單片機直流電機調(diào)速系統(tǒng)實訓(xùn)報告

1、單片機綜合實訓(xùn)報告專 業(yè)：汽車電子技術(shù)學(xué) 號：08341-12姓 名：指導(dǎo)教師：柳 銘時 間：2010年5月30日7月10日摘要在電氣時代的今天，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?。直流電機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，因此在社會的各個領(lǐng)域中都得到了十分廣泛的應(yīng)用。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

2、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，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(dá)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。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。主要研究直流電機的控制和測量方法，從而對電機的控制精度、響應(yīng)速度以及節(jié)約能源等都具有重要意義。本設(shè)計系統(tǒng)以單片機AT80C52為核心，附以外圍電路，實

3、現(xiàn)直流電機調(diào)速的系統(tǒng)；運用單片機的運算和處理能力和L293D電機驅(qū)動芯片來實現(xiàn)電機的手動加速、減速調(diào)速等智能控制系統(tǒng)，并運用軟件Proteus進(jìn)行仿真來得到實驗結(jié)果。關(guān)鍵詞單片機 L293電機驅(qū)動 直流電機 PWM目 錄一、 實訓(xùn)目的與要求11.1實訓(xùn)目的11.2實訓(xùn)要求1二、 實訓(xùn)題目及總方案12.1實訓(xùn)題目12.2設(shè)計方案12.3主要元件介紹22.3.1 AT89C5222.3.2 L293D32.4電路原理42.5原理圖及原理框圖4三、 設(shè)計過程53.1籌備過程53.2制作過程53.3調(diào)試過程63.4顯示結(jié)果73.5元件清單7四、總結(jié)84.1個人實訓(xùn)小課題84.1.1題目84.1.2原理

4、及調(diào)試84.1.3秒表原件清單94.2結(jié)論總結(jié)104.3心得體會10五、 參考文獻(xiàn)11附錄12附圖12開關(guān)控制電路12驅(qū)動電路13程序14一、 實訓(xùn)目的與要求1.1實訓(xùn)目的學(xué)習(xí)知道單片機的性能與功能，在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。并且設(shè)計并制作一采用PWM調(diào)制方式實現(xiàn)直流電機斬波調(diào)速系統(tǒng)。并熟練對單片機編程及Proteus仿真軟件的實際應(yīng)用。1.2實訓(xùn)要求（1）采用PWM調(diào)制方式實現(xiàn)直流電機斬波調(diào)速（2）轉(zhuǎn)速從100-3000rad/min（3）具有手動速度調(diào)整按鍵（速度+速度）二、 實訓(xùn)題目及總方案2.1實訓(xùn)題目 單片機直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計2.2設(shè)計方案本設(shè)計通過AT89S52單片機的I/O口對L29

5、3D電機驅(qū)動芯片賦值來控制電機，并通過單片機的定時器來控制L293D的EN1口來進(jìn)行調(diào)速，通過中斷來實現(xiàn)按鈕式控制過程。  PWM控制波形的實現(xiàn)可以通過模擬 電路或數(shù)字電路實現(xiàn)，例如用555搭成的觸發(fā)電路，但是，這種電路的占空比不能自動調(diào)節(jié)，不能用于自動控制電機的調(diào)速。而目前使用的大多數(shù)單片機都可以直接輸出這種PWM波形，或通過時序模擬輸出，最適合直流電機的調(diào)速。2.3主要元件介紹2.3.1 AT89C52AT89C52（如圖1所示）是51單片機系列的一個型號，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。 AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Fl

6、ash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地

7、降低開發(fā)成本。 AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89C52為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC

8、（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。圖1 AT89C52引腳圖2.3.2 L293D L293D是步進(jìn)電機驅(qū)動芯片。L293D采用16引腳DIP封裝，其內(nèi)部

9、集成了雙極型H-橋電路，所有的開量都做成n型。這種雙極型脈沖調(diào)寬方式具有很多優(yōu)點，如電流連續(xù)；電機可四角限運行；電機停止時有微振電流，起到“動力潤滑”作用，消除正反向時的靜摩擦死區(qū)：低速平穩(wěn)性好等。L293D通過內(nèi)部邏輯生成使能信號。H-橋電路的輸入量可以用來設(shè)置馬達(dá)轉(zhuǎn)動方向，使能信號可以用于脈寬調(diào)整（PWM）。另外，L293D將2個H-橋電路集成到1片芯片上，這就意味著用1片芯片可以同時控制2個電機。每1個電機需要3個控制信號EN12、IN1、IN2，其中EN12是使能信號，IN1、IN2為電機轉(zhuǎn)動方向控制信號，IN1、IN2分別為1，0時，電機正轉(zhuǎn)，反之，電機反轉(zhuǎn)。選用一路PWM連接EN1

