入单片机进行数据的处置转换。
③单片机:
对处置过的信号进行转换成转速的实际值,送入LED
④LED显示:
用来对所测量到的转速进行显示。
三、最小系统的设计
一、复位电路:
MCS-51 单片机复位电路是指单片机的初始化操作。
单片机启运运行时,都需要先复位,其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确信的初始状态,并从那个状态开始工作。
因此,复位是一个很重要的操作方式。
但单片机本身是不能自动进行复位的,必需配合相应的外部电路才能实现。
图1复位电路
二、晶振电路:
晶振(图2)是晶体振荡器的简称,在电气上它能够等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络,电工学上那个网络有两个谐振点,以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振,较高的频率是并联谐振。
AT89C52单片机内部有一个用于组成振荡器的高增益反相放大器。
引脚XTAL1和XTAL2别离是此放大器的输入端和输出端。
那个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一路组成一个自激振荡器。
外接晶体谐振器和电容C1和
C2组成并联谐振电路,接在放大器的反馈回路中。
对外接电容的值尽管没有严格的要求,但电容的大小会阻碍震荡器频率的高低、震荡器的稳固性、起振的快速性和温度的稳固性。
因此,此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz,电容应尽可能的选择陶瓷电容,电容值约为30μF。
在焊接刷电路板时,晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近,以减少寄生电容,更好地保证震荡器稳固和靠得住地工作。
晶振有一个重要的参数,那确实是负载电容值,选择与负载电容值相等的并联电容,就能够够取得晶振标称的谐振频率。
图2晶振电路
3、电机操纵部份:
(如以下图)
图3:
操纵电机部份
4、最小系统的仿真:
图4:
最小系统的仿真
五、整体电路图:
图五:
整体电路图
四、电机转速操纵系统软件设计:
程序用C语言编写如下:
#include
#defineunintunsignedint///自定义变量
#defineucharunsignedchar
sbitin1=P3^0;///控制位定义
sbitin2=P3^1;
bitway=0;//正反转标志位
uchartemp;
unintcount=0;//计数定时中断累积次数
ucharcodezm[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0x00};///在程序存储区概念字型码表
ucharcodewm[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};///在程序存储区概念字位操纵码表(千、百、十、个)
unintdisp_buf[4]={11,11,11,11};///显示缓冲器
uninta;///占空比控制字
unintspeedbuf;///速度值
uninthigh1,low1,high2,low2;
voiddisplay();///子函数声明
voidpwm_out();
voiddelays(ucharn);
voidspeedscan();
voidspeedscan()
{
if(count==500)
{
TR0=0;
speedbuf=(TH0*256+TL0)*60;
TH0=0;
TL0=0;
TR0=1;
}
}
voiddisplay()
{
ucharj;
speedbuf=a*4/10;
if(way)disp_buf[0]=10;
elsedisp_buf[0]=0;
disp_buf[1]=speedbuf/100%10;
disp_buf[2]=speedbuf/10%10;
disp_buf[3]=speedbuf%10;
for(j=0;j<4;j++)
{
P2=wm[j];
P0=zm[disp_buf[j]];
delays(20);
}
}
voiddelays(ucharn)
{
uchari,j;
for(i=0;i<5;i++)
