微机接口技术课程设计小直流电机调速实验

1、微机接口技术课程设计说明书课题名称： 小直流电机调速实验学 院： 机械工程学院专 业： 机械设计制造及其自动化组 员： 指导老师： 日 期： 2015 年5月31日目 录1课程设计任务书 1 2说明书正文 2 2.1 前 言 2 2.2 现 状 3 2.3 任务分析与方案设计 3 2.4 系统电路原理图 5 2.5 元器件参数选择及清单 92.6 电路的调试 93. 心得体会 104. 参考文献 115. 附录 121课程设计任务书1.1 任务要求在 dais 试验台基础上设计并调试一个外接电路，能够测量和显示所测量的值，并且具有一定得控制功能，变成并完成整个开发系统。每组一题，分别由3-4

2、位同学合作完成。1.2 主要技术要求1） 实现电机的正反转控制2) 实现电机转速自动调节1.3 主要完成任务1、查找相关资料，确定课程设计方案；2、微机接口电路硬件的焊接、装配、逐步排除故障及调试；3、用 protel2004 绘制微机最小系统配置原理图；4、用 protel2004 绘制相关项目的接口原理图；5、编写有关项目的程序，并进行调试；6、按照相关项目内容要求，上机进行联调；7、编写课程设计报告。1.4 提交成果1、课程设计说明书一份(电子文档和打印稿各一份)。要求: 内容完整，图表完备，条理清晰，分析有据，计算准确。所附电路图布局合理，清洗完备，图形和符号要规范。2、所有原器件清单

3、。3、电路实体一套。要求: 该电路实体必须是经过自己安装调试 并达到性能指标要求的电路实体。1.5 时间安排5 月 25 日 分组及分配课程设计任务,查找相关资料，初拟总体方案,分发参考资料、讨论确定总方案，上机熟悉 protel2004 软件。5 月 26 日完成微机最小系统配置原理图、相关项目接口电路,原理图及各项目接口；借领工具， 、pcb 板及相关元器件。5 月 27 日5 月 30 日 各项目 pcb 板的焊接、装配、调试等工作、相关程序设计、编写及联机调试。5 月 31 日答辩及验收课程设计成果（归还所借工具，上交课程设计成果） 。6 月 1 日提交修改后的最终报告及成果。1.6

4、注意事项1、按时上下机，严禁玩游戏，主义公共卫生。2、爱护实验室内一切实验设施，违者按零分计。3、爱护借用的工具，丢失工具者按原价赔偿。故意损坏工具者按零分计，并原价赔偿。4、注意安全。下课时关闭总闸与空调，拔掉电烙铁，关好门窗。5、不准用笔在实验桌上乱写乱画，否则按零分计。6、依据阶段设计任务，按时完成；否则按零分计。2. 说明书正文2.1 前 言随着计算机的发展突飞猛进，主要电子器件相继使用了真空电子管， 晶体管， 中、小规模集成电路和大规模、超大规模集成电路，引起计算机的几次更新换代。 每一次更新换代都使计算机的体积和耗电量大大减小，功能大大增强，应用领域进一步拓宽。特别是体积小、价格低

5、、功能强的微型计算机的出现，使得计算机迅速普及，进入了制造业各个领域，在机械自动化和机电一体化应用方面发挥了很大的作用。它大量采用计算机技术进行自动控制，这使制造业各个领域的成果，效率和质量得到大幅度提高。微型计算机简称“微机”，是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。它是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出(i0)接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。 把微型计算机集成在一个芯片上即构成单片微型计算机。微型计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。其中存储器又分内存储器、外存储器；通常我们把输入设备及输出设备统称为外围设备；而运算器和控制器又称为中央处理器。

6、微机原理与接口技术课程设计能够在教材整体框架设计上强调针对不同专业群体，体现不同专业类别的需求，突出计算机基础教学的应用性。同时，充分考虑不同层次学校、 不同专业在人才培养上的差异，针对各门课程设计了面向不同对象的教材。除主要教材外，还配有必要的实验教材。从程序基本结构入手 ，由浅入深， 从给出程序和补充完整程序进行调试到自编程序上机调试通过，逐步掌握编程方法和调试方法。硬件实验由常用可编程接口芯片应用（基础性实验 ）和多片可编程接口芯片综合应用（提高性实验）两部分组成，包括设计性为主的实验和研究探索性为主的实验。 通过完成可编程芯片硬件连线与芯片的初始化编程和应用程序的设计， 使学生掌握使用

