基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)藥盒

1、基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)藥盒 基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)藥盒 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 摘 要 旋轉(zhuǎn)藥盒是基于單片機(jī)調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及方向來(lái)控制藥盒的轉(zhuǎn)動(dòng)。該課程設(shè)計(jì)主要要求單片機(jī)控制直流電機(jī)的啟動(dòng)，調(diào)速，方向改變。直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)性能和調(diào)速特性，它的特點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟(jì)地調(diào)速，轉(zhuǎn)速控制容易，調(diào)速后效率很高。本文設(shè)計(jì)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，主要由51單片機(jī)、電源、指示燈及獨(dú)立按鍵組成的電子產(chǎn)品。通過(guò)51單片機(jī)改變占空比實(shí)現(xiàn)。通過(guò)獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟停、調(diào)速、轉(zhuǎn)向的人工控制，指示燈表示對(duì)方向的指示。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)調(diào)速；H橋驅(qū)動(dòng)電路；LED顯示器；51單片機(jī)目錄摘 要2目 錄3第1章 引 言4

2、1.1 概況41.2要求41.3 設(shè)計(jì)目的和意義5第2章 方案論證和選擇62.1 電機(jī)調(diào)速控制模塊62.2 PWM調(diào)速工作方式6第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)73.1信號(hào)輸入電路7第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)84.1 單片機(jī)選擇84.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析8第5章 單片機(jī)系統(tǒng)綜合調(diào)試95.1 仿真結(jié)果與分析9結(jié)束語(yǔ)9附件10第一章 引 言1.1 概況 對(duì)直流電機(jī)的介紹： 電力電子技術(shù)、功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展對(duì)電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展影響極大，它們是密切相關(guān)、相互促進(jìn)的。近30年來(lái)，電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶動(dòng)和改變著電機(jī)控制的面貌和應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制方案有三種：工作在通斷兩個(gè)狀態(tài)的開關(guān)控制、相位控制和脈寬調(diào)制控制

3、，在單向通用電動(dòng)機(jī)的電子驅(qū)動(dòng)電路中，主要的器件是晶閘管，后來(lái)是用相位控制的雙向可控硅。在這以后，這種半控型功率器件一直主宰著電機(jī)控制市場(chǎng)。到70和80年代才先后出現(xiàn)了全控型功率器件GTO晶閘管、GTR、POWER-MOSFET、IGBT和MCT等。利用這種有自關(guān)斷能力的器件，取消了原來(lái)普通晶閘管系統(tǒng)所必需的換相電路，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，提高了效率，提高了工作頻率，降低了噪聲，也縮小了電力電子裝置的體積和重量。后來(lái)，諧波成分大、功率因數(shù)差的相控變流器逐步由斬波器或PWM變流器所代替，明顯地?cái)U(kuò)大了電機(jī)控制的調(diào)運(yùn)范圍，提高了調(diào)速精度，改善了快速性、效率和功率因數(shù)。直流電機(jī)脈沖寬度調(diào)制(Pulse Wid

4、th Modulation-簡(jiǎn)稱PWM)調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生于70年代中期。最早用于不可逆、小功率驅(qū)動(dòng)，例如自動(dòng)跟蹤天文望遠(yuǎn)鏡、自動(dòng)記錄儀表等 。近十多年來(lái)，由于晶體管器件水平的提高及電路 技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)又因出現(xiàn)了寬調(diào)速永磁直流電機(jī)，它們之間的結(jié)合促使PWM技術(shù)的高速發(fā)展，并使電氣驅(qū)動(dòng)技術(shù)推進(jìn)到一個(gè)新的高度。 在國(guó)外，PWM最早是在軍事工業(yè)以及空間技術(shù)中應(yīng)用。它以優(yōu)越的性能，滿足那些高速度、高精度隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的需求。近八、九年來(lái)，進(jìn)一步擴(kuò)散到民用工業(yè)，特別是在機(jī)床行業(yè)、自動(dòng)生產(chǎn)線及機(jī)器人等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。如今，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的趨勢(shì)更為明顯，促進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)以更快的速度發(fā)展著

5、。隨著市場(chǎng)的發(fā)展，客戶對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制要求越來(lái)越高，希望它的功能更強(qiáng)、噪聲更低、控制算法更復(fù)雜，而可靠性和系統(tǒng)安全操作也擺上了議事日程，同時(shí)還要求馬達(dá)恒速向變速發(fā)展，還要符合全球環(huán)保法規(guī)所要求的嚴(yán)格環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入21世紀(jì)后，可以預(yù)期新的更高性能電力電子器件還會(huì)出現(xiàn)，已有的各代電力電子元件還會(huì)不斷地改進(jìn)提高。1.2要求1.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)基于MCS-51系列單片機(jī)AT89C52，設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置。1.2.2設(shè)計(jì)要求 1）在系統(tǒng)中擴(kuò)展直流電動(dòng)機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路(H橋式電路)，驅(qū)動(dòng)直流測(cè)速 電動(dòng)機(jī) 2）使用定時(shí)器產(chǎn)生可控的PWM波，通過(guò)按鍵改變PWM占空比，控制直流 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)

