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文檔簡介
1、小直流電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計一、前言(一)、單片機控制調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀單片微型計算機的誕生是計算機發(fā)展史上的一個新的里程碑。近年來,隨著技術(shù)的發(fā)展和進步,以及市場對產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高,直流電動機的應(yīng)用更加廣泛,尤其是在智能機器人中的應(yīng)用。直流電動機的起動和調(diào)速性能、過載能力強等特點顯得十分重要,為了能夠適應(yīng)發(fā)展的要求,單閉環(huán)直流電動機的調(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,正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、大存儲容量和強i/o功能等方向發(fā)展。隨著計算機檔次的不斷提高,功能的不斷完善,單片機已越來越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的控制、自動化、智能化等方面,特
2、別是在直流電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)中。這是因為單片機具有很多優(yōu)點:體積小,功能全,抗干擾能力強,可靠性高,結(jié)構(gòu)合理,指令豐富,控制功能強,造價低等。所以選用單片機作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個系統(tǒng)的可靠性和可行性。(二)、課題來源 直流電動機在冶金、礦山、化工、交通、機械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。而以往直流電動機的控制只是簡單的控制,很難進行調(diào)速,不能實現(xiàn)智能化。如今,直流電動機的調(diào)速控制已經(jīng)離不開單片機的支持,單片機應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展促進了自動控制技術(shù)的發(fā)展,使人類社會步入了自動化時代,單片機應(yīng)用技術(shù)與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉融合,促進了學(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。由于單片機的體積小、重量輕、功能強、抗干擾能力強、控制靈活、應(yīng)用方便、價格低廉等特點,計算機性能的不斷提高,單片機的應(yīng)用也更加廣泛特別是在各種領(lǐng)域的控制、自動化等方面。所以在本系統(tǒng)設(shè)計中我采用了由單片機控制單閉環(huán)直流電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)。二、總體設(shè)計方案:(一)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本課程設(shè)計所介紹的單片機控制直流電機調(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,其輸出檔位采用數(shù)碼管顯示,方面操作與觀察,該設(shè)計控制器使用單片機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),實現(xiàn)檔位的顯示,能準(zhǔn)確達到以
4、上要求,同時在單片機最小系統(tǒng)中設(shè)計了總開關(guān)和按鈕控制。利用dac0832芯片進行數(shù)/??刂?,輸出的電壓經(jīng)放大后驅(qū)動小直流電機的速度進行數(shù)字量調(diào)節(jié),并顯示運行狀態(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,使控制電機轉(zhuǎn)速的檔位轉(zhuǎn)換更加靈活,簡便。控制更加直接,易于掌握和操作。1、 總體設(shè)計框圖at89s52變量k0k7總開關(guān)k0數(shù)碼管顯示速度輸出電機轉(zhuǎn)速按鈕s1, s22、芯片選擇本次課程設(shè)計我們選擇的芯片是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da芯片以其
5、價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點,在單片機應(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,有效時間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯);ile:數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線,高電平有效;cs:片選信號輸入線(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,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(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,dac寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化,le2的負(fù)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(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:反饋信號輸入線,改變rfb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:模擬信號地dgnd:數(shù)字信號地c.工作方式:根據(jù)對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,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:芯片選擇信號線,當(dāng)這個輸入引腳為低電平時,即/cs=0時,表示芯片被選中,允許8255與cpu進行通訊;/cs=1時,8255無法與cpu做數(shù)據(jù)傳輸. rd:讀信號線,當(dāng)這個輸入引腳為低電平時,即/rd=0且/cs=0時,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,當(dāng)這個輸入引腳為低電平時,即/wr=0且/cs=0時,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,通過它實現(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8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器, 一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 pb0pb7:端口b輸入輸出線,一個8位的i/o鎖存器, 一個8位的輸入輸出緩沖器。 pc0pc7:端口c輸入輸出線,一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器, 一個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4位的端口, 每個4位的端口包含一個4位的鎖存器,分別與端口a和端口b配合使用,可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。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,pa口被選擇;當(dāng)a0=0,a1=1時,pb口被選擇;當(dāng)a0=1,a1=0時,pc口被選擇;當(dāng)a0=1.a1=1時,控制寄存器被選擇.(3)at89s52簡介:a主要性能 :與mcs-51單片機產(chǎn)品兼容 、8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程flash存儲器、 1000次擦寫周期、 全靜態(tài)操作:0hz33hz 、 三級加密程序存儲器 、 32個可編程i/
11、o口線 、三個16位定時器/計數(shù)器 八個中斷源 、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 、看門狗定時器 、雙數(shù)據(jù)指針 、掉電標(biāo)識符b功能特性描述:p0 口:p0口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口,每位能驅(qū)動8個ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時,引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時,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,p0口也用來接收指令字節(jié);在程序校驗時,輸出指令字節(jié)。程序校驗時,需要外部上拉電阻。 p1 口:p1 口是一個具有內(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4 個 ttl 邏輯電平。對p1 端口寫“1”時,內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時,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分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入(p1.0/t2)和時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入(p1.1/t2ex),具體如下表所示。在flash編程和校驗時,p1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能p1.0t2(定時器/計數(shù)器t2的外部計數(shù)輸入),時鐘輸出p1.1t2ex(定時器/計數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制)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4 個ttl 邏輯電平。對p2 端口寫“1”時,內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時,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器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行movx dptr)時,p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中,p2 口使用很強的內(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)存儲器時,p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時,p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 p3 口:p3 口是一個具
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4個ttl 邏輯電平。對p3 端口寫“1”時,內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時,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編程和校驗時,p3口也接收一些控制信號。 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/計數(shù)器0)p3.5t1(定時/計數(shù)器1)p3.6wr(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)p3.7rd(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)三、硬
15、件電路設(shè)計1、顯示電路與at89s52單片機接口電路設(shè)計2、at89s52單片機最小系統(tǒng)利用at89s52單片機、晶振電路、復(fù)位電路、電源構(gòu)成單片機最小應(yīng)用系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上擴展顯示電路、驅(qū)動電路。3、dac0832與at89s52單片機接口電路設(shè)計4、d/a 轉(zhuǎn)換0832 電路5、微型直流電機電路四、軟件設(shè)計1、主程序框圖初始化寄存器r0(用于存儲輸出電壓的值),r1(用于存儲數(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)值存儲到r0,通過對dac0832尋址,輸出驅(qū)動電流,帶動電機轉(zhuǎn)動。同時查表將檔位值顯示到數(shù)碼管上。是否否dac0832輸出電機轉(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、實驗系統(tǒng)連接圖2、硬件線路調(diào)試:(1)按照系統(tǒng)硬件連線圖在實驗箱上連線,將開關(guān)k0k7與at89s52的p1.0p1.7連接,與單片機進行數(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行狀態(tài),分別調(diào)試各子程序,驗證子程序功能的正確性。(3)通過撥動開關(guān),觀
17、察電機的速度、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)用延時子程序 m
20、ovr3,#3bh ;選中個位數(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 ;將要顯示的個位數(shù)據(jù)對應(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 ;顯示個位數(shù) acalldelay ;調(diào)用延時子程序 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)計總結(jié)與體會在做本次課程設(shè)計的過程中,我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計資料了。為了讓自己的設(shè)計更加完善,查閱這方面的設(shè)計資料是十分必要的,同時也是必不可少的。我們是在做單片機課程設(shè)計,但我們不是藝術(shù)家,他們可以拋開實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,不切實際的構(gòu)想
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