7、微机接口常用外围芯片的方法，培养学生使用常用可编程接口芯片并结合数字电子技术进行 i/o 接口设计的能力。各种微机控制系统在基本构造上是类同的，主要由微机控制器，被控对象与接口电路（输入，输出及驱动接口电路）组成。根据被控对象的不同，微机控制系统又分为闭环控制系统 （反馈控制输出信号的大小） 与开环控制系统， 学好 “微机原理与接口技术” 是掌握微机控制系统原理与技术的基础。同时微机原理与接口技术是一门很有趣的课程， 任何一个计算机系统都是一个复杂的整体，学习计算机原理是要涉及到整体的每一部分。 讨论某一部分原理时又要涉及到其它部分的工作原理。这样一来，不仅不能在短时间内较深入理解计算机的工作

8、原理， 而且也很难孤立地理解某一部分的工作原理。课程设计是培养学生综合应用所学知识， 发现、 提出、 分析和解决实际问题 、锻炼实践能力的重要环节，将理论与实践结合在一起，培养学生动手能力、创新能力及团队协作能力， 。而“微机原理与接口技术课程设计”是巩固，深化，掌握本门课程知识不可缺少的重要环节。通过本次课程设计加深对的理解和掌握。在设计程序的过程中，广泛的查阅相关资料，屏幕显示等等， 通过实践来加深对理论知识的理解，同时将自己对这门技术的理解应用在计算器的设计当中， 提高自己的专业知识水平和动手能力， 为学生将来走出校门 ，踏入社会，从事具体工作打下一定得基础。2.2 现状当前，新技术正在

9、突飞猛进地发展。微型计算机以它独恃的价格和作用无孔不入地深入各个领域,它已成为衡量一个国家现代科学技术发展的重要标志。微型计算机不但在工农业生产方面有重要的应用， 在科研设备中也有比较普遍的应用， 而且在办公自动化以及家庭生活中也已逐渐得到推广和应用。 在机械控制中 ，随着自动控制技术与计算机科学技术的快速发展， 制造业领域已大量采用计算机技术来进行自动控制， 应用微机可以大大提高产品精度、稳定产品质量和提高生产效率，这对于推进科学技术现代比,提高经济效益有着重大意义 。 微型计算机系统（micro computer system）是以微型计算机为核心，再配 以相应的外部设备、电源、辅助电路和

10、控制微型计算机工作的软件而构成的完整 的计算系统应用微机可以大大提高产品精度、稳定产品质量和提高生产效率，这对于推进科学技术现代比,提高经济效益有着重大意义。随微型计算机尤其是便携式计算机技术开始步入快速发展和普及应用 时期，在人们的生活中起到了越来越重要的作用，给人们的生产、生活提供更多 的便利和贡献。直流电动机可以通过改变电枢输入电压以及调节励磁电流实现无级调速。 因为直流电机转矩与电枢电流和励磁磁通两者的乘积成正比， 而且电枢电流和励磁磁通两者可以独立控制， 动态性能好， 所以在现代调速系统中仍然有一定的市场。直流电机具有良好而机械特性和调速特性，而且有结构简单、维护方便、运行可靠、寿命

11、长等优点，在国民经济各领域应用日益广泛。因此，采用计算机技术来控制直流电机，具有重要意义。因此微机控制直流电机这个方法必然是制造业发展的趋势， 将它们用于实际系统中，其创造性劳动在于如何用计算机的有关技术和厂家提供的各种芯片， 设计实用的电路和系统，再配上相应的应用程序，完成各种实际应用项目。同时学好微机接口技术对以后的学习乃至工作很有帮助。也给社会带来效益，给人们的生产、生活提供更多 的便利和贡献。2.3 任务分析与方案设计1） 任务分析本次课程设计要求通过键盘或开关设置实现对直流电机正反转控制及调速控制控直并用指示灯指明电机状态。该任务要求使用 8086、 8255、 dac0832 对直

