微机原理课程设计 单片机控制直流电机.docx
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微机原理课程设计单片机控制直流电机
[目录]
第一章概述…………………………………………………………………1
第二章直流电机硬件电路设计及描述……………………………2
2.1直流电机的结构……………………………………………………2
2.2直流电机的工作原理………………………………………………2
2.3电磁关系……………………………………………………………2
2.4直流电机主要技术参数……………………………………………2
2.5直流电机的类型……………………………………………………3
2.6直流电机的特点……………………………………………………3
第三章软件设计流程…………………………………………………3
3.1程序设计流程图……………………………………………………3
3.2总电路功能介绍……………………………………………………4
3.3直流电机转速………………………………………………………4
3.4电机驱动模块的电路设计…………………………………………4
第四章源程序……………………………………………………………6
第五章总结……………………………………………………………12
参考文献………………………………………………………………………12
第一章概述
直流电机就是将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。
直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。
运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
为了推广直流电机在化工领域的使用,由于直流电机的功能已得到很大提高,因此更为人性化的设计势必在操作和显示方面。
直流电机直流电动机调速控制一般采用模拟法,对电动机的简单控制应用比较多。
简单控制是指对电动机进行启动,制动,正反转控制和顺序控制。
这类控制容易实现,并可通单片机,直流电机驱动芯片和开关元件来实现,所以本课题采用此法。
同时考虑到以前的直流电机只能通过数码管来进行简单地显示转速,且不能清楚的了解其转向,而LCD液晶显示器可以弥补这一点,并且还添加一些更为人性化的提示,这是以前的数码管所不能代替的,这必将是一个新的趋势。
直流电机的主要功能非常广泛,例如:
军事和宇航方面的雷达天线,火炮瞄准,惯性导航,卫星姿态,飞船光电池对太阳得跟踪等控制;工业方面的各种加工中心,专用加工设备,数控机床,工业机器人,塑料机械,印刷机械,绕线机,纺织机械,工业缝纫机,泵和压缩机等设备的控制;计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器,各种光盘驱动器,绘图仪,扫描仪,打印机,传真机,复印机等设备的控制;音像设备和家用电器中的录音机,录像机,数码相机,洗衣机,冰箱,电扇等的控制。
第二章直流电机硬件电路设计及描述
2.1直流电机的结构
直流电机由定子和转子两部分组成。
在定子上装有磁极(电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供),其转子由硅钢片叠压而成,转子外圆有槽,槽内嵌有电枢绕组,绕组通过换向器和电刷引出。
2.2直流电机的工作原理
直流电机电路模型,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。
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。
2.3电磁关系
2.4直流电机主要技术参数
直流电机的主要额定值有:
额定功率Pn:
在额定电流和电压下,电机的负载能力。
额定电压Ue:
长期运行的最高电压。
额定电流Ie:
长期运行的最大电流。
额定转速n:
单位时间内的电机转动快慢。
以r/min为单位。
励磁电流If:
施加到电极线圈上的电流。
2.5直流电机的类型
直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类,其中根据直流电机的用途可分为以下几种:
直流发电机(将机械能转化为直流电能)、直流电动机(将直流电能转化为机械能)、直流测速发电机(将机械信号转换为电信号)、直流伺服电动机(将控制信号转换为机械信号)。
下面以直流电动机作为研究对象。
2.6直流电机的特点
通过电刷间的电流与导体电流的性质不同;通过电刷电流为直流电流,导体电流为交变电流;电枢电势与电流反方向,称为反电势。
电磁转矩的方向与电机的转向相同,为驱动转矩。
作为电动机运行:
在直流电机的两电刷端上加上直流电压,电枢旋转,拖动生产机械旋转,输出机械能;作为发动机运行:
用原动机拖动直流电机的电枢,电刷端引出直流电动势,作为直流电源,输出电能。
第三章软件设计流程
3.1程序设计流程图
定时中断服务流程图
3.2总电路功能介绍
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。
操作开关通过中断控制直流电机的加速、减速、正转、反转、停止控制功能,并通过LCD液晶显示。
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。
3.3直流电机转速
直流电机的数学模型可用下图表示,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。
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
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。
3.4电机驱动模块的电路设计
根据直流电机的工作原理,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)
