微機原理與接口技術(shù)課程設計報告直流電機控制

1、713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 信息科學與技術(shù)學院信息科學與技術(shù)學院 微機原理與接口技術(shù)微機原理與接口技術(shù) 課程設計報告課程設計報告 課題名稱：課題名稱： 直流電機控制直流電機控制 學生姓名：學生姓名： 王亞麗王亞麗 學學 號：號： 20090822072009082207 專業(yè)年級：專業(yè)年級： 計算機科學與技術(shù)計算機科學與技術(shù) 0909 級級 班班 級：級： 二班二班 指導教師：指導教師： 周濤周濤 完成時間：完成時間： 2012-01-12 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 1 目 錄 1.直流電機控制系統(tǒng)概

2、述.1 1.1 系統(tǒng)描述 .1 1.2 直流電機概述 .2 2.題目及要求.2 2.1 題目 .2 2.2 要求 .2 3 直流電機功能設計及描述 .3 3.1 直流電機的介紹 .3 3.1.1 直流電機的結(jié)構(gòu).3 3.1.2 直流電機的工作原理.3 3.1.3 直流電機主要技術(shù)參數(shù).4 3.1.4 直流電機的特點.4 3.1.5 直流電機的用途.5 3.2 數(shù)碼管轉(zhuǎn)速顯示 .5 3.3 電動機驅(qū)動電路設計 .5 3.4 控制直流電機的狀態(tài) .6 3.5 模塊流程 .6 4.總體方案設計.7 4.1 設計思路 .7 4.2 設計原理 .8 4.3 運行環(huán)境 .8 4.4 詳細設計 .8 4.4

3、.1 所需元件及功能 .8 5.直流電動機調(diào)速控制電路仿真.9 5.1 原理圖布局 .9 5.2 運行結(jié)果圖 .10 6.總結(jié).12 7.參考文獻.12 8.源代碼.12 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 2 1.1.直流電機控制系統(tǒng)概述直流電機控制系統(tǒng)概述 1.11.1 系統(tǒng)描述系統(tǒng)描述 本次直流電機控制系統(tǒng)的設計主要功能是實現(xiàn)電機的啟動停止以及正轉(zhuǎn)和 反轉(zhuǎn)，并通過數(shù)碼管來顯示。為實現(xiàn)系統(tǒng)的微機控制，采用了 proteus7.8 仿真 軟件及程序編程來實現(xiàn)對電動機控制。 1.21.2 直流電機概述直流電機概述 直流電機就是將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能(直流電

4、動機)或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直 流電能(直流發(fā)電機)的旋轉(zhuǎn)電機。直流電機的結(jié)構(gòu)應由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組 成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場， 由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分 稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn) 換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風 扇等組成。 簡單控制是指對電動機進 行啟動，制動，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類控 制容易實現(xiàn)，并可通單片機，直 流電機驅(qū)動芯片和開關元件來實現(xiàn)，所以本課 題采用此法。同時考慮到以前的直 流電機只能通過數(shù)碼管來進行簡單地顯示轉(zhuǎn)

5、 速，且不能清楚的了解其轉(zhuǎn)向，而 lcd 液晶顯示器可以彌補這一點，并且還添 加一些更為人性化的提示，這是以 前的數(shù)碼管所不能代替的，這必將是一個新 的趨勢。 2.2.題目及要求題目及要求 2.12.1 題目題目 直流電機控制直流電機控制 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 3 2.22.2 要求要求 1）可控制啟動停止 2）可實時控制高速低速運行狀態(tài) 3）數(shù)碼管顯示運行狀態(tài) 4）擴展功能：可控制轉(zhuǎn)動方向 3 3 直流電機功能設計及描述直流電機功能設計及描述 3.13.1 直流電機的介紹直流電機的介紹 3.1.13.1.1 直流電機的結(jié)構(gòu)直流電機的結(jié)構(gòu) 直

6、流電機，定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機，它是能實現(xiàn)直流電能 和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉(zhuǎn)換為 機械能；作發(fā)電機運行時是直流電動機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。 直流電機的結(jié)構(gòu)應由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動 的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端 蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生 電磁轉(zhuǎn)軸和感應電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電 樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組換向器和風扇等組成。 3.1.23.1.2 直流電機的工作原理直流電機的工作原理 直流電機電路模型，磁

7、極 n、s 間裝著一個可以轉(zhuǎn)動的鐵磁圓柱體，圓柱體 的表面上固定著一個線圈。當線圈中流過電流時，線圈受到電磁力作用，從而 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則可知，當流過線圈中電流改變方向時，線圈的受方向 也將改變，因此通過改變線圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機的方向。 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 4 圖圖 3.13.1 直流電動機電路模型直流電動機電路模型 3.1.33.1.3 直流電機主要技術(shù)參數(shù)直流電機主要技術(shù)參數(shù) 直流電機的主要額定值有： 額定功率 pn：在額定電流和電壓下，電機的負載能力。 額定電壓 ue：長期運行的最高電壓。 額定電流 ie：長期運行的最大電

