智能電機(jī)轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目： 智能電機(jī)轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 姓 名 Lei Ke 指導(dǎo)老師 leike 摘 要當(dāng)今社會(huì)，電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ钪卸计鹬种匾淖饔谩Ｖ绷麟姍C(jī)作為最常見(jiàn)的一種電機(jī)，具有非常優(yōu)秀的線性機(jī)械特性、較寬的調(diào)速范圍、良好的起動(dòng)性以及簡(jiǎn)單的控制電路等優(yōu)點(diǎn)，因此在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。我希望通過(guò)對(duì)電子電路設(shè)計(jì)及制作課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，力求達(dá)到以下作用和目的：即進(jìn)一步掌握模擬數(shù)字電子技術(shù)的理論知識(shí)，培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高對(duì)電子電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ皇煜げW(xué)會(huì)使用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定基礎(chǔ)。以下設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定以及數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，要求對(duì)轉(zhuǎn)速范圍在0166r/min的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)量并顯示，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)顯示精度要達(dá)到轉(zhuǎn)速個(gè)位數(shù)和加速、減速、定速、電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)控制。本設(shè)計(jì)使用12V直流電機(jī)，將直流電機(jī)測(cè)速裝置產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī)外部中斷0口，單片機(jī)工作在內(nèi)部定時(shí)器工作方式0，對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，調(diào)用計(jì)算公式計(jì)算出每秒的轉(zhuǎn)速。調(diào)用顯示程序在數(shù)碼管上，其主要內(nèi)容是單片機(jī)部分主要完成轉(zhuǎn)速的測(cè)量，數(shù)碼管顯示部分主要把轉(zhuǎn)速顯示出來(lái)，顯示范圍在0166r/min之間。關(guān)鍵詞：直流電機(jī) 單片機(jī) 轉(zhuǎn)速控制 數(shù)據(jù)顯示目錄摘 要2目錄31.引 言.42總體設(shè)計(jì).52.1基本原理52.2系統(tǒng)總體框圖及設(shè)計(jì)思路63.詳細(xì)設(shè)計(jì)63.1 硬件設(shè)計(jì)73.2軟件設(shè)計(jì).83.2.1程序設(shè)計(jì)思路83.2.2 程序流程圖93.2.3 程序代碼114. 系統(tǒng)調(diào)試及分析155.心得體會(huì)16參考文獻(xiàn)171.引言電子計(jì)技術(shù)的高速發(fā)展，促使直流電動(dòng)機(jī)逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)進(jìn)入到一個(gè)新的階段。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。從控制角度來(lái)看，直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能以及算法可以采用技術(shù)來(lái)完成，為直流電機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)行業(yè)中，經(jīng)常會(huì)遇到需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合并且顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過(guò)程，需要各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械，拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，可以采用氣動(dòng)，液壓傳動(dòng)和電力拖動(dòng)。由于電力拖動(dòng)具有控制簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)性能好、損耗小、經(jīng)濟(jì)。能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此大多數(shù)機(jī)械都采用電力拖動(dòng)。按照電動(dòng)機(jī)的種類不同，電力拖動(dòng)系統(tǒng)分為直流電力拖動(dòng)和交流電力拖動(dòng)兩大類。早期的生產(chǎn)機(jī)械如通用機(jī)床、風(fēng)機(jī)、泵等不要求調(diào)速或調(diào)速要求不高，以電磁式電器組成的簡(jiǎn)單交、直流電力拖動(dòng)即可以滿足。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電力拖動(dòng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)控制性能都有了較高的要求，具有反饋控制的直流電力拖動(dòng)以其優(yōu)越的性能曾一度占據(jù)了可調(diào)速與可逆電力拖動(dòng)的絕大部分應(yīng)用場(chǎng)合。