基于单片机电动车模拟驱动控制器的设计与制作.docx
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基于单片机电动车模拟驱动控制器的设计与制作
存档号:
104073229学号:
200704032030
石家庄铁路职业技术学院
毕业设计
基于单片机的电动车模拟控制器的设计与制作
系部信息工程系
专业名称电气自动化技术
指导教师史振江王福申
学生姓名乞学军
二零一零年一月
石家庄铁路职业技术学院信息工程系
2007级毕业设计(论文)总任务书
题目名称
基于单片机的电动车模拟控制器的设计与制作
课题来源
自拟
指导教师
史振江
起止日期
2009年12月14日至2010年1月8日
设计内容、主要技术参数与工作量(计算说明书、论文字数、图纸张数、外文翻译、计算机应用)
利用单片机设计一个电动车模拟控制器,要求实现以下功能:
1.通过调节电位器模拟电动车的加减速过程;
2.按动刹车按钮,能立即减速并点亮刹车指示灯;
3.转向时点亮转向指示灯。
课题要求及目标
1.通过设计使学生掌握单片机设计的一般思路和方法;
2.掌握常用单片机仿真软件的使用方法;
3.掌握常用绘图软件绘制和打印电路原理图的方法。
使用的工具软件
PROTEL99
KEIL
提交的设计资料
1.主要电路和元器件的分析论证;
2.PROTEL电路原理图;
3.程序流程图;
4.制作出电动车模拟控制器。
自动化教研室
2009年12月10日
石家庄铁路职业技术学院信息工程系
2007级毕业设计(论文)分任务书(硬件部分)
题目名称
基于单片机的电动车模拟控制器的设计与制作
课题来源
自拟
指导教师
史振江
起止日期
2009年12月14日至2010年1月8日
设计内容、主要技术参数与工作量(计算说明书、论文字数、图纸张数、外文翻译、计算机应用)
利用单片机设计一个电动车模拟控制器,要求实现以下功能:
1.通过调节电位器模拟电动车的加减速过程;
2.按动刹车按钮,能立即减速并点亮刹车指示灯;
3.转向时点亮转向指示灯。
课题要求及目标
1.通过设计使学生掌握单片机设计的一般思路和方法;
2.掌握常用单片机仿真软件的使用方法;
3.掌握常用绘图软件绘制和打印电路原理图的方法。
使用的工具软件
PROTEL99、KEIL
提交的设计资料
1.主要电路和元器件的分析论证;
2.PROTEL电路原理图;
3.调试成功的电路板。
进度计划
阶段日期
计划完成工作量
指导教师检查意见
备注
12月11日~12月17
(1周)
查阅资料,对设计课题进行分析论证,设计电路原理框图
12月18日~12月24
(1周)
选择元器件,绘制电路原理图
12月25日~12月31
(1周)
制作电路板;系统联调
1月1日~1月7
(1周)
整理论文,准备答辩
自动化教研室
2009年12月10日
摘要
本设计是以单片机为核心,设计了一个电动车模拟控制器。
利用A/D转换芯片ICL7135进行串行数据采集,把采集的数据传输到AT89S52单片机中,利用集成芯片L298给直流电动机送出信号,驱动电机转动;在通过用电位器调节速度快慢时采用了LED显示,可更直观的看出显示数字;同时在转向及刹车时,采用了发光二极管用作指示灯显示。
关键词:
集成芯片L298;A/D转换芯片;直流电动机;AT89S52单片机
目录
前言1
第1章总体设计2
1.1总体框图2
1.2软、硬件功能划分2
第2章系统硬件电路设计3
2.1信号采集电路的设计3
2.2控制电路设计5
2.3显示按键电路设计8
2.4直流电机驱动电路设计9
2.5总体电路图与引脚分配10
第3章元件清单11
第4章系统调试13
第5章毕业设计总结16
致谢17
参考文献18
附录1总体电路图19
前言
在当今时代,电力已经成为人们的朋友,不得不说电在日常生活中已经很受重视,正是由于电力的发展,人们从过去的火车改造了现在的电力机车,它不但节省了燃料,而且更加快了速度,进而电动车营运而生在人们的世界里。
正是由于电动车的发展,电动车控制器的生产则在一步步改进,不但使车速在提升,而且使用寿命也在延长。
本次设计主要是基于单片机为核心的模拟驱动控制器,它可以通过用电位器调节电动车的快慢速度,利用单片机输入信号给直流电动机送出信号,来驱动电动车的运行,此设计安全环保,质量可靠,同时使用简单方便,适合小型电动车驱动控制。
第1章总体设计
1.1总体框图
本系统结构框图如图1所示。
系统由信号采集电路、控制电路、显示按键电路和电机驱动电路等四部分组成,其工作原理:
