微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告直流電機(jī)控制

1、713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 微機(jī)原理與接口技術(shù)微機(jī)原理與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課題名稱：課題名稱： 直流電機(jī)控制直流電機(jī)控制 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 王亞麗王亞麗 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 20090822072009082207 專業(yè)年級(jí)：專業(yè)年級(jí)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 0909 級(jí)級(jí) 班班 級(jí)：級(jí)： 二班二班 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 周濤周濤 完成時(shí)間：完成時(shí)間： 2012-01-12 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 1 目 錄 1.直流電機(jī)控制系統(tǒng)概

2、述.1 1.1 系統(tǒng)描述 .1 1.2 直流電機(jī)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(jī)功能設(shè)計(jì)及描述 .3 3.1 直流電機(jī)的介紹 .3 3.1.1 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu).3 3.1.2 直流電機(jī)的工作原理.3 3.1.3 直流電機(jī)主要技術(shù)參數(shù).4 3.1.4 直流電機(jī)的特點(diǎn).4 3.1.5 直流電機(jī)的用途.5 3.2 數(shù)碼管轉(zhuǎn)速顯示 .5 3.3 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .5 3.4 控制直流電機(jī)的狀態(tài) .6 3.5 模塊流程 .6 4.總體方案設(shè)計(jì).7 4.1 設(shè)計(jì)思路 .7 4.2 設(shè)計(jì)原理 .8 4.3 運(yùn)行環(huán)境 .8 4.4 詳細(xì)設(shè)計(jì) .8 4.4

3、.1 所需元件及功能 .8 5.直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制電路仿真.9 5.1 原理圖布局 .9 5.2 運(yùn)行結(jié)果圖 .10 6.總結(jié).12 7.參考文獻(xiàn).12 8.源代碼.12 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 2 1.1.直流電機(jī)控制系統(tǒng)概述直流電機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要功能是實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)停止以及正轉(zhuǎn)和 反轉(zhuǎn)，并通過(guò)數(shù)碼管來(lái)顯示。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制，采用了 proteus7.8 仿真 軟件及程序編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)控制。 1.21.2 直流電機(jī)概述直流電機(jī)概述 直流電機(jī)就是將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能(直流電

4、動(dòng)機(jī))或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直 流電能(直流發(fā)電機(jī))的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組 成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)， 由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)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(fēng) 扇等組成。 簡(jiǎn)單控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn) 行啟動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類控 制容易實(shí)現(xiàn)，并可通單片機(jī)，直 流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片和開(kāi)關(guān)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以本課 題采用此法。同時(shí)考慮到以前的直 流電機(jī)只能通過(guò)數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)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(bǔ)這一點(diǎn)，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(gè)新 的趨勢(shì)。 2.2.題目及要求題目及要求 2.12.1 題目題目 直流電機(jī)控制直流電機(jī)控制 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 3 2.22.2 要求要求 1）可控制啟動(dòng)停止 2）可實(shí)時(shí)控制高速低速運(yùn)行狀態(tài) 3）數(shù)碼管顯示運(yùn)行狀態(tài) 4）擴(kuò)展功能：可控制轉(zhuǎn)動(dòng)方向 3 3 直流電機(jī)功能設(shè)計(jì)及描述直流電機(jī)功能設(shè)計(jì)及描述 3.13.1 直流電機(jī)的介紹直流電機(jī)的介紹 3.1.13.1.1 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 直

6、流電機(jī)，定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，它是能實(shí)現(xiàn)直流電能 和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為 機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng) 的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，由機(jī)座、主磁極、換向極、端 蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)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(fēng)扇等組成。 3.1.23.1.2 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理 直流電機(jī)電路模型，磁

7、極 n、s 間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁圓柱體，圓柱體 的表面上固定著一個(gè)線圈。當(dāng)線圈中流過(guò)電流時(shí)，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(dāng)流過(guò)線圈中電流改變方向時(shí)，線圈的受方向 也將改變，因此通過(guò)改變線圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機(jī)的方向。 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 4 圖圖 3.13.1 直流電動(dòng)機(jī)電路模型直流電動(dòng)機(jī)電路模型 3.1.33.1.3 直流電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)直流電機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 直流電機(jī)的主要額定值有： 額定功率 pn：在額定電流和電壓下，電機(jī)的負(fù)載能力。 額定電壓 ue：長(zhǎng)期運(yùn)行的最高電壓。 額定電流 ie：長(zhǎng)期運(yùn)行的最大電

8、流。 額定轉(zhuǎn)速 n：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢。以 r/min 為單位。 勵(lì)磁電流 if：施加到電極線圈上的電流。 3.1.43.1.4 直流電機(jī)的特點(diǎn)直流電機(jī)的特點(diǎn) （1）直流發(fā)電機(jī)的電勢(shì)波形較好，對(duì)電磁干擾的影響小。 （2）直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍寬，調(diào)速特性平滑，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)極快速啟動(dòng) 制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 （3）直流電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力較強(qiáng)，啟動(dòng)和制動(dòng)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(jī)機(jī)工工作作 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 5 （5）由于存在換向器，其制造復(fù)雜，價(jià)格較高；運(yùn)行時(shí)

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(hù)比較困難。 3.1.53.1.5 直流電機(jī)的用途直流電機(jī)的用途 由于直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)和調(diào)速性能，常應(yīng)用于對(duì)啟動(dòng)和調(diào)速有較高 要求的場(chǎng)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(gè)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(gè)筆劃，公共 電極。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)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(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài) 式兩類。 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)

