微机原理课程设计单片机控制直流电机

1、单片机课程设计微机原理及应用课 程 设 计 题 目： 直流电机控制 专 业： 数控技术 班 级： 姓 名： 学号： 成 绩： 年 月 日 目 录第一章 概述 1第2章 直流电机硬件电路设计及描述 22.1直流电机的结构 22.2直流电机的工作原理 22.3电磁关系 22.4直流电机主要技术参数 22.5直流电机的类型 32.6直流电机的特点 3第三章 软件设计流程 33.1程序设计流程图 33.2总电路功能介绍 43.3直流电机转速 43.4电机驱动模块的电路设计 4第4章 源程序 6第5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

2、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

3、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

4、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nsnsee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nsnsuu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

5、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电磁关系机械负载比较器电磁转矩（拖动转矩）交流电流直流电流反电动势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

6、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

7、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

8、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中，ce为电动势常数，是磁通量。由1.1式和1.2式得 n =ea/ce 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 : cm

9、oss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org 0000h s

10、jmp display org 0003h ljmp button ; 外部0中断入口地址 org 000bh ljmp dingshi ; 定时中断t0入口地址 rs equ p3.0 rw equ p3.1 e equ p3.4 org 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,#0ffh setb et0

11、 ; 打开定时中断t0开关 clr p0.5 clr p0.6 clr p0.7 setb tr0 ; 定时器t0开始定时 mov 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,#00h mov r4,#00h lp9: lcall chushi lp2: acall busy mov a,#00h movc a,a+dptr mov p1,a acall datas inc dptr djnz r1,lp2 lp3: cjne r3,#00h,l

12、p4 cjne r4,#00h,lp4 sjmp lp3 lp4: mov r7,#00h ; 中断的标志 mov r5,#09h ; current : 的字符个数 acall busy mov p1,#0c0h acall enable mov dptr,#mmtab acall busy lp5: mov a,#00h movc a,a+dptr mov p1,a inc dptr acall datas acall busy djnz r5,lp5 mov dptr,#stab mov a,r2 mov p1,a acall datas acall busy mov a,r3 ; 显示

13、速度的十位 movc a,a+dptr mov p1,a acall datas acall busy mov a,r4 ; 显示速度的个位 movc a,a+dptr mov p1,a acall datas ; 使夜晶始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 lp4 chushi: ; 使夜晶显示的一些初始设置 acall busy mov p1,#00000001b ; 清屏并光标复位 acall enable acall busy mov p1,#00111000b ; 设置显

14、示模式:8位2行5x7点阵 acall enable acall busy mov p1,#00001111b ; 显示器开、光标开、光标允许闪烁 acall enable acall busy mov p1,#00000110b ; 文字不动，光标自动右移 acall enable acall busy mov p1,#80h ; 写入显示起始地址 acall enable ret enable: ; 写入控制命令的子程序 setb e clr rs clr rw clr e ret datas: ; 写入数据子程序 setb e setb rs clr rw clr e ret busy:

15、 ; 准备写入数据 clr e mov p1,#0ffh clr rs setb rw setb e jb p1.7,busy ret org 2000hdingshi: ; 定时中断服务程序 cpl p0.7 jnb p0.7,z1 ; 周期一定 mov a,#0ffh subb a,r0 mov th0,a setb tr0 reti z1: mov th0,r0 ; 脉宽 setb tr0 reti button: ; 从控制键盘中读取操作命令 push acc clr ex0 clr ea inc r7 ; mov a,#0ffh mov p2,a mov a,p2 jnb acc.0

16、,aa0 jnb acc.1,kk0 jnb acc.2,zz jnb acc.3,ff jnb acc.4,ww0 ajmp qq aa0: cjne r0,#0ffh, aa1 ; 加速操作 ajmp qq aa1: mov a,r0 add a,#5 mov r0,a ajmp qq kk0: cjne r0,#00,mm ; 减速操作 ajmp qq mm: mov a,r0 subb a,#5 mov r0,a ajmp qq qq: mov a,r0 mov b,#5 div ab mov b,#10 div ab mov r3,a mov r4,b setb ex0 lcall

17、delay lcall delay lcall delay lcall delay setb ea pop acc reti zz: setb p0.5 ; 正转操作 clr p0.6 mov r2,#2bh ; 正转标志 "+" lcall delay lcall delay lcall delay setb ex0 setb ea pop acc reti ff: clr p0.5 ; 反转操作 setb p0.6 mov r2,#2dh ; 反转标志 "-" lcall delay lcall delay lcall delay setb ex0

18、setb ea pop acc reti ww0: clr p0.5 ; 停止操作 clr p0.6 lcall delay lcall delay lcall delay setb ex0 setb ea pop acc reti delay: ; 延时子程序 mov r5,#0e0h mm0: mov r6,#30h mm1: djnz r6,mm1 djnz r5,mm0 ret tab: db 53h,45h,54h,20h db 53h,50h,45h,45h ; "set speed please" 代码 db 44h,20h,50h,4ch db 45h,41h,53h,45h stab: db 30h,31h,32h,33h db 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,f" db 43h,44h,45h,46h mmtab: db 43h,4fh,52h,52h db 45h,4eh,54h,20h ; " current : " 代码 db 3ah 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