片機課程設計-直流電機

1、精品文檔一、引言直流電機調速逐步從模擬化向數(shù)字化轉變，特別是單片機技術的應用，使直流電機調速技術進入到一個新的階段。直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內平滑調速，在許多需要調速或快速正反向的電力拖動領域中得到了廣泛的應用。從控制的角度來看，直流調速還是交流拖動系統(tǒng)的根底。本設計是研究對直流電機調速的控制裝置，本課題主要是利用單片機來構成控制系統(tǒng)。主要包括：單片機、霍爾元件速度采集電路、直流電機、DAC0832、鍵盤、顯示器等幾局部組成。首先對預定速度進行設置，并通過數(shù)碼管顯示出來。二、設計原理 2.1 總體設計原理系統(tǒng)的原理框圖如圖2.1所示，主要包括：單片機、霍爾元件速度采集電

2、路、直流電機、DAC0832、鍵盤、顯示器等幾局部組成。單 片 機顯示器鍵 盤D/A轉換電路，DAC外圍放大電路直流電機霍爾元件速度采集圖2.1總體設計原理框圖在電壓允許范圍內，直流電機的轉速隨著電壓的升高而加快，假設加上的電壓為負電壓，那么電時機反向旋轉。D/A轉換是把數(shù)字量轉換成模擬量的變換，實驗臺上D/A電路輸出的是模擬電壓信號。實驗室中的實驗儀的D/A變換器可輸出-8V+8V的電壓，將電壓經驅動后加在直流電機上，使其運轉。通過單片機輸出數(shù)據到D/A變換電路，控制電壓的上下和正負，觀察電機的旋轉情況。2.2 D/A轉換電路圖2.2 D/A轉換電路DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉換

3、芯片，集成電路內有兩級輸入存放器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉換等)。D/A轉換結果采用電流形式輸出，假設需要相應的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)。運放的反應電阻可通過RFB端引用片內固有電阻，也可外接。實驗儀上提供了D/A轉換電路如圖2.2所示。我們可以通過軟件編程控制D/A轉換芯片DAC0832，輸出相應電流值，經過采樣電路取出模擬量電壓值，用電壓表測量電壓輸出端子，讀出電壓值。2.3 電動機調速原理由直流電機的速度公式n=(Ua-IaRa)/Ce,其中n是電機轉速，Ua是電樞電壓

4、，Ia是電樞電流，Ra是電樞回路總電阻，Ce是電極常數(shù)，是電機的勵磁磁通。對于極對數(shù)是p，匝數(shù)是n，電樞支路數(shù)為a的電機來說Ca是常數(shù)。由于Ra為電樞回路電阻故其值很小，通過調節(jié)電阻改變轉速的效果不明顯。如果通過調節(jié)磁通量，對于它勵電機其有外接的電源電壓決定。故一般通過改變電樞電壓來到達調節(jié)轉速的目的。直流電機原理圖如下：圖2.3直流電機原理圖2.4 霍爾轉速傳感器的工作原理霍爾元件測速原理圖如下所示：圖2.4 霍爾元件測速原理圖霍爾轉速傳感器的主要工作原理是霍爾效應，也就是當轉動的金屬部件通過霍爾傳感器的磁場時會引起電勢的變化，通過對電勢的測量就可以得到被測量對象的轉速值?；魻栟D速傳感器的主

5、要組成局部是傳感頭和齒圈，而傳感頭又是由霍爾元件、永磁體和電子電路組成的?；魻柶骷怯邪雽w材料制成的一種薄片，器件的長、寬、高分別為l、b、d。假設在垂直于薄片平面沿厚度d方向施加外加磁場B，在沿l方向的兩個端面加以外電場，那么有一定的電流經過。由于電子在磁場中運動，所以將受到一個洛侖磁力，其大小為：flqVB式中：fl洛侖磁力，q載流子電荷，V載流子運動速度，B磁感應強度。這樣使電子的運動軌跡發(fā)生偏移，在霍爾元器件薄片的兩個側面分別產生電子積聚或電荷過剩，形成霍爾電場，霍爾元器件兩個側面間的電位差UH稱為霍爾電壓?；魻栯妷捍笮椋篣H=RH×I×B/d(mV)式中：RH

6、 -霍爾常數(shù)，d-元件厚度，B-磁感應強度，I-控制電流設KH= RH/d ，那么UH=KH×I×B (mV)KH為霍爾器件的靈敏系數(shù)(mV/mA/T),它表示該霍爾元件在單位磁感應強度和單位控制電流下輸出霍爾電動勢的大小。應注意，當電磁感應強度B反向時，霍爾電動勢也反向?；魻栟D速傳感器就是通過磁力線密度的變化，在磁力線穿過傳感器上的感應元件時，產生霍爾電勢?；魻栟D速傳感器的霍爾元件在產生霍爾電勢后，會將其轉換為交變電信號，最后傳感器的內置電路會將信號調整和放大，輸出矩形脈沖信號,其頻率和轉速成正比，測出脈沖的周期或頻率即可計算出轉速。2.5 LED6位數(shù)字顯示器及4

7、15;6鍵盤本實驗中LED顯示電路和鍵盤電路集成在一個集成電路中。LED顯示和鍵盤的等效電路如圖2.5。顯示控制的位碼由74HC374輸出，經MC1413反向驅動后，做LED的位選通信號。位選通信號也可作為鍵盤列掃描碼，鍵盤掃描的行數(shù)據從74HC245讀回，74HC374輸出的列掃描碼經74HC245讀入后，用來判斷是否有鍵被按下，以及按下的是什么鍵。如果沒有鍵按下，由于上拉電阻的作用，經74HC245讀回的值為高電平，如果有鍵按下，74HC374輸出的低電平經過按鍵被接到74HC245的端口上，這樣從74HC245讀回的數(shù)據就會有低位，根據74HC374輸出的列信號和74HC245讀回的行信

