用单片机控制直流电动机并测量转速毕业论文

1、辽 宁 工 业 大 学 单片机及接口技术 课程设计（论文）题目： 用单片机控制直流电动机并测量转速 院（系）： 电子与信息工程学院 专业班级： 计算机101班 学 号： 学生姓名： 高晓辉 指导教师： 张军 教师职称： 副教授 起止时间：13-12-23至13-12-27 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：计算机科学与技术学 号学生姓名高晓辉专业班级计算机101班课程设计（论文）题目用单片机控制直流电动机并测量转速课程设计（论文）任务 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

2、功能，并通过LCD液晶显示。主要设计内容：硬件电路设计：1. CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2. 直流电动机驱动控制电路设计3. 电源设计软件设计：1.编程程序流程图2.程序编写要求：1、根据题目和所用的接口电路芯片设计出完整的接口电路,并用计算机绘制出电路原理图以及程序流程图。2、认真独立完成所规定的设计内容(4000字左右)，严禁相互抄袭；3、撰写、打印设计说明书一份。指导教师评语及成绩总成绩 ： 指导教师签字： 年 月 日目 录第1章 直流电动机设计方案1第2章 直流电动机的硬件设计32.2 直流电机PWM调速原理32.3 电机驱动模块的电路设计5第3章 直流电

3、机PWM控制系统设计63.1系统功能说明63.2系统程序电路图63.3直流电机控制程序6第4章 课程设计总结14参考文献15第1章 直流电动机设计方案1.1 引言本文是对直流电机PWM调速器设计的研究，主要实现对电机的控制。本课程设计主要是实现PWM调速器的加速、减速、停止等操作。并实现电路的仿真。为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱

4、动电路完成电机正反转控制.在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS

5、工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点。其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。1.2 总体方案论述直流电机PWM控制系统的主要功能包括：直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的

6、读出电机转速的大小，能够很方便的实现电机的智能控制。其间，还包括直流电机的直接清零、启动（置数）、暂停、连续功能。该直流电机系统由以下电路模块组成：振荡器和时钟电路：这部分电路主要由80C51单片机和一些电容、晶振组成。设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。设计控制部分：主要由80C51单片机的外部中断扩展电路组成。设计显示部分：包括液晶显示部分和LED数码显示部分。液晶显示部分由1602LCD液晶显示模块组成; LED数码显示部分由七段数码显示管组成。直流电机PWM控制实现部分：主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。 系统组成：直流电机PWM调速方案如图1

7、.1所示： 方案说明：直流电机PWM调速系统以AT89C2051单片机为控制核心，由命令输入模块、LCD显示模块及电机驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给直流电机驱动芯片发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正，反转控制；同时单片机不停的将从键盘读取的数据送到LCD显示模块去显示，从中不仅能读取其速度，而且能知晓其转向及一些温心提示。AT89C51直流电机驱动模块直流电机AT89C51直流电机驱动模块直流电机AT89C51直流电机驱动模块直流电机加速控制端减速控制端停止控制端LCD液晶显示P0口P2口P1口单片机图 1.1 直流电机PWM调速方案第2

8、章 直流电动机的硬件设计2.1 直流电机工作原理直流电机电路模型如图2.1所示，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abcd。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。 图2.1 直流电动机电路模型2.2 直流电机PWM调速原理（1）直流电机转速直流电机的数学模型可用图2.2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

9、矩T0均与n相反，是制动转矩。图2.2 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/Ce 式1.2式1.2中，Ce为电动势常数，是磁通量。由1.1式和1.2式得n =Ea/Ce 式1.3 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

10、电枢电压的极性，电机就反转。（2）PWM电机调速原理对于直流电机来说，如果加在电枢两端的电压脉动电流压（要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数），可以看出，在T不变的情况下，改变T1和T2宽度，得到的电压将发生变化。图2.3为施加不同占空比时实测的数据绘制所得占空比与转速的关系图。图2.3 占空比与电机转速的关系由图看出转速与占空比D并不是完全速的线性关系（图中实线），原因是电枢本身有电阻，不过一般直流电机的内阻较小，可以近视为线性关系。由此可见，改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速成，这就是直流电机PWM调速原理。2.3 电机驱动模块的电路设计根据直流电机的工作原理，从PROTEUS选取

11、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2.4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)图2.4 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，由L298芯片组装的驱动模块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

12、阻 MOTOR-ENCODER : 直流电机 L298 : 电机驱动芯片 RESPACK-8: 排阻第3章 直流电机PWM控制系统设计3.1系统功能说明直流电机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。3.2系统程序电路图图3.1 直流电机3.3直流电机控制程序ORG 0000HSJMP DISPLAYORG 0003H LJMP BUTTON ; 外部0中断入口地址ORG

