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综合实验报告电机
成 绩:
重庆邮电大学
自动化学院综合实验报告
题 目51系列单片机直流电机闭环调速实验
学生姓名:
韩 栋
班 级:
0841001
学 号:
2010213219
指导教师:
郭 鹏
完成时间:
2013年12月
一、实验名称:
51系列单片机直流电机闭环调速实验
基本情况:
用电位器上的电压大小通过单片机对0VEN温度的控制
1.学生姓名:
韩栋
2.学 号:
2010213219
3.班 级:
0841001
2、实验内容:
1.主控芯片选择:
51系列单片机单片机的基本组成:
中央处理器(CPU):
中央处理器是单片机的核心,能完成运算和控制功能。
51系列单片机能处理8位二进制数据和代码。
内部数据存贮器(内部RAM):
8051共有256个RAM,其中128个被占有寄存器占用,能作为寄存器供用户使用的只有128个单元,简称内部RAM内部程序存贮器(内部ROM):
8051共有4K掩膜ROM,用于存放程序,原始数据,表格。
称程序存贮器,简称内部ROM定时器/计数器:
8051共有2个16位定时器/计数器,以实现定时或计数功能,并以定时或计数结果对计算机进行控制。
并行I/O口:
8051共有8个I/O口P0、P1、P2、P3以实现数据的并行输出,输入。
串行I/O口:
MCS-51的一个全双工的串行口,以实现单片机与其它设备之间的串行数据传输。
该口功能较强,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。
中断控制系统:
8051共有5个中断源,外中断2个,定时器/计数中断2个,串行中断1个。
分为高级和低级两个级别。
综上所述,本项目选择应用较为普遍的80C51单片机。
851单片机一些电路的介绍和基本知识
1.时钟电路
图1 时钟电路
在设计时钟电路之前,让我们先了解下51单片机上的时钟管脚:
XTAL1(19脚):
芯片内部振荡电路输入端。
XTAL2(18脚):
芯片内部振荡电路输出端。
XTAL1和XTAL2是独立的输入和输出反相放大器,它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器,或者是器件直接由外部时钟驱动。
图2中采用的是内时钟模式,即采用利用芯片内部的振荡电路,在XTAL1、XTAL2的引脚上外接定时元件(一个石英晶体和两个电容),内部振荡器便能产生自激振荡。
一般来说晶振可以在1.2~12MHz之间任选,甚至可以达到24MHz或者更高,但是频率越高功耗也就越大。
在本实验套件中采用的11.0592M的石英晶振。
和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响,可以起到频率微调作用。
当采用石英晶振时,电容可以在20~40pF之间选择(本实验套件使用30pF);当采用陶瓷谐振器件时,电容要适当地增大一些,在30~50pF之间。
通常选取33pF的陶瓷电容就可以了。
2.复位电路
图2 复位电路
在单片机系统中,复位电路是非常关键的,当程序跑飞(运行不正常)或死机(停止运行)时,就需要进行复位。
MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(第9管脚)出现2个机器周期以上的高电平时,单片机就执行复位操作。
如果RST持续为高电平,单片机就处于循环复位状态。
复位操作通常有两种基本形式:
上电自动复位和开关复位。
图2中所示的复位电路就包括了这两种复位方式。
上电瞬间,电容两端电压不能突变,此时电容的负极和RESET相连,电压全部加在了电阻上,RESET的输入为高,芯片被复位。
随之+5V电源给电容充电,电阻上的电压逐渐减小,最后约等于0,芯片正常工作。
并联在电容的两端为复位按键,当复位按键没有被按下的时候电路实现上电复位,在芯片正常工作后,通过按下按键使RST管脚出现高电平达到手动复位的效果。
一般来说,只要RST管脚上保持10ms以上的高电平,就能使单片机有效的复位。
图中所示的复位电阻和电容为经典值,实际制作是可以用同一数量级的电阻和电容代替,读者也可自行计算RC充电时间或在工作环境实际测量,以确保单片机的复位电路可靠。
3.EA/VPP(31脚)的功能和接法
51单片机的EA/VPP(31脚)是内部和外部程序存储器的选择管脚。
当EA保持高电平时,单片机访问内部程序存储器;当EA保持低电平时,则不管是否有内部程序存储器,只访问外部存储器。
对于现今的绝大部分单片机来说,其内部的程序存储器(一般为flash)容量都很大,因此基本上不需要外接程序存储器,而是直接使用内部的存储器。
在本实验套件中,EA管脚接到了VCC上,只使用内部的程序存储器。
这一点一定要注意,很多初学者常常将EA管脚悬空,从而导致程序执行不正常。
4.P0口外接上拉电阻
51单片机的P0端口为开漏输出,内部无上拉电阻(见图3)。
所以在当做普通I/O输出数据时,由于V2截止,输出级是漏极开路电路,要使“1”信号(即高电平)正常输出,必须外接上拉电阻。
图3P0端口的1位结构
另外,避免输入时读取数据出错,也需外接上拉电阻。
在这里简要的说下其原因:
在输入状态下,从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的,但也有例外。
