小直流電機調速實驗單片機課程設計講解

1、1 燧課程設計說明書單片機原理與接口技術第一章理論部分錯誤！未定義書簽1.1課題要求與內(nèi)容錯誤！未定義書簽1.2系統(tǒng)方案設計錯誤！未定義書簽1.3系統(tǒng)硬件的設計31.4系統(tǒng)軟件設計8第二章實踐部分99102.1 系統(tǒng)硬件仿真調試 2.2 設計總結15第二章附錄11第一章理論部分1.1課題名稱及要求設計課題名稱：小直流電機調速實驗設計目的：掌握單片機數(shù)控直流電機的速度設計要求：利用DAC0832芯片進行數(shù)/?？刂?，輸出的電壓經(jīng)放大后驅動小直流 電機的速度進行數(shù)字量調節(jié)1.2系統(tǒng)方案設計（1）總體方案設計直流電機調速原理：根據(jù) KVL方程：電機轉速n=（Ua-laRa）/Ca C ,其中， 對于極

2、對數(shù)p,匝數(shù)為N,電樞支路數(shù)為a的電機來說：電機常數(shù)Ca=pN/60a，意 味著電機確定后，該值是不變的。而在 Ua-IaRa中，由于Ra僅為繞組電阻，導 致IaRa非常小，所以Ua-IaRa約等于Ua=由此可見我們改變電樞電壓時，轉速 n即可隨之改變。圖3-1所示電樞電壓為a,電樞電流為匚，電樞電阻為Ra,電機 常數(shù)Ca,勵磁磁通量是C。所以直流電動機的轉速與施加于電動機兩端的電壓 大小有關。本系統(tǒng)用DAC0832空制輸出到直流電動機的電壓的方法來控制電動機 的轉速。（2）直流電機調速方案下面作為控制直流電機的轉速的方案做比較：方案一：通過控制直流電機的電樞電壓調速（即本實驗所采用的方案），

3、對 于小容量的電機，當要求轉速不太精確的情況下，采用控制直流電機的電樞輸入 電壓或電流是一種十分方便而競經(jīng)濟的方法，輸入電壓（電流）容易控制而又容易得到，所以采用本方案。方案二：通過控制直流電機的激磁大小來控制直流電機的轉速，此方案需要能調節(jié)激磁的直流電機，電路的氣他部分則相同，然而對于這類電機，價格相對 較貴，較之方案一則顯得不那么經(jīng)濟，況直流電機調速本身是一種相對較小的系 統(tǒng)，所以本方案較之方案一相對復雜且不經(jīng)濟。方案三：即將方案而二和三結合起來，此方案相對來說則更為復雜和不經(jīng)濟，因此選擇方案一具體地說本設計采用 STC89C51做為主要芯片，輸入?yún)R編語言程序，采用 DAC0832乍為數(shù)模

4、轉換芯片，輸出直流電機所需的電壓，通過控制直流電機的輸 入電壓來控制它的轉速。(3) 總體設計框圖如下所示S0C51按鈕控制DAC0S32轉換器運算放大直流電動機圖1總體設計框圖1.3系統(tǒng)硬件設計(1) AT89C51 簡介AT89C51是一種帶 4K字節(jié) FLASH存儲器(FPEROFlash Programmable and Erasable ReadOnly Memory)的低電壓、高性能CMOS位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051 是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以 反復擦除1000次。該器件采用ATMEI高密度非易失存儲器制造技術制

5、造，與工業(yè) 標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位CPU和閃速存儲器 組合在單個芯片中，ATMEL勺AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的 一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價 廉的方案。(2) 51單片機最小系統(tǒng)單片機加上時鐘電路和復位電路就構成了能使其正常工作的最小系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)是單片機正常工作的基礎，任何一個單片機系統(tǒng)設計都是基于單片機 最小系統(tǒng)的基礎上來完成的，而在單片機系統(tǒng)實物設計中，最應該首先解決的也 應該是單片機最小系統(tǒng)問題，只有保證了單片機最小系統(tǒng)的正確性， 才能保證接 下來的其他模塊的正確