6、速。 3）設(shè)計(jì)一個(gè)5個(gè)按鍵的鍵盤。K:“啟動(dòng)/停止”K1： “正轉(zhuǎn)”K2： “反轉(zhuǎn)”K3： “加速”K4: “減速”4）手動(dòng)控制。在鍵盤上設(shè)置兩個(gè)按鍵-直流電動(dòng)機(jī)加速和直流電動(dòng)機(jī) 減速鍵。在手動(dòng)狀態(tài)下，每按一次鍵，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速按照約定的速率改變。1.2.3設(shè)計(jì)提示：1)使用定時(shí)器產(chǎn)生可控PWM波。2）編寫鍵盤控制程序，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制，并通過(guò)調(diào)整PWM波占空比，實(shí)現(xiàn)調(diào)速；1.3 設(shè)計(jì)目的和意義 本文設(shè)計(jì)的直流PWM調(diào)速系統(tǒng)采用的是調(diào)壓調(diào)速，H橋單極式電路為功率放大電路的結(jié)構(gòu)。PWM調(diào)制部分是在單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)之上，運(yùn)用c語(yǔ)言編程控制。由定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生寬度可調(diào)的矩形波。通過(guò)調(diào)節(jié)波形的寬度來(lái)控制電機(jī)電路通

7、斷時(shí)間，以達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)速度的目的。增加了系統(tǒng)的靈活性和精確性，使整個(gè)PWM脈沖的產(chǎn)生過(guò)程得到了大大的簡(jiǎn)化。本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，以鍵盤作為輸入達(dá)到控制直流電機(jī)的啟停、速度和方向，完成了基本要求和發(fā)揮部分的要求。在設(shè)計(jì)中，采用了PWM技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)占空比的計(jì)算達(dá)到精確調(diào)速的目的。第2章 方案論證和選擇2.1 電機(jī)調(diào)速控制模塊方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問(wèn)題在于一般電動(dòng)機(jī)的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。方案二：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或

8、關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)開關(guān)的切換對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。方案三：用單片機(jī)控制使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路效率非常高；可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。兼于方案三調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣，因此本設(shè)計(jì)采用方案三。2.2 PWM調(diào)速工作方式調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。方案

9、一：采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個(gè)us。方案二：采用軟件延時(shí)方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。故采用方案一。第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路結(jié)構(gòu)初步設(shè)想由以下4部分組成：時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、單片機(jī)、以及驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路部分采用了以H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)?？刂撇糠植捎胏語(yǔ)言編程控制，AT89C51芯片的定時(shí)器產(chǎn)生PWM脈沖波形，通過(guò)調(diào)節(jié)波形的寬度來(lái)控制點(diǎn)擊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的控制。根據(jù)硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，對(duì)各部分模塊的原理進(jìn)行分析，編寫個(gè)子模塊程序，最終將其組合。 3.1信號(hào)輸入電路

10、獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵需要占用一個(gè)輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。消除鍵抖動(dòng)。一般按鍵在按下的時(shí)候有抖動(dòng)的問(wèn)題，即鍵的簧片在按下時(shí)會(huì)有輕微的彈跳，需經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的時(shí)間才會(huì)可靠地接觸。若在簧片抖動(dòng)時(shí)進(jìn)行掃描就可能得出不正確的結(jié)果。因此，在程序中要考慮防抖動(dòng)的問(wèn)題。最簡(jiǎn)單的辦法是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，等待（延遲）一段時(shí)間再進(jìn)行“行掃

11、描”，延遲時(shí)間為1020ms。這可通過(guò)調(diào)用子程序來(lái)解決，當(dāng)系統(tǒng)中有顯示子程序時(shí)，調(diào)用幾次顯示子程序也能同時(shí)達(dá)到消除抖動(dòng)的目的。 程序顯示見附件第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)選擇 AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。此

12、設(shè)計(jì)就采用AT89C514.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 在進(jìn)行單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。鍵盤向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過(guò)P31.0和P1.1輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PWM脈沖，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)電路，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。在程序中通過(guò)軟件產(chǎn)生PWM，送出預(yù)設(shè)占空比的PWM波形。PWM（脈沖寬度調(diào)制）是一系列周期固定、占空比可調(diào)的脈沖系列，由于每個(gè)脈沖的高電平時(shí)間和低電平時(shí)間之和必須等于周期數(shù)，所以輸出電平的維持時(shí)間必須由定時(shí)器來(lái)控制。設(shè)PWM周期為T，高電平時(shí)間為TH，低電平時(shí)間為TL，

