小直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、小直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、前言（一）、單片機(jī)控制調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀單片微型計(jì)算機(jī)的誕生是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)新的里程碑。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，以及市場對(duì)產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高，直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用更加廣泛，尤其是在智能機(jī)器人中的應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速性能、過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)顯得十分重要，為了能夠適應(yīng)發(fā)展的要求，單閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心單片機(jī)，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價(jià)格、大存儲(chǔ)容量和強(qiáng)i/o功能等方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機(jī)已越來越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的控制、自動(dòng)化、智能化等方面，特

2、別是在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)中。這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)：體積小，功能全，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，結(jié)構(gòu)合理，指令豐富，控制功能強(qiáng)，造價(jià)低等。所以選用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可行性。（二）、課題來源 直流電動(dòng)機(jī)在冶金、礦山、化工、交通、機(jī)械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。而以往直流電動(dòng)機(jī)的控制只是簡單的控制，很難進(jìn)行調(diào)速，不能實(shí)現(xiàn)智能化。如今，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制已經(jīng)離不開單片機(jī)的支持，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，使人類社會(huì)步入了自動(dòng)化時(shí)代，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉融合，促進(jìn)了學(xué)科發(fā)展和專業(yè)更新，引發(fā)了新興交叉學(xué)科與技術(shù)的不斷涌現(xiàn)

3、?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，改變了世界，也改變了人類的生活。由于單片機(jī)的體積小、重量輕、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、控制靈活、應(yīng)用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，單片機(jī)的應(yīng)用也更加廣泛特別是在各種領(lǐng)域的控制、自動(dòng)化等方面。所以在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我采用了由單片機(jī)控制單閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)。二、總體設(shè)計(jì)方案：（一）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本課程設(shè)計(jì)所介紹的單片機(jī)控制直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單，輸出檔位可顯示，反映靈敏等特點(diǎn)，其輸出檔位采用數(shù)碼管顯示，方面操作與觀察，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)at89s52，數(shù)模轉(zhuǎn)換dac0832芯片，用二位共陽極led數(shù)碼管以并口傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)檔位的顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到以

4、上要求，同時(shí)在單片機(jī)最小系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了總開關(guān)和按鈕控制。利用dac0832芯片進(jìn)行數(shù)/模控制，輸出的電壓經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)小直流電機(jī)的速度進(jìn)行數(shù)字量調(diào)節(jié)，并顯示運(yùn)行狀態(tài)djxx和d/a輸出的數(shù)字量。按鈕s1,s2分別完成減一加一的功能，和撥碼開關(guān)配合使用，使控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的檔位轉(zhuǎn)換更加靈活，簡便?？刂聘又苯?，易于掌握和操作。1、 總體設(shè)計(jì)框圖at89s52變量k0k7總開關(guān)k0數(shù)碼管顯示速度輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速按鈕s1, s22、芯片選擇本次課程設(shè)計(jì)我們選擇的芯片是dac0832，8255和at89s52（1）dac0832簡介dac0832是8分辨率的d/a轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè)da芯片以其

5、價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。d/a轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位dac寄存器、8位d/a轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。a.主要特性參數(shù)：分辨率為8位電流穩(wěn)定時(shí)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(diào)整其線性度；單一電源供電（+5v+15v）；低功耗，200mw。b芯片結(jié)構(gòu)：d0d7：8位數(shù)據(jù)輸入線，ttl電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò))；ile：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效；cs：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；wr1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ile、

6、cs、wr1的邏輯組合產(chǎn)生le1，當(dāng)le1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，le1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；xfer：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；wr2：dac寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由wr1、xfer的邏輯組合產(chǎn)生le2，當(dāng)le2為高電平時(shí)，dac寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，le2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入dac寄存器并開始d/a轉(zhuǎn)換。iout1：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(hào)輸入線，改變r(jià)fb端外接電阻值

7、可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；vcc：電源輸入端，vcc的范圍為+5v+15v；vref：基準(zhǔn)電壓輸入線，vref的范圍為-10v+10v；agnd：模擬信號(hào)地dgnd：數(shù)字信號(hào)地c.工作方式：根據(jù)對(duì)dac0832的數(shù)據(jù)鎖存器和dac寄存器的不同的控制方式，dac0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。（2）8255簡介：a 一個(gè)并行輸入/輸出的lsi芯片,多功能的i/o器件,可作為cpu總線與外圍的口.b 具有24個(gè)可編程設(shè)置的i/o口,即使3組8位的i/o口為pa口,pb口和pc口.它們又可分為兩組12位的i/o口,a組包括a口及c口(高4位,pc4pc7),b組包括b口及c口(