6、設計。單片機允許的振蕩晶體可在1.224MHz之間選擇，一般為12MHz電容C2, C3的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩 電路起振速度有一定的影響，可在20100pF之間選擇。單片機RST引腳是高電 平有效。單片機在上電瞬間充電，RST引 I腳端出現(xiàn)正脈沖，只要 RST斷保持兩個 機械周期（大約10mS以上的高電平，單片機就能復位。11In1 X1193CPCRYSTALC23CPR7XTAL1XTAL2RSE圖2 C51單片機最小系統(tǒng)圖（3）DAC0832芯片簡介DAC0832是8分辨率的D/A轉換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個 DA 芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優(yōu)

7、點，在單片機應用系統(tǒng)中得到 廣泛的應用。D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電 路及轉換控制電路構成。主要參數(shù)：分辨率為8位；電流穩(wěn)定時間1us ;可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù) 字輸入；只需在滿量程下調整其線性度；單一電源供電（+5V+15V ;低功耗， 20mW/* WR1數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由ILE、CS WR的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入 數(shù)據(jù)線變換，LE1的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存；* XFER :數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效；* WR2DAC寄存器選通

8、輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由WR2 XFEF的邏輯組合產(chǎn)生LE2,當LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸 入而變化，LE2的負跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 DAC寄存器并開始D/A轉換。* I OUT1電流輸出端1,其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；* IOUT2 :電流輸出端2,其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；* Rfb:反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調整轉換滿量程精度；* Vcc :電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V;* VREF :基準電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V;* AGND :模擬信號地；* DGND :數(shù)字信號地。（4）

9、DAC0832電壓輸出控制原理DAC0832是電流形式輸出，當需要電壓形式輸出時，必須外接運算放大器。 根據(jù)輸出電壓的極性不同，DAC0832又可分為單極性輸出和雙極性輸出兩種輸出 方式。單極性輸出：DAC0832的單極性輸出電路如圖所示。VREF可以接土 5V或土 10V參考電壓，當接+ 5V時，輸出電壓范圍是 0V一5V;當接一5V時，輸出 電壓范圍是0V+ 5V;當接+ 10V時，輸出電壓范圍是0V一10V ；當接一10V 時，輸出電壓范圍是0V+ 10V。若輸入數(shù)字為0255，則輸出為：Uout = VRE氐D/256。式中D為輸入DAC0832的十進制數(shù)，因為轉換結果loutl 接運

10、 算放大器的反相端，所以，式中有一個負號。若VRE三+ 5V,輸入數(shù)字為：0 255 時，Vout = （0 4.98）V。圖3 DAC0832的單極性輸出電路雙極性輸出。即在單極性電壓輸出的基礎上，在輸出端再加一級運算放大器， 就構成了雙極性電壓輸出。通過運放A2將單向輸出轉變?yōu)殡p向輸出。由 VREF為A2運放提供一個偏移電流，該電流方向應與A1輸出電流方向相反，且選擇R仁R3=2R2使得由VREF引入的偏移電流恰為A1輸出電流的1/2。因而A2的運 放輸出將在A1運放輸出的基礎上產(chǎn)生位移。雙極性輸出電壓與VREFS A1運放輸出V1的關系是：Uout = (2U1+ VREF)。DAC08

11、32的雙極性輸出電路如圖二 所示。根據(jù)前面單極性輸出表達式 U1 = VREF D/256,故Uout = (2U1 + VREF) =VREFX D/128 VREF圖4 DAC0832的雙極性輸出電路(5) DAC0832與運算放大器以及電動機的接口電路DAC0832的 IOUT1端即模擬電流輸出端1和IOUT2端即模擬電流輸出端2分 別與運算放大器的反相輸入端和正向輸入端相連接。運算放大器的輸出端與直流電動機的一端相連接，而直流電動機的另一端接地。圖5 DAC0832與運算放大器以及電動機的接口電路(6) DAC0832與 C51 接 口電路采用一個80C51和一個DAC0832專換器來