自20年代以來(lái)，可調(diào)速直流電力拖動(dòng)較多采用的是直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),并以電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、磁放大器作為其控制元件。電力電子器件發(fā)明后，以電子元件控制、由可控整流器供電的直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)逐漸取代了直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),并發(fā)展到采用數(shù)字電路控制的電力拖動(dòng)系統(tǒng)。這種電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有精密調(diào)速和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等性能。這種以弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)是現(xiàn)代電力拖動(dòng)的重要特征和趨勢(shì)。 交流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有機(jī)械式整流子，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠,有良好的節(jié)能效果,在功率和轉(zhuǎn)速極限方面都比直流電動(dòng)機(jī)高；但由于交流電力拖動(dòng)控制性能沒(méi)有直流電力拖動(dòng)好，所以20世紀(jì)以來(lái)，在可逆，可調(diào)速與高精度的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)時(shí)期內(nèi)幾乎都是采用直流電力拖動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于各類控制系統(tǒng)中，其驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)速精度是電動(dòng)機(jī)能夠穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。為此，提出了一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。利用電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，可以提高生產(chǎn)效率。如果應(yīng)用現(xiàn)代化手段對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行科學(xué)改變，精確測(cè)量，并輔以數(shù)碼顯示，超速報(bào)警等裝置，對(duì)工業(yè)，生活中的一些旋轉(zhuǎn)設(shè)備的速度以及需要控制其速度的儀器和用品加以控制和測(cè)量，會(huì)給生產(chǎn)和生活帶來(lái)很大的方便。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別是高性價(jià)比的單片機(jī)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測(cè)量普遍采用了以單片機(jī)為核心的數(shù)字化，智能化。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為中心，霍爾傳感器為測(cè)量元件，全數(shù)字化的測(cè)速儀器。這在工業(yè)控制和民用電器中都有較高的價(jià)值。轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)參數(shù)，其測(cè)量方法很多，而模擬量的采集和模擬處理一直是轉(zhuǎn)速測(cè)量的主要方法。本文的研究任務(wù)是研究電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)AT89C51相關(guān)芯片的了解，實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)的硬件與軟件的設(shè)計(jì)。以單片機(jī)為核心器件，單片機(jī)通過(guò)對(duì)負(fù)脈沖計(jì)數(shù)，可計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在超高時(shí)、低速限時(shí)，有報(bào)警顯示，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，測(cè)量速度快，精度高，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等優(yōu)點(diǎn)。 2. 總體設(shè)計(jì)2.1基本原理本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定以及數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，要求對(duì)轉(zhuǎn)速范圍在0166r/min的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)量并顯示和加速、減速、定速、電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)控制，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)顯示精度要達(dá)到轉(zhuǎn)速個(gè)位數(shù)。本設(shè)計(jì)使用12V直流電機(jī)，將霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī)外部中斷0口，單片機(jī)工作在內(nèi)部定時(shí)器工作方式0，對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，調(diào)用計(jì)算公式計(jì)算出轉(zhuǎn)速。