10、2引腳，通過調(diào)整PWM的占空比可以調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速。選擇一路I/O口，經(jīng)反向器74HC14分別接IN1和IN2引腳，控制電機的正反轉(zhuǎn)。其控制邏輯如下:電機運行情況 EN A（B） IN1（IN3） IN2（IN4） 正轉(zhuǎn) H H L 反轉(zhuǎn) H L H 快速停止 H 同IN2（IN4） 同IN1（IN3） 停止 L X X即：通過用單片機對L293D的相應(yīng)管腳寫0或者1，即可實現(xiàn)。2.4電路原理AT89C52是集成40個I/O口的單片機，擁有12MHZ的晶振周期，電路擁有可控復(fù)位電路，INT0口外接一個BUTTON使其外中斷0獲得高低電平。L293D電機驅(qū)動電路可以實現(xiàn)電機的速度調(diào)整。本電路實現(xiàn)電

11、機調(diào)速主要利用了L293D的EN1引腳的電平控制，讓其電平的高低變化可以跟據(jù)單片機的定時器來進(jìn)行調(diào)節(jié)，本電路分別進(jìn)行了設(shè)置，當(dāng)BUTTON按下一次時，單片機定時器T0被啟用，并且設(shè)定為65.468ms，此延時可以控制電機一定速度的減速，當(dāng)BUTTON第二次按下時，單片機定時器T1被啟用，并且設(shè)定為33.069ms此時電機為第一次按下電機速度的2倍，第三次按下時為最快速度，第四次電機停止。前后電機3次變速，速度逐漸遞增。2.5原理圖及原理框圖圖2單片機直流調(diào)速系統(tǒng)原理總圖（部分圖見附錄） 系統(tǒng)供電A89c52開關(guān)控制電路L293D電機驅(qū)動電機圖3 單片機直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖直流電機調(diào)速系統(tǒng)硬件原

12、理圖和原理框圖如圖2和圖3所示，以AT89C52單片機為控制核心，包括開關(guān)控制電路、系統(tǒng)供電電源電路、L293D電機驅(qū)動電路、電機電路。三、 設(shè)計過程3.1籌備過程上網(wǎng)及到圖書館查找關(guān)于直流電機調(diào)速系統(tǒng)的資料，查找調(diào)速方案，確定方案。在在查找關(guān)于AT89C52的相關(guān)書籍及其控制電機調(diào)速系統(tǒng)的方案，查找電機驅(qū)動L293D的相關(guān)資料，同時學(xué)習(xí)軟件Proteus仿真的使用教程及編程語言編程技巧。3.2制作過程安裝完P(guān)roteus仿真軟件后，根據(jù)設(shè)計原理圖從庫文件Library中調(diào)用相應(yīng)的器件，在新建的制作圖紙上設(shè)計電路、連接電路、標(biāo)注器件，檢查完畢后導(dǎo)入寫好的程序文件，然后進(jìn)行調(diào)試，在出現(xiàn)錯誤提示后

13、進(jìn)行修改電路完善電路并同時進(jìn)行相應(yīng)程序的修改直至完成準(zhǔn)確無誤的設(shè)計電路。在完成設(shè)計電路后進(jìn)行設(shè)計報告內(nèi)容的填寫及修改。3.3調(diào)試過程本設(shè)計在調(diào)試過程中主要式控制電機驅(qū)動L293D的EN1端口的電平高低中斷周期，通過調(diào)整定時器的中斷周期來實現(xiàn)對電機速度的調(diào)整通過計算和程序的多次調(diào)整實現(xiàn)了合理的電機調(diào)速控制系統(tǒng)。在調(diào)試時不能直接用L293D電機驅(qū)動和電機，可以直接用二極管實現(xiàn)調(diào)試。圖4 調(diào)試原理圖圖5 調(diào)試成功圖3.4顯示結(jié)果表1 顯示結(jié)果中斷次數(shù)一次二次三次四次定時時間65.468ms33.069ms0sSTOP3.5元件清單表2 元件清單器件名稱規(guī)格數(shù)量 單片機AT89C521電機驅(qū)動L293

14、D1 直流電機 1開關(guān)按式2電解電容100uf1 電阻R1 10K1導(dǎo)線 若干四、總結(jié)4.1個人實訓(xùn)小課題在本次實訓(xùn)當(dāng)中我還用AT89C51完成了秒表的電路設(shè)計與調(diào)試并且獲得了成功，是我對單片機的功能有了進(jìn)一步的了解，其具體情況如下：4.1.1題目秒表的設(shè)計4.1.2原理及調(diào)試圖6秒表原理圖根據(jù)相關(guān)的單片機材料，利用所學(xué)的單片機知識，結(jié)合單片機微機仿真實驗系統(tǒng)中的軟件和硬件（七段數(shù)碼管，開關(guān)電路及時鐘信號電路等），編寫能夠?qū)崿F(xiàn)該項目的軟件程序，最后將軟、硬件有機的結(jié)合起來，進(jìn)行有效的調(diào)試，最后達(dá)到完成該實驗課程設(shè)計的目的要求。圖7秒表調(diào)試成功圖4.1.3秒表原件清單器件名稱規(guī)格數(shù)量 單片機AT