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。
所用元器件如下所示:
●1N4006:
二极管
●AT89C51:
单片机(在此并未显示)
●RES:
电阻
●MOTOR-ENCODER:
直流电机
●L298:
电机驱动芯片
●RESPACK-8:
排阻
显示程序流程图
第四章源程序
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
ACALLBUSY
MOVP1,#0C0H
ACALLENABLE
MOVDPTR,#MMTAB
ACALLBUSY
LP5:
MOVA,#00H
MOVCA,@A+DPTR
MOVP1,A
INCDPTR
ACALLDATAS
ACALLBUSY
DJNZR5,LP5
MOVDPTR,#STAB
MOVA,R2
MOVP1,A
ACALLDATAS
ACALLBUSY
MOVA,R3;显示速度的十位
MOVCA,@A+DPTR
MOVP1,A
ACALLDATAS
ACALLBUSY
MOVA,R4;显示速度的个位
MOVCA,@A+DPTR
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
ACALLBUSY
MOVP1,#00111000B;设置显示模式:
8位2行5x7点阵
ACALLENABLE
ACALLBUSY
MOVP1,#00001111B;显示器开、光标开、光标允许闪烁
ACALLENABLE
ACALLBUSY
MOVP1,#00000110B;文字不动,光标自动右移
ACALLENABLE
ACALLBUSY
MOVP1,#80H;写入显示起始地址
ACALLENABLE
RET
ENABLE:
;写入控制命令的子程序
SETBE
CLRRS
CLRRW
CLRE
RET
DATAS:
;写入数据子程序
SETBE
SETBRS
CLRRW
CLRE
RET
BUSY:
;准备写入数据
CLRE
MOVP1,#0FFH
CLRRS
SETBRW
SETBE
JBP1.7,BUSY
RET
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
SETBTR0
RETI
BUTTON:
;从控制键盘中读取操作命令
PUSHACC
CLREX0
CLREA
INCR7;
MOVA,#0FFH
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
AJMPQQ
KK0:
CJNER0,#00,MM;减速操作
AJMPQQ
MM:
MOVA,R0
SUBBA,#5
MOVR0,A
AJMPQQ
QQ:
MOVA,R0
MOVB,#5
DIVAB
MOVB,#10
DIVAB
MOVR3,A
MOVR4,B
SETBEX0
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
SETBEA
POPACC
RETI
ZZ:
SETBP0.5;正转操作
CLRP0.6
MOVR2,#2BH;正转标志"+"
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
SETBEX0
SETBEA
POPACC
RETI
FF:
CLRP0.5;反转操作
SETBP0.6
MOVR2,#2DH;反转标志"-"
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
SETBEX0
SETBEA
POPACC
RETI
WW0:
CLRP0.5;停止操作
CLRP0.6
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
SETBEX0
SETBEA
POPACC
RETI
DELAY:
;延时子程序
MOVR5,#0E0H
MM0:
MOVR6,#30H
MM1:
DJNZR6,MM1
DJNZR5,MM0
RET
TAB:
DB53H,45H,54H,20H
DB53H,50H,45H,45H;"SETSPEEDPLEASE"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"代码
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;"CURRENT:
"代码
DB3AH
END
原理图
系统仿真
第五章总结
这次课程设计是一次非常好的锻炼机会,历时一个星期左右,通过这一个星期的学习,发现了自己的很多不足,自己知识的不怎么牢固,看到了自己的实践经验更是比较缺乏,理论联系实际的能力还急需提高。
课程设计是培养学我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程.此次拔河游戏机课程设计,我仍体会颇深。
从中学到很多的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的很多的不足,自己知识的很多漏洞,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
虽然这只是一次的较简单的课程设计,可是也耗费了我们不少的心血。
无论如何,就当它是一次数电的复习课吧!
同时也作了一次很好的复习!
感激学校让我有这次学习设计的机会,让我受益匪浅,这次学习对于我们没有真正实践经验的同学来说,绝对是一次成长的机会。
参考文献
[1]单片微型计算机与接口技术,李群芳、黄建编著,电子工业出版社;
[2]单片机原理及应用,张毅刚编著,高等教育出版社;
[3]51系列单片机及C51程序设计,王建校,杨建国等编著,科学出版社;
[4]单片机原理及接口技术,李朝青编著,北京航空航天大学出版社
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