利用电位器进行信号采集给单片机输入信号,当单片机接收到信号后输出PWM波形,驱动直流电机转动;当按下转向按键给单片机输入信号时,转向指示灯显示;当需要让电机停止时,按下刹车按键输入一个刹车信号给单片机,刹车灯显示,同时电机停止转动,完成整个电动车模拟控制器设计。
图1系统框图
1.2软、硬件功能划分
本系统利用单片机设计一个电动车模拟控制器,实现以下功能:
1、通过调节电位器模拟电动车的加减速过程;
2、按动刹车按钮,能立即减速并点亮刹车指示灯;
3、转向时点亮转向指示灯。
其中我负责完成的是电动车模拟控制器的设计与制作硬件部分:
1、信号采集电路的设计与调试;
2、控制电路的设计与调试;
3、显示按键电路的设计与调试;
4、电机驱动电路的设计与调试。
第2章系统硬件电路设计
2.1信号采集电路的设计
信号采集电路设计如图2所示。
通过电位器采集信号送到ICL7135芯片,进行A/D转换,将转换后的信号送到单片机。
图2信号采集电路图
2.1.1ICL7135芯片引脚介绍
图3ICL7135芯片引脚
ICL7135是双斜积分式4位半单片A/D转换器,28脚DIP封装。
如图3所示。
其引脚功能如下:
1、V-:
-5V电源端;
2、VREF:
基准电压输入端;
3、AGND:
模拟地;
4、INT:
积分器输入端,接积分电容;
5、AZ:
积分器和比较器反相输入端,接自零电容;
6、BUF:
缓冲器输出端,接积分电阻;
7、CREF+:
基准电容正端;
8、CREF-:
基准电容负端;
9、IN-:
被测信号负输入端;
10、IN+:
被测信号正输入端;
11、V+:
+5V电源端;
12、D1~D5:
位扫描输出端;
13、B1~B4:
BCD码输出端;
14、BUSY:
忙状态输出端;
15、CLK:
时钟信号输入端;
16、POL:
负极性信号输出端;
17、DGND:
数字地端;
18、R/H:
运行/读数控制端;
19、STR:
数据选通输出端;
20、OR:
超量程状态输出端;
21、UR:
欠量程状态输出端。
2.1.2MC1403芯片引脚介绍
图4MC1403芯片引脚
MC1403是低压基准芯片。
其引脚如图4所示。
一般用作8~12bit的D/A芯片的基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合。
输出电压:
2.5V+/-25mV;
输入电压范围:
4.5Vto40V;
输出电流:
10mA。
2.2控制电路设计
控制电路设计如图5所示。
单片机接收到采集的信号后,输出PWM波形,驱动直流电动机转动。
图5控制电路图
2.2.1单片机AT89S52芯片引脚介绍
图6AT89S52芯片引脚
AT89S52单片机采用40引脚双列直插封装(DIP)方式,各引脚功能如下:
如图6所示。
1、Vcc:
电源端。
正常工作和编程校验均为+5V。
2、Vss:
接地端。
3、外接晶振引脚XTAL1、XTAL2:
高增益反向放大器。
4、RST—复位端,若在该引脚上连续保持两个机器周期以上的高电平,单片机将完成复位。
5、Vpd—输入端,当单片机发生掉电活电源波动,电压下降到一定值时,备用电源通过Vpd端给内部RAM供电,保持其中的信息,直至单片机回复正常。
6、ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是:
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
7、PSEN—外部程序存储器的读选通信号,低电平有效。
8、EA/Vpp—EA访问外部ROM的控制信号,当访问程序存储器低4kb时,若EA信号为低电平,则访问片外ROM,若EA是高电平则访问片内ROM。
Vpp是对AT89S52的EPPROM编程时的电源输入,接+21V电压。
9、P0口(P00—P07):
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
10、P1口(P10—P17):
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
11、P2口(P20—P27):
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
12、P3口(P30—P37):