8、低4位,pc0pc3).a組可設(shè)置為基本的i/o口,閃控(strobe)的i/o閃控式,雙向i/o3種模式;b組只能設(shè)置為基本i/o或閃控式i/o兩種模式,而這些操作模式完全由控制寄存器的控制字決定.c 8255引腳功能:reset:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端處于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有i/o口均被置成輸入方式。 cs:芯片選擇信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/cs=0時(shí),表示芯片被選中，允許8255與cpu進(jìn)行通訊;/cs=1時(shí),8255無法與cpu做數(shù)據(jù)傳輸. rd:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/rd=0且/cs=0時(shí),允許8255通過數(shù)據(jù)總線向c

9、pu發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即cpu從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 wr:寫入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/wr=0且/cs=0時(shí),允許cpu將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。 d0d7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與cpu數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)cpu 執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。 pa0pa7:端口a輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 pb0pb7:端口b輸入輸出線，一個(gè)8位的i/o鎖存器， 一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。 pc0pc7:端口c輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩

10、沖器。端口c可以通過工作方式設(shè)定而分成2個(gè)4位的端口， 每個(gè)4位的端口包含一個(gè)4位的鎖存器，分別與端口a和端口b配合使用，可作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信號(hào)輸入端口。a0,a1:地址選擇線,用來選擇8255的pa口,pb口,pc口和控制寄存器.當(dāng)a0=0,a1=0時(shí),pa口被選擇;當(dāng)a0=0,a1=1時(shí),pb口被選擇;當(dāng)a0=1,a1=0時(shí),pc口被選擇;當(dāng)a0=1.a1=1時(shí),控制寄存器被選擇.(3)at89s52簡介：a主要性能 ：與mcs-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 、8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器、 1000次擦寫周期、 全靜態(tài)操作：0hz33hz 、 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 、 32個(gè)可編程i/

11、o口線 、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源 、全雙工uart串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時(shí)器 、雙數(shù)據(jù)指針 、掉電標(biāo)識(shí)符b功能特性描述：p0 口：p0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下p0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 p1 口：p1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)

12、動(dòng)4 個(gè) ttl 邏輯電平。對(duì)p1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。此外，p1.0和p1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex），具體如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能p1.0t2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出p1.1t2ex（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）p1.5mosi（在系統(tǒng)編程用）p1.6miso（在系統(tǒng)編程用）p1.7sck（在系統(tǒng)編

13、程用）p2 口：p2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)ttl 邏輯電平。對(duì)p2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movx dptr）時(shí)，p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 p3 口：p3 口是一個(gè)具

14、有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl 邏輯電平。對(duì)p3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。p3口亦作為at89s52特殊功能（第二功能）使用，在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p3口也接收一些控制信號(hào)。 端口引腳第二功能p3.0rxd(串行輸入口)p3.1txd(串行輸出口)p3.2into(外中斷0)p3.3int1(外中斷1)p3.4to(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)p3.5t1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)p3.6wr(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)p3.7rd(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)三、硬

15、件電路設(shè)計(jì)1、顯示電路與at89s52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)2、at89s52單片機(jī)最小系統(tǒng)利用at89s52單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、電源構(gòu)成單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展顯示電路、驅(qū)動(dòng)電路。3、dac0832與at89s52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)4、d/a 轉(zhuǎn)換0832 電路5、微型直流電機(jī)電路四、軟件設(shè)計(jì)1、主程序框圖初始化寄存器r0（用于存儲(chǔ)輸出電壓的值），r1（用于存儲(chǔ)數(shù)碼管顯示值）。初始化 8255a設(shè)定其工作方式為0方式，pa口為數(shù)碼管片選信號(hào)端，pb口接數(shù)碼管顯示端。判斷總開關(guān)k0的狀態(tài)，若其為低電平則死循環(huán)（繼續(xù)讀取開關(guān)量），若為高電平，則程序順序執(zhí)行。讀取其他開關(guān)量，將讀取的