12、流电机的转向和转速进行控制 ，在对 pwm 电路反复研究之后，在老师的指导下我们小组决定用 8255 的输出信号在 8086 的控制下输出高低电平来控制占空比， 从而实现转速的控制。 dac0832通过输出 0v 或 5v 来控制电机的正反转。本次课程设计要求实现对直流电机正反转控制及调速控制， 包括软件部分和硬件部分。硬件部分主要要求设计并焊接电路板，软件部分要求编写程序通过dais 试验台实现对电机的控制。 要求程序有如下功能： （1） 控制电机正反转 （2 ）控制电机转速变化 。即通过开关控制，完成电机正转快速，正转慢速，反转快速，反转慢速 4 个功能。2 ）组内任务分工硬件部分（两人）

13、xxxxx 主要负责根据图纸在 pcb 板上焊接电器元件、后期和软件同学一起调试电路。软件部分（一人）xxxx 主要负责该部分包括控制程序的编写，后期的测试和完善。3) 方案设计直流电机转速 n 的表达式为：式中：u电枢电压i电枢电流r电枢回路总电路 -每极磁通量由此可知， 直流电机的转速调节方法可分为两类：调节励磁磁通的励磁控制方法和调电枢电压的电枢控制方法。由于励磁控制方法在高速和低速是都受到限制，动态响应较差，所以这种方法用得很少。现在，大多数场合都是用电枢控制方法。绝大多数直流电机采用开关驱动方式。 开关驱动方式是使半导体器件工作在开关状态，通过脉宽调制 pwm 来控制电机电枢电压，从

14、而实现减速。在 pwm 调速时，占空比 a 是一个很重要的参数。以下三种方法都可以改变占空比的值：（1） 定宽调速法 （2） 调频调宽法 （3） 定频调宽法前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期， 当输入脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起震荡，因此这两种方法用得很少。目前，在直流电机的控制中，主要使用定频调宽法。硬件部分： （参考图一）有图得只需改变直流电机两端电压方向即可改变电机转向，接口电路中正反转切换控制模块可实现该功能通过 8255 芯片读取开关信号从而控制电机的正转和反转。利用 dac0832 芯片将输入的数字信号转换成模拟信号驱动电机转动 。8255a 的 pa0 与正

15、反转控制信号输入口直接连接，这样便能控制电机正反转。要控制电机转速变化可通过 dac0832 来实现， cpu 向 0832 输出数字量， 经 0832转换为模拟量输出，执行延时程序控制占空比，以达到控制电机转速的目的。软件部分： （参考程序）程序要实现的功能有： （1）控制电机正反转切换（2）控制电机转速变化我们通过对 8086 输入汇编程序来输出控制信号，从而对 pwm 直流电机控制电路进行控制，以实现所要求的功能。pwm 直流电机控制电路的工作原理主要是，通过输入的控制信号来控制 4 个 pnp 三极管的工作状态，是其实现开关的功能。由硬件分析可知：只需改变直流电机两端电压方向即可改变电

16、机转向 ，接口电路中正反转切换控制模块可实现该功能， 程序只需完成向正反转控制信号输入口循环输出高低电平（0 或 1）即可。因此可用 8255a 与 cpu 通信，cpu执行程序向 8255a 的 pa 口以一定时间间隔循环输出不同信号，8255a 的 pa 0与正反转控制信号输入口直接连接，这样便能控制电机正反转。要控制电机转速变化，就需改变电机电枢电压。可通过 dac0832 来实现，cpu 向 0832 输出数字量，经 0832 转换为模拟量输出，执行延时程序控制占空比，以达到控制电机转速的目的。 dac0832 的 aout 与直流电机接口电路的 pwm 信号输入口相连接。2.4 系统