例如,当从内部总线输出低电平后,锁存器Q=0,Q=1,场效应管V1开通,端口线呈低电平状态。
此时无论端口线上外接的信号是低电平还是高电平,从引脚读入单片机的信号都是低电平,因而不能正确地读入端口引脚上的信号。
又如,当从内部总线输出高电平后,锁存器Q=1,Q=0,场效应管V1截止。
如外接引脚信号为低电平,从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。
所以当P0口作为通用I/O接口输入使用时,在输入数据前,应先向P0口写“1”,此时锁存器的Q端为“0”,使输出级的两个场效应管V1、V2均截止,引脚处于悬浮状态,才可作高阻输入。
总结来说:
为了能使P0口在输出时能驱动NMOS电路和避免输入时读取数据出错,需外接上拉电阻。
在本实验套件中采用的是外加一个10K排阻。
此外,51单片机在对端口P0—P3的输入操作上,为避免读错,应先向电路中的锁存器写入“1”,使场效应管截止,以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。
2.AD转换器的选择:
由于考虑到单片机的I/O口的数量有限,所以本实验选择应用广泛的串行AD转换芯片TLC2543。
TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器,使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。
由于是串行输入结构,能够节省51系列单片机I/O资源;且价格适中,分辨率较高,因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。
2TLC2543的特点:
(1)12位分辩率A/D转换器;
(2)在工作温度范围内10μs转换时间;
(3)11个模拟输入通道;
(4)3路内置自测试方式;
(5)采样率为66kbps;
(6)线性误差±1LSBmax;
(7)有转换结束输出EOC;
(8)具有单、双极性输出;
(9)可编程的MSB或LSB前导;
(10)可编程输出数据长度。
TLC2543的引脚排列及说明
TLC2543有两种封装形式:
DB、DW或N封装以及FN封装,这两种封装的引脚排列如图1,引脚说明见表1。
图4 TLC2543的封装
接口时序:
可以用四种传输方法使TLC2543得到全12位分辩率,每次转换和数据传递可以使用12或16个时钟周期。
一个片选脉冲要插到每次转换的开始处,或是在转换时序的开始处变化一次后保持为低,直到时序结束。
图2显示每次转换和数据传递使用16个时钟周期和在每次传递周期之间插入的时序,图3显示每次转换和数据传递使用16个时钟周期,仅在每次转换序列开始处插入一次时序。
图5 TLC2543引脚说明
图6 TLC2543工作时序图
3、显示模块选择:
实验选择LCD1602液晶显示器。
LCD1602液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点,在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。
1602采用标准的16脚接口,其中:
第1脚:
VSS为地电源
第2脚:
VDD接5V正电源
第3脚:
V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度
第4脚:
RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚:
RW为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。
当
RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚:
E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。
第7~14脚:
D0~D7为8位双向数据线。
第15~16脚:
空脚
4、电机驱动模块选择:
L298N为SGS-THOMSONMicroelectronics所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片(DualFull-BridgeDriver),内部包含4信道逻辑驱动电路,是一种二相和四相步进电机的专用驱动器,可同时驱动2个二相或1个四相步进电机,内含二个H-Bridge的高电压、大电流双全桥式驱动器,接收标准TTL逻辑准位信号,可驱动46V、2A以下的步进电机,且可以直接透过电源来调节输出电压;此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号。
L298与单片机的线路图:
图7 驱动电路L298
图8 单片机线路图
5.键盘输入模块选择:
本实验选择简易广泛的4X4矩阵键盘输入参数。
图9 4X4矩阵键盘
6.工作原理:
实验启动后,通过调节滑动变阻器得到一个电压值,AD转换器转换电压换算成速度,即设定的速度值;输入PID参数;单片机通过外部中断检测直流电机编码器所产生的脉冲数;再通过PID算法所计算出的值来计算驱动直流电机的占空比;从而可以调节直流电机的速度。
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- 综合 实验 报告 电机