15、89C511晶振1電容3開關(guān)撥式2七位斷碼管7SEG-COM-ANODE1電阻10K3導(dǎo)線若干表3 秒表原件表此課題能夠?qū)纹瑱C軟硬件結(jié)合起來，對程序進(jìn)行編輯，校驗。使我加深了對單片機課程的全面認(rèn)識復(fù)習(xí)和掌握，對單片機課程的應(yīng)用進(jìn)一步的了解。掌握了定時器、外部中斷的設(shè)置和編程的一些原理。4.2結(jié)論總結(jié)設(shè)計中單片機AT89C52在工作時，調(diào)整定時器TO,T1來達(dá)到合適的定時時間來調(diào)整L293D電機驅(qū)動芯片的EN1引腳的電平高低切換，使周期上有所變化來達(dá)到速度上的調(diào)整，實驗過程中調(diào)試電機速度的過程是一難點，要通過單片機的計算公式來計算相應(yīng)所需的定時時間使其電機的速度變化有明顯的改變。同時INT0口

16、的控制也使實驗結(jié)果又更加明朗的變化過程。由于設(shè)計中使用的是單片機作為核心的控制元件，附以外圍電路使本本設(shè)計具有功能強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點，加上經(jīng)過優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。但是在我們設(shè)計和調(diào)試的過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，譬如程序設(shè)計水平有限，實際的速度很難確切控制，會超出我們的設(shè)計需求范圍。4.3心得體會時光飛逝，一轉(zhuǎn)眼，一個學(xué)期又進(jìn)尾聲了，本學(xué)期的單片機綜合課程設(shè)計也在一周內(nèi)完成了。 俗話說“好的開始是成功的一半”。說起課程實訓(xùn)，我認(rèn)為最重要的就是做好設(shè)計的預(yù)習(xí)，認(rèn)真的研究老師給的題目，選一個自己有興趣的題目。其次，老師對實驗的講解要一絲不茍的去聽去想，因為只有都明白

17、了，做起設(shè)計就會事半功倍，如果沒弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設(shè)計，到頭來一點收獲也沒有。最后，要重視程序的模塊化，修改的方便，也要注重程序的調(diào)試，掌握其方法。 在這次難得的課程設(shè)計過程中我鍛煉了自己的思考能力和動手能力。通過題目選擇和設(shè)計電路的過程中，加強了我思考問題的完整性. 在實訓(xùn)過程中要注意增加的功能寫好程序流程圖，在程序流程圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)芯片的功能寫出相應(yīng)的程序。然后再進(jìn)行程序調(diào)試和相應(yīng)的修改，以達(dá)到能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能的目的。五、 參考文獻(xiàn)1.電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分) 高等教育出版社 康華光著2.C程序設(shè)計題解與上機指導(dǎo) 清華大學(xué)出版社 譚浩強著3.單片機應(yīng)用的C語言應(yīng)用程序設(shè)計

18、 北京航空航天大學(xué)出版社 周航慈著4.8051單片機徹底研究基礎(chǔ)篇 人民郵電出版社  林伸茂著5.單片機原理及應(yīng)用 高等教育出版社 張毅剛著6.C程序設(shè)計 清華大學(xué)出版社 譚浩強著7. 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā) 人民郵電出版社 趙亮編著附錄附圖開關(guān)控制電路附圖一附圖二驅(qū)動電路附圖三程序ORG 0000H;主程序及終端入口LJMPSTARTORG 0003HLJMPINTEX0;跳轉(zhuǎn)到第78行，外中斷0入口ORG 000BHLJMPINTOORG 001BHLJMPINTO1ORG 0023H RETI ORG 002BH RETIORG 0100HCLEARMEMIO: MOVT

19、MOD,#10H MOVR2,#14H MOVTL1,#0B0H MOVTH1,#3CH MOV32H,#00HSETBEX1SETBIT1SETBEX0SETBIT0RETCAT:CLR P1.0RETSTART:MOVSP,#70H;主程序 LCALLCLEARMEMIO SETBP1.3CLR P1.2 SETBTR1 SETBEA SETBP1.1MAIN: LCALL CAT LCALLCAT AJMPMAIN NOP NOP LJMPSTARTINTEX0:PUSHACC;外中斷0入口PUSHPSW CLRTR0 CLREX0JBP3.2,IN0RET INC32H MOVA,32H CJNEA,#06H,J1 CLRP1.1 ;停車程序 CLRET1 CLRTR1J1:CJNEA,#01H,J2LCALL STOPSLOWLJMPIN0RETJ2:CJNEA,#02H,J3LCALL ST