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
2.2.2MAX232芯片引脚介绍
图7MAX232芯片引脚
MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。
其引脚如图7所示。
内部结构基本可分三个部分:
第一部分是电荷泵电路。
由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。
功能是产生+12v和-12v两个电源,提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。
由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。
其中13脚(R1IN)、12脚(R1OUT)、11脚(T1IN)、14脚(T1OUT)为第一数据通道。
8脚(R2IN)、9脚(R2OUT)、10脚(T2IN)、7脚(T2OUT)为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头;DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电。
15脚DNG、16脚VCC(+5v)。
2.3显示按键电路设计
显示按键电路的设计如图8所示。
利用单片机P10针控制左转灯输入信号,P11针控制右转灯输入信号,P12针控制刹车灯信号,采用了74LS373进行锁存,进行了LED显示。
在用电位器控制电机转动快慢的信号输入时,利用了数码管显示,可以很明显的显示速度大小。
图8显示按键电路
2.4直流电机驱动电路设计
直流电机驱动电路的设计如图9所示。
因为小车电机装有减速齿轮组,考虑不需调速功能,采用市面易购的电机驱动芯片L298,该芯片是利用TTL电平进行控制,对电机的操作方便,通过改变芯片控制端的输入电平,即可以对电机进行正反转操作及停止,方便单片机的操作,亦能满足直流减速电机的要求。
图9电机驱动电路
2.4.1L298芯片引脚功能介绍
图10L298芯片引脚
L298N芯片有两个电源引脚+VS引脚和+VSS引脚。
其引脚如图10所示。
+VS引脚接+9V电源用来给电机供电,+VSS引脚接+5V电源用来给芯片供电,并作为逻辑高电平标准。
L298N芯片通过一个有四个4148二极管组成的保护电路与电机相连,保护电路主要是用来在电机开启和关闭时泄流之用。
L298各引脚功能如下:
1、SEN1、SEN2分别为两个电流反馈脚,不用时可以直接接地;
2、TPUT1、OUTPUT2分别为1Y1、1Y2输出端;
3、TPUT3、OUTPUT4分别为2Y1、2Y2输出端;
4、PUT1、INPUT2分别为1A1、1A2输入端,TTL电平兼容;
5、PUT3、INPUT4分别为2A1、2A2输入端,TTL电平兼容;
6、ENA、ENB分别为使能端,低电平禁止输出;
7、D接地;
8、VSS电源+5V;
9、VS+9V。
2.5总体电路图与引脚分配
总体电路图见附录1。
本设计中用到的单片机引脚分配:
P0口控制CA数码管显示:
P00:
接a段、第1位P04:
接e段、第5位
P01:
接b段、第2位P05:
接f段、第6位
P02:
接c段、第3位P06:
接g段、第7位
P03:
接d段、第4位P07:
接dp段
P2口控制L298电机驱动:
P20:
接L298的第5个引脚(INT1);
P21:
接L298的第7个引脚(INT2);
P22:
接L298的第10个引脚(INT3);
P23:
接L298的第12个引脚(INT4);
P24:
接L298的第6个引脚(ENA);
P25:
接L298的第11个引脚(ENB)。
P1口控制按键:
P10控制左转灯信号;P11控制右转灯信号;P12控制停止。
P0口控制LED显示:
P00:
接74LS21
(1)显示左转灯;
P01:
接74LS21
(2)显示右转灯;
P02:
接74LS21(4)显示刹车灯。
第3章元件清单
元件清单如表1所示。
表1元件清单
序号
名称
数量(个)
1
0.1uF电容
4
2
1K*8电阻排
1
3
1K-5P
1
4
1K电阻
1
5
74LS02
3
6
74LS21
1
7
74LS373
3
8
330*8电阻排
1
9
9012三极管
8
10
共阳数码管
2
11
26针
2
12
10K电阻
1
13
10UF电容
1
14
12MHZ晶振