13、電壓為VCC，則輸出電壓的平均值為：UAV =VCC*TH/（TH+TL）=VCC*TH/T=aVCC，當(dāng)VCC固定時(shí)，其電壓值取決于PWM波形的占空比a，而PWM的占空比由單片機(jī)軟件內(nèi)部用于控制PWM輸出的寄存器值決定。軟件主要由3部分組成：主程序、鍵盤掃描程序、中斷處理程序。定時(shí)中斷處理程序：采用定時(shí)方式1，因?yàn)閱纹瑱C(jī)使用12M晶振，可產(chǎn)生最高約為65.5ms的延時(shí)。對(duì)定時(shí)器置初值0xFF9C可定時(shí)100us。當(dāng)100us定時(shí)時(shí)間到，定時(shí)器溢出則響應(yīng)該定時(shí)中斷處理程序，完成對(duì)定時(shí)器的再次賦值。 第5章 單片機(jī)系統(tǒng)綜合調(diào)試5.1 仿真結(jié)果與分析未啟動(dòng)仿真時(shí)，初始狀態(tài)： 見附件一正轉(zhuǎn)狀態(tài)：（反

14、轉(zhuǎn)狀態(tài)不在此舉例） 見附件二減速狀態(tài)：（加速狀態(tài)不在此舉例） 見附件三停止?fàn)顟B(tài)： 見附件四第6章 心得體會(huì)在兩個(gè)周的學(xué)習(xí)工作中，通過(guò)查閱相關(guān)資料了解了直流調(diào)速系統(tǒng)，加深了對(duì)直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，熟悉了單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的運(yùn)用。并且在所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，利用已有的直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，嘗試了自己的一些研究。并且，使我將原來(lái)所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)化，理論化，實(shí)用化。對(duì)如何使用已有知識(shí)及獲取相關(guān)資料方面的能力又有了提高。本設(shè)計(jì)基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。實(shí)現(xiàn)通過(guò)單片機(jī)對(duì)直流電機(jī)的控制，通過(guò)合理的設(shè)備選型、參數(shù)設(shè)置和軟件設(shè)計(jì)，提高了直流電機(jī)調(diào)速運(yùn)行的可靠性。本設(shè)計(jì)在硬件上采用了基于PWM技術(shù)的H型橋式驅(qū)動(dòng)電路，解決

15、了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的效率問(wèn)題。但該設(shè)計(jì)也有不足之處，主要是在關(guān)于速度的反饋上，速度的變化范圍較。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我的知識(shí)領(lǐng)域得到進(jìn)一步擴(kuò)展，專業(yè)技能得到進(jìn)一步提高，同時(shí)鍛煉了自己獨(dú)立完成任務(wù)的能力，并掌握了很多軟件、硬件開發(fā)方面的知識(shí)。另外，我還認(rèn)識(shí)到無(wú)論做什么工作，都需要踏實(shí)，勤奮，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，這對(duì)我以后的工作將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。同時(shí)，也培養(yǎng)了自己認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，為將來(lái)能更好的適應(yīng)工作崗位打下了良好的基礎(chǔ)。當(dāng)然，本次設(shè)計(jì)還存在一些不足之處，例如：反轉(zhuǎn)速度的不理想，調(diào)節(jié)速度時(shí)的不理想，若方波占空比過(guò)低則電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不動(dòng)。當(dāng)然，設(shè)計(jì)中肯定還有其他不足和紕漏之處，請(qǐng)各位老師指正。附件一附件二附件

16、三附件四程序：/* writer:shopping.w */ /*實(shí)現(xiàn)功能：利用PWM技術(shù)調(diào)節(jié)直流電機(jī)速度，K1調(diào)快，K2調(diào)慢*/#include<reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint count,tt;sbit k4=P33;sbit k5=P34;sbit K1 = P30;sbit K2 = P31;sbit K3 = P32;sbit LED1 = P00;sbit LED2 = P01;sbit MA = P10;sbit MB

17、= P11; /*延時(shí)函數(shù),延時(shí)一毫秒*/void delay(uint z)uint x,y;for(x=112;x>0;x-)for(y=z;y>0;y-);/*按鍵調(diào)pwm*/void key_add()if(k4=0)delay(5);if(k4=0)if(count<95)count=count+5;elsecount=100; while(!k4);void key_dec()if(k5=0)delay(5);if(k5=0)if(count>5)count=count-5;elsecount=0; while(!k5);/*外部中斷函數(shù)*/void timer0() interrupt 1TH0=0xff;TL0=0x9c;LED1 = 0;LED2 = 1;tt+;if(tt=100) tt=0;if(tt<count)MA=0; /占空比為count/100時(shí)，else MA=1;void timer1() interrupt 3TH1=0xff;TL1=0x9c;LED1 = 1;LED2 = 0;tt+;if(tt=100) tt=0;if(tt<count)MB=0; /占空比為count/100時(shí)，else MB=1;void main(void)TM