智能電機轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)設計.doc

電子技術課程設計題目： 智能電機轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)設計 學 院 計算機與通信工程學院專 業(yè) 學 號 姓 名 Lei Ke 指導老師 leike 摘 要當今社會，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域中都得到了廣泛的應用。我希望通過對電子電路設計及制作課程設計等環(huán)節(jié)，力求達到以下作用和目的：即進一步掌握模擬數(shù)字電子技術的理論知識，培養(yǎng)工程設計能力和綜合分析問題、解決問題的能力；基本掌握常用電子電路的一般設計方法，提高對電子電路的設計和實驗能力；熟悉并學會使用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定基礎。以下設計是以單片機為核心設計一個電動機轉(zhuǎn)速測定以及數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，要求對轉(zhuǎn)速范圍在0166r/min的直流調(diào)速電動機進行測量并顯示，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)顯示精度要達到轉(zhuǎn)速個位數(shù)和加速、減速、定速、電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的實時控制。本設計使用12V直流電機，將直流電機測速裝置產(chǎn)生的脈沖信號輸入到單片機外部中斷0口，單片機工作在內(nèi)部定時器工作方式0，對周期信號進行計數(shù)，調(diào)用計算公式計算出每秒的轉(zhuǎn)速。調(diào)用顯示程序在數(shù)碼管上，其主要內(nèi)容是單片機部分主要完成轉(zhuǎn)速的測量，數(shù)碼管顯示部分主要把轉(zhuǎn)速顯示出來，顯示范圍在0166r/min之間。關鍵詞：直流電機 單片機 轉(zhuǎn)速控制 數(shù)據(jù)顯示目錄摘 要2目錄31.引 言.42總體設計.52.1基本原理52.2系統(tǒng)總體框圖及設計思路63.詳細設計63.1 硬件設計73.2軟件設計.83.2.1程序設計思路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16參考文獻171.引言電子計技術的高速發(fā)展，促使直流電動機逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機技術的應用，使直流電機調(diào)速技術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中得到廣泛應用。從控制角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎。早期直流電動機的控制以模擬電路為基礎，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，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難。隨著單片機技術的日新月異，使得許多控制功能以及算法可以采用技術來完成，為直流電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。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)行業(yè)中，經(jīng)常會遇到需要測量轉(zhuǎn)速的場合并且顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時轉(zhuǎn)速。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程，需要各種各樣的生產(chǎn)機械，拖動各種生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)，可以采用氣動，液壓傳動和電力拖動。由于電力拖動具有控制簡單、調(diào)節(jié)性能好、損耗小、經(jīng)濟。能實現(xiàn)遠距離控制等一系列優(yōu)點，因此大多數(shù)機械都采用電力拖動。按照電動機的種類不同，電力拖動系統(tǒng)分為直流電力拖動和交流電力拖動兩大類。早期的生產(chǎn)機械如通用機床、風機、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單交、直流電力拖動即可以滿足。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，對電力拖動的靜態(tài)與動態(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)速與可逆電力拖動的絕大部分應用場合。自20年代以來，可調(diào)速直流電力拖動較多采用的是直流發(fā)電機-電動機系統(tǒng),并以電機擴大機、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系統(tǒng)逐漸取代了直流發(fā)電機-電動機系統(tǒng),并發(fā)展到采用數(shù)字電路控制的電力拖動系統(tǒng)。這種電力拖動系統(tǒng)具有精密調(diào)速和動態(tài)響應快等性能。這種以弱電控制強電的技術是現(xiàn)代電力拖動的重要特征和趨勢。 交流電動機沒有機械式整流子，結構簡單、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機高；但由于交流電力拖動控制性能沒有直流電力拖動好，所以20世紀以來，在可逆，可調(diào)速與高精度的拖動技術領域中，相當時期內(nèi)幾乎都是采用直流電力拖動。直流電動機作為執(zhí)行機構被廣泛應用于各類控制系統(tǒng)中，其驅(qū)動與轉(zhuǎn)速精度是電動機能夠穩(wěn)定工作的關鍵。為此，提出了一種直流電機驅(qū)動與轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設計方法。利用電子信息技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，可以提高生產(chǎn)效率。如果應用現(xiàn)代化手段對電機轉(zhuǎn)速進行科學改變，精確測量，并輔以數(shù)碼顯示，超速報警等裝置，對工業(yè)，生活中的一些旋轉(zhuǎn)設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量，會給生產(chǎn)和生活帶來很大的方便。隨著計算機的廣泛應用，特別是高性價比的單片機的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用了以單片機為核心的數(shù)字化，智能化。本設計以單片機為中心，霍爾傳感器為測量元件，全數(shù)字化的測速儀器。這在工業(yè)控制和民用電器中都有較高的價值。轉(zhuǎn)速是工程中應用非常廣泛的一個參數(shù)，其測量方法很多，而模擬量的采集和模擬處理一直是轉(zhuǎn)速測量的主要方法。本文的研究任務是研究電動機轉(zhuǎn)速測定系統(tǒng)的設計。通過對AT89C51相關芯片的了解，實現(xiàn)對該系統(tǒng)的硬件與軟件的設計。以單片機為核心器件，單片機通過對負脈沖計數(shù)，可計算出電機的轉(zhuǎn)速，在超高時、低速限時，有報警顯示，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，測量速度快，精度高，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等優(yōu)點。 