for(j=0;j } voidmain() { P0=0xff; P2=0xff; speedbuf=0; in1=0;///电机操纵的初始化 in2=0; a=950; TMOD=0X15;///定时器1为定时模式,使用方式2;定时器0为计数模式,使用方式2 TH1=0Xfe;///装定时器初值 TL1=0X0c; TH0=0;///装计数器初值 TL0=0; EA=1;///开总中断 ET0=1;///允许定时器0中断 ET1=1;///允许定时器1中断 TR0=1;///开计数器 TR1=1;///开按时器 while (1) { P1=0xff;//拉高P1口电平,读数据 temp=P1; if(temp>0xEF) {in1=0; in2=0; ET1=0; } else { ET1=1; if(temp==0xEE) {delays(40); if(temp==0xEE) {in1=1; in2=0; way=0; } } if(temp==0xED) {delays(40); if(temp==0xED) {in1=0; in2=1; way=1; } } if(temp==0xEB) {delays(40); if(temp==0xEB) {a=a+50; if(a>=950) a=950; } } if(temp==0xE7) {delays(40); if(temp==0xE7) {a=a-50; if(a<=50) a=50; } } while(P1! =0xef); } speedscan(); display(); } } voidtimer_1()interrupt3using1 { TR1=0; pwm_out(); TR1=1; } voidpwm_out() { if(way==0) {if(in1==0) { high1=(65536-a)/256; low1=(65536-a)%256; TH1=high1; TL1=low1; count++; } else { high2=(64536+a)/256; low2=(64536+a)%256; TH1=high2; TL1=low2; } in1=~in1; } else {if(in2==0) {high1=(65536-a)/256; low1=(65536-a)%256; TH1=high1; TL1=low1; count++; } else { high2=(64536+a)/256; low2=(64536+a)%256; TH1=high2; TL1=low2; } in2=~in2; } } 五、系统软件仿真图: 如图: 系统仿真图 六、心得及体会: 本次实习我与我的组员做的是直流电机测速,当教师给出题目时,咱们仍是依照以前实习的解题步骤一步步的做,第一是查找相关的资料,如PWM的工作原理。 通过两个礼拜的课程设计学习;通过对51单片机各管脚性能的了解,和用途的深刻学习;和对电机驱动的了解;数码管各个管脚显示的原理的学习;使我对整个实验布局有了大体的了解;本次课程设计我要紧负责硬件,同时对其他有所了解;硬件连接进程中使我对晶振,复位电路有了新的熟悉,还有按键进程中,通过按键改变占空比,实现对电机速度的改变,和中断对整个程序运行的阻碍;调试硬件进程中显现了数码管显示不清楚,和闪动太快,给计数带来困难;通过加上拉电阻,和对延不时刻的调剂实现软硬件的契合。 这次课程设计给我最大的体会确实是有很多东西若是不是自己亲自动手,只在书本上是学不到的,设计初期要考虑周到,不然后期会带来很多没必要要的麻烦。 尽管可能会多花一些时刻,但这比空想要有效的多。 做情形必然要细心,更要耐心,碰到问题要慢慢去检查,然后认真分析后再解决;除此之外,还要有合作精神,注重团队合作,和合作者一路做,彼此鼓舞,相互弥补不足的地方,很多难点的冲破都来自于与同窗的交流,交流使自己取得更多信息,开拓了思路,如此很多情形就成了。 本次设计把理论应用到了实践中,同时通过设计,也加深了自己对理论知识的明白得和把握,在解决困难的进程中,取得了许多专业方面的知识,拓展了视野。 提高了理论水平和实际的动手能力,学会了解决问题的方式,激发了咱们的探讨精神。 如此的课程设计是专门好的锻炼机遇,通过实验设计使我深切了解到课程设计在大学学习的重要性,课程设计增强了咱们的实践动手能力,也为大四后学期的毕业设计提供了宝贵的体会。 总的来讲这次实习,使我收成颇丰,不仅熟悉了两个软件也确实是软件keil和Proteus7Professional(其中keil用来编写C语言程序,和编译连接使之产生后缀名为hex的文件,将其烧录在软件Proteus7Professional中进行测试仿真调试)的利用方式而且更进一步的将所学的知识实践了出来,以前没有怎么接触过这两个软件,此刻发觉我需要学习的还很多,但通过这次课程设计也为以后我在实际中应用打下了良好的基础;和通过咱们的团队合作使我明白了团队的重要性,为我以后为人处世开启了明灯。 