12、輸出電路調節(jié)后的模擬信號，來供 給直流電機，通過改變DAC0832勺輸入，進而改變DAC0832勺輸出進而對直流電 動機進行調速。電路由80C51單片機P0.1-P0.7 口接DAC0832勺數(shù)據(jù)輸入端D1. 0-D1.7，即P0 口輸出八位電信號給DAC0823的D0D7作為數(shù)據(jù)輸入端。單片機 P2.7 口輸出作為DAC0832專換器的片選信號和控制數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入的信 號，P3.6 口作為DAC0832勺寫選通信號控制輸入的信號和 DAC0832勺寄存器選 通輸入端的信號，同時有 AGND模擬量地即模擬電路接地端和 DGND數(shù)字量接地 端共同接地。DAC0832 與80C51接口電路的

13、連接時80C51單片機的輸出作為 DAC0832勺 輸入，從而實現(xiàn)了 80C51單片機的控制，進而達到控制DAC0832勺輸出，也就是 控制直流電動機的輸入。JZU1CSWR1GNDIIDIOVREFSIMDDAC0S32VCCLE(B1/BY2)WR2 XFER I5DIBDI7IOUT2lOUTt207a77 迢7s1星 11 A?圖6 DAC0832與C51接口電路(7) 按鈕控制電路按鈕控制電路是該直流電動機調速設計電路中的控制部分， 也就是通過該按 鈕控制電路實現(xiàn)直流電動機的調速。C51單片機的P1.0和P1.1的輸入接按鈕的 一端，按鈕的另一端接地，這樣的連接實現(xiàn)了通過按鈕的 0和

14、1狀態(tài)使80C51 單片機的輸入發(fā)生改變。圖7按鈕電路1.4系統(tǒng)軟件設計開始圖9系統(tǒng)流程圖第二章實踐部分2.1系統(tǒng)硬件仿真調試2.2設計總結單片機是現(xiàn)代化的硬件設備，為我們的生活帶來了很多便利，隨著科學技 術的日新月異，現(xiàn)代化的設備逐漸向自動化邁進，而單片機技術是自動化的必備 手段，他方便實用，為自動化生產(chǎn)帶來了很多便利，因此學好單片機技術顯得有 為重要，而在單片機的學習中實驗和實踐則是更必不可少，動手操作可以使我們對書本知識更加了解，同時為我們將來在實際生產(chǎn)中的世紀應用也是大有裨益， 對網(wǎng)絡和書本知識的檢索能力也得到提升?；趩纹瑱C應用系統(tǒng)設計比較的難，從未接觸過任何的應用系統(tǒng)的設計，對老師

15、要求我們做的應用系統(tǒng)的設計根本無 從下手,于是從圖書館借了幾本有關單片機的應用系統(tǒng)的實例書籍，并且在網(wǎng)上 參考了較多本實例的應用知識，了解了系統(tǒng)設計報告的寫法和結構。參考了網(wǎng)上 較多的實例，實在話，讓我自己親手動手去做實在不能完成， 只有通過圖書館借 的書和通過網(wǎng)絡才可完成。這一定程度上也提高了網(wǎng)上搜索信息的能力。在借鑒 了網(wǎng)上的信息，同時添加了自己借的書中的一些內(nèi)容，整合成了這篇設計。希望以后這種的設計會更多，讓我們的書本知識和實際操作聯(lián)系起來，讓書 本知識活躍在我們的生活中，那樣我們的書本知識學著就不再那么枯燥乏味。第三章附錄附錄一：元件清單：1 兩個電容2 一個電解電容3 兩個按鈕4 A

16、T89C51單片機5 DAC0832轉換器6 運算放大器OPAMP7 直流電動機8 歐姆電阻9 晶振源10 直流電源附錄二：AT89C51單片機利用DAC0832合小直流電機調速的C語言程序#in clude#in clude#defi ne uchar un sig ned char#define DAC0832 0x7fff/ 定義 DAC0832端 口地址sbit k仁 P1A0;sbit k2=P1Al；uchar davl=0x3f;void INCDAC()加速處理函數(shù)davl=davl+0x20;if(davl=0x00)davl=0xe0;void DECDAC()減速處理函數(shù)davl=davl-0x20;if(davl=0x00)davl=0x20;/ delay(1000);/12M ,0.5Svoid delay (un sig ned int i1)un sig ned int ii;un sig ned char jj;for (ii=0;iii1;ii+)for (jj=0;j