16、數(shù)值存儲(chǔ)到r0,通過對(duì)dac0832尋址，輸出驅(qū)動(dòng)電流，帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)查表將檔位值顯示到數(shù)碼管上。是否否dac0832輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速，led顯示轉(zhuǎn)速程序結(jié)束開始開中斷寄存器初始化8255初始化，寫入控制字讀開關(guān)量判斷開關(guān)k0是否打開判斷是否有中斷是開關(guān)量加一或者減一五、調(diào)試與測試結(jié)果分析1、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)連接圖2、硬件線路調(diào)試：（1）按照系統(tǒng)硬件連線圖在實(shí)驗(yàn)箱上連線，將開關(guān)k0k7與at89s52的p1.0p1.7連接，與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。使數(shù)碼管能正確顯示檔位的變化（2）利用keil uvision2 軟件使程序處于單步運(yùn)行狀態(tài)，分別調(diào)試各子程序，驗(yàn)證子程序功能的正確性。（3）通過撥動(dòng)開關(guān)，觀

17、察電機(jī)的速度、數(shù)碼管顯示的變化。六、程序清單與注釋說明程序清單：org 0000h; ljmp start org 0003h ljmp b0 org 0013h ljmp b7 org 0100hstart: setb ea setb ex0 setb it0 setb ex1 setb it1 mov dptr ,#0ff23h ;設(shè)置8255控制狀態(tài)字 mov a, #80h ;給8255賦初值，8255工作于方式0 movx dptr, ab3: jnb p3.0,b4m0t1: mov dptr,#0ff80h ;選中dac0832mov p1,#0ffh ;將p1設(shè)置為輸入口mov

18、 a,p1 ;將撥碼開關(guān)的狀態(tài)送入a 中movx dptr, a ;將撥碼開關(guān)的狀態(tài)送入dac0832中subb a,r5add a,r6acalldis ;調(diào)用顯示子程序ljmpb3 ;循環(huán)?dis: movr0,a movr3,#2fh ;選中百位數(shù)碼管 mova,r3 mov dptr,#0ff20h ;將8255的pa口地址送入數(shù)據(jù)指針 movxdptr,a mova,r0 ;將撥碼開關(guān)送入a 中 movb,#64h ;（b）=100 div ab ;a / b movdptr,#tab ;把表首地址送入數(shù)據(jù)指針 movca,a+dptr ;查表獲得顯示碼 mov dptr,#0ff2

19、1h ;將8255的pb口地址送入數(shù)據(jù)指針 movxdptr,a ;把顯示數(shù)據(jù)碼送pb口 acalldelay ;調(diào)用延時(shí)子程序 movr3,#37h ;選中十位數(shù)碼管 mova,r3 mov dptr,#0ff20h ;將8255pa 口地址送入數(shù)據(jù)指針 movxdptr,a mova,b ;把余數(shù)送到a movb,#10 ;（b）=10 div ab ;取十位上的數(shù) movdptr,#tab movca,a+dptr ;查表取取十位的顯示碼 mov dptr,#0ff21h ;把8255的pb地址送入數(shù)據(jù)指針 movxdptr,a ;顯示十位數(shù)據(jù) acalldelay ;調(diào)用延時(shí)子程序 m

20、ovr3,#3bh ;選中個(gè)位數(shù)碼管 mova,r3 mov dptr,#0ff20h ;將8255pa的地址送入數(shù)據(jù)指針 movxdptr,a mova,b;a=b movdptr,#tab ;將列表首地址送入數(shù)據(jù)指針 movca,a+dptr ;將要顯示的個(gè)位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的代碼送入a中 mov dptr,#0ff21h ;將8255的pb口地址送入數(shù)據(jù)指針 movxdptr,a ;顯示個(gè)位數(shù) acalldelay ;調(diào)用延時(shí)子程序 rettab: db0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h; 0 1 2 3 4 db92h,82h,0f8h,80h,90h; 5 6 7 8 9dela

21、y: mov r7,#40 del3: mov r6,#123 nop del4: djnz r6,del4 djnz r7,$ retb0: inc r5 retib7: inc r6 retib4: mov dptr,#0ff80h mov a,#00h movx dptr,aacall disljmp b3end七、課程設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)在做本次課程設(shè)計(jì)的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計(jì)資料了。為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，查閱這方面的設(shè)計(jì)資料是十分必要的，同時(shí)也是必不可少的。我們是在做單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，但我們不是藝術(shù)家，他們可以拋開實(shí)際盡情在幻想的世界里翱翔，而我們一切都要有據(jù)可依，有理可尋，不切實(shí)際的構(gòu)想