智能电机转速控制显示系统设计

电子技术课程设计题目：智能电机转速限制显示系统设计学院计算机与通信工程学院专业学号姓名LeiKe指导老师leike摘要当今社会，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着特别重要的作用。直流电机作为最常见的一种电机，具有特别优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简洁的限制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了广泛的应用。我希望通过对电子电路设计及制作课程设计等环节，力求达到以下作用和目的：即进一步驾驭模拟数字电子技术的理论学问，培育工程设计实力和综合分析问题、解决问题的实力；基本驾驭常用电子电路的一般设计方法，提高对电子电路的设计和试验实力；熟识并学会运用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下肯定基础。以下设计是以单片机为核心设计一个电动机转速测定以及数据显示系统，要求对转速范围在0—166r/min的直流调速电动机进行测量并显示，转速数据显示精度要达到转速个位数和加速、减速、定速、电机正转和反转的实时限制。本设计运用12V直流电机，将直流电机测速装置产生的脉冲信号输入到单片机外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行计数，调用计算公式计算出每秒的转速。调用显示程序在数码管上，其主要内容是单片机部分主要完成转速的测量，数码管显示部分主要把转速显示出来，显示范围在0—166r/min之间。关键词：直流电机单片机转速限制数据显示目 录摘要 2目 录 31.引言...................................................42总体设计.................................................52.1基本原理 52.2系统总体框图及设计思路 63.具体设计 63.1硬件设计 73.2 软件设计. 8程序设计思路 83.2.2程序流程图 93.2.3程序代码 114.系统调试及分析 155.心得体会 16参考文献 171.引言电子计技术的高速发展，促使直流电动机逐步从模拟化向数字化转变，特殊是单片机技术的应用，使直流电机调速技术进入到一个新的阶段。直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在很多须要调速或快速正反向的电力拖动中得到广泛应用。从限制角度来看，直流调速还是沟通拖动系统的基础。早期直流电动机的限制以模拟电路为基础，采纳运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，限制系统的硬件部分特别困难，功能单一，而且系统特别不敏捷、调试困难。随着单片机技术的日新月异，使得很多限制功能以及算法可以采纳技术来完成，为直流电机的限制供应了更大的敏捷性，并使系统能达到更高的性能。在传统的生产行业中，常常会遇到须要测量转速的场合并且显示其转速及瞬时转速。在现代化的工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，须要各种各样的生产机械，拖动各种生产机械运转，可以采纳气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有限制简洁、调整性能好、损耗小、经济。能实现远距离限制等一系列优点，因此大多数机械都采纳电力拖动。依据电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动和沟通电力拖动两大类。早期的生产机械如通用机床、风机、泵等不要求调速或调速要求不高，以电磁式电器组成的简洁交、直流电力拖动即可以满意。随着工业技术的发展，对电力拖动的静态与动态限制性能都有了较高的要求，具有反馈限制的直流电力拖动以其优越的性能曾一度占据了可调速与可逆电力拖动的绝大部分应用场合。自20年头以来，可调速直流电力拖动较多采纳的是直流发电机-电动机系统,并以电机扩大机、磁放大器作为其限制元件。电力电子器件独创后，以电子元件限制、由可控整流器供电的直流电力拖动系统渐渐取代了直流发电机-电动机系统,并发展到采纳数字电路限制的电力拖动系统。这种电力拖动系统具有精密调速和动态响应快等性能。这种以弱电限制强电的技术是现代电力拖动的重要特征和趋势。沟通电动机没有机械式整流子，结构简洁、运用牢靠,有良好的节能效果,在功率和转速极限方面都比直流电动机高；但由于沟通电力拖动限制性能没有直流电力拖动好，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采纳直流电力拖动。直流电动机作为执行机构被广泛应用于各类限制系统中，其驱动与转速精度是电动机能够稳定工作的关键。为此，提出了一种直流电机驱动与转速测量系统的设计方法。利用电子信息技术改造传统产业，可以提高生产效率。