8、流。 額定轉(zhuǎn)速 n：單位時間內(nèi)的電機轉(zhuǎn)動快慢。以 r/min 為單位。 勵磁電流 if：施加到電極線圈上的電流。 3.1.43.1.4 直流電機的特點直流電機的特點 （1）直流發(fā)電機的電勢波形較好，對電磁干擾的影響小。 （2）直流電動機的調(diào)速范圍寬，調(diào)速特性平滑，可實現(xiàn)頻繁的無極快速啟動 制動和反轉(zhuǎn)。 （3）直流電動機過載能力較強，啟動和制動較距較大。 （4）易于控制，可靠性高。 +a b - a b c d n s 圖圖1 1. .1 1 直直流流電電機機工工作作 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 5 （5）由于存在換向器，其制造復雜，價格較高；運行時

9、由于電刷與換向器之間 容易產(chǎn)生火花，因而可靠性較差，維護比較困難。 3.1.53.1.5 直流電機的用途直流電機的用途 由于直流電機具有良好的啟動和調(diào)速性能，常應用于對啟動和調(diào)速有較高 要求的場合。 3.23.2 數(shù)碼管轉(zhuǎn)速顯示數(shù)碼管轉(zhuǎn)速顯示 led 數(shù)碼管（led segment displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組 成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共 電極。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示 出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài) 式兩類。 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)

10、碼管的每一個段碼都由一個 單片機的 i/o 端口進行驅(qū)動，或者使用如 bcd 碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。 靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 i/o 端口多，如驅(qū)動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40 根 i/o 端口來驅(qū)動，要知道一個 89s51 單片 機可用的 i/o 端口才 32 個呢：） ，實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動， 增加了硬件電路的復雜性。 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 6 3.33.3 電動機驅(qū)動電路設計電動機驅(qū)動電路設計 直流電動機調(diào)速的驅(qū)動電路部分，選擇采用基于l298的直流電動機pwm調(diào)速 方法。

11、pwm調(diào)速裝置是利用大功率晶體管的開關特性來調(diào)制固定電壓的直流電源， 按一個固定的頻率來接通和斷開 ，并根據(jù)需要來調(diào)節(jié)一個周期內(nèi)接通和斷開的 時間的長短，通過改變直流電動機上電樞電壓的占空比來改變平均電壓的大小， 從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。在整個pwm調(diào)速器中，cpu既是運算處理中心，又是控 制中心，是最關鍵的器件。 3.43.4 控制直流電機控制直流電機的狀態(tài)的狀態(tài) （1）通過正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)按鈕啟動直流電機。 （2）通過停止按鈕停止直流電機。 （3）通過減速按鈕降低直流電機的轉(zhuǎn)速 3.53.5 模塊流程模塊流程 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 7 啟動電機

12、 停止 開始 減速 數(shù)碼管顯示 加速 電動機停止轉(zhuǎn)動 4.4.總體方案設計總體方案設計 4.14.1 設計思路設計思路 1）通過按鍵改變電動機的啟動與停止,當啟動后再由按鍵選擇工作方式. 2）通過改變 pwm 的極性從而改變電機的轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn) 3）能夠通過數(shù)碼顯示管顯示電機的轉(zhuǎn)速和電機的轉(zhuǎn)向 4）能夠通過鍵盤快速達到電機預先設定的速度和轉(zhuǎn)向 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 8 4.24.2 設計原理設計原理 本次直流電機控制系統(tǒng)的設計主要功能是 proteus7.8 仿真軟件和程序的 編寫來實現(xiàn)電機的啟動停止以及正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并將結(jié)果通過數(shù)碼管來顯示

13、。直 流電機以 8086 為控制中心,8255 及電機驅(qū)動模塊組成。 4.34.3 運行環(huán)境運行環(huán)境 裝有 windows xp 系統(tǒng)的 pc 機一臺。 裝有能運行 c 語言的visual6.0 軟件和能進行電路仿真proteus7.8。 4.44.4 詳細設計詳細設計 根據(jù)直流電機的工作原理，從 proteus 選取元器件如下，放置元器件、放 置電源和地連線，據(jù)此設計的直流電機驅(qū)動模塊電路如圖本次課程設計采用 proteus7.8 軟件進行仿真電路的設計與制作。它不僅具有其它 eda 工具軟件的 仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器 件的工具。此次課程設計主要