一样利用H桥电路来实现调速。 H桥驱动电路: H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。 要使电机运转,必需导通对角线上的一对三极管。 依照不同三极管对的导通情形,电流可能会从左至右或从右至左流过电机,从而操纵电机的转向。 要使电机运转,必需使对角线上的一对三极管导通。 第一次焊接时将三极管的方向弄错致使失败,后来调整成功。 通过本次课程设计,学到了许多讲义上无法学到的东西。 比如用keil将程序写入板子内,使我真正意识到单片机技术应用的普遍。 咱们学会了在网上查找各硬件资源,提供一些资料。 初期难度较大,通过求助理清思路对一个课题如何画流程图,编程序有了必然熟悉。 因此咱们在解决实际问题的时候,不但要充分利用已学的知识,更要踊跃的运用网络、图书馆等各类工具,勇于学习新的知识,因为咱们所学的知识在实际操作中是远远不足的。 通过这次课程设计,我对单片机的结构有了进一步的了解。 在生活中常常看见用电脑来操纵电机的运行,那时感觉很简单,不确实是按几个按钮来让电机变换速度么? 可这次做了那个设计以后才明白是何等不容易。 按钮不是按了就能够变速的,先要写程序,然后将程序导入单片机中,再把电机和按钮连在单片机上,才能进行操纵。 那么又多增加一个数码显示管就更麻烦了。 看起来确实是按几个按钮的简单动作,程序却要写好几十页。 这项工作不容易。 那么在焊接电路板的时候也有很多的失误,例如那个实验要连接的线比较多,如何在实验板反面布线是个大问题,既不能为了好看就布的太整齐而使随后的检查电路板造成困难也不能为了检查容易而忽略美观。 在我焊接的时候,一开始就出了大纰漏,从而致使焊接完毕以后还要再拆下来从头来。 在小小的一块电路板上对照电路图焊接电路确实不是一件容易的事,有时候眼睛看着看着就花了。 有时候手一抖就把两个盘连起来了。 焊错的时候就更麻烦了。 。 用烙铁加热再用镊子拔出来。 。 那个活一个人可不行干。 拆电阻拆线什么的就算了,拆三极管要同时加热三个管脚,一不留意就把三个管脚连接起来了。 那就麻烦大了。 。 。 值得庆幸的是,89C52和数码管都没有焊错的可能。 只是尽管艰巨,总算是完成了焊接电路,真正困难的时候此刻才开始,调试电路。 把程序下到单片机中,连接上电源,打开开关,电机不转? 数码管不显示? 什么缘故? 这些缘故就太多了。 只能从头一一检查,结果发觉一个电阻本来应该是1K欧姆,结果用成了100欧姆,两个三极管接反了。 若是能把这些问题解决掉从而完成实验就太好了。 不管怎么说,困难已经摆在眼前了,咱们只有尽力去克服,从一开始的毫无头绪到此刻的大体完成,花了大伙儿很多功夫,也学到很多东西。 可见,实践出真知这话一点不假。 在做实验前,必然要将讲义上的知识吃透,因为这是做实验的基础,不然,在教师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时刻.比如做应变片的实验,你要清楚电桥的各类接法,若是你不清楚,在做实验时才去试探,这将使你极大地浪费时刻,使你事倍功半.做实验时,必然要亲力亲为,务必要将每一个步骤,每一个细节弄清楚,弄明白,实验后,还要温习,试探,如此,你的印象才深刻,记得才牢固,不然,事后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做.做实验时,教师还会依照自己的亲躯体会,将一些讲义上没有的知识教给咱们,拓宽咱们的眼界,使咱们熟悉到这门课程在生活中的应用是那么的普遍。 通过这次直流电机测速技术的实验,使我学到了很多有效的知识,更重要的是,做实验的进程,试探问题的方式,这与做其他的实验是通用的,真正使咱们收成颇丰。 实验进程中培育了我在实践中研究问题,分析问题和解决问题的能力和培育了良好的工程素养和科学道德,例如团队精神、交流能力、独立试探、测试前沿信息的捕捉能力等;提高了自己动手能力,培育理论联系实际的作风,增强创新意识。 这次的实验跟咱们以前做的实验不同,因为我感觉这次我是真真正正的自己亲自去完成。 因此是我感觉这次实验最宝贵,最深刻的。 确实是实验的进程满是咱们学生自己动手来完成的,如此,咱们就必需要弄懂实验的原理。 在那个地址我深深体会到哲学上理论对实践的指导作用: 弄懂实验原理,而且体会到了实验的操作能力是靠自己亲自动手,亲自开动脑筋,亲自去请教他人材能取得提高的。
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