基于單片機的電機轉(zhuǎn)速控制的課程設(shè)計

1、目錄1 引言12硬件設(shè)計22.1 MCS-51單片機系統(tǒng)簡介22.1.1電源引腳22.1.2 時鐘引腳:32.1.3 控制引腳32.1. I/O口引腳32.2硬件電路32.2.1開關(guān)部分硬件電路42.2.2比較器部分硬件電路52.2.3電動機部分硬件電路62.3尋軌小車的電路原理73軟件設(shè)計83.1主程序流程83.2程序設(shè)計原理93.3設(shè)計制作流程94. 設(shè)計總結(jié)10參考文獻11附錄121 引言在電氣時代得今天，電動機在工農(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作為最常見的一種電機，具有非常優(yōu)秀的線性機械特性、較寬的調(diào)速范圍、良好的起動性以及簡單的控制電路等優(yōu)點，因此在社會的各個

2、領(lǐng)域中都得到了十分廣泛的應(yīng)用。 本文設(shè)計了直流電機控制系統(tǒng)的基本方案，闡述了該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運行特性及其設(shè)計方法。本系統(tǒng)采用MCS-51單片機對直流電機的轉(zhuǎn)速進行控制，用脈寬調(diào)制方法調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速。電子技術(shù)的高速發(fā)展，促使直流電機調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機調(diào)速技術(shù)進入到一個新的階段。直流電動機具有良好的起動、制動性能，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領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控

3、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)試困難，阻礙了直流電動機控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。采用單片機構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。2硬件設(shè)計21 MCS-51單片機系統(tǒng)簡介80C51是INTEL公司MCS-51系列單片機中最基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特

4、征，它繼承和擴展了MCS-48單片機的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。80C51內(nèi)置中央處理單元、128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、32個雙向輸入/輸出(I/O)口、2個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。51系列單片機有40個引腳，按引腳功能大致可分為4個種類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。21.1電源引腳 電源引腳接入單片機的工作電源。共有兩個引腳 VCC - 芯片電源，接+5V電源； VSS - 接地引腳。注：用萬用表測試單片機引腳電壓一般為0v或者5v，這是標準的TTL電平。但有時候在單片機程序正在工作時候測試結(jié)果并不是這個值而是介于0v-5v之間，其實這是

5、萬用表的響應(yīng)速度沒這么快而已，在某一個瞬間單片機引腳電壓仍保持在0v或者5v。2.1.2 時鐘引腳XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 2.1.3 控制引腳控制引腳共有4個： ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖 ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 PSEN:外ROM讀選通信號。 RST/VPD:復(fù)位/備用電源。 RST（Reset）功能：復(fù)位信號輸入端。 VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。 EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。 EA功

6、能：內(nèi)外ROM選擇端。 Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。2.1. I/O口引腳80C51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。其中P0口為雙向口，P1、P2、P3口為準雙向口。P0口作為通用I/O口時需加上拉電阻，這時是準雙向口。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。2.2硬件電路圖1尋軌小車硬件電路圖尋軌小車硬件電路圖如圖1所示：由圖1可得尋軌小車硬件電路由開關(guān)部分、比較器部分和電動機部分三部分組成。2.2.1開關(guān)部分硬件電路開關(guān)部分硬件電路是通過一按鈕控制小車?；蜃叩碾娐?，其硬件電路圖

7、如圖2所示：圖2開關(guān)部分硬件電路圖由圖2可知電路中的開關(guān)按鈕的一端連接在P1.1引腳上，另一端接地，通過控制引腳P1.1的高低電平來達到手動控制電動機的停轉(zhuǎn)的目的。2.2.2比較器部分硬件電路圖3比較器部分硬件電路圖比較器部分是通過比較器通過比較由于外部環(huán)境的改變而導致電路中電壓的變化與參考電壓線比較并把比較結(jié)果送入單片機的部分，其中一個比較器連接電路圖如圖3所示：由圖3可以看出比較器部分比較將兩個光敏電阻兩端的電壓與參考電壓相比較并分別把比較把比較結(jié)果送入P1.5，P1.7中。比較器引腳圖如圖4所示圖4 比較器引腳圖2.2.3電動機部分硬件電路電動機部分電路是通過單片機控制電機轉(zhuǎn)動的部分，其

8、電路連接圖如圖5所示：圖5電動機部分硬件電路圖 由圖4可得該電路中的電動機是通過單片機的P2.0、P2.7控制，電路中的四個PNP三極管在電路中中起開關(guān)和電流放大的作用。2.3尋軌小車的電路原理尋軌小車硬件電路由開關(guān)部分、比較器部分和電動機部分三部分組成。開關(guān)部分電路通過控制單片機一引腳的高低電平來給單片機相應(yīng)的控制信息，單片機通過查詢該引腳的高低電平進行相應(yīng)的操作，從而實現(xiàn)通過手動控制電機的?；蛘咿D(zhuǎn)；比較部分將光敏電阻兩端電壓電壓與參考電壓相比較，如果光敏電阻兩端電壓高則比較器輸出1，反之則比較器輸出0。并通過電路將比較結(jié)果送入單片機中；電動機部分是通過單片機相應(yīng)的引腳輸出高低電平來控制電機