17、电路原理图(1) 、电路原理图图一 直流电机控制接口电路原理图如图一所示：我们组课程设计要实现控制的如下功能： （1）控制电机正反转（2）控制电机转速变化 。即通过开关控制，完成电机正转快速，正转慢速 ，反转快速，反转慢速 4 个功能。我主要负责硬件部分，硬件部分又是主要有图一电路原理图来实现的，图中有两个接口 p1 和 p2 输入控制，p3 连接电机输出。(1)pwm 信号通道即 p1 接口输入p1 与 0832 相连接，微机输出的 pwm 信号经过插座 p1、r1 进入 u1a 同相放大电路，u1a 输出同相位的 pwm 信号分别经过 r11、r16 同时进入 q1、q2的集电极。只有当正

18、反转控制信号高电平经 u1b、u1c 电压比较器输出高电平触发 q1、q6 或 q2、q4 导通时，pwm 控制信号才能开关 q2、q5，驱使直流电机产生正反转运行。运用微机控制技术，就能非常方便地调整脉冲的占空比 ，从而实现直流电机的调速。（2）正反转信号控制即 p2 接口输入p2 与 8255 相连接，当需要直流电机正转时，微机输出高电平经 p2 的 1 脚输入反相器 u2a 输入端，u2a 输出端与反相器 u2b 的输入端相连，u2b 的输出端经电阻 r7 输入 u1b 的同相输入端。u1b 为电压比较器，其反相器输入端接着 r8、r9 的分压电阻组成 2.5v 的门槛电压。当输入电压小

19、于 2.5v 时，u1b脚输出低电平；当输入电压大于 2.5v 时，输出高电平触发 q1、q6 导通，使直流电机产生正转。同理，直流电机的反转控制由 u2a 和 u1c 组成。由于直流电机正反转控制不能同时存在，所以当 u1b 为高电时，u1c 只能是低电平。他们之间靠 u2a、u2b 互锁。图二 微机 8086 最小模式系统配置（2）程序流程图图三 软件流程图2.5 元器件清单及参数选择2.6 电路的调试1）硬件调试（1） 电路板焊接完成后， 给电路板连接上直流电动机， p1 口短接， 电源接到 12v的直流电压。为保证电板不被烧坏，电源采取从大到小慢慢上加的方式进给。（2） 通电到 8 到

20、 12 伏。 若电动机转动， 说明硬件调试成功。 若电动机未能转动 ，则说明电路在焊接上可能出现虚焊，也可能出现电阻等元件选择错误，或者某些元器件没有焊牢等等问题。 这时需要用控制变量法，用万用表对每个元器件间进行检测，找出虚焊点或用错的电阻，再进行调试。（3）p1 口通高电平（p2 口不接）电机转动，假设此时电机为正转，再通低电平 ，若电动机转向发生变化，即电动机发转，则说明电动机正反转调试成功。（4）p1 接正反转控制信号的输入，p2 接 pwm 信号的输入，电源接 12v 的直流电压，调节占空比，改变电动机电枢电压，用万用表测量电压并且记录，若电动机转速发生变化且电压越大转速越快，则说明

21、电动机转速调节成功。2）软硬件联调硬件调试通过后进行，步骤如下：（1） 按照8086最小系统配置将138译码器和dac0832相关信号引脚连接起来（如片选信号、读写控制线号、地址线、数据线等），将8255a输出口的pa0与直流电机接口电路pcb板中控制电机正反转的信号入口连接在一起，仔细检查确保无误。（2） 连接好电路后，打开dais试验台电源，启动电脑，打开相关软件，键入程序，进行编译调试，调试通过后装载运行。（3）观察电机运行情况是否符合要求，满足要求则调试通过，如未能达到要求，检查并修改程序，重新调试直至达到要求。3. 心得体会在这次课程设计中，我们确实学到了很多东西，不仅巩固了以前学到

22、的知识，而且还学到了很多书上所没有的东西。在实践中，我也发现了许多自己的不足，直流电机的硬件就是利用 0832d/a 转换电路的输出经放大后驱动直流电机。编制程序改变 0832 输出经放大后方波信号的占空比来控制电机转速.编制程序改变 8255输出的高低电频来改变直流电机的正转和反转。利用软件画电路图的时候，由于对软件和电路图原理的不熟悉，使得画图的进展很慢，再加上老师给的 8086 最小系统图还有一部分需要做修改，在框架搭完之后就停滞不前，错误无法找出，后来经过查找资料进一步的去完善。焊接电路之初一定要仔细分辨各个器件的方向，用万能表测量选取每个电阻的阻值，安电路原理图的要求排好各个器件，经