8、號，就可以判斷哪個鍵被按下。LED顯示的段碼由另一個74HC374輸出。實驗時，將KEY/LED_CS接到片選端CS0上，那么位碼輸出的地址就為08002H，段碼輸出的地址就是08004H，鍵盤行碼讀回的地址為08001H。三、設計說明 3.1 時鐘、復位電路的選擇 1此系統(tǒng)采用內部時鐘方式，其原理圖如圖4所示。MCS-51單片機允許的晶振可在1.224MHz之間選擇，此系統(tǒng)選12MHz。那么一個機器周期為1s 。C3、C4大小為30pF。圖3.1 內部方式時鐘電路2此系統(tǒng)復位電路采用上電按鈕復位電路，如圖5所示。復位端高電平有效。C的典型值為10F。當按下開關一定時間，電容相當于短路，電容開

9、始充電，RST為高電平，單片機復位，當電容兩端電壓等于5V時，RST呈現(xiàn)低電平，復位完成。圖3.2上電與按鈕復位電路3.2 鍵盤說明鍵盤是由假設干個按鍵組成的開關矩陣，它是最簡單的單片機輸入設備，通過鍵盤可輸入數(shù)據和命令，實現(xiàn)簡單的人機對話。此處用的鍵盤是矩陣式鍵盤，對鍵的識別用掃描方法完成：首先判斷鍵盤中有無鍵按下，將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，那么表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。假設所有列線均為高電平，那么鍵盤中無鍵按下。 然后，判斷閉合鍵所在的位置 在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方

10、法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。假設某列為低，那么該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 3.3 LED顯示由課題的要求，要求用霍爾軟件采集到直流電動機的轉速后，向單片機輸出相應的脈沖，計算出電動機轉速并顯示在LED顯示器上。在單片機應用系統(tǒng)中，顯示器是最常用的輸出設備。在此選用兩個共陰極數(shù)碼管顯示脈沖數(shù)，采用動態(tài)掃描顯示，即用掃描的方法一位一位輪流點亮顯示器的各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次，利用人眼的視覺暫留效應可以看到整個動態(tài)顯示，只要速度夠快，字符不會閃爍。

11、 四、程序結構流程圖 圖4.1直流電機控制流程圖圖4.2鍵盤掃描控制流程圖圖4.3 LED顯示流程圖五、設計總程序IN equ 08001h ; 鍵盤讀入口OUTBIT equ 08002h ; 位控制口OUTSEG equ 08004h ; 段控制口cs0832 equ 9000hledbuf equ 70h ; 顯示緩沖區(qū)org 0000hljmp startdelay1: mov r7,#255 ; 延時子程序1deloop1:mov r6,#255 nop djnz r6,$ djnz r7,deloop1 retdelay2: mov r7,#12 ; 延時子程序2deloop2:m

12、ov r6,#249 djnz r6,$ djnz r7,deloop2 retLEDtable: ; 八段管顯示碼db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07h db 7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71hDACtable:db 00h,80h,80h,80h,80h,00h db 60h,80h,80h,80h,80h,60h db 0c0h,80h,80h,80h,80h,0c0h db 0ffh,80h,80h,80h,80h,0ffh keyloop:acall key cjne a,#0fh,keyloop0

13、 acall delay2 ljmp keykeyloop0:acall delay2 ;鍵盤去抖動 acall key cjne a,#0fh,keyb ljmp keyloopkeyb:mov r1,#0dfh mov r5,#00hL0:mov dptr,#OUTBIT ;位控，選中鍵盤第一列 mov a,r1 movx dptr,a mov dptr,#IN movx a,dptr jb Acc.3,L1 ;檢查是否有鍵位被按下 mov a,#0 jmp keycL1:jb Acc.2,L2 mov a,#6 jmp keycL2:jb Acc.1,L3 mov a,#12 jmp k

14、eycL3:jb Acc.0,next mov a,#18 jmp keyckey:mov dptr,#OUTBIT ;位控清零，鍵盤讀入到a的低四位 mov a,#00h movx dptr,a mov dptr,#IN movx a,dptr anl a,#0fh retkeyc:mov dptr,#DACtable movc a,a+dptr mov dptr,#cs0832 movx dptr,a call delay2 retnext:mov dptr,#cs0832 mov a,#80h movx dptr,a call delay2 retxianshi:mov TH1,#00h

15、 ;定時器清零 mov TL1,#00h setb TR1 call delay1 mov a,TL1 mov b,#0ah ;將轉速十位、個位分別放入存放器a、b div ab acall led mov r0,#LEDBUF mov r0,a mov a,b acall led inc r0 mov r0,a LED1: mov r0, #LEDBUF mov r2, #00000010b ;選中6位顯示管的低2位管顯示轉速Loop2: mov dptr, #OUTBIT mov a, r2 movx dptr, a mov a, r0 mov dptr, #OUTSEG ；段控，顯示對應

16、的數(shù)字 movx dptr, a call delay2 mov a, r2 rr a mov r2, a inc r0 mov dptr, #OUTBIT mov a, r2 movx dptr, a mov a, r0 mov dptr, #OUTSEG movx dptr, a call delay2 ret Led:mov dptr,#LEDtable movc a,a+dptr retstart:mov sp,#70h mov TMOD,#50h mov IE,#8ch loop:acall keylooploop1:acall xianshi end六、總結 本設計以MCS-51單片機為控制核心，設計了直流電機調速控制系統(tǒng)。用8255A芯片進行I/O口擴展，用DAC0832芯片進行D/A轉換和I/V轉換輸出電壓從而對直流電機進行轉速控制