調(diào)用顯示程序在LED上，其主要內(nèi)容是單片機(jī)部分主要完成轉(zhuǎn)速的測(cè)量，LED顯示部分主要把轉(zhuǎn)速顯示出來(lái)，顯示范圍在0166r/min之間。2.2系統(tǒng)總體框圖及設(shè)計(jì)思路電機(jī)狀態(tài)控制按鍵單片機(jī) 控制信息顯示數(shù)碼管 轉(zhuǎn)速顯示 直流電機(jī)電路 電機(jī)控制數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)總體設(shè)計(jì)思路：本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的IO端口，及其控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速、定速、正反轉(zhuǎn)、顯示速度控制。用按鍵控制單片機(jī)的P3.6、3.7、RST接口，再通過(guò)單片機(jī)控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速和定速的功能，然后直流電機(jī)將轉(zhuǎn)速信息回傳給單片機(jī)，最后單片機(jī)把轉(zhuǎn)速信息發(fā)送給數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)，來(lái)控制數(shù)碼管上顯示速度信息。用外圍電路控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 3.詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì)硬件原理如圖1所示。圖1中，直流電機(jī)通過(guò)L298進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)的ENA引腳與單片機(jī)的P3.5（T1）相連，T1傳送出PWM脈沖。電機(jī)速度反饋送回單片機(jī)的P3.2，也就是INT0中斷引腳。按鍵分為電機(jī)加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、定速5種，加速按鍵和減速按鍵分別與P3.6、P3.7、RST相連。而正反轉(zhuǎn)方向控制則通過(guò)撥動(dòng)控制，其輸出通過(guò)反相器反相后與電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的IN1相連。顯示數(shù)碼管選用的是6位一體的7段共陽(yáng)數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)由單片機(jī)P1口來(lái)傳送，數(shù)碼管各位的片選線是分別由單片機(jī)的P0.0P0.5通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)芯片74LS245來(lái)完成的。 圖13.2軟件設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)思路分析根據(jù)前面的設(shè)計(jì)任務(wù)分析，可知本設(shè)計(jì)的軟件程序應(yīng)完成如下功能：首先，由定時(shí)器T1產(chǎn)生定是中斷，從而產(chǎn)生PWM脈沖控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；其次，計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并產(chǎn)用于數(shù)碼管上顯示的轉(zhuǎn)速顯示數(shù)據(jù)，送至數(shù)碼管顯示，顯示每隔1s更新一次；然后，檢測(cè)加速與減速按鍵的動(dòng)作，并按照按鍵情況來(lái)響應(yīng)需求。開(kāi)啟中斷、設(shè)置中斷出發(fā)裝置和中斷優(yōu)先級(jí)、設(shè)置定時(shí)初值（2）程序流程圖轉(zhuǎn)速獲取標(biāo)志等于1？ Y N計(jì)算轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速獲取標(biāo)志0顯示轉(zhuǎn)速加速按鍵動(dòng)作？ Y N延時(shí)消抖速度等級(jí)加1減速按鍵動(dòng)作？ N Y延時(shí)消抖速度等級(jí)減1定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序流程圖PWM 1定時(shí)計(jì)數(shù)初值設(shè)置PWM轉(zhuǎn)速調(diào)速計(jì)數(shù)時(shí)間到達(dá)1？開(kāi)中斷返回速度子程序流程圖速度值轉(zhuǎn)換成顯示數(shù)據(jù)傳送數(shù)碼管片選信號(hào)傳送顯示數(shù)據(jù)片選顯示位清零C51源程序#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define ON 0 #define OFF 1 #define PWM_RANK 20 #define TIMER_BASE 1000 bit FLAG=0; bit FLAG1=0; sbit PWM=P35; sbit MP=P32; sbit SPEED_UP=P36; sbit SPEED_DOWN=P37; uchar speed =8; uchar code dispbit6=0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01; uchar code seg=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90; uchar disbuf6=0,0,0,0,10,10; uint temp6; uint discount=0; /uint timecount=0; uint T0count=0; /uint count_store=0; uint time=0,time1=0; uint st2; uint