23、过多次检查在下手，焊接的时候要保留一些预留，从而保证该器件能重复使用，前期不检查，出现问题了反而会花费了很多时间，电路弄好之后再到老师那边领取芯片和接线进行调试，初次调试是把电机连接到pcb 板，给 pcb 板通电，电机转动的很顺利。接下来就是 pcb 板和实验仪的连接和软件的编写， 这一阶段是整个设计过程中遇到困难最大的，开始是调零没有调好，经过同学讲解，解决了这个问题，但是软件问题没有解决，整整两天时间毫无收获。 后来经过反复推敲终于把软件编译出来了，但是只能实现电机的变速却不能实现反转， 试验再一次陷入困境。经过老师讲解之后发现是实验仪上的输出电压没有达到要求， 实验仪上的连线也没有连接

24、好。调整完这些所有的缺陷之后，电机终于实现了正反转和调速，但是软件控制不是很到位，没有达到电压大，转速快的要求，最后发现是电板有虚焊的地方，通过万能表逐个的检测，发现了这个虚焊点，解决了问题，电机终于完成了预期的目标。此次课程设计虽然最后实现的效果不是很好，但也让我认识到，要真正地掌握一门知识，单单的学习课本是远远不够的，只有将课本内容与老师讲解付之于行动，通过实践来检验，才能确实了解到自己掌握了多少，然后查漏补缺，做到完全吸收。第二细心也是极其重要的，做这个设计不能有一点闪失，必须一步到位，不然就会花费相当长的时间去检查错误，这次设计提高了我的实际动手能力和独立思考的能力。第三团队合作很重要

25、，我们要通过多次的讨论，尝试，相互学习才能提高自己。总之，这次的课程设计我获益匪浅。4. 参考文献1周佩玲主编. 微机原理与接口技术（基于16位机），北京电子工业出版社，20042李国栋，王新中，陆志平等编.微机原理与接口技术课程设计.杭州：浙江大学出版社，20073.秦曾煌.电工学电子技术（第六版） 高等教育出版社 20044.甘登岱主编，protel dxp 电路设计与制版实用教程，人民邮电出版社2004,5.李继灿著，新编 16/32 位微型计算机原理及应用（第 3 版） ，北京：清华大学出版社，20046.张伟等编.protel dxp 入门与提高.北京：人民邮电出版社，2003.27

26、.2009-2012 年中国交直流电机行业调研与发展前景预测分析报告8.直流电机 （专利申请号 02138240.9）9.直流电机控制电路和直流电机 （专利申请号 94109517.7）10.2011-2015 年微机市场营运前景与发展战略指导报告. 5. 附录参考程序：;-小直流电机调速实验-;注意：进行本实验前，请先装载运行d/a 0v输出（调基准电压）程序ph88da_0v.asm;使d/a输出端“aout”输出电压为0v，再进行本实验。 code segmentassume cs:code,ds:code,es:code;=daport equ 0ffe0hzxk equ 0ffdch

27、zwk equ 0ffddhpa equ 0ffd8hpctl equ 0ffdbhbuff db ?,?,?,?,?,?;= org 3670hstart: mov buf,00h ;display 0832 80 mov buf+1,08h mov buf+2,03h mov buf+3,02ha1: mov dx,pctl mov al,80h out dx,al ;8255a初始化 mov al,1 mov dx,pa out dx,al call prog1 mov al,0 mov dx,pa out dx,al call prog1 jmp a1 ;主程序结束prog1: mov cx,1 ;子程序prog1开始p5: push cxp4: mov cx,200p1: push cx mov al,80h call jdal1 push cx call delay2 pop cx mov al,00h call jdal1 pop cx loop p1 ;转速1 mov cx,200p0: push cx mov