2. 總體設計2.1基本原理本設計以單片機為核心設計一個電動機轉(zhuǎn)速測定以及數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，要求對轉(zhuǎn)速范圍在0166r/min的直流調(diào)速電動機進行測量并顯示和加速、減速、定速、電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的實時控制，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)顯示精度要達到轉(zhuǎn)速個位數(shù)。本設計使用12V直流電機，將霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖信號輸入到單片機外部中斷0口，單片機工作在內(nèi)部定時器工作方式0，對周期信號進行計數(shù)，調(diào)用計算公式計算出轉(zhuǎn)速。調(diào)用顯示程序在LED上，其主要內(nèi)容是單片機部分主要完成轉(zhuǎn)速的測量，LED顯示部分主要把轉(zhuǎn)速顯示出來，顯示范圍在0166r/min之間。2.2系統(tǒng)總體框圖及設計思路電機狀態(tài)控制按鍵單片機 控制信息顯示數(shù)碼管 轉(zhuǎn)速顯示 直流電機電路 電機控制數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)總體設計思路：本設計利用單片機靈活的編程設計和豐富的IO端口，及其控制的準確性，實現(xiàn)電機的調(diào)速、定速、正反轉(zhuǎn)、顯示速度控制。用按鍵控制單片機的P3.6、3.7、RST接口，再通過單片機控制直流電機驅(qū)動來實現(xiàn)直流電機的調(diào)速和定速的功能，然后直流電機將轉(zhuǎn)速信息回傳給單片機，最后單片機把轉(zhuǎn)速信息發(fā)送給數(shù)碼管驅(qū)動，來控制數(shù)碼管上顯示速度信息。用外圍電路控制電機的正反轉(zhuǎn)。 3.詳細設計3.1 硬件設計硬件原理如圖1所示。圖1中，直流電機通過L298進行驅(qū)動，直流電機的ENA引腳與單片機的P3.5（T1）相連，T1傳送出PWM脈沖。電機速度反饋送回單片機的P3.2，也就是INT0中斷引腳。按鍵分為電機加速、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)方向控制則通過撥動控制，其輸出通過反相器反相后與電機驅(qū)動芯片L298的IN1相連。顯示數(shù)碼管選用的是6位一體的7段共陽數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)由單片機P1口來傳送，數(shù)碼管各位的片選線是分別由單片機的P0.0P0.5通過總線驅(qū)動芯片74LS245來完成的。 圖13.2軟件設計（1）設計思路分析根據(jù)前面的設計任務分析，可知本設計的軟件程序應完成如下功能：首先，由定時器T1產(chǎn)生定是中斷，從而產(chǎn)生PWM脈沖控制電機轉(zhuǎn)動；其次，計算電機的轉(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，檢測加速與減速按鍵的動作，并按照按鍵情況來響應需求。開啟中斷、設置中斷出發(fā)裝置和中斷優(yōu)先級、設置定時初值（2）程序流程圖轉(zhuǎn)速獲取標志等于1？ Y N計算轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速獲取標志0顯示轉(zhuǎn)速加速按鍵動作？ Y N延時消抖速度等級加1減速按鍵動作？ N Y延時消抖速度等級減1定時器1中斷服務子程序流程圖PWM 1定時計數(shù)初值設置PWM轉(zhuǎn)速調(diào)速計數(shù)時間到達1？開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() /*定時器初始化*/ char tt; TMOD=0x11; EX0=1; IT0=1; IP=0x05; TH1=(65536-TIMER_BASE)/256; /設置定時器初始值 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)速標志開啟 mx=st0-st1; /計算前一秒的轉(zhuǎn)速 FLAG=0; /關閉轉(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 在t0中設置參數(shù) b=minx*12; /5秒延時 /獲取轉(zhuǎn)速（單位為r/min）在數(shù)碼管前三位顯示 ，在t0中設置參數(shù) show(); /顯示 if(SPEED_UP) /按鍵加速判斷 for(tt=0;tt100;tt+)/用于消除抖動+顯示 show(); if(SPEED_UP)/在次判斷按鍵是否按下，用于硬件，軟件仿真不會產(chǎn)生消抖 while(SPEED_UP); /等待按鍵松開 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+; /電機轉(zhuǎn)一周T0count加1 /*T0*/void t0_serv() interrupt 1 /T0定時器TH0=252; TL0=24;/if(time154000)/顯示延時60sif(time15000) /顯示延時5sFLAG1=1; st11=st10; /把前5秒的Tocount值給st11 st10=T0count; /獲取當前t0count值 time1=0;else time1+; /沒到5秒繼續(xù)+ /*T1中斷*/ void t1_serv() interrupt 3 /T1 實現(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; / 實現(xiàn)pwm調(diào)速 else PWM=0;/實現(xiàn)pwm調(diào)速 if(time%890)=1)/如果時間間隔1秒 ，獲取t0count FLAG=1; /開啟獲取速度標志 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KEIL C51主程序，新建工程，新建文本框?qū)懭氤绦颍４妫瑱z查是否有語法錯誤，經(jīng)反復檢查無誤后匯編，生成51單片機可執(zhí)行的HEX文件。然后把HEX文件寫入proteus中的單片機芯片中，再用Proteus進行仿真。本設計從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，采用美國ATMEL公司的單片機AT89C52作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲器單元，結合外圍的鍵盤輸入，實現(xiàn)電機的調(diào)速、定速、正反轉(zhuǎn)、顯示速度控制功能并用C語言編寫主控芯片的控制程序，研制了一種智能電機轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)。設計完全可行可以到達設計目的。使用單片機制作的智能電機控制顯示系統(tǒng)具有軟硬件設計簡單，易于開發(fā)，成本較低，安全可靠，操作方便等特點，有一定的實用性。5.心得體會經(jīng)過一段時間的努力，終于完成了這次的課程設計，其中遇到了很多問題很多困難。比如之前我們學過Intel公司的MCS-51系列的單片機，而本次我選擇的時美國Atmel公司的AT89C52單片機，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)知識尚淺，對課題的研究經(jīng)驗的不足，加上之前專業(yè)知識的生疏，使得此次設計比較粗糙，在技