9、的轉(zhuǎn)動，通過高低電平的占空比，來控制電機兩端電壓的大小，從而控制了電機的轉(zhuǎn)速。尋軌小車在小車開關(guān)未按下時，則小車車輪不轉(zhuǎn)動，當小車的開關(guān)按下時，小車隨單片機的控制而轉(zhuǎn)動。在開關(guān)按鈕按下情況下小車將按著人們預(yù)先規(guī)定的軌道行走，此時小車觸頭處光敏電阻遇到的光較落，其本身電阻較大，比較器將比較結(jié)果1送入單片機相應(yīng)引腳中，當小車出軌道時，其前面相應(yīng)的觸角的光敏電阻將遇見強光使本身電阻變小，從而使其兩端電壓變小，通過電壓比較器比較候，比較器將輸出的0送入單片機相應(yīng)的引腳中，單片機查詢到該信息后將通過預(yù)載的程序作出相應(yīng)的操作，通過控制相應(yīng)電機的轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)調(diào)整小車的方向了，使其按軌道行走的目的。3軟件設(shè)計

10、3.1主程序流程單片機控制程序的流程圖如圖6所示：圖6主程序流程圖開始P1.1口為0輸出端1,2口置1P1.1口置100H位清零輸出端1，2口輸出相同占空比的方波00H位置1輸入端1口為0輸入端2口為001H位為100H位口為1輸出端1口輸出一定占空比的方波輸出口2為高電平輸出端1，2口輸出相同占空比的方波01H位置1輸出端2口輸出一定占空比的方波輸出口1為高電平01H位清零結(jié)束YNYYYNNNYN輸入端1口為13.2程序設(shè)計原理首先將P1.1口置1，若開關(guān)按鈕按下則P1.1口為0反之為1，當開關(guān)按下時判斷單片機的兩個輸入口來控制輸出兩端口，若輸入端口1為1，輸入端口2為0時則輸出端口1輸出高

11、電平，輸出端口2輸出一定占空比的方波；若輸入端口1為0，輸入端口2為1時則輸出端口2輸出高電平，輸出端口1輸出一定占空比的方波；若兩輸入端口均輸入0，則兩輸出端口輸出相同占空比的方波；若輸入端口均輸入1則輸出端口均輸出高電平。由于光敏電阻本身電阻特性，使時輸入端在一定光變化環(huán)境下產(chǎn)生0與1之間的變換，從而使輸出端輸出有相應(yīng)的變換，通過輸出端是高電平或是一定占空比的方波來控制小車車輪的停與走，通過占空比的大小控制小車走的快慢。從而實現(xiàn)了通過光的強弱對小車方向控制的目的3.3設(shè)計制作流程該過程大致可分為4步:1、在KEI軟件中編寫程序，編譯、連接形成HEX文件。2、在PROTEUS中設(shè)計硬件PRO

12、TEUS軟件使用過程如下：1）選擇元器件2）放置元器件3）連線3、在PROTEUS中把HEX文件加載到單片機芯片上。4、運行仿真看結(jié)果。元器件清單如下：單片機：80C51按鍵：BUTTON電阻：RES電容：CAP晶振：CRYSTAL地：GRAND電源：POWERPNP三極管：PNP比較器：741直流電機：MOTO-DC4 設(shè)計總結(jié)這次單片機課程設(shè)計不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上沒有學到過的知識，掌握了一種系統(tǒng)的研究方法，可以進行一些簡單的編程和硬件調(diào)試。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合的重要性，只有理論知識是遠遠不夠的，把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得

13、出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，例如對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，學習了單片機匯編語言以及電壓比較器的應(yīng)用。經(jīng)過我們的共同努力，順利的完成了單片機課設(shè)。這是一個磨練意志的過程。從課題的選擇開始，尋軌小車的設(shè)計、硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計、到最后Proteus軟件仿真完成和硬件調(diào)試成功，在這其中我們經(jīng)歷了很多困難，但是更重要的是在這個過程中我們得到了很大的鍛煉。經(jīng)過一個星期的課程設(shè)計，留給我印象最深的是要設(shè)計一個成功的電路，必須要有要有扎實的理論基礎(chǔ)，還要有堅持不懈的精神。此次的設(shè)計并不奢望一定能成功，但一定要對已學的各種

14、電子知識能有一定的運用能力，我做設(shè)計的目的是希望能檢查下對所學知識的運用能力的好壞，并且開始慢慢走上創(chuàng)造的道路，這是非?？少F的一點。這是一個需要不斷的嘗試，不斷的校核，不斷的修改，最后完成一個合理的設(shè)計的過程。需要的是細心和耐心。在很大程度上培養(yǎng)了我拼搏的工作精神。通過本次課設(shè)，我不僅學到了關(guān)于單片機技術(shù)方面的許多專業(yè)知識，同時也讓我感覺到團隊合作的重要性。與他人交流思想是取得成功的關(guān)鍵，在交流中，不僅強化了自己原有的知識體系，也擴展了自己的思維。課設(shè)是一個通過思考、發(fā)問、自己解惑并動手、提高的過程。我會在以后的學習中不斷學習，積累經(jīng)驗，完善自己。這里我要感謝指導老師，感謝老師的細致講解和耐心

15、的檢查，使我們在困惑中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，最后得到理想的成果。參考文獻1 胡學海.單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.電子工業(yè)出版社.2005年8月 2 張鑫主.單片機原理機及應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.2008年5月3 黃繼昌.電子元器件應(yīng)用手冊.人民郵電出版社.2004年附錄IN1 BIT P1.5IN2 BIT P1.7ENA BIT P1.1OUT1 BIT P2.0OUT2 BIT P2.7ORG 0000H MAIN:SETB ENA WAIT: JNB ENA,START SETB out1 SETB out2 SJMP WAITSTART:CLR 00H JB IN1,LL SETB 00H MOV A,#100 MOV B,A CLR OUT1 JNB 01H,L5 CLR OUT2 SJMP Q1 L5:SETB OUT2 Q1:LCALL DELY MOV A,#255 SUBB A,B SETB OUT1 SETB