1
15
20PF电容
2
16
AT89S52单片机
1
17
DB9串口
1
18
8针排线
2
19
10针下载线
1
20
插针
23
21
104电容
4
22
串口
1
23
端子
3
24
L298驱动芯片
1
25
10uf电容
1
26
0.47uf电容
1
27
1uf电容
2
28
220p电容
1
29
100uf电容
1
30
LED
4
31
二极管
5
32
10K电阻
4
33
1K电阻
7
34
100K电阻
2
35
27电阻
1
36
5.6K电阻
1
37
SW按键
4
38
POWER按键
1
39
18K电阻
1
40
ICL7135A/D转换芯片
1
41
CD4069
3
42
可调电位器
1
43
MAX232芯片
1
44
MC1403
1
第4章系统调试
调试步骤:
1、通电后把程序下载到单片机上,看电脑是否检测出单片机。
2、当程序存储在单片机上时,接通电源,旋转可调电位器进行速度大小调节,使电机转动,同时数码管显示速度大小。
电动机转动同时数码管显示照片如图11所示。
图11电动机转动同时数码管显示照片
3、按下左转按键,实现左灯亮。
电动车左转灯显示照片如图12所示。
图12电动车左转灯显示照片
4、按下右转按键,实现右灯亮;电动车右转灯显示照片如图13所示。
图13电动车右转灯显示照片
5、当需要停止时,按下停止按键,电机停止同时点亮指示灯。
电动车刹车灯显示照片如图14所示。
图14电动车刹车灯显示照片
第5章毕业设计总结
在完成这个课题的同时,我深刻体会到单片机在我们社会生活中的重要性,初步认识到单片机设计的整体思路以及开发的大体流程。
在设计过程中,让我有机会了解到很多单片机方面的知识,激发了我学习单片机的兴趣,更重要的是为我以后的深入学习奠定了良好的基础。
其中我负责完成的是电动车模拟控制器的设计与制作硬件部分:
1、信号采集电路的设计与调试;
2、控制电路的设计与调试;
3、显示按键电路的设计与调试;
4、电机驱动电路的设计与调试。
我记得在我做原理图时,还是很努力去做,但是当我开始进行PCB板设计时,出现了好多错误,原因是做平实没有做过的单面板,要求布线合理、美观,但是在电脑布线时出现很多交叉,但是它也有一个好处就是可以飞线,这又使我增加了信心,在通过布置板、做板、打眼、腐蚀等一系列工序后,使我学到很多技术,虽然其中出现了许多小问题,但是我还是很高兴。
虽然调试已经成功,但是我觉得我制作的电动车和现实的技术还是差很多,有好多东西都没有考虑到:
1、在电路图布线方面,布置不是怎么太合理,导致做板焊接时出现好多交叉,给调试增加了很多困难;
2、在调试时,对电源的供电不是怎么太了解,导致出现了电源不公共地的现象。
对此,我想我会在以后的学习和工作中努力进去的,进一步做到完善。
致谢
在此,特别感谢我指导老师史振江的精心指导和谆谆教诲,虽然老师平实要求很严,每天坚持上课,但是确实学到了不少东西,我更要感谢和我在一起的同学,包括我的同组同学和一些学习单片机优秀的王晓亮、李昱同学,是他们帮助了我完成了设计,同时更要感谢自动化教研组的各位老师的教导和培养,使我的设计知识更加丰富,视野更加宽广,设计更趋完善。
通过设计这套系统使我对单片机有了更进一步深刻地认识,同时也了解了单片机在人类生活和科学研究中的实际作用。
参考文献
1、赵佩华编,单片机原理及接口技术,北京:
机械工业出版社,2008年3月
2、佟云峰编,单片机原理及应用,重庆:
重庆大学出版社,2004年
3、胡幸鸣编,电机及拖动基础,北京:
机械工业出版社,2006年7月版
4、唐德州编,数字电子技术,重庆:
重庆大学出版社,2002年8月第二版
5、张中洲编,电路技术基础,重庆:
重庆大学出版社,2002年8月修订版
6、
7、
8、
9、
10、
11、
12、
13、http:
//www.study-
附录1总体电路图
石家庄铁路职业技术学院
毕业设计(论文)评定表
姓名
乞学军
学号
200704032030
存档号
104073229
系别
信息工程系
专业
电气自动化技术
班级
40732班
毕业论文(设计)题目
基于单片机的电动车模拟控制器的设计与制作
指导教师评语:
签名:
2010年1月16日
答辩委员会意见:
签名:
2010年1月16日
备注:
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- 基于 单片机 电动车 模拟 驱动 控制器 设计 制作