10、碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè) 單片機(jī)的 i/o 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 bcd 碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 i/o 端口多，如驅(qū)動(dòng) 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40 根 i/o 端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè) 89s51 單片 機(jī)可用的 i/o 端口才 32 個(gè)呢：） ，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)， 增加了硬件電路的復(fù)雜性。 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 6 3.33.3 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的驅(qū)動(dòng)電路部分，選擇采用基于l298的直流電動(dòng)機(jī)pwm調(diào)速 方法。

11、pwm調(diào)速裝置是利用大功率晶體管的開(kāi)關(guān)特性來(lái)調(diào)制固定電壓的直流電源， 按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi) ，并根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)一個(gè)周期內(nèi)接通和斷開(kāi)的 時(shí)間的長(zhǎng)短，通過(guò)改變直流電動(dòng)機(jī)上電樞電壓的占空比來(lái)改變平均電壓的大小， 從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在整個(gè)pwm調(diào)速器中，cpu既是運(yùn)算處理中心，又是控 制中心，是最關(guān)鍵的器件。 3.43.4 控制直流電機(jī)控制直流電機(jī)的狀態(tài)的狀態(tài) （1）通過(guò)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)按鈕啟動(dòng)直流電機(jī)。 （2）通過(guò)停止按鈕停止直流電機(jī)。 （3）通過(guò)減速按鈕降低直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速 3.53.5 模塊流程模塊流程 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 7 啟動(dòng)電機(jī)

12、 停止 開(kāi)始 減速 數(shù)碼管顯示 加速 電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng) 4.4.總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì) 4.14.1 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 1）通過(guò)按鍵改變電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止,當(dāng)啟動(dòng)后再由按鍵選擇工作方式. 2）通過(guò)改變 pwm 的極性從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn) 3）能夠通過(guò)數(shù)碼顯示管顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的轉(zhuǎn)向 4）能夠通過(guò)鍵盤快速達(dá)到電機(jī)預(yù)先設(shè)定的速度和轉(zhuǎn)向 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 8 4.24.2 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理 本次直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要功能是 proteus7.8 仿真軟件和程序的 編寫來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)停止以及正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并將結(jié)果通過(guò)數(shù)碼管來(lái)顯示

13、。直 流電機(jī)以 8086 為控制中心,8255 及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。 4.34.3 運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行環(huán)境 裝有 windows xp 系統(tǒng)的 pc 機(jī)一臺(tái)。 裝有能運(yùn)行 c 語(yǔ)言的visual6.0 軟件和能進(jìn)行電路仿真proteus7.8。 4.44.4 詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì) 根據(jù)直流電機(jī)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(shè)計(jì)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路如圖本次課程設(shè)計(jì)采用 proteus7.8 軟件進(jìn)行仿真電路的設(shè)計(jì)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(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器 件的工具。此次課程設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)通道 a、b、c 與外設(shè)連接， 每個(gè)通道又有 8 根線與外設(shè)連接，所以 8255 可以用 24 根線與外設(shè)連接， 若進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制，則 8255 可同時(shí)控制 24 路開(kāi)關(guān)。 （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(dāng)三態(tài)允許控制端 oe 為低電平時(shí)，o0o7 為正常邏輯狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載. 當(dāng) oe 為高電平時(shí)，o0o7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載.但 鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響. 當(dāng)鎖存允許端 le 為高電平時(shí)，o 隨數(shù)據(jù) d 而變. 當(dāng) le 為低電平時(shí)，o 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平. 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 9 當(dāng) 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(dòng)機(jī)調(diào)速控制電路

16、仿真直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制電路仿真 本次課程設(shè)計(jì)采用proteus7.7軟件進(jìn)行仿真電路的設(shè)計(jì)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(jī)及外圍器件。它是目前最 好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。此次課程設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)的 pwm調(diào)速控制以及整個(gè)電路設(shè)計(jì)中的核心芯片8255a和8086芯片。 圖5-1直流電動(dòng)機(jī)速度控制原理圖布局 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 10 5.25.2 運(yùn)行結(jié)果圖運(yùn)行結(jié)

17、果圖 圖5-2 直流電動(dòng)機(jī)速度控制仿真效果（順時(shí)針轉(zhuǎn)） 圖5-3 直流電動(dòng)機(jī)速度控制仿真效果（逆時(shí)針轉(zhuǎn)） 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 11 圖5-4 直流電動(dòng)機(jī)速度控制仿真效果（停止運(yùn)行） 圖5-5 直流電動(dòng)機(jī)速度控制仿真效果（低速運(yùn)行） 713f186f510bf573322a5d9a8ab7e09f.pdf 12 6.6.總結(jié)總結(jié) 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，加深了對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)中許多芯片的認(rèn)識(shí)和理解， 對(duì)其應(yīng)用有了更深沉的了解，在對(duì)電路進(jìn)行原理圖布局和仿真的過(guò)程中，使用 了仿真軟件 proteus7.8，對(duì)其基本用法和一些擴(kuò)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(shè)計(jì)所積累的經(jīng)驗(yàn)。可以連接比較簡(jiǎn)單的數(shù)碼管顯示 電路，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn) 題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)我們實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.。 從中學(xué)到很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很 多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相 結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐 相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的 能力。在設(shè)計(jì)的過(guò) 程中，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中 發(fā)現(xiàn)了自己的很多的不足，自己

19、知識(shí)的很多漏洞，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得 不夠深刻，掌握得不夠牢固。 感激學(xué)校讓我有這次學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，讓我受益匪淺，這次學(xué)習(xí)對(duì)于我們 沒(méi)有真正實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)來(lái)說(shuō)，絕對(duì)是一次成長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。 7.7.參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 戴梅萼，史嘉權(quán)編著，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用（第四版） 清華大學(xué)出版社 2 沈美明，溫冬嬋編著，ibm-pc 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第二版）清華大學(xué)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(shè)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(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn) mov al,