13、 000BHLJMP DINGSHI ; 定时中断T0入口地址RS EQU P3.0RW EQU P3.1E EQU P3.4ORG 0030H ; 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: SETB EA ; 打开中断总开关SETB EX0 ; 打开外部中断0开关SETB IT0 ; 打开外部中断0下降沿触发MOV TMOD,#01H ; 设置定时工作方式MOV TL0,#0FFH ; 设置定时初值MOV TH0,#0FFHSETB ET0 ; 打开定时中断T0开关 CLR P0.5 CLR P0.6CLR P0.7SETB TR0 ; 定时器T0开始定时M

14、OV DPTR,#TAB ; 夜晶显示的字符首地址 MOV R0,#00H ; 脉宽的初值MOV R1,#16 ; SET SPEED PLEASE的字符个数MOV R3,#00HMOV R4,#00HLP9: LCALL CHUSHILP2:ACALL BUSYMOV A,#00HMOVC A,A+DPTRMOV P1,AACALL DATASINC DPTR DJNZ R1,LP2 LP3: CJNE R3,#00H,LP4CJNE R4,#00H,LP4SJMP LP3 LP4: MOV R7,#00H ; 中断的标志 MOV R5,#09H ; CURRENT : 的字符个数ACALL

15、 BUSYMOV P1,#0C0HACALL ENABLEMOV DPTR,#MMTABACALL BUSYLP5: MOV A,#00HMOVC A,A+DPTRMOV P1,AINC DPTRACALL DATASACALL BUSYDJNZ R5,LP5 MOV DPTR,#STABMOV A,R2MOV P1,AACALL DATASACALL BUSYMOV A,R3 ; 显示速度的十位MOVC A,A+DPTRMOV P1,AACALL DATASACALL BUSYMOV A,R4 ; 显示速度的个位MOVC A,A+DPTRMOV P1,A ACALL DATAS ; 使夜晶始

16、终显示当前电机的速度LP8: CJNE R7,#00H,LP7 ; 速度不变时等待LJMP LP8 ; 速度变时重新读入速度LP7:SJMP LP4CHUSHI: ; 使夜晶显示的一些初始设置ACALL BUSY MOV P1,#B ; 清屏并光标复位ACALL ENABLE ACALL BUSY MOV P1,#B ; 设置显示模式:8位2行5x7点阵ACALL ENABLEACALL BUSY MOV P1,#B ; 显示器开、光标开、光标允许闪烁ACALL ENABLEACALL BUSYMOV P1,#B ; 文字不动，光标自动右移ACALL ENABLEACALL BUSYMOV P

17、1,#80H ; 写入显示起始地址ACALL ENABLE RETENABLE: ; 写入控制命令的子程序SETB ECLR RSCLR RWCLR ERETDATAS: ; 写入数据子程序SETB ESETB RSCLR RWCLR ERETBUSY: ; 准备写入数据CLR EMOV P1,#0FFHCLR RSSETB RWSETB EJB P1.7,BUSYRETORG 2000HDINGSHI: ; 定时中断服务程序CPL P0.7 JNB P0.7,Z1 ; 周期一定MOV A,#0FFHSUBB A,R0 MOV TH0,ASETB TR0RETIZ1: MOV TH0,R0 ;

18、 脉宽SETB TR0RETI BUTTON: ; 从控制键盘中读取操作命令PUSH ACC CLR EX0CLR EAINC R7 ;MOV A,#0FFHMOV P2,AMOV A,P2JNB ACC.0,AA0 JNB ACC.1,KK0JNB ACC.2,ZZJNB ACC.3,FFJNB ACC.4,WW0AJMP QQAA0: CJNE R0,#0FFH, AA1 ; 加速操作AJMP QQ AA1: MOV A,R0ADD A,#5MOV R0,AAJMP QQKK0: CJNE R0,#00,MM ; 减速操作AJMP QQ MM: MOV A,R0SUBB A,#5MOV R

19、0,AAJMP QQQQ: MOV A,R0 MOV B,#5 DIV ABMOV B,#10DIV ABMOV R3,AMOV R4,BSETB EX0LCALL DELAYLCALL DELAYLCALL DELAYLCALL DELAYSETB EAPOP ACCRETIWW0: CLR P0.5 ; 停止操作CLR P0.6LCALL DELAYLCALL DELAYLCALL DELAYSETB EX0SETB EA POP ACCRETIDELAY: ; 延时子程序MOV R5,#0E0HMM0: MOV R6,#30H MM1: DJNZ R6,MM1DJNZ R5,MM0RET

20、TAB: DB 53H,45H,54H,20H DB 53H,50H,45H,45H ; SET SPEED PLEASE 代码DB 44H,20H,50H,4CHDB 45H,41H,53H,45H STAB: DB 30H,31H,32H,33HDB 34H,35H,36H,37H ; 0,1,2,3,4,5,6,7 代码DB 38H,39H,41H,42H ; 8,9,A,B,C,D,E,FDB 43H,44H,45H,46HMMTAB: DB 43H,4FH,52H,52HDB 45H,4EH,54H,20H ; CURRENT : 代码DB 3AHEND第4章 课程设计总结通过这次课程