st12; uint x; uint mx,minx; uint n,j,b; /*主程序*/ void show(); void main() /*定時(shí)器初始化*/ char tt; TMOD=0x11; EX0=1; IT0=1; IP=0x05; TH1=(65536-TIMER_BASE)/256; /設(shè)置定時(shí)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)/在這里循環(huán) if(FLAG=1) /如果轉(zhuǎn)速標(biāo)志開(kāi)啟 mx=st0-st1; /計(jì)算前一秒的轉(zhuǎn)速 FLAG=0; /關(guān)閉轉(zhuǎn)速獲取 x=mx; /獲取轉(zhuǎn)速（單位為r/s）在數(shù)碼管前三位顯示 if(FLAG1=1) minx=st10-st11; FLAG1=0; /*配置*/ b=minx; /60秒延時(shí) 在t0中設(shè)置參數(shù) b=minx*12; /5秒延時(shí) /獲取轉(zhuǎn)速（單位為r/min）在數(shù)碼管前三位顯示 ，在t0中設(shè)置參數(shù) show(); /顯示 if(SPEED_UP) /按鍵加速判斷 for(tt=0;tt100;tt+)/用于消除抖動(dòng)+顯示 show(); if(SPEED_UP)/在次判斷按鍵是否按下，用于硬件，軟件仿真不會(huì)產(chǎn)生消抖 while(SPEED_UP); /等待按鍵松開(kāi) if(speed20)speed+;/speed是控制占空比 if(SPEED_DOWN) /按鍵減速判斷（同上） for(tt=0;tt0)speed-; void outside0() interrupt 0 /外部中斷0 T0count+; /電機(jī)轉(zhuǎn)一周T0count加1 /*T0*/void t0_serv() interrupt 1 /T0定時(shí)器TH0=252; TL0=24;/if(time154000)/顯示延時(shí)60sif(time15000) /顯示延時(shí)5sFLAG1=1; st11=st10; /把前5秒的Tocount值給st11 st10=T0count; /獲取當(dāng)前t0count值 time1=0;else time1+; /沒(méi)到5秒繼續(xù)+ /*T1中斷*/ void t1_serv() interrupt 3 /T1 實(shí)現(xiàn)pwm調(diào)速 /TR1=0; PWM=1; TH1=252; /需要重裝初值 TL1=24; time+; if(time%20)speed)PWM=1; / 實(shí)現(xiàn)pwm調(diào)速 else PWM=0;/實(shí)現(xiàn)pwm調(diào)速 if(time%890)=1)/如果時(shí)間間隔1秒 ，獲取t0count FLAG=1; /開(kāi)啟獲取速度標(biāo)志 st1=st0; st0=T0count; / TR1=1;/ ET1=1;/ EA=1; /*速度顯示*/ void show() uint i; for(i=0;i3;i+) tempi=0; i=0; while(x/10) /轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)化顯示數(shù)據(jù)（前三位） tempi=x%10; x=x/10; i+; tempi=x; i=3; while(b/10) /轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)化顯示數(shù)據(jù)（后三位） tempi=b%10; b=b/10; i+; tempi=b; for(i=0;i6;i+) disbufi=tempi; P0=dispbitdiscount; /根據(jù)前面定義 P1=segdisbufdiscount;/根據(jù)前面定義 discount+; if(discount=6)discount=0; 4. 系統(tǒng)調(diào)試及分析首先打開(kāi)KEIL C51主程序，新建工程，新建文本框?qū)懭氤绦?，保存，檢查是否有語(yǔ)法錯(cuò)誤，經(jīng)反復(fù)檢查無(wú)誤后匯編，生成51單片機(jī)可執(zhí)行的HEX文件。然后把HEX文件寫(xiě)入proteus中的單片機(jī)芯片中，再用Proteus進(jìn)行仿真。本設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，采用美國(guó)ATMEL公司的單片機(jī)AT89C52作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元，結(jié)合外圍的鍵盤(pán)輸入，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速、定速、正反轉(zhuǎn)、顯示速度控制功能并用C語(yǔ)言編寫(xiě)主控芯片的控制程序，研制了一種智能電機(jī)轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)。設(shè)計(jì)完全可行可以到達(dá)設(shè)計(jì)目的。使用單片機(jī)制作的智能電機(jī)控制顯示系統(tǒng)具有軟硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于開(kāi)發(fā)，成本較低，安全可靠，操作方便等特點(diǎn)，有一定的實(shí)用性。5.心得體會(huì)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的努力，終于完成了這次的課程設(shè)計(jì)，其中遇到了很多問(wèn)題很多困難。比如之前我們學(xué)過(guò)Intel公司的MCS-51系列的單片機(jī)，而本次我選擇的時(shí)美國(guó)Atmel公司的AT89C52單片機(jī)，翻閱了很多資料，才初步掌握了它的性能和用法。由于了解的專業(yè)知識(shí)尚淺，對(duì)課題的研究經(jīng)驗(yàn)的不足，加上之前專業(yè)知識(shí)的生疏，使得此次設(shè)計(jì)比較粗糙，在技