14、用到 proteus7.8 軟件的原理圖布局和電器電路仿 真。 4.4.14.4.1 所需元件及功能所需元件及功能 （1）8255a：能并行傳送 8 位數(shù)據(jù)，所以其數(shù)據(jù)線為 8 根 d0d7。由于 8255 具有 3 個通道 a、b、c，所以只要兩根地址線就能尋址 a、b、c 口及控 制寄存器，故地址線為兩根 a0a1。有 3 個通道 a、b、c 與外設連接， 每個通道又有 8 根線與外設連接，所以 8255 可以用 24 根線與外設連接， 若進行開關量控制，則 8255 可同時控制 24 路開關。 （2）8086：16 位微處理器，16 根數(shù)據(jù)線和 20 根地址線，它既能處理 16 位數(shù) 據(jù)

15、，也能處理 8 位數(shù)據(jù)。 （3）74hc373：是三態(tài)輸出的八 d 透明鎖存器, 它的輸出端 o0o7 可直接與總 線相連。 當三態(tài)允許控制端 oe 為低電平時，o0o7 為正常邏輯狀態(tài)，驅(qū)動負載. 當 oe 為高電平時，o0o7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載.但 鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響. 當鎖存允許端 le 為高電平時，o 隨數(shù)據(jù) d 而變. 當 le 為低電平時，o 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平. 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 9 當 le 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善. 5.5.直流電動機調(diào)速控制電路

16、仿真直流電動機調(diào)速控制電路仿真 本次課程設計采用proteus7.7軟件進行仿真電路的設計與制作。它不僅具 有其它eda工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最 好的仿真單片機及外圍器件的工具。此次課程設計主要用到proteus軟件的 原理圖布局和電器電路仿真。 5.15.1 原理圖布局原理圖布局 此次設計的完整電路圖包括矩陣式鍵盤部分，數(shù)碼管數(shù)字顯示，電動機的 pwm調(diào)速控制以及整個電路設計中的核心芯片8255a和8086芯片。 圖5-1直流電動機速度控制原理圖布局 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 10 5.25.2 運行結(jié)果圖運行結(jié)

17、果圖 圖5-2 直流電動機速度控制仿真效果（順時針轉(zhuǎn)） 圖5-3 直流電動機速度控制仿真效果（逆時針轉(zhuǎn)） 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 11 圖5-4 直流電動機速度控制仿真效果（停止運行） 圖5-5 直流電動機速度控制仿真效果（低速運行） 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 12 6.6.總結(jié)總結(jié) 通過本次課程設計，加深了對計算機控制技術(shù)中許多芯片的認識和理解， 對其應用有了更深沉的了解，在對電路進行原理圖布局和仿真的過程中，使用 了仿真軟件 proteus7.8，對其基本用法和一些擴展功能有所了解。在以后的電

18、 路仿真中或用到此次課程設計所積累的經(jīng)驗?？梢赃B接比較簡單的數(shù)碼管顯示 電路，課程設計是培養(yǎng)學我們綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問 題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對我們實際工作能力的具體訓練和考察過程.。 從中學到很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很 多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相 結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐 相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的 能力。在設計的過 程中，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中 發(fā)現(xiàn)了自己的很多的不足，自己

19、知識的很多漏洞，對以前所學過的知識理解得 不夠深刻，掌握得不夠牢固。 感激學校讓我有這次學習設計的機會，讓我受益匪淺，這次學習對于我們 沒有真正實踐經(jīng)驗的同學來說，絕對是一次成長的機會。 7.7.參考文獻參考文獻 1 戴梅萼，史嘉權(quán)編著，微型計算機技術(shù)及應用（第四版） 清華大學出版社 2 沈美明，溫冬嬋編著，ibm-pc 匯編語言程序設計（第二版）清華大學出版 社 8.8.源代碼源代碼 code segment code assume cs:code,ss:stack,ds:data ioconequ 8006h 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 13

20、ioa equ 8000h iob equ 8002h ioc equ 8004h start: mov ax, data mov ds, ax mov ax, stack mov ss, ax mov ax, top mov sp, ax test_bu:mov al,82h mov dx,iocon out dx,al ;控制字設置 ab 端口為 0 方式下 nop nop call stop m1: mov al,11000111b mov dx,ioc out dx,al mov dx,ioa mov al,0feh out dx,al mov al,0fch out dx,al ca

21、ll delay mov dx,iob in al,dx test al,01h je mot1 test al,02h je mot2 test al,04h je stop jmp m1 m2: mov al,11000111b mov dx,ioc out dx,al mov dx,ioa 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 14 mov al,0fdh out dx,al mov al,0fch out dx,al call delay mov dx,iob in al,dx test al,01h je mot1 test al,02h je mot2 test al,04h je stop jmp m2 stop:mov al,10010010b ;輸出 s mov dx,ioc out dx,al mov dx,ioa mov al,0fch out dx,al call delay mov dx,iob in al,dx test al,01h je mot1 test al,02h je mot2 call delay jmp stop mot1: mov dx,ioa mov al,0feh out dx,al;往 a 端口中輸出 1111 1110 使電機逆時針轉(zhuǎn) mov al,