假如应用现代化手段对电机转速进行科学变更，精确测量，并辅以数码显示，超速报警等装置，对工业，生活中的一些旋转设备的速度以及须要限制其速度的仪器和用品加以限制和测量，会给生产和生活带来很大的便利。随着计算机的广泛应用，特殊是高性价比的单片机的出现，转速测量普遍采纳了以单片机为核心的数字化，智能化。本设计以单片机为中心，霍尔传感器为测量元件，全数字化的测速仪器。这在工业限制和民用电器中都有较高的价值。转速是工程中应用特别广泛的一个参数，其测量方法很多，而模拟量的采集和模拟处理始终是转速测量的主要方法。本文的探讨任务是探讨电动机转速测定系统的设计。通过对AT89C51相关芯片的了解，实现对该系统的硬件与软件的设计。以单片机为核心器件，单片机通过对负脉冲计数，可计算出电机的转速，在超高时、低速限时，有报警显示，其优点是硬件电路简洁，软件功能完善，测量速度快，精度高，限制系统牢靠，性价比较高等优点。2.总体设计2.1基本原理本设计以单片机为核心设计一个电动机转速测定以及数据显示系统，要求对转速范围在0—166r/min的直流调速电动机进行测量并显示和加速、减速、定速、电机正转和反转的实时限制，转速数据显示精度要达到转速个位数。本设计运用12V直流电机，将霍尔传感器产生的脉冲信号输入到单片机外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行计数，调用计算公式计算出转速。调用显示程序在LED上，其主要内容是单片机部分主要完成转速的测量，LED显示部分主要把转速显示出来，显示范围在0—166r/min之间。2.2系统总体框图及设计思路电机状态限制按键电机状态限制按键单片机单片机显示数码管显示数码管转速显示直流电机电路电机限制数据直流电机电路转速数据总体设计思路：本设计利用单片机智活的编程设计和丰富的IO端口，及其限制的精确性，实现电机的调速、定速、正反转、显示速度限制。用按键限制单片机的P3.6、3.7、RST接口，再通过单片机限制直流电机驱动来实现直流电机的调速和定速的功能，然后直流电机将转速信息回传给单片机，最终单片机把转速信息发送给数码管驱动，来限制数码管上显示速度信息。用外围电路限制电机的正反转。3.具体设计3.1硬件设计硬件原理如图1所示。图1中，直流电机通过L298进行驱动，直流电机的ENA引脚与单片机的P3.5（T1）相连，T1传送出PWM脉冲。电机速度反馈送回单片机的P3.2，也就是INT0中断引脚。按键分为电机加速、减速、正转、反转、定速5种，加速按键和减速按键分别与P3.6、P3.7、RST相连。而正反转方向限制则通过拨动限制，其输出通过反相器反相后与电机驱动芯片L298的IN1相连。 显示数码管选用的是6位一体的7段共阳数码管，数码管显示数据由单片机P1口来传送，数码管各位的片选线是分别由单片机的P0.0~P0.5通过总线驱动芯片74LS245来完成的。图13.2软件设计（1）设计思路分析依据前面的设计任务分析，可知本设计的软件程序应完成如下功能：首先，由定时器T1产生定是中断，从而产生PWM脉冲限制电机转动；其次，计算电机的转速，并产用于数码管上显示的转速显示数据，送至数码管显示，显示每隔1s更新一次；然后，检测加速与减速按键的动作，并依据按键状况来响应需求。开启中断、设置中断动身装置和中断优先级、设置定时初值开启中断、设置中断动身装置和中断优先级、设置定时初值转速获得标记等于1？转速获得标记等于1？YN计算转速计算转速转速获得标记〈——转速获得标记〈——0显示转速显示转速加速按键动作？加速按键动作？YN延时消抖延时消抖速度等级加1速度等级加1减速按键动作？N减速按键动作？Y延时消抖延时消抖速度等级减1速度等级减1定时器1中断服务子程序流程图PWM1PWM1定时计数初值设置定时计数初值设置PWM转速调速PWM转速调速计数时间到达1？计数时间到达1？开中断开中断返回返回速度子程序流程图速度值转换成显示数据速度值转换成显示数据传送数码管片选信号传送数码管片选信号传送显示数据传送显示数据片选显示位清零片选显示位清零C51源程序#include<reg51.h>#include<math.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineON0#defineOFF1#definePWM_RANK20#defineTIMER_BASE1000bitFLAG=0;bitFLAG1=0; sbitPWM=P3^5;sbitMP=P3^2;sbitSPEED_UP=P3^6;sbitSPEED_DOWN=P3^7;ucharspeed=8;ucharcodedispbit[6]={0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01};ucharcodeseg[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};uchardisbuf[6]={0,0,0,0,10,10};uinttemp[6];uintdiscount=0;//uinttimecount=0;uintT0count=0;//uintcount_store=0;uinttime=0,time1=0;uintst[2];uintst1[2];uintx;uintmx,minx;uintn,j,b;/****主程序****/voidshow();voidmain(){/*定时器初始化*/ chartt; TMOD=0x11; EX0=1; IT0=1; IP=0x05; TH1=(65536-TIMER_BASE)/256;//设置定时器初始值 TL1=(65536-TIMER_BASE)%256; TH0=(65536-TIMER_BASE)/256; TL0=(65536-TIMER_BASE)%256; TR1=1; ET1=1; TR0=1; ET0=1; EA=1; while(1) //在这里循环 { if(FLAG==1) //假如转速标记开启 { mx=st[0]-st[1]; //计算前一秒的转速 FLAG=0; //关闭转速获得 } x=mx; //获得转速（单位为r/s）在数码管前三位显示 if(FLAG1==1) { minx=st1[0]-st1[1]; FLAG1=0; } /*****配置*****/// b=minx; // 60秒延时在t0中设置参数 b=minx*12;//5秒延时 //获得转速（单位为r/min）在数码管前三位显示，在t0中设置参数 show(); //显示 if(~SPEED_UP) //按键加速推断 { for(tt=0;tt<100;tt++) //用于消退抖动+显示 show(); if(~SPEED_UP) //在次推断按键是否按下，用于硬件，软件仿真不会产生消抖 { while(~SPEED_UP); //等待按键松开 if(speed<20)speed++; //speed是限制占空比 } } if(~SPEED_DOWN) //按键减速推断（同上） { for(tt=0;tt<100;tt++) show(); if(~SPEED_DOWN) { while(~SPEED_DOWN); if(speed>0)speed--; } } }} voidoutside0()interrupt0 //外部中断0{T0count++; //电机转一周T0count加1}/******T0*********/voidt0_serv()interrupt1 // T0定时器{ TH0=252; TL0=24;// if(time1>54000) //显示延时60s if(time1>5000)//显示延时5s { FLAG1=1;st1[1]=st1[0]; //把前5秒的Tocount值给st1[1]st1[0]=T0count; //获得当前t0count值 time1=0; } elsetime1++; //没到5秒接着++}/*****T1中断*****/voidt1_serv()interrupt3 //T1 实现pwm调速{//TR1=0;PWM=1;TH1=252; //须要重装初值TL1=24;time++;if((time%20)<speed)PWM=1; // 实现pwm调速elsePWM=0; //实现pwm调速if((time%890)==1) //假如时间间隔1秒，获得t0count{FLAG=1; //开启获得速度标记st[1]=st[0];st[0]=T0count;}//TR1=1;//ET1=1;//EA=1;}/***速度显示*****/voidshow(){ uinti; for(i=0;i<3;i++) {temp[i]=0;} i=0; while(x/10) //转速值转化显示数据（前三位） { temp[i]=x%10; x=x/10; i++; } temp[i]=x; i=3; while(b/10) // 转速值转化显示数据（后三位） { temp[i]=b%10; b=b/10; i++; } temp[i]=b; for(i=0;i<6;i++) { disbuf[i]=temp[i]; } P0=dispbit[discount]; //依据前面定义 P1=seg[disbuf[discount]]; //依据前面定义 discount++; if(discount==6)discount=0;}4.系统调试及分析首先打开KEILC51主程序，新建工程，新建文本框写入程序，保存，检查是否有语法错误，经反复检查无误后汇编，生成51单片机可执行的HEX文件。然后把HEX文件写入proteus中的单片机芯片中，再用Proteus进行仿真。本设计从经济好用的角度动身，采纳美国ATMEL公司的单片机AT89C52作为主控芯片与数据存储器单元，结合外围的键盘输入，实现电机的调速、定速、正反转、显示速度限制功能并用C语言编写主控芯片的限制程序，研制了一种智能电机转速限制显示系统。设计完全可行可以到达设计目的。运用单片机制作的智能电机限制显示系统具有软硬件设计简洁，易于开发，成本较低，平安牢靠，操作便利等特点，有肯定的好用性。5